CN107432054A - 加热方法、加热装置和压制成型品的制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种加热方法、加热装置和使用该加热方法的压制成型品的制造方法。电极放置在工件上，以在第一方向上跨越加热目标区域延伸。在电流施加于电极的同时，电极中的至少一个电极在与第一方向垂直的第二方向上在加热目标区域上移动。在通过划分加热目标区域而限定多个区段使得区段在第一方向上并排布置的同时，并且根据电极之间的各个区段的长度来调整沿着第一方向的电极中的至少一个电极与工件之间的接触压力的分布，以调整加热目标区域的各个区段的加热温度。

Description

加热方法、加热装置和压制成型品的制造方法

技术领域

本发明涉及用于通过直接电阻加热来加热板工件的加热方法和加热装置以及压制成型品的制造方法。

背景技术

钢工件的加热方法包括间接加热和直接加热。间接加热包括例如炉加热。直接加热包括例如感应加热和直接电阻加热。在感应加热中，通过电磁感应将涡电流施加于工件从而加热工件。在直接电阻加热中，将电流直接施加于工件从而加热工件。

根据第一现有技术的加热方法，通过直接电阻加热而加热板工件，该板工件具有宽度沿着工件的长度方向改变的加热目标区域。将加热目标区域划分为在工件的长度方向上并排布置的多个带状区段。对每个区段设置一对电极。将电流施加于各对电极，使得加热目标区域被均匀地加热(例如，参见JP3587501B2)。

同样根据第二现有技术的加热方法，通过直接电阻加热而加热板工件，该板工件具有宽度沿着工件的长度方向改变的加热目标区域。该工件的加热目标区域具有从长度方向上的一端朝着另一端单调递减的宽度。一对电极置于工件的加热目标区域的宽的端部处，并且在将电流施加于一对电极的同时，使电极中的一个电极朝着窄的端部移动，使得加热目标区域被均匀地加热(例如，参见JP2013-114942A)。

根据第一现有技术的加热方法，因为一个加热目标区域要求多对电极，所以加热装置的构造是复杂的。另一方面，根据第二现有技术的加热方法，加热目标区域能够由单对电极均匀地加热。从而，能够简化加热装置的构造。

然而，当将宽度沿着其长度方向改变的加热目标区域划分为多个带状区段使得区段在加热目标区域的宽度方向上并排布置时，一对电极之间的区段的长度彼此不同，并且区段的电阻也彼此不同。流经一对电极之间的具有比较长的长度，即，具有比较大的电阻的区段的电流是比较小的。从而，在该区段中产生的热的量比较小。因此，在第二现有技术的加热方法中，沿着加热目标区域的宽度方向的温度分布可能不是均匀的。

发明内容

本发明的说明性方面提供了一种加热方法和加热装置，其能够均匀地加热工件的加热目标区域，而且还能够对工件的加热目标区域提供期望的温度分布。

根据本发明的说明性方面，一种加热方法包括：将一对电极沿着第一方向布置在工件上，所述一对电极具有在所述第一方向上跨越所述工件的加热目标区域而延伸的长度；在将电流施加于所述一对电极的同时，使所述电极中的至少一个电极在与所述第一方向垂直的第二方向上在所述加热目标区域上移动，以通过直接电阻加热而加热所述加热目标区域；以及在通过划分所述加热目标区域而限定多个区段使得所述区段在所述第一方向上并排布置的同时，并且根据所述一对电极之间的各个所述区段的长度，调整沿着所述第一方向的所述电极中的至少一个电极与所述工件的接触压力的分布，以调整所述加热目标区域的各个所述区段的加热温度。

根据本发明的另一个说明性方面，一种加热装置包括：一对电极，该一对电极被布置为在第一方向上跨越工件的加热目标区域而延伸；供电单元，该供电单元被配置为将电流供给到所述一对电极；移动部，该移动部被构造为使所述电极中的至少一个电极在与所述第一方向垂直的第二方向上在所述加热目标区域上移动；加压器，该加压器被构造为使所述电极中的至少一个电极按压所述工件，使得能够调整沿着所述第一方向的与所述工件的接触压力的分布；以及控制单元，该控制单元被构造为在通过划分所述加热目标区域而限定多个区段使得所述区段在所述第一方向上并排布置的同时，并且根据述一对电极之间的各个所述区段的长度来控制所述加压器，以调整沿着所述第一方向的所述接触压力的分布。

根据本发明的另一个说明性方面，提供了一种压制成型品的制造方法。该方法包括通过上述加热方法加热板工件，并且利用压制模具将压力施加于所述板工件，以对所述板工件进行热压成型。

根据下面的说明书、附图和权利要求，本发明的其它方面和优点将是明显的。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的要加热的工件的一个实例的平面图。

图1B是图1A的工件的前视图。

图2A是根据本发明的实施例的加热装置的一个实例的前视图。

图2B是图示出加热装置的一对电极与工件一起的平面图。

图2C是加热装置的侧视图。

图3A是图示出根据本发明的实施例的直接电阻加热的一个实例的平面图。

图3B是图示出直流电阻加热方法的另一个平面图。

图4是图示出根据图3A和3B的直流电阻加热方法的施加于电极之间的电流的调整和可移动电极的移动速度的调整的概念的图。

图5是示出根据图3A和3B的直流电阻加热方法的从加热开始过去的时间与可移动电极的位置之间的关系、可移动电极的移动与施加于一对电极之间的电流的关系、以及在加热结束时的沿着工件的长度方向的温度分布的实例的曲线图。

图6是示出根据图3A和3B的直流电阻加热方法的从加热开始过去的时间与可移动电极的位置之间的关系、可移动电极的移动与施加于一对电极之间的电流之间的关系、以及在加热结束时的沿着工件的长度方向的温度分布的其它实例的曲线图。

图7是图示出图3A和3B的直流电阻加热方法的详情的平面图。

图8是图示出图7的直流电阻加热方法的等效电路图。

图9A是示出测试例1中的可移动电极与工件之间的接触压力的分布的视图。

图9B是示出测试例1中的已经通过直接电阻加热而被加热的工件的温度的分布的视图。

图10A是示出测试例2中的可移动电极与工件之间的接触压力的分布的视图。

图10B是示出测试例2中的已经通过直接电阻加热而被加热的工件的温度的分布的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。

图1A和1B图示出根据本发明的实施例的工件W的一个实例。所示的工件W是具有恒定厚度的带状材料。工件W的在其宽度方向(第一方向)上的尺寸沿着工件W的长度方向(第二方向)从一端R朝着另一端L单调递减。在该实例中，整个工件W是加热目标区域。

图2A至2C图示出被构造为加热工件W的加热装置的一个实例。

加热装置1具有：包括电极11、12的一对电极10、供电单元13、移动部14、加压器15、和控制单元16。

形成一对电极10的电极11、12被设置为在工件W的宽度方向上跨越工件W。在该实例中，电极11由移动部14支撑，从而能够在工件W的长度方向上移动，而电极12被设置在工件W的宽的端部R处并且固定在适当位置。可选择地，电极12也可以由移动部14支撑，从而能够在纵向W的长度方向上移动。

可移动电极11包括在工件W的厚度方向上保持工件W的主电极部11a和辅电极部11b。要固定于工件W的固定电极12也包括在工件W的厚度方向上保持工件W的主电极部12a和辅电极部12b。可移动电极11的主电极部11a和辅电极部11b分别被构造为滚轴。当可移动电极11通过移动部14而移动时，主电极部11a和辅电极部11b在接触工件W的同时在工件W的表面上滚动。

可移动电极11的主电极部11a通过辅助滚轴11c在汇流条11d上滚动。汇流条11d在工件W的长度方向上延伸。汇流条11d连接于供电单元13。电流通过汇流条11d和辅助滚轴11c从供电单元13供给到主电极部11a。主电极部11a和辅电极部11b可以互相电连接，使得能够将电流供给到主电极部11a和辅电极部11b。

加压器15被构造为调整一对电极10中的至少一个电极与工件W之间的在宽度方向上的接触压力的分布。在图示出的实例中，加压器15包括：第一加压器15a，其被构造为调整可移动电极11与工件W之间的接触压力的分布；以及第二加压器15b，其被构造为调整固定电极12与工件W之间的接触压力的分布。

例如，第一加压器15包括诸如汽缸(cylinder)这样的多个加压元件，所述多个加压元件沿着可移动电极11的辅电极部11b间隔地设置，并且彼此独立地驱动。辅电极部11b上的多个部位被各个加压元件按压，以调整工件W与可移动电极11之间的接触压力的分布。

第二加压器15也可以以相同的方式构成。即，第二加压器15可以包括诸如汽缸这样的多个加压元件，该多个加压元件沿着固定电极12的辅电极部12b间隔地设置，并且彼此独立地驱动。辅电极部12b上的多个部位被加压元件按压，以调整固定电极12与工件W之间的接触压力的分布。

供电单元13被配置为在控制单元16的控制下将直流或交流电流供给到一对电极10。移动部14被构造为在控制单元16的控制下使可移动电极11在工件W的长度方向上移动。加压器15被构造为在控制单元16的控制下分别调整可移动电极11和固定电极12与工件W之间的接触压力的分布。

接着，将描述使用加热装置1通过直接电阻加热来加热工件W的方法。

图3A和3B是在工件W的长度方向上控制工件W的加热温度的一个实例的平面图。可移动电极11被设置在工件W的设置固定电极12的端部R处。然后，将电流施加于一对电极10。在该状态下，可移动电极11从工件W的端部R朝着工件W的端部L移动。

当使可移动电极11从工件W的端部R朝着工件W的端部L移动时，适当地调整施加于一对电极10之间的电流和/或可移动电极11的移动速度。从而，能够独立地调整在工件W的长度方向上将工件W虚拟划分为的各个区段A_i(i＝1、2、3、...n)的加热温度。

例如，工件W具有沿着在工件W的长度方向上移动的可移动电极11的移动方向而单调递减的宽度，换句话说，工件W具有沿着可移动电极11的移动方向单调递减的截面面积，即，工件W的每单位长度的电阻值单调递增，能够沿着长度方向均匀地加热工件W。

图4示出当沿着长度方向均匀地加热工件W时的施加于一对电极10之间的电流的调整和可移动电极11的移动速度的调整的概念。

在I_i作为当可移动电极11经过具有单位长度Δl的各个区段A_i时施加的电流，并且t_i作为电流施加时间(秒)的情况下，因为在可移动电极11经过区段A_i之后区段A_i被加热，所以能够通过下面的表达式得到区段A_i中的温度(温度上升的量)。

[公式1]

其中，ρe是电阻率(Q·m)，ρ是密度(kg/m³)，c是比热(J/kg·℃)，并且a_i是区段A_i的截面积(m²)。

如果将各个区段A_i的施加的电流I_i或电流施加时间t_i(电极移动速度V_i)调整为满足下面的表达式，则能够使各个区段A_i中的温度θi均匀，即θ₁＝θ₂＝...＝θ_n。当速度恒定时，因为电流施加时间t_i是恒定的，所以可以仅调整施加电流I_i。当电流恒定时，因为施加电流I_i是恒定的，所以可以仅调整电流施加时间t_i。可以调整施加电流I_i和电流施加时间t_i二者。

[公式2]

当将固定电极12固定于工件W的端部R并且使可移动电极11从工件W的端部R朝着工件W的端部L移动时，工件W中的置于可移动电极11与固定电极12之间的电流施加部分从端部R侧逐渐扩大，在端部R侧处，在可移动电极11的移动方向上的每单位长度的电阻值比较小。

因此，电流施加时间t₁在一个区段A_i与另一个区段之间不同。电流施加时间在靠近端部R的区段中较长。当将相同的电流以相同的时间施加于端部R侧的区段和端部L侧的区段时，可移动电极11的移动方向上的每单位长度的电阻值比较小的端部R侧的区段的热量较小。

因此，基于可移动电极11的移动方向上的每单位长度的电阻值的变化，施加于一对电极10之间的电流和/或可移动电极11的移动速度根据它们与各个区段A_i的电流施加时间t_i的关系而被调整，从而调整在区段A_i中产生的热量。以这种方式，能够在长度方向上均匀地加热工件W。

图5和6示出从加热开始过去的时间与可移动电极11的位置之间的关系、可移动电极11的移动与施加于一对电极10之间的电流之间的关系、以及在加热结束时的沿着工件W的长度方向的温度分布的实例。在图5和6中，可移动电极11的位置利用与原点的距离表示，该原点作为在加热开始时的可移动电极11的初始位置(在工件W的端部R处)。

在图5所示的实例中，在将施加于一对电流10之间的电流调整为逐渐减小的同时，可移动电极11以恒定速度从工件W的端部R朝着工件W的端部L移动。在可移动电极11到达端部L之后，将可移动电极11保持在端部L处预定时间，在该预定时间期间，将与当可移动电极11已经到达端部L时的电流量相同的电流量施加于一对电极10。通过以这种方式调整电流，在长度方向上均匀地加热工件W。

在图6所示的实例中，在可移动电极11从工件W的端部R朝着工件W的端部L移动并且将移动速度调整为逐渐增大的同时，将恒定电流施加于一对电极10。在可移动电极11已经到达端部L之后，将可移动电极11保持在端部L处预定时间，在该预定时间期间，恒定的电流施加于一对电极10。通过以这种方式调整速度，在长度方向上均匀地加热工件W。

图7图示出在工件W的宽度方向上控制工件W的加热温度的一个实例。如图7所示，将工件W的在可移动电极11从工件W的端部R朝着工件W的另一端部L的移动期间将电流施加于可移动电极11与固定电极12之间这样的部分划分为在工件W的宽度方向上并排布置的多个区段B_j(j＝1、2、3...m)。

在宽度在可移动电极11的移动方向上单调递减的工件W中，在一对电极之间的各个区段B_j(j＝1、2、3...m)的长度b_j彼此不同，并且因此各个区段B_j的电阻也彼此不同。在图示出的实例中，一对电极之间的长度在沿着工件W的一侧的区段B_m侧比沿着工件W的另一侧的区段B₁侧长，并且因此电阻也在区段B_m侧较大。

图8图示出通过利用其进行直接电阻加热而加热各个区段B_j的等效电路。等效电路能够表示为如下电路：其中，工件W的在区段B_j中的电阻Rs_j(Ω)、在区段B_j中工件W与可移动电极11之间的接触电阻Rc1_j(Ω)、以及在区段B_j中工件W与固定电极12之间的接触电阻Rc2_j(Ω)串联连接。在图7所示的实例中，电阻Rs在区段B_m侧增大。

此处，如果可移动电极11与工件W均匀接触并且接触电阻是均匀的，即Rc1₁＝Rc1₂＝...＝Rc1_m，并且如果固定电极12也与工件W均匀接触且接触电阻是均匀的，即Rc2₁＝Rc2₂＝...＝Rc2_m，流经电阻Rs比较大的区段B_m的电流比较小，并且因此在区段B_m中产生的热量比较小。

此处，在区段B_j中，各个接触电阻Rc1_j或Rc2_j与工件W与可移动电极11或固定电极12之间的接触面积的增大对应地减小。与在区段B_j中工件W与可移动电极11或固定电极12之间的接触压力相关地，随着接触压力增大，接触面积也增大。

因此，区段B_j中的工件W与可移动电极11或固定电极12之间的接触压力基于其与电阻Rs_j的关系，即，基于其与区段B_j中的一对电极之间的距离b_j的关系而被调整，以调整接触电阻Rc1_j或Rc2_j。从而，能够调整在工件W中的区段B_j中产生的热量，使得能够在工件W的宽度方向上控制工件W的加热温度。

例如，当电阻Rs比较大的区段B_m侧的工件W与可移动电极11或固定电极12之间的接触压力增大时，能够在宽度方向上均匀地加热工件W。与图5所示的电流调整或图6所示的可移动电极11的速度调整结合，能够均匀地加热工件W。

下面将描述测试例。

在各个测试例中，如图3A和3B所示，一对电极10被设置在工件W的宽的端部R处，并且一对电极10中的一个电极11朝着窄的端部L移动，以通过直接电阻加热沿着长度方向均匀地加热工件W。

图9A示出测试例1中的可移动电极11与工件W之间的接触压力的分布，并且图9B示出测试例1中的已经通过直接电阻加热而加热的工件W的温度的分布。图10A示出测试例2中的可移动电极11的各部分与工件W之间的接触压力的分布，并且图10B示出测试例2中的已经通过直接电阻加热而加热的工件W的温度的分布。

使用压敏纸检测可移动电极11与工件W之间的接触压力的分布。在图9A和图10A中，通过压敏纸的彩色图案示出可移动电极11与工件W之间的接触压力的分布。在图9B和图10B中，通过灰度表示工件W的温度的分布，并且通过浅色表示较高的温度。

在测试例1中，如图9A所示，在工件W的宽的端部R侧的区域A中的可移动电极11与工件W之间的接触压力太小而不能被压敏纸检测到。在已经通过直接电阻加热而加热的工件W的温度的分布中，如图9B所示，区域A中的温度比较低，而在工件W的宽度方向上布置在区域A旁边的区域B中的温度比较高。

在测试例2中，如图10A所示，调整可移动电极11与工件W之间的接触压力的分布，从而能够使得区域A中的可移动电极11与工件W之间的接触压力基本等于区域B中的接触压力。在已经通过直接电阻加热而加热工件W之后，如图10B所示，测试例1中的宽的端部R侧的温度的变化解决并且均衡化。

例如，上述加热方法可以应用于在加热之后的基于淬火的硬化过程，或者可以应用于利用在加热之后处于高温状态的压制模具施加的压力通过热压成型而制造压制成型品的方法。根据前述加热方法，用于加热的装置可以具有简单的构造，使得用于加热的装置能够被设置为靠近压制机或一体地内置于压制机内。因此，能够在加热之后的短时间内压制成型板工件。从而，能够抑制加热的板工件的温度下降，从而降低能量损耗。另外，能够防止板工件的表面氧化，使得能够制造高质量的压制成型品。

本申请基于2015年3月5日提交的日本专利申请No.2015-043557，该专利申请的全部内容通过引用并入此处。

Claims (8)

1.一种加热方法，包括：

将一对电极沿着第一方向布置在工件上，所述一对电极具有在所述第一方向上跨越所述工件的加热目标区域而延伸的长度；

在将电流施加于所述一对电极的同时，使所述电极中的至少一个电极在与所述第一方向垂直的第二方向上在所述加热目标区域上移动，以通过直接电阻加热来加热所述加热目标区域；以及

在通过划分所述加热目标区域以限定多个区段使得所述区段在所述第一方向上并排布置的同时，并且根据所述一对电极之间的各个所述区段的长度，调整所述电极中的至少一个电极与所述工件之间沿着所述第一方向的接触压力的分布，以调整所述加热目标区域的各个所述区段的加热温度。

2.根据权利要求1所述的加热方法，其中，所述区段包括长区段和短区段，所述一对电极之间的所述长区段的长度比所述一对电极之间的所述短区段的长度长，并且其中，将所述接触压力调整为在所述长区段中比在所述短区段中高。

3.根据权利要求1或2所述的加热方法，其中，所述加热目标区域的在所述第一方向上的尺寸沿着所述第二方向变化。

4.根据权利要求3所述的加热方法，其中，所述加热目标区域的在所述第一方向上的尺寸沿着所述第二方向单调递减。

5.一种加热装置，包括：

一对电极，该一对电极被布置为在第一方向上跨越工件的加热目标区域而延伸；

供电单元，该供电单元被配置为将电流供给到所述一对电极；

移动部，该移动部被构造为使所述电极中的至少一个电极在与所述第一方向垂直的第二方向上在所述加热目标区域上移动；

加压器，该加压器被构造为使所述电极中的至少一个电极按压所述工件，使得能够调整所述电极中的至少一个电极与所述工件沿着所述第一方向的接触压力的分布；以及

控制单元，该控制单元被配置为：在通过划分所述加热目标区域而限定多个区段使得所述区段在所述第一方向上并排布置的同时，并且根据所述一对电极之间的各个所述区段的长度来控制所述加压器，以调整沿着所述第一方向的所述接触压力的分布。

6.根据权利要求5所述的加热装置，其中，所述区段包括长区段和短区段，所述一对电极之间的所述长区段的长度比所述一对电极之间的所述短区段的长度长，并且其中，所述控制单元将所述接触压力调整为在所述长区段中比在所述短区段中高。

7.根据权利要求5或6所述的加热装置，其中，所述加压器包括多个加压元件，该多个加压元件在所述第一方向上间隔地设置从而彼此独立地操作。

8.一种压制成型品的制造方法，该方法包括：

通过根据权利要求1至4的任意一项所述的加热方法加热板工件；以及

利用压制模具将压力施加于所述板工件，以对所述板工件进行热压成型。