JP3669547B2 - Induction hardening method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物に形成された凹凸部を硬化させる高周波焼入方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から自動車などに転がり軸受が広く使用されている。この転がり軸受は、内輪(インナーレース)と外輪(アウターレース)との間で複数個の玉やころが転動するものであり、外輪の内壁面には、これらの玉やころが嵌り込んで転動するための溝が形成されている。この溝では玉やころが転動するので、溝の壁面が摩耗し易い。このため、通常、溝の壁面には高周波焼入れなどによって硬化層が形成されて摩耗しにくくなっている。
【0003】
上記した溝の壁面を高周波焼入れによって硬化するに当っては、外輪の内側に誘導加熱コイルを入れてその内壁面を焼入温度まで誘導加熱し、その後、内壁面に冷却液を噴出して急冷する。この方法によれば、溝の壁面だけでなく、外輪の内壁面の全体が硬化される。内壁面の全体のうち、溝の壁面以外の面(内球面)には内輪が接触するので、内球面も硬化されて摩耗しにくくなることは好ましい。
【0004】
ところが、溝の内壁面は内球面よりも引っ込んだ位置にある。このため、外輪の内側に入れられた誘導加熱コイルと溝の内壁面との間隔は、この誘導加熱コイルと内球面との間隔よりも広い。即ち、溝の内壁面よりも内球面のほうが誘導加熱コイルに近く、溝の内壁面よりも内球面のほうが深くまで加熱される。従って、溝の内壁面を所定の硬化層深さにするためにこの内壁面を所定深さまで焼入温度に加熱した場合、内球面は内壁面よりも深い位置まで焼入温度に加熱される。この結果、内球面における硬化層深さは、溝の内壁面における硬化層深さよりも深くなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、内球面と溝の内壁面とで硬化層深さが相違すると、この相違に起因して、焼入後の外輪に歪みが生じたり割れが発生したりするおそれがある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑み、被処理物に肉厚の異なる部分が形成されていても、その部分の硬化層深さを均一にできる高周波焼入方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の高周波焼入方法は、内壁面もしくは外壁面のいずれか一方に凹凸部が形成されると共に、壁面のうち、この凹凸部の裏側に相当する部分に無凹凸部が形成された筒状の被処理物の前記凹凸部を高周波焼入れする高周波焼入方法において、
(1)上記凹凸部を誘導加熱するに当り、上記無凹凸部も加熱することを特徴とするものである。
【0008】
ここで、
(2)上記無凹凸部を加熱する際に、この無凹凸部が変態点未満の温度になるようにこの無凹凸部を加熱してもよい。
【0009】
また、
(3)上記無凹凸部が500℃以上600℃以下の範囲内の温度になるようにこの無凹凸部を加熱してもよい。
【0010】
さらに、
(4)上記凹凸部と上記無凹凸部とを同時に誘導加熱してもよい。
【0011】
さらにまた、
(5)上記凹凸部と上記無凹凸部を誘導加熱するタイミングをずらしてもよい。
さらにまた、
(6)上記凹凸部と上記無凹凸部とを誘導加熱した後に上記被処理物を急冷するに当り、上記凹凸部及び上記無凹凸部双方に冷却液を噴出してこれらを同時に急冷してもよい。
【0012】
さらにまた、
(7)上記凹凸部と上記無凹凸部とを誘導加熱した後に上記被処理物を急冷するに当り、上記凹凸部だけに冷却液を噴出してこの凹凸部を急冷してもよい。
【0013】
ここで、無凹凸には、機械加工の精度などに起因する微小な凹凸は含まれないこととする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0015】
図1は、転がり軸受の外輪と誘導加熱コイルを模式的に示す断面図であり、図2は、図1の外輪と誘導加熱コイルを模式的に示す正面図である。
【0016】
鋼製の外輪(本発明にいう被処理物の一例である)10には、内輪(図示せず)が入り込む中空部12が形成されており、この中空部12は壁14で囲まれている。壁14は、内壁面20と、内壁面20とは反対側の外壁面30を有している。
【0017】
内壁面20には、外輪10の長さ方向(矢印A方向)に延びる溝22が周方向(矢印B方向)に等間隔で形成されている。溝22には玉やころ(図示せず)が嵌り込んで転動するので、溝22の壁面22aは摩耗し易い。また、内壁面20のうち、互いに隣り合う溝22の間は内球面24であり、この内球面24には内輪(図示せず)が接触する。内壁面20に溝22が形成されている結果、この内壁面20には、本発明にいう凹凸部が形成されていることとなる。
【0018】
一方、外壁面30には凹凸部が形成されておらず、機械加工に起因する微細な凹凸はあるものの、溝22などの無い無凹凸部になっている。従って、内壁面20の凹凸部の裏側に相当する部分は無凹凸部になっている。
【0019】
次に、外輪10の内壁面20を高周波焼入れして内球面24と溝22の壁面22aを硬化させる方法を説明する。
【0020】
外輪10の内壁面20を高周波焼入れする際は、先ず、中空部12に誘導加熱コイル40を挿入して内壁面20(凹凸部)を誘導加熱する。これにより、内壁面20は誘導加熱されるが、溝22の壁面22aよりも内球面24のほうが誘導加熱コイル40に近いので、壁面22aよりも内球面24のほうが深い位置まで焼入温度に加熱される。このように壁面22aと内球面24とで加熱層深さに差が生じたままで、冷却液を内壁面20に噴出して急冷した場合、硬化層深さにも差が生じる。この硬化層深さの差に起因して、外輪10に大きな歪(変形)が生じたり、外輪10が割れたりするおそれがある。
【0021】
そこで、ここでは、外壁面30の近傍に誘導加熱コイル50を配置して外壁面30の側からも(無凹凸部も)加熱する。外壁面30の側からみると、内球面24よりも溝22の壁面22aのほうが誘導加熱コイル50に近いので、誘導加熱コイル50による加熱では、内球面24よりも溝22の壁面22aのほうが加熱され易い。
【0022】
このように、内壁面20の側から誘導加熱コイル40で内壁面20を誘導加熱するだけでなく、外壁面30の側からも誘導加熱コイル50で外壁面30を加熱することにより、溝22の壁面22aと内球面24とにおける加熱層深さや温度分布を均一にする。即ち、誘導加熱コイル40,50の周波数や出力、加熱時間等を適宜に調整して、溝22の壁面22aと内球面24が同じ深さまで焼入温度に加熱されるようにする。
【0023】
内壁面20を誘導加熱コイル40で加熱するタイミングと外壁面30を誘導加熱コイル50で加熱するタイミングとは同時であってもよいし、ずらしてもよい。例えば、図3に示すように、外壁面30を加熱している途中から内壁面20の加熱を開始してもよい。また、図4に示すように、外壁面30の加熱が終了した後に内壁面20の加熱を開始してもよい。なお、これら外壁面30と内壁面20を加熱するタイミングは、被処理物の材質や形状などに応じて変更する。
【0024】
また、外壁面30が変態点未満の温度になるように加熱したほうが歪をいっそう低減できる。ただし、外壁面30を加熱する温度が低過ぎると、溝22の壁面22aと内球面24とを同じ深さにまで焼入温度に加熱する時間が長くなるので、加熱時間の点からは500℃以上600℃以下の範囲内の温度が好ましい。しかし、この温度は被処理物の肉厚によって適宜変更する。
【0025】
いずれの方法を用いるにしても溝22の壁面22aと内球面24を同じ深さにまで焼入温度に加熱し、冷却液を噴出して内壁面20を急冷する。この結果、内壁面20における硬化層深さは、溝22の壁面22aも内球面24も同じになる。このため、外輪10の歪が極めて少なくなり、歪を取り除くための研摩工程を無くすことができ、外輪10の生産コストを低減できる。
【0026】
冷却液を噴出して内壁面20を急冷するに当っては、内壁面20と外壁面30に同時に冷却液を噴出してもよいし、内壁面20にだけ冷却液を噴出してもよい。内壁面20と外壁面30に同時に冷却液を噴出した場合は、外輪10の歪がいっそう少なくなる。一方、内壁面20にだけ冷却液を噴出する場合は、「割れ」という観点からは好ましい。
【0027】
次に、図5、図6を参照して、実験例を説明する。
【0028】
図5は、実験に用いた外輪の硬化層深さを示す模式図であり、図6は、硬化層深さを示すグラフである。図6におけるa、b、c、dは、図5に示す矢印a、b、c、d方向から測定した硬度を表わす。また、これらの図では、図1、図2の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【0029】
この実験で用いた外輪10の材質は、S53C(JIS規格)であり、外径Dは86mm、内径Hは67mmである。また、溝22の深さhは4.5mmである。
【0030】
内壁面20を加熱するに当っては、誘導加熱40(図1参照)を用いて120kW、10kHzで2秒間ほど加熱した。また、外壁面30を加熱するに当っては、誘導加熱コイル50(図1参照)を用いて50kW、6kHzで3秒間ほど加熱した。このようにして加熱した後に、内壁面20に冷却液を10秒間噴出して急冷した。この結果、内壁面20における硬化層60の深さは、図6に示すように、溝22の壁面22aも内球面24も同じになった。有効硬化層(Hv513以上)の深さは壁面22aも内球面24も約1.5mmであった。
【0031】
上記した実施形態では、被処理物として転がり軸受の外輪を挙げたが、外輪のように内壁面に凹凸部が形成された筒状の被処理物に限定されず、例えば、外壁面に凹凸部が形成されると共に、内壁面のうち、この凹凸部の裏側に相当する部分に無凹凸部が形成された筒状の被処理物にも本発明を適用でき、凹凸部を均一深さに硬化させられる。また、平板などの板状部材の一方の面に凹凸部が形成され、この凹凸部の裏側に相当する部分が無凹凸部になっている板状の被処理物にも本発明を適用でき、凹凸部を均一深さに硬化させられる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高周波焼入方法によれば、被処理物の凹凸部を誘導加熱するに当り、凹凸部の裏側にある無凹凸部も加熱するので、凹凸部における加熱深さが均一(実質的に同一)となり、凹凸部の硬化層深さを均一にできる。この結果、凹凸部の硬化層深さのばらつきに起因する被処理物の変形や歪を低減できる。このように被処理物の変形や歪を低減できるので、高周波焼入後の研摩工程を省略できることとなる。
【0033】
ここで、無凹凸部を加熱する際に、この無凹凸部が変態点未満の温度になるようにこの無凹凸部を加熱した場合は、被処理物の変形や歪をいっそう低減できる。
【0034】
また、凹凸部と無凹凸部とを同時に誘導加熱する場合は、高周波電源が大型のものとなるが、凹凸部における加熱深さを比較的短時間で均一にできる。
【0035】
さらに、凹凸部と無凹凸部を誘導加熱するタイミングをずらす場合は、高周波電源が小型のもので済む。
【0036】
さらにまた、凹凸部と無凹凸部とを誘導加熱した後に被処理物を急冷するに当り、凹凸部及び無凹凸部双方に冷却液を噴出してこれらを同時に急冷する場合は、被処理物の歪・変形がいっそう低減する。
【0037】
さらにまた、凹凸部と無凹凸部とを誘導加熱した後に被処理物を急冷するに当り、凹凸部だけに冷却液を噴出してこの凹凸部を急冷する場合は、「被処理物の割れ」という観点からは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】転がり軸受の外輪を模式的に示す断面図である。
【図2】図1の外輪を示す正面図である。
【図3】外壁面と内壁面を加熱するタイミングの一例を示すグラフである。
【図4】外壁面と内壁面を加熱するタイミングの他の例を示すグラフである。
【図5】実験に用いた外輪の硬化層深さを示す模式図である。
【図6】図5の外輪の硬化層深さを示すグラフである。
【符号の説明】
10 外輪
20 内壁面
22 溝
22a 溝の壁面
24 内球面
30 外壁面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction hardening method for curing an uneven portion formed on an object to be processed.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, rolling bearings have been widely used in automobiles and the like. In this rolling bearing, a plurality of balls and rollers roll between an inner ring (inner race) and an outer ring (outer race), and these balls and rollers are fitted on the inner wall surface of the outer ring. A groove for rolling is formed. Since balls and rollers roll in this groove, the wall surface of the groove is easily worn. For this reason, normally, a hardened layer is formed on the wall surface of the groove by induction hardening or the like, and is difficult to wear.
[0003]
When hardening the wall surface of the groove by induction hardening, an induction heating coil is placed inside the outer ring, the inner wall surface is induction-heated to the quenching temperature, and then a cooling liquid is jetted onto the inner wall surface to quench it. To do. According to this method, not only the wall surface of the groove but the entire inner wall surface of the outer ring is cured. Since the inner ring contacts the surface (inner spherical surface) other than the wall surface of the groove in the entire inner wall surface, it is preferable that the inner spherical surface is also hardened and hardly worn.
[0004]
However, the inner wall surface of the groove is in a position retracted from the inner spherical surface. For this reason, the distance between the induction heating coil placed inside the outer ring and the inner wall surface of the groove is wider than the distance between the induction heating coil and the inner spherical surface. That is, the inner spherical surface is closer to the induction heating coil than the inner wall surface of the groove, and the inner spherical surface is heated deeper than the inner wall surface of the groove. Therefore, when the inner wall surface is heated to the quenching temperature to a predetermined depth in order to make the inner wall surface of the groove have a predetermined hardened layer depth, the inner spherical surface is heated to the quenching temperature to a position deeper than the inner wall surface. As a result, the hardened layer depth on the inner spherical surface becomes deeper than the hardened layer depth on the inner wall surface of the groove.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, if the hardened layer depth is different between the inner spherical surface and the inner wall surface of the groove, the difference may cause distortion or cracking in the outer ring after quenching.
[0006]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an induction hardening method capable of making the depth of a hardened layer uniform even when a portion having a different thickness is formed on a workpiece.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the induction hardening method of the present invention has an uneven portion formed on either the inner wall surface or the outer wall surface, and has no unevenness on the portion corresponding to the back side of the uneven portion of the wall surface. In the induction hardening method of induction hardening the concavo-convex part of the cylindrical object to be processed,
(1) In the induction heating of the uneven portion, the non-recessed portion is also heated.
[0008]
here,
(2) When the uneven portion is heated, the uneven portion may be heated so that the uneven portion has a temperature lower than the transformation point.
[0009]
Also,
(3) You may heat this uneven | corrugated part so that the said uneven | corrugated part may become the temperature in the range of 500 to 600 degreeC.
[0010]
further,
(4) The uneven portion and the non-protruded portion may be induction heated at the same time.
[0011]
Furthermore,
(5) You may shift the timing which carries out induction heating of the said uneven part and the said uneven part.
Furthermore,
(6) In quenching the workpiece after induction heating the concavo-convex portion and the non-concavo-convex portion, even if the cooling liquid is jetted to both the concavo-convex portion and the non-concavo-convex portion and these are simultaneously quenched Good.
[0012]
Furthermore,
(7) When the unevenness portion and the non-protrusion portion are induction-heated and the workpiece is rapidly cooled, the unevenness portion may be rapidly cooled by jetting a cooling liquid only to the unevenness portion.
[0013]
Here, it is assumed that the unevenness does not include minute unevenness caused by machining accuracy.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outer ring and an induction heating coil of a rolling bearing, and FIG. 2 is a front view schematically showing the outer ring and the induction heating coil of FIG.
[0016]
A
[0017]
[0018]
On the other hand, the
[0019]
Next, a method of induction hardening the
[0020]
When induction hardening the
[0021]
Therefore, here, the
[0022]
In this way, not only the
[0023]
The timing for heating the
[0024]
Further, the strain can be further reduced by heating the
[0025]
Regardless of which method is used, the
[0026]
In order to rapidly cool the
[0027]
Next, experimental examples will be described with reference to FIGS.
[0028]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the depth of the hardened layer of the outer ring used in the experiment, and FIG. 6 is a graph showing the depth of the hardened layer. 6, a, b, c, and d represent the hardness measured from the directions of arrows a, b, c, and d shown in FIG. In these drawings, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0029]
The material of the
[0030]
In heating the
[0031]
In the above-described embodiment, the outer ring of the rolling bearing is cited as the object to be processed. However, the outer ring is not limited to a cylindrical object having an uneven part formed on the inner wall surface like the outer ring. For example, the uneven part is formed on the outer wall surface. In addition, the present invention can be applied to a cylindrical workpiece in which an uneven portion is formed on the inner wall surface corresponding to the back side of the uneven portion, and the uneven portion is cured to a uniform depth. Be made. In addition, the present invention can be applied to a plate-shaped object in which a concavo-convex portion is formed on one surface of a plate-like member such as a flat plate, and a portion corresponding to the back side of the concavo-convex portion is a non-concave portion, The uneven portion can be cured to a uniform depth.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the induction hardening method of the present invention, when the uneven portion of the workpiece is induction-heated, the uneven portion on the back side of the uneven portion is also heated. It becomes uniform (substantially the same), and the depth of the hardened layer of the uneven portion can be made uniform. As a result, it is possible to reduce deformation and distortion of the object to be processed due to variations in the hardened layer depth of the uneven portion. Thus, since deformation and distortion of the workpiece can be reduced, the polishing step after induction hardening can be omitted.
[0033]
Here, when the uneven portion is heated so that the uneven portion is heated to a temperature lower than the transformation point when the uneven portion is heated, the deformation and distortion of the workpiece can be further reduced.
[0034]
In addition, when the concavo-convex portion and the non-concavo-convex portion are simultaneously induction-heated, the high-frequency power source becomes large, but the heating depth in the concavo-convex portion can be made uniform in a relatively short time.
[0035]
Furthermore, when shifting the timing of induction heating of the uneven portion and the non-recessed portion, the high-frequency power source can be small.
[0036]
Furthermore, when rapidly cooling the object to be processed after induction heating of the uneven part and the uneven part, when cooling liquid is jetted to both the uneven part and the uneven part to quench them simultaneously, Distortion and deformation are further reduced.
[0037]
Furthermore, when rapidly cooling the object to be processed after induction heating of the uneven part and the uneven part, when the cooling liquid is jetted only to the uneven part to rapidly cool the uneven part, `` cracking of the object to be processed '' From the point of view, it is preferable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outer ring of a rolling bearing.
FIG. 2 is a front view showing the outer ring of FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing an example of timing for heating an outer wall surface and an inner wall surface.
FIG. 4 is a graph showing another example of timing for heating the outer wall surface and the inner wall surface.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the depth of the hardened layer of the outer ring used in the experiment.
6 is a graph showing the depth of the hardened layer of the outer ring in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
10
Claims (1)
前記凹凸部の側から該凹凸部を誘導加熱するに当り、
前記無凹凸部の表層部における温度が変態点未満の温度になるように該無凹凸部の側からも該無凹凸部を誘導加熱してこの誘導加熱によって前記凹凸部の凹部の表層部における温度を凸部の表層部における温度よりも高い温度に加熱することにより、該凹部における焼入温度に加熱された加熱層の深さと、該凸部における焼入温度に加熱された加熱層の深さとを均一にすることを特徴とする高周波焼入方法。The concave-convex portion of the cylindrical object to be processed in which the concave-convex portion is formed on either the inner wall surface or the outer wall surface, and the concave-convex portion is formed on the portion corresponding to the back side of the concave-convex portion of the wall surface. In the induction hardening method of induction hardening,
In induction heating the uneven portion from the uneven portion side ,
The uneven surface portion is also heated from the surface of the uneven portion by induction heating so that the temperature of the surface portion of the uneven portion is lower than the transformation point. By heating to a temperature higher than the temperature at the surface layer portion of the convex portion, the depth of the heating layer heated to the quenching temperature at the concave portion, and the depth of the heating layer heated to the quenching temperature at the convex portion Induction hardening method characterized by uniformizing .
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