JP2023162459A - Heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device.
従来、金属材料を成形する成形装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、互いに対になる下型及び上型を有する成形金型と、成形金型の間に保持された金属パイプ材料内に流体を供給する流体供給部と、を備える成形装置が開示されている。このような成形装置においては、成形される金属材料を加熱する加熱装置が用いられる。
Conventionally, forming apparatuses for forming metal materials are known. For example,
上記従来技術のような加熱装置は、成形される金属材料を通電加熱によって加熱する。ここで、加熱装置は金属材料が高温となるように加熱するため、金属材料の表面に、当該金属材料が酸化することで、酸化スケールが発生する可能性がある。そのため、金属材料の表面にめっき層を形成することで、酸化スケールの発生を抑制する場合がある。しかしながら、加熱装置が急速に加熱をおこなった場合、めっき層に含有される亜鉛が気化して発火することで、結果的に酸化亜鉛が発生する場合がある。従って、酸化スケールや酸化亜鉛などの酸化化合物の発生を抑制することが求められていた。 The heating device as in the above-mentioned prior art heats the metal material to be formed by electrical heating. Here, since the heating device heats the metal material to a high temperature, oxide scale may be generated on the surface of the metal material due to oxidation of the metal material. Therefore, by forming a plating layer on the surface of the metal material, the generation of oxide scale may be suppressed. However, if the heating device heats up rapidly, the zinc contained in the plating layer may vaporize and ignite, resulting in the generation of zinc oxide. Therefore, it has been desired to suppress the generation of oxidized compounds such as oxide scale and zinc oxide.
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、金属材料の表面に酸化化合物が発生することを抑制できる加熱装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a heating device that can suppress the generation of oxidized compounds on the surface of a metal material.
本発明の一態様に係る加熱装置は、成形される金属材料を加熱する加熱装置であって、通電加熱によって金属材料を加熱する加熱部と、を備え、金属材料には亜鉛を含有するめっき層が形成され、加熱部は、めっき層の亜鉛の合金化を進める合金化処理を行い、当該合金化処理の後、当該亜鉛が合金化された後で、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように金属材料を加熱する。 A heating device according to one aspect of the present invention is a heating device that heats a metal material to be formed, and includes a heating section that heats the metal material by electrical heating, and the metal material has a plating layer containing zinc. is formed, and the heating section performs an alloying process to promote alloying of the zinc in the plating layer, and after the alloying process and after the zinc is alloyed, the heating part is heated so that the temperature becomes higher than the boiling point of zinc. Heating the metal material to.
本発明の一態様に係る加熱装置において、加熱部は、めっき層の亜鉛の合金化を進める合金化処理を行う。ここで、合金化処理によって十分な合金化が進められた合金層の沸点は、亜鉛の沸点よりも高い。従って、加熱部は、合金化処理の後、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように金属材料を加熱する。そのため、金属材料の温度が亜鉛の沸点よりも高い温度となっても、亜鉛の合金化が十分に進んで沸点の高い状態となっているため、亜鉛の発火を抑制することができる。以上より、めっき層によって酸化スケールの発生を抑制しつつ、酸化亜鉛の発生も抑制することで、金属材料の表面に酸化化合物が発生することを抑制できる。 In the heating device according to one aspect of the present invention, the heating section performs an alloying process to promote alloying of zinc in the plating layer. Here, the boiling point of the alloy layer that has been sufficiently alloyed by the alloying treatment is higher than the boiling point of zinc. Therefore, after the alloying treatment, the heating section heats the metal material to a temperature higher than the boiling point of zinc. Therefore, even if the temperature of the metal material becomes higher than the boiling point of zinc, the zinc is sufficiently alloyed to have a high boiling point, so ignition of the zinc can be suppressed. As described above, by suppressing the generation of oxide scale and also suppressing the generation of zinc oxide by the plating layer, it is possible to suppress the generation of oxide compounds on the surface of the metal material.
加熱部は、金属材料の温度が複数段階の温度プロファイルを描くように、加熱してよい。この場合、加熱部は、亜鉛の合金化の進行度合いに応じて、適切な温度プロファイルとなるように金属材料を加熱することができる。 The heating section may heat the metal material so that the temperature of the metal material draws a temperature profile in multiple stages. In this case, the heating section can heat the metal material to an appropriate temperature profile depending on the degree of progress of zinc alloying.
加熱部は、一次加熱段階、温度を保持する保持段階、及び二次加熱段階の温度プロファイルを描くように、加熱してよい。この場合、加熱部は、一次加熱段階にて速やかに合金化処理のための目標温度まで昇温させ、保持段階にて当該目標温度に保持して亜鉛の合金化を進める。そして、加熱部は、合金化処理の後、二次加熱段階にて、金属材料を最終的な目標温度まで昇温度させることができる。 The heating section may heat to describe a temperature profile of a primary heating stage, a holding stage for maintaining the temperature, and a secondary heating stage. In this case, the heating section quickly raises the temperature to the target temperature for alloying treatment in the primary heating stage, and maintains it at the target temperature in the holding stage to proceed with alloying of zinc. After the alloying process, the heating section can raise the temperature of the metal material to the final target temperature in the secondary heating stage.
加熱部は、一次加熱段階の目標温度を700℃以上、800℃以下に設定してよい。この場合、過剰な加熱時間を要することを回避しながら亜鉛の合金化を進行させつつ、亜鉛が発火することを抑制できる。 The heating unit may set the target temperature in the primary heating stage to 700°C or more and 800°C or less. In this case, it is possible to prevent the zinc from igniting while alloying the zinc while avoiding the need for excessive heating time.
本発明によれば、金属材料の表面に酸化化合物が発生することを抑制できる加熱装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a heating device that can suppress the generation of oxide compounds on the surface of a metal material.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same parts or corresponding parts are given the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted.
図1は、本実施形態に係る加熱装置100を採用した成形装置1の概略図である。図1に示すように、成形装置1は、ブロー成形によって中空形状を有する金属パイプを成形する装置である。本実施形態では、成形装置1は、水平面上に設置される。成形装置1は、成形金型2と、駆動機構3と、保持部4と、加熱部5と、流体供給部6と、冷却部7と、制御部8と、を備える。なお、本明細書において、金属パイプは、成形装置1での成形完了後の中空物品を指し、金属パイプ材料40は、成形装置1での成形完了前の中空物品を指す。金属パイプ材料40は、焼入れ可能な鋼種のパイプ材料である。また、水平方向のうち、成形時において金属パイプ材料40が延びる方向を「長手方向」と称し、長手方向と直交する方向を「幅方向」と称する場合がある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
成形金型2は、金属パイプ材料40を金属パイプに成形する型であり、上下方向(第1の方向)に互いに対向する下側の金型11及び上側の金型12を備える。下側の金型11及び上側の金型12は、鋼鉄製ブロックで構成される。下側の金型11は、ダイホルダ等を介して基台13に固定される。上側の金型12は、ダイホルダ等を介して駆動機構3のスライドに固定される。
The
駆動機構3は、下側の金型11及び上側の金型12の少なくとも一方を移動させる機構である。図1では、駆動機構3は、上側の金型12のみを移動させる構成を有する。駆動機構3は、下側の金型11及び上側の金型12同士が合わさるように上側の金型12を移動させるスライド21と、上記スライド21を上側へ引き上げる力を発生させるアクチュエータとしての引き戻しシリンダ22と、スライド21を下降加圧する駆動源としてのメインシリンダ23と、メインシリンダ23に駆動力を付与する駆動源24と、を備えている。
The
保持部4は、下側の金型11及び上側の金型12の間に配置される金属パイプ材料40を保持する機構である。保持部4は、成形金型2の長手方向における一端側にて金属パイプ材料40を保持する下側電極26及び上側電極27と、成形金型2の長手方向における他端側にて金属パイプ材料40を保持する下側電極26及び上側電極27と、を備える。長手方向の両側の下側電極26及び上側電極27は、金属パイプ材料40の端部付近を上下方向から挟み込むことによって、当該金属パイプ材料40を保持する。なお、下側電極26の上面及び上側電極27の下面には、金属パイプ材料40の外周面に対応する形状を有する溝部が形成される。下側電極26及び上側電極27には、図示されない駆動機構が設けられており、それぞれ独立して上下方向へ移動することができる。
The
加熱部5は、金属パイプ材料40を加熱する。加熱部5は、金属パイプ材料40へ通電することで当該金属パイプ材料40を加熱する機構である。加熱部5は、下側の金型11及び上側の金型12の間にて、下側の金型11及び上側の金型12から金属パイプ材料40が離間した状態にて、当該金属パイプ材料40を加熱する。加熱部5は、上述の長手方向の両側の下側電極26及び上側電極27と、これらの電極26,27を介して金属パイプ材料へ電流を流す電源28と、を備える。なお、加熱部5は、成形装置1の前工程に配置し、外部で加熱をするものであっても良い。
The
流体供給部6は、下側の金型11及び上側の金型12の間に保持された金属パイプ材料40内に高圧の流体を供給するための機構である。流体供給部6は、加熱部5で加熱されることで高温状態となった金属パイプ材料40に高圧の流体を供給して、金属パイプ材料40を膨張させる。流体供給部6は、成形金型2の長手方向の両端側に設けられる。流体供給部6は、金属パイプ材料40の端部の開口部から当該金属パイプ材料40の内部へ流体を供給するノズル31と、ノズル31を金属パイプ材料40の開口部に対して進退移動させる駆動機構32と、ノズル31を介して金属パイプ材料40内へ高圧の流体を供給する供給源33と、を備える。駆動機構32は、流体供給時及び排気時にはノズル31を金属パイプ材料40の端部にシール性を確保した状態で密着させ(図2参照)、その他の時にはノズル31を金属パイプ材料40の端部から離間させる。なお、流体供給部6は、流体として、高圧の空気や不活性ガスなどの気体を供給してよい。また、流体供給部6は、金属パイプ材料40を上下方向へ移動する機構を有する保持部4とともに、加熱部5を含めて同一装置としても良い。
The
図2は、ノズル31が金属パイプ材料40をシールした時の様子を示す断面図である。図2に示すように、ノズル31は、金属パイプ材料40の端部を挿入可能な円筒部材である。ノズル31は、当該ノズル31の中心線が基準線SL1と一致するように、駆動機構32に支持されている。金属パイプ材料40側のノズル31の端部の供給口31aの内径は、膨張成形後の金属パイプ材料40の外径に略一致している。この状態で、ノズル31は、内部の流路36から高圧の流体を金属パイプ材料40に供給する。なお、高圧流体の一例としては、ガスなどが挙げられる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing how the
図1に戻り、冷却部7は、成形金型2を冷却する機構である。冷却部7は、成形金型2を冷却することで、膨張した金属パイプ材料40が成形金型2の成形面と接触したときに、金属パイプ材料40を急速に冷却することができる。冷却部7は、下側の金型11及び上側の金型12の内部に形成された流路36と、流路36へ冷却水を供給して循環させる水循環機構37と、を備える。
Returning to FIG. 1, the
制御部8は、成形装置1全体を制御する装置である。制御部8は、駆動機構3、保持部4、加熱部5、流体供給部6、及び冷却部7を制御する。制御部8は、金属パイプ材料40を成形金型2で成形する動作を繰り返し行う。
The
具体的に、制御部8は、例えば、ロボットアーム等の搬送装置からの搬送タイミングを制御して、開いた状態の下側の金型11及び上側の金型12の間に金属パイプ材料40を配置する。あるいは、制御部8は、作業者が手動で下側の金型11及び上側の金型12の間に金属パイプ材料40を配置することを待機してよい。また、制御部8は、長手方向の両側の下側電極26で金属パイプ材料40を支持し、その後に上側電極27を降ろして当該金属パイプ材料40を挟むように、保持部4のアクチュエータ等を制御する。また、制御部8は、加熱部5を制御して、金属パイプ材料40を通電加熱する。これにより、金属パイプ材料40に軸方向の電流が流れ、金属パイプ材料40自身の電気抵抗により、金属パイプ材料40自体がジュール熱によって発熱する。
Specifically, the
制御部8は、駆動機構3を制御して上側の金型12を降ろして下側の金型11に近接させ、成形金型2の型閉を行う。その一方、制御部8は、流体供給部6を制御して、ノズル31で金属パイプ材料40の両端の開口部をシールすると共に、流体を供給する。これにより、加熱により軟化した金属パイプ材料40が膨張して成形金型2の成形面と接触する。そして、金属パイプ材料40は、成形金型2の成形面の形状に沿うように成形される。金属パイプ材料40が成形面に接触すると、冷却部7で冷却された成形金型2で急冷されることによって、金属パイプ材料40の焼き入れが実施される。
The
上述の成形装置1の構成要素のうち、加熱装置100は、加熱部5と、制御部8(加熱制御部)と、を備えて構成される。加熱装置100は、成形される金属パイプ材料(金属材料)を加熱する装置である。また、前述のように、加熱部5は、通電加熱によって金属パイプ材料40を加熱する。制御部8は、加熱部5を制御する。
Among the components of the above-described
図3(a)に示すように、本実施形態に係る金属パイプ材料40には、表面(外周面及び内周面)にめっき層43が形成されている。このめっき層43は、成分として、亜鉛を少なくとも含有している。めっき層43は、加熱時において、金属パイプ材料40の母材である鉄が酸化することによる酸化スケールの発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 3(a), a plating layer 43 is formed on the surface (outer peripheral surface and inner peripheral surface) of the
ここで、めっき層43のうち、十分な合金化がなされることで沸点が十分に高くなった領域を「領域E2」と称し、十分な合金化がなされる前の状態の領域を「領域E1」とする。図3においては、領域E2にグレースケールが付されている。加熱を開始する前の状態においては、図3(a)に示すように、めっき層43の全域が、領域E1となる。領域E1には、合金化される前の純亜鉛が含まれる。更には、めっき層43を形成するためのめっき処理においては、めっき層の温度が440~460℃であるため、亜鉛に対して鉄分がある程度拡散することがある。従って、領域E1には、鉄含有率が低い状態にて、亜鉛と鉄の合金層が含まれる場合がある。領域E1に含まれる合金として、鉄含有率6%程度のζ層の合金、鉄含有率7~11%程度のδ1層の合金、鉄含有率11%以上のΓ層の合金が挙げられる。領域E1の鉄含有率は30%未満である。領域E2は、加熱によって、鉄濃度が高いFeZn固溶相が生成された領域である。領域E2における合金の鉄含有率は30%以上である。本明細書では、領域E1の亜鉛の合金化を進めることで、領域E2の領域を広げることを「合金化処理」と称する。 Here, in the plating layer 43, a region whose boiling point has become sufficiently high due to sufficient alloying is referred to as "region E2", and a region in a state before sufficient alloying is "region E1". ”. In FIG. 3, a gray scale is attached to the region E2. In a state before heating is started, the entire area of the plating layer 43 becomes a region E1, as shown in FIG. 3(a). Region E1 contains pure zinc before being alloyed. Furthermore, in the plating process for forming the plating layer 43, since the temperature of the plating layer is 440 to 460° C., iron may diffuse into the zinc to some extent. Therefore, the region E1 may include a zinc-iron alloy layer with a low iron content. Examples of alloys included in region E1 include ζ layer alloys with an iron content of about 6%, δ1 layer alloys with an iron content of about 7 to 11%, and Γ layer alloys with an iron content of 11% or more. The iron content in region E1 is less than 30%. Region E2 is a region in which a FeZn solid solution phase with a high iron concentration is generated by heating. The iron content of the alloy in region E2 is 30% or more. In this specification, expanding the region E2 by proceeding with the alloying of zinc in the region E1 is referred to as "alloying treatment."
金属パイプ材料40の加熱を行うことで合金化処理を開始すると、めっき層43の領域E1に含有される亜鉛は、金属パイプ材料40の母材である鉄と合金化反応することによって、合金化して鉄と亜鉛の合金となる。あるいは、めっき層43の領域E1の鉄含有率の低い合金層は、亜鉛の合金化が更に促進されることで鉄含有率が高くなる。これにより、合金化処理の途中の状態においては、図3(b)に示すように、めっき層43には、領域E1と領域E2とが混在した状態となっている。めっき層43の合金化処理が完了すると、図3(c)に示すように、めっき層43の全域が、領域E2となる。
When the alloying process is started by heating the
ここで、成形後の金属パイプに対して十分な焼き入れを行うためには、加熱部5は、加熱時にオーステナイト変態をさせるために、Ac3点以上の温度となるように金属パイプ材料40を加熱する必要がある。すなわち、加熱部5の目標温度(金属パイプ材料40が到達する温度)は、Ac3点以上の900℃~1000℃程度となる。その一方、合金化されていない亜鉛の沸点は907℃である。すなわち、加熱部5の最終的な目標温度は、亜鉛の沸点よりも高い。これに対し、合金化処理後の領域E2の十分に合金化された亜鉛(鉄と亜鉛の合金)の沸点は、亜鉛の沸点よりも高い。すなわち、合金化処理後の合金化された亜鉛の沸点は、加熱部5の最終的な目標温度よりも高い。従って、めっき層43の全域の領域E2となった状態(図3(c)に示す状態)であれば、加熱部5が目標温度まで金属パイプ材料40を加熱しても、めっき層43の成分が気化して発火することを抑制できる。
Here, in order to sufficiently harden the metal pipe after forming, the
上述の点を踏まえ、制御部8による加熱部5の制御内容について説明する。制御部8は、加熱部5を制御することによって、めっき層43の亜鉛の合金化を進める合金化処理を行い、当該合金化処理の後、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように金属パイプ材料40を加熱する。制御部8が金属パイプ材料40の加熱を開始した時点では、めっき層43は、図3(a)に示す状態となっており、加熱時間が進むに従って、図3(b)に示すように十分に合金化された亜鉛の量が増えてゆき、合金化処理が完了すると、図3(c)に示す状態となる。制御部8は、めっき層43の合金化処理が完了する前段階においては、金属パイプ材料40の温度が亜鉛の沸点以下となるように、加熱部5を制御する。そして、制御部8は、金属パイプ材料40の温度が亜鉛の沸点に到達する前段階において、亜鉛の合金化処理が完了した状態(図3(c)に示す状態)としておくことが好ましい。
Based on the above points, the details of the control of the
制御部8は、金属パイプ材料40の温度が複数段階の温度プロファイルを描くように、加熱部5を制御する。なお、温度プロファイルとは、加熱開始からの時間と金属パイプ材料40の温度との関係をプロットすることによって形成されるグラフを示す。
The
図4(a)を参照して、制御部8の制御によって描かれる温度プロファイルの具体例について説明する。図4(a)は、温度プロファイルの一例を示すグラフである。横軸は、加熱部5の加熱開始からの経過時間を示す。縦軸は、金属パイプ材料40の温度を示す。図4(a)に示すように、制御部8は、一次加熱段階、温度を保持する保持段階、及び二次加熱段階の温度プロファイルを描くように、加熱部5を制御する。図4(a)に示すように、一次加熱段階は、加熱開始(0秒)から時間t1の間に行われ、所定の昇温速度にて金属パイプ材料40の温度が上昇する段階である。制御部8は、一次加熱段階が完了するときに、金属パイプ材料40が予め定めた目標温度T1に到達するように、加熱部5を制御する。保持段階は、時間t1から時間t2の間に行われ、予め定めた保持時間だけ、金属パイプ材料40の温度を一定に保持する。次に、二次加熱段階は、時間t2から時間t3の間に行われ、所定の昇温速度にて金属パイプ材料40の温度が上昇する段階である。制御部8は、所定の昇温速度にて金属パイプ材料40の温度が上昇して最終的な目標温度T2に到達するように加熱部5を制御する。なお、最終的な目標温度T2まで到達すると、成形が行われるため、金属パイプ材料40の温度は急速に低下する。
A specific example of the temperature profile drawn under the control of the
制御部8の制御に対して設定されるパラメータとして、一次加熱段階の昇温速度、一次加熱段階の目標温度、保持段階の保持時間、二次加熱段階の昇速度、及び二次加熱段階の目標温度(最終的な目標温度)が挙げられる。これらのパラメータの具体的な値は、加熱の条件やトータル加熱時間を考慮して、適宜調整可能である。例えば、制御部8は、一次加熱段階の昇温速度を50~150℃/secに設定してよい。当該範囲に設定することで、目標温度へ早期に到達させることができる。一次加熱段階の昇温速度は、二次加熱段階の昇温速度よりも高い値に設定してよい。制御部8は、一次加熱段階の目標温度を700℃以上、800℃以下に設定してよい。当該範囲に設定することで、過剰な加熱時間を要することを回避しながら亜鉛の合金化を進行させつつ、亜鉛が発火することを抑制できる。制御部8は、保持段階の保持時間を10~30秒の範囲に設定してよい。制御部8は、二次加熱段階の昇温速度を5~150℃/secに設定してよい。制御部8は、二次加熱段階の目標温度を、前述のように、Ac3点以上の温度である900℃~1000℃程度に設定してよい。
Parameters set for the control of the
次に、本実施形態に係る加熱装置100の作用・効果について説明する。
Next, the functions and effects of the
図1に示すような成形装置1においては、成形と同時に焼き入れを行うことにより、高強度の成形品を成形している。ここで、十分な焼き入れを行うためには、加熱時にオーステナイト変態をさせるため、Ac3点以上の温度に加熱する必要がある。しかし、金属パイプ材料40を高温で加熱すると、当該金属パイプ材料40の母材が酸化することで、表面に酸化スケールが発生する可能性がある。このような酸化スケールの発生を抑制するために、金属パイプ材料40の表面にめっき層43が形成される。しかしながら、めっき層43に含有される亜鉛の沸点は907℃と比較的低く、加熱の途中で気化すると容易に発火する。このように亜鉛が気化して発火すると、結局、酸化亜鉛が発生してしまう。特に、金属パイプ材料40の内周側の空間では、外側に比して気化した亜鉛の濃度が高くなるため、より低い温度で発火し易くなり、且つ、発生する酸化亜鉛の量も多くなる傾向がある。このようにして発生した酸化亜鉛が成形品に付着すると、塗装などの後工程に支障があるため、当該酸化亜鉛を除去する工程が必要となり、コストが増加するという問題がある。また、粉末状態で周辺大気中に酸化亜鉛が散布されると、作業環境上の問題が発生するため、装置側の除去装置が必要となるため、この点においてもコストアップとなる。
In a
最終的な目標温度T2を設定し、昇温速度を一定の値に設定すると、例えば、図4(b)に示すような温度プロファイルとなる。そして、昇温速度及び目標温度として、図6に示すような条件を設定する。また、図6では、酸化亜鉛が発生したか否かの結果も示されている。図6に示すように、昇温速度を大きく設定すると、酸化亜鉛が発生したことが確認される。 When the final target temperature T2 is set and the temperature increase rate is set to a constant value, a temperature profile as shown in FIG. 4(b) is obtained, for example. Then, conditions as shown in FIG. 6 are set as the temperature increase rate and target temperature. Further, FIG. 6 also shows the results as to whether or not zinc oxide was generated. As shown in FIG. 6, it is confirmed that zinc oxide was generated when the temperature increase rate was set high.
これに対し、本実施形態に係る加熱装置100において、制御部8は、加熱部5を制御することによって、めっき層43の合金化を進める合金化処理を行う。これにより、加熱部5は、めっき層43の合金化を進める合金化処理を行う。ここで、合金化処理によって十分な合金化が進められた合金層の沸点は、亜鉛の沸点よりも高い。従って、加熱部5は、合金化処理の後、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように金属パイプ材料40を加熱する。そのため、金属パイプ材料40の温度が亜鉛の沸点よりも高い温度となっても、亜鉛の合金化が十分に進んで沸点の高い状態となっているため、亜鉛の発火を抑制することができる。以上より、めっき層によって酸化スケールの発生を抑制しつつ、酸化亜鉛の発生も抑制することで、金属パイプ材料40の表面に酸化化合物が発生することを抑制できる。
On the other hand, in the
ここで、図6に示すように、目標温度を低く設定し、昇温速度を小さく設定すれば、酸化亜鉛の発生を回避出来ていることが確認される。すなわち、昇温速度を低く抑えれば、温度が上昇している間に合金化が進み、亜鉛の沸点まで昇温されるころには、亜鉛の合金化が完了することで、亜鉛の発火が防止される。しかしながら、昇温速度を低く抑えると、通電加熱の加熱時間(図4に示す「トータル加熱時間」)が長くなってしまう。また、最終的な目標温度の上限も制限されてしまい、許容される加熱温度の管理幅が小さくなってしまう。 Here, as shown in FIG. 6, it is confirmed that the generation of zinc oxide can be avoided if the target temperature is set low and the temperature increase rate is set low. In other words, if the heating rate is kept low, alloying will progress while the temperature is rising, and by the time the temperature is raised to the boiling point of zinc, the alloying of zinc will be completed and ignition of zinc will be prevented. Prevented. However, if the temperature increase rate is kept low, the heating time of electrical heating (the "total heating time" shown in FIG. 4) becomes long. Moreover, the upper limit of the final target temperature is also limited, and the control range of the allowable heating temperature becomes narrow.
これに対し、制御部8は、金属パイプ材料40の温度が複数段階の温度プロファイルを描くように、加熱部5を制御する。これにより、加熱部5は、金属パイプ材料40の温度が複数段階の温度プロファイルを描くように、加熱する。この場合、加熱部5は、亜鉛の合金化の進行度合いに応じて、適切な温度プロファイルとなるように金属パイプ材料40を加熱することができる。これにより、トータル加熱時間を短く抑えつつも、亜鉛の合金化を完了させた後で、最終的な目標温度まで昇温させることが可能となる。
On the other hand, the
制御部8は、一次加熱段階、温度を保持する保持段階、及び二次加熱段階の温度プロファイルを描くように、加熱部5を制御する。これにより、加熱部5は、一次加熱段階、温度を保持する保持段階、及び二次加熱段階の温度プロファイルを描くように、加熱する。この場合、加熱部5は、一次加熱段階にて速やかに合金化処理の目標温度まで昇温させ、保持段階にて当該目標温度に保持して亜鉛の合金化を進める。そして、加熱部5は、合金化処理の後、二次加熱段階にて、金属パイプ材料40を最終的な目標温度まで昇温度させることができる。これにより、トータル加熱時間を短く抑えつつ、酸化亜鉛発生抑制の確実性を向上できる。
The
制御部8は、一次加熱段階の目標温度を700℃以上、800℃以下に設定する。これにより、加熱部5は、一次加熱段階の目標温度を700℃以上、800℃以下に設定する。この場合、過剰な加熱時間を要することを回避しながら亜鉛の合金化を進行させつつ、亜鉛が発火することを抑制できる。
The
例えば、各種パラメータを図5に示す様な値に設定し、酸化亜鉛の発生状況について確認した。図5に示すように、一次加熱段階の目標温度が500℃以下の場合は、酸化亜鉛の発生が抑制されているが、トータル加熱時間が長くなる傾向にある。これに対し、一次加熱段階の目標温度が600℃以上、700℃以下の場合は、合金化が進む前に亜鉛が気化して燃焼することで、酸化亜鉛が発生している。そのため、これらの温度範囲においては、昇温速度を低く抑えたりするなどして、トータル加熱時間を長くする必要が生じる。一方、当該範囲以上の温度であって、亜鉛の沸点より低い温度に目標温度を設定して保持すれば、温度が高いことにより、亜鉛の合金化が進み、その後の加熱においても亜鉛の気化が抑えられ、酸化亜鉛の発生が防止できている。これにより、トータル加熱時間も短くすることが可能となっている。 For example, various parameters were set to values as shown in FIG. 5, and the generation status of zinc oxide was confirmed. As shown in FIG. 5, when the target temperature in the primary heating stage is 500° C. or lower, the generation of zinc oxide is suppressed, but the total heating time tends to be longer. On the other hand, when the target temperature in the primary heating stage is 600° C. or higher and 700° C. or lower, zinc oxide is generated by vaporizing and burning zinc before alloying progresses. Therefore, in these temperature ranges, it is necessary to lengthen the total heating time by, for example, keeping the temperature increase rate low. On the other hand, if the target temperature is set and maintained at a temperature above the range and lower than the boiling point of zinc, alloying of zinc will proceed due to the high temperature, and zinc will not vaporize during subsequent heating. This has prevented the generation of zinc oxide. This makes it possible to shorten the total heating time.
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The invention is not limited to the embodiments described above.
例えば、制御部8がどのような温度プロファイルが描かれるように加熱部5を制御するかは、特に限定されるものではない。例えば、制御部8は、保持段階を省略してもよい。例えば、一次加熱段階の目標温度に到達したら、ただちに二次加熱段階へ移行してもよい。また、制御部8は、更に多段の温度プロファイルを描くように加熱部5を制御してもよい。例えば、保持段階においては、完全に温度を一定にしなくともよく、徐々に昇温させてもよい。その結果、三段階の加熱段階を有するような温度プロファイルにしてもよい。
For example, there are no particular limitations on how the
また、制御部8は、亜鉛が合金化された後で、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように金属パイプ材料40を加熱するものであれば、図4(b)に示すような、一段階の温度プロファイルを描くように加熱部5を制御してもよい。
Further, if the
なお、上述の実施形態では、STAF用の成形装置において採用される金型を例にして説明を行った。しかし、本発明に係る金型が採用される成形装置の種類は特に限定されず、加熱された金属材料を成形するタイプの成形装置であればよい。また、金属材料の形状もパイプに限定されるものではなく、板状の金属材料などであってもよい。 In addition, in the above-mentioned embodiment, the metal mold|die adopted in the molding apparatus for STAF was made into an example, and was demonstrated. However, the type of molding apparatus in which the mold according to the present invention is employed is not particularly limited, and may be any type of molding apparatus that molds a heated metal material. Further, the shape of the metal material is not limited to a pipe, and may be a plate-shaped metal material.
上述の実施形態では、加熱部5は、金型の内部で金属パイプ材料40を加熱していた。これに代えて、金型の外部で加熱を行う加熱部5が採用されてもよい。例えば、図7に示すように、保持部4は、成形金型2の外部から下型11及び上型12の間へ金属パイプ材料40を移動させるロボットアーム130を有してよい。また、ロボットアーム130は金属パイプ材料40を保持した状態にて当該金属パイプ材料40を加熱する加熱部5を有してよい。ロボットアーム130は、先端に上側電極131及び下側電極132を備えている。ロボットアーム130は、電極131,132で金属パイプ材料40を挟んで保持すると共に、電力供給ケーブル133からの電力によって金属パイプ材料40を通電加熱することができる。
In the embodiment described above, the
5…加熱部、8…制御部(加熱制御部)、40…金属パイプ材料、43…めっき層、100…加熱装置。 5... Heating section, 8... Control section (heating control section), 40... Metal pipe material, 43... Plating layer, 100... Heating device.
Claims (4)
通電加熱によって前記金属材料を加熱する加熱部と、
前記金属材料には亜鉛を含有するめっき層が形成され、
前記加熱部は、前記めっき層の亜鉛の合金化を進める合金化処理を行い、当該合金化処理の後、亜鉛の沸点よりも高い温度となるように前記金属材料を加熱する、加熱装置。 A heating device that heats a metal material to be formed,
a heating section that heats the metal material by electrical heating;
A plating layer containing zinc is formed on the metal material,
The heating unit is a heating device that performs an alloying process to promote alloying of zinc in the plating layer, and after the alloying process, heats the metal material to a temperature higher than the boiling point of zinc.
The heating device according to claim 3, wherein the heating unit sets a target temperature of the primary heating stage to 700°C or more and 800°C or less.
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