JP2008069432A - Quenting device and quenting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークに対し気体を吹き付けて焼入れを行う焼入れ装置および焼入れ方法に関する。 The present invention relates to a quenching apparatus and a quenching method for performing quenching by blowing a gas onto a workpiece.
近年、例えば自動車用エンジンのアルミニウム合金からなる軽量化したシリンダブロックは、高強度化のため、鋳造後のアルミシリンダブロックに対して溶体化処理を実施した後、焼入れに続いて人工時効硬化を行うT6熱処理やT7熱処理の要求が高まっている。 In recent years, for example, a lightweight cylinder block made of an aluminum alloy of an automobile engine is subjected to a solution treatment on an aluminum cylinder block after casting, and then subjected to artificial age hardening following quenching to increase the strength. There is an increasing demand for T6 heat treatment and T7 heat treatment.
しかしながら、エンジンのシリンダブロックは、大物で複雑な形状であることから、焼入れ方法が、例えば下記特許文献1に記載されているような水焼入れの場合には、比較的急速な冷却がなされることから、変形や割れが発生し、またシリンダボアに鋳鉄製ライナを鋳込んだ場合には、シリンダブロック本体からの鋳鉄製ライナの剥がれなどの不具合が発生しやすいものとなっている。
このため、上記した不具合を解消すべく、水焼入れに比較して冷却速度が緩やかとなる空気焼入れを実施する場合がある。 For this reason, in order to eliminate the above-described problems, air quenching in which the cooling rate is slower than water quenching may be performed.
しかしながら、空気焼入れは、冷却媒体として空気をワークに吹き付けて行うため、吹き付ける方向、速度、空気量といった条件によって熱処理品質(機械的性質)に大きな差が出やすい。また、この差は、上記した条件が要因となるだけでなく、同一ワーク内の部位毎にも発生する。 However, since air quenching is performed by blowing air as a cooling medium onto a workpiece, a large difference in heat treatment quality (mechanical properties) tends to occur depending on conditions such as blowing direction, speed, and amount of air. Further, this difference is not only caused by the above-described conditions, but also occurs for each part within the same workpiece.
そこで、本発明は、気体を用いた焼入れを行った場合でも、熱処理品質を安定化させることを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to stabilize the quality of heat treatment even when quenching using a gas is performed.
本発明は、ワークに対しその一方の端部から、気体送風手段により気体を吹き付けて焼入れを行う際に、前記吹き付けた気体の一部の流れの向きを、前記吹き付けた方向と逆方向に変えつつ案内して前記ワークの他方の端部に向けて吹き付けて焼き入れを行う気体案内部材を設けたことを最も主要な特徴とする。 The present invention changes the direction of the flow of a part of the sprayed gas to a direction opposite to the sprayed direction when performing quenching by blowing the gas from one end of the work with the gas blowing means. The main feature is that a gas guide member is provided that performs quenching by blowing toward the other end of the workpiece while being guided.
本発明によれば、ワークに対し、一方の端部に気体を吹き付けるとともに、他方の端部に対しても前記気体の一部の流れの向きを変えて吹き付けるようにしたので、ワークの一方側からのみ気体を吹き付ける場合に比較して、ワーク全体の熱処理品質を高めることができる。この際、本発明では、気体を吹き付ける気体送風手段を、ワークの一方側にのみ設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。 According to the present invention, the gas is blown to one end portion of the work, and the other end portion is also blown by changing the flow direction of a part of the gas. Compared with the case where the gas is blown only from the heat treatment quality of the entire workpiece can be improved. At this time, in the present invention, since the gas blowing means for blowing the gas is provided only on one side of the workpiece, the amount of driving electric power is small and the configuration of the entire quenching apparatus can be simplified.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は、本発明の一実施形態に係わる焼入れ装置の概要図、図1(b)は、図1(a)のA−A矢視断面図である。ワークWは、両端が開口した中空部材としての円筒体であり、アルミニウム合金製の鋳物で構成されている。この鋳物からなるワークWは、鋳造後に溶体化処理を実施した後、図1(a)のように気体としての空気を吹き付けて行う空気焼入れを行う。空気焼入れ後は、人工時効硬化処理を行う。 Fig.1 (a) is a schematic diagram of the hardening apparatus concerning one Embodiment of this invention, FIG.1 (b) is AA arrow sectional drawing of Fig.1 (a). The workpiece W is a cylindrical body as a hollow member having both ends opened, and is made of an aluminum alloy casting. The workpiece W made of this casting is subjected to a solution treatment after casting, and then air quenching is performed by blowing air as a gas as shown in FIG. After air quenching, artificial age hardening is performed.
溶体化処理は、鋳造での自然凝固で析出物に寄与する微量元素のMg,Cuなどが偏って固まった状態となっているものを、高い温度で均一に拡散させることを狙いとしている。その後の焼入れは、溶体化で均一に分散したMg,Cuなどを、温度を下げることでその状態で凍結させる。最後の人工時効硬化処理は、析出層を均一化させつつ析出を完了・安定化させるために実施する。 The solution treatment is aimed at uniformly diffusing solid elements such as Mg and Cu, which contribute to precipitates due to natural solidification in casting, at a high temperature. Subsequent quenching involves freezing Mg, Cu, etc., uniformly dispersed in solution, in that state by lowering the temperature. The final artificial age hardening treatment is performed in order to complete and stabilize the precipitation while making the precipitation layer uniform.
本焼入れ装置は、ワークWの図1(a)中で左側の一方の端部側に設置してある気体送風手段としての空気供給用のファン1と、ワークWの内部に一部を挿入して設置する気体案内部材としての中空状の空気流れ変換具3とをそれぞれ備えている。
This quenching apparatus inserts a part of air into the work W and a
空気流れ変換具3は、ファン1によって供給され流れてくる空気の一部を受け入れる気体導入部としての空気導入管5と、この空気導入管5に対して連通して屈曲し、ワークWの図1(a)中で右側の端部に向けて空気の一部を放出する気体放出部としての空気放出管7とを備えている。
The air
空気導入管5は、ファン1側に対応する一端側の気体導入口としての空気導入口5aがワークW内での一方の端部の開口Wa近傍となるようワークW内に軸芯を合わせた状態で挿入し、ファン1と反対側の他端側をワークWの他方の端部の開口Wbから外部に突出させる。この際、空気導入管5とワークWの内壁との間には、環状の隙間11を設けておく。
The
上記した空気導入管5の外部への突出端部から、外側へ屈曲する気体連通部としての環状の空気連通管9を連通接続し、さらにこの空気連通管9の外側端部から、前記した空気放出管7を連通接続する。
An annular
空気放出管7は、空気導入管5と平行でかつ、空気導入管5の周囲を囲むように環状に形成してあり、その先端の空気放出口7aをワークWの開口Wbの外側のワークWの端面Wcに指向している。すなわち、ワークWの環状の端面Wcに対向するように、空気放出管7の環状の気放出口7aが配置されている。
The
環状の空気連通管9には、空気導入管5と空気放出管7との間で空気導入管5の周囲を囲むように、円周方向に沿って複数(ここでは5個)の貫通孔9aを設けている。この貫通孔9aは、空気連通管9を図1(a)中で左右方向に貫通するよう挿入した貫通管13で構成している。この貫通管13は、空気導入管5を図1(a)のようにワークW内に挿入した状態で、空気導入管5とワークWとの間の隙間11にほぼ対応した位置となる。
The annular
次に、上記図1に示した焼入れ装置を用いたワークWに対する焼入れ動作を説明する。ファン1が回転することで、空気を矢印BのようにワークWに向けて供給し、この空気は、ワークWの内部および外部を通りファン1と反対側の他方の端部に向けてワークWの内外壁に沿って流れ、これによりワークWは、図1(a)中で左側の一方の端部から他方の端部に向けて徐々に冷却される。
Next, a quenching operation for the workpiece W using the quenching apparatus shown in FIG. 1 will be described. As the
そして、この冷却に要した空気のうちワークWの内部の隙間11を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管9に設けた貫通孔9aを通って空気流れ変換具3の外部に排出される。
And most of the air required for cooling that has passed through the
また、ファン1によって供給した上記空気のうちワークWの内部に流入した空気の一部は、空気流れ変換具3の空気導入管5内に流入し、空気連通管9を経て空気放出管7に達するよう向きを変えて案内され、その先端の空気放出口7aから噴出する。空気放出口7aから噴出した空気は、ワークWの端面Wcに向けて流れ、これによりワークWは、図1(a)中で右側の他方の端部付近が主に冷却される。
A part of the air supplied into the work W out of the air supplied by the
このように、本実施形態によれば、ワークWに対し、一方の端部からファン1によって空気を吹き付けるとともに、この吹き付けた空気の一部を、空気流れ変換具3の空気導入管5,空気連通管9および空気放出管7によって流れの向きを変えて他方の端部に向けて吹き付けるようにしたので、空気を用いた焼入れを行った場合でも、一方の端部からのみ空気を吹き付ける場合に比較して、熱処理品質を安定化させることができる。
As described above, according to the present embodiment, air is blown from one end to the work W by the
この際、本実施形態では、ワークWの両側にファンやブロワなどの気体送風手段を設けておらず、一方側のみにファン1を設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。
At this time, in this embodiment, since the air blowing means such as a fan and a blower are not provided on both sides of the work W, and the
上記のように、本実施形態では、水焼入れに代えて空気焼入れを行っているので、冷却作用が緩やかとなり、ワークWの変形や割れを防止することができ、またワークWが、後述するようなシリンダボアに鋳鉄製ライナを鋳込んだシリンダブロックの場合に、シリンダブロック本体からの鋳鉄製ライナの剥がれを防止することができる。 As described above, in the present embodiment, since air quenching is performed instead of water quenching, the cooling action is moderate, deformation and cracking of the workpiece W can be prevented, and the workpiece W is described later. In the case of a cylinder block in which a cast iron liner is cast into a simple cylinder bore, it is possible to prevent the cast iron liner from peeling off from the cylinder block body.
また、本実施形態では、空気導入管5は、その空気導入口5aが、ワークWの一方の端部近傍に位置しているので、ファン1から送出された直後の、ワークWによって温度上昇が抑えられた新鮮な空気を導入でき、この新鮮な空気をワークWの他方の端部に供給して冷却効果を高めることができる。
In this embodiment, since the
また、ワークWは両端が開口した中空部材であり、この中空部材の内部に空気導入管5を配置したので、ワークWの内部空間を有効利用して空気流れ変換具3を設置することができる。例えば、空気導入管をワークWの外部に配して空気を案内するような構造とした場合には、空気流れ変換具自体が大型化するだけでなく、その設置スペースも広く必要となって冷却装置全体の大型化を招く。
In addition, since the workpiece W is a hollow member having both ends open, and the
さらに、本実施形態では、ファン1から送出されて冷却に要した空気のうち、ワークWの内部を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管9に設けた貫通孔9aを通って空気流れ変換具3の外部に排出されるので、冷却に要して温度上昇した空気の、ワークWの他方の端部に向かう流れを阻止でき、空気放出口7aから噴出する空気の流れの乱れを防止してワークWの他方の端部に対する冷却効率を高めることができる。
Further, in the present embodiment, most of the air sent from the
図2(a)は、前記したワークWをエンジンのシリンダブロック15として、このシリンダブロック15に対し、気体案内部材としての中空状の空気流れ変換具17を用いて空気焼入れを実施している状態を示す焼入れ装置の概要図である。図2(b)は、図2(a)のC−C矢視断面図である。
FIG. 2A shows a state in which the above-described workpiece W is used as an
上記したシリンダブロック15も、前記したワークWと同様に、アルミニウム合金製の鋳物として鋳造後に溶体化処理を実施した後、図2(a)のように、シリンダブロック15のクランクケース15a側に設置したファン1から、気体としての空気を吹き付けて行う空気焼入れを行い、空気焼入れ後は、人工時効硬化処理を行う。なお、このシリンダブロック15は、鋳造時にシリンダボア15bに鋳鉄製ライナを鋳込んだものとする。
Similarly to the workpiece W described above, the
シリンダブロック15は、図2(a)中で紙面に直交する方向に沿ってシリンダボア15bが4つ配列された直列4気筒エンジンのもので、これに対応して空気流れ変換具17は、気体導入部としての空気導入管21を4本備えている。
The
この4本の空気導入管21を、ファン1側に対応する一端側の気体導入口としての空気導入口21aがシリンダボア15b内で軸方向ほぼ中央位置となるよう、シリンダヘッド取付面15c側からシリンダボア15b内に軸芯を合わせた状態で挿入する。挿入した空気導入管21は、他端側を、シリンダボア15bのシリンダヘッド取付面15c側の他方の端部の開口から外部に突出させる。この際、空気導入管21とシリンダボア15bの内壁との間には、環状の隙間23を設けておく。
The four
4本の空気導入管21の上記他端側に対応する基端部は、図2(b)に示すように、直方体形状の気体連通管としての空気連通管25に連通している。空気連通管25は、空気導入管21を図2(a)のようにシリンダボア15bに挿入した状態で、シリンダブロック15に対向する面の外形輪郭線が、シリンダブロック15の外形輪郭線とほぼ整合している。この空気連通管25の上記外形輪郭線の内側に、扁平の直方体形状からなる気体放出部としての空気放出管27を連通接続し、その先端の空気放出口27aを、シリンダブロック15のシリンダヘッド取付面15cに指向するよう配置している。
The base end portion corresponding to the other end side of the four
空気放出管27は、図2(b)に示すように、4本の空気導入管21の両側にそれぞれ設けるとともに、空気連通管25の長手方向(図2(b)中で左右方向)両端部にもそれぞれ設け、全部で10本存在する。そして、この10本の空気放出管27の先端のそれぞれの空気放出口27aを、シリンダブロック15のシリンダヘッド取付面15cに指向させる。
As shown in FIG. 2B, the
また、空気連通管25には、空気導入管21の周囲を囲むように、円周方向に沿って複数(ここでは5個)の貫通孔25aを設けている。この貫通孔25aは、空気連通管25を図2(a)中で左右方向に貫通するよう挿入した貫通管29で構成している。この貫通管29は、空気導入管21を図2(a)のようにシリンダボア15b内に挿入した状態で、空気導入管21とシリンダボア15bとの間の隙間23にほぼ対応した位置となる。
The
次に、上記図2に示した焼入れ装置を用いたシリンダブロック15に対する焼入れ動作を説明する。ファン1が回転することで、空気を矢印Dのようにシリンダブロック15に向けて供給し、この空気は、クランクケース15a内からシリンダボア15b内にわたるシリンダブロック15の内部および外部を通りファン1と反対側の他方の端部に向けてシリンダブロック15の内外壁に沿って流れ、これによりシリンダブロック15は、図2(a)中で左側の一方の端部から他方の端部に向けて徐々に冷却される。
Next, the quenching operation for the
そして、この冷却に要した空気のうちシリンダブロック15の内部の隙間23を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管25に設けた貫通孔25aを通って空気流れ変換具17の外部に排出される。
And most of the air required for cooling that has passed through the
また、ファン1によって供給した上記空気のうちシリンダブロック15の内部に流入した空気の一部は、空気流れ変換具17の空気導入管21内に流入し、空気連通管25を経て空気放出管27に達するよう向きを変えて案内され、その先端の空気放出口27aから噴出する。空気放出口27aから噴出した空気は、シリンダブロック15のシリンダヘッド取付面15cに向けて流れ、これによりシリンダブロック15は、図2(a)中で右側の他方の端部付近が主に冷却される。
A part of the air supplied into the
このように、本実施形態によれば、シリンダブロック15に対し、一方の端部からファン1によって空気を吹き付けるとともに、この吹き付けた空気の一部を、空気流れ変換具17の空気導入管21,空気連通管23および空気放出管27によって流れの向きを変えて他方の端部に相当するシリンダヘッド取付面15cに向けて吹き付けるようにしたので、大型で複雑な形状のシリンダブロック15に対して空気を用いた焼入れを行った場合でも、一方の端部からのみ空気を吹き付ける場合に比較して、熱処理品質を安定化させることができる。
As described above, according to the present embodiment, air is blown from one end to the
この際、本実施形態では、シリンダブロック15の両側にファンやブロワなどの気体送風手段を設けておらず、一方側のみにファン1を設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。
At this time, in this embodiment, the air blowing means such as a fan or a blower is not provided on both sides of the
その他、本実施形態においても、中空部材であるシリンダブロック15のシリンダボア5bの内部に空気導入管21を配置することで、シリンダブロック15の内部空間を有効利用して空気流れ変換具17を設置できるなど、前記図1に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。
In addition, also in the present embodiment, the
図3は、上記図2に示した空気流れ変換具17を使用した焼入れ装置31を含む熱処理設備の全体構成を示す平面図である。焼入れ装置31の図3中で右側に鋳造成形後のシリンダブロック15に対して溶体化処理を施す溶体化炉33を設置し、同左側には焼入れ装置31で焼入れ後のシリンダブロック15に対して人工時効硬化処理を行う時効炉35を設置する。
FIG. 3 is a plan view showing the overall configuration of the heat treatment equipment including the quenching
シリンダブロック15は、ここでは3個分を搬送トレイ37上に載置し、この搬送トレイ37を、ワーク搬送手段としてのローラコンベア39に載せた状態で、前工程に対応する溶体化炉33から、空気焼入れ工程に対応する焼入れ装置31を経て時効炉35に順次搬送する。
Here, three
なお、図3では、シリンダブロック15を、その長手方向(気筒列方向)が紙面に直交する位置関係で搬送トレイ37上に載置してある図としているが、シリンダブロック15がローラコンベア39での搬送時に不安定であれば、横に寝かせた状態で載置してもよい。
In FIG. 3, the
焼入れ装置31は、搬送されてくるシリンダブロック15を搬送トレイ37とともにその全体を収容する空気焼入れブース41を備え、空気焼入れブース41のローラコンベア39から図3中で下方に対応する側に突出するファン収容空間41aに、ファン1を必要に応じて複数(ここでは2基)設置する。ファン収容空間41aは、ローラコンベア39と反対側に多数の小孔41bを介して外部に連通している。シリンダブロック15は、上記したファン収容空間41a側にクランクケース15a側が位置し、シリンダヘッド取付面15cがローラコンベア39の図3中で上部側の縁部近傍に位置するよう搬送トレイ37上に載置する。
The quenching
空気焼入れブース41のローラコンベア39から図3中で上方に対応する側には、空気流れ変換具17を設置する変換具収容空間41cを突出して形成してある。変換具収容空間41cの外部には、3つのシリンダブロック15に対応して駆動手段としての駆動シリンダ43をそれぞれ取り付け、駆動シリンダ43のピストンロッド43aを、変換具収容空間41c内に移動可能に挿入し、その先端を空気流れ変換具17における空気連通管25の端面中央に連結する。
On the side corresponding to the upper side in FIG. 3 from the
すわわち、空気流れ変換具17は、駆動シリンダ43の駆動によって、変換具収容空間41c内に位置してシリンダブロック15から離れた状態と、空気導入管21を前記図2(a)に示したようにシリンダボア15b内に挿入してセットした状態との間を移動可能である。
That is, the
上記図3に示した空気焼入れ装置においては、溶体化炉33で所定の温度、時間で溶体化したシリンダブロック15を、搬送トレイ37に載せたまま、図3に示すように焼入れブース41内に搬送して停止させ、この状態で駆動シリンダ43を駆動して、変換具収容空間41c内に位置する空気流れ変換具17を前進移動させ、空気導入管21を前記図2(a)に示したように、シリンダボア15b内に挿入する。
In the air quenching apparatus shown in FIG. 3, the
そして、上記の状態で、ファン1を駆動することで、シリンダブロック15に向けて空気を供給し、その後は前記図2で説明したものと同様に、シリンダブロック15に対し、クランクケース15a側に加え、シリンダヘッド取付面15c側からも空気を吹き付けて効率よく空気焼入れ処理を実施することができる。
Then, by driving the
この場合、空気流れ変換具17を使用する必要のないワークに対しては、空気流れ変換具17を後退させて変換具収容空間41c内に退避させておけばよいので、熱処理設備として汎用性を確保することができる。
In this case, for a work that does not require the use of the
なお、上記した実施形態では、気体として空気を利用した空気焼入れについて説明したが、他の気体を冷媒として冷却してもよい。 In the above-described embodiment, air quenching using air as a gas has been described. However, other gases may be cooled as a refrigerant.
W ワーク
1 ファン(気体送風手段)
3,17 空気流れ変換具(気体案内部材)
5,21 空気導入管(気体導入部)
5a,21a 空気導入口(気体導入口)
7,27 空気放出管(気体放出部)
9,25 空気連通管(気体連通管)
9a,25a 空気連通管の貫通孔
15 シリンダブロック
15a シリンダブロックのクランクケース
15c シリンダブロックのシリンダヘッド取付面
39 ローラコンベア(ワーク搬送手段)
43 駆動シリンダ(駆動手段)
3,17 Air flow converter (gas guide member)
5,21 Air introduction pipe (gas introduction part)
5a, 21a Air inlet (gas inlet)
7,27 Air release pipe (gas release part)
9,25 Air communication pipe (gas communication pipe)
9a, 25a Air communication pipe through-
43 Drive cylinder (drive means)
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