JP2012532028A - 非一体的に鍛造されたクランクシャフト及びカムシャフトを含むシリンダ状コンポーネントを備える異形シャフト製造用の誘導電気エネルギー印加 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は異形シャフト、詳しくは、船舶あるいは鉄道または発電設備用途の大馬力型内燃機関用に好適な大型クランクシャフト及びカムシャフト等の大型の、あるいは非一体的に鍛造されたシャフトとして斯界に既知の異形シャフト類の誘導電気加熱処理に関する。
T最終=T初期+(P誘導×T誘導)/(m×c)−Q表面 [式(1)]
鍛造前セクション13aに図3(c)に示す加熱ステップ中に誘導熱エネルギーを充分量吸収させた後、素材10を誘導コイル20から外して鍛造装置(図示せず)に移行させて第2ジャーナル13を鍛造し、その後、図3(e)に示す如く素材を誘導コイルに戻し、後続の鍛造前セクション14aを加熱する。しかしながら、この時点におけるノード114から314及び415における初期温度は、図3(f)に温度対表面ノード位置で例示する如くずっと高くなっている。図1(a)〜図1(g)に関して説明したプロセスではこの過熱状況は更に悪化し、後続する鍛造前セクションの誘導加熱に先立つ初期温度条件であるところの(T14 初期)が、図3(f)にグラフで示す如く、必要な最終温度(T必要 最終)と比較して一段と高くなる。過熱は粒界清算、過剰酸化及びスケールによるメタルロス、脱炭、鍛造中の不正メタル流れ、鍛造欠陥(例えばクラック発生)、または鍛造ダイの過剰損耗等の乱れを生じ得る。これらの乱れは鍛造物品製造性能を低下させ得る。
本発明の他の様相によれば、本明細書に開示する方法により製造される、複数の異形の円筒状コンポーネントを有する大型の非一様鍛造シャフト工作物が提供される。
特定用途において、上述した種々のコイルアセンブリ組み合わせを本発明で使用することにより被加熱用鍛造前セクションの軸方向長さに沿った誘導パワー密度を再配分及び選択制御し得る。
“大型の”とは、一回の鍛造プロセスではその全体を鍛造し得ないシャフト工作物に対して参照される。一般に、それらのシャフト工作物には、直径が75mm(3インチ)、長さが1メートルを超えるジャーナルを有するクランクシャフトが含まれる。
本発明の上述した各実施例における製造物品は被一体の鍛造クランクシャフトであるが、本発明は、物品の1セクションに関する特定の鍛造前軸温度プロファイルが所望されるその他の被一体の鍛造製造物品に対してより一般的に適用され得るものである。
一様な表面温度プロファイルは誘導コイルアセンブリに挿入する鍛造前セクションの軸方向長さに沿った要求端部温度プロファイルとして示したが、本発明の他の実施例ではその他の非一様の端部温度プロファイルを本発明のプロセスにより実現し得るものとする。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
12a 第1鍛造前セクション
13a 第2鍛造前セクション
22 誘導加熱コイルアセンブリ
22a 素材入口端
22 誘導コイルアセンブリ
23 ソレノイド型誘導コイル
23a コイルエンドタップ端子
24 誘導コイル
24a キャパシタバンク
25 誘導コイル
25a コイルセクション
26 誘導コイル
26a コイル端
27 誘導コイル
27a コイルセクション
27b コイルセクション
30 温度検出装置
32 制御装置
34 位置センサ
40 電源
40a 電源
40b 電源
50a 切り替え装置
52a 切り替え装置
80 プロセッサ
81 入出力装置
83 電気的な切り替え装置
86 デジタル記憶装置
88 入力装置
Claims (20)
- 素材から非一体的に鍛造された物品を鍛造する方法であって、
(1)前記素材の1セクションを誘導コイルアセンブリに挿入し、
(2)前記誘導コイルアセンブリに電力を供給して該誘導コイルアセンブリ内の前記素材の1セクションを誘電加熱して誘導コイルアセンブリ内の素材の前記セクションにカップリングする磁束場を発生させ、かくして素材の鍛造前加熱セクションを形成し、
(3)誘導コイルアセンブリから素材を取り出し、
(4)取り出した素材を鍛造装置に移送し、
(5)素材の前記鍛造前加熱セクションに特徴部を鍛造し、
(6)素材を誘導コイルアセンブリに移送して前記(1)〜(6)の各ステップを製造物品全部が鍛造されるまで反復することを含み、
誘導コイルアセンブリ内で素材の前記セクションの軸方向長さに沿った温度を検出し、
誘導コイルアセンブリ内で素材の前記セクションを鍛造前軸方向長さ温度プロファイルに加熱するよう、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することを更に含む方法。 - 前記誘導コイルアセンブリ内で素材の前記セクションの軸方向長さに沿った温度を検出することが、誘導コイルアセンブリ内への素材の1セクション挿入と同時に実施される請求項1に記載の方法。
- 前記誘導コイルアセンブリ内で素材の前記セクションの軸方向長さに沿った温度を検出することが、誘導コイルアセンブリ内への素材の1セクション挿入に続けて実施される請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリの少なくとも1端に2つ以上の交互する電気的エンドタップを形成し、該2つ以上の交互する電気的エンドタップ間における誘導コイルアセンブリ端子との接続を、前記誘導コイルアセンブリ内の素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは誘導加熱中に変更することを含む請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリ内の前記素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは誘導加熱中に、誘導コイルアセンブリの1つ以上の端部コイル巻きを横断して1つ以上のキャパシタを電気的に接続することを含む請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、少なくとも2つの別個の誘導コイルセクションにして、別個の電源から受けた電力を夫々有する誘導コイルアセンブリを形成すること、前記誘導コイルの少なくとも1端に2つ以上の交互する電気的エンドタップを形成すること、誘導コイルアセンブリ内の素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは当該誘導加熱中に、該2つ以上の交互する電気的エンドタップ間における、誘導コイルアセンブリ端子との接続を変更する、または、誘導コイルアセンブリの1つ以上の端部コイル巻きを横断して1つ以上のキャパシタを電気的に接続することを含む請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリ内の素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは当該誘導加熱中に、該誘導コイルアセンブリにおける1つ以上のコイル巻きを短絡させることを含む請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリ内の素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは当該誘導加熱中に、多巻きコイルの少なくとも一部から誘導コイルアセンブリを形成し且つ前記多巻きコイルの少なくとも一部の1つ以上のセクションを切り替えることを含む請求項1に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場の前記カップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリ内の素材の1セクションを誘電加熱するに先立ちまたは当該誘導加熱中に、螺旋状に交互巻きした少なくとも2つのコイルから成る誘導コイルアセンブリを形成し且つ前記少なくとも2つの交互巻きしたコイルを切り替えることを含む請求項1に記載の方法。
- 素材のあるセクションにおける特徴部を鍛造するに先立ち、誘導コイルアセンブリに挿入した該素材の前記セクションの鍛造前温度を制御する方法であって、
素材の前記セクションの軸方向長さに沿った表面温度を検出し、
素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御すること、
を含む方法。 - 前記素材のセクションの軸方向長さに沿った表面温度を検出することが、素材の前記セクションを誘導コイルアセンブリに挿入する間に実施される請求項10に記載の方法。
- 素材の前記セクションの軸方向長さに沿った表面温度を検出することが、素材の前記セクションを誘導コイルアセンブリに挿入するのに続いて実施される請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリの少なくとも1端に2つ以上の交互する電気的エンドタップを形成すること、及び、該2つ以上の交互する電気的エンドタップ間における、誘導コイルアセンブリの端子との接続を変更すること、を含む請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリの1つ以上の端部コイル巻きを横断して1つ以上のキャパシタを電気的に接続することを含む請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、少なくとも2つの別個の誘導コイルセクションにして、別個の電源から受けた電力を夫々有する誘導コイルアセンブリを形成すること、前記誘導コイルの少なくとも1端に2つ以上の交互する電気的エンドタップを形成すること、該2つ以上の交互する電気的エンドタップ間における、誘導コイルアセンブリ端子との接続を変更する、または、誘導コイルアセンブリの1つ以上の端部コイル巻きを横断して1つ以上のキャパシタを電気的に接続することを含む請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、誘導コイルアセンブリにおける1つ以上のコイル巻きを短絡させることを含む請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、多巻きコイルの少なくとも一部から誘導コイルアセンブリを形成し且つ前記多巻きコイルの少なくとも一部の1つ以上のセクションを切り替えることを含む請求項10に記載の方法。
- 前記素材の前記セクションを誘導加熱する間、素材の前記セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングを制御することが、螺旋状に交互巻きした少なくとも2つのコイルから成る誘導コイルアセンブリを形成し且つ前記少なくとも2つの交互巻きしたコイルを切り替えることを含む請求項10に記載の方法。
- 素材から非一体的に鍛造された物品を鍛造する方法であって、
(a)誘導コイルアセンブリ内に前記素材のシーケンス的セクションを挿入し、
(b)誘導コイルアセンブリに挿入した前記素材のシーケンス的セクションの軸方向長さに沿った温度を検出し、
(c)誘導コイルアセンブリに電力を供給して該誘導コイルアセンブリ内の素材の前記シーケンス的セクションとカップリングする磁束場を発生させることにより誘導コイルアセンブリ内の素材の前記シーケンス的セクションを誘電加熱し、かくして、誘導コイルアセンブリに挿入した素材の前記シーケンス的セクションの軸方向長さに沿って測定した前記温度に応じて制御された温度プロファイルを、前記誘導コイルアセンブリに挿入した素材の前記シーケンス的セクションの軸方向長さに沿って有する素材の鍛造前加熱セクションを形成し、
(d)誘導コイルアセンブリから素材を取り出し、
(e)取り出した素材を鍛造装置に移送し、
(f)素材の前記鍛造前加熱セクションの特徴部を鍛造し、
(g)素材を誘導コイルアセンブリに移送し、
前記(a)〜(g)の各ステップを製造物品全部が鍛造されるまで反復すること、
を含む方法。 - 素材の一連のセクションに、シーケンス的に鍛造した一連の特徴部を含む非一体の鍛造製造物品であって、
前記素材の一連のセクションの前記各特徴部をシーケンス的に鍛造するに先立ち、前記素材における一連の各セクションが誘導コイルアセンブリに挿入され、前記素材のセクションを誘導加熱するに先立って素材の一連の各セクションの軸方向長さに沿って検出した温度に応じて、誘導加熱中における素材の前記一連の各セクションの軸方向長さに沿った磁束場のカップリングが制御される非一体の鍛造製造物品。
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