JP2013244510A

JP2013244510A - 熱間プレス製品の製造方法および熱間プレス装置

Info

Publication number: JP2013244510A
Application number: JP2012120506A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kobayashi; 正憲小林
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-12-09
Also published as: US20130312478A1; CN103447366A

Abstract

【課題】金属帯を誘導加熱装置によって加熱し、この加熱した前記金属帯を順送プレスする熱間プレス製品の製造方法において、金属帯に温度ムラが発生することを防止する。
【解決手段】誘導加熱装置１１の加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を金属帯１の送り方向と金属帯１の送り方向とは逆方向とに可動させる熱間プレス製品の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間プレス製品の製造方法および熱間プレス装置に係り、特に、金属帯を誘導加熱装置で加熱して熱間プレスを行うものに関する。

従来、順送りプレスされる帯状の金属板（金属帯）を、プレス加工する前に高周波加熱装置で加熱しているものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

また、従来、被加熱材の送り速度に比例させて電力の制御を行い、被加熱材を目標温度に加熱する誘導加熱装置が知られている（たとえば特許文献２参照）。

また、従来、誘導加熱コイルを可動とし、金属材料の端部と誘導加熱コイルとが相対的に移動しない状態を保持して、金属材料を一定時間予備加熱するものが知られている（たとえば特許文献３参照）。

特開２００２−３４６６５３号公報特開昭５７−１５７４８２号公報特開昭５３−１７５０９号公報

ところで、順送プレスのように材料（金属帯）を断続的に送るものでは、金属帯の速度が大きく変動するので、高周波誘導加熱装置で金属帯を均一な温度に加熱することが難しく、金属帯に温度ムラが発生するという問題がある。

また、順送プレスでは金属帯の速度が大きく変動するので、誘導加熱装置の電力制御を行っても金属帯を均一な温度に加熱することは難しく、金属帯に温度ムラが発生するという問題がある。

また、誘導加熱装置の加熱コイルに対して金属帯が相対的に移動しない構成にしても、誘導加熱装置で金属帯を均一な温度に加熱することは難しく、金属帯の加熱コイル端部に位置する部分に温度ムラが発生するという問題がある。

そして、温度ムラによって金属帯が変形し、搬送に不具合が生じる。また、金属帯から成形される熱間プレス製品の製品精度がばらついてしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属帯を誘導加熱装置によって加熱し、この加熱した前記金属帯を順送プレスする熱間プレス製品の製造方法および熱間プレス装置において、金属帯に温度ムラが発生することを防止することができる熱間プレス製品の製造方法および熱間プレス装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、金属帯を誘導加熱装置によって加熱し、この加熱した前記金属帯を順送プレスする熱間プレス製品の製造方法において、前記誘導加熱装置の加熱コイルに対する前記金属帯の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、前記誘導加熱装置の加熱コイルを前記金属帯の送り方向と前記金属帯の送り方向とは逆方向とに可動させる熱間プレス製品の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱間プレス製品の製造方法において、前記金属帯が送られているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向と同方向に前記金属帯の移動速度よりも遅く、しかも、前記金属帯の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動しつつ、前記加熱コイルで前記金属帯の加熱を行い、前記金属帯の移動が停止しているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向とは逆方向に、前記金属帯の移動速度と前記第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動しつつ、前記金属帯の加熱を行う熱間プレス製品の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、金属帯を加熱する誘導加熱装置と、前記金属帯を順次送りプレスする順送プレス装置とを備えた熱間プレス装置において、前記誘導加熱装置の加熱コイルに対する前記金属帯の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、前記誘導加熱装置の加熱コイルを前記金属帯の送り方向と前記金属帯の送り方向とは逆方向とに可動させる加熱コイル可動部を有する熱間プレス装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱間プレス装置において、前記加熱コイル可動部は、前記順送プレス装置によって金属帯が送られているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向と同方向に前記金属帯の移動速度よりも遅く、しかも、前記金属帯の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動し、前記順送プレス装置による金属帯の移動が停止して前記順送プレス装置で前記金属帯をプレス成形しているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記順送プレス装置による金属帯の移動方向とは逆方向に、前記順送プレス装置による金属帯の移動速度と前記第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動するように構成されている熱間プレス装置である。

本発明によれば、金属帯を誘導加熱装置によって加熱し、この加熱した前記金属帯を順送プレスする熱間プレス製品の製造方法および熱間プレス装置において、金属帯に温度ムラが発生することを防止することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る熱間プレス装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る熱間プレス装置における金属帯と加熱コイルの挙動を示す図である。

本発明の実施形態に係る熱間プレス製品（熱間プレス成形品）３の製造方法では、金属帯（帯状の高張力鋼等の素材）１を誘導加熱装置１１によって加熱し、この加熱した金属帯１を順送プレスして、熱間プレス製品３を得ている。すなわち、熱間プレス製品３の製造方法では、金属帯１をこの長手方向に断続的に送りつつ（移動しつつ；搬送しつつ）、金属帯１を誘導加熱装置１１の加熱コイル５で加熱し、この加熱がされた金属帯１を、金型７（７Ａ，７Ｂ）を用いてプレス成形している。

また、熱間プレス製品３の製造方法では、誘導加熱装置１１の加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度（移動速度）の変化量を小さくするために、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を金属帯１の送り方向と、金属帯１の送り方向とは逆方向とに、交互に可動（移動）している。

そして、加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度（移動速度）の変化量を小さくすることで、誘導加熱装置１１の加熱コイル５による加熱ムラ（特に、金属帯１の長手方向での加熱ムラ）を無くし、誘導加熱装置１１によって加熱された金属帯１の温度がいずれの箇所でも等しくなるようにしている。

また、熱間プレス製品３の製造方法では、金属帯１のプレス成形を、金属帯１の移動が停止しているとき（金属帯１の送り方向で金型７に対して金属帯１が停止しているとき）に行うようになっている
金属帯１が送られているとき（移動しているとき）には、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、第１の移動速度（第１の速度）で移動しつつ、加熱コイル５で金属帯１の加熱を行うようになっている（より厳密には、金属帯１の所定の部位の加熱を行うようになっている）。

第１の移動速度で移動することで、加熱コイル５は、金属帯１の移動方向と同方向に金属帯１の移動速度よりも遅く、しかも、金属帯１の移動速度との差が一定になる（極めて厳密にはほぼ一定になる）速度で移動するのである。

一方、金属帯１の移動が停止しているときには、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、第２の移動速度（第２の速度）で移動しつつ、加熱コイル５で金属帯１の加熱を行うようになっている（より厳密には、金属帯１の所定の部位の加熱を行うようになっている）。

第２の移動速度で移動することで、加熱コイル５は、金属帯１が移動するときの移動方向とは逆方向に、金属帯１が移動するときの移動速度と第１の移動速度との差に等しい（極めて厳密にはほぼ等しい）速度で移動するのである。

ここで、上述した熱間プレス製品３の製造方法を実施するための熱間プレス装置９について説明する。なお、熱間プレス装置（熱間プレス製品３の製造装置）９は、上述した熱間プレス製品３の製造方法を実施するための装置の例示である。

説明の便宜のために、金属帯１の長手方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に直交する他の一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する方向をＺ軸方向（上下方向）とする。

熱間プレス装置９は、金属帯１を加熱する誘導加熱装置１１と金属帯１を順次送りプレスする順送プレス装置１３と加熱コイル可動部１５とを備えて構成されている。

順送プレス装置１３は、金属帯１をこの長手方向（矢印Ａ６の方向）に断続的に搬送する金属帯搬送部１７と、金属帯１をプレス成形するための金型７を駆動する金型駆動部１９とを備えている。

金型駆動部１９により、金型７の上型７Ａが矢印Ａ４の方向（Ｚ軸方向）に適宜移動し、金属帯１がプレス成形されるようになっている。

加熱コイル可動部１５は、誘導加熱装置１１の加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度の変化量を上述したごとく小さくするために、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、金属帯１の送り方向（矢印Ａ７の方向；Ｘ軸＋方向）と、金属帯１の送り方向とは逆方向（矢印Ａ８の方向；Ｘ軸−方向）とに可動させる（移動する）ものである。

誘導加熱装置１１の加熱コイル５は、環状に形成されており、金属帯１が貫通している。また、誘導加熱装置１１の加熱コイル５は、誘導加熱によって金属帯１を加熱するために、順送プレス装置１３の金型駆動部で駆動する金型７から離れ、金属帯１の搬送方向で金型７の上流側（Ｘ軸方向−側）に設けられている。

金属帯搬送部１７についてさらに説明する。金属帯１は、たとえば、搬送方向の上流端では、ロール状に巻かれており、金属帯搬送部１７、加熱コイル５、金型７内を帯状になってＸ軸方向に長く延伸している。この延伸をしている状態では、金属帯１の幅方向がＹ軸方向になっており、金属帯１の厚さ方向がＺ軸方向になっている。そして、ロール２５と加熱コイル５の間に設置された金属帯搬送部１７の駆動により金属帯１が断続的に移動するようになっている。

上流側のロール２５では、プレス成形前の金属材料（金属帯）１が巻かれており、下流側の金属帯（熱間プレス製品３が取り除かれたもの）は、金型７の最後で短く切断され、スクラップとして排出されるようになっている。

金属帯搬送部１７は、たとえば、一対のクランパー２１を備えて構成されている。一対のクランパー２１は、図示しないアクチュエータによって矢印Ａ１の方向（Ｚ軸方向）に移動し、金属帯１を把持し、また、金属帯１を開放するようになっている。

また、一対のクランパー２１は、図示しないアクチュエータによって矢印Ａ３の方向（Ｘ軸方向）に移動するようになっている。

そして、一対のクランパー２１が、適宜駆動することで、金属帯１がＸ軸＋方向に断続的に移動するようになっている。

熱間プレス製品３は、金型７による熱間プレスがなされた後、金属帯から取り出されるようになっている。取り出された熱間プレス製品３は、水槽２３に入れられまたは水などをかけられ焼き入れ処理がされる。

すでに理解されるように、誘導加熱装置１１の加熱コイル５と、金属帯１を成形するための金型７とは、金属帯１の送り方向でロール２５とクランパー２１（金属帯搬送部１７）との下流側に設けられている。また、金属帯１の送り方向で加熱コイル５は金型７の上流側に設けられている。そして、加熱コイル５で加熱されＡｃ_３点を超える程度（たとえば９００℃程度）にまで昇温した金属帯１が金型７によって熱間プレスされるようになっている。

金型７（７Ａ，７Ｂ）には、たとえば、複数のプレスステージ（図１で３つ；プレス部）が設けられている。そして、各プレスステージで、金属帯１に順次プレス成形がなされるようになっている。なお、各プレスステージのピッチ（お互いが隣接しているプレスステージのピッチ）は一定であり、断続的になされる金属帯１の１回の送りストローク（送り量）は、上記ピッチと一致している。

また、プレスステージでは、トリム、ピアス、フォーム、ベンド、リスト（リストライク）等の加工がなされる。なお、金型７にヒータを設置し、金属帯１の温度が下がってしまうことを防止する場合もあるし、また、金型７に水路等の冷却手段を設け、金属帯１の温度を下げる場合もある。

加熱コイル５は、一定の領域で、往復運動している。すなわち、金属帯１の送り方向で金型７の上流側に設けられている加熱コイル５は、金型７から一定の大きい距離だけ離れた金型遠方位置（上流側位置）と、金型７から一定の小さい距離だけ離れた金型近傍位置（下流側位置）との間で、往復運動するようになっている。往復運動する加熱コイル５のストロークの値は、金型７の各プレスステージのピッチの値と等しくてもよいし、各プレスステージのピッチの値よりも小さくてもよいし大きくてもよい。

なお、金属帯１の送り方向における加熱コイル５の寸法は、たとえば、各プレスステージのピッチに比べて十分に小さくなっているものとする。

そして、金属帯搬送部１７による金属帯１の搬送がなされていて金属帯１が移動しているときには、加熱コイル５は、金型遠方位置から金型近傍位置に向かって移動し（Ｘ軸＋方向に移動し）、金属帯搬送部１７による金属帯１の搬送がなされておらず金属帯１が停止しているときには、加熱コイル５は、金型近傍位置から金型遠方位置に向かって移動するようになっている（Ｘ軸―方向に移動するようになっている）。

また、加熱コイル５の金属帯１に対する移動速度が「０」になることはない。厳密に言えば、加熱コイル５は、この移動方向が切り換わる瞬間、金属帯１に対する移動速度が「０」になるかも知れないが、これはあくまでも瞬間的な事象であるので、実用上は無視することができる。また、金属帯１が移動しているか移動していないかにかかわらず、順送プレスしているとき、加熱コイル５は、常に一定の出力で稼動している。

また、金属帯１が移動しているときの金属帯１の移動速度は、一定になっている。厳密に言えば、金属帯１が移動するときや停止するときには、加速度が発生するので上記移動しているときの金属帯１の移動速度が一定になることはないのであるが、金属帯１の質量が小さく、加減速が極めて短い時間でなされるので、実用上、金属帯１の移動速度を一定と見なすことができる。同様にして、加熱コイル５の、Ｘ軸＋方向への移動速度も一定になっており、加熱コイル５の、Ｘ軸−方向への移動速度も一定になっている。

すでに理解されるように、熱間プレス装置９が稼動しているときには、加熱コイル５が、加熱コイル可動部１５によって、上述したように、第１の移動速度もしくは第２の移動速度で移動するようになっている。

すなわち、順送プレス装置１３によって金属帯１が送られているときには、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、金属帯１の移動方向と同方向に金属帯１の移動速度よりも遅く、しかも、金属帯１の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動するようになっている。

また、順送プレス装置１３による金属帯１の移動が停止して順送プレス装置１３の金型７で金属帯１の所定の部位をプレス成形しているときには、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、順送プレス装置１３による金属帯１の移動方向とは逆方向に、順送プレス装置１３による金属帯１の移動速度と第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動するようになっている。

なお、加熱コイル可動部１５による加熱コイル５の移動は、図示しないサーボモータ等のアクチュエータでなされるようになっている。

熱間プレス装置９の動作について、図２を参照しつつさらに詳しく説明する。図２の横軸は時刻の経過を示しており、図２の縦軸は、金属帯１と加熱コイル５の位置と速度とを示している。線図Ｇ１は、金属帯１の位置を示しており、線図Ｇ２は、加熱コイル５の位置を示しており、線図Ｇ３は、加熱コイル５に対する金属帯１の位置を示している。また、線図Ｇ４は、金属帯１の速度を示しており、線図Ｇ５は、加熱コイル５の速度を示しており、線図Ｇ６は、加熱コイル５に対する金属帯１の速度を示している。

なお、線図Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６で示されている各関数のそれぞれを時間で積分すれば、線図Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のようになる。ここで、線図Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６には加減速領域（時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃ）があるので、厳密には、線図Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は直線部だけで構成されることはない。しかし、上述したように、加減速は無視することができるので、線図Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は直線部だけで表してある。

熱間プレス装置９は、図示しない制御装置の制御の下、次の動作をするように構成されている。

まず、初期状態として、金属帯１がＸ軸方向に延びており、加熱コイル５は稼動しておらずしかも上流側位置に位置して停止しており、金型７（７Ａ，７Ｂ）が開いていて金属帯１をプレスしていないものとする。初期状態は、図２の時刻ｔ０の時である。

上記初期状態において、金属帯１の移動（Ｘ軸＋方向への移動）を開始し、これと同時に加熱コイル５の稼動を開始し（加熱コイル５に電流を流し）、これと同時に、第１の移動速度でＸ軸＋方向への加熱コイル５の移動を開始する。この動作を、時間ｔ０１の間行う。

続いて、時間ｔ０１が経過して時刻ｔ１が到来した時、金属帯１の移動を停止し、これと同時に、第２の移動速度でＸ軸−方向への加熱コイル５の移動を開始する。この動作を、時刻ｔ２が到来する時間ｔ１２の間行う。また、時間ｔ１２で、金型７による金属帯１のプレス成形を行う。

時間ｔ０１と時間ｔ１２との和である時間ｔ０２で、１サイクルの動作がなされる。

以下、時刻ｔ２、ｔ４・・・等が到来する毎に、時間ｔ０２でなされる１サイクルの動作が繰り返しなされる。

なお、図２では、時間ｔ２３（時刻ｔ２から時刻ｔ３にかかけての時間）、時間ｔ４５（時刻ｔ４から時刻ｔ５にかかけての時間）、時間ｔ６７（時刻ｔ６から時刻ｔ７にかかけての時間）・・・は、時間ｔ０１と等しくなっている。

また、図２では、時間ｔ３４（時刻ｔ３から時刻ｔ４にかかけての時間）、時間ｔ５６（時刻ｔ５から時刻ｔ６にかかけての時間）、時間ｔ７８（時刻ｔ７から時刻ｔ８にかかけての時間）・・・は、時間ｔ１２と等しくなっている。

したがって、時間ｔ２４、時間ｔ４６、時間ｔ６８・・・は、時間ｔ０２と等しくなっている。また、線図Ｇ６から理解されるように、加熱コイル５に対する金属帯１の速度は一定になっている。

熱間プレス製品３によれば、誘導加熱装置１１の加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を金属帯１の送り方向と、金属帯１の送り方向とは逆方向とに可動させるので、誘導加熱装置１１で金属帯１を均一な温度に加熱することができ、金属帯１に温度ムラが発生することを防止することができる。そして、温度ムラによって生じる金属帯の変形や搬送の不具合を防止し、金属帯１から成形される熱間プレス製品３の製品精度がばらついてしまうことを防止することができる。

また、熱間プレス製品３によれば、誘導加熱装置１１の加熱コイル５に対する金属帯１の相対的な送り速度の最大値を小さくすることができるので（加熱コイル５と金属帯１との速度差をたとえば一定の小さな値にすることができるので）、金属帯１を目標の温度まで加熱する電力が少なくてすみ、誘導加熱装置１１を小型化することができる。

また、誘導加熱装置１１の加熱コイル５が、出力を一定にした状態で、金属帯１の送り方向と、金属帯１の送り方向とは逆方向とに往復運動すればよいので、加熱コイル５の出力の煩雑な制御が不要になり、しかも、加熱コイル５の設置スペースを小さくすることができる。

また、熱間プレス製品３によれば、金属帯１が送られているときには、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、金属帯１の移動方向と同方向に金属帯１の移動速度よりも遅く、しかも、金属帯１の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動しつつ、加熱コイル５で金属帯１の加熱を行い、金属帯１の移動が停止しているときには、誘導加熱装置１１の加熱コイル５を、金属帯１の移動方向とは逆方向に、金属帯１の移動速度と第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動しつつ、金属帯１の加熱を行うので、断続的に送られる金属帯１に対する誘導加熱装置１１の加熱コイル５の相対的な速度を常にしかも容易に一定にすることができ、金属帯１にこの長手方向で温度ムラが発生することを確実に防止することができる。

１金属帯
３熱間プレス製品
５加熱コイル
９熱間プレス装置
１１誘導加熱装置
１３順送プレス装置
１５加熱コイル可動部

Claims

金属帯を誘導加熱装置によって加熱し、この加熱した前記金属帯を順送プレスする熱間プレス製品の製造方法において、
前記誘導加熱装置の加熱コイルに対する前記金属帯の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、前記誘導加熱装置の加熱コイルを前記金属帯の送り方向と前記金属帯の送り方向とは逆方向とに可動させることを特徴とする熱間プレス製品の製造方法。
請求項１に記載の熱間プレス製品の製造方法において、
前記金属帯が送られているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向と同方向に前記金属帯の移動速度よりも遅く、しかも、前記金属帯の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動しつつ、前記加熱コイルで前記金属帯の加熱を行い、
前記金属帯の移動が停止しているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向とは逆方向に、前記金属帯の移動速度と前記第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動しつつ、前記金属帯の加熱を行うことを特徴とする熱間プレス製品の製造方法。
金属帯を加熱する誘導加熱装置と、前記金属帯を順次送りプレスする順送プレス装置とを備えた熱間プレス装置において、
前記誘導加熱装置の加熱コイルに対する前記金属帯の相対的な送り速度の変化量を小さくするために、前記誘導加熱装置の加熱コイルを前記金属帯の送り方向と前記金属帯の送り方向とは逆方向とに可動させる加熱コイル可動部を有することを特徴とする熱間プレス装置。
請求項３に記載の熱間プレス装置において、
前記加熱コイル可動部は、前記順送プレス装置によって金属帯が送られているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記金属帯の移動方向と同方向に前記金属帯の移動速度よりも遅く、しかも、前記金属帯の移動速度との差が一定になる第１の移動速度で移動し、前記順送プレス装置による金属帯の移動が停止して前記順送プレス装置で前記金属帯をプレス成形しているときには、前記誘導加熱装置の加熱コイルを、前記順送プレス装置による金属帯の移動方向とは逆方向に、前記順送プレス装置による金属帯の移動速度と前記第１の移動速度との差に等しい第２の移動速度で移動するように構成されていることを特徴とする熱間プレス装置。