JP2011189402A - Resistance heating method of metal sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属板の抵抗加熱方法に関するものであり、主に自動車の構造部品のホットプレス成形に用いられる。 The present invention relates to a resistance heating method for a metal plate, and is mainly used for hot press molding of structural parts of automobiles.
近年、特に自動車産業においては環境問題に起因した車体の軽量化により材料の薄肉化と高強度化が進められている。このような部品の製作にはプレス成形が用いられることが多いが、高強度化された材料(金属板)を用いるプレス成形では材料の割れや寸法精度不良が発生しやすい。 In recent years, especially in the automobile industry, materials have been made thinner and higher in strength by reducing the weight of vehicle bodies due to environmental problems. In many cases, press molding is used for the production of such a component, but cracking of the material and poor dimensional accuracy are likely to occur in press molding using a highly strengthened material (metal plate).
このような問題に対し、材料(金属板)の割れや寸法精度不良を抑制することを可能にした成形方法として、ホットプレス成形(熱間プレス成形)が知られている。この技術は、非特許文献1に紹介されており、例えば鋼板を900℃程度のオーステナイト域まで加熱し、金型で冷却しながらプレス成形することで焼入れ(ダイクエンチ)を行い、鋼板の強度を高める成形方法である。
In order to solve such a problem, hot press molding (hot press molding) is known as a molding method capable of suppressing cracking of a material (metal plate) and poor dimensional accuracy. This technology is introduced in Non-Patent
このホットプレス成形において、上記の金属板(ブランク)の加熱には、加熱炉あるいは直接通電が用いられる。その際、加熱炉を用いた加熱では、加熱中または加熱炉から金型への搬送中に表面にスケールが発生するという問題がある。これに対して、直接通電を用いた加熱(抵抗加熱)の場合は、極めて短時間で加熱ができるため、表面のスケール発生は極めて少ない。 In this hot press molding, a heating furnace or direct energization is used for heating the metal plate (blank). At that time, the heating using the heating furnace has a problem that scale is generated on the surface during the heating or the conveyance from the heating furnace to the mold. On the other hand, in the case of heating using direct energization (resistance heating), since heating can be performed in an extremely short time, the generation of scale on the surface is extremely small.
この直接通電による加熱方法(抵抗加熱方法)では、一般的には、図10に示すように、電源51と2つの幅広の電極52を用いて矩形(正方形、長方形)のブランク61を加熱する。矩形のブランク61に限定しているのは、2つの幅広の電極52を用いて矩形以外のブランク(例えば、台形のブランク62)を加熱しようとすると、電気抵抗(通電抵抗)が一様でないために、図11に示すように、ブランク62を均一に加熱できないからである。
In this heating method by direct energization (resistance heating method), generally, a rectangular (square, rectangular) blank 61 is heated using a
これに対して、矩形以外のブランクの抵抗加熱方法として、特許文献1に、図12に示すように、台形のブランク62の相対する両端部に電極53を各5個ずつ(計10個)取り付け、相対する電極53間に電流を流して均一に加熱する例が開示されている。
On the other hand, as a resistance heating method for non-rectangular blanks, in
しかし、前記の特許文献1に開示された抵抗加熱方法は、台形のブランクなどの4本の直線で形成された形状のブランクにしか適用できない。すなわち、ブランクの相対する両端部に電極を設置するため、相対する両端部を持たないブランクでは電極の設置ができない辺が生じ、加熱されない部分が生じる。また、相対する電極間でのみ通電して加熱を行うため、ブランクの温度分布が不均一になった場合に、その温度分布の不均一を解消できるように任意の個所を部分的に加熱することができない。しかも、ブランク全体を均一に加熱することを目的としており、所望の温度分布(例えば、ブランクの半分を900℃に、残り半分を800℃にする)を持たせることは念頭においていない。
However, the resistance heating method disclosed in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ホットプレス成形に用いる金属板を適切に加熱することができる金属板の抵抗加熱方法を提供することを目的とするものである。 This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at providing the resistance heating method of the metal plate which can heat the metal plate used for hot press molding appropriately. .
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
[1]プレス成形される金属板に4個以上の電極を取り付け、順次、それらの電極の内の2個の電極を選択して、その2個の電極間に電流を流すことによって、前記金属板を加熱することを特徴とする金属板の抵抗加熱方法。 [1] At least four electrodes are attached to a press-molded metal plate, two of the electrodes are sequentially selected, and an electric current is passed between the two electrodes, whereby the metal A resistance heating method for a metal plate, comprising heating the plate.
[2]金属板内に温度差を有する所望の温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする前記[1]に記載の金属板の抵抗加熱方法。 [2] The resistance heating method for a metal plate according to [1], wherein the metal plate is heated to have a desired temperature distribution having a temperature difference in the metal plate.
[3]金属板の形状を矩形および台形を除いた形状とし、金属板内に温度差を有さない均一な温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする前記[1]に記載の金属板の抵抗加熱方法。 [3] In the above [1], the shape of the metal plate is a shape excluding a rectangle and a trapezoid, and the metal plate is heated so as to have a uniform temperature distribution having no temperature difference in the metal plate. The resistance heating method of the metal plate as described.
本発明においては、ホットプレス成形に用いる金属板(ブランク)を適切に加熱することができる。 In this invention, the metal plate (blank) used for hot press molding can be heated appropriately.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態における配線状態を示す図である。図1に示すように、この実施形態においては、矩形または台形でない異形の金属板(ブランク)63をホットプレス成形する際に、その異形のブランク63を所定の温度に抵抗加熱するものであり、ブランク63の周縁に電極53を36個取り付け、電源51に繋ながっているスイッチボックス54にそれら36個の電極53を繋げている。なお、図1において電極53に付している数字1〜36は、その電極のNo(番号)を示している。そして、通電制御装置(図示せず)が、順次、スイッチボックス54内のスイッチを切替えることで、36個の電極53の内の2個の電極53を選択し、その2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)間に所定の電流値で所定の時間電流を流すことによって、ブランク63を抵抗加熱するようにしている。
FIG. 1 is a diagram showing a wiring state in an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this embodiment, when hot-forming a deformed metal plate (blank) 63 that is not rectangular or trapezoidal, the deformed blank 63 is resistance-heated to a predetermined temperature. 36
ここで、ブランク63を所定の目標温度に加熱する際には、ブランク63内に温度差を有さない均一な温度分布になるように加熱する場合もあるし、ブランク63内に温度差を有する所望の温度分布になるように加熱する場合もある。 Here, when the blank 63 is heated to a predetermined target temperature, the blank 63 may be heated so as to have a uniform temperature distribution without a temperature difference, or the blank 63 has a temperature difference. There are also cases where heating is performed to obtain a desired temperature distribution.
そして、電極53の個数については、ブランク63の各周縁(辺あるいは曲縁)に少なくとも1個の電極53を配置するのがよい。例えば、ブランク63の形状が4角形の場合、その各辺に少なくとも1個の電極53を配置するとすれば、4個以上の電極53を用いることになる。
As for the number of
また、隣接する電極53間の間隔については、ブランクの形状にもよるが、100mm以上が好ましい。隣接する電極53間の間隔が100mm以下だと、電極53の個数が不必要に多くなり、それら多数の電極53に順次電流を流すと加熱に時間がかかってしまうからである。
Further, the interval between the
また、通電する2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)間の通電時間については、0.1〜2.0秒が好ましい。通電時間が2.0秒を超えると、トータルでの通電時間がかかるためだけでなく、ブランクの表面に酸化防止膜がない場合にスケールが発生するからである。なお、通電の電流値については、0.1〜2.0秒の通電時間内に目標の温度に達する値とする。
Moreover, about the energization time between the two
そして、通電する2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)の組合せと通電の順番および通電時間と電流値といった通電条件については、予め、計算機シミュレーションや実験・実績データに基づいて定めておき、図2に示すように、二次元温度計(サーモビューワー)55によって、加熱中および加熱後のブランク63の温度分布を計測し、その計測結果に基づいて、当該ブランクの通電条件のフィードフォワード制御あるいは次のブランクの通電条件へのフィードバック制御を行う。例えば、ブランク63内で目標温度に達していない部分があれば、その部分を追加加熱するようにする。 The energization conditions such as the combination of the two energized electrodes 53 (used electrode A and used electrode B), energization order, energization time, and current value are determined in advance based on computer simulation and experiment / result data. As shown in FIG. 2, the temperature distribution of the blank 63 during and after heating is measured by a two-dimensional thermometer (thermo viewer) 55, and the feed forward of the energization condition of the blank is based on the measurement result. Control or feedback control to the energization condition of the next blank is performed. For example, if there is a part in the blank 63 that has not reached the target temperature, the part is additionally heated.
なお、上記のサーモビューワー55の温度分布計測に基づくフィードフォワード制御やフィードバック制御は、毎回行ってもよいが、量産などの場合は、初回のみ行って、その通電条件で問題ないことを確認したら、あとは同じ通電条件で行うことでもよい。 The feed forward control and the feedback control based on the temperature distribution measurement of the thermo viewer 55 may be performed every time, but in the case of mass production or the like, after performing only the first time and confirming that there is no problem with the energization conditions, The rest may be performed under the same energization conditions.
ちなみに、ブランク63の抵抗加熱が終了しても、そのまま電極53をつけた状態でプレス成形を行うことでよい。
Incidentally, even if the resistance heating of the blank 63 is completed, the press molding may be performed with the
本発明の実施例1として、図1に示した異形ブランク63の抵抗加熱を行った。なお、異形ブランク63の板厚は1.6mm、概略の寸法(長さ×幅)は1000mm×300mmであり、目標の加熱温度は835℃(均一温度分布)とした。 As Example 1 of the present invention, resistance heating of the deformed blank 63 shown in FIG. 1 was performed. The plate blank 63 had a thickness of 1.6 mm, an approximate dimension (length × width) of 1000 mm × 300 mm, and a target heating temperature of 835 ° C. (uniform temperature distribution).
そして、本発明例1として、前述の本発明の一実施形態に基づいて抵抗加熱を行った。すなわち、図1に示すように、ブランク63の周縁に電極53を36個(No1〜No36)取り付け、順次、その内の2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)間に電流を流して、ブランク63を抵抗加熱した。その際の通電条件(通電の順番、使用電極Aと使用電極Bの組合せ、通電時間)は、図3に示すものであった。順番1〜12で、ブランク63の幅方向に相対する電極(No2とNo33、No3とNo32、・・・)間に電流を流した後、順番13〜20で、サーモビューワー55の温度分布計測結果に基づいて、目標温度になっていない部分の温度を上昇させるために、ブランク63の斜め方向や長手方向に相対する電極(No33とNo36、No36とNo2、・・・)間に電流を流した。
And as this invention example 1, resistance heating was performed based on one Embodiment of the above-mentioned this invention. That is, as shown in FIG. 1, 36 electrodes 53 (No. 1 to No. 36) are attached to the periphery of the blank 63, and a current is sequentially passed between the two electrodes 53 (the used electrode A and the used electrode B). The blank 63 was heated by resistance. The energization conditions (the order of energization, the combination of the used electrode A and the used electrode B, and the energization time) at that time are shown in FIG. After flowing current between the electrodes (No. 2 and No. 33, No. 3 and No. 32,...) Facing in the width direction of the blank 63 in
その結果、本発明例1では、図4に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク63を825〜850℃の均一な温度分布に加熱することができた。 As a result, in Example 1 of the present invention, as shown in FIG. 4 showing the temperature distribution after resistance heating, the blank 63 could be heated to a uniform temperature distribution of 825 to 850 ° C.
本発明の実施例2として、図5に示す異形ブランク64の抵抗加熱を行った。異形ブランク64の板厚は1.2mm、概略の寸法(長さ×幅)は1200mm×400mmであり、目標の加熱温度は、図6に示すように、一部が875℃、他の部分が725℃というブランク64内で温度差を有する温度分布とした。 As Example 2 of the present invention, resistance heating of the deformed blank 64 shown in FIG. 5 was performed. The thickness of the irregular blank 64 is 1.2 mm, the approximate dimensions (length × width) are 1200 mm × 400 mm, and the target heating temperature is 875 ° C. for a part as shown in FIG. A temperature distribution having a temperature difference in the blank 64 of 725 ° C. was obtained.
そして、本発明例2として、図5に示すように、ブランク64の周縁に電極53を32個(No1〜No32)取り付け、順次、その内の2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)間に電流を流して、ブランク64を抵抗加熱した。その際の通電条件(通電の順番、使用電極Aと使用電極Bの組合せ、通電時間)は、図7(a)に示すものであった。順番1〜9では、875℃と高温に加熱したい部分を通電時間0.3秒と長く加熱し、順番10〜12では、725℃と低温に加熱したい部分を通電時間0.1秒と短く加熱した。
Then, as Example 2 of the present invention, as shown in FIG. 5, 32 electrodes 53 (No1 to No32) are attached to the periphery of the blank 64, and two of the electrodes 53 (the used electrode A and the used electrode B) are sequentially installed. The blank 64 was resistance-heated by passing an electric current between them. The energization conditions (the order of energization, the combination of the used electrode A and the used electrode B, and the energization time) at that time were as shown in FIG. In
その結果、本発明例2では、図7(b)に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク64を目標の温度分布に加熱することができた。 As a result, in Example 2 of the present invention, the blank 64 could be heated to the target temperature distribution as shown in FIG. 7B after the resistance heating.
本発明の実施例3として、実施例2と同様に、図5に示した異形ブランク64を抵抗加熱した。ただし、目標の加熱温度は、図8に示すように、一部が775℃、一部が875℃、一部が725℃、一部が825℃という温度分布とした。 As Example 3 of the present invention, similarly to Example 2, the deformed blank 64 shown in FIG. However, as shown in FIG. 8, the target heating temperature has a temperature distribution such that a part is 775 ° C., a part is 875 ° C., a part is 725 ° C., and a part is 825 ° C.
そして、本発明例3として、図5に示したように、ブランク64の周縁に電極53を32個(No1〜No32)取り付け、順次、その内の2個の電極53(使用電極Aと使用電極B)間に電流を流して、ブランク64を抵抗加熱した。その際の通電条件(通電の順番、使用電極Aと使用電極Bの組合せ、通電時間)は、図9(a)に示すものであった。 Then, as Example 3 of the present invention, as shown in FIG. 5, 32 electrodes 53 (No1 to No32) are attached to the periphery of the blank 64, and two of the electrodes 53 (the used electrode A and the used electrode) are sequentially installed. A current was passed during B) to resistance-heat the blank 64. The energization conditions (the order of energization, the combination of the used electrode A and the used electrode B, and the energization time) at that time are as shown in FIG.
その結果、本発明例3では、図9(b)に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク64を目標の温度分布に加熱することができた。 As a result, in Example 3 of the present invention, as shown in FIG. 9B, the temperature distribution after resistance heating was able to heat the blank 64 to the target temperature distribution.
なお、上記の実施例2、実施例3では、異形のブランクを対象にして、ブランク内で温度差を有する温度分布に加熱したが、本発明においては、矩形のブランクや台形のブランクに対しても、同様にすることによって、ブランク内で温度差を有する温度分布に加熱することができる。 In Example 2 and Example 3 above, a blank having an irregular shape was heated to a temperature distribution having a temperature difference in the blank, but in the present invention, a rectangular blank or a trapezoidal blank is used. In the same manner, it can be heated to a temperature distribution having a temperature difference in the blank.
51 電源
52 電極
53 電極
54 スイッチボックス
55 二次元温度計(サーモビューワー)
61 矩形のブランク
62 台形のブランク
63 異形のブランク
64 異形のブランク
51
61 Rectangular blank 62 Trapezoidal blank 63 Deformed blank 64 Deformed blank
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