JP2008223055A - ワークの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼入れと焼き戻しを行うワークの熱処理方法において、油焼入れしたワークの焼き戻しを、寸法精度の低下を抑えてコスト負担の少ない設備で安全に効率的に行えるようにすることを課題としている。
【解決手段】横向きの加熱コイル５が複数個並列に配置された焼き戻しステーション２を設け、油焼入れしたワークＷをその焼き戻しステーション２に送り込んで対をなす対向加熱コイル５，５間に起立姿勢にして配置し、しかる後、加熱コイル５に通電してワークＷの端面を焼き戻しのために誘導加熱するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、油焼入れ後に高周波誘導加熱での焼き戻しを行ってワークを改質するワークの熱処理方法に関する。

粉末冶金法によって製造される機械部品、中でも鉄系合金で形成される焼結歯車や焼結スプロケットなどは、焼入れと焼き戻しを行って強度と硬度を高めることが行われている。ここでは、このような機械部品を単にワークという。

焼入れは、ワークを規定温度に加熱して急冷する方法でなされ、ワークの一部を焼入れするときには高周波焼入れ装置が利用される。その高周波焼入れ装置は、下記特許文献１などに開示されている。焼入れでの冷却は冷却剤を用いて行われ、その冷却剤として油を用いる方法が油焼入れである。

その油焼入れは、下記特許文献２などに開示されている。特許文献２は、処理槽内の焼入れ液として油を使用することを述べており、その焼入れ液の中にワークを浸漬して高周波焼入れを行うようにしている。

焼き戻しは、下記の如き方法でなされている。
（イ）焼入れ後のワークを焼き戻し炉に入れて対流加熱する。
（ロ）焼入れ後のワークを焼き戻し炉に入れてヒータの輻射熱で加熱する。
（ハ）加熱コイルを用いて誘導加熱する。焼入れでの加熱と焼き戻しでの加熱を同一加熱コイルを用いて行うときには、焼入れでの冷却を、焼き戻し時にオイルミストの発生、発火が起こらないポリマー含有の水系冷却剤を用いて行う。
（ニ）自熱を利用して焼き戻す。

特許第２６３１７４９号公報 特開２０００−２８２１３６号公報

焼き戻し炉を使用して焼き戻しを行う上記（イ）、（ロ）の方法は、容積の大きい炉を必要とし、設備費が高くつく。また、加熱時間が長くなって生産性が良くない。

また、上記（ハ）の方法は、焼入れ工程で使用した冷却剤を洗い流す洗浄工程や、焼入れでの加熱終了後に加熱コイルを一旦加熱ステーションから退避させて焼き戻し時にそのコイルを再度加熱ステーションに戻す工程、ワークの両面を熱処理する場合のワーク反転工程などが必要になってタクトタイムが長くなり、生産性が高まらない。

さらに、上記（ニ）の自熱焼き戻し法は、熱源を使わないため、オイルミストの発火などの懸念はないが、この方法は、残留オーステナイト相による寸法の経時変化が起こり、寸法精度が要求されるワークの処理には適していない。

この発明は、焼入れと焼き戻しを行うワークの熱処理方法において、油焼入れしたワークの焼き戻しを、寸法精度の低下を抑えてコスト負担の少ない設備で安全に効率的に行えるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、横向きの加熱コイルが複数個並列に配置された焼き戻しステーションを設ける。そして、ワークを油焼入れした後、そのワークを前記焼き戻しステーションに送り込んで同ステーションに対向して設けられた加熱コイル(対をなす加熱コイル)間に起立姿勢にして配置し、しかる後、加熱コイルに通電してワークの端面を焼き戻しのために誘導加熱する方法を採る。なお、横向きの加熱コイルとは、端面がほぼ垂直（軸心はほぼ水平）となる姿勢のコイルを言う。また、ワークの起立姿勢とは、ワークの端面がほぼ垂直になってコイルの端面と対面する姿勢を言う。

この熱処理方法によれば、ワークの両端面の同時焼き戻しを行うことができ、さらに、複数の焼き戻しラインを（ライン数＋１個）の加熱コイルで形成することもできる。また、油焼入れ後のワークを移動させる移送路を設けてその移送路の路面に傾斜をつけ、その路面上で円形のワークを自重で自転させて対向した加熱コイル間に移動させることもできる。この方法は、油焼入れも誘導加熱法で行うと好ましい。

この発明の熱処理方法は、油焼入れを行うので、水系冷却剤を使用するときに必要な洗浄工程が不要であり、ワークの割れなどの製品欠陥も生じにくい。

また、焼き戻しを誘導加熱によって行うので、容積の大きい炉を使用する場合の設備費増や加熱時間が長くなることによる生産性の低下、さらには、自熱焼き戻しでの寸法精度低下の問題がなくなる。いわゆる１個流しの処理が可能であるので、少量生産のワークも設備の利用効率を低下させずに処理することができる。

また、ワークの両端面の誘導加熱を隣り合う加熱コイルによって同時に行うことで、焼き戻しのタクトタイムを短縮することができる。複数の焼き戻しラインを（ライン数＋１個）の加熱コイルを用いて形成し、ワーク端面の誘導加熱を各焼き戻しラインの焼き戻しステーションにおいて行うこともでき、安価な設備による効率的な熱処理が可能になる。

このほか、転がらせることができる円形ワークについては、路面を傾斜させた移送路を設けて油焼入れ後のワークを自重で自転させながら加熱コイル間に移動させることもでき、移送手段も含めた熱処理設備のより一層の簡素化とコスト削減が図れる。

以下、添付図面の図１〜図３に基づいてこの発明の方法の実施の形態を説明する。図１は、前段の工程で油焼入れしたワークＷ（図のそれは焼結歯車）を焼き戻しステーション２に移動させ、ここでそのワークＷの両端面を焼き戻しする例を示している。焼き戻しステーション２には、対をなす２個の加熱コイル５，５が横向き状態で並列配置にして設けられている。加熱コイル５，５は、ワークの厚み（軸方向寸法）変動に対応するために２者の間隔Ｌを調整可能となしておいてもよい。

前段の工程での油焼入れは、焼入れ炉を使用して行うこともできるが、高周波焼入れを行うと焼入れ設備も簡素化され、設備費のさらなる削減や焼入れ時間の短縮などが図れる。

油焼入れを済ませて焼き戻しステーション２に送り込んだワークＷは、対の対向加熱コイル５，５間に起立姿勢にして配置する。そして、この状態で加熱コイル５，５に通電してワークＷの端面ｆを焼き戻しのために誘導加熱する。焼き戻しは、焼入れと違って一般に加熱温度が３００℃程度以下で、加熱コイルとワーク間のギャップが大きくても実施でき、また、冷却剤による強制冷却も不要であるので、図１に示す方法での焼き戻しは問題なく行える。

なお、焼き戻しがワークの片面のみについて要求されるときには、隣り合う加熱コイル５，５のどちらか一方に通電して必要な面のみを誘導加熱する。

図２は、転がらせることができる焼結歯車などの円形ワークの熱処理に有効な焼き戻し設備を示している。例示の焼き戻し設備は、焼き戻しステーション２を有する焼き戻しライン１に、油焼入れ後のワークＷを移動させる移送路３を設け、その移送路の路面３ａに、焼き戻しステーション２のある側を前と考えたときに前下がりになる傾斜をつけている。その路面３ａにワークＷを載せると、そのワークＷが自重で転がって焼き戻しステーション２に設置された加熱コイル５，５間に移動する。焼き戻しステーション２は図１で説明したようなものである。

その焼き戻しステーション２には、移送路３を遮るストッパ４を設けており、そのストッパ４が焼き戻しステーション２に移動してきたワークＷを加熱コイル５，５間に停止させる。ストッパ４は、図示しない退避機構を有しており、焼き戻しのための誘導加熱が終了すると移送路３から退避してワークＷの退出を許容する。

図のような焼き戻し設備を採用することで、ワークＷの自転移送が可能なときに熱処理設備のより一層の簡素化とコスト削減が図れるようになる。また、移送のための動力が不要であるので、設備のランニングコストも低減される。

なお、焼き戻しステーション２は、同一焼き戻しライン１に複数を設けることができる。例えば、図２に示したような焼き戻し設備を直列に複数つなぐと、同一焼き戻しラインに複数の焼き戻しステーションが設置され、ワークが同一ライン内の各焼き戻しステーションを通ることになる。そのような設備を使用すると、同一焼き戻しライン内での誘導加熱を複数個所の焼き戻しステーションで行って焼き戻しのヒートパターンを制御することが可能になる。

図３は、図２の焼き戻しライン１を並列配置にして複数ライン設けた焼き戻し設備を示している。この構造は、（ライン数＋１）個の加熱コイルで両面処理が可能な焼き戻しステーション２を各焼き戻しライン１に形成することができる。この発明の方法での焼き戻しは１個流しの処理となるが、焼入れのラインと焼き戻しのラインを複数ライン設けて各焼き戻しラインで並行して処理を行えば、量産品のワークも効率よく熱処理することができる。

なお、焼き戻しライン１を複数ライン設ける場合のライン間間隔（ライン間ピッチＰ）はできるだけ狭くするのがよい。ライン間間隔が狭いほど加熱したワークの放熱が抑えられて焼き戻しでのエネルギーロスが減少し、熱処理のコストが低減される。

焼き戻しステーションでの焼き戻しの一例の概要を示す斜視図 焼き戻しラインの一例を示す側面図 図２の焼き戻しラインを並列配置にして複数ライン設けた焼き戻し設備の斜視図

符号の説明

１ 焼き戻しライン
２ 焼き戻しステーション
３ 移送路
３ａ 路面
４ ストッパ
Ｗ ワーク
ｆ 端面
Ｌ 加熱コイル間間隔
Ｐ ライン間ピッチ

Claims (4)

1. 横向きの加熱コイル（５）が複数個並列に配置された焼き戻しステーション（２）を設け、ワーク（Ｗ）を油焼入れした後、そのワーク（Ｗ）を前記焼き戻しステーション（２）に送り込んで対向した加熱コイル（５，５）間に起立姿勢にして配置し、しかる後、前記加熱コイル（５）に通電して前記ワーク（Ｗ）の端面を焼き戻しのために誘導加熱するワークの熱処理方法。
2. ワーク（Ｗ）の両端面の誘導加熱を対向した加熱コイル（５，５）によって同時に行う請求項１に記載のワークの熱処理方法。
3. 焼き戻しライン（１）を並列配置にして複数設け、各焼き戻しラインの焼き戻しステーション（２）を（ライン数＋１）個の加熱コイル（５）によって形成し、ワーク（Ｗ）の端面の誘導加熱を各焼き戻しラインにおいて行う請求項１又は２に記載のワークの熱処理方法。
4. 油焼入れ後のワーク（Ｗ）を移動させる移送路（３）を設け、その移送路の路面（３ａ）に傾斜をつけ、その路面（３ａ）上で円形のワーク（Ｗ）を自重で自転させて焼き戻しステーション（２）の対向した加熱コイル（５，５）間に移動させる請求項１〜３のいずれかに記載のワークの熱処理方法。

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