CN103748960A

CN103748960A - 通电加热装置

Info

Publication number: CN103748960A
Application number: CN201180073018.9A
Authority: CN
Inventors: 松本慎一郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: WO2013038499A1; DE112011105617B8; DE112011105617T5; US20140209597A1; JP5786945B2; US9689049B2; JPWO2013038499A1; DE112011105617B4; CN103748960B

Abstract

提供电极无磨损并能够进行相对于工件的均匀通电的通电加热装置。一种通电加热装置（1），其通过对平板状的工件（W）通电来对工件（W）进行加热，具备：一对电极（10/10），其沿通电方向彼此隔开预定间隔地配置并用于对工件（W）进行通电；和一对夹持部（20/20），其固定工件（W），电极（10）设置为一边保持一定的通电方向的长度，一边沿工件（W）的表面向与通电方向垂直的方向延伸并夹持工件（W）的表背两面，夹持部（20）设置为在电极（10）的附近夹持工件（W）的被加热部分以外的部分的表背两面，夹持部（20）夹持工件（W）的压力设定为比电极（10）夹持工件（W）的压力高的值。

Description

通电加热装置

技术领域

本发明涉及通过对平板状的工件通电来对该工件进行加热的通电加热装置。

背景技术

以往，将钢板等工件加热到出现奥氏体组织的温度以上，通过冷却了的模具对所述工件进行冲压加工，并同时实施淬火的热压成形是公知的。

在如上所述的热压成形中，作为对工件进行加热的技术，通电加热广为广为人知（例如参照专利文献1）。

通电加热是通过在安装于工件的一对以上的电极之间进行通电而产生的焦耳热，对工件进行加热的技术。

在通电加热中，加热了的工件产生热膨胀，工件变形。因此，需要通过使电极以预定的压力接触工件来固定工件，从而抑制工件的变形。

但是，通电加热所使用的电极，因为如上所述以抑制工件变形那样的比较高的压力接触工件，所以由于摩擦等而产生磨损。在电极产生了磨损的情况下，因为电极中的磨损部分与工件不贴合，所以不能相对于工件进行均匀的通电。另外，恐会出现在电极中的磨损部分即电极中的与工件不贴合的部分产生火花、电极溶解而缺损等问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-142853号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明以提供电极不磨损、能够相对于工件进行均匀通电的通电加热装置为课题。

用于解决问题的技术方案

本发明的通电加热装置，其通过对平板状的工件进行通电，来对该工件进行加热，其特征在于，具备：一对电极，其沿通电方向彼此隔开预定间隔地配置并用于对所述工件进行通电；和一对夹持部，其固定所述工件，各电极设置为一边保持一定的通电方向的长度，一边沿所述工件的表面向与通电方向垂直的方向延伸并夹持所述工件的表背两面，各夹持部设置为在各电极的附近夹持所述工件的被加热部分以外的部分的表背两面，各夹持部夹持所述工件的压力设定为比各电极夹持所述工件的压力高的值。

在本发明的通电加热装置中，优选，各夹持部夹持所述工件的压力设定为能够抑制通过所述一对电极对所述工件通电时的被加热了的工件的变形的程度的较高的值，各电极夹持所述工件的压力设定为所述一对电极能够对工件进行通电的程度的较低的值。

在本发明的通电加热装置中，优选，各电极的通电方向的长度设定为能够保持各电极的刚度的程度的较小的值。

在本发明的通电加热装置中，优选，各电极的通电方向的长度设定为0.5～3mm。

发明效果

根据本发明，电极无磨损，能够相对于工件均匀地通电。

附图说明

图1是示出本发明涉及的通电加热装置的图。

图2是示出实验中的工件的计测点的图。

图3是示出电极的左右尺寸与三次的量的温度范围的平均值的关系的图。

图4是示出电极的左右尺寸与三次的量的温度范围的最小值的关系的图。

图5是示出模拟的电极与工件的接触部分的图。

图6是示出通过以往的电极对工件进行了通电时的电流密度的分布的图。

图7是示出通过本发明涉及的电极对工件进行了通电时的电流密度的分布的图。

图8是示出通电加热装置的其他方式的图。

具体实施方式

以下，参照图1对本发明涉及的通电加热装置的一实施方式即通电加热装置1进行说明。

通电加热装置1是通过通电对工件W进行加热的装置。

此外，为了便于说明，以图1的箭头X所指的方向为工件W的右方向来规定左右方向，以图1的箭头Y所指的方向为工件W的前方向来规定前后方向，以图1的箭头Z所指的方向为工件W的上方向来规定上下方向。

如图1所示，工件W是以左右方向为长边方向的矩形状的平板部件，其表面以及背面朝向上下方向地配置。工件W是通电加热装置1的加热对象，由钢材等具有导电性的材料制成。

通电加热装置1具备电极10/10以及夹持部20/20。

电极10/10是对工件W通电时所使用的电极，沿左右方向彼此隔开预定的间隔地配置。电极10/10安装于工件W的左右方向的两端部附近。电极10/10，以一方为正极并以另一方为负极，两个为一组地使用，在使用交流电源的情况下也是同样的。此外，电极10/10连接于预定的电源装置，通过该电源装置工作从而沿左右方向将电流赋予工件W。即，通电加热装置1中的通电方向与左右方向一致。

电极10由铜、不锈钢、石墨等具有导电性的坯料制成。不过，从高耐久性以及低电阻等观点出发，优选采用铜（特别是铬铜或者铍铜）作为电极10的坯料。

电极10包括位于工件W下方的下部电极11和位于工件W上方的上部电极12。

下部电极11具有长方体形状，一边保持一定的上下尺寸以及一定的左右尺寸（通电方向的长度），以一边成为比工件W的前后尺寸大的前后尺寸的方式沿前后方向延伸（沿工件W的表面向与通电方向垂直的方向延伸）。下部电极11固定于预定的位置使得其能够载置工件W。在下部电极11，以其上表面与工件W的下表面接触且工件W的前后方向上的两端部位于下部电极11的前后方向上的两端部之间的方式，载置工件W。下部电极11的与工件W接触的接触面即下部电极11的上表面，成为与工件W的下表面贴合那样的平坦面。

上部电极12具有与下部电极11大致同样的长方体形状，一边保持与下部电极11的上下尺寸相同的上下尺寸以及与下部电极11的左右尺寸相同的左右尺寸，以一边成为与下部电极11的前后尺寸相同的前后尺寸的方式沿前后方向延伸。上部电极12配置为隔着工件W与下部电极11相对。上部电极12能够通过气缸等致动器而沿上下方向移动，构成为通过使下表面接触工件W的上表面，而与下部电极11一起从上下方向夹持工件W。上部电极12的与工件W接触的接触面即上部电极12的下表面，成为与工件W的上表面贴合那样的平坦面。

此外，在本实施方式中，设为了下部电极11固定而上部电极12能够移动，但是也可以设为下部电极11能够移动而上部电极12固定，或者下部电极11以及上部电极12的双方都能够移动。

电极10的左右尺寸（通电方向的长度）与以往的电极的左右尺寸相比较，设定得较小。

详细而言，下部电极11的左右尺寸以及上部电极12的左右尺寸设定为能够保持电极10（下部电极11以及上部电极12）的刚度的程度的较小的值（例如，0.5～3（mm））。即，下部电极11的左右尺寸以及上部电极12的左右尺寸设定为在通过下部电极11以及上部电极12夹持了工件W时，下部电极11以及上部电极12不纵弯曲的程度的较小的值。

夹持部20/20是固定工件W的部件。夹持部20/20配置于电极10/10的附近，将工件W的被加热部分（位于电极10/10之间的部分）以外的部分固定。详细而言，一方的夹持部20与左侧的电极10隔开稍许距离地配置于该电极10的左方，另一方的夹持部20与右侧的电极10隔开稍许距离地配置于该电极10的右方。即，夹持部20/20分别配置于电极10/10的左右外侧。

夹持部20由不锈钢、碳素钢等高硬度的坯料制成。

夹持部20包括位于工件W下方的下部夹持部21和位于工件W上方的上部夹持部22。

下部夹持部21具有长方体形状，一边保持一定的上下尺寸以及一定的左右尺寸，以一边成为比工件W的前后尺寸大的前后尺寸的方式沿前后方向延伸。下部夹持部21固定于下部夹持部21的上表面的上下位置与下部电极11的上表面的上下位置一致的位置使得其能够载置工件W。在下部夹持部21，以其上表面与工件W的下表面接触且工件W的前后方向上的两端部位于下部夹持部21的前后方向上的两端部之间的方式，载置工件W。

上部夹持部22具有与下部夹持部21大致同样的长方体形状，一边保持与下部夹持部21的上下尺寸相同的上下尺寸以及与下部夹持部21的左右尺寸相同的左右尺寸，以一边成为与下部夹持部21的前后尺寸相同的前后尺寸的方式沿前后方向延伸。上部夹持部22配置为隔着工件W与下部夹持部21相对。上部夹持部22能够通过气缸等致动器而沿上下方向移动，构成为通过使下表面接触工件W的上表面而与下部夹持部21一起从上下方向夹持工件W。

优选，上部夹持部22按压工件W的压力（夹持部20夹持工件W的压力）设定为比上部电极12按压工件W的压力（电极10夹持工件W的压力）高的值。

进一步优选，上部夹持部22按压工件W的压力（夹持部20夹持工件W的压力）设定为能够抑制通过电极10/10进行了相对于工件W的通电时被加热了的工件W的变形的程度的较高的值。即，上部夹持部22通过以能够抑制如下情况的程度的压力按压工件W来固定工件W，该情况为：在通过电极10/10进行了相对于工件W的通电时，被加热了的工件W变形，工件W与电极10/10的接触面减小。

这样，抑制在工件W通过电极10/10的通电被加热了时，工件W因热膨胀而变形，能够通过电极10/10对工件W进行均匀的通电。

此外，在本实施方式中，设为下部夹持部21固定而上部夹持部22能够移动，但是也可以设为下部夹持部21能够移动而上部夹持部22固定，或者设为下部夹持部21以及上部夹持部22的双方都能够移动。

另外，夹持部20中的与工件W接触的接触面即下部夹持部21的上表面以及上部夹持部22的下表面为摩擦系数较高的形状（例如凹凸面）。

由此，能够良好地固定由于热膨胀而要变形的工件W，能够进一步抑制工件W因热膨胀而变形。

在通电加热装置1中，因为通过夹持部20固定了工件W，所以上部电极12按压工件W的压力（电极10夹持工件W的压力）设定为上部电极12的下表面与工件W的上表面贴合且电极10/10能够相对于工件W进行通电的程度的较低的值。即，上部电极12以其下表面与工件W的上表面贴合且电极10/10能够相对于工件W进行通电的最小限度的压力来按压工件W。

由此，能够抑制由于电极10接触工件W而产生的电极10的磨损。

这样，在以往的通电加热装置中，电极具有对工件施加电压的功能和固定工件的功能这两个功能，为了抑制工件的变形，电极以比通电所需的压力大的压力来按压工件，与此相对，在本实施方式涉及的通电加热装置中，电极具有对工件施加电压的功能，夹持部具有固定工件的功能，使这些功能分离。

此外，在本实施方式中，相邻的电极10和夹持部20配置为相互隔开稍许距离，但是也可以配置为相互接触。

即，所谓电极10的“附近”，意味着不管夹持部20是否接触电极10只要夹持部20能够抑制被加热了的工件W变形的位置。

以下，参照图2～图7对通过使电极的左右尺寸比以往小的尺寸而带来的效果进行说明。

此外，为了便于说明，将图2的左右方向规定为工件的左右方向。另外，将图2的上方规定为工件的后方，相同地将下方规定为工件的前方。进而，将图2的纸面近前侧规定为工件的上方，相同地将纸面进深侧规定为工件的下方。

首先，准备了左右尺寸为5（mm）的以往的一组电极和将左右尺寸分别设为0.5（mm）、1（mm）、3（mm）的三组电极，通过各电极进行了对工件通电的实验。

在本实验中，使用了前后尺寸为300（mm）、左右尺寸为375（mm）、上下尺寸为1.4（mm）的工件，将电极之间的距离（一对电极的相对面彼此的距离）设为325（mm）。

如图2所示，在本实验中，计测了计测点P1、计测点P2、计测点P3、计测点P4以及计测点P5的通电后的工件的温度。

计测点P1～计测点P5是工件中的距左侧电极（详细而言，距左侧电极的右端面）35（mm）的位置。

从工件的后端到计测点P1的距离以及从工件的前端到计测点P5的距离是20（mm），从计测点P1到计测点P2的距离、从计测点P2到计测点P3的距离、从计测点P3到计测点P4的距离以及从计测点P4到计测点P5的距离都是65（mm）。

在本实验中，对每个电极进行了三次如下作业：将电流值设为12（kA）并进行11.5秒钟的通电，算出计测点P1～计测点P5的温度的最小值与最大值的差作为温度范围。

图3是示出按每个电极算出的三次的量的温度范围的平均值（以下，记作“平均温度范围”）的图。

如图3所示，在电极的左右尺寸为3（mm）以下的情况下，平均温度范围成为比较低的值，在任何电极中都成为大致同等的平均温度范围。

图4是示出按每个电极算出的三次的量的温度范围的最小值（以下记作“最小温度范围”）的图。

如图4所示，在电极的左右尺寸为3（mm）以下的情况下，最小温度范围成为比较低的值，伴随电极的左右尺寸的减小，最小温度范围也变小。

如以上那样，可知，通过使用左右尺寸为3（mm）以下的电极来对工件通电，与使用左右尺寸为5（mm）的以往的电极的情况相比较，能够减小工件的温度范围，即减小工件的温度波动。

接着，进行了假定通过左右尺寸为5（mm）的以往的一组电极来对工件通电以及通过左右尺寸为1（mm）的一组电极来对工件通电的模拟。

本模拟以与所述实验同样的条件（工件的尺寸等）来进行。

在本模拟中，假定在电极与工件之间存在非接触部分，如图5那样将电极设定为与工件局部接触那样的形状。

图5中的涂黑部分示出电极与工件的接触部分，空芯箭头示出电流。

图6是示出通过左右尺寸为5（mm）的以往的电极进行了通电的工件中的电流密度的分布的图，图7是示出通过左右尺寸为1（mm）的电极进行了通电的工件中的电流密度的分布的图。

图6以及图7的双点划线L是示出工件中的距左侧电极（详细而言，距左侧电极的右端面）35（mm）的位置的线。

如图6所示，在通过左右尺寸为5（mm）的以往的电极对工件进行了通电的情况下，在工件中的距左侧电极35（mm）的位置（由双点划线L示出的位置），电流密度的波动比较大。

如图7所示，在通过左右尺寸为1（mm）的电极对工件进行了通电的情况下，在工件中的距左侧电极35（mm）的位置（由双点划线L示出的位置），电流密度的波动变得比较小。

这样，可知，通过使左右尺寸比以往的电极小，特别是将电极的左右尺寸设为0.5～3（mm），从而能够减轻电极的非接触部分相对于工件的影响，抑制不均匀的通电。

下面参照图8对通电加热装置100进行说明。

通电加热装置100是通过通电对工件W进行加热的装置。

此外，下面对与通电加热装置1共用的部分附上相同的附图标记，将其说明省略。

通电加热装置100具备电极10/10。即，通电加热装置100在不具备夹持部20/20这方面，与通电加热装置1不同。

在通电加热装置100中，上部电极12按压工件W的压力（电极10夹持工件W的压力）设定为与以往的电极同样的程度，即能够抑制通过电极10/10进行了相对于工件W的通电时被加热了的工件W变形的程度。

如上所述，电极10的左右尺寸（通电方向的长度）与以往的电极的左右尺寸相比较，设定得较小。

由此，与以往的电极相比较，电极10的与工件W接触的接触面积变小，能够提高电极10与工件W的表面压力。

因此，能够不提升电极10夹持工件W的压力地良好地抑制工件W由的热膨胀所引起的变形。

产业上的应用可能性

本发明能够利用于通过对平板状的工件通电来对该工件进行加热的通电加热装置。

附图标记说明

1通电加热装置

10电极

11下部电极

12上部电极

20夹持部

21下部夹持部

22上部夹持部

W工件

Claims

1.一种通电加热装置，其通过对平板状的工件进行通电，来对该工件进行加热，其特征在于，具备：

一对电极，其沿通电方向彼此隔开预定间隔地配置并用于对所述工件进行通电；和

一对夹持部，其固定所述工件，

各电极设置为一边保持一定的通电方向的长度，一边沿所述工件的表面向与通电方向垂直的方向延伸并夹持所述工件的表背两面，

各夹持部设置为在各电极的附近夹持所述工件的被加热部分以外的部分的表背两面，

各夹持部夹持所述工件的压力设定为比各电极夹持所述工件的压力高的值。

2.根据权利要求1所述的通电加热装置，其特征在于，

各夹持部夹持所述工件的压力设定为能够抑制通过所述一对电极对所述工件通电时的被加热了的工件的变形的程度的较高的值，

各电极夹持所述工件的压力设定为所述一对电极能够对工件进行通电的程度的较低的值。

3.根据权利要求1或2所述的通电加热装置，其特征在于，

各电极的通电方向的长度设定为能够保持各电极的刚度的程度的较小的值。

4.根据权利要求3所述的通电加热装置，其特征在于，

各电极的通电方向的长度设定为0.5～3mm。