JP2011189402A

JP2011189402A - 金属板の抵抗加熱方法

Info

Publication number: JP2011189402A
Application number: JP2010060079A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Saito; 孝信斉藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】ホットプレス成形に用いる金属板を適切に加熱することができる金属板の抵抗加熱方法を提供する。
【解決手段】プレス成形される金属板６３に４個以上の電極５３を取り付け、順次、それらの電極５３の内の２個の電極（使用電極Ａと使用電極Ｂ）を選択して、その２個の電極（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間に電流を流すことによって、金属板６３を加熱することを特徴とする金属板の抵抗加熱方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板の抵抗加熱方法に関するものであり、主に自動車の構造部品のホットプレス成形に用いられる。

近年、特に自動車産業においては環境問題に起因した車体の軽量化により材料の薄肉化と高強度化が進められている。このような部品の製作にはプレス成形が用いられることが多いが、高強度化された材料（金属板）を用いるプレス成形では材料の割れや寸法精度不良が発生しやすい。

このような問題に対し、材料（金属板）の割れや寸法精度不良を抑制することを可能にした成形方法として、ホットプレス成形（熱間プレス成形）が知られている。この技術は、非特許文献１に紹介されており、例えば鋼板を９００℃程度のオーステナイト域まで加熱し、金型で冷却しながらプレス成形することで焼入れ（ダイクエンチ）を行い、鋼板の強度を高める成形方法である。

このホットプレス成形において、上記の金属板（ブランク）の加熱には、加熱炉あるいは直接通電が用いられる。その際、加熱炉を用いた加熱では、加熱中または加熱炉から金型への搬送中に表面にスケールが発生するという問題がある。これに対して、直接通電を用いた加熱（抵抗加熱）の場合は、極めて短時間で加熱ができるため、表面のスケール発生は極めて少ない。

この直接通電による加熱方法（抵抗加熱方法）では、一般的には、図１０に示すように、電源５１と２つの幅広の電極５２を用いて矩形（正方形、長方形）のブランク６１を加熱する。矩形のブランク６１に限定しているのは、２つの幅広の電極５２を用いて矩形以外のブランク（例えば、台形のブランク６２）を加熱しようとすると、電気抵抗（通電抵抗）が一様でないために、図１１に示すように、ブランク６２を均一に加熱できないからである。

これに対して、矩形以外のブランクの抵抗加熱方法として、特許文献１に、図１２に示すように、台形のブランク６２の相対する両端部に電極５３を各５個ずつ（計１０個）取り付け、相対する電極５３間に電流を流して均一に加熱する例が開示されている。

特開２００２−２４８５２５号公報

プレス技術第４３巻第９号（２００５年８月号）

しかし、前記の特許文献１に開示された抵抗加熱方法は、台形のブランクなどの４本の直線で形成された形状のブランクにしか適用できない。すなわち、ブランクの相対する両端部に電極を設置するため、相対する両端部を持たないブランクでは電極の設置ができない辺が生じ、加熱されない部分が生じる。また、相対する電極間でのみ通電して加熱を行うため、ブランクの温度分布が不均一になった場合に、その温度分布の不均一を解消できるように任意の個所を部分的に加熱することができない。しかも、ブランク全体を均一に加熱することを目的としており、所望の温度分布（例えば、ブランクの半分を９００℃に、残り半分を８００℃にする）を持たせることは念頭においていない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ホットプレス成形に用いる金属板を適切に加熱することができる金属板の抵抗加熱方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］プレス成形される金属板に４個以上の電極を取り付け、順次、それらの電極の内の２個の電極を選択して、その２個の電極間に電流を流すことによって、前記金属板を加熱することを特徴とする金属板の抵抗加熱方法。

［２］金属板内に温度差を有する所望の温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする前記［１］に記載の金属板の抵抗加熱方法。

［３］金属板の形状を矩形および台形を除いた形状とし、金属板内に温度差を有さない均一な温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする前記［１］に記載の金属板の抵抗加熱方法。

本発明においては、ホットプレス成形に用いる金属板（ブランク）を適切に加熱することができる。

本発明の一実施形態における配線状態を示す図である。本発明の一実施形態における二次元温度計での温度計測を示す図である。本発明例１の通電条件を示す図である。本発明例１の通電加熱後の温度分布を示す図である。本発明例２の配線状態を示す図である。本発明例２の目標加熱温度を示す図である。本発明例２の通電加熱後の温度分布を示す図である。本発明例３の目標加熱温度を示す図である。本発明例３の通電加熱後の温度分布を示す図である。抵抗加熱方法の説明図である。従来の抵抗加熱方法による矩形ブランクの温度分布を示す図である。特許文献１における矩形ブランクの抵抗加熱方法を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における配線状態を示す図である。図１に示すように、この実施形態においては、矩形または台形でない異形の金属板（ブランク）６３をホットプレス成形する際に、その異形のブランク６３を所定の温度に抵抗加熱するものであり、ブランク６３の周縁に電極５３を３６個取り付け、電源５１に繋ながっているスイッチボックス５４にそれら３６個の電極５３を繋げている。なお、図１において電極５３に付している数字１〜３６は、その電極のＮｏ（番号）を示している。そして、通電制御装置（図示せず）が、順次、スイッチボックス５４内のスイッチを切替えることで、３６個の電極５３の内の２個の電極５３を選択し、その２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間に所定の電流値で所定の時間電流を流すことによって、ブランク６３を抵抗加熱するようにしている。

ここで、ブランク６３を所定の目標温度に加熱する際には、ブランク６３内に温度差を有さない均一な温度分布になるように加熱する場合もあるし、ブランク６３内に温度差を有する所望の温度分布になるように加熱する場合もある。

そして、電極５３の個数については、ブランク６３の各周縁（辺あるいは曲縁）に少なくとも１個の電極５３を配置するのがよい。例えば、ブランク６３の形状が４角形の場合、その各辺に少なくとも１個の電極５３を配置するとすれば、４個以上の電極５３を用いることになる。

また、隣接する電極５３間の間隔については、ブランクの形状にもよるが、１００mm以上が好ましい。隣接する電極５３間の間隔が１００mm以下だと、電極５３の個数が不必要に多くなり、それら多数の電極５３に順次電流を流すと加熱に時間がかかってしまうからである。

また、通電する２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間の通電時間については、０．１〜２．０秒が好ましい。通電時間が２．０秒を超えると、トータルでの通電時間がかかるためだけでなく、ブランクの表面に酸化防止膜がない場合にスケールが発生するからである。なお、通電の電流値については、０．１〜２．０秒の通電時間内に目標の温度に達する値とする。

そして、通電する２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）の組合せと通電の順番および通電時間と電流値といった通電条件については、予め、計算機シミュレーションや実験・実績データに基づいて定めておき、図２に示すように、二次元温度計（サーモビューワー）５５によって、加熱中および加熱後のブランク６３の温度分布を計測し、その計測結果に基づいて、当該ブランクの通電条件のフィードフォワード制御あるいは次のブランクの通電条件へのフィードバック制御を行う。例えば、ブランク６３内で目標温度に達していない部分があれば、その部分を追加加熱するようにする。

なお、上記のサーモビューワー５５の温度分布計測に基づくフィードフォワード制御やフィードバック制御は、毎回行ってもよいが、量産などの場合は、初回のみ行って、その通電条件で問題ないことを確認したら、あとは同じ通電条件で行うことでもよい。

ちなみに、ブランク６３の抵抗加熱が終了しても、そのまま電極５３をつけた状態でプレス成形を行うことでよい。

本発明の実施例１として、図１に示した異形ブランク６３の抵抗加熱を行った。なお、異形ブランク６３の板厚は１．６ｍｍ、概略の寸法（長さ×幅）は１０００ｍｍ×３００ｍｍであり、目標の加熱温度は８３５℃（均一温度分布）とした。

そして、本発明例１として、前述の本発明の一実施形態に基づいて抵抗加熱を行った。すなわち、図１に示すように、ブランク６３の周縁に電極５３を３６個（Ｎｏ１〜Ｎｏ３６）取り付け、順次、その内の２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間に電流を流して、ブランク６３を抵抗加熱した。その際の通電条件（通電の順番、使用電極Ａと使用電極Ｂの組合せ、通電時間）は、図３に示すものであった。順番１〜１２で、ブランク６３の幅方向に相対する電極（Ｎｏ２とＮｏ３３、Ｎｏ３とＮｏ３２、・・・）間に電流を流した後、順番１３〜２０で、サーモビューワー５５の温度分布計測結果に基づいて、目標温度になっていない部分の温度を上昇させるために、ブランク６３の斜め方向や長手方向に相対する電極（Ｎｏ３３とＮｏ３６、Ｎｏ３６とＮｏ２、・・・）間に電流を流した。

その結果、本発明例１では、図４に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク６３を８２５〜８５０℃の均一な温度分布に加熱することができた。

本発明の実施例２として、図５に示す異形ブランク６４の抵抗加熱を行った。異形ブランク６４の板厚は１．２ｍｍ、概略の寸法（長さ×幅）は１２００ｍｍ×４００ｍｍであり、目標の加熱温度は、図６に示すように、一部が８７５℃、他の部分が７２５℃というブランク６４内で温度差を有する温度分布とした。

そして、本発明例２として、図５に示すように、ブランク６４の周縁に電極５３を３２個（Ｎｏ１〜Ｎｏ３２）取り付け、順次、その内の２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間に電流を流して、ブランク６４を抵抗加熱した。その際の通電条件（通電の順番、使用電極Ａと使用電極Ｂの組合せ、通電時間）は、図７（ａ）に示すものであった。順番１〜９では、８７５℃と高温に加熱したい部分を通電時間０．３秒と長く加熱し、順番１０〜１２では、７２５℃と低温に加熱したい部分を通電時間０．１秒と短く加熱した。

その結果、本発明例２では、図７（ｂ）に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク６４を目標の温度分布に加熱することができた。

本発明の実施例３として、実施例２と同様に、図５に示した異形ブランク６４を抵抗加熱した。ただし、目標の加熱温度は、図８に示すように、一部が７７５℃、一部が８７５℃、一部が７２５℃、一部が８２５℃という温度分布とした。

そして、本発明例３として、図５に示したように、ブランク６４の周縁に電極５３を３２個（Ｎｏ１〜Ｎｏ３２）取り付け、順次、その内の２個の電極５３（使用電極Ａと使用電極Ｂ）間に電流を流して、ブランク６４を抵抗加熱した。その際の通電条件（通電の順番、使用電極Ａと使用電極Ｂの組合せ、通電時間）は、図９（ａ）に示すものであった。

その結果、本発明例３では、図９（ｂ）に抵抗加熱後の温度分布を示すように、ブランク６４を目標の温度分布に加熱することができた。

なお、上記の実施例２、実施例３では、異形のブランクを対象にして、ブランク内で温度差を有する温度分布に加熱したが、本発明においては、矩形のブランクや台形のブランクに対しても、同様にすることによって、ブランク内で温度差を有する温度分布に加熱することができる。

５１電源
５２電極
５３電極
５４スイッチボックス
５５二次元温度計（サーモビューワー）
６１矩形のブランク
６２台形のブランク
６３異形のブランク
６４異形のブランク

Claims

プレス成形される金属板に４個以上の電極を取り付け、順次、それらの電極の内の２個の電極を選択して、その２個の電極間に電流を流すことによって、前記金属板を加熱することを特徴とする金属板の抵抗加熱方法。
金属板内に温度差を有する所望の温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の金属板の抵抗加熱方法。
金属板の形状を矩形および台形を除いた形状とし、金属板内に温度差を有さない均一な温度分布になるように金属板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の金属板の抵抗加熱方法。