JP2005272979A - 真空油焼入方法および真空油焼入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 油冷時における処理品の冷却速度が向上するとともに冷却ムラが抑制され、処理品の焼入品質のばらつきや歪み，曲がり等を低減化できる真空油焼入方法および真空油焼入装置を提供する。
【解決手段】 加熱室２で加熱した処理品Ｗを、焼入室３の油槽５内の焼入油６に浸漬して油冷する真空油焼入方法において、処理品Ｗを焼入油６内において所定の方向（上下方向）に往復移動させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は鋼材などの金属製の処理品を真空加熱後、焼入油に浸漬して冷却する真空油焼入方法およびそれに使用する真空油焼入装置に関する。

鋼材製の機械部品や金型などの処理品を焼入硬化させる真空油焼入方法においては、処理品を加熱室において減圧状態で所定の温度に加熱後、加熱室に隣接配置した焼入室の油槽内の焼入油に浸漬して冷却する。そしてこの油焼入れにおいては、通常一度に多数個の処理品をバスケットなどに収容した状態で、加熱および冷却をおこなうので、各処理品の焼入油中での冷却速度の向上および冷却の均一化を図るために、撹拌翼をそなえた撹拌機を油槽に付設し、焼入油を撹拌することが一般的におこなわれている（たとえば、特許文献１，２参照。）。
実公平１−１８６０８号公報（第１−２頁、第１図−第３図） 特開平５−１７８１７号公報（第２頁、図１）

ところが上記の撹拌機による撹拌では、通常処理品に対して焼入油を下から上に向って同一方向に流すため、処理品の上部と下部で冷却速度が大きく異なり、この冷却ムラによって、多数個の処理品を焼入れる場合は処理品ごとの焼入れ硬さなどの焼入品質にばらつきを生じ、大型の処理品の場合は同一処理品の上部と下部で焼入れ硬さの差が生じるとともに歪みや曲がり等の変形が生じるという問題点があった。また上記撹拌の撹拌速度を上げて大きな冷却速度を得ようとすると、撹拌による焼入油中への気泡の巻込みが発生し、この気泡により処理品の冷却速度の向上も鈍化し冷却ムラが増大するという問題点もあった。

この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、油冷時における処理品の冷却速度が向上するとともに冷却ムラが抑制され、処理品の焼入品質のばらつきや歪み，曲がり等を低減化できる真空油焼入方法および真空油焼入装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の真空油焼入方法は、加熱室で加熱した処理品を、焼入室の油槽内の焼入油に浸漬して油冷する真空油焼入方法において、前記処理品を前記焼入油内において所定の方向に往復移動させることを特徴とする。

この発明の真空油焼入方法において、処理品を往復移動させる方向は、上下方向，水平方向，傾斜方向などのうちから処理品の形状や大きさ，個数などに応じて選定すればよく、また往復移動は直線状の軌跡に沿った直動の他、曲線状の軌跡に沿った揺動、閉ループ状の曲線運動などとしてもよい。たとえば平板状の処理品を水平面状に保持して焼入油に浸漬する場合は、水平方向に往復移動させると、冷却初期に処理品下面に発生付着する沸騰気泡を効果的に除去できるので、冷却ムラ抑制に効果的である。また処理品の焼入油への浸漬中における焼入室内（焼入油面上）は、常圧でも減圧状態でもよく、また上記浸漬の前または後に、処理品を焼入室内で空冷し、あるいは均熱化のため保持するなど、浸漬の前後工程は自由に選定できる。また処理品の焼入油内での往復移動とともに、焼入油の撹拌機による撹拌をおこなってもよいし、たとえば油槽内の焼入油を槽外に吸引後、噴流状に槽内底部等に還流するなど、撹拌機による撹拌以外の方法で焼入油を流動させるようにしてもよい。

請求項１記載の発明によれば、焼入油内での処理品の往復移動により、処理品と焼入油の相対運動方向が変化し、これによって処理品の冷却速度が向上するとともに冷却ムラが抑制され、この冷却ムラによる処理品の硬さなどの焼入品質のばらつきや、大型処理品の場合の歪みや曲がり等が少量に抑制される。またこの処理品の往復移動とともに、撹拌機による撹拌などによる焼入油の流動を併用すれば、この流動と上記往復移動との組合わせにより、冷却速度の向上や冷却ムラの抑制をさらに良好におこなうこともでき、撹拌を併用する場合でも、撹拌のみの場合よりは撹拌速度を低くおさえることができるので、気泡の巻込みによる冷却ムラの発生を防止することができる。

また請求項２記載の真空油焼入装置は、加熱室で加熱した処理品を、焼入室の油槽内の焼入油に浸漬して油冷する真空油焼入装置において、前記処理品を前記焼入油内において上下方向に往復移動させる往復移動装置を具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の真空油焼入方法を実施することにより前記請求項１記載の発明による作用効果が得られるほか、処理品を上下方向に往復移動させる往復移動装置としては、処理品を油槽内の焼入油に浸漬させる為に下降移動させ油冷後の処理品を焼入室内へ引揚げる為に上昇移動させる昇降駆動装置を利用できるので、装置が簡潔で保守が容易であり設備費も安価で済む。

この発明によれば、熱処理品を焼入油内において所定の方向に往復移動させることにより、油冷時における処理品の冷却速度が向上するとともに冷却ムラが抑制され、処理品の焼入品質のばらつきや歪み，曲がり等を低減化できる。

また上記の効果に加えて、請求項２記載の発明によれば、処理品を焼入油内において往復移動させる装置として、処理品を上下方向に往復移動させる往復移動装置を用いるので、焼入室部における処理品の焼入油への浸漬・引揚用の昇降駆動装置を利用することにより、装置全体を簡潔で低コストなものとすることができる。

以下、図１および図２に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図１は真空油焼入装置１の全体を示し、２は加熱室、３は仕切扉４を介して加熱室２に連設した焼入室、５はこの焼入室の下側に設けた油槽であり、焼入油６が貯留されている。７は焼入室の出入口扉である。

加熱室２は、図示しない真空ポンプが接続された耐圧容器である炉殻１１内に、断熱壁１２により包囲されて形成され、加熱用のヒータ１３をそなえている。１４は炉殻１１内に固設された溝形鋼製のガイドレールで、処理品Ｗの加熱室２内への受入・送出時に、処理品Ｗ支持用のハンガー２０（後述）をガイドするためのものである。また１５は処理品Ｗを支持する昇降テーブルで、シリンダ１６により昇降駆動される。１７は仕切扉４の開閉駆動用のシリンダである。

また図１および図２において、２０は処理品Ｗ支持用のハンガーで、処理品Ｗが載置されるフォーク部２１を固設した上部フレーム２２に、複数対のローラ２３をそなえている。２５はハンガー２０の昇降駆動装置で、ハンガー２０のローラ２３をガイド・支承する一対の溝形鋼製のガイドレール２６を固設した昇降フレーム２７を、昇降シリンダ２８のピストンロッドに接続して成る。３０は昇降フレーム２７に下端部を固定され該昇降フレーム（従ってハンガー２０）と共に上下動するロッド、３１，３２，３３はこのロッド３０の位置を検出してハンガー２０の上下位置を検出するリミットスイッチであり、これらのリミットスイッチの検出信号は制御装置３４に入力され、この入力信号に応じて制御装置３４は昇降シリンダ２８駆動用のパワーユニット３５に指令を与え、ハンガー２０を昇降および上下往復移動（後述）させる。

また図２において、４１は油槽５に付設された撹拌機で、焼入油６を撹拌し循環させる撹拌翼４２をそなえている。４３は油槽５に接続した油循環路で、４４は循環流形成用のポンプ、４５は油温調節用のヒータ、４６は同じくオイルクーラである。また４７は、処理品Ｗを焼入室３内でガス冷却するためのファンで、焼入室３内に供給される冷却用のガス（Ｎ_２等の不活性ガス）をクーラ４８を介して矢印で示すように循環させ、処理品Ｗに吹付けるようになっている。

一方焼入室３の出入口扉７の外側には、焼入処理前および処理後の処理品Ｗを支持する昇降台５１、および処理品Ｗの焼入装置への装入・抽出時にハンガー２０をガイドする揺動式の溝形鋼製のガイドレール５２が設けてある。そしてこの例では、焼入室３の出入口開閉用に片開き式の出入口扉７を用いているので、この出入口扉７の開閉動時に、シリンダ５３によりガイドレール５２を支軸５４のまわりに上方へ回動させ、出入口扉７との干渉を防ぐようにしてある。

なおガイドレール５２，２６，１４に沿ってハンガー２０を前後駆動する駆動装置としては、ハンガー２０の上部フレーム２２に固設したチェーン５５（図２参照）に係合するように各部に設けた駆動スプロケット５６（図１参照）を用いている。また制御装置３４は、上記の昇降シリンダ２８の他に、シリンダ１６，１７，５３等や駆動スプロケット５６，撹拌機４１の駆動、焼入室３の温度や真空度、焼入油６の油温等、真空油焼入の工程に応じて各部のプログラム制御をおこなうものである。

上記構成の装置により処理品Ｗを真空油焼入れするには、装置外側のガイドレール５２に支持したハンガー２０に、上昇状態とした昇降台５１上の未処理の処理品Ｗを移載し、次いでハンガー２０を前進駆動して焼入室３を経て加熱室２内に搬送した処理品Ｗを、昇降テーブル１５上に移載し、ハンガー２０を焼入室３内へ後退させ、仕切扉４を閉じて加熱室２内を所定の真空度に減圧後、所定の温度で処理品Ｗを真空加熱する。

真空加熱後の処理品Ｗは、焼入室３内を真空排気後、仕切扉４を開いて昇降テーブル１５上からハンガー２０のフォーク部２１上に移載し、図１に実線で示すように焼入室３内に停止させたのち、昇降シリンダ２８により昇降フレーム２７と共にハンガー２０を下降駆動して処理品Ｗを焼入油６に浸漬させ、さらに所定のサイクルタイムおよびストロークＳで、ハンガー２０を上下往復移動させる。この往復移動は、リミットスイッチ３２，３３の出力信号をもとに制御装置３４により、昇降シリンダ２８をストロークＳで反転駆動することによりおこなう。

油槽５内の焼入油６は、上記の処理品Ｗ浸漬前から所定の温度に維持されると共に撹拌機４１により油槽５内に循環流が形成されており、この焼入油６中において処理品Ｗは上記のように上下にストロークＳで往復移動し、これによって処理品Ｗと焼入油６の相対移動速度が周期的に変化するので、処理品Ｗの冷却速度が向上するとともに冷却ムラも少量に抑制され、また冷却初期において処理品表面に付着する沸騰気泡の除去も促進される。

所定時間の焼入油６への浸漬後は、ハンガー２０を上昇駆動して、処理品Ｗは必要に応じて焼入室３内でガス冷却後、ハンガー２０を後退駆動して焼入室３から装置外へ搬出し、１回の真空焼入れを完了する。

上記のように処理品Ｗの焼入油６中での上下往復移動により冷却ムラが抑制されるので、この冷却ムラによる処理品Ｗの焼入れ硬さなどの焼入品質のばらつき、および歪みや曲がり等が少量に抑制されるのである。また上記の真空油焼入装置においては、処理品Ｗの焼入油６内での往復移動用に、処理品Ｗを上下方向に往復移動させる往復移動装置を用いたので、処理品Ｗの焼入油６への浸漬・引揚用に通常必要とされる昇降シリンダ２８や昇降フレーム２７等の昇降駆動装置に、リミットスイッチ３３（あるいは３２）の付加設置と、制御装置３４部における往復駆動プログラムの付加程度の小変更で、本発明の真空油焼入方法を経済的に実施することができるのである。

前記の例の真空油焼入装置１を用いて、処理品の真空油焼入処理をおこなった実施例および比較例を説明する。

処理品Ｗとしては、金型鋼（ＳＫＤ６１）製の、長さ３００mm×巾３００mm×厚さ１５０mmのテストピースを用い、これを加熱室２で１０３０℃に２．５時間加熱保持する真空加熱後、焼入室３で油温８０℃の焼入油６中に０．５時間保持する油焼入れをおこなった。なお上記加熱および焼入れは、いずれも真空度１３ｋＰａのもとでおこなった。そして上記の油焼入れ時には、実施例では下記の条件で処理品Ｗを焼入油内において上下に往復移動させ、比較例ではこの往復移動はおこなわず焼入油内に停止保持させた。またいずれの場合においても、油槽内の焼入油は撹拌機４１により撹拌・循環させたまま焼入処理をおこなった。
［条件］
○往復移動速度＝１００mm／秒
○移動ストロークＳ＝３００mm
○移動サイクル＝下降３秒−停止３秒−上昇３秒−停止３秒（以下、これの繰返し。）

上記の真空油焼入れを、実施例および比較例とも、それぞれ５０個のテストピースについておこない、処理後のテストピースの歪量を測定した結果を、表１に示す。なおこの歪量は、焼入歪みの発生により浅い部分球面状に湾曲変形したテストピースを、凸面側を下側にして定盤上に載せ、テストピース下面の四隅角部と定盤面との間のすきま量をすきまゲージにより測定し、得られた４測定値の平均値として算出したものである。

表１の結果から、従来法に相当する比較例に対し、実施例によれば、焼入による歪みが低減化されていることが判る。

この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば、加熱室２や焼入室３の具体的構成、油槽５の付属設備、処理品Ｗの搬送・支持機構などは、上記以外のものとしてもよく、また処理品Ｗは焼入油６中で水平方向など、上記以外の所定の方向に往復移動させるようにしてもよい。また焼入室３内を復圧状態にして、処理品Ｗの油冷をおこなってもよい。

この発明の実施の形態の一例を示す真空油焼入装置の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…真空油焼入装置、２…加熱室、３…焼入室、５…油槽、６…焼入油、２０…ハンガー、２５…昇降駆動装置、２７…昇降フレーム、２８…昇降シリンダ、３２…リミットスイッチ、３３…リミットスイッチ、３４…制御装置、３５…パワーユニット、Ｗ…処理品。

Claims (2)

1. 加熱室で加熱した処理品を、焼入室の油槽内の焼入油に浸漬して油冷する真空油焼入方法において、前記処理品を前記焼入油内において所定の方向に往復移動させることを特徴とする真空油焼入方法。
2. 加熱室で加熱した処理品を、焼入室の油槽内の焼入油に浸漬して油冷する真空油焼入装置において、前記処理品を前記焼入油内において上下方向に往復移動させる往復移動装置を具備したことを特徴とする真空油焼入装置。

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