(57)【要約】  本発明は、ワークピースの熱間又は温間成形方法に関し、前記方法は、成形するべきワークピースを提供するステップと、ワークピースを少なくとも部分的に前処理するステップと、ワークピースを少なくとも部分的に目標温度まで加熱するステップと、ワークピースを少なくとも部分的に成形及び／又は硬化するステップとを備える。ワークピースは、前処理と加温との間のクリーニングステップにおいて、少なくとも部分的にクリーニングされる。【選択図】図１a〜d
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（１）の熱間又は温間成形方法であって、
前記ワークピース（１）を提供するステップと、
少なくとも部分的に前記ワークピース（１）を前処理するステップと、
加熱ステーション（２０）において、少なくとも部分的に目標温度まで前記ワークピース（１）を加熱するステップと、
少なくとも部分的に前記ワークピース（１）を成形及び／又は硬化するステップと、を含み、
前記ワークピース（１）が、前記ワークピース（１）を前記前処理するステップと前記ワークピース（１）を前記加熱するステップとの間のクリーニングステップにおいて、少なくとも部分的にクリーニングされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記クリーニングステップにおける前記ワークピース（１）が、少なくとも部分的に化学的、機械的、及び／又は熱的に処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記クリーニングステップにおける前記ワークピース（１）が、クリーニング槽内で少なくとも部分的にクリーニングされる、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記クリーニングステップにおける前記ワークピース（１）が、ブラシ掛けされる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記クリーニングステップにおける前記ワークピース（１）が、バーナ（２）によってクリーニング温度まで加熱される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ワークピース（１）が、前記クリーニングステップの間において運搬される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ワークピース（１）が、前記クリーニングステップと前記加熱するステップとの間において、クリーニングステーション（１０）から加熱ステーション（２０）まで運搬される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ワークピース（１）が、追加のバーナによって前記目標温度まで加熱される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記ワークピース（１）が、保護材料で被覆され、及び／又は、腐食防止油で被覆される、請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記バーナ（２）及び／又は前記追加のバーナが、燃料ガス及び酸素含有ガスを用いて動作させるものである、請求項５から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ワークピース（１）が、前記成形及び／又は硬化するステップのために成形及び／又は硬化型（３０）に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
使用される前記ワークピース（１）が平坦な金属シートである、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ワークピース（１）の熱間又は温間成形のための、特に請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法を実行するための生産プラントであって、
ワークピースをクリーニングするためのクリーニングステーション（１０）と、
クリーニングされた前記ワークピースを加熱するための加熱ステーション（２０）と、
を具備する生産プラント。
【請求項１４】
搬送機構（４）を具備する、請求項１３に記載の生産プラント。
【請求項１５】
前記クリーニングステーション（１０）が前記加熱ステーション（２０）から構造的に分離されている、請求項１３又は請求項１４に記載の生産プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの熱間又は温間成形方法及びワークピースを熱間又は温間成形するための生産プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間又は温間成形では、一般に、被覆されていない又は被覆されている材料が用いられる。運搬中の腐食を回避するために、コイル又はシート状の半製品ピースには、部分的に、好ましくは全体的に、腐食防止油又は潤滑剤が備え付けられている可能性がある。加えて、特にコイルやシートの倉庫では、塵埃等による汚染も同様に原則として回避することは困難である。
【０００３】
焼戻し工程のための所望の温度に到達した際に生じる熱プロセスに起因して、半製品ピース上に付着した物質の熱分解が発生する。この熱分解の結果、半製品ピース上に汚染物質が残留し、このことにより製作された半製品ピースの品質が低下する。ショットブラスト等による機械的なクリーニングは、発生する残渣を必ずしも全て除去することができず、又は特に、被覆された半製品ピースを損なう恐れがある。また、大きな油膜に起因するような、大きな油残渣は、半完成ピースの処理中に、材料に強力な水素吸蔵をもたらす恐れがある。このことは高強度の材料脆化をもたらす可能性がある。マイクロオイリングの場合、この挙動は発見されていないが、それゆえ適切な腐食防止を確保することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、熱間又は温間成形によって製作されたピースの品質が従来技術のものよりもさらに改善された、ワークピースの熱間又は温間成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ワークピースの熱間又は温間成形方法によって目的を解決し、方法のステップは、
ワークピースを提供するステップと、
ワークピースを少なくとも部分的に前処理するステップと、
加熱ステーションにおいて、ワークピースを目標温度まで少なくとも部分的に加熱するステップと、
ワークピースを少なくとも部分的に成形及び／又は硬化させるステップとを備え、
ワークピースは、ワークピースの前処理と加熱との間のクリーニングステップにおいて、少なくとも部分的にクリーニングされる。
【０００６】
従来技術と比較して、ワークピースは、前処理の後で、かつ成形及び／又は硬化のための加熱の前に、また特に、ワークピースの前処理によって付着した残渣を除去するために、クリーニングされる。このようにして、ワークピースを加熱する間に、残渣から形成される汚染物質が付着する可能性、したがってワークピースの永久劣化の可能性が減少するため、ワークピースの成形後に製作された部品の品質は向上する。また、塵埃のような他の汚染は、クリーニングステップにおいて、ワークピースから除去できる。
【０００７】
好ましくは、クリーニングステップは、加熱直前に行われるものとする。また、好ましくは、成形及び／又は硬化後の完成部品としてのワークピースは、自動車の構造部品又はシャーシ部品とする。特に、ワークピースは、板金ピース、特に平坦な金属シート（直接熱間成形）又はほぼその最終的な幾何学的形状を有する成形部品（間接熱間成形）として提供され、前処理は、板金ピースの製造工程の少なくとも一部である。また、好ましくは、目標温度までの加熱中に加熱されるべきワークピースの部分的な領域は、好ましくはワークピース全体であるが、特にクリーニングステップにおいてクリーニングされるものとする。しかし、完成部品において向上した表面品質が望まれる、ワークピースの部分的な領域を特にクリーニングすることも考えられる。
【０００８】
本発明の有利な実施形態及び変形例は、図面を参照しながら従属請求項及び本明細書において見出される。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態によれば、クリーニングステップにおけるワークピースは、少なくとも部分的に化学的、機械的及び／又は熱的に処理されるものとする。選択されたクリーニング方法は、それによって好ましくは、クリーニングによってワークピースの特性が実質的に劣化しないように、ワークピースに適合される。このようにして、続いて製作される部品の品質を危うくするクリーニングステップを伴う手段を取らないことを保証できるという効果がある。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態によれば、クリーニングステップにおけるワークピースは、クリーニング槽内で少なくとも部分的にクリーニングされるものとする。ワークピースのこの化学処理の間に、汚染物質は、クリーニング槽の液体に効果的に結合される。クリーニング槽内の液体は、液体をクリーニング槽に入れ、それを再度排出することにより交換されると考えられ、たとえば、液体循環路内でクリーニング槽内に汲み入れられ、クリーニング槽から再び汲み出される。液体への汚染物質の結合により、汚染物質が空気を介して拡散されて、たとえばプラント部品等に付着することを防止するという利点がある。また、湿式のワークピースは、加熱の前に、たとえば温風で、乾燥することが考えられる。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、クリーニングステップにおいてブラシ掛けされるものとする。クリーニングステップにおけるこの機械的処理には、ワークピースがブラシに当接し、ブラシが実質的にワークピースの短手方向に沿って延びる一方で、ワークピースは長手方向に移動することが考えられる。このようにして、クリーニングステップが熱間又は温間成形に大幅な遅延を生じさせることなく、クリーニングステップを加熱ステーションへのワークピースの運搬に効果的に統合することができる。ブラシ又はブラシシステムは、加熱ステーションの入口に配置され、このようにしてワークピースのクリーニングは、加熱の直前になされると考えられる。あるいは、ワークピースを手動でクリーニングすることが考えられる。ブラシを用いた手動クリーニングには、裸眼で目に見える残留物を、大きな追加の手間をかけることなく除去できるという利点がある。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態によれば、クリーニングステップにおけるワークピースは、バーナによってクリーニング温度まで加熱されるものとする。好ましくは、ワークピースは、１つ以上のバーナによって、好ましくは両面、特に全周及び均一に、加熱される。バーナは、加熱中に、ワークピースの短手方向又は長手方向に沿って、好ましくは揺動可能に、移動することが考えられる。ワークピースのクリーニング中に加熱がすでに行われているため、加熱ステーションで目標温度を達成するために必要とされる熱エネルギーは、比較的小さい。バーナを備えたクリーニングステーションは、クリーニング温度への加熱中に発生する排気ガス内に存在する汚染物質が、目標温度への加熱中にプラント部品に付着することを防止するために、加熱ステーションから物理的に分離されていることが好ましい。しかし、クリーニングステップは、加熱を行うバーナによって加熱ステーション内で実行され、ワークピースは最初にクリーニング温度まで、次に目標温度まで加熱され、目標温度はクリーニング温度よりも高いことも考えられる。好ましくは、ワークピースを囲む空気は、汚染物質を運び去るために、たとえば排気フードの手段によって、ワークピースをクリーニング温度まで加熱する間に抜き取られるものとする。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、クリーニングステップ中に運搬又は移動されるものとする。このようにして、クリーニングステップは、クリーニングステップに起因する潜在的な遅延をできる限り短く抑えられるように、ワークピースの熱間又は温間成形に効果的に統合することができる。クリーニングステップが熱処理を伴う場合、ワークピースがバーナを通過する時にバーナがワークピースを加熱している状態で、ワークピースは、バーナベルトによって、搬送方向に沿って、バーナを通過して移動すると考えられる。特に、ワークピースは、搬送方向に沿って搬送機構と共に移動し、この工程では、ワークピースは、クリーニングステーション及び加熱ステーションを連続して通過し、成形及び／又は硬化型に到達する。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、クリーニングステップと加熱ステップとの間に、クリーニングステーションから加熱ステーションまで運搬されるものとする。サーマルクリーニングの場合、好ましくは、ワークピースが再び冷却されることを防止するために、運搬経路はできるだけ短時間内に包含されるものとする。特に、搬送機構は、ワークピースが基本的にそのクリーニング温度を維持することを確実にする、加熱要素を備えていることが考えられる。ワークピースが再度汚濁又は汚染しないように、ワークピースを運搬することが好ましい。特に、ワークピースは、搬送機構と共に搬送方向に沿って移動し、それによりクリーニングステーション及び加熱ステーションを連続して通過し、成形及び／又は硬化型に到達する。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、成形及び／又は硬化のための加熱中に、追加のバーナによって目標温度まで加熱されるものとする。好ましくは、選択された目標温度は、６００℃から９００℃の間の温度である。マンガンボロン鋼材料が好適に使用される場合、微細構造を完全にオーステナイトに変態させるために、好ましくは目標温度がＡＣ３超に達するものとする。目標温度がＡＣ３未満ＡＣ１超であれば、オーステナイト及びフェライトの混合微細構造が得られる。たとえば、バーナを用いる場合にワークピースがクリーニング温度まで加熱される速度は、特に輻射炉を用いる場合にワークピースが目標温度まで加熱される速度よりも速いことが想定される。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、保護材料で被覆され、及び／又は、特に、運搬中の腐食を防止するため、腐食防止油で少なくとも部分的に被覆されるものとする。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態によれば、バーナ及び／又は追加のバーナは、燃料ガス及び酸素含有ガスで動作させるものとする。好ましくは、バーナ及び／又は追加のバーナの加熱力は、燃料ガス及び酸素含有ガスの混合比によって調整される。特に酸素含有量は、バーナ及び／又は追加のバーナの燃焼火炎の最高温度を確立するために用いられる。たとえば、工業用酸素混合物が追加のバーナに供給され、酸素含有量は好ましくは７０％超、又は特に好ましくは９０％超であるものとする。また、ワークピースを加熱する所望の速度で目標温度に到達するために、バーナとワークピースとの間の距離、酸素含有量、及び／又は搬送方向に沿ってワークピースが運搬される速度は、適宜調整されるものとする。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、ワークピースは、成形及び／又は硬化のために、成形／硬化型内に配置されているものとする。好ましくは、成形／硬化型は、少なくとも部分的に冷却されることによって、たとえば、ワークピースの部分的な硬化を確実にするという利点がある。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によれば、使用されるワークピースは、平坦な金属シートであるものとする。たとえば、ワークピースは、実質的にマンガンボロン鋼、特に２２ＭｎＢ５から製作されたワークピースであるか、又は高い炭素含有量を有する平坦な金属シートである。
【００２０】
本発明の別の主題は、ワークピースの熱間又は温間成形、特に本発明による方法を実行するための生産プラントであって、生産プラントは、ワークピースをクリーニングするためのクリーニングステーションと、クリーニングされたワークピースを加熱するための加熱ステーションとを備える。
【００２１】
従来技術と比較して、本発明による生産プラントは、クリーニングステーションによって、ワークピースの前処理からの、可能性のある残渣を確実に除去することができ、したがって、続いて製作される部品の品質を損なう可能性がある潜在的な汚染物質の量を有利に低減することができるという利点を有する。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態によれば、生産プラントは、搬送機構を備えているものとする。搬送機構があれば、クリーニングステーション及び加熱ステーションを通して成形／硬化型まで、ワークピースを運搬することができるという利点がある。搬送機構は、搬送ローラを備えていることが考えられる。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態によれば、クリーニングステーションは、加熱ステーションから構造的に分離されているものとする。このようにして、ワークピースをクリーニング温度まで加熱することによって緩んだ汚染物質を、空気中に分散させた後、加熱ステーションのプラント部品に確実に付着させることができるという利点がある。
【００２４】
本発明のさらなる詳細、特徴及び利益は、図面ならびに図面を用いた好ましい実施形態の以下の明細書から明らかになる。図面は本発明の例示的な実施形態を示すに過ぎず、本発明の概念を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】本発明の例示的な実施形態によるワークピースの熱間又は温間成形方法を示す。
【図１ｂ】本発明の例示的な実施形態によるワークピースの熱間又は温間成形方法を示す。
【図１ｃ】本発明の例示的な実施形態によるワークピースの熱間又は温間成形方法を示す。
【図１ｄ】本発明の例示的な実施形態によるワークピースの熱間又は温間成形方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
種々の図面において、同一の部品には常に同じ参照番号が付されているため、原則として各々１回のみ言及又は指定される。
【００２７】
図１ａ〜図１ｄは、本発明の例示的な実施形態によるワークピース１の熱間又は温間成形方法を表している。たとえば、これは自動車の構造部品又はシャーシ部品を含み、ワークピース１は、特に、図１に示すような圧延テーラードブランク又は金属シートの形状で、半製品部品として提供される。ワークピース１は、たとえば、硼素マンガン鋼、特に２２ＭｎＢ５から少なくとも部分的に製作された材料で構成されている。熱間又は温間成形により、好ましくは、ワークピース１は、構成部品としての最終形態へ変換されるものとする。その後製造される構成部品の特性及び／又は形状に影響を与えないために、ワークピース１に前処理を行う。このような前処理の一例は、ワークピースの運搬中の腐食を防止するために、腐食防止油又は潤滑剤でワークピース１を被覆することである。前処理の別の例は、熱間又は温間成形に先立って、シートを大きさに合わせて容易に切断できるようにするために、ワークピース１に切削油を適用することである。前処理及び他の外部環境に起因して、ワークピース１には腐食防止油、潤滑剤及び／又は切削油等の残渣が残る。熱間又は温間成形に要するワークピース１の加熱時に、汚染物質としてのこれらの残渣は、たとえば材料脆化の形態で、完成部品の破損又は劣化をもたらす可能性がある。このような劣化を回避するために、前処理されたワークピース１は、クリーニングステップにおいて、好ましくは加熱ステーション２０でのワークピース１の加熱の直前に、クリーニングされるものとする。好ましくは、クリーニングステップはワークピース１の加熱の６０秒前、好ましくは２０秒前、特に好ましくは５秒前に開始される。
【００２８】
クリーニングステップの一例として、図１ａ〜図１ｄの実施形態は、図１ｂでクリーニングステーション１０における熱処理を示している。本実施形態では、クリーニングステーション１０は、ワークピース１の下方に配置されたバーナベルト又はローラコンベア４を備え、ワークピース１は、バーナベルト又はローラコンベア４によって送給される。また、クリーニングステーション１０は、好ましくはバーナ２を備え、バーナ２は、可搬型ワークピース１の上方及び／又は下方に配置されている。また、バーナ２は、ワークピース１をクリーニング温度まで加熱するものとする。このため、バーナ２は、特に、バーナガスと酸素含有ガスとの混合物で動作させる。また、ワークピース１をクリーニング温度まで加熱するためにバーナ２を用いる場合、バーナ火炎３が発生し、バーナ火炎３は、たとえばクリーニングステーション１０でワークピース１と直接接触するか、又はワークピースから離れて保持される。特に、バーナ火炎３でワークピース１を妨害なく加熱することができるように、バーナベルト又はローラコンベア４は、１箇所に凹部６を有している。また、ワークピース１の表面に残渣ができるだけ付かないようにするために、ワークピース１は、両側を１つのバーナ２でそれぞれ加熱されるものとする。バーナ２は、バーナベルト又はローラコンベア４の搬送方向と直交する方向に沿って、好ましくは揺動可能に移動し、この動作によって、ワークピース１の横方向寸法に沿った加熱が実現されると考えられる。特に、クリーニング温度は、ワークピース１がバーナベルト又はローラコンベア４によって送給される搬送速度の決定、ワークピース１からのバーナ２の距離の決定、及び／又は燃料ガスと混合された酸素含有ガスの酸素含有量の決定によって、調整又は実現されると考えられる。また、好ましくは、クリーニングステーション１０におけるバーナ２のバーナ火炎３は、ワークピース１を表面に沿って均一に、すなわち均等に加熱するものとする。また、排気システムによって熱処理中に発生する汚染ガスを運び去るために、クリーニングステーション１０は、排気システムを備えることが考えられる。このようにして、汚染ガスに含まれた汚染物がクリーニングステーション１０のプラント部品に付着することを防止することができる。汚染ガスに含まれた汚染物質が、たとえば加熱ステーション２０に位置しているプラント部品に付着することをさらに防止するために、図示の実施形態におけるクリーニングステーション１０は、図１ｃに示すように、加熱ステーション２０から構造的に分離されている。
【００２９】
図１ｃは、炉５の形態の加熱ステーション２０を示し、ワークピース１は、好ましくは密閉された炉５内で加熱されるように配置されている。特に、目標温度はクリーニング温度よりも高いものとする。また、ワークピース１は、追加のバーナ又は放射加熱によって、加熱ステーション２０内で加熱されるものとし、追加のバーナは、好ましくは燃料ガス及び酸素含有ガスの混合物で動作させる。特に、加熱ステーション２０における追加のバーナは、酸素含有量が好ましくは７５％超、特に好ましくは９０％超の工業用グレードの酸素で動作させる。たとえば、加熱ステーション２０における加熱を用いて、その後製作される構成部品の材料特性を調節することができる。たとえば、ワークピース１は特に、完全なオーステナイト化を避けるために、少なくとも第１の領域でＡＣ３未満の温度まで、特にＡＣ１未満まで加熱され、及び／又は、オーステナイト化をもたらすために、少なくとも第２の領域でＡＣ３を超える温度まで加熱される。クリーニングステップの後で、かつ加熱の前に、ワークピース１をプレコートし、このプレコーティングによって、ワークピース１の表面に合金層を確実に形成することも考えられる。また、クリーニングステーション１０は、搬送機構４を介して加熱ステーション２０に接続されるものとする。特に、クリーニングされたワークピース１は、搬送機構４によって炉５に送給される。
【００３０】
クリーニングされたワークピース１を加熱した後、ワークピース１は、図１ｄに示すように、好ましくは冷却された成形及び／又は硬化型３０内に置かれ、その中で成形及び／又は硬化されるものとする。特に、成形及び／又は硬化型３０は、製作されるべき構成部品に適合する金型を含む。また、搬送機構は、クリーニングステーション１０及び加熱ステーション２０を通って、成形及び／又は硬化型３０まで、生産プラント内の搬送方向に沿って、ワークピース１を送給することが考えられる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ワークピース
２  バーナ
３  バーナ火炎
４  搬送機構、バーナベルト、ローラコンベア
５  炉
６  凹部
１０  クリーニングステーション
２０  加熱ステーション
３０  成形及び／又は硬化型
【図１ａ】
2018501960.tif 000003
【図１ｂ】
2018501960.tif 000004
【図１ｃ】
2018501960.tif 000005
【図１ｄ】
2018501960.tif 000006
【国際調査報告】
2018501960.tif 000007
2018501960.tif 000008
2018501960.tif 000009
2018501960.tif 000010
2018501960.tif 000011
2018501960.tif 000012