JP2011200866A - Method and device for quenching steel sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のボディ等のプレス製品の製造に利用される鋼板の部分焼入れ方法及び鋼板の焼入れ装置に関する。 The present invention relates to a method of partially quenching a steel sheet and a steel sheet quenching apparatus that are used for manufacturing a pressed product such as a body of an automobile.
従来、自動車用のプレス製品は、以下の手順で製造されていた。先ず、最初に大きな一枚の鋼板を金型により所定の形状に切断し、ブランクと呼ばれる所定の大きさの鋼板を形成する。ブランクは種々の大きさ、種々の厚さ、種々の強度を有するものが存在する。次に、種々のブランクをプレス成形して、その後、各プレス部品を溶接等で組み立てして一体化した構造のプレス製品としていた。 Conventionally, press products for automobiles have been manufactured by the following procedure. First, a large sheet of steel is first cut into a predetermined shape by a mold to form a steel plate having a predetermined size called a blank. There are blanks having various sizes, various thicknesses, and various strengths. Next, various blanks were press-molded, and then each press part was assembled by welding or the like to obtain a pressed product having a structure integrated.
しかし、自動車用のボディを構成する部品の数は、数百点にも及ぶようになり、上述のような製造手順では、生産性が悪く、また部品等の管理も煩雑になってきた。そこで、板厚や強度の異なる複数のブランクを突き合わせ、レーザー溶接等で突合せ部分を溶接して一体化したプレス素材、即ちテーラードブランクを形成し、その後プレス成形装置で、テーラードブランクをプレス成型してプレス製品を製造するという技術が普及してきた。 However, the number of parts constituting the automobile body has reached several hundreds, and in the manufacturing procedure as described above, productivity is poor and management of parts and the like has become complicated. Therefore, a plurality of blanks having different thicknesses and strengths are butted together and the butted portions are welded together by laser welding or the like to form a press material, that is, a tailored blank, and then the tailored blank is press-molded by a press molding apparatus. The technology of manufacturing press products has become widespread.
図3は、テーラードブランク30の一例を示す図である。図示のように、強度が低く薄い第1のブランク31と強度が高く厚い第2のブランク32が突き合せ部で溶接され、溶接部33により一体化される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the tailored blank 30. As shown in the figure, the first blank 31 having a low strength and a thin first blank 31 and the second blank 32 having a high strength and a thick thickness are welded together at a butt portion and integrated by a
このようなテーラードブランク工法によれば、プレス製品の各部の強度をその目的に合わせて、任意に設定することができるという特徴を持っている。例えば、図3の例では、強度が必要な部分については第2のブランク32を使用することにより必要な強度を確保しつつ、強度が必要でない部分については、第1のブランク31を使用する。このようなテーラードブランク工法については、特許文献1に記載されている。
According to such a tailored blank method, the strength of each part of the pressed product can be arbitrarily set according to the purpose. For example, in the example of FIG. 3, the first blank 31 is used for a portion that does not require strength while securing the necessary strength by using the second blank 32 for a portion that requires strength. Such a tailored blank method is described in
しかしながら、強度差を持ったプレス製品を製造するにあたって、テーラードブランク工法においては、以下の問題があった。 However, when manufacturing a press product having a difference in strength, the tailored blank method has the following problems.
第1に、テーラードブランクは複数のブランクを溶接して形成するので、構成部品(ブランク)の数が多くなる。 First, since a tailored blank is formed by welding a plurality of blanks, the number of components (blanks) increases.
第2に、複数のブランクを突き合わせ、レーザー溶接等で突合せ部分を溶接する作業が必要であり、その分コストが高いという問題があった。 Secondly, there is a problem that a plurality of blanks are butted and the butt portion is welded by laser welding or the like, and the cost is high accordingly.
第3に、厚さが異なるブランクを溶接しているため、プレス成型に用いる金型の構造が複雑化するという問題があった。 Third, since blanks having different thicknesses are welded, there is a problem that the structure of a mold used for press molding is complicated.
本発明の鋼板の焼き入れ方法は、鋼板の第1の領域の表面に第1の強さを有する電磁波を照射すると共に、前記鋼板の第2の領域の表面に前記第1の強さより大きい第2の強さを有する電磁波を照射することにより、前記第2の領域を前記鋼板の変態点以上の温度に加熱する第1の工程と、電磁波の照射後に、前記鋼板を急冷することにより、前記第2の領域をマルテンサイト組織の状態に変化させる第2の工程と、を備え、前記第2の領域の強度を前記第1の領域に比して高くすることを特徴とするものである。 The method for quenching a steel plate according to the present invention irradiates the surface of the first region of the steel plate with an electromagnetic wave having a first strength, and the surface of the second region of the steel plate is larger than the first strength. A first step of heating the second region to a temperature equal to or higher than the transformation point of the steel sheet by irradiating an electromagnetic wave having a strength of 2, and by rapidly cooling the steel sheet after the irradiation of the electromagnetic wave, And a second step of changing the second region into a martensitic structure, wherein the strength of the second region is higher than that of the first region.
また、本発明の鋼板の焼き入れ装置は、上金型と下金型とを有するプレス成型装置と、前記上金型と前記下金型の間に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能な第1及び第2のヒーターブロックを有する電磁波ヒーターとを備え、
前記電磁波ヒーターを前記上金型と前記下金型の間に挿入した状態で、前記電磁波ヒーターにより、鋼板に電磁波を照射した後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、その後、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することを特徴とするものである。
Further, the steel sheet quenching apparatus of the present invention can be freely inserted and removed between a press molding apparatus having an upper mold and a lower mold and between the upper mold and the lower mold, and the output can be controlled respectively. An electromagnetic wave heater having first and second heater blocks.
In a state where the electromagnetic wave heater is inserted between the upper mold and the lower mold, the electromagnetic wave heater irradiates the steel plate with electromagnetic waves, and then moves the electromagnetic wave heater to the outside of the press molding apparatus. The steel plate is sandwiched between the upper die and the lower die and press-molded, and the steel plate is rapidly cooled by the upper die and the lower die.
本発明によれば、強度差を持ったプレス製品を製造するにあたり、テーラードブランク工法のように、複数のブランクを溶接することなく、一枚の鋼板内に強度差を持たせることができるので、テーラードブランク工法に比して、構成部品点数を削減することができる。 According to the present invention, when manufacturing a press product having a difference in strength, it is possible to have a difference in strength within a single steel sheet without welding a plurality of blanks as in the tailored blank method. Compared with the tailored blank method, the number of components can be reduced.
また、プレス成型の際には、均一の厚さの鋼板をプレスすれば良いので、プレス加工に用いる金型の構造も複雑化しない。 Moreover, since it is only necessary to press a steel plate having a uniform thickness at the time of press molding, the structure of the mold used for press working is not complicated.
さらに、テーラードブランク工法のような溶接作業を必要としないので、コストが安いという利点もある。 Furthermore, since welding work like the tailored blank method is not required, there is an advantage that the cost is low.
以下に、本発明の実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は鋼板の焼き入れ装置100の概略を示す正面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a front view showing an outline of a steel
鋼板の焼き入れ装置100は、プレス成型装置10に電磁波ヒーター20を設けたものであり、これにより鋼板1の焼き入れとプレス成型を連続的に実施可能にしたものである。
The steel
プレス成型装置10は、下台11上に取り付けられた下金型12と、上台13に取り付けられた上金型14を含んで構成される。この場合、上金型14は垂直方向に移動可能であり、上金型14の下動により、鋼板1が上金型14と下金型12の間に挟まれてプレス成型が行われるように構成されている。
The
電磁波ヒーター20は、下側電磁波ヒーター21と、下側電磁波ヒーター21の上方に対向して配置された上側電磁波ヒーター22と、下側電磁波ヒーター21と上側電磁波ヒーター22を連結する連結部材24を含んで構成される。この場合、電磁波ヒーター20は、水平移動装置によりプレス成型装置10の下金型12と上金型14の間に挿入でき、また、プレス成型装置10から外に移動可能に構成されている。
The
鋼板1は、図1に示すように、電磁波ヒーター20が下金型12と上金型14の間に挿入された状態で、搬送装置により下側電磁波ヒーター21と上側電磁波ヒーター22との間に挿入される。鋼板1は、この状態で下側電磁波ヒーター21及び上側電磁波ヒーター22から発生する電磁波が照射されることにより加熱される。これは、電磁波のエネルギーが鋼板1を構成する分子の運動を増幅させるためである。
As shown in FIG. 1, the
その後、電磁波ヒーター20は、水平移動装置によりプレス成型装置10の外に取り出される。そして、上金型14を下動することにより、鋼板1は上金型14と下金型12の間に挟まれてプレス成型が行われる。この時、鋼板1は上金型14と下金型12に接触して急冷される。
Thereafter, the
次に、電磁波ヒーター20の詳細な構成を図2に基づいて説明する。図2(A)は電磁波ヒーター20を上金型14側から見た上面図である。図2(B)は電磁波ヒーター20の正面図である。同図においては、上側電磁波ヒーター22と下側電磁波ヒーター21の間に鋼板1が挿入された状態を示している。この場合、鋼板1は自動車のセンターピラーである。
Next, the detailed structure of the
下側電磁波ヒーター21は、遠赤外線等の電磁波を発生する3つのヒーターブロック21a,21b,21c、及び電磁波遮蔽板23Aを水平方向に並設して構成される。上側電磁波ヒーター22も同様に、遠赤外線等の電磁波を発生する3つのヒーターブロック22a,22b,22c及び電磁波遮蔽板23Bを水平方向に並設して構成される。一対の下側電磁波ヒーター21と上側電磁波ヒーター22を用いているのは、鋼板1を両面からより均一に加熱するためであり、鋼板1が比較的薄い場合は、いずれか一方だけでも均一に加熱することができる。
The lower
この場合、下側電磁波ヒーター21の3つのヒーターブロック21a,21b,21c、及び電磁波遮蔽板23Aと、上側電磁波ヒーター22の3つのヒーターブロック22a,22b,22c及び電磁波遮蔽板23Bはそれぞれ対向するように配置される。例えば、下側電磁波ヒーター21のヒーターブロック21aと上側電磁波ヒーター22のヒーターブロック22aとは対向している。
In this case, the three heater blocks 21a, 21b, 21c and the
なお、図2(C)に示すように、ヒーターブロック21a〜21c,22a〜22cのそれぞれの中には、電磁波発生用のプレート状の発熱板25が数枚ずつセットされる。ヒーターブロックの数は3つに限られるものではなく照射面積の大きさにより必要な分だけ増減される。
As shown in FIG. 2C, several plate-like
また、各ヒーターブロック21a〜21c,22a〜22cに電流を流すと共に、その電流値をヒーターブロック毎に制御可能な電流制御ユニット(不図示)が設けられている。これにより、各ヒーターブロックの出力が制御可能になっている。ヒーターブロックの出力とは、ヒーターブロックに流れる電流と印加される電圧の積(電流×電圧)のことである。 In addition, a current control unit (not shown) is provided that allows a current to flow through each of the heater blocks 21a to 21c and 22a to 22c and can control the current value for each heater block. Thereby, the output of each heater block can be controlled. The output of the heater block is the product of the current flowing through the heater block and the applied voltage (current × voltage).
本実施形態の場合、下側電磁波ヒーター21については、2つのヒーターブロック21a,21bは高出力に設定され、ヒーターブロック21cは低出力に設定される。そのため、下側電磁波ヒーター21については、出力が異なる隣接するヒーターブロック21b,21cの間に電磁波遮蔽板23Aがヒーターブロック21b,21cよりも高く立設されている。
In the present embodiment, for the lower
これは、ヒーターブロック21b,21cから発生する電磁波の輻射熱が互いに干渉するのを防止するためである。同様に、上側電磁波ヒーター22についても、2つのヒーターブロック22a,22bは高出力に設定され、ヒーターブロック22cは低出力に設定されるので、出力が異なる隣接するヒーターブロック22b,22cの間に電磁波遮蔽板23Bがヒーターブロック22b,22cより高く立設されている。電磁波遮蔽板23A、23Bは電磁波の輻射熱を遮蔽する断熱材等で形成される。
This is to prevent the radiant heat of the electromagnetic waves generated from the heater blocks 21b and 21c from interfering with each other. Similarly, also for the upper
これにより、下側電磁波ヒーター21の1つのヒーターブロック21cと上側電磁波ヒーター22の1つのヒーターブロック22cに対向した鋼板1の第1の領域Xの加熱温度をヒーターブロック21cにより高精度に設定することができる。また、下側電磁波ヒーター21の2つのヒーターブロック21a,21bと上側電磁波ヒーター22の2つのヒーターブロック22a,22bに対向した鋼板1の第2の領域Y(第1の領域Xとは異なる領域)の加熱温度を2つのヒーターブロック21a,21bにより、高精度に設定することができる。
Thereby, the heating temperature of the 1st area | region X of the
次に、鋼板1の焼き入れ方法について説明する。鋼板1としては、例えばボロン鋼板(鉄鋼材に微量のボロン及び炭素を含有させてなる鋼板)が自動車ボディ用として適している。先ず、鋼板1は、図1、図2に示すように、下側電磁波ヒーター21と上側電磁波ヒーター22との間に挿入され、下側電磁波ヒーター21及び上側電磁波ヒーター22から発生する電磁波の輻射熱によりその両面から加熱される。
Next, a method for quenching the
この場合、前述のように、下側電磁波ヒーター21の2つのヒーターブロック21a,21bと上側電磁波ヒーター22の2つのヒーターブロック22a,22bは高出力に設定され、その一方、下側電磁波ヒーター21のヒーターブロック21cと上側電磁波ヒーター22のヒーターブロック22cは低出力に設定される。
In this case, as described above, the two
これにより、鋼板1の第1の領域Xには、下側電磁波ヒーター21のヒーターブロック21cと上側電磁波ヒーター22のヒーターブロック22cから比較的弱い電磁波が照射される。鋼板1の第2の領域Yには、下側電磁波ヒーター21の2つのヒーターブロック21a,21bと上側電磁波ヒーター22の2つのヒーターブロック22a,22bから比較的強い電磁波が照射される。
As a result, the first region X of the
これにより、鋼板1の第2の領域Yは、強い電磁波の輻射熱により鋼板1の変態点である830℃以上の温度、例えば、950℃に加熱され、オーステナイト組織の状態になる。鋼板1の第1の領域Xは、比較的弱い電磁波の輻射熱により鋼板1の変態点である830℃より低い温度、例えば、750℃に加熱されることになる。
As a result, the second region Y of the
次に、電磁波ヒーター20をプレス成型装置10の外に取り出し、プレス成型装置10の上金型14を下動することにより、鋼板1は上金型14と下金型12の間に挟まれてプレス成型が行われる。プレス成型時の鋼板1は加熱により軟化しているため、容易にプレス成型することができる。
Next, the
この場合、図1に示すように、鋼板1と電磁波ヒーター20をプレス成型装置10に挿入した状態で、電磁波ヒーター20により鋼板1を加熱しているので、加熱終了後は、電磁波ヒーター20を取り出すだけで、加熱された鋼板1を移動することなく、素早く、プレス成型を行うことができる。これにより、鋼板1の移動時間に伴う温度低下を無くすことができる。
In this case, as shown in FIG. 1, since the
また、プレスされた鋼板1は、上金型14と下金型12に接触して急冷される。この時の冷却速度は、鋼板1の第2の領域Yがオーステナイト組織の状態からマルテンサイト組織の状態に変化するために十分な速度である必要があり、それは例えば200℃/secである。これにより、鋼板1の第2の領域Yは、オーステナイト組織の状態からマルテンサイト組織の状態に変化する。この結果、鋼板1の第1の領域Xの強度は加熱前と同じであるが、変態点以上に加熱され、急冷された鋼板1の第2の領域Yの強度は加熱前より相当大きくなる。
The pressed
鋼板1の縦×横のサイズが1500mm×500−600mm、厚さが1mm〜2.3mmの場合、冷却後の鋼板1の第1の領域Xの強度は590MPa(メガパスカル)であり、第2の領域Yの強度は1450Mpaであった。
When the length × width size of the
このように、本実施形態によれば、テーラードブランク工法のように、複数のブランクを溶接することなく、一枚の鋼板1内に強度差を持たせることができるので、テーラードブランク工法に比して、構成部品点数を削減することができる。また、プレス加工の際には、均一の厚さの鋼板1をプレス成型すれば良いので、プレス成型に用いる下金型12、上金型14の構造も複雑化しない。さらに、テーラードブランク工法のような溶接作業を必要としないので、コストが安いという利点もある。
Thus, according to this embodiment, unlike the tailored blank method, it is possible to have a difference in strength in one
また、電磁波ヒーター20の各ヒーターブロックの出力を制御することにより、鋼板1の各領域の温度管理を精度良く行うことができる。特に、温度設定の異なる各領域の境界部に対応して、電磁波ヒーター20に電磁波遮蔽板23A,23Bを設けることにより、温度設定をより高精度に行うことができる。
Further, by controlling the output of each heater block of the
なお、本実施形態では、鋼板1と電磁波ヒーター20をプレス成型装置10に挿入した状態で、電磁波ヒーター20により鋼板1を加熱しているが、電磁波ヒーター20をプレス成型装置10の外に設置しておき、電磁波ヒーター20で鋼板1を加熱した後に、加熱された鋼板1をプレス成型装置10まで移動させ、プレス成型を行うこともできる。この場合は、前述のように、鋼板1の移動に伴う温度低下が発生するので、その温度低下を見込んで、電磁波ヒーター20による加熱温度を高く設定しておく必要がある。
In the present embodiment, the
電磁波ヒーター20としては、前述のように遠赤外線を発生するものが、比較的大きな鋼板1を加熱するために適しているが、近赤外線を発生するものを用いることもできる。また、鋼板1の大きさや厚さは自由に選択することができ、鋼板1のサイズに合わせて電磁波ヒーター20のサイズも決定される。
As the
1 鋼板
10 プレス成型装置
11 下台
12 下金型
13 上台
14 上金型
20 電磁波ヒーター
21 下側電磁波ヒーター
21a〜21c ヒーターブロック
22 上側電磁波ヒーター
22a〜22c ヒーターブロック
23A,23B 電磁波遮蔽板
24 連結部材
25 発熱板
100 鋼板の焼き入れ装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
電磁波の照射後に、前記鋼板を急冷することにより、前記第2の領域をマルテンサイト組織の状態に変化させる第2の工程と、を備え、前記第2の領域の強度を前記第1の領域に比して高くすることを特徴とする鋼板の焼き入れ方法。 The surface of the first region of the steel plate is irradiated with an electromagnetic wave having a first strength, and the surface of the second region of the steel plate is irradiated with an electromagnetic wave having a second strength greater than the first strength. A first step of heating the second region to a temperature equal to or higher than the transformation point of the steel sheet;
A second step of changing the second region into a martensitic state by rapidly cooling the steel sheet after irradiation with electromagnetic waves, and setting the strength of the second region to the first region. A method of quenching a steel sheet, characterized by being higher than that of the steel sheet.
前記上金型と前記下金型の間に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能な第1及び第2のヒーターブロックを有する電磁波ヒーターとを備え、
前記電磁波ヒーターを前記上金型と前記下金型の間に挿入した状態で、前記電磁波ヒーターにより、鋼板に電磁波を照射した後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、その後、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することを特徴とする鋼板の焼き入れ装置。 A press molding apparatus having an upper mold and a lower mold;
An electromagnetic wave heater having first and second heater blocks that can be freely inserted and removed between the upper mold and the lower mold, each of which can control output,
In a state where the electromagnetic wave heater is inserted between the upper mold and the lower mold, the electromagnetic wave heater irradiates the steel plate with electromagnetic waves, and then moves the electromagnetic wave heater to the outside of the press molding apparatus. A steel plate quenching apparatus, wherein the steel plate is press-molded between the upper die and the lower die, and the steel plate is rapidly cooled by the upper die and the lower die.
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