JP6326317B2 - 通電加熱方法及びプレス成形品の作製方法。 - Google Patents
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Description
[1] 長手方向に断面積が変化する板状ワークへ通電し、高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが前記長手方向に沿って並ぶように前記板状ワークを加熱する通電加熱方法であって、
前記板状ワークに一方の電極と他方の電極とからなる電極対を配置する準備工程と、
前記一方の電極が前記高温加熱される領域の一端部に達している状態で電極対に給電しながら前記一方の電極を長手方向に移動し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部に達すると前記電極の移動を一旦停止し、その後所定時間経過すると前記電極対への給電を停止する加熱工程と、
を含む、通電加熱方法。
[2] 前記加熱工程のあと、前記一方の電極の長手方向への移動を再開して次の高温加熱される領域の一端部に前記一方の電極を移動して前記加熱工程に移行する非加熱工程を含む、前記[1]に記載の通電加熱方法。
[3] 前記加熱工程において、前記高温加熱される領域が長手方向に所定の温度分布を有するように、前記電極対への給電、前記一方の電極の移動速度の何れか一方又は双方を制御する、前記[1]又は[2]に記載の通電加熱方法。
[4] 前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記電極対への給電、及び、前記一方の電極の移動速度を制御し、
前記一方の電極が移動した領域であって前記高温加熱される領域に対し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部から前記次の高温加熱される領域の一端部へ移動する間に、前記電極対へ給電されないことによる熱量の不足分を補うよう、前記高温加熱される領域の他端部に前記一方の電極を一旦移動を停止して、前記電極対へ給電する、前記[1]乃至[3]の何れかに記載の通電加熱方法。
[5] 前記電極対に供給する電流を一定とし、前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記一方の電極の移動速度を制御し、前記高温加熱される領域の他端部から次の高温加熱される領域の一端部へ前記一方の電極を移動するのに必要な時間に基づいて前記所定時間を設定する、前記[1]乃至[3]の何れかに記載の通電加熱方法。
[6] 前記一方の電極の移動速度を一定とし、前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記電極対に供給する電流を制御し、前記高温加熱される領域の他端部から次の高温加熱される領域の一端部へ前記一方の電極を移動するのに必要な時間に基づいて前記所定時間を設定する、前記[1]乃至[3]の何れかに記載の通電加熱方法。
[7] 長手方向に断面積が変化する板状ワークへ通電し、高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが前記長手方向に沿って並ぶように前記板状ワークを加熱する通電加熱方法であって、
前記板状ワークに一方の電極と他方の電極とからなる電極対を配置し、
少なくとも前記一方の電極を、前記高温加熱されない領域上を移動する間は、前記電極対への給電を停止すると共に、
前記一方の電極が移動した領域であって前記高温加熱される領域に対し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部から前記次の高温加熱される領域の一端部へ移動する間に、前記電極対へ給電されないことによる熱量の不足分を補うよう、前記高温加熱される領域の他端部に前記一方の電極を一旦移動を停止して、前記電極対へ給電する、通電加熱方法。
[8] 前記高温加熱される領域において、前記板状ワークの断面積が長手方向の位置に対して変化しない区間では、前記電極対への給電を停止する、前記[1]乃至[7]の何れかに記載の通電加熱方法。
[9] 前記[1]乃至[8]の何れかに記載の通電加熱方法を用いて板状ワークを加熱し、プレス型により加圧してホットプレス成形を行う、プレス成形品の作製方法。
本発明の実施形態において適用されるワークは、長手方向に断面積が変化する、すなわち長手方向に直交する断面積が長手方向に変化する板状のワークである。例えば、一定の板厚を有し、板幅が長手方向に単調減少又は単調増加する鋼板が挙げられる。以下、図1に示すように、左端が幅広であり、右幅が幅狭である場合を例にとって説明する。このようなワークWを通電加熱するためには、一方の電極1と他方の電極2とを加熱される領域の広幅側の一端部に設置し、各電極1,2を配線により給電設備に接続する。給電は直流電流でも交流電流でもよい。以下では、一方の電極1を移動電極として用い、他方の電極2を固定電極として用いる例を説明するが、後述するように双方の電極を移動電極として用いてもよい。他方の電極2は幅広である左端側に設置し、他方の電極2の右側に近接して一方の電極1を配置する。一方の電極1及び他方の電極2の何れも、加熱される領域の幅よりも長く、加熱される領域を横断して配置される。移動電極は移動機構(図示しない)に取り付けられ、板状ワークWに接触したままで長手方向に沿って移動される。
本発明の実施形態を説明する前提として、図1に示す板状ワークWに高温加熱される領域が一つ設定されている場合の通電加熱方法について説明する。板状ワークWの加熱領域が図1(c)のように仮想的に区分され、各仮想区分領域が長手方向に並んでいると考える。第i区分領域はその板幅、即ち奥行き幅を有し、長手方向距離Lをn等分した距離ΔL(=L/n)を有する。移動電極が距離ΔLを通過する際の通電電流をIi,通電時間をtiとすると、第i区分領域の昇温θiは、移動電極がこの区分を通過した以降、通電により供給されるエネルギーの総和によって定まり、式(1)で与えられる。iは1からnまでの自然数である。
一般的に、加熱される領域を長手方向にn分割し、加熱される領域が或る温度分布を持たせたい場合には、次のように考えればよい。即ち、第i区分の温度をθiとすると、θi=f(xi)で示されるよう温度分布を有する場合には、各区分での電流Iiと通電時間tiが次の関係を満たせるように制御すればよい。
電極の移動速度が一定である場合には、各区分の断面積Aiに応じて電流Iiを設定すればよいし、電流Iiが一定である場合には、各区分の断面積Aiに応じて電極の移動速度を設定すればよいし、各区分の断面積Aiに応じて、電流Ii及び電極の移動速度を設定してもよい。ここで、第i区分領域Wiでの電極の移動速度viは、ΔL/tiで規定される。また移動電極が第n区分領域まで移動すると電極の移動を停止するが、停止した後第n区分領域が昇温するのに必要な時間だけ給電し続け、加熱される領域が温度分布を有する。ここで、「温度分布を有する」とは、同一の温度範囲であるという意味と、温度勾配を有する場合であるという意味の双方を有する。
本発明の実施形態は、長手方向に断面積が変化する板状ワークへ通電し、高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが長手方向に沿って並ぶように板状ワークを加熱する方法に関する。この通電加熱方法は、準備工程及び加熱工程を行うことで実現され、さらに非加熱工程を行うことにより高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが長手方向に沿って交互に並んで設けられる。
加熱工程とは、一方の電極が高温加熱される領域の一端部に達している状態で電極対に給電しながら一方の電極を長手方向に移動し、一方の電極が高温加熱される領域の他端部に達すると電極の移動を一旦停止し、その後所定時間経過すると電極対への給電を停止する工程である。
非加熱工程とは、加熱工程のあと、一方の電極の長手方向への移動を再開して次の高温加熱される領域の一端部に一方の電極を移動して加熱工程に移行する工程である。
板状ワークWに高温加熱されない領域が一つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合を考える。図1に示す板状ワークWの長手方向にx軸をとり、板幅の大きい一端をx=0とする。今、x1≦x≦x2の範囲が高温加熱されない領域として設定されるとする。すると、移動電極となる一方の電極1がx1≦x≦x2にあるときは給電を一旦停止することが考えられる。図4は、板状ワークWに高温加熱されない領域が一つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合において一定電流による通電加熱方法について示し、(a),(b),(c),(d)は長手方向の位置に対する電流I,移動電極の速度v(x),経過時間,最終の加熱温度を模式的に示す図である。
図4に示す場合と異なり、一定速度で電極を移動させることによる通電加熱について説明する。図5は、板状ワークWに高温加熱されない領域が一つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合において、一定速度で電極を移動させることによる通電加熱方法について示し、(a),(b),(c),(d)は長手方向の位置に対する電流I,移動電極の速度v,経過時間,最終の加熱温度を模式的に示す図である。
次に、板状ワークWに高温加熱されない領域が二つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合を考える。今、x1≦x≦x2の範囲とx3≦x≦x4の範囲が高温加熱されない領域として設定されるとする。すると、移動電極がx1≦x≦x2にあるときとx3≦x≦x4にあるとき電流供給を一旦停止することが考えられる。図6は、板状ワークWに高温加熱されない領域が二つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合において一定電流による通電加熱方法について示し、(a),(b),(c),(d)は長手方向の位置に対する電流I,移動電極の速度v(x),経過時間,最終の加熱温度を模式的に示す図である。
図6に示す場合とは異なり、一定速度で電極を移動させることによる通電加熱について説明する。図7は、板状ワークWに高温加熱されない領域が二つ設定されておりその両側に高温加熱される領域が設定されている場合において、一定速度で電極を移動させることによる通電加熱方法について示し、(a),(b),(c),(d)は長手方向の位置に対する電流I(x),移動電極の速度v,経過時間,最終の加熱温度を模式的に示す図である。
長手方向に断面積が変化するような板状ワークであっても、長手方向で或る区間において断面積が変化しないような板状ワークにおいても、次のようにすれば通電加熱することができる。図8は、図1とは異なる板状ワークの一部を示す平面図である。板状ワークW1が一定の板厚を有して図8に示すようなxα≦x≦xβで板厚が変化しないため断面積がxα≦x≦xβで変化しないようなワークにおいて、x=0からx=x5までの間が高温加熱される領域として設定される場合には、次のようにすればよい。準備工程として一方の電極1及び他方の電極2の電極対を高温加熱される領域の広幅側の一端部に配置し、各電極1,2を配線により給電設備に接続する。そして、電極対へ前述の要領で移動速度、供給する電流を制御しながら一方の電極1をx=xαまで移動し、その後給電を一旦停止する。一方の電極1をx=xβまで任意の速度で移動させ、その後、一方の電極1がx=xβにある状態でx=xαでの速度と同じ速度で給電を再開する。これにより、高温加熱される領域に断面積が変化しない部分があっても、前述と同様に加熱することができる。
図9は、図1及び図8とは異なる板状ワークを示し、(a)は平面図、(b)は正面図である。図9に示すように板状ワークW2を左右の幅が奥行き方向で異ならないで略一定とし、或る一以上の区間で板厚が変化しているような板状ワークW2を想定する。板状ワークW2の厚みは、左右方向すなわち長手方向に或る一以上の区間だけ厚く設定し、その他の区間では薄く設定する。すなわち、薄板の部分Rαと厚板の部分Rβとが交互に並んでおり、両端側には薄板の部分Rαが存在している。これにより、板状ワークW2の表面及び裏面の少なくとも一方には長手方向に沿って凹凸が生じる。図9では凹凸は板厚に比べて誇張して示している。
先ず、高温加熱されない領域では長手方向の断面を大きく設定した板状ワークW2を準備する。
次に、板状ワークW2の加熱領域の一端部に一方の電極1を配置し、加熱領域の他端に対となる他方の電極2を配置する。
そして、一方の電極1と他方の電極2との間に給電する。ここで、給電は直流を用いても交流を用いてもよい。
本発明の実施形態では、板状ワークにおいて加熱領域が設定され、その加熱領域において高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが長手方向に交互に存在している場合を説明している。次のような板状ワークにおいても適用可能である。
2:他方の電極(電極)
10:傾斜部
W,W1,W2,W3:板状ワーク
Wi:第i区分領域
Rα:薄板の部分
Rβ:厚板の部分
Claims (9)
- 長手方向に断面積が変化する板状ワークへ通電し、高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが前記長手方向に沿って並ぶように前記板状ワークを加熱する通電加熱方法であって、
前記板状ワークに一方の電極と他方の電極とからなる電極対を配置する準備工程と、
前記一方の電極が前記高温加熱される領域の一端部に達している状態で前記電極対に給電しながら前記一方の電極を長手方向に移動し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部に達すると前記電極の移動を一旦停止し、その後所定時間経過すると前記電極対への給電を停止する加熱工程と、
を含む、通電加熱方法。 - 前記加熱工程のあと、前記一方の電極の長手方向への移動を再開して次の高温加熱される領域の一端部に前記一方の電極を移動して前記加熱工程に移行する非加熱工程を含む、請求項1に記載の通電加熱方法。
- 前記加熱工程において、前記高温加熱される領域が長手方向に所定の温度分布を有するように、前記電極対への給電、前記一方の電極の移動速度の何れか一方又は双方を制御する、請求項1又は2に記載の通電加熱方法。
- 前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記電極対への給電、及び、前記一方の電極の移動速度を制御し、
前記一方の電極が移動した領域であって前記高温加熱される領域に対し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部から前記次の高温加熱される領域の一端部へ移動する間に、前記電極対へ給電されないことによる熱量の不足分を補うよう、前記高温加熱される領域の他端部に前記一方の電極を一旦移動を停止して、前記電極対へ給電する、請求項1乃至3の何れかに記載の通電加熱方法。 - 前記電極対に供給する電流を一定とし、前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記一方の電極の移動速度を制御し、前記高温加熱される領域の他端部から次の高温加熱される領域の一端部へ前記一方の電極を移動するのに必要な時間に基づいて前記所定時間を設定する、請求項1乃至3の何れかに記載の通電加熱方法。
- 前記一方の電極の移動速度を一定とし、前記板状ワークの断面積の変化に応じて前記電極対に供給する電流を制御し、前記高温加熱される領域の他端部から次の高温加熱される領域の一端部へ前記一方の電極を移動するのに必要な時間に基づいて前記所定時間を設定する、請求項1乃至3の何れかに記載の通電加熱方法。
- 長手方向に断面積が変化する板状ワークへ通電し、高温加熱される領域と高温加熱されない領域とが前記長手方向に沿って並ぶように前記板状ワークを加熱する通電加熱方法であって、
前記板状ワークに一方の電極と他方の電極とからなる電極対を配置し、
少なくとも前記一方の電極を、前記高温加熱されない領域上を移動する間は、前記電極対への給電を停止すると共に、
前記一方の電極が移動した領域であって前記高温加熱される領域に対し、前記一方の電極が前記高温加熱される領域の他端部から前記次の高温加熱される領域の一端部へ移動する間に、前記電極対へ給電されないことによる熱量の不足分を補うよう、前記高温加熱される領域の他端部に前記一方の電極を一旦移動を停止して、前記電極対へ給電する、通電加熱方法。 - 前記高温加熱される領域において、前記板状ワークの断面積が長手方向の位置に対して変化しない区間では、前記電極対への給電を停止する、請求項1乃至7の何れかに記載の通電加熱方法。
- 請求項1乃至8の何れかに記載の通電加熱方法を用いて板状ワークを加熱し、プレス型により加圧してホットプレス成形を行う、プレス成形品の作製方法。
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