CN115141915A - 冷却套及淬火装置 - Google Patents

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CN115141915A
CN115141915A CN202210298508.9A CN202210298508A CN115141915A CN 115141915 A CN115141915 A CN 115141915A CN 202210298508 A CN202210298508 A CN 202210298508A CN 115141915 A CN115141915 A CN 115141915A
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cooling
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吉田大志
堀野孝
安武英宏
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Neturen Co Ltd
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Abstract

一种冷却速度能够均匀化的冷却套及淬火装置。冷却套(10)具备使冷却液(201)流通的冷却液供给构件、及被从冷却液供给构件供给冷却液、且形成有喷射冷却液的多个喷射孔的冷却液喷射构件(30)。冷却液喷射构件中的与工件对置的冷却液喷射面(31)具有沿着上下方向(V)排列的上部区域(35)、中央区域(36)及下部区域(37)。形成于中央区域(36)的各喷射孔(33)的面积比形成于上部区域(35)的各喷射孔(32)的面积及形成于下部区域(37)的各喷射孔(32)的面积大。冷却液喷射构件相对于工件沿水平方向(H)相对移动。以最短的间隔排列有多个喷射孔的最密方向(W)相对于水平方向及上下方向这双方都倾斜。

Description

冷却套及淬火装置
技术领域
本发明的实施方式涉及冷却套及淬火装置。
背景技术
使用如下淬火装置，即，通过将钢铁部件(以下称作“工件”)加热到奥氏体相变点以上的高温，接着，将工件急冷，从而对工件实施淬火处理。在这样的淬火装置中，为了对工件实施均匀的淬火处理，需要对加热后的工件的想要实施淬火的表面均匀地冷却。然而，当工件大、或者形状复杂时，均匀的冷却变得困难。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2007-204834号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的实施方式的目的在于提供冷却速度能够均匀化的冷却套及淬火装置。
用于解决课题的方案
本发明的实施方式的冷却套具备：冷却液供给构件，其使冷却液流通；以及冷却液喷射构件，其被从所述冷却液供给构件供给所述冷却液，且形成有喷射所述冷却液的多个喷射孔。所述冷却液喷射构件中的与工件对置的面具有沿着上下方向排列的上部区域、中央区域及下部区域。形成于所述中央区域的各所述喷射孔的面积比形成于所述上部区域的各所述喷射孔的面积及形成于所述下部区域的各所述喷射孔的面积大。所述冷却液喷射构件相对于所述工件沿水平方向进行相对移动。所述多个喷射孔以最短的间隔排列的最密方向相对于所述水平方向及所述上下方向这双方都倾斜。
本发明的实施方式的淬火装置具备所述冷却套、以及对所述工件加热的加热机构。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够实现冷却速度能够均匀化的冷却套及淬火装置。
附图说明
图1是表示实施方式的淬火装置的立体图。
图2是表示图1的区域A的立体剖视图。
图3是表示实施方式的冷却套的放大立体剖视图。
图4是表示实施方式的冷却套的冷却液喷射面的侧视图。
图5的(a)～(c)是示意性地表示实施方式的冷却套的动作的图。
图6是表示比较例的冷却套的冷却液喷射面的侧视图。
图7的(a)～(d)是示意性地表示比较例的冷却套的动作的图。
图8的(a)是表示试验例中使用的工件的局部剖视图，(b)是对横轴取时间并对纵轴取温度而表示冷却时的工件的温度变化的线图，(c)是对横轴取冷却时的温度范围并对纵轴取冷却速度而表示各温度范围中的冷却速度的线图。
附图标记说明：
1：淬火装置
10：冷却套
20：冷却液供给构件
21：板状构件
30：冷却液喷射构件
31：冷却液喷射面
32、33：喷射孔
34：列
35：上部区域
36：中央区域
37：下部区域
60：移动机构
100：工件
101：齿部
110：测定位置
130：冷却液喷射构件
131：冷却液喷射面
132：喷射孔
134：列
201：冷却液
202：蒸气层
C：中心轴
D1～D6：距离
H：水平方向
V：上下方向
W：最密方向。
具体实施方式
<实施方式>
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示本实施方式的淬火装置的立体图。
图2是表示图1的区域A的立体剖视图。
图3是表示本实施方式的冷却套的放大立体剖视图。
图4是表示本实施方式的冷却套的冷却液喷射面的侧视图。
如图1所示，在本实施方式中成为淬火处理的对象的工件100例如是旋转轮。工件100的整体的形状呈大致环状，在其内表面设置有多个齿部101。多个齿部101沿着工件100的周向周期性排列。本实施方式的淬火装置1对工件100的内表面实施淬火处理。
在淬火装置1中，设置有冷却套10、加热机构及移动机构60。在本实施方式中，冷却套10配置于工件100的内侧，移动机构60配置于工件100的外侧。移动机构60例如是通过与工件100的外周面抵接而使工件100自转的驱动辊。移动机构60通过使工件100自转，从而使工件100相对于冷却套10相对移动。
如图1～图3所示那样，在冷却套10中，设置有冷却液供给构件20和冷却液喷射构件30。冷却液供给构件20的形状呈大致圆板状。在冷却液供给构件20内形成有冷却液的流通路径。冷却液供给构件20例如经由下表面的中央部被从外部供给冷却液，并将该冷却液向冷却液供给构件20的外周面分配。
冷却液喷射构件30安装于冷却液供给构件20的外周面。冷却液喷射构件30的形状呈环状。冷却液喷射构件30的外周面成为冷却液喷射面31。冷却液喷射面31与工件100的内周面对置。冷却套10的中心轴C沿着上下方向V延伸。
加热机构配置于冷却套10内，例如组装于冷却液喷射构件30内。加热机构例如是高频感应线圈。在冷却液供给构件20的下表面安装有板状构件21。板状构件21配置于冷却液喷射构件30与工件100之间的间隙的下方。
在移动机构60的作用下，冷却液喷射面31相对于工件100沿工件100的周向进行相对移动。工件100的周向相对于水平面平行，是水平方向H的一种。
如图4所示，在冷却液喷射构件30的冷却液喷射面31分别形成有多个喷射孔32及喷射孔33。喷射孔32及喷射孔33是用于对工件100喷射由冷却液供给构件20供给来的冷却液的孔。喷射孔32及喷射孔33延伸的方向例如是冷却套10的半径方向、且是水平方向。喷射孔32及喷射孔33的形状例如呈圆柱形。喷射孔33的直径比喷射孔32的直径大。因此，在冷却液喷射面31中，各喷射孔33的面积比各喷射孔32的面积大。
在冷却液喷射面31中，喷射孔32及喷射孔33形成多列而二维排列。图4所示的列34是以最短的间隔排列有喷射孔32及喷射孔33的列。即，相邻的喷射孔间的距离中的、列34所延伸的最密方向W上的距离D1比水平方向H上的距离D2、上下方向V上的距离D3、除此以外的方向上的距离D4、D5、D6中的任意距离都短。最密方向W相对于上下方向V及水平方向H这双方都倾斜。在冷却液喷射面31中，列34形成有多个，且沿着冷却液喷射构件30的周向周期性或大致周期性排列。
在冷却液喷射面31中，沿着上下方向V设定有上部区域35、中央区域36、下部区域37。下部区域37位于比上部区域35靠下方、即重力的方向的位置。中央区域36配置于上部区域35与下部区域37之间。在上部区域35及下部区域37形成有喷射孔32。在中央区域36形成有喷射孔33。因此，形成于中央区域36的各喷射孔的面积比形成于上部区域35的各喷射孔的面积及形成于下部区域37的各喷射孔的面积大。
上下方向V上的中央区域36的长度比上下方向V上的上部区域35的长度长、且比上下方向V上的下部区域37的长度长。例如，上下方向V上的中央区域36的长度比上下方向V上的上部区域35的长度及下部区域37的长度的合计长。在图4所示的例子中，在上部区域35中，喷射孔32沿着上下方向V设置有4层，在中央区域36中，喷射孔33沿着上下方向V设置有12层，在下部区域37中，喷射孔32沿着上下方向V设置有3层。
需要说明的是，在图4中，也将工件100的位置用双点划线表示出。如图2～图4所示，在上下方向V上，冷却液喷射面31的上缘的位置与工件100的上缘的位置大致相等，冷却液喷射面31的下缘的位置与工件100的下缘的位置大致相等。
接着，说明本实施方式的淬火装置1的动作。
如图1所示，将工件100配置为内表面与冷却套10对置、且外表面抵接于移动机构60。此时，工件100的中心轴与冷却套10的中心轴C一致。
接着，在移动机构60的作用下，使工件100自转。由此，冷却套10的冷却液喷射构件30相对于工件100沿水平方向H进行相对移动。
接着，冷却液喷射构件30的加热机构加热工件100。此时，在工件100由钢构成的情况下，加热到奥氏体相变点以上的温度。之后，使加热机构停止。
接着，将冷却液向冷却液供给构件20内供给。冷却液例如是聚合物水溶液或水。冷却液在冷却液供给构件20内流通并到达冷却液喷射构件30，从喷射孔32及喷射孔33喷射。喷射出的冷却液与工件100的内表面接触。由此，工件100被冷却。其结果是，对工件100的内表面实施淬火处理。
以下，更详细地说明冷却工序。
图5的(a)～(c)是示意性地表示本实施方式的冷却套的动作的图。
图5的(a)～(c)表示冷却的初始阶段。另外，在图5的(a)～(c)中，冷却液的喷射用箭头表示，粗箭头与细箭头相比表示喷射量多。后述的图7的(a)～(d)也同样。
如图5的(a)所示，从冷却液喷射构件30的喷射孔32及喷射孔33喷射冷却液201。此时，在冷却液喷射构件30的上部区域35及下部区域37形成有相对小的喷射孔32，因此冷却液201的喷射量相对少。在中央区域36形成有相对大的喷射孔33，因此冷却液201的喷射量相对多。在冷却工序的最初的时机喷射出的冷却液201与工件100接触，与工件100之间进行热交换。
如图5的(b)所示，接触到工件100的冷却液201蒸发而沿着工件100的内表面形成蒸气层202。蒸气层202阻碍之后喷射出的冷却液201到达工件100。然而，中央区域36中的冷却液201的喷射量比上部区域35及下部区域37中的冷却液201的喷射量多，因此蒸气层202被冷却液201向上下挤压出。
因此，如图5的(c)所示，蒸气层202被迅速除去，冷却液201再次与工件100接触。由此，工件100继续被冷却。
接触到工件100的内表面的冷却液的一部分在冷却液喷射构件30与工件100之间的间隙内向下方移动，在板状构件21上短时间滞留而与工件100的下表面接触后落下。接触到工件100的内表面后的冷却液的剩余部分在冷却液喷射构件30与工件100之间的间隙内向上方移动，在工件100上及冷却套10上短时间滞留而与工件100的上表面接触后，主要从工件100的外侧落下。
若工件100被充分冷却，则停止冷却液201的供给，并且停止移动机构60。这样，淬火装置1对工件100的内表面实施淬火处理。
接着，说明本实施方式的效果。
在本实施方式的冷却套10中，在冷却液喷射面31中，形成于中央区域36的各喷射孔33的面积比形成于上部区域35的各喷射孔32的面积及形成于下部区域37的各喷射孔32的面积大。由此，能够将沿着工件100的内表面产生的蒸气层202迅速向上下排出，能够使之后喷射出的冷却液201与工件100迅速接触。其结果是，工件100的上下方向中央部处的冷却效率提高。工件100的上下方向中央部与上部及下部相比，难以被冷却。因此，通过使工件100的上下方向中央部处的冷却效率提高，能够实现冷却速度的均匀化。
另外，通过在冷却套10设置有板状构件21，能够使从冷却液喷射构件30与工件100之间的间隙落下的冷却液201在板状构件21上短时间滞留，而与工件100的下表面接触。由此，也能够效率良好地冷却工件100的下表面。冷却液201在工件100的上表面上短时间滞留，因此当假设未设置有板状构件21时，工件100的下表面的冷却速度有可能比上表面的冷却速度低。与此相对，在本实施方式中，设置有板状构件21，因此能够使冷却速度在工件100的上表面与下表面处一致。由此也能够实现工件100的冷却速度的均匀化。
另外，冷却液喷射构件30相对于工件100沿水平方向进行相对移动，因此工件100的内表面处的任意位置与在冷却液喷射面31上沿水平方向排列的多个喷射孔依次对置。因此，为了使工件100的冷却效率提高，优选工件100的内表面中的沿着上下方向V延伸的线段在规定的冷却期间所对置的冷却液喷射面31的矩形区域内，使上下方向V上的喷射孔的层数尽量多。
在本实施方式中，在冷却液喷射面31中，以最短的间隔排列有喷射孔32及喷射孔33的列34所延伸的最密方向W相对于水平方向H及上下方向V这双方都倾斜。由此，在上述的矩形区域内，能够增多上下方向V上的喷射孔的层数。
通过最密方向W相对于上下方向V倾斜，从而能够使喷射孔32及喷射孔33沿着上下方向V密排列。更具体说明，图4所示的例子中，沿着上下方向V在上部区域35中喷射孔32排列有4层，在中央区域36中喷射孔33排列有12层，在下部区域37中喷射孔32排列有3层，喷射孔合计排列有19层。与此相对，当假设使最密方向W与上下方向V一致时，在使距离D1一定的情况下，沿着上下方向V的喷射孔的层数比19层少。
另一方面，通过最密方向W相对于水平方向H倾斜，也能够在上述的矩形区域内增多沿着上下方向V的喷射孔的层数。更具体说明，当假设使最密方向W与水平方向H一致时，列34所排列的方向即与喷射孔的最密方向W正交的方向与上下方向V一致，上下方向V上的喷射孔的层数减少。在该情况下，即便工件100相对于冷却液喷射构件30沿水平方向移动，上下方向V上的喷射孔的位置也不变，因此不能得到增加沿着上下方向V的喷射孔的层数的效果。
进一步，通过最密方向W相对于水平方向H及上下方向V这双方都倾斜，从而在工件100中的相邻的齿部101间的齿根处，喷射冷却液的位置随时间变化。由此，在工件100的齿根处，生成冷却液沿着上下方向V的移动。由此也能够实现工件100的冷却速度的均匀化。
在工件100呈环状的情况下，内侧面与外侧面相比，每单位体积的表面积小，因此难以被冷却。另外，在工件100形成有齿部101的情况下，齿根与齿顶相比，每单位体积的表面积小，因此难以被冷却。因此，工件100的内侧面的齿根一般情况下冷却效率低。在本实施方式中，通过如上述那样形成喷射孔32及喷射孔33，即使在工件100的内侧面的齿根处，也能够使冷却效率提高。其结果是，能够实现工件100的冷却速度的均匀化。
<比较例>
接着，说明比较例。
图6是表示比较例的冷却套的冷却液喷射面的侧视图。
如图6所示，在本比较例的冷却套中，在冷却液喷射构件130的冷却液喷射面131形成有多个喷射孔132。喷射孔132的大小相互大体相等。另外，多个喷射孔132在冷却液喷射面131上大体均匀分布。相邻的3个喷射孔132位于正三角形的顶点。即，以最短的间隔排列有喷射孔132的列134相互沿着呈60度的角度的3个方向延伸。该3个方向中的1个方向与水平方向H一致。
接着，说明比较例的冷却套的动作。
图7的(a)～(d)是示意性地表示本比较例的冷却套的动作的图。
如图7的(a)所示，从冷却液喷射构件130的喷射孔132喷射冷却液201。在冷却液喷射面131中，多个喷射孔132大致均匀分布，因此冷却液201的喷射量也大致均匀。
如图7的(b)所示，冷却液201通过与工件100接触而蒸发，沿着工件100的内表面形成蒸气层202。蒸气层202阻碍之后喷射出的冷却液201到达工件100。在本比较例中，冷却液201的喷射量大致均匀，因此将蒸气层202向上下挤压出的作用少。
如图7的(c)所示，在之后喷射的冷却液201的作用下蒸气层202逐渐消失。然而，该期间，冷却液201向工件100的到达受阻碍，工件100的冷却效率降低。
如图7的(d)所示，当除去蒸气层202时，冷却液201再次与工件100接触。由此，工件100接着被冷却。这样，在比较例中，与上述的实施方式相比，蒸气层202的排出变迟，冷却工序的初始阶段的冷却效率低。
<试验例>
接着，说明表示上述的效果的试验例。
图8的(a)是表示在本试验例中使用的工件的局部剖视图，(b)是对横轴取时间并对纵轴取温度而表示冷却时的工件的温度变化的线图，(c)是对横轴取冷却时的温度范围并对纵轴取冷却速度而表示各温度范围的冷却速度的线图。
在本试验例中，制作在上述的实施方式中说明的实施例的冷却套、以及比较例的冷却套，使用各个冷却套来对工件100进行淬火处理，并测定出冷却速度。
以下，说明试验条件。
如图8的(a)所示，在本试验例中，作为工件100而使用在内侧面形成有齿部101的旋转轮。工件100的材料设为碳素钢S50C。加热处理通过高频感应加热来进行，关于加热温度在齿根中央部加热到奥氏体相变点以上的高温(910℃)。冷却液使用了规定浓度的聚合物溶液。
在实施例的冷却套中，使用图1至4所示的冷却液喷射构件30，将其上部区域及下部区域的喷射孔32的直径设为1.8mm，并将中央区域的喷射孔33的直径设为2.4mm。在比较例的冷却套中，使用图6所示的冷却液喷射构件130，并将其喷射孔132的直径设为1.8mm。温度的测定位置110设为工件100的内表面处的上下方向中央部的齿根、且距表面深2mm的位置。
如图8的(b)及(c)所示，在使用了比较例的冷却套的情况下，在冷却工序的初始阶段即温度从910℃到800℃的范围，工件100的冷却速度低。与此相对，在使用了实施例的冷却套的情况下，在相同的温度范围，工件100的冷却速度比比较例高。这样，根据实施例，与比较例相比冷却的初始阶段处的上下方向中央部的冷却速度高。
前述的实施方式是将本发明具现化的例子，本发明不限定于本实施方式。例如，在前述的实施方式中，追加、删除或变更若干构成要素的实施方式也包含于本发明。例如，冷却液喷射面中的喷射孔的形状不限定于圆形，例如也可以是多边形。另外，喷射孔33相邻的喷射孔间的距离也可以形成为比喷射孔32相邻的喷射孔间的距离窄。另外，喷射孔所延伸的方向不限定于水平方向，也可以是斜下方向或斜上方向。而且，冷却液供给构件20与冷却液喷射构件30也可以一体形成。另外，淬火装置也可以对工件的外周面实施淬火处理。在该情况下，冷却套配置于工件的外侧，移动机构配置于工件的内侧。工件不限定于旋转轮。

Claims (7)

1.一种冷却套，其中，
所述冷却套具备：
冷却液供给构件，其使冷却液流通；以及
冷却液喷射构件，其被从所述冷却液供给构件供给所述冷却液，且形成有喷射所述冷却液的多个喷射孔，
所述冷却液喷射构件中的与工件对置的面具有沿着上下方向排列的上部区域、中央区域及下部区域，
形成于所述中央区域的各所述喷射孔的面积比形成于所述上部区域的各所述喷射孔的面积及形成于所述下部区域的各所述喷射孔的面积大，
所述冷却液喷射构件相对于所述工件沿水平方向进行相对移动，
所述多个喷射孔以最短的间隔排列的最密方向相对于所述水平方向及所述上下方向这双方都倾斜。
2.根据权利要求1所述的冷却套，其中，
所述中央区域的所述上下方向上的长度比所述上部区域的所述上下方向上的长度及所述下部区域的所述上下方向上的长度长。
3.根据权利要求1或2所述的冷却套，其中，
所述冷却套还具备在所述冷却液喷射构件与所述工件之间的间隙的下方配置的板状构件。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却套，其中，
所述工件呈环状，
所述冷却液喷射构件与所述工件的内表面对置。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却套，其中，
所述工件呈环状，
在所述工件中的与所述冷却液喷射构件对置的面上，设置有在所述工件的周向上排列的多个齿部。
6.一种淬火装置，其中，
所述淬火装置具备：
权利要求1～5中任一项所述的冷却套；以及
对所述工件加热的加热机构。
7.根据权利要求6所述的淬火装置，其中，
所述淬火装置还具备使所述工件相对于所述冷却液喷射构件进行相对移动的移动机构。
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