JP2008266694A - 塑性加工装置及び塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を誘導加熱しながら塑性加工しても表面の酸化等の品質劣化を防止することができ、同時に塑性加工後表面に所望の熱処理効果を与える、塑性加工装置及び塑性加工方法を提供する。
【解決手段】（ａ）被加工物２が相対移動する方向に沿って上流側に配置され、被加工物２を局所的に誘導加熱する誘導加熱コイル２０と、（ｂ）被加工物２が相対移動する方向に沿って下流側に配置され、被加工物２の局所的に誘導加熱された部分４ｂを塑性加工する塑性加工用部材１２，１４と、（ｃ）酸素を含まない空気遮蔽用ガスを供給し、被加工物２の誘導加熱された部分を、空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置く空気遮蔽用ガス供給部材２２，２４と、（ｄ）酸素を含まない焼入れ用冷却ガスを供給し、被加工物２の塑性加工された部分２ｃを、焼入れ用冷却ガスの雰囲気中に置いて冷却し焼入れするガス供給部材２６，２８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、塑性加工装置及び塑性加工方法に関し、詳しくは、被加工物を誘導加熱しながら塑性加工する塑性加工装置及び塑性加工方法に関する。

従来、歯車等の機械部品を塑性加工する際に、被加工物近傍に誘導加熱コイルを配置し、高周波誘導加熱によって被加工物を加工温度まで全体あるいは局所的に加熱して、転造などの塑性加工を行うことが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開昭６２−１３０７３７号公報 特開平１１−３４７６７５号公報

しかしながら、高温になった被加工物表面が雰囲気空気により酸化され、表面に異常層が作られ、塑性加工された製品の強度を低下させることがある。また、塑性加工された直後の被加工物表面は未だ高温であり、同様に酸化の危険にさらされている。さらに、塑性加工後の被加工物の冷却速度によっては、仕上がり製品材質の冶金学的性質が悪くなり、これを改善するためには熱処理工程を追加しなければならない。

本発明は、かかる実情に鑑み、被加工物を誘導加熱しながら塑性加工しても表面の酸化等の品質劣化を防止することができ、かつ、焼入れ等の熱処理工程が同時に行いうる、塑性加工装置及び塑性加工方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した塑性加工装置を提供する。

塑性加工装置は、（ａ）被加工物が相対移動する方向に沿って上流側に配置され、前記被加工物を局所的に誘導加熱する誘導加熱部材と、（ｂ）被加工物が相対移動する方向に沿って下流側に配置され、前記被加工物の局所的に誘導加熱された部分を塑性加工する塑性加工用部材と、（ｃ）前記塑性加工用部材よりも前記誘導加熱部材側に、酸素を含まない空気遮蔽用ガスを供給し、前記被加工物の局所的に誘導加熱された前記部分を、前記空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置く空気遮蔽用ガス供給部材と、（ｄ）前記塑性加工用部材よりも前記誘導加熱部材とは反対側に、酸素を含まない熱処理用冷却ガスを供給し、前記被加工物の塑性加工された前記部分を、前記熱処理用冷却ガスの雰囲気中に置いて冷却し熱処理をするガス供給部材とを備える。

上記構成において、被加工物は、加熱された部分が酸素を含まない空気遮蔽用ガス雰囲気中でダイスや圧延ロールなどの塑性加工用部材によって塑性加工され、また、酸素を含まない熱処理用冷却ガスの雰囲気中に置かれた状態で冷却される。したがって、被加工物表面の酸化を防ぎながら、塑性加工ならびに焼入れ等の熱処理をすることができる。

上記構成によれば、塑性加工と熱処理を連続して行うことができるので、塑性加工後に冷えた状態から再び加熱して熱処理をする場合よりも、効率的である。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した塑性加工方法を提供する。

塑性加工方法は、（１）被加工物を相対移動させながら局所的に誘導加熱する第１の工程と、（２）前記被加工物の局所的に誘導加熱された部分を、塑性加工するまで、酸素を含まない空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置く第２の工程と、（３）前記被加工物の局所的に誘導加熱された前記部分を塑性加工する第３の工程と、（４）前記被加工物の塑性加工された前記部分を、酸素を含まない熱処理用冷却ガス雰囲気中に置いて冷却し熱処理をする第４の工程とを備える。

上記方法によれば、第１の工程で被加工物の局所的に誘導加熱された部分は、第３の工程で塑性加工されるまでの間、酸素を含まない空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置かれている。したがって、誘導加熱された被加工物表面の酸化を防ぐことができる。被加工物の塑性加工された部分は、酸素を含まない熱処理用冷却ガスの雰囲気中に置かれるので、塑性加工後の被加工物表面の酸化を防ぎながら、焼入れ等の熱処理をすることができる。

塑性加工と熱処理を連続して行うことができるので、塑性加工後に冷えた状態から再び加熱して熱処理をする場合よりも、効率的である。

本発明によれば、被加工物を誘導加熱しながら塑性加工しても、表面の酸化等の品質劣化を防止することができ、かつ、焼入れ等の熱処理工程が同時に行いうる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１について、図１を参照しながら説明する。

図１の要部断面図に示すように、実施例１の塑性加工装置１０は、波動歯車装置のフレックススプラインのような薄肉の被加工物２の内側２ａに、小さな歯２ｋを転造加工する装置である。歯の付いていない円筒（円環）状の被加工物２の内側２ａを、被加工物２に与えたい形状に対応した加工用形状部１３を有するダイス１２で押し、その対向面２ｂを円筒状のダイス１４で挟んで押し、これらダイス１２，１４を矢印１６，１８で示す方向に回転させることにより、被加工物２が矢印６で示す方向に送られ、歯の付いていない円筒状の被加工物２を塑性変形させて、所定厚さのリム２ｓに所定形状の歯２ｋが付いているフレックススプラインに製作する。

なお、外側のダイス１４が加工用形状部を有し、内側のダイス１２が円筒状の場合には、被加工物２の外側２ｂに凹凸形状を形成することができる。また、両方のダイス１２，１４が加工用形状部を有する場合には、被加工物２の両側に凹凸形状を形成することができる。

ダイス１２，１４に隣接して、被加工物２が送られる方向６の上流側には、高周波電源が印加される誘導加熱コイル２０が配置され、被加工物２の誘導加熱コイル２０に対向する部分４ａが誘導加熱される。これによって、被加工物２のダイス１２，１４間に送られた部分４ｂは、加熱された状態であるため、塑性変形が容易になる。被加工物２の温度や高温にする深さなどの加熱条件は、誘導加熱コイル２０に印加する高周波電源の周波数等を調節することにより、所望の値に設定することができる。

被加工物２の高温になった部分が雰囲気空気により酸化されると、表面に異常層が作られ、加工された製品の強度を低下させる原因となる。このような酸化を防ぐため、誘導加熱コイル２０とダイス１２，１４との間の領域に、被加工物２を酸化しない空気遮蔽用ガスを供給する。空気遮蔽用ガスとして酸素を含まない常温あるいは加熱されたガスを供給する。例えば、炭酸ガスや窒素のようなガスの雰囲気で充満し、誘導加熱された被加工物２の表面に、雰囲気空気が接触しないようにする。

具体的には、誘導加熱コイル２０とダイス１２，１４との間の適宜な箇所にノズル２２，２４を配置して、空気遮蔽用ガスを供給する。このとき、この空気遮蔽雰囲気をより有効にするため、誘導加熱コイル２０とダイス１２，１４とノズル２２，２４との辺りに、空気遮蔽覆いを設けることもある。また、空気遮蔽用ガスを高圧噴射すれば、塑性加工装置１０を大気雰囲気中に設置した状態でも、被加工物２の誘導加熱された部分の表面に空気遮蔽用ガスを確実に供給することができるので、好ましい。

被加工物２は、ダイス１２，１４間を通って塑性加工された後に、ダイス１２，１４から出てきた部分４ｃの表面が未だ高温であり、酸化の危険にさらされている。また、この部分４ｃの冷却速度を適正に設定しないと、仕上がり製品材質の冶金学的性質が悪くなる。

そこで、ダイス１２，１４から出てきた部分４ｃの表面が空気に触れる前に、被加工物２の表面を酸化しない焼入れ用冷却ガスを供給する。例えば、炭酸ガスや窒素のようなガスの雰囲気で充満し、被加工物２の塑性加工後の部分４ｃの表面に雰囲気空気が接触しないようにしながら冷却する。具体的には、ダイス１２，１４に隣接して誘導加熱コイル２０とは反対側の適宜な箇所にノズル２６，２８を配置して、焼入れ用冷却ガスを供給する。

このとき、焼入れ用冷却ガスの温度や、塑性加工後の部分４ｃの表面を通過する流量などを調節することにより、塑性加工された部分４ｃの表面の冷却速度を調節し、塑性加工部分４ｃの冷却と同時に、表面焼入を行うことができる。これによって、塑性加工後に冷却された被加工物を再び加熱して表面焼入れする工程をなくすことができる。

仕上がった製品は、所定の寸法形状を持つと同時に、表面焼入され、また、表面変質異常層の極めて少ないものになる。

本例のような薄肉製品の熱処理は、通常、焼入れ歪が極めて大きくなる事、製品表面の酸化による完成品の性能低下が著しい事のため、困難であった。しかし、本技術の採用によりこれらの問題点が解決される。

＜実施例２＞ 実施例２について、図２及び図３を参照しながら説明する。

図２の要部断面図、図３の要部斜視図に示すように、実施例２の塑性加工装置３０は、中実の棒状あるいは中空の円管状の被加工物６を、誘導加熱コイル３２で誘導加熱した後、ダイス３４に挿通して、所定の直径とリード、ねじれ角を持った螺旋状部品に加工する。ダイス３４は矢印３６で示す方向に回転し、回転に同期して矢印３８で示すように軸方向の送り運動をし、被加工物６を所定の寸法形状６ｓに塑性変形させる。

誘導加熱コイル３２及びダイス３４の両側には、図３に示すように、ガス供給部４４，４６が配置されている。ガス供給部４４，４６の内部には、図２に模式的に示したように、ノズル４０，４２が配置されている。

誘導加熱コイル３２及びガス供給部４４，４６は、ダイス３４とともに軸方向３８に一体的に移動する。

なお、誘導加熱コイル３２、ダイス３４及びガス供給部４４，４６を固定し、被加工物６を送るようにしても、誘導加熱コイル３２、ダイス３４及びガス供給部４４，４６と被加工物６とを互いに反対方向に送るようにしてもよい。

被加工物６は、誘導加熱コイル３２に対向する部分８ａが誘導加熱される。これによって、被加工物６は、ダイス３４中に押し込まれる部分８ｂが高温となり、容易に塑性加工される。被加工物６を加熱する温度や加熱する深さは、誘導加熱コイル３２に印加する電源の周波数等によって調節することができる。

高温になった被加工物６の表面は、雰囲気空気により酸化されると、材質表面に異常層が作られ、加工された製品の強度を低下させる原因となる。この酸化を防ぐため、被加工物６の誘導加熱コイル３２で加熱される部分８ａに、被加工物６が酸化しない空気遮蔽用ガスを供給する。例えば、炭酸ガスや窒素のガス雰囲気で充満する。具体的には、被加工物６と誘導加熱コイル３２やダイス３４との間の隙間を十分満たすだけの空気遮蔽用ガスを、ノズル４０から高圧噴射する。

被加工物６は、ダイス３４から出てきた部分８ｃの表面が未だ高温であり、酸化の危険にさらされている。また、この部分８ｃの冷却速度を適正に設定しないと仕上がり製品材質の冶金学的性質が悪くなる。そこで、ダイス３４から出てきた被加工物表面が空気に触れる前に、被加工物６の表面を酸化しない焼入れ用冷却ガスの雰囲気で充満する。例えば、ダイス３４に隣接して誘導加熱コイル３２とは反対側に配置されたノズル４２から、炭酸ガスや窒素を、被加工物６のダイス３４から出てきた部分８ｃに供給する。

このとき、焼入れ用冷却ガスの温度や被加工物表面を通過する流量等を調節することにより、塑性加工された表面の冷却速度を調節し、塑性加工と同時に表面焼入を行うことができる。

これにより仕上がった製品は、所定の寸法形状を持つと同時に、表面焼入され、また、表面変質異常層の極めて少ないものになる。

＜まとめ＞ 被加工物の誘導加熱された部分を、酸素を含まない空気遮蔽用ガス雰囲気中に置くことで、誘導加熱により高温になっている被加工物表面の酸化を防止することができる。また、塑性加工された部分に、酸素を含まない焼入れ用冷却ガスを供給することによって、被加工物６の表面酸化を防止しすることができる上、表面焼入れを行い、冷却による品質劣化を防ぐことができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することができる。

塑性加工装置の要部断面図である。（実施例１） 塑性加工装置の要部断面図である。（実施例２） 塑性加工装置の要部斜視図である。（実施例２）

符号の説明

２ 被加工物
１０ 塑性加工装置
１２，１４ ダイス（塑性加工用部材）
２０ 誘導加熱コイル（誘導加熱部材）
２２，２４ ノズル（空気遮蔽用ガス供給部材）
２６，２８ ノズル（焼入れ用冷却ガス供給部材）
３０ 塑性加工装置
３２ 誘導加熱コイル（誘導加熱部材）
３４ ダイス（塑性加工用部材）
４０ ノズル（空気遮蔽用ガス供給部材）
４２ ノズル（焼入れ用冷却ガス供給部材）

Claims (2)

1. 被加工物が相対移動する方向に沿って上流側に配置され、前記被加工物を局所的に誘導加熱する誘導加熱部材と、
   被加工物が相対移動する方向に沿って下流側に配置され、前記被加工物の局所的に誘導加熱された部分を塑性加工する塑性加工用部材と、
   前記塑性加工用部材よりも前記誘導加熱部材側に、酸素を含まない空気遮蔽用ガスを供給し、前記被加工物の局所的に誘導加熱された前記部分を、前記空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置く空気遮蔽用ガス供給部材と、
   前記塑性加工用部材よりも前記誘導加熱部材とは反対側に、酸素を含まない熱処理用冷却ガスを供給し、前記被加工物の塑性加工された前記部分を、前記熱処理用冷却ガスの雰囲気中に置いて冷却し熱処理をする熱処理用冷却ガス供給部材と、
   を備えたことを特徴とする、塑性加工装置。
2. 被加工物を相対移動させながら局所的に誘導加熱する第１の工程と、
   前記被加工物の局所的に誘導加熱された部分を、塑性加工するまで、酸素を含まない空気遮蔽用ガスの雰囲気中に置く第２の工程と、
   前記被加工物の局所的に誘導加熱された前記部分を塑性加工する第３の工程と、
   前記被加工物の塑性加工された前記部分を、酸素を含まない熱処理用冷却ガス雰囲気中に置いて冷却し熱処理をする第４の工程と、
   を備えたことを特徴とする、塑性加工方法。

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