JP5123345B2

JP5123345B2 - 鋼板の焼き入れ方法及び鋼板の焼き入れ装置

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Publication number: JP5123345B2
Application number: JP2010067558A
Authority: JP
Inventors: 好博奥; 耕治林
Original assignee: 東亜工業株式会社
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP2011200866A

Description

本発明は、自動車のボディ等のプレス製品の製造に利用される鋼板の部分焼入れ方法及び鋼板の焼入れ装置に関する。

従来、自動車用のプレス製品は、以下の手順で製造されていた。先ず、最初に大きな一枚の鋼板を金型により所定の形状に切断し、ブランクと呼ばれる所定の大きさの鋼板を形成する。ブランクは種々の大きさ、種々の厚さ、種々の強度を有するものが存在する。次に、種々のブランクをプレス成形して、その後、各プレス部品を溶接等で組み立てして一体化した構造のプレス製品としていた。

しかし、自動車用のボディを構成する部品の数は、数百点にも及ぶようになり、上述のような製造手順では、生産性が悪く、また部品等の管理も煩雑になってきた。そこで、板厚や強度の異なる複数のブランクを突き合わせ、レーザー溶接等で突合せ部分を溶接して一体化したプレス素材、即ちテーラードブランクを形成し、その後プレス成形装置で、テーラードブランクをプレス成型してプレス製品を製造するという技術が普及してきた。

図３は、テーラードブランク３０の一例を示す図である。図示のように、強度が低く薄い第１のブランク３１と強度が高く厚い第２のブランク３２が突き合せ部で溶接され、溶接部３３により一体化される。

このようなテーラードブランク工法によれば、プレス製品の各部の強度をその目的に合わせて、任意に設定することができるという特徴を持っている。例えば、図３の例では、強度が必要な部分については第２のブランク３２を使用することにより必要な強度を確保しつつ、強度が必要でない部分については、第１のブランク３１を使用する。このようなテーラードブランク工法については、特許文献１に記載されている。

特開２０００−１９７９６９号公報

しかしながら、強度差を持ったプレス製品を製造するにあたって、テーラードブランク工法においては、以下の問題があった。

第１に、テーラードブランクは複数のブランクを溶接して形成するので、構成部品（ブランク）の数が多くなる。

第２に、複数のブランクを突き合わせ、レーザー溶接等で突合せ部分を溶接する作業が必要であり、その分コストが高いという問題があった。

第３に、厚さが異なるブランクを溶接しているため、プレス成型に用いる金型の構造が複雑化するという問題があった。

本発明の鋼板の焼き入れ方法は、垂直方向に移動可能な上金型と、下金型とを有するプレス成型装置と、前記上金型と前記下金型の間に水平方向に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能であり、水平方向に並設された第１及び第２のヒーターブロックと、前記第１及び第２のヒーターブロックの間に、前記第１及び第２のヒーターブロックよりも高く立設された電磁波遮蔽板を有する電磁波ヒーターと、を準備し、前記第１のヒーターブロックにより鋼板の第１の領域の表面に第１の強さを有する電磁波を照射すると共に、前記第２のヒーターブロックにより前記鋼板の第２の領域の表面に前記第１の強さより大きい第２の強さを有する電磁波を照射することにより、前記第２の領域を前記鋼板の変態点以上の温度に加熱する第１の工程と、電磁波の照射後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することにより、前記第２の領域をマルテンサイト組織の状態に変化させる第２の工程と、を備え、前記第２の領域の強度を前記第１の領域に比して高くすることを特徴とするものである。

また、本発明の鋼板の焼き入れ装置は、垂直方向に移動可能な上金型と、下金型とを有するプレス成型装置と、前記上金型と前記下金型の間に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能であり、水平方向に並設された第１及び第２のヒーターブロックと、前記第１及び第２のヒーターブロックの間に、前記第１及び第２のヒーターブロックよりも高く立設された電磁波遮蔽板を有する電磁波ヒーターと、を備え、
前記電磁波ヒーターを前記上金型と前記下金型の間に挿入した状態で、前記電磁波ヒーターにより、鋼板に電磁波を照射した後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、その後、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することを特徴とするものである。

本発明によれば、強度差を持ったプレス製品を製造するにあたり、テーラードブランク工法のように、複数のブランクを溶接することなく、一枚の鋼板内に強度差を持たせることができるので、テーラードブランク工法に比して、構成部品点数を削減することができる。

また、プレス成型の際には、均一の厚さの鋼板をプレスすれば良いので、プレス加工に用いる金型の構造も複雑化しない。

さらに、テーラードブランク工法のような溶接作業を必要としないので、コストが安いという利点もある。

本発明の実施形態における鋼板の焼き入れ装置の概略の構成を示す正面図である。本発明の実施形態における鋼板の焼き入れ装置の電磁波ヒーターの構成を示す図である。テーラードブランクの斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は鋼板の焼き入れ装置１００の概略を示す正面図である。

鋼板の焼き入れ装置１００は、プレス成型装置１０に電磁波ヒーター２０を設けたものであり、これにより鋼板１の焼き入れとプレス成型を連続的に実施可能にしたものである。

プレス成型装置１０は、下台１１上に取り付けられた下金型１２と、上台１３に取り付けられた上金型１４を含んで構成される。この場合、上金型１４は垂直方向に移動可能であり、上金型１４の下動により、鋼板１が上金型１４と下金型１２の間に挟まれてプレス成型が行われるように構成されている。

電磁波ヒーター２０は、下側電磁波ヒーター２１と、下側電磁波ヒーター２１の上方に対向して配置された上側電磁波ヒーター２２と、下側電磁波ヒーター２１と上側電磁波ヒーター２２を連結する連結部材２４を含んで構成される。この場合、電磁波ヒーター２０は、水平移動装置によりプレス成型装置１０の下金型１２と上金型１４の間に挿入でき、また、プレス成型装置１０から外に移動可能に構成されている。

鋼板１は、図１に示すように、電磁波ヒーター２０が下金型１２と上金型１４の間に挿入された状態で、搬送装置により下側電磁波ヒーター２１と上側電磁波ヒーター２２との間に挿入される。鋼板１は、この状態で下側電磁波ヒーター２１及び上側電磁波ヒーター２２から発生する電磁波が照射されることにより加熱される。これは、電磁波のエネルギーが鋼板１を構成する分子の運動を増幅させるためである。

その後、電磁波ヒーター２０は、水平移動装置によりプレス成型装置１０の外に取り出される。そして、上金型１４を下動することにより、鋼板１は上金型１４と下金型１２の間に挟まれてプレス成型が行われる。この時、鋼板１は上金型１４と下金型１２に接触して急冷される。

次に、電磁波ヒーター２０の詳細な構成を図２に基づいて説明する。図２（Ａ）は電磁波ヒーター２０を上金型１４側から見た上面図である。図２（Ｂ）は電磁波ヒーター２０の正面図である。同図においては、上側電磁波ヒーター２２と下側電磁波ヒーター２１の間に鋼板１が挿入された状態を示している。この場合、鋼板１は自動車のセンターピラーである。

下側電磁波ヒーター２１は、遠赤外線等の電磁波を発生する３つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、及び電磁波遮蔽板２３Ａを水平方向に並設して構成される。上側電磁波ヒーター２２も同様に、遠赤外線等の電磁波を発生する３つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び電磁波遮蔽板２３Ｂを水平方向に並設して構成される。一対の下側電磁波ヒーター２１と上側電磁波ヒーター２２を用いているのは、鋼板１を両面からより均一に加熱するためであり、鋼板１が比較的薄い場合は、いずれか一方だけでも均一に加熱することができる。

この場合、下側電磁波ヒーター２１の３つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、及び電磁波遮蔽板２３Ａと、上側電磁波ヒーター２２の３つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び電磁波遮蔽板２３Ｂはそれぞれ対向するように配置される。例えば、下側電磁波ヒーター２１のヒーターブロック２１ａと上側電磁波ヒーター２２のヒーターブロック２２ａとは対向している。

なお、図２（Ｃ）に示すように、ヒーターブロック２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃのそれぞれの中には、電磁波発生用のプレート状の発熱板２５が数枚ずつセットされる。ヒーターブロックの数は３つに限られるものではなく照射面積の大きさにより必要な分だけ増減される。

また、各ヒーターブロック２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃに電流を流すと共に、その電流値をヒーターブロック毎に制御可能な電流制御ユニット（不図示）が設けられている。これにより、各ヒーターブロックの出力が制御可能になっている。ヒーターブロックの出力とは、ヒーターブロックに流れる電流と印加される電圧の積（電流×電圧）のことである。

本実施形態の場合、下側電磁波ヒーター２１については、２つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂは高出力に設定され、ヒーターブロック２１ｃは低出力に設定される。そのため、下側電磁波ヒーター２１については、出力が異なる隣接するヒーターブロック２１ｂ，２１ｃの間に電磁波遮蔽板２３Ａがヒーターブロック２１ｂ，２１ｃよりも高く立設されている。

これは、ヒーターブロック２１ｂ，２１ｃから発生する電磁波の輻射熱が互いに干渉するのを防止するためである。同様に、上側電磁波ヒーター２２についても、２つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂは高出力に設定され、ヒーターブロック２２ｃは低出力に設定されるので、出力が異なる隣接するヒーターブロック２２ｂ，２２ｃの間に電磁波遮蔽板２３Ｂがヒーターブロック２２ｂ，２２ｃより高く立設されている。電磁波遮蔽板２３Ａ、２３Ｂは電磁波の輻射熱を遮蔽する断熱材等で形成される。

これにより、下側電磁波ヒーター２１の１つのヒーターブロック２１ｃと上側電磁波ヒーター２２の１つのヒーターブロック２２ｃに対向した鋼板１の第１の領域Ｘの加熱温度をヒーターブロック２１ｃにより高精度に設定することができる。また、下側電磁波ヒーター２１の２つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂと上側電磁波ヒーター２２の２つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂに対向した鋼板１の第２の領域Ｙ（第１の領域Ｘとは異なる領域）の加熱温度を２つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂにより、高精度に設定することができる。

次に、鋼板１の焼き入れ方法について説明する。鋼板１としては、例えばボロン鋼板（鉄鋼材に微量のボロン及び炭素を含有させてなる鋼板）が自動車ボディ用として適している。先ず、鋼板１は、図１、図２に示すように、下側電磁波ヒーター２１と上側電磁波ヒーター２２との間に挿入され、下側電磁波ヒーター２１及び上側電磁波ヒーター２２から発生する電磁波の輻射熱によりその両面から加熱される。

この場合、前述のように、下側電磁波ヒーター２１の２つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂと上側電磁波ヒーター２２の２つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂは高出力に設定され、その一方、下側電磁波ヒーター２１のヒーターブロック２１ｃと上側電磁波ヒーター２２のヒーターブロック２２ｃは低出力に設定される。

これにより、鋼板１の第１の領域Ｘには、下側電磁波ヒーター２１のヒーターブロック２１ｃと上側電磁波ヒーター２２のヒーターブロック２２ｃから比較的弱い電磁波が照射される。鋼板１の第２の領域Ｙには、下側電磁波ヒーター２１の２つのヒーターブロック２１ａ，２１ｂと上側電磁波ヒーター２２の２つのヒーターブロック２２ａ，２２ｂから比較的強い電磁波が照射される。

これにより、鋼板１の第２の領域Ｙは、強い電磁波の輻射熱により鋼板１の変態点である８３０℃以上の温度、例えば、９５０℃に加熱され、オーステナイト組織の状態になる。鋼板１の第１の領域Ｘは、比較的弱い電磁波の輻射熱により鋼板１の変態点である８３０℃より低い温度、例えば、７５０℃に加熱されることになる。

次に、電磁波ヒーター２０をプレス成型装置１０の外に取り出し、プレス成型装置１０の上金型１４を下動することにより、鋼板１は上金型１４と下金型１２の間に挟まれてプレス成型が行われる。プレス成型時の鋼板１は加熱により軟化しているため、容易にプレス成型することができる。

この場合、図１に示すように、鋼板１と電磁波ヒーター２０をプレス成型装置１０に挿入した状態で、電磁波ヒーター２０により鋼板１を加熱しているので、加熱終了後は、電磁波ヒーター２０を取り出すだけで、加熱された鋼板１を移動することなく、素早く、プレス成型を行うことができる。これにより、鋼板１の移動時間に伴う温度低下を無くすことができる。

また、プレスされた鋼板１は、上金型１４と下金型１２に接触して急冷される。この時の冷却速度は、鋼板１の第２の領域Ｙがオーステナイト組織の状態からマルテンサイト組織の状態に変化するために十分な速度である必要があり、それは例えば２００℃／ｓｅｃである。これにより、鋼板１の第２の領域Ｙは、オーステナイト組織の状態からマルテンサイト組織の状態に変化する。この結果、鋼板１の第１の領域Ｘの強度は加熱前と同じであるが、変態点以上に加熱され、急冷された鋼板１の第２の領域Ｙの強度は加熱前より相当大きくなる。

鋼板１の縦×横のサイズが１５００ｍｍ×５００−６００ｍｍ、厚さが１ｍｍ〜２．３ｍｍの場合、冷却後の鋼板１の第１の領域Ｘの強度は５９０ＭＰａ（メガパスカル）であり、第２の領域Ｙの強度は１４５０Ｍｐａであった。

このように、本実施形態によれば、テーラードブランク工法のように、複数のブランクを溶接することなく、一枚の鋼板１内に強度差を持たせることができるので、テーラードブランク工法に比して、構成部品点数を削減することができる。また、プレス加工の際には、均一の厚さの鋼板１をプレス成型すれば良いので、プレス成型に用いる下金型１２、上金型１４の構造も複雑化しない。さらに、テーラードブランク工法のような溶接作業を必要としないので、コストが安いという利点もある。

また、電磁波ヒーター２０の各ヒーターブロックの出力を制御することにより、鋼板１の各領域の温度管理を精度良く行うことができる。特に、温度設定の異なる各領域の境界部に対応して、電磁波ヒーター２０に電磁波遮蔽板２３Ａ，２３Ｂを設けることにより、温度設定をより高精度に行うことができる。

なお、本実施形態では、鋼板１と電磁波ヒーター２０をプレス成型装置１０に挿入した状態で、電磁波ヒーター２０により鋼板１を加熱しているが、電磁波ヒーター２０をプレス成型装置１０の外に設置しておき、電磁波ヒーター２０で鋼板１を加熱した後に、加熱された鋼板１をプレス成型装置１０まで移動させ、プレス成型を行うこともできる。この場合は、前述のように、鋼板１の移動に伴う温度低下が発生するので、その温度低下を見込んで、電磁波ヒーター２０による加熱温度を高く設定しておく必要がある。

電磁波ヒーター２０としては、前述のように遠赤外線を発生するものが、比較的大きな鋼板１を加熱するために適しているが、近赤外線を発生するものを用いることもできる。また、鋼板１の大きさや厚さは自由に選択することができ、鋼板１のサイズに合わせて電磁波ヒーター２０のサイズも決定される。

１鋼板
１０プレス成型装置
１１下台
１２下金型
１３上台
１４上金型
２０電磁波ヒーター
２１下側電磁波ヒーター
２１ａ〜２１ｃヒーターブロック
２２上側電磁波ヒーター
２２ａ〜２２ｃヒーターブロック
２３Ａ，２３Ｂ電磁波遮蔽板
２４連結部材
２５発熱板
１００鋼板の焼き入れ装置

Claims

垂直方向に移動可能な上金型と、下金型とを有するプレス成型装置と、前記上金型と前記下金型の間に水平方向に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能であり、水平方向に並設された第１及び第２のヒーターブロックと、前記第１及び第２のヒーターブロックの間に、前記第１及び第２のヒーターブロックよりも高く立設された電磁波遮蔽板を有する電磁波ヒーターと、を準備し、
前記第１のヒーターブロックにより鋼板の第１の領域の表面に第１の強さを有する電磁波を照射すると共に、前記第２のヒーターブロックにより前記鋼板の第２の領域の表面に前記第１の強さより大きい第２の強さを有する電磁波を照射することにより、前記第２の領域を前記鋼板の変態点以上の温度に加熱する第１の工程と、
電磁波の照射後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することにより、前記第２の領域をマルテンサイト組織の状態に変化させる第２の工程と、を備え、前記第２の領域の強度を前記第１の領域に比して高くすることを特徴とする鋼板の焼き入れ方法。
前記電磁波が遠赤外線であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の焼き入れ方法。
垂直方向に移動可能な上金型と、下金型とを有するプレス成型装置と、
前記上金型と前記下金型の間に出し入れが自在であり、それぞれ出力が制御可能であり、水平方向に並設された第１及び第２のヒーターブロックと、前記第１及び第２のヒーターブロックの間に、前記第１及び第２のヒーターブロックよりも高く立設された電磁波遮蔽板を有する電磁波ヒーターと、を備え、
前記電磁波ヒーターを前記上金型と前記下金型の間に挿入した状態で、前記電磁波ヒーターにより、鋼板に電磁波を照射した後に、前記電磁波ヒーターを前記プレス成型装置の外部へ移動させ、その後、前記鋼板を前記上金型と前記下金型の間に挟んでプレス成型すると共に、前記上金型と前記下金型により前記鋼板を急冷することを特徴とする鋼板の焼き入れ装置。