DE60222932T2

DE60222932T2 - Pressformen und hochfrequenzabschreckverfahren und hochfrequenzabschrecksystem dafür

Info

Publication number: DE60222932T2
Application number: DE60222932T
Authority: DE
Inventors: Satoshi c/o KIKUCHI CO. Hamura-shi Shimizu; Sou c/o KIKUCHI CO. Hamura-shi Suzuki; Takao c/o KIKUCHI CO. Hamura-shi Minagawa; LTD. Hamura-shi Hoshino Hisao c/o KIKUCHI CO.; Yahiro c/o DAI-ICHI HIGH FREQUENCY C Kawasaki-shi Shimizu; Kouji c/o DAI-ICHI HIGH FREQUENCY CO Kawasaki-shi Haya; Shingo c/o DAI-ICHI HIGH FREQUENCY C Kawasaki-shi Shikuwa; Shigeki c/o DAI-ICHI HIGH FREQUENCY Kawasaki-shi Kishihara
Original assignee: Kikuchi Co Ltd
Current assignee: Kikuchi Co Ltd
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: EP1457576A4; WO2003046230A1; EP1457576A1; US20040113461A1; US7070228B2; CN100489118C; DE60222932D1; EP1457576B9; KR20040052501A; EP1457576B1; CA2445930A1; CN1503849A; CA2445930C; BR0206149A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen formgepressten Gegenstand, der einer Härtebehandlung unterzogen worden ist, und ist, zum Beispiel, auf verschiedene formgepresste Gegenstände, wie eine Mittelsäule, einen vorderen Stoßstangenträger, einen vorderen Seitenrahmen, ein Türverstärkungsmaterial, und so weiter, eines Fahrzeugs anwendbar.
Eine Mittelsäule, die ein Fahrzeugaufbauteil ist, das einen Teil eines Fahrzeugaufbaus eines Vierradantrieb-Fahrzeugs bildet, und eine Säule zwischen einem Vordersitz und einem Rücksitz ist, ist derart ausgebildet, dass sie durch Formpressen eines Metallbleches einen Querschnitt in Form eines Hutes aufweist. Insbesondere besteht die Mittelsäule, die ein formgepresster Gegenstand ist, aus: einem Zwischenerhöhungsbereich, der sich in einer Längsrichtung erstreckt, die eine vertikale Richtung ist; einem Paar von Schenkelbereichen, die beide in der Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs von dem Zwischenerhöhungsbereich zu der Innenseite des Fahrzeugs hin, die auf beiden Seiten dieselbe Seite ist, in eine zu der Längsrichtung senkrechten Richtung gebogen sind, das heißt, auf beiden Seiten in einer Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs, und sich in der Längsrichtung erstrecken, wobei eine Biegerichtung eine Richtung der Breite davon ist; und Wangenbereichen, die sich in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs von den äußeren Enden der Schenkelbereiche voneinander weg erstrecken.
Diese Mittelsäule ist in einer länglichen Form ausgebildet, die in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs eine geringe Breitenausdehnung aufweist, um von der Kabine durch die Fensterscheibe einer Seitentür eine breite Sichtweite zu ermöglichen, aber es wird von ihr als Maßnahme gegen eine seitliche Kollision mit anderen Fahrzeugen, Wänden, und so weiter, eine hohe Festigkeit gefordert Um die Festigkeit der Mittelsäule zu erhöhen, gibt es bekannte herkömmliche Weisen, wie das Schaffen einer Verstärkung, die ein verstärkendes Material an der Mittelsäule ist, oder Härtebehandlung der Mittelsäule.
Die erstere Weise führt zu einer Erhöhung des Gesamtgewichts der Mittelsäule, was der Forderung nach einem geringeren Fahrzeuggewicht entgegensteht, und entsprechend ist die letztere Weise vorzuziehen. In der letzteren Weise ist es wünschenswert, wenn Härtebehandlung an der Mittelsäule durchgeführt wird, eine Härtebehandlung so durchzuführen, dass eine geforderte Festigkeitsverteilung erreicht werden kann, indem eine hohe Festigkeit an einer Position geschaffen wird, an der die hohe Festigkeit gefordert wird, und eine geringe Festigkeit an einer Position geschaffen wird, an der die geringe Festigkeit ausreichend ist, um eine auf die Mittelsäule wirkende Last effektiv aufnehmen zu können.
Das offen gelegte, japanische Patent Nr. Hei 10-17933 ist als Stand der Technik der Ausführung einer solchen Härtebehandlung bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird die Härtebehandlung durch eine Induktionshärtungseinrichtung an der Mittelsäule in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs quer über die gesamte Breite durchgeführt. Durch diese Härtebehandlung wird bewirkt, dass die Härteverteilung in der vertikalen Richtung einer geforderten Festigkeitsverteilung entspricht. Um eine solche Härteverteilung zu erreichen, wird, wenn die Härtebehandlung durchgeführt wird, beim Bewegen Induktionshärtungseinrichtung bezüglich der Mittelsäule die Bewegungsgeschwindigkeit verändert.
Bei diesem Stand der Technik wird die geforderte Festigkeitsverteilung auf die Weise erreicht, dass in der Mittelsäule eine der Festigkeitsverteilung entsprechende Härteverteilung erzeugt wird. Um eine solche der Festigkeitsverteilung entsprechende Härteverteilung zu erreichen, ist in Anbetracht verschiedenartiger Bedingungen der Mittelsäule, wie Material und so weiter, eine Technologie von hohem Niveau einschließlich Steuerungstechnologie erforderlich.
JP 2000-256733 A offenbart einen formgepressten Gegenstand gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Induktionshärtungsvorrichtung zum Härten einer Zielzone eines Werkstücks. WO-A-02079525 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von mit Wangen bzw. Flanschen versehenen Teilen und eine Wärmebehandlungsvorrichtung, und ein Verfahren, in dem eine Schulter einer Oberfläche durch einen Strom, der durch ein nahe der Schulter angebrachtes, leitfähiges Element hindurch geht, auf eine Härtetemperatur erwärmt wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen formgepressten Gegenstand, wie eine Mittelsäule oder ähnliches, zur Verfügung zu stellen, dessen geforderte Festigkeitsverteilung durch Härtebehandlung einfach erreicht werden kann, und ein Induktionshärtungsverfahren und eine Induktionshärtungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die zur Herstellung dieses formgepressten Gegenstands verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein formgepresster Gegenstand vorgesehen, der einem Zwischenerhöhungsbereich umfasst, der sich in einer Längsrichtung erstreckt; und ein Paar von Schenkelbereichen, die beide in einer Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs von dem Zwischenerhöhungsbereich auf beiden Seiten zu derselben Seite hin in eine Richtung gebogen sind, die im Wesentlichen zu der Längsrichtung senkrecht ist, und sich in der Längsrichtung erstrecken, wobei eine Biegerichtung eine Richtung der Breite davon ist, wobei ein Härtungsgebiet, in dem Induktionshärten durchgeführt worden ist, und ein Nicht-Härtungsgebiet, in dem Induktionshärten nicht durchgeführt worden ist, mindestens in dem Paar von Schenkelbereichen von dem Zwischenerhöhungsbereich und dem Paar von Schenkelbereichen vorgesehen sind, und wobei ein Verhältnis zwischen dem Härtungsgebiet und dem Nicht-Härtungsgebiet in der Breitenrichtung ein Verhältnis zur Erzielung einer geforderten Festigkeit ist, wobei das Härtungsgebiet auf beiden Seiten des Zwischenerhöhungsbereichs in der Richtung besteht, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung in der Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs ist, und ein Nicht-Härtungsgebiet zwischen den Härtungsgebieten in dem Zwischenerhöhungsbereich besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass:
das Nicht-Härtungsgebiet in dem Zwischenerhöhungsbereich mit einer Öffnung ausgebildet ist; der formgepresste Gegenstand eine Mittelsäule eines Fahrzeugs ist; und
wobei das Härtungsgebiet ein Gebiet von einer sich zu einem Ende hin erweiternden Gestalt ist, das sich kontinuierlich von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich erstreckt.
Der, wie oben beschrieben, einer Härtebehandlung zu unterziehende, formgepresste Gegenstand ist eine Mittelsäule eines Fahrzeugs. Vorzugsweise wird das Härtungsgebiet an einem Bereich der Mittelsäule vorgesehen, der mit einer Fensteröffnung in einer Seitentür des Fahrzeugs korrespondiert, in die eine Fensterscheibe eingesetzt wird.
Dementsprechend kann eine geforderte Festigkeit gegen eine seitliche Kollision mit anderen Fahrzeugen, Wänden, und so weiter, einem Bereich der Mittelsäule verliehen werden, der in der Breitenausdehnung in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs klein ist, um von der Kabine durch die Fensterscheibe der Seitentür ein breites Sichtfeld zu ermöglichen.
Außerdem kann das Härtungsgebiet der Mittelsäule ein Gebiet sein, das eine einheitliche Festigkeitsverteilung von einem oberen Bereich bis zu einem unteren Bereich aufweist, und kann auch ein Gebiet von einer sich zu einem Ende hin erweiternden Gestalt sein, das sich kontinuierlich von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich erstreckt.
Dem Letzteren entsprechend, kann die Festigkeit einer Stelle, die eine große Seitenkollisionslast von anderen Fahrzeugen, und so weiter, aufnimmt, groß gestaltet werden, und die Kollisionsenergie kann durch einen Bereich effektiv absorbiert werden, der höher als die Stelle liegt, und dessen Festigkeit fortschreitend abnimmt. Außerdem breitet sich das Härtungsgebiet kontinuierlich aus und weist keinen Bereich auf, dessen Form sich plötzlich verändert. Daher verändert sich auch die Festigkeitsverteilung nicht plötzlich, wodurch verhindert wird, dass die Mittelsäule geknickt wird, wenn sie eine Kollisionslast von anderen Fahrzeugen, und so weiter, aufnimmt.
Es sei angemerkt, dass die Form des Härtungsgebietes der Mittelsäule nicht auf die obige beschränkt ist, sondern, zum Beispiel, ein Gebiet in einer sich zu einem Ende hin erweiternden Gestalt ist, das sich in Übereinstimmung mit der auf der inneren Struktur des Fahrzeugs basierenden Festigkeit des Fahrzeugaufbaus kontinuierlich von einem unteren Bereich zu einem oberen Bereich erstreckt, oder ein diskontinuierliches Gebiet ist, in dem das Härtungsgebiet an Stellen entfernt ist, an denen Seitentürscharniere befestigt sind.
Die Mittelsäule, in der ein mit einer Fensteröffnung in der Seitentür zum Einsetzen einer Fensterscheibe korrespondierender Bereich der Härtebehandlung unterzogen wird, kann an einem oberen Bereich und einem unteren Bereich des Härtungsgebietes mit Verstärkungen versehen werden. Die an dem oberen Bereich des Härtungsgebietes vorgesehene Verstärkung kann eine hohe Verbindungsstärke mit Dachbereichen anderer Elemente gewährleisten, die den Fahrzeugaufbau bilden. Die an dem unteren Bereich des Härtungsgebietes vorgesehene Verstärkung kann die Festigkeit der Stellen erhöhen, an denen Seitentürscharniere befestigt sind.
Es sei angemerkt, dass, abhängig von der Art eines Fahrzeugs, das die Mittelsäule verwendet, in der der Bereich, der mit der Fensteröffnung in der Seitentür zum Einbringen einer Fensterscheibe korrespondiert, wie oben beschrieben, einer Härtebehandlung unterzogen wird, eine Verstärkung der an dem oberen Bereich und an dem unteren Bereich des Härtungsgebietes vorgesehenen Verstärkungen, zum Beispiel die obere Verstärkung, weggelassen werden kann.
Ferner kann die Mittelsäule mit einer Verstärkung ausgestattet werden, die die gleiche oder fast die gleiche Länge wie die mit dem Härtungsgebiet versehene Zone in der Längsrichtung der Mittelsäule aufweist. Dadurch nimmt das Gesamtgewicht der Mittelsäule zu, aber die Gesamtfestigkeit der Mittelsäule kann durch die Zunahme der Festigkeit, die sich aus der Härtebehandlung ergibt, höherer gestaltet werden als die einer anderen Mittelsäule mit demselben Gesamtgewicht.
Ferner kann, wenn an der Mittelsäule eine Verstärkung vorgesehen ist, diese Verstärkung verwendet werden, und entsprechend kann der formgepresste Gegenstand, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, ein beliebiger formgepresste Gegenstand sein.
Ferner kann die Härtungseinrichtung zum Durchführen der Härtebehandlung an dem formgepressten Gegenstand eine Induktionshärtungseinrichtung, eine Laserhärtungseinrichtung, oder eine Gasflammenhärtungseinrichtung sein, und kann somit ein beliebiger Typ von Härtungseinrichtung sein.
In den Zeichnungen:
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Seitenaufbau auf der linken Seite von rechten und linken Seitenaufbauten eines Vierradantrieb-Fahrzeugs zeigt, in dem eine Mittelsäule, die ein formgepresster Gegenstand entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, verwendet wird;
2 ist eine entlang einer Linie S2-S2 in 1 aufgenommene Querschnittansicht;
3 ist eine Vorderansicht der gesamten Mittelsäule, die in einer Beziehung mit einem inneren Paneel von einem äußeren Paneel und dem inneren Paneel gezeigt ist, die in 1 den Seitenaufbau bilden;
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Bereichs der Mittelsäule, die einen einer Härtebehandlung unterzogenen Bereich zeigt;
5 ist eine entlang einer Linie S5-S5 in 4 aufgenommene Querschnittansicht;
6 ist eine entlang einer Linie S6-S6 in 4 aufgenommene Querschnittansicht;
7 ist eine entlang einer Linie S7-S7 in 4 aufgenommene Querschnittansicht;
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung einer Induktionshärtungseinrichtung zeigt, wenn sie auf die Mittelsäule aufgesetzt ist;
9 ist eine Ansicht, ähnlich 2, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, in dem eine Verstärkung über eine Zone in der Längsrichtung der Mittelsäule hinweg, die mit den Härtungsgebieten versehen ist, auf der Mittelsäule vorgesehen ist;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen vorderen Stoßstangenträger und ein rechtes und linkes Paar von vorderen Seitenrahmen vor dem Verbinden zeigt;
11 ist eine Draufsicht, die den vorderen Stoßstangenträger und das rechte und linke Paar von vorderen Seitenrahmen nach dem Verbinden zeigt;
12 ist eine Seitenansicht, die den vorderen Stoßstangenträger und das rechte und linke Paar von vorderen Seitenrahmen nach dem Verbinden zeigt;
13 ist eine entlang einer Linie S13-S13 in 11 aufgenommene Querschnittansicht;
14 ist eine entlang einer Linie S14-S14 in 11 aufgenommene Querschnittansicht;
15 ist eine entlang einer Linie S15-S15 in 11 aufgenommene Querschnittansicht;
16 ist eine entlang einer Linie S16-S16 in 12 aufgenommene Querschnittansicht;
17 ist eine entlang einer Linie S17-S17 in 12 aufgenommene Querschnittansicht;
18 ist eine entlang einer Linie S18-S18 in 12 aufgenommene Querschnittansicht;
19A ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen dem Induktionshärten zu unterziehenden, formgepressten Gegenstand zeigt, und 19B ist eine schematische Querschnittansicht des formgepressten Gegenstands;
20 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die den Zustand des auf einer Auflage angebrachten, formgepressten Gegenstands in 19 zeigt;
21 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die den Zustand des auf der Auflage angebrachten, formgepressten Gegenstands in 19 und einen Heizinduktor zum Induktionshärten zeigt, der nahe an dem formgepressten Gegenstand angeordnet ist;
22 ist eine schematische Querschnittansicht, die den Zustand des Heizinduktors zum Induktionshärten, der nahe an einem Härtungsgebiet angeordnet ist, das in dem formgepressten Gegenstand in 19 bestimmt ist, und innerhalb des Heizinduktors angeordnete Kühlrohre zeigt;
23 ist eine schematische Querschnittansicht eines Kantenbereichs des formgepressten Gegenstandes in 19, und des Heizinduktors zum Induktionshärten, der nahe dazu angeordnet ist;
24 ist eine schematische Querschnittansicht, die den formgepressten Gegenstand und den Heizinduktor in 23 entlang dem Kantenbereich geschnitten zeigt;
25A ist eine schematische Draufsicht des formgepressten Gegenstands in 19, und 25B ist eine schematische Querschnittansicht, die den formgepressten Gegenstand und den Heizinduktor entlang dem Kantenbereich geschnitten zeigt;
26 ist eine Grafik, die die Härteverteilungen innerhalb eines Härtungsgebietes zeigt, das in den Beispielen 1 und 2 dem Härten unterzogen wird;
27 ist eine seitliche Querschnittansicht, die ein spezifisches Beispiel einer Härtungseinrichtung zeigt, wobei die Ansicht sie mit einem Kühlwasserumlaufweg und einem Versorgungsweg eines Oxidationsschutzgases zeigt;
28 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Bereichs in 27; und
29 ist eine entlang einer Linie S29-S29 von 28 aufgenommene Querschnittansicht.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detaillierter beschrieben. Die 1 zeigt einen Seitenaufbau 1 auf der linken Seite von rechten und linken Seitenaufbauten eines Vierradantrieb-Fahrzeugs, in dem eine Mittelsäule, die ein formgepresster Gegenstand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, verwendet wird. Der Seitenaufbau 1 wird gebildet, indem ein äußeres Paneel an der Außenseite des Fahrzeugs und ein inneres Paneel an der Innenseite des Fahrzeugs zusammengefügt werden. Außerdem ist in dem Seitenaufbau 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mittelsäule 10 in einem inneren Raum 4 angeordnet, der durch Mittelsäulenbereiche 2A und 3A eines äußeren Paneels 2 und eines inneren Paneels 3 zwischen einem Vordersitz und einen Rücksitz gebildet wird, wie in 2 gezeigt, die eine entlang einer Linie S2-S2 in 1 aufgenommene Querschnittansicht ist.
Diese Mittelsäule 10 setzt sich zusammen aus: einem Zwischenerhöhungsbereich 11, der sich in einer vertikalen Richtung erstreckt, die eine Längsrichtung ist; einen Paar von Schenkelbereichen 12, die beide in der Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs 11 von dem Zwischenerhöhungsbereich 11 auf beiden Seiten zu der Innenseite des Fahrzeugs hin in eine zu der vertikalen Richtung senkrechten Richtung gebogen sind, das heißt auf beiden Seiten in einer Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs, und sich in der vertikalen Richtung erstrecken, wobei eine Biegerichtung eine Richtung der Breite davon ist; und Wangenbereichen 13, die sich in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs von den äußeren Enden der Schenkelbereiche 12 voneinander weg erstrecken. Dadurch hat die Mittelsäule 10 einen Querschnitt in der Gestalt eines Hutes.
3 zeigt eine Vorderansicht der gesamten Mittelsäule 10, in der das innere Paneel 3 gezeigt ist, wobei das äußere Paneel 2 entfernt ist. Die oberen und unteren Endbereiche der Mittelsäule 10 sind mit Ausbauchungsbereichen 14 und 15 ausgebildet, die in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs ausbauchen, und als Ergebnis ist die gesamte Form der Mittelsäulen fast eine I-Form. Die zwischen dem äußeren Paneel 2 und dem inneren Paneel 3 zu installierende Mittelsäule 10 wird mit dem äußeren Paneel 2 und dem inneren Paneel 3 verbunden, indem die oberen und die unteren Ausbuchtungsbereiche 14 und 15 mit einem Dachbereich und einem Bodenbereich des äußeren Paneels 2 und mit einem Dachbereich 3C und einem Bodenbereich 3D des inneren Paneels 3 zusammengefügt werden, und indem die in 2 gezeigten Wangenbereiche 13 mit einem Wangenbereich 2B des Mittelsäulenbereichs 2A des äußeren Paneels 2 und mit einem Wangenbereich 3B des Mittelsäulenbereichs 3A des inneren Paneels 3 jeweils durch Punktschweißen zusammengefügt werden.
Ferner sind, wie in 3 gezeigt, die Verstärkungen 16 und 17 an dem oberen Bereich der Mittelsäule 10 und an einem fast mittleren Bereich oder an einem Bereich, der in der vertikalen Richtung etwas tiefer als dieser liegt, angeordnet, und die Verstärkungen 16 und 17 sind mit der Mittelsäule 10 durch Punktschweißen zusammengefügt.
Wie in 2 gezeigt, ist der Zwischenerhöhungsbereich 11 der Mittelsäule 10 mit einer Öffnung 18 ausgebildet. Wie in 3 gezeigt, ist in der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 11 eine Vielzahl von Öffnungen 18 vorgesehen. Diese Öffnungen 18 sind für den Zweck vorgesehen, dass, wenn der Seitenaufbau 1, der aus dem äußeren Paneel 2, dem inneren Paneel 3, der Mittelsäule 10, den Verstärkungen 16 und 17 und anderen notwendigen Teilen hergestellt ist, zur galvanischen Beschichtung in eine Flüssigkeit für galvanisches Beschichten eingetaucht wird, die Flüssigkeit für galvanisches Beschichten, die in den inneren Raum 4 eindringt, der durch die Mittelsäulenbereiche 2A und 3A des äußeren Paneels 2 und des inneren Paneels 3 gebildet wird, sicher in einen schmalen Spalt 5 zwischen dem Mittelsäulenbereich 2A des äußeren Paneels 2 und der Mittelsäule 10 eindringen kann, so dass die innere Fläche des Mittelsäulenbereichs 2A des äußeren Paneels 2, wie vorher festgelegt, sicher galvanisch beschichtet werden kann.
In der obigen Anordnung wird die Mittelsäule 10 durch Transferpressen eines nicht beschichteten Stahlblechs oder eines galvanisierten Stahlblechs von 1,0 mm, 1,2 mm, 1,4 mm oder 1,6 mm Dicke und einem Niveau von 441,29925 N/mm2 Zugfestigkeit hergestellt, und bei der Herstellung durch diesen Transferpressen-Arbeitsgang werden die Öffnungen 18 durch Stanzen ausgebildet.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Bereichs, der einen Bereich, der der Härtebehandlung unterzogen werden soll, von der Mittelsäule 10 zeigt, die, wie oben beschrieben, mit Öffnungen 18 ausgebildet ist. Die Härtungsgebiete Q, deren Umrisse durch Zweipunkt-Strichlinien 19 gezeigt werden, sind zwischen den Verstärkungen 16 und 17 vorgesehen, wobei sie die Verstärkungen 16 und 17 teilweise überlappen. 5 ist eine entlang einer Linie S5-S5 in 4 aufgenommene Querschnittansicht, 6 ist eine entlang einer Linie S6-S6 in 4 aufgenommene Querschnittansicht, und 7 ist eine entlang einer Linie S7-S7 in 4 aufgenommene Querschnittansicht. Wie anhand von 4 bis 7 zu erkennen ist, sind die Härtungsgebiete Q in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 und dem Paar von Schenkelbereichen 12 vorgesehen, und sind Gebiete in Richtung des Endes sich ausweitender Gestalt, die sich in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 und dem Paar von Schenkelbereichen 12 kontinuierlich von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich erstreckt.
Außerdem sind, wie in 4 gezeigt, die Härtungsgebiete Q in einem Bereich der Mittelsäule 10 vorgesehen, der mit einer in einer Seitentür des Fahrzeugs vorgesehenen Fensteröffnung zum Einsetzen einer Fensterscheibe 20 (siehe auch 3) korrespondiert.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Härtungsgebiete Q an zwei Positionen in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs vorgesehen. Gebiete der Härtungsgebiete Q auf dem Zwischenerhöhungsbereich 11 sind an beiden Seiten in der zu der Längsrichtung der Mittelsäule 10 senkrechten Richtung in der Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs 11 vorgesehen, mit anderen Worten, in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs auf beiden Seiten, und diese Gebiete setzten sich zu Gebieten der Härtungsgebiete Q in den jeweiligen Schenkelbereichen 12 fort.
Die in 4 gezeigten Öffnungen 18 sind zwischen den Gebieten vorgesehen, die in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs auf beiden Seiten in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 der zwei Härtungsgebiete Q vorgesehen sind, die in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs getrennt vorgesehen sind.
In dem Zwischenerhöhungsbereich 11 und dem Paar von Schenkelbereichen 12 sind die Bereiche, die keine Härtungsgebiete Q sind, Nicht-Härtungsgebiete, in denen das Härten nicht ausgeführt wird. Wie oben beschriebenen, sind, da die Härtungsgebiete Q von einer sich in Richtung des Endes erweiternden Gestalt sind, die sich kontinuierlich von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich erstreckt, die Nicht-Härtungsgebiete umgekehrt in einer sich verjüngenden Form, die kontinuierlich von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich kleiner wird. Entsprechende weisen der Zwischenerhöhungsbereich 11 und das Paar von Schenkelbereichen 12 jeweils die Härtungsgebiete Q und die Nicht-Härtungsgebiete auf. Außerdem wird in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 das Verhältnis zwischen den Härtungsgebieten Q und den Nicht-Härtungsgebieten in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs in der Längsrichtung der Mittelsäule 10 in einer solchen Weise verändert, dass sich der Anteil der Härtungsgebiete Q beim Übergang von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich vergrößert. Auch wird in jedem der Paare von Schenkelbereichen 12 das Verhältnis zwischen dem Härtungsgebiet Q und dem Nicht-Härtungsgebiet in der Breitenrichtung des Schenkelbereichs 12 in der Längsrichtung der Mittelsäule 10 in einer solchen Weise verändert, dass der Anteil des Härtungsgebietes Q sich beim Übergang von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich vergrößert.
Die oben beschriebenen Härtungsgebiete Q werden durch Herstellen der Mittelsäule 10 aus dem oben erwähnten galvanisierten Stahlblech durch den Transferpressen-Arbeitsgang, der bei der Herstellung die Öffnungen 18 ausbildet, und danach durch Ausführen der Härtebehandlung auf der Mittelsäule 10 mittels einer Induktionshärtungseinrichtung gebildet.
8 zeigt eine allgemeine Anordnung einer Induktionshärtungseinrichtung 30. Die Induktionshärtungseinrichtung 30 weist einen Oszillator 31 auf; und ein Paar von in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs vorgesehenen Spulenbereichen 32, die mit dem Oszillator 31 verbunden sind und auf die Mittelsäule 10 aufgesetzt sind, oder so aufgesetzt sind, dass sie der Mittelsäule 10 gegenüberliegen. Dadurch kann die Induktionshärtungseinrichtung 30 die oben beschriebenen Härtungsgebiete Q in der Mittelsäule 10 abhängig von der Einstellung, wie der Form des Spulenbereichs 32, der für jedes der Härtungsgebiete Q vorgesehen ist, die in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs in der Mittelsäule 10 getrennt ausgebildet sind, schaffen.
Die Härtebehandlung durch die Induktionshärtungseinrichtung 30 schafft die Härtungsgebiete Q, die, wie in 4 bis 7 gezeigt, in der Mittelsäule 10 gehärtet werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Härtungsgebiete Q und die Nicht-Härtungsgebiete in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 und dem Paar von Schenkelbereichen 12 der Mittelsäule 10 geschaffen, in der die Festigkeit der Mittelsäule 10 durch das Verhältnis zwischen den Härtungsgebieten Q und dem Nicht-Härtungsgebiet in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs bestimmt wird, und durch das Verhältnis zwischen dem Härtungsgebiet Q und dem Nicht-Härtungsgebiet in den Schenkelbereichen 12 in der Breitenrichtung des Schenkelbereichs 12. Somit kann eine geforderte Festigkeit der Mittelsäule 10 durch diese Verhältnisse eingestellt werden, und die Festigkeitsverteilung in der Längsrichtung der Mittelsäule 10 kann leicht eingestellt werden, indem das Verhältnis zwischen den Härtungsgebieten Q und den Nicht-Härtungsgebieten in der Längsrichtung der Mittelsäule 10 bestimmt wird.
Außerdem sind die Härtungsgebiete Q in der Mittelsäule 10 in einem Bereich angeordnet, der mit der in der Seitentür vorgesehenen Fenstereröffnung für die dort einzusetzende Scheibe 20 korrespondiert. Obwohl dieser Bereich der Mittelsäule 10 ein Bereich ist, der in einer derartigen Weise gebildet ist, dass dessen Breite in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs klein ist, um von der Kabine ein breites Sichtfeld zu ermöglichen, kann das Einrichten von Härtungsgebieten Q in diesem Bereich diesem Bereich eine ausreichende Festigkeit gegen eine Last bei einer seitlichen Kollision mit anderen Fahrzeugen, Wänden, und so weiter, verleihen.
Ferner ist ein tiefer als die Härtungsgebiete Q liegender Bereich mit einem Verstärkungsträger verstärkt, der in einem Bereich der Seitentür installiert ist, der tiefer als die Fensterscheibe 20 liegt, und dieser Verstärkungsträger gewährt eine Festigkeit gegen die Kollisionslast für den Bereich, der tiefer als die Härtungsgebiete Q liegt. Außerdem sind die Härtungsgebiete Q von der sich zum Ende hin ausweitenden Gestalt, die sich von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich der Mittelsäule 10 erstreckt, und können entsprechend eine hohe Festigkeit an einer Stelle gewährleisten, die eine große, seitliche Kollisionslast von anderen Fahrzeugen, und so weiter, aufnimmt. Außerdem kann Kollisionsenergie effektiv von einem Bereich absorbiert werden, der höher liegt als die Stellen, und dessen Festigkeit fortschreitend abnimmt, und dessen Zähigkeit entsprechend der Ausweitung der Nicht-Härtungsgebiete fortschreitend zunimmt.
Außerdem werden die Härtungsgebiete Q kontinuierlich verändert, und nicht plötzlich verändert, und dadurch wird keine Stelle hergestellt, an der sich die Festigkeit durch die Härtebehandlung plötzlich ändert, wodurch verhindert wird, dass die Mittelsäule 10 durch Aufnahme einer Kollisionslast oder ähnlichem von anderen Fahrzeugen, und so weiter, plötzlich geknickt wird.
Ferner ist die Mittelsäule 10 an den oberen und unteren Bereichen der Härtungsgebiete Q mit den Verstärkungen 16 und 17 versehen, so dass die Verstärkung 16 an den oberen Bereichen der Härtungsgebiete Q eine hohe Festigkeit für das Zusammenfügen mit den Dachbereichen des oben erwähnten äußeren Paneels 2 und des inneren Paneels 3, die den Fahrzeugaufbau bilden, gewährleistet, und die untere Verstärkung 17 an den unteren Bereichen der Härtungsgebiete Q die Festigkeit von Stellen erhöhen kann, an denen Seitentürscharniere befestigt werden. Außerdem können diese Verstärkungen 16 und 17 einen scharfen Abfall der Festigkeit der Mittelsäule 10 an den oberen und unteren Endbereichen der Härtungsgebiete Q verhinder.
Außerdem sind die in der Mittelsäule 10 vorgesehenen Gebiete der Härtungsgebiete Q in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 auf beiden Seiten in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs getrennt vorgesehen. Ein Zwischenbereich zwischen beiden Seiten, das heißt, ein Bereich der das Nicht-Härtungsgebiet ist, ist mit den Öffnungen 18 ausgebildet, die, wie oben beschrieben, zum Zeitpunkt des galvanischen Beschichtens benötigt werden. Da die Härtungsgebiete Q in der Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs in dem Zwischenerhöhungsbereich 11 auf beiden Seiten und von den Positionen der Öffnungen 18 entfernt vorgesehen sind, verursacht das Schaffen der Härtungsgebiete Q in der Mittelsäule 10 durch den Induktionshärtungsvorgang nach dem Ausbilden der Öffnungen 18 niemals eine Unebenheit beim Härten da sich die Induktionshärtungsenergie auf die Umgebungen der Öffnungen 18 konzentriert.
Überdies wird die Mittelsäule 10 durch Ausführen eines Pressarbeitsvorganges an dem Stahlblech von 441,29925 N/mm2 Zugfestigkeit hergestellt, und diese Zugfestigkeit ist nicht so hoch, so dass die Mittelsäule 10 von komplexer Form in einer gewünschten Form ausgebildet werden kann. Außerdem kann die Härtetemperatur zum Härten des Stahlblechs mit der obigen Zugfestigkeit eine relativ geringe Temperatur sein, 900°C oder weniger, zum Beispiel eine Temperatur innerhalb einer Spanne von 750°C bis 900°C. Außerdem bricht eine Härtetemperatur innerhalb einer Spanne von 800°C bis 850°C niemals eine galvanische Schicht des galvanisierten Stahlblechs auf, wie sie auch eine vorbestimmte Zugfestigkeit durch das Härten sicherstellen kann. Somit ist es möglich, eine auf der Mittelsäule 10 geforderte Zugfestigkeit zu erreichen, indem als Material für die Mittelsäule 10 das galvanisierte Stahlblech verwendet wird, das effektiv gegen Rost geschützt ist.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem eine Verstärkung 40, die in der Längsrichtung der Mittelsäule 10 dieselbe oder fast dieselbe Länge wie die der Zone aufweist, die mit den Härtungsgebieten Q versehen ist, durch Punktschweißen mit der Mittelsäule 10 zusammengefügt ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhöht sich das Gesamtgewicht der Mittelsäule 10 durch das der Verstärkung 40. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht jedoch den Vorteil, dass die Gesamtzugfestigkeit der Mittelsäule 10 durch die Zunahme der Zugfestigkeit, die sich durch das Schaffen der Härtungsgebiete Q in der Mittelsäule 10 ergibt, verglichen mit dem Fall einer anderen Mittelsäule, die dasselbe Gesamtgewicht aufweist, erhöht werden kann.
Es sei angemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Verstärkung 40 an der Mittelsäule 10 als ein von den in 3 und 4 gezeigten Verstärkungen 16 und 17 unabhängiges Element vorgesehen werden kann, oder auf der Mittelsäule 10 als ein Element vorgesehen werden kann, das eine lange, vertikale Ausdehnung aufweist und auch als Verstärkungen 16 und 17 dient. Alternativ können die Verstärkungen 16 und 17 mit der Verstärkung 40, die die lange, vertikale Ausdehnung aufweist, überlagert und mit ihr zusammengefügt werden.
10 bis 18 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines vorderen Stoßstangenträgers und vordere Seitenrahmen eines Vierradantrieb-Fahrzeugs, wenn die Härtebehandlung darauf angewandt wird. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines vorderen Stoßstangenträgers 50 und eines rechten und linken Paares von vorderen Seitenrahmen 60 vor dem Verbinden, 11 ist eine Draufsicht nach dem Verbinden, und 12 ist eine Seitenansicht nach dem Verbinden. 13 ist eine entlang einer Linie S13-S13 in 11 aufgenommene Querschnittansicht, 14 ist eine entlang einer Linie S14-S14 in 11 aufgenommene Querschnittansicht, 15 ist eine entlang einer Linie S15-S15 in 11 aufgenommene Querschnittansicht, 16 ist eine entlang einer Linie S16-S16 in 12 aufgenommene Querschnittansicht, 17 ist eine entlang einer Linie S17-S17 in 12 aufgenommene Querschnittansicht und 18 ist eine entlang einer Linie S18-S18 in 12 aufgenommene Querschnittansicht.
Wie in 10 bis 12 gezeigt, werden auf der rechten und der linken Seite des vorderen Stoßstangenträgers 50, der eine Gesamtform in der Gestalt eines Bogens aufweist, bei dem der mittlere Bereich in der Längsrichtung davon nach vorne ausbaucht, äußere Bereiche des rechten und linken Paares von vorderen Seitenrahmen 60 mit dem vorderen Stoßstangenträger 50 durch Schweißen oder durch Befestigungsmittel, wie Bolzen oder ähnlichem, verbunden. Diese vorderen Seitenrahmen 60 werden mit den rechten und linken Seitenaufbauten und einem Armaturenpaneel in einem Motorraum eines FF(Front Engine Front Wheel Drive bzw. Frontmotor-Vorderradantrieb) Vierradantrieb-Fahrzeugs verbunden.
Wie in 10 und 13 bis 15 gezeigt, ist der vordere Stoßstangenträger 50 zusammengesetzt aus: einem vorderen Flächenbereich 51, der ein Zwischenerhöhungsbereich ist, der sich in der Längsrichtung erstreckt, die die seitliche Richtung des Fahrzeugs ist; und einem oberen Flächenbereich 52 und einem unteren Flächenbereich 53, die ein Paar von Schenkelbereichen sind, die beide auf beiden Seiten in einer zu der Längsrichtung senkrechten Richtung in der Oberfläche des vorderen Flächenbereichs 51 zu der Rückseite des Fahrzeugs hin gebogen sind, mit anderen Worten, auf den oberen und den unteren Seiten, mit einer Biegungsrichtung, die eine Richtung der Breite davon ist; und einem rückseitigen Flächenbereich 54, der hintere Endbereiche des oberen Flächenbereichs 52 und des unteren Flächenbereichs 53 verbindet. Der obere Flächenbereich 52, der untere Flächenbereich 53 und der rückseitige Flächenbereich 54 sind so ausgeführt, dass sie sich, ähnlich wie der vordere Flächenbereich 51, in der Längsrichtung des vorderen Stoßstangenträgers 50 erstrecken und eine Länge über die gesamte Länge des vorderen Stoßstangenträgers 50 aufweisen.
In dem vorderen Stoßstangenträger 50 vorgesehene Härtungsgebiete Q sind, wie in 11, die die Umrisse der Härtungsgebiete Q auf dem oberen Flächenbereich 52 durch Zweipunkt-Strichlinien 55 zeigt, und in 13 bis 15 gezeigt, die Veränderungen in den Gebieten Q in der Längsrichtung des vorderen Stoßstangenträgers 50 zeigen, bei verbundenen Bereichen auf den rechten und linken Seiten vergrößert, mit denen äußere Bereiche des rechten und linken Paares von vorderen Seitenrahmen 60 verbunden werden, und werden zwischen den rechten und linken Seiten zum mittleren Bereich hin fortschreitend verringert.
Eine derartige Gestaltung der Härtungsgebiete Q ermöglicht es, dass, wenn eine geringe Kollisionslast auf den mittleren Bereich des vorderen Stoßstangenträgers 50 einwirkt, der eine Gesamtform in der Gestalt eines Bogens aufweist, in dem der mittlere Bereich zwischen den rechten und linken Seiten nach vorne ausbaucht, die geringe Kollisionslast effektiv durch den mittleren Bereich aufgenommen werden kann, der keine so hohe Zugfestigkeit aufweist und statt dessen, aufgrund des Nicht-Härtungsgebietes, eine hohe Zähigkeit aufweist. Andererseits kann eine hohe Kollisionslast effektiv durch die rechten und linken verbundenen Bereiche aufgenommen werden, die hohe Zugfestigkeiten aufweisen, die aus den Härtungsgebieten Q resultieren, deren Flächengebiet größer ist als das Nicht-Härtungsgebiet und mit denen die vorderen Seitenrahmen 60 verbunden sind.
Wie in 10 und 16 bis 18 gezeigt, umfasst jeder der vorderen Seitenrahmen 60: einen Stegbereich 61, der ein Zwischenerhöhungsbereich ist, der sich in der Längsrichtung erstreckt, die die Vorne-und-Hinten-Richtung des Fahrzeugs ist; und Wangenbereiche 62 und 63, die ein oberes und unteres Paar von Schenkelbereichen sind, die beide in der Oberfläche des Stegbereichs 61 auf beiden Seiten in eine zu der Längsrichtung senkrechten Richtung zu der Außenseite des Fahrzeugs hin gebogen sind, mit anderen Worten, auf den oberen und unteren Seiten, wobei der Biegungsrichtung eine Richtung der Breite davon ist. Die Wangenbereiche 62 und 63 erstrecken sich, ähnlich wie der Stegbereich 61, in der Längsrichtung des vorderen Seitenrahmens 60.
In dem vorderen Seitenrahmen 60 vorgesehene Härtungsgebiete Q, die eine derartige Form aufweisen, wie sie in 12, die die Umrisse der Härtungsgebiete Q in dem Stegbereich 61 durch Zweipunkt-Strichlinien 64 zeigt, und in 16 bis 18 gezeigt ist, die Veränderungen in den Gebieten Q in der Längsrichtung des vorderen Seitenrahmens 60 zeigen, sind in einem äußeren Bereich groß, der mit dem vorderen Stoßstangenträger 50 verbunden ist, und in einem zurückgesetzten Bereich an einer von dem äußeren Bereich zu der Rückseite des Fahrzeugs hin mit einem Abstand davon zurückgesetzten Position groß, und sind in einem mittleren Bereich zwischen diesen Bereichen klein.
Eine solche Gestaltung ermöglicht, dass, wenn eine große Kollisionslast von dem vorderen Stoßstangenträger 50 auf den vorderen Seitenrahmen 60 wirkt, der mittlere Bereich, der zwischen dem äußeren Bereich und dem zurückgesetzten Bereich eine geringe Zugfestigkeit aufweist, eine Knickstelle sein kann, an der Knicken verursacht wird, sodass eine hohe Kollisionsenergie durch den vorderen Seitenrahmen 60 aufgrund der Knickstelle effektiv absorbiert werden kann.
Als nächstes werden ein Verfahren und eine Einrichtung beschrieben, die jeweils zum Ausführen von Induktionshärten an formgepressten Gegenständen, einschließlich Fahrzeugaufbauteilen, wie einer Mittelsäule und so weiter, gedacht sind.
Ein in den 19A und 19B gezeigter, formgepresster Gegenstand 101 wird durch Formpressen eines Stahlblechs hergestellt und weist eine Form auf, die ausgestattet ist mit: einem Zwischenerhöhungsbereich 101A, der sich über die gesamte Länge davon erstreckt; Wangenbereiche 101B auf beiden Seiten davon; Schenkelbereiche 101D, die zwischen dem Zwischenerhöhungsbereich 101A und den Wangenbereichen 101B vorgesehen sind, und die beide in der Oberfläche des Zwischenerhöhungsbereichs 101A von beiden Seiten zu derselben Seite hin in einer zu der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A senkrechten Richtung gebogen sind, und sich in der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A erstrecken, wobei eine Biegungsrichtung eine Richtung der Breite davon ist, in der, zwischen dem Zwischenerhöhungsbereich 101A und den zwei Schenkelbereichen 101D, Kantenbereiche 101C gebildet sind. Gebiete mit einer schmalen Breite, die entlang der Kantenbereiche 101C festgelegt sind (durch Schraffuren gezeigte Bereiche), sind dem Härten zu unterziehende Härtungsgebiete 102.
Die Härtungsgebiete 102 erstrecken sich über den Zwischenerhöhungsbereich 101A und die Schenkelbereiche 101D, und ein Bereich zwischen den zwei Härtungsgebieten 102 in dem Zwischenerhöhungsbereich 101A ist ein Nicht-Härtungsgebiet.
In der Zeichnung weisen die Härtungsgebiete 102 entlang der Kantenbereiche 101C eine unveränderte Breite auf. Wenn jedoch das Verhältnis zwischen den Härtungsgebieten 102 und dem Nicht-Härtungsgebiet entlang der Kantenbereiche 101C verändert wird, mit anderen Worten, entlang der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A, wird die Breitenausdehnung der Härtungsgebiete 102 in der zu der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A senkrechten Richtung in der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A verändert.
Zur Anwendung der Härtebehandlung auf den formgepressten Gegenstand 101 werden zuerst die Wangenbereiche 101B des formgepressten Gegenstand 101 auf einer Aufnahmefläche 105A einer Aufnahme 105 angebracht und mit Befestigungselementen 106 oder Bolzen oder Klammern (nicht gezeigt) befestigt. Die Aufnahmefläche 105A der hier verwendeten Aufnahme 105 weist Krümmungen auf, die mit Krümmungen der Wangenbereiche 101B des formgepressten Gegenstands 101 übereinstimmen, wodurch der formgepresste Gegenstand 101, wie er ist, in einer vorbestimmten Form befestigt und gehalten werden kann. Es sei angemerkt, dass, wenn beim Härten des formgepressten Gegenstands 101 ein nicht vernachlässigbarer Verzug an dem formgepressten Gegenstand 101 auftritt, empfohlen wird, die Form der Aufnahmefläche 105A der Aufnahme 105 so zu gestalten, dass sie dem formgepressten Gegenstand einen entgegengesetzten Verzug hinzufügen kann, der den durch das Härten verursachten Verzug ausgleichen kann, wenn der formgepresste Gegenstand 101 auf der Aufnahmefläche 105A befestigt ist, oder dem formgepressten Gegenstand 101 vorweg einen entgegengesetzten Verzug zufügen kann, indem auf geeignete Weise ein Abstandsstück zwischen dem formgepressten Gegenstand 101 und der Aufnahmefläche 105A angeordnet wird, wenn der formgepresste Gegenstand 101 darauf angebracht wird. Ein solcher entgegengesetzter Verzug wird im voraus aufgebracht, um den durch das Härten verursachten Verzug auszugleichen, wodurch ein gehärteter, formgepresster Gegenstand in einer gewünschten Form mit geringem oder keinem Verzug erlangt werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Härtebehandlung durchgeführt werden kann, ohne dass der formgepresste Gegenstand einspannt wird, oder indem er leicht eingespannt wird, so dass der formgepresste Gegenstand beim Erwärmen zum Härten frei verformt werden kann.
Dann werden, wie in 21 und 22 gezeigt, Heizinduktoren 111 zum Induktionshärten naheliegend angeordnet, um den größten Teil der Härtungsgebiete 102 abzudecken, die in den Kantenbereichen 101C des Zwischenerhöhungsbereichs 101A des formgepressten Gegenstands 101 festgelegt sind, und Kühlrohre 113, die Kühlwasser auf einmal auf die Gesamtheit der durch die Heizinduktoren 111 erwärmten Gebiete sprühen können, sind innerhalb des formgepressten Gegenstands 101 angeordnet. Die hier verwendeten Heizinduktoren 111 umfassen induktive Stromleiter 112, die aus hohlen, zylindrischen Stromleitern, wie Kupferrohren oder ähnlichem gebildet, sind, und in der Form ausgebildet sind, dass sie sich entlang der Kantenbereiche 101C mit einem fast unveränderlichen Abstand jeweils auf beiden Seiten des Zwischenerhöhungsbereichs 101A befinden. Die Querschnittsform des induktiven Stromleiters 112 wird im Folgenden beschriebenen. Die auf beiden Seiten angeordneten Heizinduktoren 111 weisen Enden auf, die mittels eines Verbindungselements 114, das aus einem hohlen Stromleiter besteht, miteinander in einer derartigen Anordnung verbunden sind, dass darauf ein Strom aufgebracht und dadurch Wasser hindurch strömen kann, und die anderen Enden, die mit Verbindungsrohren 115 versehen sind, die aus hohlen Stromleitungen gebildet sind. Die Verbindungsrohre 115 sind mit einer Stromversorgungsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die auf die Heizinduktoren 111 einen Hochfrequenzstrom aufbringt, und mit Zu- und Ablaufrohren des Kühlwassers verbunden. Somit weisen die Heizinduktoren 111 eine Anordnung auf, die durch die Stromversorgungsvorrichtung mit einem Hochfrequenzstrom versorgt wird, wie sie auch mit in dem hohlen Inneren strömenden Kühlwasser versorgt wird, so dass die Heizinduktoren 111 selbst gekühlt werden.
Als nächstes wird die Form des Querschnitts des Heizinduktors 111 beschrieben (die Form des Querschnitts in einer Fläche quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A, wobei der Heizinduktor 111 dem Härtungsgebiet 102 gegenüberliegend angeordnet ist). Wie in 23 gezeigt, umfasst der induktive Stromleiter 112 des Heizinduktors 111 eine induktive Fläche 112A, die dem in dem formgepressten Gegenstand 101 festgelegten Härtungsgebiet 102 gegenüber liegt. Die Form in der Richtung quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A der induktiven Fläche 112A ist in einer Form gestaltet, die einer Flächenform des Härtungsgebiets 102 folgt. Diese Anordnung ermöglicht, dass ein Zwischenabstand D des induktiven Stromleiters 112A bezüglich des Härtungsgebiets 102, in der Richtung quer über den Zwischeherhöhungsbereich 101A gleichmäßig ist. Der Zwischenabstand D wird, wie oben beschriebenen, gleichmäßig gestaltet, so dass Wärme durch die Anwendung eines Hochfrequenzstroms auf den Heizinduktor 111 in das der induktiven Fläche 112A gegenüberliegende Gebiet des formgepressten Gegenstands 101 quer über die gesamte Breite davon fast gleichmäßig eingebracht werden kann. Vorzugsweise wird der Abstand D hier normalerweise mit ungefähr 1 mm bis ungefähr 4 mm eingestellt, um die Effizienz der Wärmeeingabe zu verbessern. Eine Breite W1 der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 wird so eingestellt, dass sie fast die gleiche ist wie die Breite W2 des Härtungsgebiets 102. Vorzugsweise wird vorab eine isolierende Beschichtung 117, wie eine Aluminiumspritzbeschichtung, mindestens auf die induktive Fläche 112A aufgebracht, die dem Härtungsgebiet des Heizinduktors 112 gegenüberliegt. Durch das Bilden der isolierenden Beschichtung 117 wird es möglich, einen Kurzschluss zu vermeiden, obwohl der Heizinduktor 111 den formgepressten Gegenstand 101 berührt, wenn der Heizinduktor 111 nahe an dem formgepressten Gegenstand 101 angeordnet ist.
Wie aus der obigen Ausführung zu entnehmen ist, entspricht der induktive Leiter 112 mit der dem Härtungsgebiet 102 gegenüberliegenden induktiven Fläche 112A in der Größe dem Härtungsgebiet 102, und somit hat der induktive Leiter 112 eine Größe, die die Gesamtheit des Härtungsgebiets 102 auf einmal erwärmen kann.
Wenn der Heizinduktor 111 nahe an dem formgepressten Gegenstand 101 angeordnet ist, ist der Abstand D zwischen der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 und dem Härtungsgebiet 102 des Kantenbereichs 101C normalerweise in der Breitenrichtung des Heizinduktors 111 festgelegt (die Richtung quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A), wie in 23 gezeigt, und ist auch in der Längsrichtung festgelegt (in der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A), wie in 24 gezeigt. Die Gestaltung des Abstands D kann jedoch geeignet verändert werden, um die maximale Einbringungstemperatur oder ähnliches einzustellen. Als ein Verfahren zum Halten des Heizinduktors 111 in der Art, dass dessen induktive Fläche 112A einen vorbestimmten Abstand D bezüglich dem Härtungsgebiet 102 des Kantenbereichs 101C aufweist, kann ein Verfahren vorgeschlagen werden, bei dem der Heizinduktor 111 durch ein geeignetes Halteelement (nicht gezeigt) gehalten wird, und das Halteelement bezüglich der Auflage 105 an einer gewünschten Position positioniert ist. Alternativ ist es auch annehmbar, ein Verfahren zum Anordnen eines geeigneten, isolierenden Abstandstücks zwischen dem Heizinduktor 111 und dem Härtungsgebiet 102 des Kantenbereichs 101C zu verwenden, und den Heizinduktor 111 über das Abstandsstück an das Härtungsgebiet 102 anzudrücken. In dem Fall, dass das Abstandsstück verwendet wird, wird das Abstandsstück vorzugsweise auf der Fläche 112A des Heizinduktors 111 befestigt, die dem Härtungsgebiet 102 gegenüberliegt, um den Vorgang des Anordnens des Heizinduktors 111 zu erleichtern. Dieses Abstandsstück ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Abstand des Heizinduktors 111 bezüglich dem mit einem vorgegebenen umgekehrten Verzug eingespannten formgepressten Gegenstand 101 gesteuert wird.
Wie oben beschriebenen, bringt, nachdem die Heizinduktoren 111 nahe an dem formgepressten Gegenstand 101 angebracht worden sind, die Stromversorgungsvorrichtung (nicht gezeigt) einen Hochfrequenzstrom auf die Heizinduktoren 111 auf, um die Gesamtheit der Härtungsgebiete 102 an den zwei Stellen des formgepressten Gegenstands 101 auf ein Mal induktive zu erwärmen, wodurch die Temperatur der Härtungsgebiete 102 erhöht wird, so dass sie gehärtet werden können. Anschließend wird das Aufbringen des Stroms abgebrochen, und das Kühlwasser wird von den Kühlrohren 130 auf die Härtungsgebiete 102 gesprüht, um sie schnell abzukühlen. Dadurch wird die Gesamtheit der Härtungsgebiete 102 an den beiden Stellen auf einmal gehärtet. Hier wird, wie in 23 gezeigt, die dem Härtungsgebiet 102 des formgepressten Gegenstands 101 gegenüberliegende, induktive Fläche 112A des Heizinduktors 111 so gestaltet, dass ihre Form der Flächenform des Härtungsgebiets 102 in der Richtung quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A folgt, und der Abstand D dazwischen wird gleichmäßig gestaltet, so dass, wenn ein Hochfrequenzstrom auf den Heizinduktor 111 aufgebracht wird, die Gesamtheit des der induktiven Fläche 112A gegenüberliegenden Härtungsgebiets 102 Wärme fast gleichmäßig erzeugen kann; und entsprechend kann die Temperatur in der Gesamtheit des Härtungsgebiets 102 in kurzer Zeit fast auf die gleiche maximale Einbringungstemperatur erhöht werden. Das Induktionsheizen durch den Heizinduktor 111 wird in einer möglichst kurzen Zeit durchgeführt, um so weit wie möglich das Ausbreiten von Wärme in einem Wärmeerzeugungsbereich zu einem dazu benachbarten Gebiet durch Wärmeleitung zu verringern. Wenn die Temperatur in dem Härtungsgebiet 102 durch den Heizinduktor 111 langsam erhöht wird, indem die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung verringert wird, verteilt sich die Wärme in dem Wärmeerzeugungsgebiet durch Wärmeleitung auf die Umgebung, wodurch bewirkt wird, dass sich die Temperatur außerhalb des Härtungsgebiets 102 auch auf eine derartige Temperatur erhöht, bei der gehärtet wird. Als Ergebnis breitet sich das Härtungsgebiet auf das Umfeld des Härtungsgebiets 102 aus, das beabsichtigt gehärtet werden soll, und außerdem könnte die Ausbreitung uneinheitlich sein, oder zwischen den Produkten könnte das gehärtete Gebiet uneinheitlich sein. Deshalb wird die Zeit der Temperaturerhöhung verringert, um dadurch die Wärmeleitung auf die Umgebungen soweit wie möglich zu unterdrücken, wodurch es möglich ist, das Härten nur auf das Härtungsgebiet 102 anzuwenden, das im wesentlichen dem der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 gegenüberliegenden Gebiet entspricht. Als Ergebnis einer Überprüfung durch die aktuellen Erfinder konnte ein ausgezeichnetes Ergebnis erzielt werden, indem die Induktionsheizzeit auf 10 Sekunden oder kürzer, vorzugsweise 5 Sekunden oder kürzer, eingestellt wurde.
Die Frequenz der Hochfrequenzstromanwendung auf den Heizinduktor 111 wird vorzugsweise in einer Spanne von 1 kHz bis 50 kHz eingestellt, die für normales Induktionsheizen viel verwendet werden, und vorzugsweise wird eine Frequenz innerhalb einer relativ niedrigen Frequenzspanne von 5 kHz bis 25 kHz verwendet. In der niedrigen Frequenzspanne hat der Abstand D zwischen der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 und dem Härtungsgebiet 102 einen geringen Einfluss auf die Wärmeeintragsmenge. Daher ermöglicht eine Frequenz innerhalb der Spanne gleichförmiges Erwärmen selbst bei einer geringen Ungleichförmigkeit des Abstands D, wodurch das Anordnen des Heizinduktors 111 vorteilhaft erleichtert wird.
In dem oben beschriebenen Beispiel ist der Zwischenabstand D der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 bezüglich des Härtungsgebiets 102 in der Breitenrichtung und der Längsrichtung des Heizinduktors 111 so festgelegt, dass die Temperatur des Härtungsgebiets 102 auf eine fast einheitliche Temperatur erhöht wird. Da die Wärme sich jedoch beim Induktionsheizen des Härtungsgebietes 102 durch Wärmeleitung auf das benachbarte Gebiet ausbreitet, neigt die Temperatur in dem Randgebiet des Härtungsgebiets 102 und insbesondere in beiden Endgebieten in der Längsrichtung dazu, abzufallen. Daher kann, wenn der Abstand der induktiven Fläche 112A bezüglich des Härtungsgebiets 102 unveränderlich ist, die Einheitlichkeit der Temperatur in einigen Fällen nicht sichergestellt werden. In einem solchen Fall ist es empfehlenswert, den Abstand der induktiven Fläche 112A bezüglich des Härtungsgebiets 102 ortsabhängig zu variieren, um die Temperatur zu vereinheitlichen. Zum Beispiel kann der Abstand des Heizinduktors 111 bezüglich dem Härtungsgebiet 102 an beiden Endbereichen in der Längsrichtung des Zwischenerhöhungsbereichs 101A kleiner eingestellt werden als in dem mittleren Bereich, um den Wärmeeintragsmenge an beiden Endbereichen für eine einheitliche Temperatur zu erhöhen.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird die Temperatur in dem Härtungsgebiet 102 auf eine einheitliche Temperatur angehoben, um dessen Gesamtheit einheitlich zu härten, wodurch eine einheitliche, durch Härten erzeugte Härte erzielt wird. Wenn die durch Härten erzeugte Härte des Härtungsgebiets 102 entlang dem Zwischenerhöhungsbereich 101A verändert werden soll, kann der Abstand zwischen der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors und dem Härtungsgebiet 102 entlang dem Zwischenerhöhungsbereich 101A verändert werden, um die maximale Einbringungstemperatur entlang dem Zwischenerhöhungsbereich 101A zu verändern, oder es kann eine Kühlungsbedingung (z. B. die Kühlwassermenge) entlang dem Zwischenerhöhungsbereich 101A verändert werden, um eine gewünschte Härteverteilung zu erreichen.
Zum Beispiel ist es in 25A, wenn es gewünscht wird, die durch Härten erzeugte Härte in dem Härtungsgebiet 102 an beiden Endbereichen 102A geringer zu gestalten als in einem mittleren Bereich 102B, um den Härteunterschied des Härtungsgebiets 102 bezüglich Gebieten, auf die kein Härten angewandt worden ist, geringer zu gestalten, nur erforderlich, die Abstände D', wie in 25B gezeigt, zwischen der induktiven Fläche 112A des Heizinduktors 111 und dem Härtungsgebiet 112 in beiden Endbereichen 102A weiter als den Abstand D in dem mittleren Bereich 102B einzustellen, oder die durch Härten erzeugte Härte in beiden Endbereichen 102A geringer zu gestalten als in dem mittleren Bereich 102B, indem die Kühlwassermenge in beiden Endbereichen 102A geringer als in dem mittleren Bereich 102B eingestellt wird.
[Beispiel 1]
Die Heizinduktoren 111 mit einer in 23 gezeigten Gestalt eines Querschnittes und einer Breite W1 = 12 mm waren mit einem in den Kantenbereichen des formgepressten Gegenstands, der aus einem Stahlblech von 1,4 mm Dicke in der in 19 und 23 gezeigten Gestalt hergestellt ist, eingestellten Zwischenabstand D = 3 mm über den Härtungsgebieten 102 angeordnet. Ein Hochfrequenzstrom wurde auf die Heizinduktoren 111 mit einer Frequenz von 8 kHz für 5 Sekunden aufgebracht, um ihre Temperatur auf eine Spanne von 850°C bis 950°C zu erhöhen, und unmittelbar danach wurden sie mit Kühlwasser besprüht, um dadurch das Härten auszuführen. Nach Abschluss des Härtens wurde die durch das Härten erzeugte Härteverteilung der Härtegebiete 102 in deren Breitenrichtung gemessen. Ein Beispiel dazu ist in 26 gezeigt. Es sei angemerkt, dass 26 Daten eines halben Bereichs in der Breitenrichtung des Härtungsgebietes einer der Kantenbereiche zeigt, in der die horizontale Achse die Position in der Breitenrichtung des Härtungsgebiets 102 anzeigt, wobei die Mitte in der Breitenrichtung des Härtungsgebietes ein Referenzpunkt (Ordinate 0) ist, und die vertikale Achse die Härte anzeigt.
[Beispiel 2]
Die Heizinduktoren 111, die die gleichen wie die im Beispiel 1 sind, waren mit einem Zwischenabstand D = 3 mm über den Härtungsgebieten 102 angeordnet, die in den Kantenbereichen des formgepressten Gegenstands 101 in der gleichen Weise wie die im Beispiel 1 festgelegt waren. Ein Hochfrequenzstrom wurde auf die Heizinduktoren 111 mit einer Frequenz von 8 kHz für 8 Sekunden aufgebracht, um ihre Temperatur auf eine Spanne von 850°C bis 950°C zu erhöhen, und unmittelbar danach wurden sie mit Kühlwasser besprüht, um dadurch das Härten auszuführen. Nach Abschluss des Härtens wurde die durch das Härten erzeugte Härteverteilung in der Breitenrichtung den in 26 gezeigten Ergebnissen entsprechend gemessen.
Wie aus der in 26 gezeigten Grafik zu erkennen, konnten in beiden Beispielen 1 und 2 die den Heizinduktoren 111 gegenüberliegenden Gebiete der Kantenbereiche 101C mit einer fast unveränderlichen bzw. konstanten Härte gehärtet werden. Jedoch war, während in Beispiel 2 ein Gebiet mit einer im wesentlichen hohen Härte außerhalb des Gebietes mit der unveränderlichen Härte erzeugt wurde, die Härte in Beispiel 1 drastisch verringert. Diese Tatsache hat bestätigt, dass die verringerte Erwärmungszeit ermöglicht, dass das Härten nur in den Gebieten durchgeführt wird, die den Heizinduktoren 111 gegenüberliegen.
Die Härtebehandlungen der oben beschriebenen Beispiele 1 und 2 wurden unter Verwendung eines Hochfrequenzstroms von 25 kHz erprobt, und dabei wurden keine von den obigen Beispielen sehr abweichende Ergebnisse erzielt.
27 bis 29 zeigen ein spezielleres Beispiel einer Härtungseinrichtung, und diese Härtungseinrichtung ist so ausgeführt, dass sie das Härten in den Härtungsgebieten 102 des formgepressten Gegenstands 101 in einer Schutzgasatmosphäre ausführen kann. 27 ist eine seitliche Querschnittansicht der gezeigten Härtungseinrichtung, die einen Umlaufweg des Kühlwassers und einen Versorgungsweg des Schutzgases zeigt; 28 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Bereichs in 27, und 29 ist eine entlang einer Linie S29-S29 in 28 aufgenommene Querschnittansicht. In der folgenden Beschreibung sind Bauteile mit den gleichen Funktionen oder Arbeitsabläufen, wie die von schon beschriebenen Elementen und Vorrichtungen, mit denselben Referenzzeichen versehen.
In 27 ist ein Becken 121 auf eine Grundplatte 120 aufgesetzt, und die Aufnahme 105 ist in dem Becken 121 angeordnet, in dem der formgepresste Gegenstand 101 auf die Aufnahmefläche 105A aufgesetzt wird, die die obere Fläche der Auflage 105 ist. Der formgepresste Gegenstand 101 wird auf der Aufnahmefläche 105A mittels einer Spannkraft einer nicht gezeigten Klemmvorrichtung vom Typ Verstärkungsmechanismus, wie einem Kipphebelmechanismus oder ähnlichem, befestigt, die auf das Befestigungselement 106 wirkt. Indem die Klemmung der Klemmvorrichtung, die eine automatische Vorrichtung oder eine manuelle Bedienvorrichtung ist, gelöst wird, kann der formgepresste Gegenstand 101 von der Aufnahmefläche 105A entfernt werden.
Über dem formgepressten Gegenstand 101 ist eine Abdeckung 122 vorgesehen, die auch in 28 und 29 gezeigt ist, und die die Außenseite des formgepressten Gegenstands 101 abdeckende Abdeckung 122 ist an einer Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung 125 über Streben 123 und einen Bügel 124 befestigt. Die Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung 125 hängt, wie in 27 gezeigt, über Führungsschienen 128 an einem Arm 127 einer Säule 126, die auf der Grundplatte 120 steht. Indem ein Handgriff 129 betätigt wird, werden die Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung 125 und die Abdeckung 122, über die Führungsschienen 128 geführt, in 29 in die seitliche Richtung bewegt, um so in Position gebracht zu werden. Ferner ist der Arm 127 in 27 an einem Führungsbereich 126A der Säule 126 in einer derartigen Weise angeordnet, dass er durch das Ausfahren und das Zusammenziehen eines Zylinders 130 vertikal frei verschiebbar ist.
Die Abdeckung 122, die die obere Seite des formgepressten Gegenstands 101 abdeckt, wie in 28 gezeigt, erstreckt sich in der Längsrichtung des länglichen Zwischenerhöhungsbereichs 101A des formgepressten Gegenstands 101. Wie in 29 gezeigt, sind die Heizinduktoren 111, auf die von der Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung 125 ein Hochfrequenzstrom aufgebracht wird, an gegenüberliegenden Stellen angeordnet, die den zwei Härtungsgebieten 102 des formgepressten Gegenstands 101 an einer unteren Fläche der Abdeckung 122 gegenüberliegen. Diese Heizinduktoren 111 sind über das Verbindungselement 114 miteinander verbunden, was in 21 erklärt worden ist, und die jeweiligen induktiven Stromleiter 112 der Heizinduktoren 111 liegen den Härtungsgebieten 102 senkrecht gegenüber. Die aus einem Material mit geringem elektrischen Widerstand, wie Kupfer oder ähnlichem, hergestellten Heizinduktoren 111 sind an der Abdeckung 122 mit Stehbolzen 132 befestigt, die den aus einem nicht leitenden Material, wie Bakelit oder ähnlichem, hergestellten Fixierriegel 131 und die aus einer feuerfesten und nicht leitenden Kalziumsilikatfiber oder ähnlichem hergestellte Abdeckung durchdringen. Ferner sind isolierende Elemente zwischen den Streben 123, die aus metallischen Material, wie rostfreiem Stahl oder ähnlichem, hergestellt sind, und den Stehbolzen 132 eingefügt.
Die Ausdehnung in der zu der Längsrichtung des formgepressten Gegenstands 101 senkrechten Richtung des in 29 gezeigten induktiven Stromleiters 112 wird in der Längsrichtung des formgepressten Gegenstands 101 variiert. Dadurch wird das Verhältnis zwischen den Härtungsgebieten 102 und den Nicht-Härtungsgebieten in der zu der Längsrichtung senkrechten Richtung in dem formgepressten Gegenstand 101 in der Längsrichtung nach dem Härten variiert.
Indem die Position der Abdeckung 122 in 29 in der seitlichen Richtung durch das Betätigen des in 27 gezeigten Handgriffs 129 eingestellt wird, werden die jeweiligen Positionen der Heizinduktoren 111 auf die Positionen eingestellt, die den Härtungsgebieten 102 genau gegenüberliegen. In diesem auf die Positionen eingestellten Zustand wird der in 27 gezeigte Zylinder 130 eingezogen, um die Abdeckung 122 herab zulassen, wodurch der Abstand der oben beschriebenen, vorbestimmten Größe zwischen den in 29 gezeigten induktiven Fläche 112A der induktiven Stromleiter 112 und den Härtungsgebieten 102 geschaffen wird. Umgekehrt wird der Zylinder 130 ausgefahren, um die Abdeckung 122 anzuheben, wodurch die oben erwähnte Klemmung der Klemmvorrichtung gelöst wird, so dass der nächste formgepresste Gegenstand dann wieder auf die Aufnahmefläche 105A der Aufnahme 105 durch eine Beladungsvorrichtung, wie einen Roboter oder ähnliches, aufgesetzt werden kann.
Es sei angemerkt, dass, obwohl die in 29 gezeigten induktiven Stromleiter 112 nicht mit der in 23 gezeigten isolierenden Beschichtung 17 ausgerüstet sind, die induktiven Stromleiter 112 in 29 natürlich auch mit den isolierenden Beschichtungen ausgerüstet sein können. Ferner ist es auch zulässig, an den induktiven Flächen 112A Abstandsstücke zu befestigen, die sicher Abstände einer vorbestimmten Größe zwischen den induktiven Flächen 112A der induktiven Stromleiter 112 und den Härtungsgebieten 102 einhalten, wenn die Abdeckung 122 durch das Einziehen des Zylinders 130 abgesenkt wird.
Wie in 29 gezeigt, weist die Abdeckung 122 in der Richtung quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A des formgepressten Gegenstands 101 einen Querschnitt in einer Konusform derart auf, dass deren mittlerer Bereich zwischen den beiden Heizinduktoren 111 nach oben von dem formgepressten Gegenstand 101 weit entfernt ist. An dem mittleren Bereich der unteren Fläche der Abdeckung 122 ist ein erstes Schutzgasversorgungsrohr 140, das ein erstes Schutzgasversorgungsmittel ist, entlang der Längsrichtung der Abdeckung 122 angeordnet. Das Schutzgasversorgungsrohr 140 wird durch ein Halteelement 141 gehalten, das mit Stehbolzen 143 an einem Bügel 142 befestigt ist, der zwischen den Streben 123 installiert ist, die auf den rechten und linken Seiten in 29 vorgesehen sind.
Das erste Schutzgasversorgungsrohr 140 und das Halteelement 141 sind aus einem nicht leitenden Material, wie einem synthetischen Harz oder ähnlichem, gebildet, wodurch verhindert wird, dass ein Induktionsstrom in dem Schutzgasversorgungsrohr 140 und in dem Halteelement 141 erzeugt wird, selbst wenn sie sich in eine Richtung parallel zu den Heizinduktoren 111 erstrecken. Ferner sind, wie oben beschrieben, das Schutzgasversorgungsrohr 140 und das Halteelement 141 in dem mittleren Bereich der Abdeckung 122 angeordnet, der weit von den zwei Heizinduktoren 111 entfernt ist. Daher wird, selbst wenn ein Hochfrequenzstrom auf die induktiven Stromleiter 112 der Heizinduktoren 111 aufgebracht wird, und die Härtungsgebiete 102 durch einen in den Härtungsgebieten 102 des formgepressten Gegenstands 101 durch das Aufbringen eines Stroms erzeugten Induktionsstrom erwärmt werden, verhindert, dass das Schutzgasversorgungsrohr 140 und das Halteelement 141 durch Strahlungswärme von den induktiven Stromleitern 112 und den Härtungsgebieten 102 übermäßig auf eine festgelegte Temperatur oder darüber erwärmt werden.
Wie in 29 gezeigt, gibt es zwischen dem formgepressten Gegenstand 101 und der Abdeckung 122 einen Abstandsraum S1. Nachdem das Schutzgas, wie Stickstoffgas oder ähnliches, das aus dem ersten Schutzgasversorgungsrohr 140 ausströmt, in den Abstandsraum S1 eingespeist ist, um den Abstandsraum S1 in einen Raum mit Schutzgasatmosphäre zu verwandeln, wird das Härten auf den Härtungsgebieten 102 durch Aufbringen eines Hochfrequenzstroms auf die induktiven Stromleiter 112 der Heizinduktoren 111 ausgeführt. Ferner sind, wie aus 28 zu entnehmen ist, beide Endbereiche des Abstandsraums S1 in einer Längsrichtung entlang des Zwischenerhöhungsbereichs 101A des formgepressten Gegenstands 101 geöffnet, um offene Enden 144 zu bilden. An beiden Endbereichen in der Längsrichtung der Abdeckung 122 in der Nähe der offenen Enden 144 sind entlang der Abdeckung 122 erste Schutzgasstrahlrohre 145, die erste Schutzgasstrahlmittel sind, angeordnet. Wie in 29 gezeigt, bildet das aus den Schutzgasstrahlrohren 145 ausströmende Schutzgas an den offenen Enden 144 Gasvorhänge, wodurch verhindert wird, dass das in den Abstandsraum S1 eingebrachte Schutzgas über die offenen Enden 144 heraus strömt.
Wie in 29 gezeigt, wird der formgepresste Gegenstand 101 auf die Aufnahme 105 mit dem Zwischenerhöhungsbereich 101A nach oben so aufgesetzt, dass ein Innenraum S2 innerhalb des Zwischenerhöhungsbereichs 101A geschaffen wird. In diesem Innenraum S2 sind die Kühlrohre 113 angeordnet, die das Kühlwasser auf die Härtungsgebiete 102 sprühen. Ferner ist in dem Innenraum S2 auch ein zweites Schutzgasversorgungsrohr 115 angeordnet, das ein zweites Schutzgasversorgungsmittel zum Einbringen von Schutzgas in dem Raum S2 ist. Nachdem das Schutzgas von diesem Schutzgasversorgungsrohr 150 ausgestoßen worden ist, um in dem Innenraum S2 eine Schutzgasatmosphäre zu erzeugen, wird auf den Härtungsgebieten 102 das Härten durchgeführt.
Wie aus 28 zu ersehen ist, sind beide Endbereiche des Innenraums S2 in einer Längsrichtung entlang des Zwischenerhöhungsbereichs 101A des formgepressten Gegenstands 101 offen, um offene Enden 151 zu bilden. An Positionen der Aufnahme 105 nahe den offenen Enden 151 sind zweite Schutzgasstrahlrohre 152, die zweite Schutzgasstrahlmittel sind, in der Richtung quer über den Zwischenerhöhungsbereich 101A des formgepressten Gegenstands 101 durchführend angeordnet. Wie in 29 gezeigt, sind diese Schutzgasstrahlrohre 152 mit einer Vielzahl von Düsen 152A versehen, die in die Aufnahmefläche 105A der Auflage 105 eingebracht sind. Das Schutzgas wird von den Düsen 152A ausgestoßen, um an den jeweiligen offenen Enden 151 Gasvorhänge zu bilden, wodurch verhindert wird, dass das in den Innenraum S2 eingebrachte Schutzgas aus den offenen Enden 151 heraus strömt.
Wie in 27 gezeigt, sind das erste Schutzgasversorgungsrohr 140, die ersten Schutzgasstrahlrohre 145, das zweite Schutzgasversorgungsrohr 150 und die zweiten Schutzgasstrahlrohre 152 mit einem sich von einer Schutzgasflasche 153 erstreckenden Schutzgasversorgungsweg 154 verbunden, und werden jeweils von der Schutzgasflasche 153 mit Schutzgas versorgt.
Ferner sind die Kühlrohre 113 mit einem Vorratstank 160, der darin das Kühlwasser speichert, über einen nach außen führenden Weg 161 verbunden, der das in dem Vorratstank 160 befindliche Kühlwasser in die Kühlrohre 113 einspeist. Das von den Kühlrohren 113 auf die Härtungsgebiete 102 gesprühte Kühlwasser fließt aus den offenen Enden 151 des Innenraums S2 in das oben erwähnte Becken 121 aus, in dem der formgepresste Gegenstand 101 angeordnet ist. Das Becken 121 ist am Boden mit Abflussöffnungen 121A ausgebildet, und die Abflussöffnungen 121A sind über einen Rücklaufweg 162 mit dem Vorratstank 160 verbunden.
Dies bildet einen Umlaufweg 163, um darin das Kühlwasser zwischen dem Vorratstank 160 und dem Becken 121 zu zirkulieren. Das Becken 121 ist ein Element, das einen Teil des Umlaufweges 163 bildet, so dass das Kühlwasser, mit dem die Härtungsgebiete 102 des formgepressten Gegenstands 101 versorgt werden, durch Umlaufnutzung wieder verwendet wird.
An einer geeigneten Position des Umlaufweges 163, genauer, an dem Vorratstank 160, ist ein Wiederauffüllrohr 164 für das Kühlwasser angeschlossen, das den Vorratstank 160 wieder mit dem Kühlwasser auffüllt, das verdampft ist und durch das Besprühen der Härtungsgebiete 102 verloren ist.
Ferner ist in dem Vorratstank 160 ein Blasrohr 165 eingebracht, um das Schutzgas in das in dem Vorratstank 160 gespeicherte Kühlwasser zu blasen. Das Schutzgas wird aus dem Blasrohr 165 in das Kühlwasser in dem Vorratstank 160 geblasen, um in dem Kühlwasser gelösten Gelöstsauerstoff zu entfernen. Somit bildet das Blasrohr 165 ein Gelöstsauerstoff-Entfernungsmittel 166, um den Gelöstsauerstoff aus dem in dem Umlaufweg 163 zirkulierenden Kühlwasser zu entfernen. Da aus dem Kühlwasser, das aus den Kühlrohren 113 auf die Härtungsgebiete 102 gesprüht wird, Gelöstsauerstoff entfernt ist, und da die Härtungsgebiete 102 in der Schutzgasatmosphäre gehärtet werden, die von dem Schutzgas gebildet wird, das in den Abstandsraum S1 und den Innenraum S2 eingebracht wird, kann an dem formgepressten Gegenstand 101 das Härten durchgeführt werden, während die Oxidation der Härtungsgebiete 102 verhindert wird.
Da die Temperatur des Kühlwassers, das aus dem Becken 121 in den Vorratstank 160 zurückkehrt, aufgrund des Besprühens der Härtungsgebiete 102 erhöht worden ist, ist der Vorratstank 160 mit einem Wärmeabführungsmittel 170 ausgerüstet, um Wärme aus dem Kühlwasser abzuführen. Das Wärmeabführungsmittel 170 weist einen Wassertank 172 auf, in dem Wasser gespeichert ist, das zu und von einem Kühlturm 171 umläuft, und einen Wärmetauscher 173, der zwischen dem Wassertank 172 und dem Vorratstank 160 installiert ist. Das in dem Kühlturm 171 gekühlte Wasser führt die Wärme aus dem Kühlwasser in dem Vorratstank 160 über den Wärmetauscher 173 ab.
Es sei angemerkt, dass der Kühlturm in Verlauf des Umlaufweges 163 des Kühlwassers vorgesehen sein kann, um die Wärme direkt aus dem Kühlwasser abzuführen.
Wie 28 gezeigt, sind das zweite Schutzgasversorgungsrohr 150 und die zweiten Schutzgasstrahlrohre 152 über Verbindungselemente 180 mit einem Rohr 181 verbunden, das mit zu oben erwähnten Schutzgasversorgungsweg 154 eine Verbindung herstellt. Die Kühlrohre 113 sind auch über ein Verbindungselement 182 mit einem Rohr 183 verbunden, das zu dem nach außen führenden Weg 161 des oben erwähnten Umlaufweges 163 für das Kühlwasser eine Verbindung herstellt.
Dadurch ist es möglich, das Rohr 181 des Schutzgasversorgungsweges 154 und das Rohr 183 des Umlaufweges 163 selbst dann gemeinsam zu nutzen, wenn die Aufnahme 105, die für jeden der in Form, Länge, und so weiter verschiedenen, formgepressten Gegenstände vorbereitet ist, durch eine andere ersetzt wird, um das Härten an einem formgepressten Gegenstand auszuführen, der in Form, Länge, und so weiter unterschiedlich ist, indem die Verbindungselemente 180 und 182 entfernt werden.
Der Härtungsvorgang an dem formgepressten Gegenstand 101 durch die Härtungseinrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung wird wie folgt durchgeführt:
Zuerst legt die Beladungsvorrichtung, wie ein Roboter oder ähnliches, den formgepressten Gegenstand 101 auf die Aufnahmefläche 105A der Aufnahme 105 auf, und der formgepresste Gegenstand 101 wird auf der Aufnahmefläche 105A mit der Klemmvorrichtung festgeklemmt, die auf die Befestigungselemente 106 wirkt. Anschließend wird das Schutzgas von dem zweiten Schutzgasversorgungsrohr 150 in den Innenraum S2 eingebracht, und die Gasvorhänge werden an den offenen Enden 151 des Innenraums S2 aus dem Schutzgas von den zweiten Schutzgasstrahlrohren 152 gebildet. Dies bewirkt in dem Innenraum S2 eine Schutzgasatmosphäre. Es sei angemerkt, dass die Versorgungsmenge des Schutzgases von dem zweiten Schutzgasversorgungsrohr 150 in den Innenraum S2 am Anfang groß eingestellt wird, und dann fortschreitend auf eine festgelegte Menge verringert wird, wodurch Luft in dem Innenraum S2 in kurzer Zeit heraus gespült wird, was zu verbesserter Betriebseffizienz führt. Außerdem verhindert die Bildung von Gasvorhängen an den offenen Enden 151, dass das Schutzgas aus dem Innenraum S2 heraus strömt, um somit die Schutzgasatmosphäre in dem Raum S2 zu erhalten.
Danach wird die Abdeckung 122 durch den in 27 gezeigten Zylinder abgesenkt, um sich in einem wie in 29 gezeigten Zustand in Bezug auf den formgepressten Gegenstand 101 zu befinden. Danach wird das Schutzgas von dem ersten Schutzgasversorgungsrohr 140 in den Abstandsraum S1 eingebracht, und die Gasvorhänge werden an den offenen Enden 144 des Abstandsraums S1 von dem Schutzgas von den ersten Schutzgasstrahlrohren 145 gebildet. Dies bewirkt in dem Abstandsraum S1 eine Schutzgasatmosphäre. Auch in diesem Fall wird die Versorgungsmenge des Schutzgases von dem ersten Schutzgasversorgungsrohr 140 in den Abstandsraum S1 am Anfang groß eingestellt, und dann fortschreitend auf eine festgelegte Menge verringert, wodurch Luft in dem Abstandsraum S1 in kurzer Zeit heraus gespült wird, was zu verbesserter Betriebseffizienz führt. Außerdem verhindert die Bildung von Gasvorhängen an den offenen Enden 144, dass das Schutzgas aus dem Abstandsraum S1 heraus strömt, um somit die Schutzgasatmosphäre in dem Raum S1 zu erhalten.
Nachdem in dem Innenraum S2 und dem Abstandsraum S2, denen die Härtungsgebiete 102 des formgepressten Gegenstands 101 gegenüberliegen, wie oben beschriebenen die Schutzgasatmosphären erzeugt worden sind, bringt die Hochfrequenzstrom-Versorgungsvorrichtung 125 einen Hochfrequenzstrom auf die induktiven Stromleiter 112 der Heizinduktoren 111 auf. Dieses Aufbringen von Strom erzeugt in den Härtungsgebieten 102 einen Induktionsstrom, so dass die Härtungsgebiete 102 erwärmt werden, und nachdem die Temperatur der Härtungsgebiete 102 auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht worden ist, wird die Anwendung des Stroms auf die induktiven Stromleiter 122 unterbrochen. Dann wird das Kühlwasser von den Kühlrohren 113 auf die Härtungsgebiete 102 gesprüht, die dadurch schnell abgekühlt werden, wodurch sie dem Härten unterzogen werden.
Danach wird der Schutzgasstrahl von dem ersten Schutzgasversorgungsrohr 140, den ersten Schutzgasstrahlrohren 145, dem zweiten Schutzgasversorgungsrohr 150 und den zweiten Schutzgasstrahlrohren 152 abgestellt, und das Sprühwasser des Kühlwassers aus den Kühlrohren 113 wird auch abgestellt.
Dann wird die Abdeckung 122 durch den Zylinder 130 angehoben, und der formgepresste Gegenstand 101 wird aus der Klemmung der Klemmvorrichtung durch die Befestigungselemente 106 freigegeben, und durch die oben erwähnte Beladungsvorrichtung von der Aufnahme 105 abgenommen.
Der nächste formgepresste Gegenstand 101 wird durch die Beladungsvorrichtung auf die Aufnahme 105 aufgesetzt, und dann wird das Härten dieses formgepressten Gegenstands 101, wie oben beschriebenen, durch denselben Arbeitsablauf durchgeführt, und entsprechend werden einzelne, formgepresste Gegenstände 101 der Reihe nach dem Härten unterzogen.
Der durch die Beladungsvorrichtung von der Aufnahme 105 abgenommene, formgepresste Gegenstand 101 wird zu einem Trocknungsarbeitsschritt mit heißer Luft oder ähnlichem geschickt, um das darauf befindliches Kühlwasser zu entfernen. Danach wird der formgepresste Gegenstand 101, der durch Schweißen mit anderen Teilen verbunden worden ist, zu einem Arbeitsschritt für das Beschichten geschickt, das ein nachfolgender Arbeitsgang nach dem Härtungsarbeitsgang ist.
Selbst wenn der Arbeitsgangschritt ein Arbeitsschritt der Art ist, dass der formgepresste Gegenstand 101 in einer vorbestimmten chemischen Lösung behandelt wird, bevor der formgepresste Gegenstand 101 beschichtet wird, kann der Arbeitsgangschritt wie vorher festgelegt durchgeführt werden, da die Härtungsgebiete 102, wie oben beschrieben, in der Schutzgasatmosphäre gehärtet worden sind, und aus dem auf die Härtungsgebiete 102 aufgesprühten Kühlwasser der gelöste Sauerstoff entfernt worden ist, das heißt, die Härtungsgebiete 102 sind gehärtet worden, wobei deren Oxidation verhindert worden ist.
Wie oben beschriebenen, ist ein formgepresste Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung, der dem Induktionshärten unterzogen worden ist, für die Verwendung als Mittelsäule, und so weiter, eines Fahrzeugs geeignet.

Claims

Formgepresster Gegenstand (10, 50, 60, 101), der einen Zwischenerhöhungsbereich (11, 51, 61, 101A), der sich in einer Längsrichtung erstreckt; und ein Paar von Schenkelbereichen (12; 52, 53; 62, 63; 101D) aufweist, die beide in einer Fläche des Zwischenerhöhungsbereichs von dem Zwischenerhöhungsbereich auf beiden Seiten zu derselben Seite hin in einer Richtung gebogen sind, die im Wesentlichen zu der Längsrichtung senkrecht ist, und sich in der Längsrichtung erstrecken, wobei eine Richtung der Biegung eine Richtung der Breite davon ist, wobei ein Härtungsgebiet (Q, 102), in dem Induktionshärten durchgeführt worden ist, und ein Nicht-Härtungsgebiet, in dem Induktionshärten nicht durchgeführt worden ist, mindestens in dem Paar von Schenkelbereichen aus dem Zwischenerhöhungsbereich und dem Paar von Schenkelbereichen vorgesehen ist, und wobei ein Verhältnis zwischen dem Härtungsgebiet und dem Nicht-Härtungsgebiet in der Breitenrichtung ein Verhältnis zur Erzielung einer geforderten Festigkeit ist, wobei das Härtungsgebiet (Q, 102) auf beiden Seiten des Zwischenerhöhungsbereichs (11, 51, 61, 101A) in der Richtung besteht, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsrichtung in der Fläche des Zwischenerhöhungsbereichs ist, und ein Nicht-Härtungsgebiet zwischen den Härtungsgebieten in dem Zwischenerhöhungsbereich besteht, dadurch gekennzeichnet, dass: das Nicht-Härtungsgebiet in dem Zwischenerhöhungsbereich mit einer Öffnung ausgebildet ist (18); der formgepresste Gegenstand eine Mittelsäule (10) eines Fahrzeugs ist, und wobei das Härtungsgebiet (Q, 102) ein Gebiet von einer sich zu einem Ende hin erweiternden Gestalt ist, das sich kontinuierlich von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich erstreckt.
Formgepresster Gegenstand (10, 50, 60, 101) gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen dem Härtungsgebiet (Q, 102) und dem Nicht-Härtungsgebiet sich in der Längsrichtung ändert.
Formgepresster Gegenstand gemäß Anspruch 1, wobei das Härtungsgebiet (Q, 101A) in einem Bereich der Mittelsäule (10) vorgesehen ist, der mit einer Fensteröffnung korrespondiert, um darin eine Fensterscheibe (20) in einer Seitentür des Fahrzeugs einzuführen.
Formgepresster Gegenstand gemäß Anspruch 2, wobei das Härtungsgebiet (Q, 102) ein Gebiet von einer sich zu einem Ende hin erweiternden Gestalt ist, das sich kontinuierlich von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich erstreckt.
Formgepresster Gegenstand gemäß Anspruch 4, wobei das Härtungsgebiet (Q, 102) in dem Erhöhungsbereich und einem zurückgesetzten Bereich an einer Stelle, die von dem Erhöhungsbereich mit einem Abstand davon zurückgesetzt ist, groß ist, und in einem mittleren Bereich dazwischen klein ist.
Formgepresster Gegenstand gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zwischen den Härtungsgebieten (Q, 102) bestehende Nicht-Härtungsgebiet so angeordnet ist, dass es in dem Zwischenerhöhungsbereich (101A) zwischen Kantenbereichen (101C) des Zwischenerhöhungsbereichs eine Kehle bildet.