JP2013244507A - プレス成形品の通電加熱方法及びそれに用いる通電加熱装置、並びに、プレス製品 - Google Patents

Abstract

【課題】通電加熱を用いてプレス成形品を加熱することによって、容易に所望の製品特性を有するプレス製品を得るための技術を提供する。
【解決手段】本発明の第一態様は、鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を施す方法に関し、前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を配置し、当該立体電極間に通電することにより前記プレス成形品を加熱することを特徴とする。プレス成形品への通電加熱の第一実施形態において、前記プレス成形品は、前記鋼板を熱間プレスにより所定形状に成形するとともに、当該プレス型内で所定時間保持されることにより焼き入れが施されたものであり、前記立体電極による通電加熱によって、前記プレス成形品の通電部位に焼き戻しが施される。
【選択図】図４

Description

本発明は、立体形状の電極を用いたプレス成形品への通電加熱技術及びその応用技術に関する。

特許文献１には、通電加熱により加熱されたワークを熱間プレスし、特定条件下でダイクエンチすることにより、形状精度が良好な高強度のプレス成形品を得る技術が記載されている。この技術によれば、ワークを加熱した状態でプレス成形して所定形状を得るとともに、型内で焼き入れることにより、一様に高強度化されたプレス成形品を得ることができる。

特開２００２−２４８５２５号公報

プレス成形品を製品として実用化する際、所望の製品特性を有するプレス製品を用意する要請がある。例えば、高強度、中強度、低強度等の複数種類の強度及び強度分布を有する製品を用意する、表面に防錆処理が施された製品を用意するといった要望がある。

このような場合、例えばワークに対する加熱を部分的に止めて非加熱部位を作り、その部位の強度が素材強度（低強度）のままとなるようにすることが考えられる。しかし、加熱部位と非加熱部位のみの焼き分けでは、製品に対する自由な強度設計は困難である。
その他、プレス成形品の特定部位にレーザー光を照射することにより、部分的に加熱して焼き戻す方法があるが、レーザー照射に時間がかかることから量産工程への実用化には不向きである。

また、従来技術を用いて、表面に十分な防錆処理が施されたプレス製品を得ようとすると、めっき鋼板を用いて熱間プレス、ダイクエンチを行うことが考えられる。しかし、加熱によってめっきが溶融した状態でプレス成形するとめっきが型に付着し、製品の目付量が減る、型表面にめっきが堆積するといった不具合が生じ得る。
このような理由により、防錆に必要なめっき量を確保するためには、型に付着するめっき量を見込んでめっき層を厚くする、又は、ダイクエンチ後にめっきを塗布するなど、特殊な工程の追加が必要となっており、コスト的、サイクルタイム的に好ましくない。

そこで、本発明は、通電加熱を用いてプレス成形品を加熱することによって、容易に所望の製品特性を有するプレス製品を得るための技術を提供する。

本発明の第一態様は、鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を施す方法に関し、前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を配置し、当該立体電極間に通電することにより前記プレス成形品を加熱することを特徴とする。

プレス成形品への通電加熱の第一実施形態において、前記プレス成形品は、前記鋼板を熱間プレスにより所定形状に成形するとともに、当該プレス型内で所定時間保持されることにより焼き入れが施されたものであり、前記立体電極による通電加熱によって、前記プレス成形品の通電部位に焼き戻しが施される。
前記鋼板に対する熱間プレスは、鋼板を通電加熱、炉加熱、高周波加熱等の加熱手段を用いて加熱した後に行われるものである。また、熱間プレスと焼き入れとによって得られるプレス成形品の他に、焼き戻し特性を有する鋼板を冷間プレスすることによって得られるプレス成形品に対しても適用可能である。

プレス成形品への通電加熱の第二実施形態において、前記プレス成形品は、前記鋼板を冷間プレスにより所定形状に成形されたものであり、前記鋼板は、表面にめっき処理が施されたものである。

本発明の第二態様は、鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行う通電加熱装置に関し、前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極と、前記立体電極間に電流を印加する電源装置とを具備することを特徴とする。

本発明の第三態様は、鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行うことによって得られるプレス製品に関し、前記プレス成形品は、前記鋼板を熱間プレスにより所定形状に成形するとともに、当該プレス型内で所定時間保持して焼き入れすることにより得られ、前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を用いて通電加熱し、前記プレス成形品の通電部位に焼き戻しが行われることによって、複数種類の強度を有することを特徴とする。
前記鋼板に対する熱間プレスは、鋼板を通電加熱、炉加熱、高周波加熱等の加熱手段を用いて加熱した後に行われるものである。また、熱間プレスと焼き入れとによって得られるプレス成形品の他に、焼き戻し特性を有する鋼板を冷間プレスすることによって得られるプレス成形品に対しても適用可能である。

本発明の第四態様は、表面にめっき処理が施された鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行うことによって得られるプレス製品に関し、前記プレス成形品は、前記鋼板を冷間プレスにより得られ、前記プレス成形品の両端部におけるそれぞれの断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を用いて通電加熱した後、型内で所定時間保持されることにより焼き入れが施されることによって得られることを特徴とする。

本発明によれば、所望の製品特性を有するプレス製品を容易に得ることができる。

プレス製品の第一実施形態を示す模式図である。 ホットスタンプを用いたプレス製品の製造方法のフローを示す図である。 プレス成形品への通電加熱によって得られるプレス製品を示す図である。 プレス成形品への通電加熱を行う通電加熱装置を示す図である。 通電加熱装置の別実施形態を示す図である。 プレス成形品への通電加熱の別実施形態によって得られるプレス製品を示す図である。 プレス製品の第二実施形態を示す模式図である。 冷間プレス成形を用いたプレス製品の製造方法のフローを示す図である。

［第一実施形態］
図１は、プレス製品の第一実施形態を示す。プレス製品１は、長手方向に連続するハット断面を有し、所定の製品形状を有する。またプレス製品１は、その用途に応じて、長手方向に沿った強度分布を有する。
例えば、図１に示すように、プレス製品１は、引張強度が１５００ＭＰａ程度となる高強度部位Ａ、同じく引張強度が１２００ＭＰａ程度となる中強度部位Ｂを有し、長手方向の両端部に高強度部位Ａが、中央部に中強度部位Ｂがそれぞれ位置するような強度分布を有する。

図２は、所定温度以上に加熱されたワークをプレス成形するとともに、型内でワークを急冷して焼き入れを施すホットスタンプを用いた場合のプレス製品１の製造方法を示す。
ここでは、ワークへの加熱の一例として、通電加熱を用いる実施形態について示しているが、これに限定されず、炉加熱、高周波加熱等、他の加熱手段を用いてワークを加熱することも可能である。
また、ホットスタンプによって高強度化されたプレス成形品を得る場合だけでなく、例えば、焼き戻し特性を有するワークを冷間プレスによって成形したプレス成形品に対しても本実施形態と同様の方法を適用可能である。

図２に示すように、矩形平板状の鋼板２の長手方向両端に、それぞれ直線形状に形成される対のバー電極を配置し、電極間に通電することにより鋼板２を均一に加熱する通電加熱、及び、加熱された鋼板２を金型にセットし、熱間プレスにより所定形状にプレス成形するとともに、型内で所定時間保持することによりダイクエンチを行うホットスタンプによってプレス成形品３として成形される。プレス成形品３の一部に対の立体電極１０を配置し、立体電極１０間に通電することにより部分的に加熱する焼き戻しを経てプレス製品１が製造される。

図３に示すように、プレス製品１において焼き戻しされた部位は、その強度が焼き入れ部位よりも低い中強度部位として成形される。つまり、焼き入れ強度を有する高強度部位Ａと、焼き戻し強度を有する中強度部位Ｂの二種類の強度を有するプレス製品１が成形される。

図４は、焼き戻し工程に用いる通電加熱装置を示す。通電加熱装置は、対の立体電極１０と、立体電極１０に接続される電源装置１５を備え、所定形状に成形されたプレス成形品３を加熱する。電源装置１５からの通電により、立体電極１０間に所定の電流を印加し、プレス成形品３の通電部位を所定温度まで加熱する。
立体電極１０は、プレス成形品３の表面の一側（図示では下側）に接触可能に配置され、その他側（上側）にはワーク押さえ２０が配置される。立体電極１０とワーク押さえ２０とによって、プレス成形品３を厚み方向から挟持した状態で通電加熱が行われる。

立体電極１０は、プレス成形品３の外形形状に沿って形成される立体形状の電極である。立体電極１０の通電方向と直交する方向の断面形状は、プレス成形品３の任意断面における断面形状に沿って形成されており、プレス成形品３と同じハット断面を有するように形成されている。
また、立体電極１０の形状に応じて、ワーク押さえ２０も同様にプレス成形品３の外形形状に沿った立体形状を有する。つまり、立体形状の立体電極１０とワーク押さえ２０とによって、ハット断面に形成されたプレス成形品３の任意箇所を挟持可能としている。

以上のように、プレス成形（ホットスタンプ）によって得られ、プレス成形品３の断面形状に沿った立体形状を有する立体電極１０及びワーク押さえ２０を用いることで、立体形状を有するプレス成形品３への通電加熱が可能となる。
プレス成形品３への通電加熱が可能となることによって、焼き戻しにかかる加熱時間を短縮することができ、量産工程への適用が容易である。
また、立体電極１０を用いることによって、プレス成形品３の任意の個所を任意の条件で通電加熱することができ、プレス製品１の強度分布を自由に設計できる。

立体電極１０は、プレス成形品３の外形形状と同一の形状でなくても良い。
例えば、図５（ａ）に示すように、立体電極１０におけるプレス成形品３の角部に対応する部分を部分的に取り除いて分割して、バー電極の組み合わせによって構成する、又は、図５（ｂ）に示すように、立体電極１０におけるプレス成形品３の角部に対応する部分を湾曲形状にしてプレス成形品３との間に間隔を設ける構成でも良い。これらの場合、立体電極１０とプレス成形品３との接触がない角部では、電流端部からの回り込み等によって、接触している状態と略同等の電流が流れる。また、図５（ａ）に示すように、プレス成形品３の天板部にビード等が形成され、立体電極１０との接触が部分的にない状態でも周囲からの電流の回り込み等によって十分な加熱量を確保できる。
このように、立体電極１０の形状を厳密にプレス成形品３の外形形状に合わせるのではなく、十分な加熱条件を確保できる範囲内で電極を部分的に分割する又は湾曲させることにより形状制限の大きい部位に緩やかに沿わせることで、電極の製造コストを抑えることができる。また、角部に余裕を持たせることで、通電加熱時のプレス成形品３の熱変形にも対応できる。

プレス成形品３に対する通電加熱の別実施形態を図６に示す。
図６に示す実施形態では、プレス成形品３に立体電極１０を複数対配置し、それぞれの電極対に印加する電流量を変えて各通電領域での加熱量を変えることで、焼き戻し具合を変更している、このように、プレス製品１の強度分布を自由に設計できる。

［第二実施形態］
図７は、プレス製品の第二実施形態を示す。プレス製品５１は、長手方向に連続するハット断面を有し、所定の製品形状を有する。またプレス製品５１は、その用途に応じて、適宜の強度を有するとともに、表面に防錆処理が施されている。
例えば、図７に示すように、プレス製品５１は、引張強度が１５００ＭＰａ程度であり、表面に防錆用の亜鉛めっきが施されている。

図８は、冷間プレスを用いた場合のプレス製品５１の製造方法を示す。
図８に示すように、亜鉛めっきが施された矩形平板状のめっき鋼板５２を冷間プレスして所定形状にプレス成形し、プレス成形品５３を成形する。プレス成形品５３の長手方向両端に対の立体電極１０を配置して、立体電極１０間に通電して全体を一様に加熱した後、所定の（例えば、プレス成形品５３の形状に形成されるキャビティ空間を有する）型内で所定時間保持して急冷する焼き入れを経てプレス製品５１が製造される。

めっき鋼板５２を冷間プレスによりプレス成形するので、鋼板表面にめっきが定着した状態でプレスが行われる。このため、プレス時に表面のめっきが剥がれることがない。また、プレス成形品５３を通電加熱した後は、型との摺動を伴うプレス加工が行われることがなく、プレス製品５１のめっき目付量が減ることがない。
このように、本実施形態によれば、立体電極１０を用いてプレス成形品５３への通電加熱を行うことにより、プレス成形工程とクエンチ工程を分けることができる。このため、高強度を有するとともに、高い防錆性能を有するめっき鋼板５２を用いたプレス製品５１を製造可能である。
また、通電加熱を用いることにより、加熱時間を短縮して、めっき鋼板５２の合金化を抑制できる。

また、上記の工程によって得られたプレス製品５１に対して、第一実施形態で示したように立体電極１０を用いて焼き戻しを行うことにより、強度分布を付与することも可能である。

１：プレス製品、２：鋼板、３：プレス成形品、１０：立体電極、２０：ワーク押さえ、５１：プレス製品、５２：めっき鋼板、５３：プレス成形品

Claims (6)

1. 鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を施す方法であって、
   前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を配置し、当該立体電極間に通電することにより前記プレス成形品を加熱することを特徴とするプレス成形品の通電加熱方法。
2. 前記プレス成形品は、前記鋼板を熱間プレスにより所定形状に成形するとともに、当該プレス型内で所定時間保持されることにより焼き入れが施されたものであり、
   前記立体電極による通電加熱によって、前記プレス成形品の通電部位に焼き戻しが施される請求項１に記載のプレス成形品の通電加熱方法。
3. 前記プレス成形品は、前記鋼板を冷間プレスにより所定形状に成形されたものであり、
   前記鋼板は、表面にめっき処理が施されたものである請求項１に記載のプレス成形品の通電加熱方法。
4. 鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行う通電加熱装置であって、
   前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極と、前記立体電極間に電流を印加する電源装置とを具備することを特徴とする通電加熱装置。
5. 鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行うことによって得られるプレス製品であって、
   前記プレス成形品は、前記鋼板を熱間プレスにより所定形状に成形するとともに、当該プレス型内で所定時間保持して焼き入れすることにより得られ、
   前記プレス成形品の任意断面における断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を用いて通電加熱し、前記プレス成形品の通電部位に焼き戻しが行われることによって、複数種類の強度を有することを特徴とするプレス製品。
6. 表面にめっき処理が施された鋼板をプレスすることによって所定形状に成形されたプレス成形品に対して通電加熱を行うことによって得られるプレス製品であって、
   前記プレス成形品は、前記鋼板を冷間プレスにより得られ、
   前記プレス成形品の両端部におけるそれぞれの断面形状に沿った立体形状を有する対の立体電極を用いて通電加熱した後、型内で所定時間保持されることにより焼き入れが施されることによって得られることを特徴とするプレス製品。

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