WO2006093112A1

WO2006093112A1 - 加熱成形方法及びシステム

Info

Publication number: WO2006093112A1
Application number: PCT/JP2006/303675
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Satoh
Original assignee: Dai-Ichi Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2006-09-08
Also published as: JP2006239712A

Abstract

　加熱成形システム１０は、水を沸騰させて水蒸気を発生させるボイラ２０と、このボイラ２０から発生した水蒸気を加熱し設定温度に制御する加熱槽２２と、ワーク１１をコンベア３６から金型４６に挿入する前に加熱槽２２により過熱水蒸気をワーク１１に噴射するノズル４４と、このノズル４４を搬送面に向けて形成しワーク１１を急速加熱する噴気槽３４と、加熱したワーク１１に塑性変形を与えて所定の形状に成形する塑性加工機械１６とを備えている。

Description

明細書

加熱成形方法及びシステム

技術分野

[0001] 本発明は加熱成形方法及びシステムに係り、特にワークの加熱に好適な加熱成形方法及びシステムに関する。

背景技術

[0002] 素材 (ワーク）に塑性変形を与えて立体形状品を製造する塑性加工機械がある。この塑性カ卩工機械で広く用いられているプレス機は、一対の金型を用い、この金型間に挿入したワークを金型間に強い力で挟み込むことによってワークを加工することができる。プレス加工は加工温度の違いによって熱間プレス加工ある、は温間プレス加ェがある。

[0003] 熱間プレス加工では、予め加熱したワークを金型に挿入して加工する場合と、加熱しておいた金型にワークを挿入する場合がある。また、加熱しておいた金型に加熱済みのワークを挿入する場合もある。

特許文献 1に記載の熱間プレス加工では、金型近傍で金属板の両端に電極を配置し、この電極間に電流を印加して金属板を加工温度まで加熱した後、熱間プレス加工することが開示されて!ヽる。

特許文献 1 :特開 2002— 18531号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 熱間プレスによる成形の場合、ワークの加熱温度を上げれば上げるほど加工性が良くなる。しかし、加熱温度を上げすぎてワークの融点に近くなると、今度は金型に密着するか、または金型力も取り出す工程で変形してしまうという問題がある。また、取り扱うワークによって、加熱温度を上げるためワークの酸化による変質が発生することもある。

[0005] ワークの加熱方法としては、これまで特許文献 1のような電熱による加熱、または電磁誘導、高温不活性ガス等による加熱が適用されている。し力しながら、電熱、電磁誘導による加熱方法では、周囲の空気によってワークの急激な酸ィ匕が発生してしまうとともに、加熱に必要な消費電力が大容量となり高価となるという問題があった。また、高温不活性ガスによる加熱方法では、用いるガスが高価となるという問題があった。

[0006] したがって、プレス加工において、ワークの加熱には、低コストでし力も急速に加熱することができ、さらにワークの酸ィ匕防止を行うことが必須課題となっている。

そこで本発明は、従来の上記問題点を改善するため、ワークを効果的に加熱する加熱成形方法及びシステムを提供することを目的としてヽる。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明に係る加熱成形方法は、ワークに過熱水蒸気を接触させて前記ワークを加熱し、加熱した前記ワークを所定の形状に塑性変形することを特徴として!ヽる。

本発明に係る加熱成形システムは、水を蒸発させて過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、前記過熱水蒸気をワークに接触させ、前記ワークを予め定めた温度に加熱するワーク加熱部と、加熱した前記ワークに塑性変形を与える所定の形状に成形する塑性加工機械と、を有することを特徴としている。

発明の効果

[0008] 過熱水蒸気は水蒸気を加熱した高温状態の乾燥した気体であり、空気よりも比熱が大きいという特質が知られている。そこで発明者はこの特質に着目し、本発明の加熱成形方法及びシステムでは、過熱水蒸気によりワークの効果的な加熱を行って、る。

[0009] これにより、例えば、 400°Cにおける過熱水蒸気の安定比熱 Cpは、 1. 06 X 10"⁴k j/kg-°C (44. 3 X 10^_2kcalZkg'°C)であり、一方、空気の場合は 0. 58 X 10"⁴kJ /kg-°C (24. 4 X 10^_2kcalZkg'°C)であり、過熱水蒸気の方が空気に比べ 2倍の比熱効果がある。比熱が大きいと温度変化が起こりにくいため、放熱が少なく温度を一定に保つことができる。よって、過熱水蒸気はワークを短時間で急速加熱することができる。また、加熱媒体は安価な水を沸騰させた水蒸気であるため、ワークの加熱処理の大幅な低コストィ匕を図ることができる。

[0010] また、ワーク加熱部で過熱水蒸気をワークに噴射して設定温度に制御している。これにより、ワーク加熱部の過熱水蒸気雰囲気中では槽内の酸素が追い出されて無酸素状態となり金属の酸ィ匕防止の効果がある。このため、急速加熱を行ってもワークの酸ィ匕のおそれがない。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]実施形態に係る加熱成形システムの構成概略を示す図である。

符号の説明

[0012] 10 加熱成形システム、 11 ワーク、 12 過熱水蒸気生成部、 14 ワーク加熱部、 16 塑性加工機械、 20 ボイラ、 22 加熱槽

、 24 水位計、 25 温度センサ、 26 給水源、 27 ヒータ、 28 電源、 30 配管、 32 制御部、 34 墳気槽、 36 コンベア、 38 開口部、 40 排出口、 42 ローラコンベア、 44 ノズル、 46 金型。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 本発明の加熱成形方法及びシステムの実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

図 1は実施形態に係る加熱成形システムの構成概略を示す図である。図示のように、本発明に係る加熱成形システム 10は、水を蒸発させて過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部 12と、過熱水蒸気をワーク 11に接触させ、ワーク 11を予め定めた温度に加熱するワーク加熱部 14と、加熱したワーク 11に塑性変形を与えて所定の形状に成形する塑性加工機械 16と、を基本的な構成としている。

[0014] 本実施形態に用いるワーク 11の材質は、金属、熱可塑性榭脂、熱硬化性榭脂等を用いることができ、これに限定されるものではな!/、。

過熱水蒸気生成部 12は、水を沸騰させて水蒸気を発生させるボイラ 20と、このボイラ 20から発生した水蒸気を加熱する加熱槽 22とから構成されている。

ボイラ 20は水を沸騰させて水蒸気を発生させる。ボイラ 20には水位計 24を設置し、水の沸騰によってボイラ 20内の水位が低下して沸騰させる水が不足しな、ように一定の設定値を設け、この設定値未満の場合には給水源 26から水を自動補給するようにしている。

[0015] 前記ボイラ 20で生成した水蒸気は配管 30aを介して加熱槽 22に供給している。加熱槽 22では、供給された水蒸気をヒータ 27で加熱している。ヒータによる加熱で過熱水蒸気が発生する。なおヒータ 27の替わりに熱交翻等を用いることもできる。

[0016] また、加熱槽 22内には温度センサ 25を設置してある。温度センサ 25は制御部 32 に接続し、制御部 32はヒータ 27の電源 28に接続している。制御部 32は温度センサ 25の検出値に基づいて予め加工するワーク 11毎に設定してある設定温度となるように電源 28の電流量を調整して槽内の温度制御を行っている。なお、水蒸気の加熱温度は 100°C〜800°Cの範囲で任意に設定することができる。

[0017] 温度制御された過熱水蒸気は、配管 30bによってワーク加熱部 14となる墳気槽 34 に供給している。墳気槽 34には、コンベア 36aによって供給されたワーク 11を挿入する開口部 38がー方の側部に形成してある。また、墳気槽 34内には挿入されたワーク 11を他方の側部に形成した排出口 40に向けて移動するローラコンベア 42を形成してある。ローラコンベア 42は、ワーク 11の加熱時間を考慮して移動速度を任意に調整できるようにしてある。

[0018] なお、ローラコンベア 42は、図示のようにワーク 11を上下方向力挟み込むようにように形成することができる。また、ローラコンベア 42は槽内下方側のみ形成しローラコンベア 42上部をワーク 11が移動するように形成することもできる。さらに、この他にも金網式のコンベアなどを適用するようにしてもょ、。

[0019] 墳気槽 34内には、上下に設置したローラコンベア 42間を移動するワーク 11に向けて複数のノズル 44を形成してある。ノズル 44は、加熱槽 22からの配管 30bと接続してあり温度制御された過熱水蒸気を噴射する。また、ノズル 44の噴射量は墳気槽 34 に設けた図示しない制御弁によって噴射量を任意に調整することができる。

[0020] なお、過熱水蒸気の噴射は、過熱水蒸気の供給配管を墳気槽 34内に延長して U 字形状の配管を平面上に複数回折り返して形成し、管壁に噴射口となる孔を複数形成し、この噴射部力も水蒸気を噴射するように形成してもよい。さらに、噴気槽 34内にファンを設置して、ファンによって水蒸気を均一に吹き付ける構成にしても良い。

[0021] 墳気槽 34で加熱されたワーク 11はコンベア 36bを介して塑性カ卩工機械 16に搬送する。本実施形態に係る塑性カ卩工機械 16は熱間プレス機を用いた塑性カ卩ェにつヽて説明する。なお、塑性加工機械 16はプレス機のほか、圧延機、押し出し機等を用いても良い。

[0022] 塑性カ卩ェ機械 16の金型 46 (46a, 46b)は、加熱したワーク 11の温度低下を防止するために予め加熱しておくのが望ましい。金型 46の加熱方法としては、例えば、上型 46a及び下型 46bに内蔵した図示しないヒータ等によって加熱しておくとよい。

[0023] 上記構成による加熱成形システム 10の作用について、以下に説明する。

ボイラ 20で水を沸騰させて水蒸気を発生させる。ボイラ 20には水位計 24を設置してあり、ボイラ 20内の水位が設定値未満の場合には給水源 26から自動補給するようにしている。

[0024] 発生した 100°C前後の水蒸気は配管 30aを介して加熱槽 22に供給され、加熱槽 2 2に設置したヒータ 27により温度を上昇させる。このとき、槽内の出口付近に設置した温度センサ 25により測定温度が制御部 32に送られる。制御部 32では予め加工するワーク 11毎に設定してある 100°C〜800°Cの温度範囲内の設定温度となるように過熱水蒸気の温度制御を行う。

[0025] 温度制御された過熱水蒸気は配管 30bを介してワーク加熱部 14に供給される。墳気槽 34内には、コンベア 36aによってワーク 11が槽内のローラコンベア 42に搬送される。墳気槽 34内上下に設置したローラコンベア 42間をワーク 11が移動するとともに、槽内に複数形成してあるノズル 44から過熱水蒸気が噴射される。搬送中のヮーク 11に過熱水蒸気が吹き付けられ、ワーク 11は過熱水蒸気により急速に加熱される。このとき、噴射した過熱水蒸気によって槽内の空気が外部に追い出され過熱水蒸気雰囲気となり、槽内は無酸素状態となってワーク 11の酸ィ匕を防止することができる。なお、ワークの加熱温度は、ワーク 11のローラコンベア 42による墳気槽 34内の移動時間及び過熱水蒸気の噴射量によって、予め定めた温度に制御することができる

[0026] 加熱されたワーク 11は墳気槽 34の排出口 40に接続するコンベア 36bによって塑性カ卩ェ機械 16の金型 46に移動する。金型 46は予め内蔵したヒータ等によって予熱しておく。

ワーク 11は上型 46aと下型 46bの間に挿入され、図示しな!、型開閉手段の開閉運動により塑性変形が与えられ所定の形状に成形できる。成形後、上下金型 (46a、 46 b)間からロボットアーム等を用いて成形品が取り出され後段の加工処理に送られる。

[0027] このような加熱成形システムでは、温度制御した過熱水蒸気によってワークを加熱しているので、空気に比べ比熱が大きぐ温度を一定に保持する効果のある水蒸気によってワークを急速加熱することが可能となる。そして、ワーク加熱部 14はこの過熱水蒸気雰囲気となるので空気中の酸素が追い出され無酸素状態となり、ワーク 11の酸ィ匕を防止することが可能となる。

なお、本加熱成形システムは温間プレスカ卩ェ等にも適用することができる。産業上の利用可能性

[0028] 本発明は、ワークの加熱に好適な熱間プレスカ卩ェ装置のほ力温間プレス力卩ェ等のプレス機の分野にも幅広く適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] ワークに過熱水蒸気を接触させて前記ワークを加熱し、加熱した前記ワークを所定の形状に塑性変形することを特徴とする加熱成形方法。

[2] 水を蒸発させて過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、

前記過熱水蒸気をワークに接触させ、前記ワークを予め定めた温度に加熱するヮーク加熱部と、

加熱した前記ワークに塑性変形を与えて所定の形状に成形する塑性加工機械と、を有することを特徴とする加熱成形システム。