JP2018511485A - 被加工物を熱間プレス成形するための方法、炉装置及び設備 - Google Patents

Abstract

被加工物を熱間プレス成形するための設備は、被加工物（４）を成形温度に加熱できる炉装置（８）と、加熱された被加工物（４）を成形できる成形装置（１２）と、を備えている。移送装置（１０）によって被加工物（４）を炉装置（８）から成形装置（１２）に移送できる。移送装置（１０）は、少なくとも一部の領域がハウジング（３８）によって限定され、且つ、炉装置（８）と成形装置（１２）との間の空間を概ね埋めている、移送室（３６）内に配置されている。さらに、被加工物（４）を熱間プレス成形するための方法が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、
ａ）被加工物を成形温度に加熱できる炉装置と、
ｂ）加熱された被加工物を成形できる成形装置と、
ｃ）被加工物を炉装置から成形装置に移送できる移送装置と、
を備えた、被加工物を熱間プレス成形するための設備に関する。

さらに、本発明は、
ａ）被加工物を炉装置内で成形温度に加熱し、
ｂ）被加工物を成形装置内で成形すると共に、
ｃ）被加工物を炉装置から成形装置に移送する、
被加工物を熱間プレス成形するための方法に関する。

熱間プレス成形は特に、被加工物を金属から構成部品に熱間成形するための方法として、とりわけ自動車産業において定評があり、プレスハードニング又はホットスタンピングの概念でもよく知られている。成形すべき被加工物は、炉装置内で加熱され、例えば多軸ロボット等の移送装置で炉装置から成形装置に移送され、そこでプレス機器によって所望の構成部品に成形される。

例えば鋼板からなる被加工物を、約８００°Ｃ〜１１００°Ｃのいわゆるオーステナイト成形温度に加熱する。実際には慣用的なホウ素マンガン鋼合金からなる鋼板の場合、成形温度は９３０°Ｃである。しばしば斯かる鋼板はアルミニウム／ケイ素被覆（ＡＩＳｉ）が施されている。斯かる鋼板被加工物は、例えば扁平な鋼板パネル若しくは鋼板シート、あるいは既に先行工程において例えば冷間深絞りにより予備成形された鋼板部材であることができる。次いでこの加熱された被加工物を成形装置内で冷却されたプレス機器を用いて再成形すると同時に急冷する。こうすることにより成形プロセスにおいて材料組織が変化して、得られた構成部品は被加工物から冷間加工された構成部品に比べて著しく高い強度と剛性を有する。

被加工物が炉装置から成形装置に至る過程で被加工物は規則的に周囲雰囲気、特に空気中酸素に触れる。

しかしながらこれは被加工物の材料特性、ひいては生み出される構成部品にも望ましくない否定的な影響を及ぼす恐れがある。

その上加熱された被加工物は冷却する。この冷却の程度は、被加工物を炉装置から取出して成形に至るまでに支配的である実行パラメータ、例えば時間、距離及び／又は速度等に依存する。しかしながら種々の被加工物が酸素と触れ、異なる温度で再成形されると、熱間プレス成形で得られる構成部品の品質は著しくばらつくことがある。

被加工物を必要な成形温度に加熱するために、種々の炉コンセプトが知られている。市場では現在特に、被加工物が搬送システムにより連続的に炉トンネル内を搬送される連続炉が代表的である。慣用的なのはローラーハース式連続炉で、被加工物はローラコンベヤで炉内を連続的に搬送される。今日では複数の小型の個別炉を用い、場合によってはそれぞれ一つのみの被加工物か、又は、少なくとも少数の被加工物を成形温度にもたらすことができる方式も確立されている。

本発明の課題は、上記の思想を考慮して冒頭に述べた形式の設備及び方法を提供することである。

この課題は冒頭に述べた形式の設備において、移送装置は、少なくとも一部の領域がハウジングによって限定されて炉装置と成形装置との間の空間を概ね埋める移送室内に配置されていることによって解決される。

本発明によれば、炉装置と成形装置との間に固有のハウジングを備えた移送室が配置される。この移送室内には周囲雰囲気とは異なる雰囲気が存在できる。特に酸素がないか又は少なくとも酸素を減らした作業雰囲気が支配できる。それだけではなく移送室内では概ね一定の温度を維持できる。ハウジングは移送室を完全に限定する必要はない。例えば移送室内の作業雰囲気に否定的に影響することなく、壁部材と設備の床との間に隙間があってもよい。ハウジングはまた少なくとも部分的に可撓性のハウジング部材によって形成されてもよい。

ハウジングが一つ又は複数の被加工物を移送室内に導入できる入口を備えていると好都合である。このようにすると被加工物は、炉ユニットを介して供給するのではなく、場合によっては移送室から離れた入口を介して、別個に移送室内に供給でき、そこで移送装置によって取扱われ得る。

この場合、入口が移送室の雰囲気を周囲雰囲気から分離された状態に保つ入口ロックとして構成されていると有利である。

炉装置と移送装置との間に温度ロックエリアが形成されていると好都合である。このようにすると、移送装置が位置付けられている移送室の領域が加熱されて移送装置が破損し得るということが回避される。斯かる温度ロックエリアがないと、被加工物を炉ユニットから取出す度に過度に熱い炉雰囲気が移送装置に到達し得る。

好ましくは、温度ロックエリアは、炉装置の前に流体流動カーテンを発生できる流動装置を備えている。

有利にはハウジングは、出口を備えており、出口を介して炉装置から取出された被加工物を成形装置に移送でき、且つ、出口はゲートユニットによって開閉できる。成形装置に移送する際に移送室が周囲環境と連通するのは避けられない。しかしゲートユニットを備えた出口によりこの移送時の連通をそれぞれ時間的にできるだけ短く抑えることができるので、運転条件に影響を与える雰囲気喪失又は温度変化は、被加工物を成形装置に移送するのに必要とされる時間のみに限られる。

移送装置は、好ましくは多関節アームロボットとして構成されている。好ましくはこれが床に位置付けられている。

代替的に、移送装置はまた吊架システムとして構成されてもよい。

移送室の容積はできるだけ小さいと好都合である。不必要な空容積を避けるために、移送室内に一つ又は複数の充填体が収容されていると有利であり得る。

上記の課題は冒頭に記載した方法において、
ｄ）被加工物の移送は、少なくとも一部の領域がハウジングによって限定され、且つ、炉装置と成形装置との間の空間を概ね埋める、移送室内で行う方法において解決される。

これによって達成される利点は、上で説明した利点と等しい。

本発明の代表的な実施形態が図面を参照して詳細に説明される。

それぞれの被加工物に対して別個の炉モジュールを備えている炉装置と成形装置を接続している移送室を備えた、被加工物を熱間プレス成形するための設備の側面図である。 図１の設備の平面図である。 被加工物を熱間プレス成形するための変形した設備の側面図である。

図面において２は、被加工物４を構成部品６に再成形するための熱間プレス成形設備全体を表す。被加工物４は、例えば冒頭で説明された通り鋼板からなる被加工物である。

設備２は、被加工物を成形温度に加熱する炉装置８を備えている。被加工物４がその成形温度に達したら、移送装置１０を用いて炉装置８から取出して成形装置１２に移送する。成形装置１２はそれ自体既知のやり方で冷却されたプレス機器１４を備えており、これにより被加工物４は成形プロセスで構成部品６に成形されて急冷される。プレス機器１４内の所定の滞留時間で生成された構成部品６が最終温度に冷却された後、構成部品６が放出され、取出装置１６を用いて成形装置１２から取出され、次いで後続の処理、例えば機械的後加工に供給される。

移送装置１０としても取出装置１６としても、それ自体被加工物の操作のために知られている多軸関節アームロボット１８を使用できる。それゆえここでは移送ロボット１８ａと取出ロボット１８ｂが存在している。

図面で認識できるように、炉装置８はそれぞれ固有のモジュールハウジング２２を備えた複数の別個の炉モジュール２０を備えており、モジュールハウジングはそれぞれ一つの炉モジュールにおいて破線で図示された炉室２４を限定している。この実施形態では二つの炉モジュール２０ａ、２０ｂが示されている。

炉室２４はモジュールハウジング２２内の開口部２６を通して外からアクセスでき、開口部はモジュールドア２８を介して開閉できる。炉室２４内には特に示されていないが、加熱時に単一の被加工物４又は二つ以上の被加工物４からなる被加工物群を支持する被加工物台がある。被加工物台は被加工物４を炉モジュール２０に対して適切に位置付けることを保証する。被加工物台は、特に反応焼結結合によるシリコン浸潤シリコン・カーバイドから作製できる。

それぞれ単一の被加工物４のみを加熱できる炉モジュール２０ａ、２０ｂが図示されている。これは基本的に理想例を反映しているが、必要な所要スペース及び設備２のスループット率を考慮すると実現できるとは限らない。

それゆえ二つ以上の被加工物４からなる被加工物群を炉モジュール２０内で加熱する場合は、モジュールハウジング２２はそれぞれ相応に高く設計し、被加工物台は複数の棚段を提供する。この場合、モジュールハウジング２２は各々の棚段の高さにそれぞれ開口部２６を有し、各々の開口部２６に対してモジュールドア２８を備えている。代替的に複数の棚段を炉モジュール２０内の単一の開口部２６に案内することも可能である。

設備２の炉モジュール２０は等しい構造でなくともよい。寸法、特に炉室２４の容積及び開口部２６の断面積をそれぞれ種々のタイプの被加工物４又は異なる収容数の被加工物４に適合した種々の炉モジュール２０が存在してよい。

各炉モジュール２０は独立して稼働し、このために少なくとも固有の加熱装置３０を備えている。加熱装置３０は、例えば加熱コイルを備えた電気加熱ユニットであることができる。代替的に赤外線放射器又はガスバーナ又は類似する定評のある加熱技術もまた考慮できる。

特に図示しない変形例において、炉モジュール２０の炉室２４内には追加的に被加工物台を密に包囲するマッフルが配置されてよい。マッフルは均等な温度分布をもたらすことができ、炉室２４及び炉室内にある加熱装置３２の特別なコンポーネントを、炉モジュール２０内で被加工物４から落下することがあるスケール又は被覆成分等の不純物から保護できる。マッフルを用いなければ、問題のある構成部品をカプセルに格納することによって加熱コンポーネントを保護できる。マッフルを用いればこれは不要となり、その製作の手間を省くことができ、場合によってはコストを下げることができる。

マッフルは炉室２４より容積が小さいので、保護ガス雰囲気が必要とされる場合に保護ガスの消費量が減る。炉壁も通常行われる程度に酸素と水を除去する必要はない。

各炉モジュール２０は、配管束３２を介して運転に必要な電気エネルギー又は流体エネルギーを供給される。これは特に加熱装置３０のエネルギー供給又は燃料供給を含み、配管束３２はそれに応じて電線及び／又は燃料管を備えている。特別の場合は、炉モジュール２０内に、被加工物４が加熱され且つ周囲雰囲気とは異なる、別個の炉雰囲気を発生できる。この場合は、配管束３２はまた、雰囲気ガスを炉室２４内に送入し、又は炉雰囲気を吸入できる流体管も備えている。配管束３２の個々の配管はここには特に図示されていない供給源につながる。

特に図示されないプロセス制御が個々の炉モジュール２０の申し分のない運転とパラメータを監視する。この目的のために各炉モジュール２０は相応のセンサを装備されており、これらセンサが炉モジュール２０の運転パラメータを監視して、このプロセス制御に相応の出力信号を送る。このために配管束３２は上記の供給線／管の他に相応のデータ線を備えている。

例えば特定の炉モジュール２０の加熱装置３０が故障して特定の炉モジュール２０に異常が生じたら、この炉モジュール２０は選択的に認識できる。次に、成形プロセスの他の手順を著しく影響することなく、又はさらに一時的に手順の停止を導くことなく、異常のある炉モジュール２０を作業プロセスから切り離して別個に保守できる。

個々の炉モジュール２０により、各被加工物４は個別の加熱過程を通過でき、加熱過程は各被加工物４について別個にプロセス制御により制御できる。

炉モジュール２０は炉ユニット３４を構成しているが、特に図示されない変形例で炉ユニットは三つ以上の炉モジュール２０又は単一の炉モジュール２０のみを備えることができる。

移送装置１０、即ち本実施形態では移送ロボット１８ａは、炉装置８と成形装置１２との間の空間を概ね埋めている移送室３６内に配置されている。

移送室３６は、ハウジング壁４０を備えたハウジング３８によって限定されており、炉モジュール２０はそれら開口部２６が移送装置１０に到達できるように、ハウジング壁４０を通って移送室３６内に突出している。ハウジング壁４０は断熱されており、必要に応じて特別の装置によって冷却できる。

移送室３６内では移送領域３６を囲んでいる設備２の周囲とは異なる雰囲気が広がっている。特に図示されない変形例では、さらに移送室３６内に別個の作業雰囲気を構築及び／又は維持できる手段が存在している。

連続運転において移送室内の雰囲気は、炉装置８から来る高温の被加工物４により、場合により流出する炉雰囲気によって、概ね一定の運転温度が生じるまで加熱される。必要に応じて補足的に移送室３６内に特定の運転温度を発生及び／又は維持できる温度調節装置を設けてもよい。

本実施形態では、炉装置８と移送装置１０との間に温度ロックエリア４２が形成されている。このために炉ユニット８の前に流体流動カーテン４６を発生できる流動装置４４が設けられている。この場合、実際には流体として不活性ガス、例えば窒素が使用される。流体流動カーテン４６によって炉モジュール２０と移送装置１０との間に温度隔壁が形成されている。これはモジュールドア２８が開いているときに放出される炉モジュール２０の高温の雰囲気と移送装置１０が接触するのを防止する。流体流動カーテン４６を相応に制御することによって、被加工物４が流動カーテン４６ｂに達したときに被加工物４に対する否定的な影響、特に冷却が低減する。これは例えば流動方向及び／又は流動速度を変えることによって行うことができる。

移送室３６のハウジング３８は、さらに被加工物４を移送室３６内に導入できる入口４８を備えている。本実施形態では入口４８は、加工すべき複数の被加工物４を収容できる収容ラック５０を備えている。特に図示されない変形例では単一の被加工物４を外から入口４８を介して移送室３６内に導入できる。

さらに、ハウジング３８は、炉モジュール２０から取出された被加工物４を成形装置１２に移送できる出口５２を備えている。出口５２はゲートユニット５４によって開閉できる。

図３には別の実施形態として設備２’が示されており、図１及び図２に従う設備２の構成要素及び部材に対応する構成要素及び部材は、同じ参照符号が付されている。ここには流動装置４４を備えた炉ロックエリア４２はない。しかし特に図示されない変形例において設備２に対応するやり方で炉ロックエリア４２が設けられてもよい。

設備２と異なり移送装置１０は多関節アームロボット１８ではなく、移動可能な伸縮アーム５８を備えた吊架システム５６として構成されており、伸縮アームは駆動装置６０によってレール６２上を移動し、垂直軸周りを回転できる。レール６２は移送室３６の天井に配置されている。伸縮アーム５８はその下端部に被加工物４を掴むことができる把持ユニット６４を所持している。

設備２’では入口４８が入口ロック６６として構成されているので、移送室の雰囲気はそこで周囲雰囲気から分離された状態にある。図１及び図２に従う設備２でも相応の入口ロックが設けられてもよい。

移送室３６の運転容積をできるだけ小さく抑えるために、移送室３６内に充填体６８を収容でき、図１のみに例示的に三つの充填体６８が示されている。

設備２、２’は、次のように作動する。

被加工物４は入口４８を通して移送室３６内に導入される。移送装置１０が被加工物４を収容ラック５０から引取り、被加工物４を炉モジュール２０内に置く。この被加工物４がその成形温度にもたらされると、移送装置１０は第２の炉モジュール２０に別の被加工物４を供給する。

第１の被加工物４がその成形温度に達したら、移送装置１０は被加工物４を取出して、出口５２における開いたゲートユニット５４を通して成形装置１２に移送し、そこで被加工物４は構成部品６に成形され、次いで取出装置１６によってさらに搬送される。

その間に移送装置１０は別の被加工物４を引取り、これを今は空いている炉モジュール２０内に入れる。斯かるサイクルが反復されて、炉モジュール２０は相応に交互に供給されて空にされる。

上に説明した実施形態では、炉装置８は被加工物４を取出すために移送ロボット１８ａが突入係合しなければならない炉モジュール２０を備えている。代替的に、移送ロボット１８ａが被加工物４を引取る前に既に被加工物４が炉室２４から取出されているモジュールコンセプトも実現できる。これは一種の引出し方式によって実現でき、例えば引出し式ラックが被加工物４と一緒に炉室２４から進出できるので、移送ロボット１８ａは炉室２４の外で被加工物４に接近できる。

特に図示されない変形例において、既に冒頭で言及された通り炉装置８はローラーハース式連続炉としても構成できる。

以上説明した実施形態においては移送装置１０がすべての重要なコンポーネント及び部材と共に移送室３６内に配置されている。特に図示されない別の変形例では、移送装置１０の可動コンポーネントのみ移送室３６内にあるようにされてもよい。移送ロボット１８ａの場合、これら可動コンポーネントは、例えば特に参照符号を付けないロボットアームによって与えられる。移送室３６の内部と外部の部材間の機能的接続は、ハウジング壁４０を通して形成できる。

Claims (10)

1. 被加工物を熱間プレス成形するための設備であって、
   ａ）被加工物（４）を成形温度に加熱できる炉装置（８）と、
   ｂ）前記加熱された被加工物（４）を成形できる成形装置（１２）と、
   ｃ）被加工物（４）を前記炉装置（８）から前記成形装置（１２）に移送できる移送装置（１０）と、を備え、
   ｄ）前記移送装置（１０）は、少なくとも一部の領域がハウジング（３８）によって限定され、且つ、前記炉装置（８）と前記成形装置（１２）との間の空間を概ね埋めている、移送室（３６）内に配置されていることを特徴とする設備。
2. 前記ハウジング（３８）は一つ又は複数の被加工物（４）を前記移送室（３６）内に導入できる入口（４８）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の設備。
3. 前記入口（４８）は、前記移送室（３６）の雰囲気を周囲雰囲気から分離された状態に保つ入口ロック（６６）として構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の設備。
4. 前記炉装置（８）と前記移送装置（１０）との間に温度ロックエリア（４２）が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の設備。
5. 前記温度ロックエリア（４２）は、前記炉装置（８）の前に流体流動カーテン（４６）を発生できる流動装置（４４）を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の設備。
6. 前記ハウジング（３８）は、出口（５２）を備えており、出口を介して前記炉装置（８）から取出された被加工物（４）を前記成形装置（１２）に移送でき、且つ、出口はゲートユニット（５４）によって開閉できることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の設備。
7. 前記移送装置（１０）は多関節アームロボット（１８ａ）として構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の設備。
8. 前記移送装置（１０）は吊架システム（５６）として構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の設備。
9. 前記移送室（３６）内に一つ又は複数の充填体（６８）が収容されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の設備。
10. 被加工物を熱間プレス成形するための方法であって、
    ａ）前記被加工物（４）を炉装置（８）内で成形温度に加熱し、
    ｂ）前記被加工物（４）を成形装置（１２）内で成形し、
    ｃ）前記被加工物（４）を前記炉装置（８）から成形装置（１２）に移送すると共に、
    ｄ）前記被加工物（４）の移送を、少なくとも一部の領域でハウジング（３８）によって限定され、且つ、前記炉装置（８）と前記成形装置（１２）との間の空間を概ね埋めている、移送室（３６）内で行うことを特徴とする方法。

Images