CN109722620B - 热处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对工件(W)进行热处理的热处理设备，其具有：处理容器，其收容工件；加热装置，其设于处理容器内，自工件的至少下方以辐射热的方式对该工件进行加热；以及多个支柱，该多个支柱设于处理容器内，并支承工件(W)。

Description

热处理设备
技术领域
本发明涉及用于进行汽车用零件、机械零件等工件的热处理的热处理设备。
背景技术
作为进行热处理的一个例子的渗碳处理的炉子，存在专利文献1、专利文献2所记载的真空渗碳炉。专利文献1的真空渗碳炉为如下构造：在安装于炉体的炉床之上载置有托盘或者筐，在其之上载置并支承作为被处理物的工件。而且，专利文献2的真空渗碳炉为如下构造：架台以接触于炉壳的方式进行安装，在该架台之上载置并支承工件。在以往的炉子中，在由钢材形成的工件、夹具以上述方式被支承的状态下进行加热处理、渗碳处理等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－112770号公报
专利文献2：日本特开2009－52838号公报
发明内容
发明要解决的问题
在进行工件的热处理时，在将工件搬入炉内之后将工件加热至期望的热处理温度。但是，在以往的炉子中，在工件的升温中、之后的热处理中，都在工件内产生了温度不均匀。工件的升温中、热处理中的温度不均匀还导致热处理后的品质波动，因此，优选的是，热处理过程中的工件的温度不均匀较小。为了均匀地加热工件，考虑有如下方法：通过逐渐提高加热装置的输出来平稳地使工件升温的缓升温方法、通过阶段性地提高加热装置的输出来确保工件的均热时间的阶段升温方法这样的方法。而且，还考虑有利用基于氮元素气体和搅拌风扇的对流传热来谋求工件的均热的方法。但是，无论哪一种方法都会增加运行成本，导致增加热处理整体的成本。因此，期望的是，利用其他方法抑制工件的温度不均匀。
本发明是鉴于上述情况完成的发明，目的在于抑制热处理中的工件的温度不均匀。
用于解决问题的方案
通常而言，支承工件的构件需要支承工件和夹具的重量，因此，以增大与工件、夹具的接触面积、以及抑制载置工件的夹具的变形为目的，使用轨道状的支承构件。另一方面，本发明人针对热处理中的工件的温度不均匀的原因进行了探讨，弄清楚了如下情况：有助于工件的下表面侧升温的加热装置的热辐射被上述的轨道状支承构件所遮挡，与此相伴地，由于工件的不同部位的输入热量存在差异，从而产生了温度不均匀。本发明人基于该见解，发现了与以往的常规技术的使用轨道状支承构件的工件支承方法不同的新的工件支承方法。
即，为了解决上述课题的本发明的一实施方式，其是对工件进行热处理的热处理设备，其特征在于，该热处理设备具有：处理容器，其收容所述工件；加热装置，其设于所述处理容器内，且自所述工件的至少下方以辐射热的方式对该工件进行加热；以及多个支柱，该多个支柱设于所述处理容器内，并支承所述工件。
本发明的热处理设备利用由柱状构件构成的支柱进行工件的支承，因此，与以往相比，加热装置针对工件的热辐射难以被遮挡。由此，能够更均匀地加热工件。
发明的效果
采用本发明，能够抑制热处理中的工件的温度不均匀。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的真空渗碳炉的概略结构的纵剖视图。
图2是图1中的A－A剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的支柱的概略结构的侧视图。
图4是表示本发明的实施方式的支柱的概略结构的俯视图。
图5是表示本发明的实施方式的支柱的概略结构的主视图。
图6是本发明的实施方式的支柱的分解图。
图7是表示本发明的其他实施方式的支柱的概略形状的俯视图。
附图标记说明
1、真空渗碳炉；2、真空腔室；3、处理容器；4、加热装置；4a、加热装置的发热体；5、门；5a、门隔热构件；6、隔热构件；10、支柱；11、基座；11a、平板构件；11b、方形构件；11c、方形构件的凹陷；12、柱部；12a、柱部的凹陷；12b、柱部的缩径部；12c、柱部的槽；13、圆棒；14、销；D、炉宽方向；H、炉高方向；J、夹具；L、炉长方向；W、工件。
具体实施方式
以下，针对本发明的一实施方式，参照附图进行说明。另外，在本说明书及附图中，针对实质上具有相同功能结构的要素，标注相同的附图标记从而省略重复说明。
在本实施方式中，举例说明作为热处理设备的一种的真空渗碳炉。如图1所示那样，本实施方式的真空渗碳炉1具有真空腔室2、收容工件W的处理容器3、对工件W进行加热的加热装置4、借助托盘状的夹具J直接支承工件W的支柱10。
在真空腔室2和处理容器3的侧壁形成有用于搬入以及搬出载置有工件的夹具J的开口部，在真空腔室2具有堵塞该开口部的开闭式的门5。在门5的处理容器侧的面设有门隔热构件5a。通过关闭门5，使门隔热构件5a与覆盖处理容器3的内表面整体的隔热构件6接触，从而使处理容器3密闭。
加热装置4在处理容器3内设于工件W的上方以及下方。加热装置4的发热体4a如图2那样具有沿水平方向(在本实施方式中为炉宽方向D)延伸的形状。发热体4a的顶端部(图2中的下侧的端部)以埋设于处理容器3内的隔热构件6的方式固定，发热体4a的另一端部贯穿处理容器3的侧壁、真空腔室2的侧壁并延伸到真空腔室2的外部。而且，加热装置4的发热体4a沿着炉长方向L隔开间隔地设置有多根。另外，发热体4a的形状不限于在本实施方式中所说明的形状。
支柱10沿着炉长方向L隔开间隔地配置有多个，而且如图2所示，在炉宽方向D上也隔开间隔地配置有多个。如图3～图6所示，支柱10具有：基座11；柱部12，其由安装于基座11的柱状构件形成；以及两根圆棒13，该两根圆棒13为圆柱状，且在柱部12的上端与夹具J相接触。相当于支柱10的底面的基座11的底面与设于处理容器3内的底部的隔热构件6相接触，各支柱10以柱部12位于加热装置4的发热体4a之间的方式配置。各支柱10的柱部12的侧面与加热装置4的发热体4a相对。
本实施方式的基座11由平板构件11a和方形构件11b构成，该平板构件11a呈正方形状且与处理容器3的隔热构件6相接触，该方形构件11b相对于平板构件11a而言俯视时的纵向、横向的尺寸较小，且该方形构件11b熔接于平板构件11a之上。如图6所示那样，在方形构件11b以上表面部被挖空的方式形成有凹陷11c。凹陷11c形成为在炉高方向H上具有长边方向的圆柱状，凹陷11c沿着炉宽方向D设置于两个部位。
柱部12在俯视时与基座11的方形构件11b的形状相同，并形成为向炉高方向H延伸。如图6所示，在柱部12以下表面部被挖空的方式形成有凹陷12a，该凹陷12a与方形构件11b的凹陷11c同样，沿着炉宽方向D设置于两个部位。在柱部12的凹陷12a和方形构件11b的凹陷11c之间插入有销14，由此，如图3～图5所示那样，固定有柱部12和方形构件11b。本实施方式的基座11和柱部12仅被该销14固定，因此仅通过拿起柱部12就能够容易地将柱部12取下。在本实施方式中，如图2那样，支柱10的柱部12位于加热装置4的各发热体4a之间，发热体4a以覆盖基座11的一部分的方式设置。因此，若支柱10的基座11和柱部12成为一体，则在进行柱部12的修补、更换时，必须先将加热装置4取下，然后将支柱10整体取出。另一方面，若像本实施方式那样采用支柱10的基座11和柱部12能够分开的结构，则能够仅将柱部12自基座11取下，因此能够容易地进行柱部12的修补、更换。
如图3所示，在本实施方式的柱部12的与加热装置4的发热体4a相对的部分，以柱部12的侧面被挖去的方式设有缩径部12b。缩径部12b以避让发热体4a的形状的方式形成，由此，能够抑制由柱部12靠近发热体4a所导致的柱部12的局部加热。与此相伴，能够缩小支柱10自身的温度差，能够更均匀地加热工件W。
设于柱部12的上端的两根圆棒13以长边方向朝向炉宽方向D并沿着炉长方向L排列的状态嵌入形成在柱部12的上端的槽12c。槽12c的深度与圆棒13的直径相比稍小，嵌入于槽12c的圆棒13的一部分处于自柱部12的上端向上方突出的状态。载置有工件W的夹具J通过与这些圆棒13接触而被支承。即，在本实施方式的支柱构造中，夹具J与圆棒13的周面接触，因此，夹具J与圆棒13的接触为线接触。由此，能够缩小支柱10和夹具J的接触面积，使两个构件难以熔接在一起。而且，经由支柱10和夹具J的接触部分以热传导方式传递的热量减少，因此，能够谋求工件W的进一步的均热化。并且，由于两根圆棒13与夹具J线接触，因此，每一根支柱能够在两个部位支承夹具J，能够更稳定地支承工件W。而且，此外，只要夹具J与两根圆棒13中的任一个圆棒13接触，就能够充分地发挥基于设有该圆棒13的支柱10对夹具J支承的功能，因此无需高精度地设置使载置有工件W的夹具J载置于支柱10之上的输送装置的输送位置精度。并且圆棒13是仅嵌入柱部12的槽12c的构造，因此，能够在圆棒13产生裂纹、破损时容易地更换圆棒13。即，优选的是，与载置于支柱10的构件(在本实施方式的情况下为夹具J)接触的接触构件(在本实施方式的情况下为圆棒13)以相对于支柱10装卸自如的方式设置。而且，优选的是，如图2所示，圆棒13设置为其长边方向在俯视时朝向相对于长方形状的夹具J的长边方向垂直的方向。由此，即使在夹具J的长边侧发生热膨胀而变形的情况下，也能够将其收容于圆棒13的内侧，能够稳定地支承夹具J。另外，在本实施方式中，使用圆棒13作为相对于夹具J线接触的接触构件，但接触构件也可以是其他构件。
构成这样的支柱10的各构件的原材料只要是耐热钢就不特别限定，例如能够使用SUS310S。而且，也可以使用氧化铝、多铝红柱石、氧化锆等陶瓷、其他在高温下强度较高的材料。尤其是，若利用陶瓷形成与夹具J接触的圆棒13那样的接触构件，则能够抑制因与夹具J的接触所导致的熔接的产生。即使在接触构件自身不是由陶瓷形成，在接触构件的表面实施陶瓷涂层的情况下，也能够获得该效果。即，只要与载置于支柱10的构件(在本实施方式的情况下为夹具J)接触的部分由陶瓷形成，就能够抑制两个构件之间产生熔接。另外，陶瓷具有在热冲击方面较弱这样的特性。因此，在载置于支柱10的构件和陶瓷制的接触构件之间的接触面积较大的情况下，通过热传导传递的热量变大，因此有可能由于接触构件的急冷导致接触构件产生裂纹。因此，在由陶瓷形成接触构件的情况下，优选的是，像本实施方式的圆棒13那样，构成为接触构件与载置于支柱10的构件(在本实施方式的情况下为夹具J)线接触。
本实施方式的真空渗碳炉1以上述方式构成。另外，支柱10的根数、形状、配置位置能够适当变更，从而能够与工件W、夹具J的形状等相应地稳定地直接支承工件W。
在本实施方式的真空渗碳炉1中，在将载置有工件W的夹具J载置于支柱10之上时，能够使用夹具输送用叉状物等输送装置(未图示)。例如在真空腔室2的外部，将设置有工件W的状态的夹具J载置于夹具输送用叉状物，夹具输送用叉状物沿着炉长方向L前进至处理容器3的内侧。然后，夹具输送用叉状物下降，通过自夹具输送用叉状物向支柱10转移夹具J，从而使夹具J支承于支柱10。之后，夹具输送用叉状物朝向真空腔室2的外部沿着炉长方向L后退。另外，夹具J的形状不限于本实施方式那样的托盘状，也可以是筐状的夹具、呈台阶状地载置工件W的多段式的夹具。而且，虽然省略了说明，但真空渗碳炉1具有向处理容器3内供给处理气体的气体入口、向真空腔室2内排气的排气管以及真空泵等实施真空渗碳处理所必须的结构。
采用以上那样的本实施方式的真空渗碳炉1，仅利用支柱10进行借助夹具J的工件W的支承，与以往的利用轨道状构件支承工件W的情况相比，能够不遮挡来自工件下方的加热装置4的热辐射。由此，能够缩小工件W的上表面侧和下表面侧的输入热量的差，能够缩小工件W的温度不均匀。
另外，本实施方式的支柱10使用方柱状的柱部12构成为正方形状，支柱10既可以是其他的多角形状，也可以如图7所示那样为圆形状。而且，在本实施方式中，设为借助夹具J支承工件W，但在例如尺寸较大的工件W的情况下也可以利用支柱10支承工件W。而且，支柱10的基座11不限于本实施方式那样的由平板构件11a和方形构件11b构成的构造。而且，支柱10也可以是基座11和柱部12成为一体的结构。此外，支柱10也可以是不具有缩径部12b的结构。此外，支柱10也可以是例如不设置圆棒13地相对于夹具J面接触的结构。在任一种情况下，相对于以往的轨道状支承构件而言，都能够不遮挡加热装置4的热辐射，因此，能够抑制工件W的温度不均匀。另外，从不遮挡加热装置4的热辐射这样的观点来看，以加热装置4在处理容器3内至少设于工件W的下方为前提。在该情况下，从工件W的均热化的观点考虑，优选的是，在工件W的上方设置加热装置4，但也可以是，在工件W的侧方等其他部位还设置加热装置4。
而且，在本实施方式中，作为热处理设备举例说明了真空渗碳炉1，但本实施方式那样的支柱构造除了真空渗碳炉以外，还能够适用于利用气体渗碳等其他方法进行渗碳处理的渗碳炉、进行气体氮化处理、气体软氮化处理等的氮化处理炉。即，只要是需要支承工件W的热处理设备，就能够通过适用本实施方式那样的支柱构造，比以往均匀地加热工件W。
实施例
作为本发明的实施例使用本发明的真空渗碳炉，实施了假设进行渗碳处理的工件W的加热实验。本发明的真空渗碳炉是与图1、图2所示的上述实施方式所说明的炉构造同样的构造。即，在真空腔室之中设有处理容器，在处理容器的内侧设有多根支柱，该支柱由基座、柱部、圆棒构成。而且，加热装置设于工件的上方和下方，加热装置的发热体沿炉宽方向延伸，并且在炉长方向上隔开间隔地设有多个。并且，支柱的柱部配置在该加热装置的发热体之间，在支柱的柱部的与加热装置的发热体相对的部分设有缩径部。另外，作为比较例，使用将支柱替换为以往的轨道状支承构件而构成的真空渗碳炉，并实施了与实施例相同条件的加热实验。比较例的真空渗碳炉的支柱以外的结构是与实施例的真空渗碳炉相同的结构。
加热实验是在将处理容器内压力保持在100Pa以下的状态下将工件自室温加热至950℃来进行实施的。通过将热电偶埋入温度测量点从而测量工件的温度。并且，测量出工件上表面的某一点(以下称为工件上表面的温度测量点)的温度成为700℃时的工件内的温度差和工件上表面的某一点的温度成为950℃时的工件内的温度差。另外，工件内的温度差是指，上述工件上表面的温度测量点的温度和在工件下表面的某一点(以下称为工件下表面的温度测量点)测量出的温度之差，工件上表面的温度测量点和工件下表面的温度测量点在俯视时为相同的位置，即位于同一铅垂线上的点。实施例和比较例所使用的工件的形状是相同的，工件上表面以及工件下表面的温度测量点也是相同位置。而且，实施例的工件下表面的温度测量点相对于加热装置暴露，但比较例的工件下表面的温度测量点由于轨道状支承构件的存在而没有相对于加热装置暴露。
将以上的加热实验的结果表示在下述表1。
【表1】
Figure BDA0001849566820000081
如表1所示那样，在工件上表面的温度测量点的温度成为700℃时以及工件上表面的温度测量点的温度成为900℃时，实施例的工件内温度差都比比较例的工件内温度差小。即，能够通过使用支柱代替轨道状支承构件来作为支承工件的支承构件，来对工件均匀地加热。
以上，针对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于该例子。明显的是，只要是本领域技术人员，就能够在权利要求的范围所记载的技术思想的范畴内，想到各种变更例或者修正例。应该了解到，这些变更例或者修正例当然也属于本发明的技术范畴内。
产业上的可利用性
本发明能够适用于工件的真空渗碳炉。

Claims (6)

1.一种热处理设备，其对工件进行热处理，其中，
该热处理设备具有：
处理容器，其收容所述工件；
加热装置，其设于所述处理容器内，且自所述工件的至少下方以辐射热的方式对该工件进行加热；以及
多个支柱，该多个支柱设于所述处理容器内，并支承所述工件，
所述支柱的柱部在其与所述加热装置的发热体相对的部分具有缩径部。
2.根据权利要求1所述的热处理设备，其中，
所述支柱构成为相对于载置于该支柱的构件线接触。
3.一种热处理设备，其对工件进行热处理，其中，
该热处理设备具有：
处理容器，其收容所述工件；
加热装置，其设于所述处理容器内，且自所述工件的至少下方以辐射热的方式对该工件进行加热；以及
多个支柱，该多个支柱设于所述处理容器内，并支承所述工件，
所述支柱构成为相对于载置于该支柱的构件线接触。
4.根据权利要求1或3所述的热处理设备，其中，
所述支柱的与载置于该支柱的构件相接触的部分由陶瓷形成。
5.根据权利要求1或3所述的热处理设备，其中，
所述支柱构成为能够对与载置于该支柱的构件相接触的接触构件进行装卸。
6.根据权利要求1或3所述的热处理设备，其中，
所述支柱具有基座以及以能够装卸的方式安装于所述基座的柱部。
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