JP2015067897A - 高周波焼入装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ところで焼入処理は、鋼材を加熱してオーステナイト組織にし、これを急冷してマルテンサイト組織に変態させるものである。従って鋼材の冷却速度は、組織がマルテンサイト組織に変態する効果に影響を与える。
そのため、大量のワークを高周波焼入し、その際の焼入品質を一定に保つためには、加熱後の冷却速度を一定に保つことが大切である。より具体的には、一定範囲の温度の冷却液を、一定の時間内に、一定量噴射してワークを冷却することが要求される。
即ち、高周波焼入を行う際には、一定温度の冷却液を赤熱したワークに噴射させることが必要であり、冷却液の温度は高過ぎても低過ぎてもよくない。
そのため、高周波焼入を実施する現場では、冷却液の温度を一定範囲に保つための温度調節装置が設けられている。
より具体的には、冷却液タンクにヒータと冷却装置が取り付けられ、冷却液タンク内の液温が一定温度に保たれる。
そこで、焼入作業を開始する前に、ヒータに通電して冷却液タンク内の液温度を上昇させる。
即ち、冷却液の急激な温度変化を避けるためや、冷却液の取り替え頻度を少なくする目的、規格外の大形ワークを焼入する際にも対応可能とする目的等から、冷却液タンクに貯留されている冷却液の量は、一つのワークを高周波焼入する際に必要な冷却液量に比べて遙に多い。
そのため、始業時には、大量の冷却液をヒータで摂氏30度まで昇温することが必要となり、焼入作業を開始する前の準備に時間が掛かる。
また大量の冷却液を昇温するために、多くのエネルギーを消費することとなり、無駄が多い。
本発明の高周波焼入装置では、冷却液貯留部が少なくとも主貯留部と副貯留部とに分離され、前記副貯留部の容積は主貯留部の容積よりも小さい。そして小さい方の副貯留部に加熱手段が設けられている。
本発明の高周波焼入装置では、冷却液の温度が低すぎる場合、副貯留部に設けられた加熱手段によって副貯留部内の冷却液を昇温する。ここで前記した様に、副貯留部の容積は主貯留部の容積よりも小さいから、副貯留部内の冷却液が所望の温度に達するまでに多くの時間を要しない。また必要な熱量も少ない。
そして副貯留部内の冷却液が所望の温度に達したならば、焼入作業を開始する。本発明の高周波焼入装置では、副貯留部から冷却液をくみ出してワークに供給するから、ワークには適度の温度に調整された冷却液が供給され、焼入品質が安定する。
また本発明の高周波焼入装置は、ワークに供給された冷却液が冷却液回収流路を経由して冷却液貯留部に戻される。ここで、ワークに供給された冷却液は、高温のワークに触れて昇温している。そのため焼入作業が開始されると、ワークから奪った熱が冷却液貯留部に供給される。そして本発明の高周波焼入装置は、副貯留部と主貯留部との間で冷却液の行き来が可能であるから、ワークから奪った熱によって冷却液貯留部に貯留された冷却液の全体が昇温され、加熱手段の稼働時間を低下させることができる。
本発明によれば、冷却液貯留タンク内に仕切りを設けることによって主貯留部と副貯留部とを構成することができる。また仕切りをオーバーフローさせて副貯留部と主貯留部との間に冷却液を行き来させる。
本発明の高周波焼入装置では、導入ポンプを利用して副貯留部と主貯留部との間に冷却液を行き来させる。
また焼入作業が開始された後は、ワークから奪った熱を冷却液貯留部内の冷却液の昇温に寄与させることができる。
そのため本発明の高周波焼入装置は、準備に要する時間が短く、且つ準備に要する電力等が少ない。
高周波焼入装置1は、誘導加熱装置2(加熱処理部)、冷却液タンク3、冷却液供給流路5、冷却液回収流路6、冷却液混合流路7、冷却液冷却流路8及び図示しないワーク支持装置によって構成されている。
本実施形態では、図1、図2の様に、冷却液タンク3に仕切り12が設けられ、冷却液タンク3内が主貯留部15と副貯留部16とに分離されている。
主貯留部15と副貯留部16とは、容積に差があり、副貯留部16の容積は主貯留部15よりも小さい。
より具体的には、副貯留部16の容積は主貯留部15の5分の1程度である。即ち副貯留部16の容積は主貯留部15の2分の1以下であることが望ましく、さらに望ましくは3分の1以下である。
また副貯留部16の容積は主貯留部15の20分の1以上であることが望ましい。
最も推奨される副貯留部16の容積は本実施形態の通り、主貯留部15の5分の1程度である。
副貯留部16の中には、電気ヒータ20と、温度センサー21が設けられている。
また主貯留部15内には液位センサー22が設けられている。液位センサー22は、主貯留部15内の液位が過度に低くなった場合に、警報等を発するために設けられたものである。
主流路23は、冷却液タンク3内の冷却液をワーク26に噴射供給する流路である。即ち主流路23は、副貯留部16内に挿入された吸入管24を起点とし、冷却液供給ポンプ30、電磁弁31及び冷却液噴射ノズル18を繋ぐ流路である。
冷却液供給ポンプ30は、冷却液タンク3内の冷却液を、加圧して冷却液噴射ノズル18へ供給する機能を有する。
リリース流路25は、冷却液供給ポンプ30の下流側と副貯留部16とを繋ぐ流路であり、中途にリリース弁32が設けられている。リリース弁32は、導入側の圧力が一定の圧力を越えた場合に開く弁である。
即ち冷却液混合流路7は、主貯留部15内に挿入された吸入管43を起点とし、熱交換器40の二次側流路45と、導入ポンプ41が順次接続され、副貯留部16内に挿入された供給管46に至る一連の流路である。
本実施形態の高周波焼入装置1では、図示しない制御装置によって、誘導加熱装置2と一連の冷却液供給システムとが制御され、ワーク26が焼入される。
以上の一連の動作は、制御装置の指令信号によって自動的に実行される。
本実施形態の高周波焼入装置1では、冷却液タンク3の副貯留部16に温度センサー21が設けられており、副貯留部16内の冷却液の温度が監視されている。
そして副貯留部16内の冷却液の温度が、始業基準温度以上であって要冷却基準温度未満であることを条件として、焼入作業が実施可能となる。即ち本実施形態では、温度センサー21の信号が図示しない制御装置に入力されており、温度センサー21の検知温度が前記した範囲を外れている場合には自動的にロックされ、前記した一連の焼入作業は実行されない。
これに対して始業時における副貯留部16内の冷却液の温度が、始業基準温度未満である場合には、以下の予熱動作が自動的に実行される。
なお説明を簡単にするため、始業時における主貯留部15の液位と、副貯留部16の液位は図2、図3の様に等しく、共に仕切り12の上端よりも下であるとする。
予熱動作では冷却液タンク3の副貯留部16に取り付けられた電気ヒータ20に通電され、冷却液タンク3内が予熱される。
その結果、図3に示す流路を冷却液が循環し、副貯留部16内の冷却液の温度を上昇させる。即ち、電気ヒータ20が発熱することによって電気ヒータ20の近傍の液温が上昇する。冷却液供給ポンプ30を起動することによって副貯留部16内の冷却液は、吸入管24から吸入され、冷却液供給ポンプ30の吐出側から排出される。ここで、冷却液供給ポンプ30の吐出側に設けられた電磁弁31が閉じられているから、リリース流路25の圧力が上昇し、リリース弁32が開いて冷却液を副貯留部16に戻す。
その結果、副貯留部16内の冷却液がリリース流路25を経由して循環し、副貯留部16内の冷却液が攪拌される。
そのため、電気ヒータ20の熱エネルギーは、副貯留部16内の冷却液の温度を上昇させるためだけに寄与する。その結果、副貯留部16内の冷却液は、短時間の内に昇温し、始業基準温度に達する。また電気ヒータ20の電力は、容積の小さい副貯留部16内の冷却液の温度を上昇させるためだけに使われるから、消費電力も少ない。
実際には所定の起動スイッチを手動で操作することにより、一連の焼入作業が開始される。
焼入作業においては、前記した様にワーク26を誘導加熱して昇温させ、電磁弁31を開いてワーク26の加熱部位を急冷する。すなわち、図4に示すように、供給ポンプ30を作動させ、冷却液タンク3の副貯留部16内に貯留された冷却液を加圧して冷却液噴射ノズル18からワーク26に向けて噴射し、ワーク26を急冷する。ワーク26に衝突した冷却液は、落下して冷却液回収パン33に回収される。
ここで、ワーク26に衝突した冷却液は、ワーク26から熱を奪って昇温している。そのため冷却液タンク3の副貯留部16に戻される冷却液は、ワーク26に向かって供給された冷却液よりも温度が高い。また依然として副貯留部16と主貯留部間における冷却液の行き来は、殆どなく、副貯留部16内の冷却液は主貯留部15内の冷却液と混じらない。さらに仕切り12は断熱壁であり、熱の伝導も少ない。そのため焼入作業が開始されると、副貯留部16内の冷却液の温度は、さらに上昇傾向となる。
そのため、焼入作業が開始されると、電気ヒータ20を断状態としても副貯留部16内の冷却液の温度は上昇する。そこで本実施形態では、焼入作業が開始されて暫くした後に、電気ヒータ20への通電を停止する。即ち副貯留部16内の冷却液の温度が一定温度に達すると、制御装置からの指令によって電気ヒータ20への通電が停止される。
副貯留部16内の冷却液の温度が定常運転基準温度に達すると、図5の様に冷却液混合流路7に通水し、副貯留部16内の冷却液と主貯留部15内の冷却液を混合する。
即ち冷却液混合流路7に設けられた導入ポンプ41を起動し、主貯留部15内の冷却液を副貯留部16に供給する。なおこの段階では、温度調節用ポンプ50は起動させない。そのため熱交換器40の一次側流路47には冷却液は流れていない。
即ち、導入ポンプ41によって主貯留部15内の冷却液が副貯留部16に供給され、溢れた冷却液が仕切り12を越えて主貯留部15側に戻る。そのため副貯留部16内の冷却液と主貯留部15内の比較的低温の冷却液が混合され、副貯留部16内の冷却液の温度上昇が抑制される。そのため、ワーク26には、適温の冷却液が供給される。
また夏期であれば、冷却液タンク3全体の冷却液の温度が過度に上昇し、遂には要冷却基準温度に達する。
冷却液タンク3全体の冷却液の温度が過度に上昇し、遂には要冷却基準温度に達した場合には、温度調節用ポンプ50は起動させ、図6の様に熱交換器40の一次側流路47に冷却液を通過させる。その結果、主貯留部15内の冷却液が副貯留部16側に移動する間に冷却され、冷却液タンク3全体の冷却液の温度上昇が抑制される。そのため、ワーク26には、適温の冷却液が供給される。
上記した実施形態では、主貯留部15側から副貯留部16側に冷却液を導入する手段として導入ポンプ41を採用し、副貯留部16から主貯留部15に冷却液を戻す手段として仕切り12を採用した。
しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではなく、主貯留部15から副貯留部16側に冷却液を導入する手段として仕切り12を採用し、副貯留部16から主貯留部15に冷却液を戻す手段としてポンプを採用してもよい。
また主貯留部15と副貯留部16の間の冷却液の行き来を共にポンプで行ってもよい。
2 誘導加熱装置(加熱処理部)
3 冷却液タンク
5 冷却液供給流路
6 冷却液回収流路
7 冷却液混合流路
8 冷却液冷却流路
10 加熱導体(誘導コイル)
12 仕切り
15 主貯留部
16 副貯留部
17 断熱材
20 電気ヒータ
21 温度センサー
23 主流路
26 ワーク
30 冷却液供給ポンプ
40 熱交換器
41 導入ポンプ
Claims (4)
- 誘導コイルを備えていてワークを誘導加熱する加熱処理部と、冷却液を貯留する冷却液貯留部と、冷却液貯留部内の冷却液をワークに供給する冷却液供給流路と、ワークに供給された冷却液を冷却液貯留部に戻す冷却液回収流路とを備えた高周波焼入装置において、
冷却液貯留部は、少なくとも主貯留部と副貯留部とに分離され、前記副貯留部の容積は主貯留部の容積よりも小さく、前記副貯留部と前記主貯留部との間で冷却液を行き来させることが可能であり、前記副貯留部には加熱手段が設けられていて副貯留部内に貯留された冷却液を昇温可能であり、前記冷却液供給流路は、前記副貯留部から冷却液をくみ出してワークに供給するものであることを特徴とする高周波焼入装置。 - 冷却液貯留タンクを有し、当該冷却液貯留タンク内に仕切りが設けられて主貯留部と副貯留部とに分離され、主貯留部及び副貯留部の一方の液位が上昇すると冷却液が前記仕切りをオーバーフローして他方側に流入することを特徴とする請求項1に記載の高周波焼入装置。
- 主貯留部内の冷却液を副貯留部側に導入する導入ポンプを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波焼入装置。
- 主貯留部内の冷却液または主貯留部から副貯留部側に導入される冷却液を冷却する冷却手段と、
副貯留部内に貯留された冷却液の温度を検知する温度検知手段を備え、
温度検知手段の検知温度が一定の始業基準温度未満であることを条件の一つとして前記加熱手段によって副貯留部内に貯留された冷却液が加熱され、温度検知手段の検知温度が一定の定常運転基準温度以上であることを条件の一つとして導入ポンプが運転されることを特徴とする請求項3に記載の高周波焼入装置。
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