JP2015085372A - 加熱装置及び熱間鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱部材同士が接合することを防止できる加熱装置を提供する。【解決手段】被加熱材料５０を加熱する加熱装置１０であって、被加熱材料５０を加熱する第１加熱部１０１及び第２加熱部１０２と、第１加熱部１０１へと被加熱材料５０を連続して搬送する入口搬送部２０と、第１加熱部１０１と第２加熱部１０２との間に備えられ、第１加熱部１０１から出た被加熱材料５０を一つずつ分離して第２加熱部１０２へと搬送する中間搬送部３０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、被加熱材料を加熱する加熱装置と、被加熱材料を鍛造する熱間鍛造装置に関する。

金属材料を鍛造することにより成型する鍛造では、金属材料を加熱させた上で鍛造を行う熱間鍛造が知られている。熱間鍛造においては、金属材料に高周波電力を印加して金属材料を加熱する誘導加熱装置が広く用いられている。

このような誘導加熱装置には、棒状の金属材料を所定の長さに切断し、切断された被加熱材料を連続して加熱コイルに搬送することで、加熱コイルを通過することによって所望の温度まで上昇させる構成が知られている（特許文献１参照）。

特開平５−３８５４５号公報

特許文献１に記載の従来技術は、被加熱材料を送り方向に連続して搬送することで、効率よく多くの被加熱材料の温度を上昇させるように構成されている。

ところで、このような加熱装置では、被加熱材料が積層された状態で連続して搬送されるので、加熱された状態の被加熱材料が、隣接する被加熱材料とで互いに接合する場合がある。隣接する被加熱材料が接合した場合は鍛造装置のチョコ停、故障の原因となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、被加熱材料を連続して加熱するときに、被加熱材料同士が接合することを防止できる加熱装置及び熱間鍛造装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、被加熱材料を加熱する誘導加熱装置であって、被加熱材料を加熱する第１加熱部及び第２加熱部と、第１加熱部へと被加熱材料を連続して搬送する入口搬送部と、第１加熱部と第２加熱部との間に備えられ、第１加熱部から出た被加熱材料を一つずつ分離して第２加熱部へと搬送する中間搬送部と、を備えることを特徴とする。

上記態様によれば、中間搬送部において、第１加熱部から出た被加熱材料を一つずつ分離して第２加熱部へと搬送するので、一旦所定の温度まで昇温された被加熱材料が一時的に外気に晒されることにより表面に酸化膜が生成されて、隣接する被加熱材料が接合することを防止できる。

本発明の実施形態の熱間鍛造装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施形態の誘導加熱装置の構成を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の熱間鍛造装置１の構成を示す説明図である。

本実施形態の熱間鍛造装置１は、金属材料により形成されたビレット５０を加熱し、目標温度まで昇温されたビレット５０を打撃、加圧することにより所定の形状に形成するものである。

熱間鍛造装置１は、被加熱材料であるビレット５０を形成する切断装置５と、ビレット５０を目標温度まで昇温する誘導加熱装置１０と、昇温されたビレット５０を鍛造して中間材料９０を形成する鍛造装置８０と、から構成される。

切断装置５は、棒状の金属材料５１を所定の長さ（又は所定の重量）で切断することにより、ビレット５０を形成する。切断装置５は、シャー切断又は丸鋸、帯鋸等による切削により、金属材料５１を切断する。

誘導加熱装置１０は、加熱部１１を備え、その内部にビレット５０を通過させることにより、ビレット５０を、鍛造装置８０における熱間鍛造のための目標温度（例えば１２００℃）まで昇温させる。

鍛造装置８０は、目標温度まで昇温されたビレット５０を、金型により打撃、加圧することにより鍛造を行い、中間材料９０を形成する。

図２は、本発明の実施形態の誘導加熱装置１０の構成を示す説明図である。

誘導加熱装置１０は、加熱部１１と、入口搬送部２０、中間搬送部３０及びコントローラ６０を備えて構成される。誘導加熱装置１０は、被加熱材料であるビレット５０を所定の温度まで加熱する。加熱されたビレット５０は、次工程の鍛造装置８０へと送られる。

入口搬送部２０は、ビレット５０を加熱部１１の内部へと搬送する。入口搬送部２０は向かい合う一組のローラが回転することによりビレット５０を挟持して送り方向に搬送するピンチローラにより構成されている。入口搬送部２０は、ビレット５０を連続して加熱部１１の内部へと搬送することで、ビレット５０が送り方向に積層して搬送される。

加熱部１１は、入口側から出口側に向かって複数の加熱コイル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）を備えて構成される。

加熱コイル１４は、搬送されるビレット５０の周囲に形成され、高周波電力が印加されることによりビレット５０の内部に渦電流を発生させ、渦電流によるジュール熱によりビレット５０を加熱する誘導加熱を行う。加熱コイル１４は、その内部にビレット５０の外径よりも僅かに大きい形状の空孔を有しており、ビレット５０が加熱コイル１４の内部を摺動しながら搬送される。後述するように、加熱コイル１４の内部ではビレット５０が前後のビレットと接触して連続して搬送される。

このように構成することにより、ビレット５０が、加熱コイル１４において外気（酸素）から遮断された状態で加熱されるので、ビレット５０の表面に酸化膜が生成されることが抑制される。

ビレット５０は加熱部１１の入口付近では低温（周囲環境温度と略同一温度）であり、目標温度（１２００℃）まで一度に上昇させるためには大きな電力が必要となる。そこで、加熱部１１の加熱コイル１４を複数に分割し、ビレット５０をこれら複数の加熱コイル１４に順次通過させることにより、段階的に目標温度まで昇温させる。図２に示す例では、入口側から出口側に向かうに従って、４つの加熱コイル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が備えられている。

コントローラ６０は、加熱コイル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）に印加する電流、入口搬送部２０及び中間搬送部３０の動作を制御する。

ところで、このように構成された誘導加熱装置１０において、従来次のような問題があった。

入口搬送部２０は、ビレット５０を加熱コイル１４の内部へと搬送する。ビレット５０は、前後のビレット５０と互いに接触した状態で、搬送方向の後ろ側のビレット５０に押されながら加熱コイル１４の内部を通過する。加熱コイル１４を通過するビレット５０は、その切断面において前後のビレット５０に互いに接触している。

このとき、加熱されるビレット５０が、前後のビレット５０と接合する場合がある。

ビレット５０が加熱されると、ビレット５０を構成する鉄原子の運動が大きくなる。鉄原子の運動が大きくなることにより、鉄原子が切断面を飛び越えて隣接するビレット５０に移動する。移動する鉄原子により、ビレット５０の切断面において隣接するビレット５０同士が接合する場合がある（拡散接合）。ビレット５０が接合した場合は、次行程の鍛造装置８０における歩留まりの原因となる。

特に、丸鋸等による切削を行った場合は、切断面の直角度が大きいので、ビレット５０同士が接合する可能性が高まる。

そこで、本発明の実施形態では、次のような構成により、隣接するビレット５０が接合することを抑制した。

本発明の実施形態は、図２に示すように、加熱部１１に中間部１５を備えた。

加熱部１１は、加熱コイル１４ａ、１４ｂとからなる第１加熱部１０１と、加熱コイル１４ｃ、１４ｄとからなる第２加熱部１０２との二つから構成される。これら第１加熱部１０１と第２加熱部１０２との間に中間部１５が構成される。

中間部１５において、第１加熱部１０１と第２加熱部１０２との間に中間搬送部３０が備えられる。

中間搬送部３０は、ビレット５０を、一時的に外気（酸素雰囲気）に晒すために、加熱部１１の外部へと露出させる。また、中間搬送部３０は、入口搬送部２０よりもビレット５０を送る速度が速く設定される。

本発明の実施形態は、このような構成により次のような作用を得る。

所定の長さに切断されたビレット５０は、入口搬送部２０により第１加熱部１０１へと送り方向に積層して搬送される。第１加熱部１０１において、各ビレット５０は、所定の温度まで昇温させられる。第１加熱部１０１により昇温される所定の温度は例えば約１０００℃とする。

第１加熱部１０１を通過したビレット５０は、中間部１５において加熱部１１の外部に露出する。中間部１５において、ビレット５０は、中間搬送部３０によって第２加熱部１０２へと一つずつ分離して搬送される。中間搬送部３０は、入口搬送部２０の搬送速度よりも速い搬送速度でビレットを搬送するように構成されている。これにより、第１加熱部１０１から搬送されたビレット５０は、中間搬送部３０において一つずつ分離されてから、第２加熱部１０２へと搬送される。

中間部１５において、中間搬送部３０が、入口搬送部２０がビレット５０を搬送する速度よりも速い速度でビレット５０を第２加熱部１０２へと搬送することで、ビレット５０が一つずつ分離される。これにより、ビレット５０の表面（特に切断面）が外気に晒される。ビレット５０の表面が外気に晒されることにより、ビレット５０の切断面に酸化膜が生成される。

表面に酸化膜が形成されたビレット５０は、中間搬送部３０により第２加熱部１０２へと送り方向に積層して搬送される。第２加熱部１０２は、ビレット５０を目標温度まで昇温する。

第２加熱部１０２において、ビレット５０は、前後のビレット５０に接触しながら搬送されるが、切断面に形成された酸化膜によって、鉄原子が隣接するビレット５０へと移動することが妨げられる。このようにして、隣接するビレット５０が接合することが防止される。

目標温度まで昇温されたビレット５０は、次工程の鍛造装置８０へと送られる。

以上説明したように、本発明の実施形態では、熱間鍛造のための被加熱材料であるビレット５０を加熱する誘導加熱装置１０において、第１加熱部１０１と第２加熱部１０２との間に、連続して搬送されたビレット５０を一つずつ分離して第２加熱部へと搬送する中間搬送部３０を備えた。

本発明の実施形態は、このような構成により、中間搬送部３０において、ビレット５０を一時的に外気に晒すことにより、ビレット５０の表面に酸化膜を生成することができる。ビレット５０の表面に酸化膜が形成されることにより、隣接するビレット５０同士が接合することを防止できる。この効果は請求項１に対応する。

中間搬送部３０は、入口搬送部２０がビレット５０を搬送する速度よりも速い速度でビレット５０を第２加熱部１０２へと搬送するので、第１加熱部１０１から搬送されたビレット５０の切断面を外気に晒すことができる。これにより、ビレット５０の表面に酸化膜が形成され、隣接するビレット５０同士が接合することを防止できる。この効果は請求項２に対応する。

加熱部１１を構成する第１加熱部１０１と第２加熱部１０２とは、加熱コイル１４に高周波電流が印加されることによりビレット５０を加熱する誘導加熱を行う。誘導加熱は、コントローラ６０による制御により被加熱材料の温度を簡易に制御でき、エネルギー変換効率も高いため、省電力化ができる。この効果は請求項３に対応する。

そして、本実施形態は、切断装置５と誘導加熱装置１０と鍛造装置８０とから構成される熱間鍛造装置１において、前述のようにビレット５０同士が接合することを防止するので、鍛造装置８０におけるチョコ停、故障を解消することができる。この効果は請求項４に対応する。

なお、ビレット５０の表面に生成される酸化膜は、鍛造装置８０の金型に傷を付ける等の影響を与える可能性があるため、中間部１５においては、ビレット５０が接合しない程度に、金型に影響を与えない範囲で、最低限の酸化膜とすることが望ましい。

一例として、第１加熱部１０１により約１０００℃に昇温されたビレット５０を、１０秒間程度外気に晒すことにより、最低限の酸化膜を生成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、入口搬送部２０よりも中間搬送部３０の速度を速くすることで、ビレット５０を一つずつ分離して第２加熱部１０２へと搬送するように構成したがこれに限られない。例えば中間部１５において、ビレット５０の搬送方向と直交する方向に一時的ビレット５０を移動させることで、ビレット５０の切断面を外気に晒すような構成であってもよい。

また、上記実施形態では、加熱コイル１４に高周波電力を印加することによりビレット５０を加熱する誘導加熱を例に説明したが、これに限られない。化石燃料による燃焼加熱であってもよいし、ビレット５０に直接電流を通電する抵抗加熱であってもよい。

また、ビレット５０の表面に必要以上に酸化膜が生成されないように、中間搬送部３０以外の箇所を、アルゴン等の不活性気体雰囲気としてもよい。

１ 熱間鍛造装置
５ 切断装置
１０ 誘導加熱装置
１１ 加熱部
１４ 加熱コイル
１５ 中間部
２０ 入口搬送部
３０ 中間搬送部
４０ 制御装置
５０ ビレット
６０ コントローラ
８０ 鍛造装置
１０１ 第１加熱部
１０２ 第２加熱部

Claims (4)

1. 被加熱材料を加熱する加熱装置であって、
   前記被加熱材料を加熱する第１加熱部及び第２加熱部と、
   前記第１加熱部へと前記被加熱材料を連続して搬送する入口搬送部と、
   前記第１加熱部と前記第２加熱部との間に備えられ、前記第１加熱部から出た前記被加熱材料を一つずつ分離して前記第２加熱部へと搬送する中間搬送部と、
   を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記中間搬送部は、前記入口搬送部が前記被加熱材料を前記第１加熱部へと搬送する速度よりも速い速度で、前記被加熱材料を前記第２加熱部へと搬送することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第１加熱部及び前記第２加熱部は加熱コイルを備え、前記加熱コイルに電流を印加することにより前記被加熱材料を誘導加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 金属材料を切断して所定形状の前記被加熱材料を形成する切断装置と、
   請求項１から３のいずれか一つに記載の加熱装置と、
   前記加熱装置により加熱された前記被加熱材料を鍛造する鍛造装置と、
   を備えることを特徴とする熱間鍛造装置。

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