DE102016115019A1 - Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück - Google Patents

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Towako MATSUI
Tsuyoshi Mikami
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Abstract

Ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück (W1, W2) weist einen Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück (W1, W2) auf eine Härtetemperatur erwärmt; einen Analyseprozess, der sich einen Durchmesser des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks (W1, W2) verschafft, und der basierend auf dem erhaltenen Durchmesser das erwärmte ringförmige Werkstück (W1, W2) in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufteilt; und einen Kühlprozess auf, der die Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen in Richtung des ringförmigen Werkstücks (W1, W2), das im Analyseprozess in zumindest den Abschnitt großen Durchmessers und den Abschnitt kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde, so spritzt, dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt, wobei sich die Einspritzbedingungen für den Abschnitt großen Durchmessers von den Einspritzbedingungen für den Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück.
  • 2. Stand der Technik
  • Beispielweise wird für einen Lagerring eines Wälzlagers, der überwiegend aus Stahl besteht, als ein ringförmiges Element für das Lager Stahl, z. B. Lagerstahl oder einsatzgehärteter Stahl, verwendet. Um dem Lagerring die gewünschte mechanische Festigkeit zu verleihen, muss bei dem ringförmigen Werkstück eine Wärmebehandlung, z. B. Härten (Abschrecken), angewandt werden. Wenn das ringförmige Werkstück gehärtet wird, verschlechtert sich die Rundheit, und Dimensionsabweichungen des Außen- und des Innendurchmessers nehmen zu, was problematisch ist.
  • Als ein Verfahren zur Vermeidung von Abweichungen des Außen- und Innendurchmessers des ringförmigen Werkstücks zeigt z. B. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-62308 ( JP 2014-62308 A ) ein Verfahren, das die Durchführung einer Härtebehandlung mit einer Härtungsvorrichtung aufweist, die eine Außenumfangrückhaltevorrichtung, die durch Anliegen an einer äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Elements eine Verformung des ringförmigen Elements in radialer Richtung nach Außen beschränkt, und eine Innenumfangrückhaltevorrichtung aufweist, die durch Anliegen an einer inneren Umfangsfläche des ringförmigen Elements eine Verformung des ringförmigen Elements in radialer Richtung nach Innen beschränkt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Während das in JP 2014-62308 A beschriebene Verfahren einen Anstieg der Dimensionsabweichungen und eine Verschlechterung der Rundheit des ringförmigen Elements nach dem Härten vermeiden kann, kann es einen Kostenanstieg nicht vermeiden, weil die Rückhaltevorrichtungen separat vorgesehen sein müssen, was problematisch ist. Des Weiteren müssen die Rückhaltevorrichtungen gemäß der Größe (Modellnummer) des ringförmigen Elements geändert werden, so dass der Aufbau der Härtungsvorrichtung jedes Mal geändert werden muss, wenn sich die Größe des ringförmigen Elements ändert. Daher ist es schwierig auf das Härten ringförmiger Elemente unterschiedlicher Größen sofort zu reagieren.
  • Die Erfindung stellt somit ein Härteverfahren bereit, das kostengünstig eine Härtebehandlung ermöglicht, das es ermöglicht, einen Anstieg der Dimensionsabweichungen und eine Verschlechterung der Rundheit eines ringförmigen Werkstücks nach dem Härten zu vermeiden, und das auch auf Größenveränderungen und dergleichen des zu härtenden ringförmigen Werkstücks sofort reagieren kann.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück aus Metall, das einen Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück auf eine Härtetemperatur erwärmt; einen Analyseprozess, der sich einen Durchmesser des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks verschafft, und der basierend auf dem erhaltenen Durchmesser das erwärmte ringförmige Werkstück in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufteilt; und einen Kühlprozess aufweist, der die Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen in Richtung des ringförmigen Werkstücks, das im Analyseprozess in zumindest den Abschnitt großen Durchmessers und den Abschnitt kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde, so spritzt, dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt, wobei sich die Einspritzbedingungen für den Abschnitt großen Durchmessers von den Einspritzbedingungen für den Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden.
  • Ein ringförmiges Werkstück zur Herstellung eines Lagerrings oder dergleichen hat Eigenspannungen, die in einem früheren Prozess (z. B. einem Schmiedeprozess oder einem Drehprozess oder dergleichen) zur Herstellung des zu härtenden ringförmigen Werkstücks der Erfindung im ringförmigen Werkstück erzeugt wurden. Wenn das ringförmige Werkstück, das solche Eigenspannungen hat, erwärmt wird, dehnt sich das ringförmige Werkstück unter dem Abbau der Eigenspannungen thermisch aus. Daher wird gemäß der Eigenspannungsverteilung im auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstück eine Verformung (Formänderung) erzeugt, wobei im Ergebnis die Rundheit des ringförmigen Werkstücks abnimmt. Des Weiteren verändert sich bei der Härtebehandlung der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks, wenn die Temperatur des ringförmigen Werkstücks in einem Kühlprozess, der das auf die Härtetemperatur erwärmte ringförmige Werkstück abkühlt, fällt. Abhängig von den Kühlbedingungen variiert dabei die Art, in der sich der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks ändert.
  • Bei dem Härteverfahren gemäß dem ersten Aspekt wird das ringförmige Werkstück, bei dem eine Verformung (Formänderung) erzeugt wurde als es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, in zumindest einen Abschnitt großen Durchmessers und einen Abschnitt kleinen Durchmessers aufgeteilt, und im darauffolgenden Kühlprozess durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen, die sich für den Abschnitt großen Durchmessers von dem Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden, gekühlt, so dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt. Auf diese Weise kann durch Anpassung der Kühlbedingungen des ringförmigen Werkstücks in dem Kühlprozess das ringförmige Werkstück so verformt werden, dass die Verformung (Formänderung) gemäß der Verteilung der Eigenspannungen, die erzeugt wurde, als es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, beseitigt wird. Im Ergebnis kann ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit und kleiner Dimensionsabweichung erhalten werden.
  • Des Weiteren verschafft sich das Härteverfahren gemäß dem ersten Aspekt den Durchmesser des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks, wobei die Kühlbedingungen gemäß dem erhaltenen Durchmesser angepasst werden. Unabhängig von der Form, Größe, Modellnummer oder dergleichen des zu härtenden ringförmigen Werkstücks kann daher kostengünstig an einem beliebigen ringförmigen Werkstück eine geeignete Härtebehandlung angewandt werden. Des Weiteren ist es auch möglich, auf Größenveränderungen und dergleichen eines zu härtenden ringförmigen Werkstücks sofort zu reagieren.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück aus Metall, das einen ersten Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück auf eine Temperatur erwärmt, bei der in dem ringförmigen Werkstück Spannungen abgebaut werden; einen Analyseprozess, der sich einen Durchmesser des ringförmigen Werkstücks, das auf die Temperatur erwärmt wurde, bei der Spannungen abgebaut werden, verschafft, und der basierend auf dem erhaltenen Durchmesser das erwärmte ringförmige Werkstück in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufteilt; einen zweiten Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück, das im Analyseprozess in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufgeteilt wurde, auf eine Härtetemperatur erwärmt; und einen Kühlprozess aufweist, der Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen in Richtung des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks so spritzt, dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt, wobei sich die Einspritzbedingungen für den Abschnitt großen Durchmessers von den Einspritzbedingungen für den Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden.
  • Wie oben beschrieben, dehnt sich das ringförmige Werkstück unter dem Abbau von Eigenspannungen thermisch aus, wenn das ringförmige Werkstück zur Herstellung eines Lagerrings oder dergleichen erwärmt wird. Daher wird gemäß der Verteilung der Eigenspannungen eine Verformung (Formänderung) in dem erwärmten ringförmigen Werkstück erzeugt, wobei im Ergebnis die Rundheit des ringförmigen Werkstücks abnimmt. Dabei dehnt sich das ringförmige Werkstück zunächst unter dem Abbau der Eigenspannungen und somit mit der Verformung (Formänderung) gemäß der Eigenspannungsverteilung thermisch aus; das ringförmige Werkstück dehnt sich aber, nachdem die Eigenspannungen abgebaut wurden, im Wesentlichen gleichmäßig thermisch aus. Die Temperatur, bei der die Spannungen im ringförmigen Werkstück abgebaut werden, hängt auch vom Material des ringförmigen Werkstücks und dergleichen ab. Wenn das ringförmige Werkstück beispielsweise aus Lagerstahl besteht, werden die im ringförmigen Werkstück verbleibenden Spannungen im Wesentlichen bei einer Temperatur von ungefähr 500 bis 700°C abgebaut.
  • Nachdem das ringförmige Werkstück auf die Temperatur erwärmt wurde, bei der im ersten Erwärmungsprozess die Spannungen im ringförmigen Werkstück abgebaut werden (nachfolgend wird diese Temperatur auch als ”Spannungsabbautemperatur” bezeichnet), wird bei dem Härteverfahren gemäß dem zweiten Aspekt das auf die Spannungsabbautemperatur erwärmte ringförmige Werkstück in den Abschnitt großen Durchmessers und den Abschnitt kleinen Durchmessers aufgeteilt. Nachdem das ringförmige Werkstück im zweiten Erwärmungsprozess auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, wird das ringförmige Werkstück dann im Kühlprozess durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen, die sich für den Abschnitt großen Durchmessers von dem Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden, gekühlt, so dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt. Auf diese Weise kann durch Anpassung der Kühlbedingungen des ringförmigen Werkstücks in dem Kühlprozess das ringförmige Werkstück so verformt werden, dass die gemäß der Eigenspannungsverteilung beim Erwärmen des ringförmigen Werkstücks erzeugte Verformung (Formänderung) beseitigt wird. Im Ergebnis kann ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit und kleiner Dimensionsabweichung erhalten werden.
  • Des Weiteren verschafft sich das Härteverfahren gemäß dem zweiten Aspekt den Durchmesser des ringförmigen Werkstücks, das auf die Temperatur erwärmt wurde, bei der Spannungen abgebaut werden, wobei die Kühlbedingungen gemäß dem erhaltenen Durchmesser angepasst werden. Unabhängig von der Form, Größe, Modellnummer oder dergleichen des zu härtenden ringförmigen Werkstücks kann daher kostengünstig an einem beliebigen ringförmigen Werkstück eine geeignete Härtebehandlung angewandt werden. Des Weiteren ist es auch möglich, auf Größenveränderungen und dergleichen eines zu härtenden ringförmigen Werkstücks sofort zu reagieren.
  • Außerdem wird im Härteverfahren gemäß dem zweiten Aspekt nach der Erwärmung des ringförmigen Werkstücks auf die Temperatur, bei der im ersten Erwärmungsprozess die Spannungen abgebaut werden, das ringförmige Werkstück in zumindest den Abschnitt kleinen Durchmessers und den Abschnitt großen Durchmessers aufgeteilt und wird dann das ringförmige Werkstück im zweiten Erwärmungsprozess auf die Härtetemperatur erwärmt. In diesem Fall endet der Analyseprozess an dem Punkt, an dem das ringförmige Werkstück auf die Härtetemperatur erwärmt wird. Daher kann das auf die Härtetemperatur erwärmte ringförmige Werkstück nach der Erwärmung sofort in den Kühlprozess bewegt werden. Beim Härten eines ringförmigen Werkstücks aus Stahl ist es wichtig, dass das ringförmige Werkstück sofort gekühlt wird, nachdem es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde. Im Besonderen ist es wichtig das Werkstück sofort komplett bis Innen zu kühlen, um das ringförmige Werkstück komplett bis Innen erfolgreich zu härten. In dieser Hinsicht kann im Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das ringförmige Werkstück sofort in den Kühlprozess bewegt werden, nachdem der Erwärmungsprozess endet, so dass es möglich ist, das ringförmige Werkstück sofort komplett bis Innen zu kühlen. Auch wenn das zu härtende ringförmige Werkstück ein dickes, schwierig zu kühlendes ringförmiges Werkstück ist, kann daher das ringförmige Werkstück komplett bis Innen erfolgreich gehärtet werden.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann das ringförmige Werkstück durch den Kühlprozess auch eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur erhalten. Eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur ist eine Struktur, in der 85 bis 95 Masse-% eine martensitische Struktur und 5 bis 15 Masse-% eine Restaustenitstruktur ist, wobei es eine unvollständig gehärtete Struktur nicht gibt. Dabei kann eine unvollständig gehärtete Struktur eine Bainitstruktur sein, die durch eine langsame Abkühlgeschwindigkeit in der Härtebehandlung herbeigeführt wird. In der martensitischen Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wird eine Bainitstruktur nicht herbeigeführt. Ein gehärtetes Produkt mit einer martensitischen Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur kann zweckmäßig als Lagerring oder dergleichen verwendet werden. Des Weiteren kann der Kühlprozess, der das ringförmige Werkstück durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit abkühlt, das auf Härtetemperatur erwärmte ringförmige Werkstück schnell abkühlen, so dass dieser Kühlprozess dafür geeignet ist, dem ringförmigen Werkstück eine martensitische Struktur mit einer martensitischen Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur zu verleihen.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt können in dem Kühlprozess die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit so angepasst werden, dass die Kühlung des Abschnitts kleinen Durchmesserss vor der Kühlung des Abschnitts großen Durchmessers begünstigt wird. Im Ergebnis kann ein gehärtetes Produkt mit noch besserer Rundheit erhalten werden. Wenn das ringförmige Werkstück schnell abgekühlt wird, um dem ringförmigen Werkstück nach der Härtebehandlung eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur zu verleihen, zieht sich das ringförmige Werkstück zunächst zusammen, wenn die Temperatur fällt, dehnt sich dann wegen der martensitischen Umwandlung der Struktur aus, und zieht sich zusammen, wenn die Temperatur weiter fällt. Wenn in diesem Fall das ringförmige Werkstück so gekühlt wird, dass die Kühlung des Abschnitts kleinen Durchmessers vor der Kühlung des Abschnitts großen Durchmessers begünstigt wird, erfährt der Abschnitt kleinen Durchmessers, der vor dem Abschnitt großen Durchmessers gekühlt wurde, eine martensitische Umwandlung und dehnt sich zuerst aus. Wenn das passiert, hat der Abschnitt kleinen Durchmessers, der sich aufgrund der martensitischen Umwandlung ausdehnt und sich dann zusammenzieht, wenn die Temperatur weiter fällt, einen größeren Durchmesser als der Abschnitt großen Durchmessers, der sich mitten im Zusammenziehen befindet. Inzwischen beginnt sich auch der Abschnitt großen Durchmessers der martensitischen Umwandlung zu unterziehen und auszudehnen, aber später als der Abschnitt kleinen Durchmessers. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Abschnitt kleinen Durchmessers bereits in eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur umgewandelt, wobei diese martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur eine höhere Streckgrenze als eine Austenitstruktur hat und sich somit nicht so leicht verformt. Daher wird die Ausdehnung des später gekühlten Abschnitts großen Durchmessers von dem Abschnitt kleinen Durchmessers gehemmt. Dadurch ist der Betrag der Verformung des Abschnitts großen Durchmessers der Ausdehnung der martensitischen Umwandlung folgend geringer als des Abschnitts kleinen Durchmessers, der sich vor dem Abschnitt großen Durchmessers ausgedehnt hat. Im Ergebnis wird die Dimensionsdifferenz aufgrund der Verformung (Formänderung) gemäß der Verteilung der Eigenspannungen, die erzeugt wurde, als es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, verkleinert, wenn das ringförmige Werkstück gekühlt wird, so dass das ringförmige Werkstück, das die Härtebehandlung durchlaufen hat, eine bessere Rundheit mit kleiner Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers und dem Abschnitt großen Durchmessers hat.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann in dem Kühlprozess die Kühlflüssigkeit von einer inneren Seite und einer äußeren Seite des ringförmigen Werkstücks einspritzen. In diesem Fall kann das auf die Härtetemperatur erwärmte ringförmige Werkstück schneller gekühlt werden. Daher ist dieses Verfahren besonders gut als Verfahren zur Kühlung eines dicken ringförmigen Werkstücks geeignet.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt können in dem Kühlprozess die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit angepasst werden, indem zumindest einer der Parameter von Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit, Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit und Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit verändert werden. Diese Verfahren zur Anpassung der Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit sind Verfahren, die dazu geeignet sind, sowohl die Kühlbedingungen des Abschnitts großen Durchmessers als auch die Kühlbedingungen des Abschnitts kleinen Durchmessers anzupassen.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks auf einem Messergebnis eines Laserabstandssensors basierend erhalten werden. Mit dieser Art von Verfahren kann der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks in kurzer Zeit genau erhalten werden, ohne das ringförmige Werkstück zu berühren.
  • Gemäß diesem Aspekt kann ein gehärtetes ringförmiges Werkstück mit guter Rundheit und kleiner Dimensionsabweichung kostengünstig bereitgestellt werden. Des Weiteren macht es die Erfindung auch möglich auf Größenveränderungen und dergleichen eines zu härtenden ringförmigen Werkstücks sofort zu reagieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand der begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Elemente kennzeichnen, werden im Folgenden Merkmale, Vorteile, sowie technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei:
  • 1A ein Prozessdiagramm ist, das ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 1B eine Ansicht ist, die eine schematische Darstellung einer Härtungsvorrichtung zeigt, die das in 1A gezeigte Härteverfahren verwendet;
  • 2 eine Draufsicht ist, die eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Kühlsystems zeigt, das in einem Kühlprozess der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird;
  • 3A eine Ansicht ist, die einen Einspritzwinkel einer Kühlflüssigkeit zeigt;
  • 3B eine Ansicht ist, die einen anderen Einspritzwinkel einer Kühlflüssigkeit zeigt;
  • 4A ein Prozessdiagramm ist, das ein Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4B eine Ansicht ist, die eine schematische Darstellung einer Härtungsvorrichtung zeigt, die im in 4A gezeigten Härteverfahren verwendet wird; und
  • 5 eine Draufsicht ist, die eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Kühlsystems zeigt, das in einem Kühlprozess der zweiten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zunächst wird eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren, das darauf ausgerichtet ist, ein ringförmiges Werkstück zu härten, wobei es einen Erwärmungsprozess, einen Analyseprozess und einen Kühlprozess aufweist. Das ringförmige Werkstück besteht aus Stahl. Nachfolgend wird in der Prozessreihenfolge das Härteverfahren der beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 1A ist ein Prozessdiagramm, das das Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt, und 1B ist eine Ansicht, die eine schematische Darstellung einer Härtungsvorrichtung zeigt, die in dem in 1A gezeigten Härteverfahren verwendet wird. 2 ist eine Draufsicht, die eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Kühlsystems zeigt, das in einem Kühlprozess der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird. Die 3A und 3B sind Ansichten, die Einspritzwinkel einer Kühlflüssigkeit zeigen.
  • Das in dieser beispielhaften Ausführungsform zu härtende ringförmige Werkstück (nachfolgend auch einfach als ”Werkstück” bezeichnet) ist aus Lagerstahl. Beispiele für diesen Lagerstahl sind Chromstähle wie JIS SUJ2 und JIS SUJ3, sowie einsatzgehärtete Stähle (gehärtete Stähle) wie SAE 5120 und SCr420, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Die Größe (Außendurchmesser und Dicke und dergleichen) des Werkstücks ist nicht beschränkt. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann ein Werkstück beliebiger Größe als das zu härtende Objekt verwendet werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform hängt die Dicke des zu härtenden Werkstücks jedoch von einer Heizspule für Induktionserwärmung ab. Die Werkstückdicke kann beliebig sein, so lange wie das gesamte Werkstück von der Heizspule induktiv erwärmt werden kann. Die Obergrenze der Werkstückdicke hängt von der Heizspule ab. Ebenso hängt die Untergrenze der Werkstückdicke von der Dicke ab, die das ringförmige Element nach der Wärmebehandlung benötigt. Auch wird die Erwärmung des Werkstücks mit nur der Heizspule umso schwieriger, je dicker das Werkstück ist, wenn also die Werkstückdicke gleich oder größer als 10 mm ist, kann die Induktionserwärmung mit einem auf der inneren Seite in radialer Richtung des Werkstücks berührungslos angeordneten Spulenkern durchgeführt werden. Der Spulenkern ist aus Siliziumstahlblech und hat beispielsweise eine kreisförmige zylindrische Form. Wenn die Werkstückdicke in axialer Richtung gleich ist, hat die Werkstückdicke einen Wert, der der Hälfte der Differenz zwischen dem Außen- und Innendurchmesser entspricht. Wenn die Werkstückdicke in axialer Richtung nicht gleich ist, hat die Werkstückdicke einen Wert, der der Hälfte der Differenz zwischen dem Außen- und Innendurchmesser an der axialen Position entspricht, an der die Differenz zwischen dem Innen- und Außendurchmesser am größten ist.
  • Das Werkstück kann zum Beispiel durch Herstellung von ringförmigem Material durch Schmieden aus Lagerstahl, und Ausbildung (Drehen) des erhaltenen ringförmigen Materials in eine vorgegebene Form durch Bearbeitung oder dergleichen hergestellt werden.
  • Das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform wird beispielsweise mit der in 1B gezeigten Härtungsvorrichtung 100 durchgeführt. Die Härtungsvorrichtung 100 weist eine Induktionserwärmungszone 10, eine Außenumfanganalysezone 20 und eine Kühlzone 30 auf. Zunächst wird in diesem Härteverfahren ein Erwärmungsprozess durchgeführt, der das mittels Drehen hergestellte Werkstück auf eine Härtetemperatur erwärmt. In diesem Erwärmungsprozess wird zuerst ein mittels Drehen hergestelltes Werkstück W1 zur Induktionserwärmungszone 10 transportiert, in der eine Drehscheibe 1 und eine Heizspule 11 vorgesehen sind, wie es in 1B gezeigt ist (siehe Pfeil (1) in 1A und 1B). Das transportierte Werkstück W1 wird auf der Drehscheibe 1 und der inneren Seite der Heizspule 11 angeordnet. Während das Werkstück W1 (die Drehscheibe 1) rotiert, fließt dann Strom durch die Heizspule 11, wobei das Werkstück W1 induktiv auf eine vorgegebene Härtetemperatur erwärmt wird (z. B. 900 bis 1000°C wenn das Werkstück W1 aus JIS SUJ2 ist). Im Ergebnis kann das Werkstück W1 gleichmäßig erwärmt werden, so dass sogar eine Austenitisierung des Werkstücks W1 durchgeführt werden kann. Hinsichtlich der Bedingungen der Induktionserwärmung können dabei die Produktionsmenge, Frequenz und Erwärmungszeit und dergleichen angepasst werden, so dass das gesamte Werkstück W1 von der Oberfläche bis ins Innere gleichmäßig erwärmt werden kann. Die Frequenz beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 kHz. Mit der Induktionserwärmung erwärmt sich das Werkstück W1 schnell. Die Induktionserwärmung kann die für die Erwärmung benötigte Zeit verkürzen, und ist somit geeignet als Erwärmungsprozess in einer Herstellungslinie aufgenommen zu werden. Unter Berücksichtigung des Materials des Werkstücks W1 und des Erwärmungsverfahren kann in diesem Prozess des Weiteren die Erwärmungstemperatur in geeigneter Weise ausgewählt werden. Des Weiteren kann die Erwärmung des Werkstücks W1 beispielsweise in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird der Analyseprozess durchgeführt, der das erwärmte Werkstück W1 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt. In diesem Analyseprozess wird das erwärmte Werkstück W1 in die Außenumfanganalysezone 20 bewegt, in der ein Laserabstandssensor (ein Spaltsensor) vorgesehen ist (siehe Pfeil (2) in 1A und 1B), wo an jeder Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs der Radius des Werkstücks W1 gemessen wird und basierend auf den Messergebnissen das Werkstück W1 dann in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wird. Der Ausdruck ”jede Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs” bezieht sich dabei auf jede Position an Punkten, die den gesamten Außenumfang bilden und die gemäß den Auflösungsbeschränkungen und dergleichen des Sensors gemessen werden können.
  • Ein Sensorelement 21 des Laserabstandssensors ist in der Außenumfanganalysezone 20 an einer Position außerhalb des Werkstücks W1 befestigt. Indem die Drehscheibe 1 rotiert, rotiert dabei das Werkstück W1 auf der inneren Seite des Sensorelements 21, das dem Werkstück W1 gegenüberliegend angeordnet ist. Im Ergebnis können die Abstände zwischen dem Sensorelement 21 und jeder Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 gemessen werden.
  • Als Laserabstandssensor können bekannte und kommerzielle Laserabstandssensoren verwendet werden. Die Farbe des Laserlichts des Laserabstandssensors ist nicht besonders beschränkt, wobei blaues oder grünes Licht bevorzugt ist. Der Grund dafür ist, dass das erwärmte Werkstück W1 rot ist, und daher der Abstand zum Werkstück W1 genauer gemessen werden kann, wenn ein blaues oder grünes Laserlicht verwendet wird.
  • Im Analyseprozess ist die zum Messen des Werkstücks W1 benötigte Zeit vorzugsweise so kurz wie möglich. Die Messzeit ist vorzugsweise kürzer als ungefähr drei Sekunden. Die Messung in so einer kurzen Zeitdauer kann durch die Verwendung eines Laserabstandssensors erreicht werden. Das Halten der Messzeit unter ungefähr drei Sekunden ermöglicht ein Absinken der Oberflächentemperatur des Werkstücks W1 während der Messung um 30°C oder weniger.
  • Wie oben beschrieben, wird in diesem Analyseprozess das Werkstück W1 in Abschnitte großen Durchmessers, in denen die Abmessung in radialer Richtung groß ist, und Abschnitte kleinen Durchmessers, in denen die Abmessung in radialer Richtung klein ist, aufgeteilt. Diese Aufteilung wird von einem in der Außenumfanganalysezone 20 vorgesehen Berechnungsabschnitt 22 durchgeführt. Des Weiteren werden die Aufteilungsergebnisse in einem in der Außenumfanganalysezone 20 vorgesehenen Speicherelement 23 gespeichert. In Verbindung damit kann des Weiteren bei Bedarf auch die Rundheit des erwärmten Werkstücks W1 berechnet werden.
  • Die oben beschriebene Aufteilung in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers wird beispielsweise über die unten beschriebenen Prozesse (A) und (B) durchgeführt. (A) ist ein Prozess, der jede Position in Umfangsrichtung auf dem Außenumfang des Werkstücks W1 nach der Erwärmung misst und die Außenumfangsform des Werkstücks W1 ermittelt. (B) ist ein Prozess, der das Werkstück W1 gemäß der Außenumfangsform des Werkstücks W1 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt.
  • Insbesondere weist der oben beschriebene Prozess (A) die Durchführung der unten beschriebenen Schritte (A – 1) bis (A – 4) auf, wobei die Außenumfangsform des Werkstücks W1 ermittelt wird. Zunächst wird in (A – 1) ein virtuelles Zentrum C0 des erwärmten Werkstücks W1 ermittelt. Das Verfahren zur Ermittlung des virtuellen Zentrums C0 ist nicht besonders beschränkt. Das virtuelle Zentrum C0 kann zweckmäßig ermittelt werden. Zum Beispiel kann im Voraus ein Bezugswerkstück auf die Drehscheibe 1 gelegt werden, das Zentrum des Bezugswerkstücks berechnet, und dieses Zentrum des Bezugswerkstück als virtuelles Zentrum C0 verwendet werden. In (A – 2) wird jede Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs des erwärmten Werkstück W1 mit dem Laserabstandssensor gemessen und die Abstände zwischen dem virtuellen Zentrum C0 und jeder Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 erhalten. In (A – 3) werden die in (A – 2) oben erhaltenen Abstände mit dem virtuellen Zentrum C0 als Ursprung in XY-Koordinaten konvertiert. In (A – 4) werden die in (A – 3) oben erhaltenen Koordinatendaten mit der Methode der kleinsten Quadrate angenähert, und ein Kreis, der die Außenumfangsform des Werkstücks W1 annähert (d. h. ein angenäherter Kreis), berechnet. Des Weiteren werden die Abstände von einer Zentrumskoordinate C des angenäherten Kreises zu jeder der Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 berechnet, und wird die Außenumfangsform des Werkstücks W1 unter Verwendung dieser Abstände als Radius r jeder der Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 ermittelt. Die Informationen (d. h. die Zentrumskoordinate C und der Radius r) über den angenäherten Kreis und der Radius an jeder der Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1, die im obigen Prozess (A) erhalten wurden, werden im Speicherelement 23 gespeichert.
  • Als nächstes wird der oben beschriebene Prozess (B) durchgeführt. Insbesondere werden die in (B – 1) bis (B – 4) unten beschriebenen Schritte durchgeführt, wobei das Werkstück W1 in die Abschnitte großen Durchmessers und die Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wird. Basierend auf den im oben beschriebenen Prozess (A) erhaltenen Informationen wird in (B – 1) zunächst ein erster virtueller Kreis und ein zweiter virtueller Kreis, die um die Zentrumskoordinate C zentriert sind, erhalten. Der erste virtuelle Kreis ist ein Kreis, der um die Zentrumskoordinate C zentriert ist, und der einen Radius a hat, dessen Wert dem maximalen Wert von den oben in (A) erhaltenen Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 entspricht. Des Weiteren ist der zweite virtuelle Kreis ein Kreis, der um die Zentrumskoordinate C zentriert ist, und der einen Radius b hat, dessen Wert dem minimalen Wert von den oben in (A) erhaltenen Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 entspricht.
  • Basierend auf dem Radius a des ersten virtuellen Kreises und dem Radius b des zweiten virtuellen Kreises wird in (B – 2) mit der folgenden Berechnungsformel (1) ein Referenzradius c berechnet, der die Abschnitte großen Durchmessers von den Abschnitten kleinen Durchmessers aufteilt. c = (a + b)/2 (1)
  • In (B – 3) wird das von oben gesehene Werkstück W1 in 16 gleiche Teile aufgeteilt, so dass die Mittelpunktswinkel des ersten virtuellen Kreises (oder des zweiten virtuellen Kreises) in Umfangsrichtung gleich sind, und wird somit, gesondert von (B – 1) und (B – 2) oben (siehe 2), virtuell in 16 ringförmige Werkstückfragmente W1a bis W1p aufgeteilt. Als nächstes wird für jedes der ringförmigen Werkstückfragmente W1a to W1p ein Durchschnittswert der Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs, die jedes ringförmige Werkstückfragment W1a bis W1p aufweist, berechnet.
  • In (B – 4) wird der Durchschnittswert der Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs, die jedes ringförmige Werkstückfragment W1a bis W1p aufweist, mit dem Referenzradius c verglichen, wobei ein ringförmiges Werkstückfragment, dessen Durchschnittswert größer als der Referenzradius c ist, ein Abschnitt großen Durchmessers, und ein ringförmiges Werkstückfragment, dessen Durchschnittswert gleich oder kleiner als der Referenzradius c ist, ein Abschnitt kleinen Durchmessers ist.
  • Im Analyseprozess ist das Verfahren zur Ermittlung des Radius an jeder Position in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 nicht auf ein Verfahren mit einem Laserabstandssensor beschränkt. Es können auch andere Verfahren verwendet werden. Ein Verfahren zur Ermittlung des Durchmessers des Werkstücks W1 wie des Radius an jeder der Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 ist jedoch dazu geeignet, als Analyseprozess in einer Herstellungslinie aufgenommen zu werden.
  • Anschließend wird das Werkstück W1 in die Kühlzone 30 (siehe Pfeil (3) in 1A und 1B) bewegt, und ein Kühlprozess durchgeführt, der Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W1 spritzt. In diesem Kühlprozess wird das erwärmte Werkstück W1 mit einer Abkühlgeschwindigkeit gekühlt, die in dem Werkstück W1, das durch die Erwärmung auf Härtetemperatur austenitisiert wurde, eine martensitische Umwandlung bewirkt oder bevorzugter mit einer Abkühlgeschwindigkeit gekühlt, die bewirkt, dass das Werkstück W1 eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur hat.
  • Eine die Kühlzone 30 bildende Kühlvorrichtung ist so konfiguriert, dass eine Vielzahl (16 in dem gezeigten Beispiel in 2) von Einspritzdüsen 32 (32a bis 32p) in gleichmäßigem Abstand um den Außenumfang des Werkstücks W1 positioniert sind, wenn das Werkstück W1, wie in 2 gezeigt, angeordnet ist. In dem Kühlprozess wird das Werkstück W1 durch das Einspritzen von Kühlflüssigkeit 33 mit der Vielzahl der Einspritzdüsen 32 von der Außenseite des Werkstücks W1 gekühlt.
  • Basierend auf den Ergebnissen der Aufteilung des Werkstücks W1 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers in dem oben beschriebenen Analyseprozess, werden in diesem Kühlprozess die Kühlungsbedingung für jeden Abschnitt (d. h. jedes ringförmige Werkstückfragment) des Werkstücks W1 angepasst. Beispielsweise sind die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit 33 dabei so angepasst, dass die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers des Werkstücks W1 vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers des Werkstücks W1 begünstigt wird. Diese Anpassung der Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit kann beispielsweise durchgeführt werden, indem zumindest einer der Parameter von Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit, Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit und Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit verändert wird.
  • Insbesondere können die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit auf verschiedene Arten geändert werden. Beispielsweise ist (a) die Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit (die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit) an die Abschnitte kleinen Durchmessers größer gehalten als die Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit an die Abschnitte großen Durchmessers, (b) der Einspritzstartzeitpunkt für die Abschnitte kleinen Durchmessers früher gesetzt als der Einspritzstartzeitpunkt für die Abschnitte großen Durchmessers, indem zunächst Kühlflüssigkeit nur in Richtung der Abschnitte kleinen Durchmessers spritzt, und nachdem eine festgelegte Zeitdauer verstrichen ist, Kühlflüssigkeit in Richtung des gesamtem Werkstücks W1, einschließlich der Abschnitte großen Durchmessers, spritzt, (c) der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W1 für die Abschnitte kleinen Durchmessers und die Abschnitte großen Durchmessers unterschiedlich eingestellt, indem Kühlflüssigkeit von oben in einem Winkel in Richtung des Werkstücks W1 an die Abschnitte kleinen Durchmessers spritzt, und Kühlflüssigkeit aus einer horizontalen Richtung (die Links-/Rechts-Richtung in 1) in Richtung des Werkstücks W1 an die Abschnitte großen Durchmessers spritzt, (d) die Einspritzzeit an den Abschnitten kleinen Durchmessers der Kühlflüssigkeit länger und die Einspritzzeit der Kühlflüssigkeit an den Abschnitten großen Durchmessers kürzer gehalten, (e) die Kühlflüssigkeittemperatur an den Abschnitten kleinen Durchmessers abgesenkt und die Kühlflüssigkeittemperatur an den Abschnitten großen Durchmessers erhöht, und (f) (a) bis (e) von oben zweckmäßig kombiniert. Im Ergebnis ist die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers des Werkstücks W1 vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers des Werkstücks W1 begünstigt.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit dem Winkel, der zwischen der Einspritzrichtung der Kühlflüssigkeit, die von den Einspritzdüsen 32 in Richtung des Werkstücks W1 spritzt, das so angeordnet ist, dass eine äußere Umfangsfläche (oder innere Umfangsfläche) in der vertikalen Richtung liegt, und einer horizontalen Richtung H ausgebildet ist. Wie es in 3A gezeigt ist, ist der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit 0°, wenn die Einspritzrichtung der Kühlflüssigkeit, die aus den Einspritzdüsen 32 spritzt, mit der horizontalen Richtung H ausgerichtet ist. Wie es in 3B gezeigt ist, ist des Weiteren ein Winkel θ, der zwischen dem Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit (siehe der Pfeil in der Zeichnung) und der horizontalen Richtung H ausgebildet ist, der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit, wenn die aus den Einspritzdüsen 32 spritzende Kühlflüssigkeit von oben in einem Winkel in Richtung des Werkstücks W1 spritzt.
  • Verglichen mit dem Fall, in dem der Einspritzwinkel 0° ist (wenn Kühlflüssigkeit aus der horizontalen Richtung spritzt), kann in dem Kühlprozess die Abkühlgeschwindigkeit des Werkstücks W1 erhöht werden, wenn der Einspritzwinkel θ größer als 0° ist. Typischerweise zum Beginn der Kühlung (in einer Dampffilmphase) bildet sich in dem Kühlprozess auf der Werkstückoberfläche ein Dampffilm, der einen direkten Kontakt zwischen dem Kühlmittel und der Werkstückoberfläche verhindert, wobei der Dampffilm mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübertragung behindert, so dass die Abkühlgeschwindigkeit langsam ist. Wenn dieser Dampffilm zusammenbricht und ein Fest-Flüssig-Kontakt auftritt, gibt es einen Übergang zum Sieden (eine Siedephase) und die Werkstückkühlung schreitet schnell voran. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit größer als 0° ist und Kühlflüssigkeit aus einer schrägen Richtung (z. B. in einem Winkel) spritzt, der Dampffilm zu diesem Zeitpunkt leichter zusammenbrechen und somit der Übergang in die Siedephase früher eintreten wird, was ermöglichen würde, dass die Abkühlgeschwindigkeit des Werkstücks erhöht wird. Es wurde tatsächlich bestätigt, dass die Abkühlgeschwindigkeit auch höher ist, wenn die Kühlflüssigkeit von oben in einem Winkel mit einem Einspritzwinkel θ von 5° oder 15° anstelle mit einem Einspritzwinkel θ von 0° spritzt. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit des Werkstücks angepasst wird, indem der Einspritzwinkel der oben beschriebenen Kühlflüssigkeit eingestellt wird, wird der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit vorzugsweise zwischen 0° und 60° eingestellt.
  • Auch wenn das in dem Erwärmungsprozess erwärmte Werkstück vor der Erwärmung eine Form mit guter Rundheit hatte, kann sich, wie oben bereits beschrieben, das Werkstück während des Aufheizprozesses verformen und die Rundheit verschlechtern. Nach dem Erwärmungsprozess kann das Werkstück irgendeine von verschiedenen Formen haben, wie in einer Draufsicht gesehen eine im Wesentlichen elliptische Form oder eine Form mit in einer Vielzahl von Bereichen (z. B. drei Bereichen) hervorstehenden Abschnitten, wobei die Art der Verformung nicht gleichbleibend ist, auch wenn die Erwärmungsbedingungen gleich sind. Wenn des Weiteren ein im Erwärmungsprozess verformtes Werkstück gleichmäßig abkühlt, wird es gekühlt, während es den durch die Erwärmung geschaffenen verformten Zustand beibehält, so dass das erhaltene gehärtete Produkt eine schlechte Rundheit hat. Auf der anderen Seite wird in dieser beispielhaften Ausführungsform der Analyseprozess durchgeführt und die Außenumfangsform des Werkstücks W1 sofort ermittelt, nachdem das Werkstück W1 auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, wobei das Werkstück W1 auf der Außenumfangsform des Werkstücks W1 basierend in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wird. Dann werden im Kühlprozess die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) so angepasst, dass die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers des Werkstücks W1 vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers des Werkstücks W1 begünstigt wird und die Kühlung des Werkstücks W1 durchgeführt. Wie oben bereits beschrieben, wird ein Verformungsmaß, das mit einer Ausdehnung mit martensitischer Umwandlung der Abschnitte kleinen Durchmessers einhergeht, größer als das Verformungsmaß, das mit einer Ausdehnung mit martensitischer Umwandlung der Abschnitte großen Durchmessers einhergeht, indem das Werkstück W1 mit diesen Bedingungen gekühlt wird. Im Ergebnis ist nach dem Kühlprozess die Dimensionsdifferenz zwischen den Abschnitten kleinen Durchmessers und den Abschnitten großen Durchmessers klein, so dass die Rundheit des gehärteten Werkstücks hervorragend ist. Des Weiteren ist das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform dazu geeignet in einer Herstellungslinie aufgenommen zu werden.
  • In dem Kühlprozess wird das Werkstück W1 gekühlt, indem mit 16 Einspritzdüsen Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W1 spritzt, wobei die Anzahl der im Kühlprozess verwendeten Einspritzdüsen nicht besonders beschränkt ist. Die Anzahl der Einspritzdüsen ist vorzugsweise vier oder höher.
  • Die Kühlflüssigkeit kann jede Flüssigkeit sein, die imstande ist das Werkstück W1 zu kühlen. Die Kühlflüssigkeit ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. Wasser, Öl oder ein wasserlösliches Polymer oder dergleichen sein. Das Öl kann z. B. Abschrecköl oder dergleichen sein. Das wasserlösliche Polymer kann z. B. PAG (Polyalkygenglykol) oder dergleichen sein. Das im Wasser gelöste wasserlösliche Polymer kann als eine wässrige Lösung verwendet werden. In diesem Fall kann die Menge an wasserlöslichem Polymer im Wasser gemäß der Art des wasserlöslichen Polymers und dergleichen in geeigneter Weise festgelegt sein. Es kann nur eine Art dieser Kühlflüssigkeiten, oder es können zwei oder mehr Arten dieser Kühlflüssigkeiten zusammen verwendet werden.
  • Nachdem das Werkstück auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, wird mit dem Kühlprozess vorzugsweise so früh wie möglich begonnen. Wenn es lange Zeit dauert mit der Kühlung zu beginnen, nachdem das Werkstück auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, kann es schwierig sein die martensitische Umwandlung im Werkstück durch den Kühlprozess einzuleiten. Nachdem das Werkstück W1 auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, ist daher die Zeit bis zum Beginn des Kühlprozesses (das Einspritzen der Kühlflüssigkeit) vorzugsweise so kurz wie möglich. Daher wird mit dem Kühlprozess vorzugsweise gleich begonnen, nachdem der Analyseprozess endet. Des Weiteren ist auch die Oberflächentemperatur des Werkstücks, die nach der Erwärmung auf Härtetemperatur fällt, bevor der Kühlprozess (das Einspritzen der Kühlflüssigkeit) beginnt, vorzugsweise so niedrig wie möglich.
  • In dem oben beschriebenen Kühlprozess ist die Einspritzzeit der Kühlflüssigkeit nicht besonders beschränkt und kann unter Berücksichtigung der Temperatur des Werkstücks W1 sowie der Strömungsrate der Kühlflüssigkeit und dergleichen in geeigneter Weise eingestellt werden. Wie in der oben beschriebenen Kühlflüssigkeiteinspritzbedingung (b) angegeben, ist des Weiteren die Zeit vom Einspritzbeginn in Richtung der Abschnitte kleinen Durchmessers bis zum Einspritzbeginn in Richtung der Abschnitte großen Durchmessers vorzugsweise kürzer als 10 Sekunden, wenn die Kühlflüssigkeit mit dem Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit an den Abschnitten großen Durchmessers des Werkstücks W1 zum Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit an den Abschnitten kleinen Durchmessers des Werkstücks W1 versetzt eingespritzt wird. Des Weiteren ist in dem Kühlprozess die Einspritzmenge (die Strömungsrate) der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit nicht besonders beschränkt und kann gemäß der Größe des Werkstücks W1 und der Anzahl an Einspritzdüsen und dergleichen in geeigneter Weise eingestellt werden. Die Kühlzone 30 kann mit einem nicht gezeigten Strömungsrateregelventil oder dergleichen versehen sein, um die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit zu regeln.
  • Indem die Härtebehandlung des Werkstücks W1 mit solchen Prozessen durchgeführt wird, wird kostengünstig ein gehärtetes Produkt eines Werkstücks mit einer martensitischen Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur, die eine gute Rundheit und kleine Dimensionsabweichungen aufweist, erhalten. Normalerweise wird dann bei einem Werkstück, das eine Härtebehandlung mit dem oben beschriebenen Verfahren (siehe Pfeil (4) in 1A und 1B) durchlaufen hat, eine Anlassbehandlung angewandt. Ein Werkstück, das eine Härtebehandlung mit dem Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform durchlaufen hat, kann zweckmäßig für einen Lagerring oder dergleichen verwendet werden.
  • In der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren zur Aufteilung des Werkstücks W1 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers nicht auf das in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschriebene Verfahren beschränkt. Zum Beispiel kann der Radius r des im oben beschriebenen Prozess (A) berechneten angenäherten Kreises als Referenz dienen, und kann dieser Radius r mit dem Durchschnittswert der Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs jedes der ringförmigen Werkstückfragmente verglichen werden, wobei das Werkstück auf diesem Vergleich basierend in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt werden kann.
  • In dem Analyseprozess der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W1 gemessen, und kann die Innenumfangsform des Werkstücks W1 auf den Messergebnissen basierend ermittelt werden, wobei das Werkstück W1 dann auf dieser Innenumfangsform basierend in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt werden kann. In diesem Fall kann die Aufteilung des Werkstücks W1 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers mit fast dem gleichen Verfahren wie dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, das das Werkstück W1 auf der Außenumfangsform des Werkstücks W1 basierend in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt. Des Weiteren kann der Durchmesser des Werkstücks W1 auch unter Verwendung einer anderen Technologie als ein Laserabstandssensor, z. B. Thermographie, erhalten werden.
  • In dem Härteverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Werkstück in drei oder mehr Abschnittsarten (z. B. drei Abschnittsarten, d. h. Abschnitte großen Durchmessers, Abschnitte mittleren Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers) aufgeteilt werden, wobei der Kühlprozess so durchgeführt werden kann, dass die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit so angepasst werden, dass die Kühlung umso mehr begünstigt wird je kleiner der Durchmesser des Abschnitts ist (d. h., dass die Kühlung von Abschnitten kleinen Durchmessers vor der Kühlung von Abschnitten größeren Durchmesses begünstigt wird).
  • In dem Härteverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Kühlbedingungen so angepasst werden, dass die Kühlung von Abschnitten großen Durchmessers vor der Kühlung von Abschnitten kleinen Durchmessers begünstigt wird. In diesem Fall können beispielsweise die Kühlbedingungen der Abschnitte kleinen Durchmessers und die Kühlbedingungen der Abschnitte großen Durchmessers bei dem in (a) bis (f) oben beschriebenen Verfahren, das die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers begünstigt, miteinander getauscht werden.
  • In der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Erwärmungsverfahren des Werkstücks nicht auf eine Induktionserwärmung beschränkt. Das Erwärmungsverfahren des Werkstücks kann auch ein anderes bekanntes Erwärmungsverfahren, z. B. Ofenbeheizung, sein. In der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Werkstückmaterial nicht auf Lagerstahl beschränkt. Das Werkstück kann auch aus einem anderen Stahl als Lagerstahl oder aus Metall bestehen.
  • Nachfolgend wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren, das darauf ausgerichtet ist ein ringförmiges Werkstück zu härten, wobei es einen ersten Erwärmungsprozess, einen Analyseprozess, einen zweiten Erwärmungsprozess und einen Kühlprozess aufweist. Das ringförmige Werkstück besteht aus Stahl. Nachfolgend wird in der Prozessreihenfolge das Härteverfahren der beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 4A ist ein Prozessdiagramm, das das Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt, und 4B ist eine Ansicht, die eine schematische Darstellung einer Härtungsvorrichtung zeigt, die in dem in 4A gezeigten Härteverfahren verwendet wird. 5 ist eine Draufsicht, die eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Kühlsystems zeigt, das in einem Kühlprozess der zweiten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
  • Das in dieser beispielhaften Ausführungsform zu härtende ringförmige Werkstück (nachfolgend auch einfach als ”Werkstück” bezeichnet) besteht, ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, aus Lagerstahl. Auch in dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Größe des Werkstücks nicht besonders beschränkt. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann ein Werkstück beliebiger Größe als das zu härtende Objekt verwendet werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform hängt die Dicke des zu härtenden Werkstücks von einer Heizspule für Induktionserwärmung ab. Die Werkstückdicke kann beliebig sein, so lange wie das gesamte Werkstück von der Heizspule induktiv erwärmt werden kann. Die Obergrenze der Werkstückdicke hängt von der Heizspule ab. Ebenso hängt die Untergrenze der Werkstückdicke von der Dicke ab, die das ringförmige Element nach der Wärmebehandlung benötigt. Auch wird die Erwärmung des Werkstücks mit nur der Heizspule umso schwieriger, je dicker das Werkstück ist, wenn also die Werkstückdicke gleich oder größer als 10 mm ist, kann die Induktionserwärmung mit einem auf der in radialer Richtung inneren Seite des Werkstücks berührungslos angeordneten Spulenkern durchgeführt werden. Der Spulenkern ist aus Siliziumstahlblech und hat in einem Beispiel eine kreisförmige zylindrische Form.
  • Ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform wird in dieser beispielhaften Ausführungsform am Werkstück aus Lagerstahl, das mittels Drehen oder dergleichen hergestellt wurde, eine Härtebehandlung angewandt. Das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform wird beispielsweise mit der Härtungsvorrichtung 300 durchgeführt. Die Härtungsvorrichtung 300 weist eine Induktionserwärmungszone 210, eine Außenumfanganalysezone 220 und eine Kühlzone 230 auf. Zunächst wird in diesem Härteverfahren ein Erwärmungsprozess durchgeführt, der das mittels Drehen hergestellte Werkstück auf eine Temperatur erwärmt, bei der Spannungen abgebaut werden (eine Spannungsabbautemperatur).
  • In diesem ersten Erwärmungsprozess wird zuerst ein mittels Drehen hergestelltes Werkstück W2 zur Induktionserwärmungszone 210 transportiert, in der eine Drehscheibe 201 und eine Heizspule 211 vorgesehen sind, wie in 4B gezeigt (siehe Pfeil (1) in 4B). Das transportierte Werkstück W2 wird auf der Drehscheibe 201 und der inneren Seite der Heizspule 211 angeordnet. Während das Werkstück W2 (die Drehscheibe 201) rotiert, fließt dann Strom durch die Heizspule 211, wobei das Werkstück W2 induktiv auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der die Eigenspannungen des Werkstücks W2 abgebaut werden. Hinsichtlich der Bedingungen der Induktionserwärmung können dann die Produktionsmenge, Frequenz, Erwärmungszeit und dergleichen angepasst werden, so dass das gesamte Werkstück W2 von der Oberfläche bis ins Innere gleichmäßig erwärmt werden kann. Die Frequenz beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 kHz. Die Erwärmungstemperatur des ersten Erwärmungsprozesses ist auch niedriger als die Härtetemperatur. Der Grund dafür ist, dass die Erwärmung auf Härtetemperatur später im zweiten Erwärmungsprozess durchgeführt wird. Im Ergebnis werden die Eigenspannungen im Werkstück W2, die bei der Herstellung des Werkstücks W2 erzeugt wurden, abgebaut, wobei eine Verformung gemäß der Eigenspannungen des erwärmten Werkstücks W2 auftritt. Die Verformung, die dabei gemäß den Eigenspannungen auftritt, bleibt fast gleich, wenn das Werkstück auf die Härtetemperatur erwärmt wird.
  • Die Erwärmungstemperatur des Werkstücks W2 im ersten Erwärmungsprozess ist vorzugsweise eine Temperatur zwischen 500 und 700°C. Der Grund dafür ist, dass durch eine Erwärmung des Werkstücks W2 auf eine Temperatur in diesen Bereich die Eigenspannungen im Wesentlichen abgebaut werden, so dass es keine weitere zufällige Verformung aufgrund von Eigenspannungen gibt. Auf der anderen Seite werden, wenn die Erwärmungstemperatur des Werkstücks W2 niedriger als 500°C ist, die Eigenspannungen im Werkstück W2 nicht hinreichend abgebaut, und wenn die Erwärmungstemperatur höher als 700°C ist, beginnt in der Struktur des Werkstücks W2 eine Phasenumwandlung aufzutreten, so dass diese Temperatur nicht für eine Unterbrechung der Erwärmung geeignet ist. Eine eher zu bevorzugende Erwärmungstemperatur liegt zwischen 500 und 650°C, wobei eine noch eher zu bevorzugende Erwärmungstemperatur zwischen 600 und 650°C liegt.
  • Als nächstes wird das erwärmte Werkstück W2 in die Außenumfanganalysezone 220 bewegt, die einen Laserabstandssensor (einen Spaltsensor) (siehe Pfeil (2) in 4B) aufweist, und wird ein Analyseprozess durchgeführt, der die Außendurchmesserform des Werkstücks W2 ermittelt und das Werkstück W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt. In diesem Analyseprozess wird ein Verfahren, das dem in der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendeten Verfahren ähnlich ist, als Verfahren zur Aufteilung des Werkstücks W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet.
  • Dann wird das Werkstück W2, das den Analyseprozess durchlaufen hat, wieder in die Induktionserwärmungszone 210 (siehe Pfeil (3) in 4B) transportiert und der zweite Erwärmungsprozess durchgeführt, der das Werkstück W2 induktiv auf eine vorgegebene Härtetemperatur erwärmt (z. B. 900 bis 1000°C, wenn das Werkstück W2 aus JIS SUJ2 ist). Ähnlich wie beim ersten Erwärmungsprozesses fließt in diesem zweiten Erwärmungsprozess Strom durch die Heizspule 211, während das Werkstück W2, das auf der Drehscheibe 201 und der inneren Seite der Heizspule 211 angeordnet wurde, rotiert, und wird das Werkstück W2 induktiv erwärmt. Dabei beträgt die Frequenz als Erwärmungsbedingung vorzugsweise 0,1 bis 5 kHz. In diesem Prozess kann das Werkstück W2 gleichmäßig erwärmt werden, so dass eine Austenitisierung des Werkstücks W2 gleichmäßig durchgeführt werden kann. Des Weiteren wird in diesem Prozess das Werkstück W2 auf die Härtetemperatur erwärmt und die gemäß der Eigenspannungen im ersten Erwärmungsprozess erzeugte Verformung beibehalten. In dem zweiten Erwärmungsprozess kann die Härtetemperatur des Werkstücks W2 unter Berücksichtigung des Materials des Werkstücks W2 und des Erwärmungsverfahrens in geeigneter Weise ausgewählt werden. Des Weiteren kann die Erwärmung des Werkstücks W2 beispielsweise in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
  • Anschließend wird das Werkstück W2 in die Kühlzone 230 (siehe Pfeil (4) in 4B) bewegt, und ein Kühlprozess durchgeführt, der Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W2 spritzt. In diesem Kühlprozess wird das erwärmte Werkstück W2 mit einer Abkühlgeschwindigkeit gekühlt, die in dem austenitisierten Werkstück W2 eine martensitische Umwandlung bewirkt oder bevorzugter mit einer Abkühlgeschwindigkeit gekühlt, die bewirkt, dass das Werkstück W2 eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur erhält.
  • Die Kühlzone 230 ist so konfiguriert, dass sie sowohl von der inneren Seite als auch von der äußeren Seite des Werkstücks W2 Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W2 spritzt. Eine die Kühlzone 230 bildende Kühlvorrichtung ist so konfiguriert, dass eine Vielzahl (16 in dem in 5 gezeigten Beispiel) von Einspritzdüsen 232 (232a bis 232p) in gleichmäßigem Abstand um den Außenumfang des Werkstücks W2 positioniert sind und eine Vielzahl (16 in dem in 5 gezeigten Beispiel) von Einspritzdüsen 234 (234a to 234p) in gleichmäßigem Abstand um den Innenumfang des Werkstücks W2 positioniert sind, wenn das Werkstück W2, wie in 5 gezeigt, angeordnet ist. In der Kühlzone 230 wird das Werkstück W2 gekühlt, indem Kühlflüssigkeit 233 über die Einspritzdüsen 232a bis 232p und 234a bis 234p in Richtung des Werkstücks W2 spritzt.
  • Basierend auf den Ergebnissen der Aufteilung des Werkstücks W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers im oben beschriebenen Analyseprozess werden in diesem Kühlprozess die Kühlbedingungen für jeden Abschnitt des Werkstücks W2 (d. h. jedes ringförmige Werkstückfragment) angepasst. Zum Beispiel werden dabei die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit 233 so angepasst, dass die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers des Werkstücks W2 vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers des Werkstücks W2 begünstigt wird. Das in der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendete Verfahren kann als spezifisches Verfahren zur Anpassung der Einspritzbedingungen verwendet werden.
  • Ähnlich wie im Härteverfahren der ersten beispielhaften Ausführungsform wird mit dieser Art von Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform das Werkstück im Kühlprozess so gekühlt, dass die Verformung (Formänderung) gemäß der Verteilung der Eigenspannungen, die erzeugt worden sind als das Werkstück erwärmt wurde, abgebaut wird, so dass ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit erhalten werden kann. Des Weiteren ist das Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform auch dazu geeignet in einer Herstellungslinie aufgenommen zu werden.
  • Außerdem wird bei dem Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform, nachdem der erste Erwärmungsprozess durchgeführt wurde, der das Werkstück auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Eigenspannungen abgebaut werden, der Analyseprozess durchgeführt, und wird dann, nachdem der zweite Erwärmungsprozess durchgeführt wurde, der das Werkstück auf die die Härtetemperatur erwärmt, der Kühlprozess durchgeführt. Daher ist es im Gegensatz zur ersten beispielhaften Ausführungsform möglich, sofort in den Kühlprozess überzugehen, nachdem das Werkstück W2 auf die Härtetemperatur erwärmt wurde. Des Weiteren wird in dem Kühlprozess das Werkstück W2 dadurch gekühlt, dass Kühlflüssigkeit nicht nur von der äußeren Seite des erwärmten Werkstücks W2, sondern auch von der inneren Seite des erwärmten Werkstücks W2 spritzt. Nachdem der Erwärmungsprozess endet, kann daher das Werkstück W2 in dieser beispielhaften Ausführungsform in einer kürzeren Zeit komplett bis ins Innere gekühlt werden. Auch wenn das zu härtende Werkstück ein dickes Werkstück ist, kann dementsprechend in dieser beispielhaften Ausführungsform ein hinreichend komplett bis ins Innere gehärtetes Produkt mit guter Rundheit erhalten werden. Natürlich ist die beispielhafte Ausführungsform auch für eine Härtebehandlung von dünnen Werkstücken geeignet.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Anzahl der in dem Kühlprozess verwendeten Einspritzdüsen nicht besonders beschränkt. Die Anzahl der Einspritzdüsen ist sowohl um den Außenumfang als auch um den Innenumfang vorzugsweise gleich oder größer als vier. Des Weiteren kann die gleiche Kühlflüssigkeit, die in der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird, als die oben beschriebene Kühlflüssigkeit verwendet werden.
  • In dem oben beschriebenen Kühlprozess ist die Einspritzzeit der Kühlflüssigkeit nicht besonders beschränkt, und kann unter Berücksichtigung der Temperatur des Werkstücks W2 und der Strömungsrate der Kühlflüssigkeit in geeigneter Weise eingestellt werden. Wenn das Einspritzen von Kühlflüssigkeit mit dem Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit an den Abschnitten großen Durchmessers des Werkstücks W2 zum Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit an den Abschnitten kleinen Durchmessers des Werkstücks W2 versetzt durchgeführt wird, ist im oben beschriebenen Kühlprozess des Weiteren die Zeit vom Einspritzbeginn in Richtung der Abschnitte kleinen Durchmessers bis zum Einspritzbeginn in Richtung der Abschnitte großen Durchmessers vorzugsweise nicht länger als 10 Sekunden. Des Weiteren ist in dem Kühlprozess die Einspritzmenge (die Strömungsrate) der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit nicht besonders beschränkt und kann gemäß der Größe des Werkstücks W2 und der Anzahl der Einspritzdüsen und dergleichen in geeigneter Weise eingestellt werden. Wenn der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit versetzt ist, ist in dem Kühlprozess des Weiteren der Einspritzwinkel nicht besonders beschränkt und kann gemäß der Größe des Werkstücks W2 und der Anzahl der Einspritzdüsen und dergleichen in geeigneter Weise eingestellt werden. Dabei wird der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit vorzugsweise zwischen 0° und 60° angepasst. Des Weiteren können die Einspritzbedingungen der Einspritzdüsen 232 auf der äußeren Seite und die Einspritzdüsen 234 auf der inneren Seite, die mit dem dazwischen angeordneten Werkstück W2 einander gegenüberliegen, gleich oder voneinander unterschiedlich sein.
  • Indem die Härtebehandlung des Werkstücks W2 mit solchen Prozessen durchgeführt wird, wird kostengünstig ein gehärtetes Produkt eines Werkstücks aus Martensit, das eine gute Rundheit und kleine Dimensionsabweichungen aufweist, erhalten. Normalerweise wird dann bei einem Werkstück, das eine Härtebehandlung mit dem oben beschriebenen Verfahren (siehe Pfeil (5) in 4A) durchlaufen hat, eine Anlassbehandlung angewandt. Ein Werkstück, das eine Härtebehandlung mit dem Härteverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform durchlaufen hat, kann zweckmäßig für einen Lagerring oder dergleichen verwendet werden.
  • In dem Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform kann als Verfahren zur Aufteilung des Werkstücks W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers auch ein Verfahren, das den Radius r des angenäherten Kreises verwendet, der im als Referenz oben beschriebenen Prozess (A) berechnet wurde, und diesen Radius r mit dem Durchschnittswert der Radien an den Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs jedes der ringförmigen Werkstückfragmente vergleicht, und basierend auf diesem Vergleich das Werkstück in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt, verwendet werden.
  • In dem Analyseprozess der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Positionen in Umfangsrichtung des Außenumfangs des Werkstücks W2 gemessen, kann basierend auf den Messergebnissen die Innenumfangsform des Werkstücks W2 ermittelt, und kann dann auf der Innenumfangsform basierend das Werkstück W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt werden. In diesem Fall kann die Aufteilung des Werkstücks W2 in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers mit fast dem gleichen Verfahren wie dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, das das Werkstück W2 auf der Außenumfangsform des Werkstücks W2 basierend in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufteilt. Des Weiteren kann der Durchmesser des Werkstücks W2 auch mit einer anderen Technologie als ein Laserabstandssensor, z. B. Thermographie, ermittelt werden.
  • In dem Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Werkstück in drei oder mehr Arten von Abschnitten (z. B. drei Arten von Abschnitten, d. h. Abschnitte großen Durchmessers, Abschnitte mittleren Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers) aufgeteilt, und kann der Kühlprozess mit drei oder mehr Arten von Kühlbedingungen durchgeführt werden, so dass die Kühlung umso mehr begünstigt wird, je kleiner der Durchmesser des Abschnitts ist (d. h., dass die Kühlung von Abschnitten kleineren Durchmessers vor der Kühlung von Abschnitten größeren Durchmessers begünstigt wird).
  • In der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Erwärmungsverfahren des Werkstücks nicht auf eine Induktionserwärmung beschränkt. Das Erwärmungsverfahren des Werkstücks kann auch ein anderes bekanntes Erwärmungsverfahren, z. B. Ofenbeheizung, sein. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Werkstückmaterial nicht auf Lagerstahl beschränkt. Das Werkstück kann auch aus einem anderen Stahl als Lagerstahl oder aus Metall bestehen.
  • In dem Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Kühlbedingungen so angepasst werden, dass die Kühlung von Abschnitten großen Durchmessers vor der Kühlung von Abschnitten kleinen Durchmessers begünstigt wird. In diesem Fall können beispielsweise die Kühlbedingungen der Abschnitte kleinen Durchmessers und die Kühlbedingungen der Abschnitte großen Durchmessers bei dem in (a) bis (f) oben beschriebenen Verfahren, das die Kühlung der Abschnitte kleinen Durchmessers vor der Kühlung der Abschnitte großen Durchmessers begünstigt, miteinander getauscht werden.
  • Die Funktionsweise und Effekte des Härteverfahrens gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wurden verifiziert. Dabei wurden im Folgenden beschriebene ringförmige Werkstücke als Teststücke verwendet und Tests mit den Beispielen 1 bis 5 und Vergleichsbeispielen 1 bis 4 durchgeführt. (Vorbereitung der Teststücke zur Auswertung) Ringförmiges Material aus JIS SUJ2 Stahl wurde hergestellt und das erhaltene ringförmige Material wurde geschnitten und in einer vorgegebenen Form bearbeitet, um ringförmige Werkstücke zu erhalten (von dem jedes einen Außendurchmesser von 125 mm und eine Dicke von 4 mm hat).
  • Im Beispiel 1 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (Teststücks) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 80 μm. Die Rundheit wurde mit einem Laserabstandssensor (der Keyence Corporation) berechnet, wobei die Differenz zwischen dem Radius des ersten virtuellen Kreises und dem Radius des zweiten virtuellen Kreises, die mit dem oben beschriebenen Verfahren berechnet wurden, als Rundheit verwendet wurde.
  • Danach wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 10 der Härtungsvorrichtung 100 (siehe 1B) eingebracht, die die Induktionserwärmungszone 10, die Außenumfanganalysezone 20 und die Kühlzone 30 aufweist, und das gesamte ringförmige Werkstück mittels Induktionserwärmung induktiv auf 950°C erwärmt. Dabei waren die Erwärmungsbedingungen eine Frequenz von 1 kHz und eine Erwärmungszeit von 30 Sekunden. Des Weiteren wurde die Temperatur des ringförmigen Werkstücks über die Oberflächentemperatur mit einem Thermoelement gemessen. Die Form des ringförmigen Werkstücks nach der Erwärmung war, in einer Draufsicht gesehen, im Wesentlichen elliptisch.
  • Danach wurde das erwärmte ringförmige Werkstück in die Außenumfanganalysezone 20 bewegt, wo es in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde und die Informationen hinsichtlich dieser Aufteilung dann im Speicherelement 23 gespeichert wurden. Dabei wurde das Verfahren der oben beschriebenen Prozesse (A) und (B) als Verfahren zur Aufteilung des ringförmigen Werkstücks in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet. Das heißt, dass zunächst die Außenumfangsform des ringförmigen Werkstücks über den oben beschriebenen Prozess (A) ermittelt wurde. Indem der oben beschriebene Prozess (B) durchgeführt wurde, wurde dann jedes der 16 ringförmigen Werkstückfragmente, in die das Werkstück virtuell aufgeteilt wurde, basierend auf dem oben beschriebenen Referenzradius c, der von dem ersten virtuellen Kreis und dem zweiten virtuellen Kreis des ringförmigen Werkstücks erhalten wurde, entweder als Abschnitt großen Durchmessers oder als Abschnitt kleinen Durchmessers klassifiziert.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Kühlzone 30 bewegt und wurde eine Kühlbehandlung, die Kühlflüssigkeit in einem vorgegebenen Zustand in Richtung des ringförmigen Werkstücks spritzt, durchgeführt. Dabei wurde das ringförmige Werkstück in der Kühlzone 30, die die 16 Einspritzdüsen 32 (32a bis 32p) zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit aufweist, innerhalb der Einspritzdüsen 32, die, wie es in 2 gezeigt ist, in einem gleichmäßigem Abstand angeordnet sind, angeordnet, und wurde eine Kühlbehandlung durchgeführt, die die Kühlflüssigkeit 33 an die Außenumfangsseite des ringförmigen Werkstücks spritzt.
  • Die im Folgenden beschriebenen Bedingungen wurden als Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit verwendet. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,2 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Ergebnis dieser Art der Härtebehandlung war, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung nach der Berechnung 65 μm.
  • Im Beispiel 2 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 1 angewandt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,5 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem Beispiel betrug die Rundheit vor der Erwärmung des ringförmigen Werkstücks 60 μm und die Rundheit nach der Kühlung 60 μm. In einer Draufsicht gesehen hatte das ringförmige Werkstück nach der Erwärmung eine Form mit hervorstehenden Abschnitten in drei Bereichen.
  • Im Beispiel 3 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 1 angewandt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann sechs Sekunden nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem Beispiel betrug die Rundheit vor der Erwärmung des ringförmigen Werkstücks 92 μm und die Rundheit nach der Kühlung 65 μm. In einer Draufsicht gesehen hatte das ringförmige Werkstück nach der Erwärmung eine im Wesentlichen elliptische Form.
  • Im Beispiel 4 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 1 angewandt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann drei Sekunden nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem Beispiel betrug die Rundheit vor der Erwärmung des ringförmigen Werkstücks 65 μm und die Rundheit nach der Kühlung 65 μm. In einer Draufsicht gesehen hatte das ringförmige Werkstück nach der Erwärmung eine Form mit hervorstehenden Abschnitten in drei Bereichen.
  • Im Beispiel 5 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 1 angewandt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,6 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 15°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,2 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden einzuspritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem Beispiel betrug die Rundheit vor der Erwärmung des ringförmigen Werkstücks 85 μm und die Rundheit nach der Kühlung 75 μm. In einer Draufsicht gesehen hatte das ringförmige Werkstück nach der Erwärmung eine im Wesentlichen elliptische Form.
  • Im vergleichenden Beispiel 1 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 78 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in einen Heizofen gelegt und für 0,5 Stunden bei 830°C ofenbeheizt.
  • Als nächstes wurde eine Kühlbehandlung mittels Ölkühlung durchgeführt, bei der das ringförmige Werkstück in Kühlöl von 80°C gelegt wurde. Ergebnis dieser Art von Behandlung war, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 500 μm.
  • Im vergleichenden Beispiel 2 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 62 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in einen Heizofen gelegt und für 0,5 Stunden bei 830°C ofenbeheizt.
  • Als nächstes wurde eine Kühlbehandlung mittels Ölkühlung durchgeführt, bei der das ringförmige Werkstück in Kühlöl von 80°C gelegt wurde. Dann wurde beim ringförmigen Werkstück eine Korrektur durchgeführt. Nach der Korrektur betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks 100 μm. Des Weiteren war Ergebnis dieser Art von Härtebehandlung, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde.
  • Im vergleichenden Beispiel 3 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 1 angewandt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. Eine Sekunde nach dem Ende des Analyseprozesses wurden alle Einspritzdüsen geöffnet und Kühlflüssigkeit begann mit einer Strömungsrate von 0,5 L/min pro Einspritzdüse für 30 Sekunden in Richtung des gesamten ringförmigen Werkstücks zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem vergleichenden Beispiel betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks vor der Erwärmung 73 μm und die Rundheit nach der Kühlung 200 μm.
  • Im vergleichenden Beispiel 4 wurde bei einem ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im vergleichenden Beispiel 3 angewandt, außer, dass das ringförmige Werkstück induktiv erwärmt wurde, wobei in dem Erwärmungsprozess die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des ringförmigen Werkstücks beide durch eine Rückhaltevorrichtung zurückgehalten wurden. In diesem vergleichenden Beispiel betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks vor der Erwärmung 70 μm und die Rundheit nach der Kühlung 50 μm.
  • Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Beispiele 1 bis 5 und der vergleichenden Beispiele 1 bis 4.
  • Figure DE102016115019A1_0002
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist es offensichtlich, dass mit dem Härteverfahren der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit erhalten werden kann, sogar wenn während der Erwärmung keine Rückhaltevorrichtung verwendet oder nach der Kühlung keine Korrektur angewandt wird. Daher kann gemäß dem Härteverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kostengünstig ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit bereitgestellt werden. Des Weiteren muss keine Rückhaltevorrichtung verwendet werden, so dass es auch möglich ist, auf Größenveränderungen und dergleichen eines ringförmigen Werkstücks sofort zu reagieren.
  • Die Funktionsweise und Effekte des Härteverfahrens gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform wurden verifiziert. Dabei wurden im Folgenden beschriebene ringförmige Werkstücke als Teststücke verwendet und Tests mit den Beispielen 6 bis 8, Referenzbeispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispielen 5 und 6 durchgeführt. (Vorbereitung der Teststücke zur Auswertung) Ringförmiges Material aus JIS SUJ2 Stahl wurde hergestellt und das erhaltene ringförmige Material wurde geschnitten und in einer vorgegebenen Form bearbeitet, um ringförmige Werkstücke zu erhalten (von dem jedes einen Außendurchmesser von 200 mm und eine Dicke von 10 bis 20 mm hat).
  • Im Beispiel 6 wurde die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 15 mm) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 100 μm. Die Rundheit wurde mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet. Danach wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 210 der Härtungsvorrichtung 300 (siehe 4B) transportiert, die die Induktionserwärmungszone 210, die Außenumfanganalysezone 220 und die Kühlzone 230 aufweist, und das gesamte ringförmige Werkstück induktiv auf 600°C erwärmt. Dabei war die Erwärmungsbedingung eine Frequenz von 1 kHz. Des Weiteren wurde die Temperatur des ringförmigen Werkstücks über die Oberflächentemperatur mit einem Thermoelement gemessen. Dabei war die Form des ringförmigen Werkstücks nach der Erwärmung, in einer Draufsicht gesehen, im Wesentlichen elliptisch.
  • Danach wurde das erwärmte ringförmige Werkstück in die Außenumfanganalysezone 220 bewegt, wo es in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde und die Informationen hinsichtlich dieser Aufteilung dann im Speicherelement 223 gespeichert wurden. Dabei wurde das im Beispiel 1 verwendete Verfahren als Verfahren zur Aufteilung des ringförmigen Werkstücks in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück wieder in die Induktionserwärmungszone 210 transportiert und das gesamte ringförmige Werkstück unter den gleichen Bedingungen wie bei der oben beschriebenen Erwärmung auf 950°C erwärmt. Die gesamte Zeit, die benötigt wurde, um das ringförmiges Werkstück im Erwärmungsprozess auf 600°C zu erwärmen, das ringförmige Werkstück im Analyseprozess aufzuteilen, und das ringförmige Werkstück in diesem Prozess auf die Härtetemperatur (950°C) zu erwärmen, betrug 70 Sekunden. Des Weiteren betrug in diesem Beispiel die Zeit, die benötigt wurde, um das auf 600°C erwärmte ringförmige Werkstück wieder in die Induktionserwärmungszone 210 transportieren, nachdem es in die Außenumfanganalysezone 220 transportiert und in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde, 10 Sekunden.
  • Nach der Erwärmung auf die Härtetemperatur wurde das ringförmige Werkstück sofort in die Kühlzone 230 bewegt, und die Kühlbehandlung, die Kühlflüssigkeit in einem vorgegebenen Zustand in Richtung des ringförmigen Werkstücks spritzt, durchgeführt. Dabei wurde das ringförmige Werkstück in der Kühlzone 230, die das Kühlsystem aufweist, in dem die 16 Einspritzdüsen 232 (232a bis 232p) zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit in gleichmäßigem Abstand um den Außenumfang des ringförmigen Werkstücks und in dem die 16 Einspritzdüsen 234 (234a bis 234p) zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit in gleichmäßigem Abstand um den Innenumfang des ringförmigen Werkstücks angeordnet sind, zwischen den Einspritzdüsen 232 und den Einspritzdüsen 234 angeordnet, wie in 5 gezeigt, und eine Kühlbehandlung durchgeführt.
  • Die im Folgenden beschriebenen Bedingungen wurden als Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit verwendet. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 2,0 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Ergebnis dieser Art von Härtebehandlung war, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 120 μm.
  • Im Beispiel 7 wurde ein ringförmiges Werkstück mit einer Dicke von 20 mm als ringförmiges Werkstück (das Teststück) verwendet und am ringförmigen Werkstück eine Härtebehandlung wie im Beispiel 6 angewandt, außer dass die Erwärmungsbedingung und die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. Die Rundheit des ringförmigen Werkstücks vor der Erwärmung betrug 150 μm. Das ringförmige Werkstück wurde mit einer Frequenz von 1 kHz induktiv erwärmt. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 2,2 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°.
  • In diesem Beispiel ist das Ergebnis dieser Härtebehandlung, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks vollständig martensitisch wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 130 μm. Des Weiteren war die Form des ringförmigen Werkstücks bei der Erwärmung auf 600°C im Wesentlichen elliptisch.
  • Im Beispiel 8 wurde vor der Erwärmung zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 10 mm) berechnet. Die Rundheit betrug 120 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 210 der Härtungsvorrichtung 300 (siehe 4B) transportiert, die die Induktionserwärmungszone 210, die Außenumfanganalysezone 220 und die Kühlzone 230 aufweist, und das gesamte ringförmige Werkstück auf 600°C erwärmt. Dabei war die Erwärmungsbedingung eine Frequenz von 1 kHz. Des Weiteren wurde die Temperatur des ringförmigen Werkstücks wie im Beispiel 6 gemessen. Dabei war die Form des ringförmigen Werkstücks, in einer Draufsicht gesehen, im Wesentlichen elliptisch.
  • Danach wurde das erwärmte ringförmige Werkstück in die Außenumfanganalysezone 220 bewegt, wo es in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde und die Informationen hinsichtlich dieser Aufteilung dann im Speicherelement 223 gespeichert wurden. Dabei wurde das im Beispiel 1 verwendete Verfahren als Verfahren zur Aufteilung des ringförmigen Werkstücks in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück wieder in die Induktionserwärmungszone 210 transportiert und das gesamte ringförmige Werkstück auf 950°C erwärmt. Die gesamte Zeit, die benötigt wurde, um das ringförmiges Werkstück im Erwärmungsprozess auf 600°C zu erwärmen, das ringförmige Werkstück im Analyseprozess aufzuteilen, und das ringförmige Werkstück in diesem Prozess auf die Härtetemperatur (950°C) zu erwärmen, betrug 40 Sekunden. Des Weiteren betrug in diesem Beispiel die Zeit, die benötigt wurde, um das auf 600°C erwärmte ringförmige Werkstück wieder in die Induktionserwärmungszone 210 transportieren, nachdem es in die Außenumfanganalysezone transportiert und in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde, 10 Sekunden.
  • Nach der Erwärmung auf Härtetemperatur wurde das ringförmige Werkstück sofort in die Kühlzone 230 bewegt, und wurde das ringförmige Werkstück wie im Beispiel 6 gekühlt, außer, dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschriebenen geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde nach dem Ende der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,5 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Ergebnis dieser Art von Härtebehandlung war, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 100 μm.
  • Im Referenzbeispiel 1 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 20 mm) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 150 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 210 der Härtungsvorrichtung 300 (siehe 4B) transportiert, die die Induktionserwärmungszone 210, die Außenumfanganalysezone 220 und die Kühlzone 230 aufweist, und wurde das gesamte ringförmige Werkstück auf 950°C erwärmt. Dabei waren die Erwärmungsbedingungen eine Frequenz von 1 kHz und die Erwärmungszeit 60 Sekunden. Die Temperatur des ringförmigen Werkstücks wurde wie im Beispiel 6 gemessen. Dabei war die Form des ringförmigen Werkstücks, in einer Draufsicht gesehen, im Wesentlichen elliptisch. Dann wurde das ringförmige Werkstück mittels Luftkühlung auf 750°C gekühlt.
  • Danach wurde das ringförmige Werkstück, das auf 750°C gekühlt wurde, nachdem es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, in die Außenumfanganalysezone 220 bewegt, wo es in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde und wurden die Informationen hinsichtlich dieser Aufteilung dann im Speicherelement 223 gespeichert. Dabei wurde das im Beispiel 1 verwendete Verfahren als Verfahren zur Aufteilung des ringförmigen Werkstücks in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Kühlzone 230 bewegt und wie im Beispiel 6 gekühlt, außer dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde, nachdem die Temperatur des ringförmigen Werkstücks mittels Luftkühlung 750°C erreicht hat, sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 2,0 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde, nachdem die Temperatur des ringförmigen Werkstücks mittels Luftkühlung 750°C erreicht hat, sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,5 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Ergebnis dieser Art von Härtebehandlung war, dass in einem Abschnitt der Struktur des ringförmigen Werkstücks eine unvollständig gehärtete Struktur (eine Bainitstruktur) festgestellt wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 160 μm.
  • Im Referenzbeispiel 2 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 10 mm) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 140 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 210 der Härtungsvorrichtung 300 (siehe 4B) transportiert, die die Induktionserwärmungszone 210, die Außenumfanganalysezone 220 und die Kühlzone 230 aufweist, und wurde das gesamte ringförmige Werkstück auf 950°C erwärmt. Dabei waren die Erwärmungsbedingungen eine Frequenz von 1 kHz und die Erwärmungszeit 30 Sekunden. Die Temperatur des ringförmigen Werkstücks wurde wie im Beispiel 6 gemessen. Dabei war die Form des ringförmigen Werkstücks in einer Draufsicht gesehen im Wesentlichen elliptisch. Dann wurde das ringförmige Werkstück mittels Luftkühlung auf 750°C gekühlt.
  • Danach wurde das ringförmige Werkstück, das auf 750°C gekühlt wurde, nachdem es auf die Härtetemperatur erwärmt wurde, in die Außenumfanganalysezone 220 bewegt, wo es in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde und die Informationen hinsichtlich dieser Aufteilung dann im Speicherelement 223 gespeichert wurden. Dabei wurde das im Beispiel 1 verwendete Verfahren als Verfahren zur Aufteilung des ringförmigen Werkstücks in Abschnitte großen Durchmessers und Abschnitte kleinen Durchmessers verwendet.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Kühlzone 230 bewegt und wie im Beispiel 6 gekühlt, außer dass die Kühlbedingungen (die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit) wie im Folgenden beschrieben geändert wurden. An den Abschnitten kleinen Durchmessers begann eine Sekunde, nachdem die Temperatur des ringförmigen Werkstücks mittels Luftkühlung 750°C erreicht hat, sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,1 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. An den Abschnitten großen Durchmessers begann eine Sekunde, nachdem die Temperatur des ringförmigen Werkstücks mittels Luftkühlung 750°C erreicht hat, sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 0,8 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Ergebnis dieser Art von Härtebehandlung war, dass in einem Abschnitt der Struktur des ringförmigen Werkstücks eine unvollständig gehärtete Struktur (eine Bainitstruktur) festgestellt wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 150 μm.
  • Im vergleichenden Beispiel 5 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 20 mm) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 150 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in einen Heizofen gelegt und für 0,5 Stunden bei 830°C ofenbeheizt.
  • Als nächstes wurde eine Kühlbehandlung mittels Ölkühlung durchgeführt, bei der das ringförmige Werkstück in Kühlöl von 80°C gelegt wurde. Ergebnis dieser Art von Behandlung war, dass die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur wurde. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 300 μm.
  • Im Vergleichsbeispiel 6 wurde zunächst die Rundheit eines ringförmigen Werkstücks (eines Teststücks mit einer Dicke von 20 mm) vor der Erwärmung berechnet. Die Rundheit betrug 140 μm. Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Induktionserwärmungszone 210 der Härtungsvorrichtung 300 (siehe 4B) transportiert, die die Induktionserwärmungszone 210, die Außenumfanganalysezone 220 und die Kühlzone 230 aufweist, und wurde das gesamte ringförmige Werkstück auf 950°C erwärmt. Dabei waren die Erwärmungsbedingungen eine Frequenz von 1 kHz und die Erwärmungszeit 60 Sekunden. Die Temperatur des ringförmigen Werkstücks wurde wie im Beispiel 6 gemessen.
  • Als nächstes wurde das ringförmige Werkstück in die Kühlzone 230 bewegt und durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit in Richtung des ringförmigen Werkstücks mit vorgegebenem Zustand gekühlt. Dabei wurde das ringförmige Werkstück durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit unter identischen Bedingungen von allen Einspritzdüsen gekühlt. Eine Sekunde nach der Erwärmung auf Härtetemperatur (950°C) begann sowohl von den Einspritzdüsen auf der inneren Seite als auch den Einspritzdüsen auf der äußeren Seite für 60 Sekunden Kühlflüssigkeit mit einer Strömungsrate von 1,8 L/min pro Einspritzdüse zu spritzen. Der Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit betrug 0°. Mit dieser Art von Härtebehandlung wurde die interne Struktur des ringförmigen Werkstücks eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur. Des Weiteren betrug die Rundheit des ringförmigen Werkstücks nach der Härtebehandlung 220 μm.
  • Figure DE102016115019A1_0003
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist es offensichtlich, dass mit dem Härteverfahren der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit erhalten werden kann. Daher kann mit dem Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform kostengünstig ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit bereitgestellt werden. Des Weiteren es ist auch möglich, auf Größenveränderungen und dergleichen eines ringförmigen Werkstücks sofort zu reagieren. Des Weiteren ist es offensichtlich, dass, sogar wenn das zu härtende ringförmige Werkstück eine größere Dicke als 10 mm hat, mit dem Härteverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ein gehärtetes Produkt mit guter Rundheit erhalten werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • JIS SUJ3 [0031]
    • SAE 5120 [0031]
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    • JIS SUJ2 [0034]
    • JIS SUJ2 [0070]
    • JIS SUJ2 [0084]
    • JIS SUJ2 [0107]

Claims (12)

  1. Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück aus Metall, gekennzeichnet durch: einen Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück (W1, W2) auf eine Härtetemperatur erwärmt; einen Analyseprozess, der sich einen Durchmesser des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks (W1, W2) verschafft, und der auf dem erhaltenen Durchmesser basierend das erwärmte ringförmige Werkstück (W1, W2) in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufteilt; und einen Kühlprozess, der die Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen in Richtung des ringförmigen Werkstücks (W1, W2), das im Analyseprozess in zumindest den Abschnitt großen Durchmessers und den Abschnitt kleinen Durchmessers aufgeteilt wurde, so spritzt, dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt, wobei sich die Einspritzbedingungen für den Abschnitt großen Durchmessers von den Einspritzbedingungen für den Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden.
  2. Härteverfahren nach Anspruch 1, wobei das ringförmige Werkstück (W1, W2) durch den Kühlprozess eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur erhält.
  3. Härteverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess so angepasst werden, dass die Kühlung des Abschnitts kleinen Durchmessers vor der Kühlung des Abschnitts großen Durchmessers begünstigt wird.
  4. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess von einer inneren Seite und einer äußeren Seite des ringförmigen Werkstücks (W1, W2) spritzt.
  5. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess angepasst werden, indem zumindest einer der Parameter von Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit, Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit und Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit verändert werden.
  6. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks (W1, W2) auf einem Messergebnis eines Laserabstandssensors basierend erhalten wird.
  7. Härteverfahren für ein ringförmiges Werkstück aus Metall, gekennzeichnet durch: einen ersten Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück (W1, W2) auf eine Temperatur erwärmt, bei der in dem ringförmigen Werkstück (W1, W2) Spannungen abgebaut werden; einen Analyseprozess, der einen Durchmesser des ringförmigen Werkstücks (W1, W2), das auf die Temperatur erwärmt wurde, bei der Spannungen abgebaut werden, erhält, und der auf dem erhaltenen Durchmesser basierend das erwärmte ringförmige Werkstück (W1, W2) in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufteilt; einen zweiten Erwärmungsprozess, der das ringförmige Werkstück (W1, W2), das im Analyseprozess in zumindest einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers aufgeteilt wurde, auf eine Härtetemperatur erwärmt; und einen Kühlprozess, der Kühlflüssigkeit mit Einspritzbedingungen in Richtung des auf die Härtetemperatur erwärmten ringförmigen Werkstücks (W1, W2) so spritzt, dass eine Dimensionsdifferenz zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers abnimmt, wobei sich die Einspritzbedingungen für den Abschnitt großen Durchmessers von den Einspritzbedingungen für den Abschnitt kleinen Durchmessers unterscheiden.
  8. Härteverfahren nach Anspruch 7, wobei das ringförmige Werkstück (W1, W2) durch den Kühlprozess eine martensitische Struktur mit keiner unvollständig gehärteten Struktur erhält.
  9. Härteverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess so angepasst werden, dass die Kühlung des Abschnitts kleinen Durchmessers vor der Kühlung des Abschnitts großen Durchmessers begünstigt wird.
  10. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess von einer inneren Seite und einer äußeren Seite des ringförmigen Werkstücks (W1, W2) spritzt.
  11. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Einspritzbedingungen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlprozess angepasst werden, indem zumindest einer der Parameter von Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit, Einspritzstartzeitpunkt der Kühlflüssigkeit und Einspritzwinkel der Kühlflüssigkeit verändert werden
  12. Härteverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Durchmesser des ringförmigen Werkstücks (W1, W2) auf einem Messergebnis eines Laserabstandssensors basierend erhalten wird.
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