JP3932809B2 - Low strain quenching equipment and quenching method - Google Patents

Low strain quenching equipment and quenching method Download PDF

Info

Publication number
JP3932809B2
JP3932809B2 JP2001027669A JP2001027669A JP3932809B2 JP 3932809 B2 JP3932809 B2 JP 3932809B2 JP 2001027669 A JP2001027669 A JP 2001027669A JP 2001027669 A JP2001027669 A JP 2001027669A JP 3932809 B2 JP3932809 B2 JP 3932809B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
workpiece
coil
quenching
line
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001027669A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002235111A (en
Inventor
泰浩 小山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001027669A priority Critical patent/JP3932809B2/en
Publication of JP2002235111A publication Critical patent/JP2002235111A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3932809B2 publication Critical patent/JP3932809B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • General Induction Heating (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸形状ワークに低歪焼入を行うための装置と方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワーク表面に高周波電流を誘導して加熱し、加熱されたワーク表面を冷却してワーク表面を焼入する技術が知られている。ワーク表面に高周波電流を誘導するためにワーク表面に近接して向かい合う位置に高周波加熱コイルを置き、そのコイルに高周波を印加することによってワーク表面に高周波電流を誘導する。
【0003】
ワークが長尺の場合、リングコイルかまたはラインコイルが用いられる。リングコイルによると、高周波電流がワークの周方向に流れ、ワークが周方向に一様に加熱されやすい。例えば、ワークの外周に長手方向(軸方向)に伸びるキー溝が形成されている場合、リングコイルによって周方向に電流を流すことによってキー溝部と非キー溝部での加熱不均一性を低下することができる。一方、ラインコイルによると、高周波電流がワークの長手方向に流れ、ワークが長手方向に一様に加熱されやすい。例えば、ワークの外周にネジが形成されている場合、ラインコイルによって長手方向に電流を流すことによってネジ山部とネジ谷部での加熱不均一性を低下することができる。このことは、逆の組合せと対比すると明らかである。外周に長手方向に伸びるキー溝が形成されているワークをラインコイルで加熱すると、キー溝部と非キー溝部で加熱温度が大きく異なってしまう。外周にネジが形成されているワークをリングコイルで加熱すると、ネジ山部とネジ谷部で加熱温度が大きく異なってしまう。
【0004】
特開平9−315133号公報には、長手方向に大径部と小径部が連続しており、大径部外周に長手方向に伸びる溝が形成されているワークの高周波加熱のために、ラインコイルとリングコイルを併用する技術が開示されている。ラインコイルを用いることによって大径部と小径部での加熱不均一性を押さえ、リングコイルを用いることによって溝部と非溝部での加熱不均一性を押さえる。
【0005】
本発明では、断面がほぼ円形の軸形状ワークを焼入する。即ち、外周に軸方向に伸びる溝等があって、断面が円形とならないワークを処理対象にしていない。但し、断面が完全な円形となるワークに限られるものではない。表面にネジが形成されているワークの断面は完全な円形にはならないものの、全体としてみると軸方向に変化していて周方向には均一な形状をしており、ワーク表面を均一に加熱するためにはラインコイルが適している。
本発明が焼入処理の対象とするワークは、リングコイルよりもラインコイルを用いたほうがワーク表面が均一に加熱される形状のワークである。この明細書ではそのような形状のワークを軸形状ワークという。軸形状ワークを均一に加熱する場合、前記したところから明らかに、当然にラインコイルを用いる。
【0006】
焼入処理することによってワーク形状が不均一に変形してワークが歪む現象が生じることは避けられない。しかしながらその歪を小さく押さえることが要請されている。
本発明が焼入処理の対象とする軸形状ワークは、リングコイルよりもラインコイルを用いたほうがワーク表面が均一に加熱される形状のワークである。均一に加熱しておいて冷却した方が、不均一に加熱しておいて冷却するよりも歪が抑制される。そこで従来は、リングコイルよりもラインコイルを用いたほうがワーク表面が均一に加熱される軸形状ワークを焼入する場合には、ラインコイルを用いて均一に加熱しておいて冷却する方式を採用することによって、歪の発生を抑制する。明らかに、リングコイルを用いて不均一に加熱しておいて冷却する方式を採用する場合に対比すると歪の発生が抑制される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それでも歪を抑制しきれないことがある。例えば高い寸法精度が必要とされるパワーステアリングラックの場合には、抑制しきれない小さな歪が問題となるために、焼入後に歪を取除く工程が必要とされる。
そこで、本発明は、さらに歪を抑制することができる焼入技術を実現するために研究された。
本発明者の研究によって、焼入処理に伴って発生する歪には、加熱の均質性のみならず、加熱に要する時間も影響することを確認した。即ち、加熱の均質性が同レベルでも短時間で加熱して冷却すると歪が抑制されるのに、長時間かけて加熱してから冷却すると歪が大きくなることを確認した。
そこで、さらに研究したところ、ラインコイルを用いて加熱すると、確かに加熱の均質性が向上する反面、加熱に要する時間は長くかかるために、加熱の均質性を損ねることなく加熱に要する時間を短縮化することができれば、さらに歪を抑制できることを認識した。
本発明はこの知見に基づいて開発されたものであり、加熱の均質性を損ねずに加熱時間を短縮化することができれば歪が抑制できるという性質を利用する。
【0008】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明は、従来では不可能なレベルにまで歪の発生を抑制できる焼入装置を実現する。この低歪焼入装置は、軸形状ワークを予熱するリングコイルと、予熱されたワークを本加熱するラインコイルと、本加熱されたワークを冷却する冷却手段と、軸形状ワークを軸の回りに回転させる回転手段と、軸形状ワークを軸に沿ってリングコイルからラインコイルを経由して冷却手段に至るまで移動させる送り手段とを備えている。
【0009】
この焼入装置によれば、加熱効率の良いリングコイルでまず予熱する。この予熱段階では、ワークは軸方向に均質に予熱されない。そのまま焼入すると、不均質に加熱された状態から冷却されるために焼入処理に伴って大きな歪が生じる。しかしながら、本焼入装置では、予熱された軸形状ワークをラインコイルによって本加熱した後に冷却するために、本加熱の終了後で冷却の直前には均質に加熱されている。このために、均質に加熱しておいて冷却することによって歪が少ない焼入をすることができる。
本発明の焼入装置では、加熱効率の良いリングコイルで予熱することから全体加熱時間が短時間化され、しかも、均質に加熱のできるラインコイルで本加熱するために加熱の均質性が損なわれない。短時間で均質に加熱されるために、今まで不可能であったレベルにまで歪を小さく抑制することができる。
【0010】
本装置では、ワーク回転軸から等距離に置かれている複数のライン部を有するラインコイルを用いることが好ましい。
【0011】
この構成によると、ラインコイルの均質な加熱力を利用したうえで、さらに加熱時間を短縮化することができ、一層効果的に歪の発生を抑制することができる。
【0012】
本発明はまた従来にない低歪を実現する焼入方法を創出した。この焼入方法では、軸形状ワークを回転軸回りに回転させながら軸方向に移動させることによって、まずリングコイルで予熱し、ついでラインコイルで本加熱し、その後に冷却する。
【0013】
この焼入方法によると、加熱効率の良いリングコイルでまず予熱し、ついで均一に加熱できるラインコイルで本加熱するために、短時間で均質に加熱すことができ、今まで不可能なレベルにまで歪を小さく抑制することを可能とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明は、下記の形態で実施することができる。
(形態1)リングコイルのリング部に流す電流の方向とラインコイルのライン部に流す電流の方向は直交関係にあり、そのリングコイルとそのラインコイルは一定距離をもって近接している。
(形態2)ワークの回転軸から等距離に置かれている複数のライン部が直列に接続されている。
【0015】
【実施例】
実施例に係る低歪焼入装置を、図1〜5を参照して説明する。この低歪焼入装置1は、リングコイル4とラインコイル6と冷却部14とワーク回転部44とワーク送り部46と電力供給部42と制御部40を主構成とする。
【0016】
リングコイル4は、銅製の角管から構成されている。図2、3に良く示されるように、リングコイル4は、一端22からリング部5を介して他端24まで一続きの管である。リング部5の中心には空間25が設けられており、軸形状ワークW(以下、ワークWという)が同心の位置関係で貫通する。
リングコイル4は電力供給部42に接続されている。リングコイル4は、電力供給部42から供給された電流を、一端22からリング部5を介して他端24へ(その逆方向も可)流すことができる。
リングコイル4の角管の内部は冷却水通路8となっている。冷却水通路8には、通電時にリングコイル4が過熱することを防止するための冷媒(この場合には水)を流すことができる。リングコイル4の冷却水通路8は、一端22からリング部5を介して他端24に至っている。
図1に示すように、リングコイル4はラインコイル6の上面に配設されているリングコイル枠18によって固定されている。リングコイル枠18は絶縁材料で形成されている。
【0017】
ラインコイル6は、銅製の角管群が組合されて構成されている。図4、5に良く示されるように、ラインコイル6は、複数のライン部10を有し、一端26からその複数のライン部10を介して他端28まで一続きの管である。図6は、ラインコイル6の電流経路の一部をスケルトンで示しており、一端26から辿っていくと、ワークに電流を誘導するライン部10は、半径の小さな部分で上から下に伸びている。一方、半径の大きな部分では電流経路が下から上に伸びている。ラインコイル6の複数のライン部10は直列に接続されて、電流の流れる向きが揃えられている。
ラインコイル6の中心には空間29が設けられており、ワークWが同心の位置関係で貫通する。複数のライン部10は、ワークWの回転軸から等距離に置かれている。
ラインコイル6は電力供給部42に接続されている。ラインコイル6は、電力供給部42から供給された電流を、一端26から複数のライン部10を介して他端28へ(その逆方向も可)流すことができる。ライン部10に流れる電流の向きはすべて同一である。
ライン部10に流れる電流はワークWの軸方向であり、リングコイル4のリング部5に流れる電流はワークWの周方向であり、両者は直交する。
ラインコイル6の角管の内部は冷却水通路12となっている。冷却水通路12には、通電時にラインコイル6が過熱するのを防止するための冷媒(この場合は水)を流すことができる。ラインコイル6の冷却水通路12は、一端26から複数のライン部10を介して他端28に至っている。
図1に示すように、ラインコイル6は、冷却部14の上方に配設されているラインコイル枠16によって固定されている。ラインコイル枠16は絶縁材料で形成されている。
【0018】
冷却部14は、本加熱されたワークWを焼入するための冷却液(例えば、水)をワークWに向けて噴出する冷却液噴射口(図示省略)を有する。冷却部14の冷却液噴射口から噴射された冷却液でワークWの表面で跳ね返された冷却液が、ラインコイル6に逆流しない構成とされている。
【0019】
ワーク回転部44は、保持手段(図示省略)によってワークWの一端を保持し、そのワークWを回転軸Jの回りに回転(矢印K方向)させる。ワークWの回転軸Jは、空間25の中心と空間29の中心とを結んだ直線に一致する。また、そのワークWの回転軸Jは、リングコイル4のリング部5に流れる電流の方向に直交し、ラインコイル6のライン部10に流れる電流の方向に平行である。
【0020】
ワーク送り部46は、保持手段(図示省略)によってワークWの一端を保持し、そのワークWを軸Jに沿って移動させる。ワークWの移動方向Jは、空間25の中心と空間29の中心とを結んだ直線に一致する。
【0021】
ワークWを焼入するときの作用を説明する。運転準備段階で、リングコイル4の冷却水通路8とラインコイル6の冷却水通路12に水を流し始める。焼入装置の運転中、冷却水が流れ続ける。
ワーク回転部44とワーク送り部46の保持手段群を作動させてワークWを保持する。ワークWを保持した後に、ワーク回転部44が制御部40によって制御された回転数でワークWを軸Jの回りに回転(矢印K方向)させる。ワークWを回転させながら、ワーク送り部46が制御部40によって制御された移動速度でワークWを軸J方向に移動させる。その移動速度は、焼入要求品質(主に焼入深さ)に基づいて設定されている。ワークWは回転しながらまずリングコイル4を通過し、ついでラインコイル6を通過して、最後に冷却部14に至る。
【0022】
ワークWの先端から焼入を行う場合は、そのワークWの先端がリングコイル4に到達するに先立ってリングコイル4への通電を開始する。ワークWの中間部分に焼入をする場合は、ワークWの焼入領域先端がリングコイル4に到着する直前にリングコイル4への通電を開始する。リングコイル4に通電する高周波電流の周波数と電流値は、予熱に適切な値に予め設定されている。
リングコイル4に高周波電流が通電されることによって、ワークWの表面近傍に周方向に流れる誘導電流IRが誘導され、ワーク表面近傍の温度が上昇する。リングコイル4を用いることによって、ワークWを効率良く短時間で予熱することができる。
【0023】
ワークWの先端から焼入を行う場合は、そのワークWの先端がラインコイル6に到達するに先立ってラインコイル6への通電を開始する。ワークWの中間部分に焼入をする場合は、ワークWの焼入領域先端がラインコイル6に到達する直前にラインコイル6への通電を開始する。ラインコイル6に通電する高周波電流の周波数と電流値は、予熱されたワークを本加熱するのに適切な値に予め設定されている。
ラインコイル6に高周波電流が通電されることによって、ワークWの表面近傍に軸方向に流れる誘導電流ILが誘導され、ワーク表面近傍の温度が上昇する。ワークWは、予めリングコイル4によって予熱されているので、ラインコイル6で必要とされる温度所上昇幅は狭い。ラインコイル6は予熱されたワーク表面の温度をわずかに上昇させて本加熱するが、その本加熱をラインコイルで行なうために、ワーク表面が均質に加熱される。
【0024】
効率の良いリングコイルで加熱するために、消費電力を同じとした場合、ラインコイルだけで加熱する場合よりもワークを短時間で加熱でき、ワーク送り速度を上昇できる。リングコイルだけで加熱する場合に対比すると遅いが、リングコイルだけで加熱する場合よりも均質に加熱できる。
本実施例の装置1は、ラインコイル4とリングコイル6を長所を得て、短時間に均質に加熱できる。
【0025】
本加熱されたワークWは、冷却部14の冷却液噴射口から噴射された冷却液によって急冷されて焼入される。この冷却されたワークWは、冷却前にラインコイル6によって本加熱されたものなので、均質に加熱された状態から冷却される。従って、焼入後(冷却後)のワークWの歪は非常に小さい。
【0026】
ワークWの後端まで焼入を行う場合は、そのワークWの後端が、リングコイル4を通過した後にリングコイル4への通電を停止し、ラインコイル6を通過した後にラインコイル6への通電を停止する。また、ワークWの中間部位を焼入する場合、ワークWの焼入領域後端がリングコイル4を通過した直後にリングコイル4への通電を停止し、ラインコイル6を通過した直後にラインコイル6への通電を停止する。
この焼入装置は、ワークWの焼入領域先端から焼入領域後端まで、低歪焼入を行うことができる。コイルへの通電を断続的のオンオフすることで、1本のワークW中に、焼入領域と非焼入領域を交互に配置することができる。
リング部5の軸方向の厚みや、ライン部10の軸方向の長さに比較して、ワークWの焼入領域長さ(軸方向長さ)が大幅に長い場合には、軸方向の焼入領域長さを移動速度で除した時間を通電時間とする。
【0027】
本実施例に係る焼入装置1と焼入方法は、焼入するワークWの長さに限定されない。またワークWの太さや表面形状に限定されない。
【0028】
本実施例に係る焼入装置1及び焼入方法は、加熱効率の良いリングコイル4を用いてワークWに予め予熱を行った後に、ラインコイル6で本加熱を行うので、効率の良い加熱処理を実施することができる。即ち、効率の良い焼入処理を実施することができる。
ラインコイル6を用いてワークWに本加熱を行った後に、冷却部14で焼入を行うので、低歪焼入を行うことができる。
【0029】
本実施例に係る焼入装置によって焼入されたワークは歪が小さいので、焼入後の寸法精度の要求品質が高いもの(例えば、パワーステアリングラック)の製造過程から歪取り工程を省略することが可能である。
【0030】
実施例に係る焼入装置は、段差を有する軸形状ワーク(例えば、ドライブシャフトやリアアクスルシャフト等)、軸に対して直角方向に加工や成形されている軸形状ワーク(例えば、パワーステアリングラックやボールネジ等)への低歪焼入に適している。中空部を有する軸形状ワーク(例えば、サイドインパクトビーム等)への低歪焼入にも適している。
【0031】
実施例に係る低歪焼入装置と焼入方法について説明したが、本発明は上記の実施例になんら限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、上記の実施例では、銅製の角管から構成されているリングコイルやラインコイルの場合を例にして説明したが、本発明の焼入装置と焼入方法が適用できるリングコイルやラインコイルの材質や管断面形状はそれに限られない。電気伝導性や熱伝導性の良い他の材質の円管から構成されているリングコイルやラインコイルであってもよい。また、リングコイルの巻数が1の場合を例にして説明したが、本発明の焼入装置と焼入方法が適用できるリングコイルの巻数はそれに限られない。リングコイルの巻数が複数であってもよい。更には、複数のリングコイルを備えた焼入装置であってもよい。更には、リングコイルと冷却部との間に、複数のラインコイルを備えた焼入装置であってもよい。
また、冷却液を噴出させてワークを焼入する冷却部の場合を例にして説明したが、本発明の焼入装置と焼入方法が適用できる冷却部の形態はそれに限られない。本加熱した直後のワークを冷却槽に浸漬させる形態の冷却部を用いる焼入装置や焼入方法にも適用することができる。特に、比較的に長尺ではないワークに焼入処理を行う場合に有効である。
また、固定されたワークに対してコイルを回転させたりあるいは送ることによって、相対的に運動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係る焼入装置。
【図2】実施例に係るリングコイルの平面図。
【図3】実施例に係るリングコイルの側面図。
【図4】実施例に係るラインコイルの平面図。
【図5】実施例に係るラインコイルの側面図。
【図6】ラインコイルの電流方向のスケルトン図。
【符号の説明】
1:焼入装置
4:リングコイル
6:ラインコイル
10:ライン部
14:冷却部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for performing low strain quenching on a shaft-shaped workpiece.
[0002]
[Prior art]
A technique is known in which a high-frequency current is induced and heated on the work surface, the heated work surface is cooled, and the work surface is quenched. In order to induce a high-frequency current on the work surface, a high-frequency heating coil is placed at a position facing and close to the work surface, and a high-frequency current is induced on the work surface by applying a high frequency to the coil.
[0003]
When the workpiece is long, a ring coil or a line coil is used. According to the ring coil, high-frequency current flows in the circumferential direction of the workpiece, and the workpiece is easily heated uniformly in the circumferential direction. For example, when a key groove extending in the longitudinal direction (axial direction) is formed on the outer periphery of the workpiece, the nonuniformity of heating in the key groove portion and the non-key groove portion is reduced by flowing a current in the circumferential direction by the ring coil. Can do. On the other hand, according to the line coil, a high frequency current flows in the longitudinal direction of the workpiece, and the workpiece is easily heated uniformly in the longitudinal direction. For example, when a screw is formed on the outer periphery of the workpiece, the heating non-uniformity at the screw thread portion and the screw valley portion can be reduced by causing a current to flow in the longitudinal direction by the line coil. This is apparent in contrast to the opposite combination. When a workpiece having a key groove extending in the longitudinal direction on the outer periphery is heated by a line coil, the heating temperature is greatly different between the key groove portion and the non-key groove portion. When a work having a screw formed on the outer periphery is heated by a ring coil, the heating temperature is greatly different between the thread portion and the thread valley portion.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-315133 discloses a line coil for high-frequency heating of a workpiece in which a large-diameter portion and a small-diameter portion are continuous in the longitudinal direction and a groove extending in the longitudinal direction is formed on the outer periphery of the large-diameter portion. And a technique that uses a ring coil in combination. By using a line coil, heating nonuniformity at the large diameter portion and the small diameter portion is suppressed, and by using a ring coil, heating nonuniformity at the groove portion and the non-groove portion is suppressed.
[0005]
In the present invention, an axial workpiece having a substantially circular cross section is quenched. That is, a workpiece whose cross section is not circular and has a groove extending in the axial direction on the outer periphery is not treated. However, the workpiece is not limited to a workpiece having a completely circular cross section. Although the cross section of the workpiece with the screw formed on the surface does not become a perfect circle, it changes in the axial direction as a whole and has a uniform shape in the circumferential direction, heating the workpiece surface uniformly. For this purpose, a line coil is suitable.
The workpiece to which the present invention is subjected to the quenching process is a workpiece having a shape in which the surface of the workpiece is uniformly heated by using a line coil rather than a ring coil. In this specification, such a workpiece is referred to as an axial workpiece. When heating the shaft-shaped workpiece uniformly, it is obvious from the above that a line coil is naturally used.
[0006]
It is inevitable that the work shape is deformed non-uniformly due to the quenching process and the work is distorted. However, there is a demand for keeping the distortion small.
The shaft-shaped workpiece that is the subject of the quenching process of the present invention is a workpiece having a shape in which the surface of the workpiece is uniformly heated by using a line coil rather than a ring coil. Distortion is suppressed more uniformly when heated and cooled than when unevenly heated and cooled. Therefore, in the past, when using a line coil rather than a ring coil to harden a shaft-shaped workpiece where the workpiece surface is heated uniformly, a system that uses a line coil to uniformly heat and cool the workpiece has been adopted. By doing so, the occurrence of distortion is suppressed. Obviously, the generation of distortion is suppressed as compared with the case where a method of heating and cooling non-uniformly using a ring coil is employed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, there are cases where the distortion cannot still be suppressed. For example, in the case of a power steering rack that requires high dimensional accuracy, a small strain that cannot be suppressed becomes a problem, and thus a step of removing the strain after quenching is required.
Therefore, the present invention has been studied in order to realize a quenching technique that can further suppress distortion.
The inventor's research has confirmed that not only the heating homogeneity but also the time required for heating affects the strain generated in the quenching process. That is, even when the heating homogeneity was the same level, it was confirmed that the strain was suppressed when heated and cooled in a short time, but increased when heated and cooled for a long time.
As a result of further research, heating with a line coil certainly improves the heating uniformity, but the heating takes a long time, so the heating time is shortened without sacrificing the heating uniformity. It was recognized that the distortion can be further suppressed if it can be realized.
The present invention was developed based on this finding, and utilizes the property that distortion can be suppressed if the heating time can be shortened without impairing the homogeneity of heating.
[0008]
[Means, actions and effects for solving problems]
The present invention realizes a quenching apparatus that can suppress the occurrence of distortion to a level impossible in the prior art. This low-distortion quenching device includes a ring coil for preheating a shaft-shaped workpiece, a line coil for main heating the pre-heated workpiece, a cooling means for cooling the heated workpiece, and a shaft-shaped workpiece around the axis. Rotating means for rotating, and feeding means for moving the shaft-shaped workpiece along the axis from the ring coil to the cooling means via the line coil are provided.
[0009]
According to this quenching apparatus, preheating is first performed with a ring coil having good heating efficiency. In this preheating stage, the workpiece is not preheated uniformly in the axial direction. If quenched as it is, it is cooled from a non-homogeneously heated state, so that a large distortion occurs with the quenching process. However, in the present quenching apparatus, in order to cool the preheated shaft-shaped workpiece after the main heating by the line coil, the workpiece is uniformly heated immediately after the completion of the main heating and immediately before the cooling. For this reason, quenching with less distortion can be achieved by heating uniformly and cooling.
In the quenching apparatus of the present invention, since the preheating is performed with a ring coil with good heating efficiency, the entire heating time is shortened, and further, the heating uniformity is impaired because the main heating is performed with a line coil that can be heated uniformly. Absent. Since it is heated uniformly in a short time, distortion can be suppressed to a level that was impossible until now.
[0010]
In this apparatus, it is preferable to use a line coil having a plurality of line portions placed at equal distances from the workpiece rotation axis.
[0011]
According to this configuration, the heating time can be further shortened using the homogeneous heating force of the line coil, and the generation of distortion can be more effectively suppressed.
[0012]
The present invention has also created a quenching method that achieves unprecedented low strain. In this quenching method, the shaft-shaped workpiece is moved in the axial direction while rotating around the rotation axis, so that it is first preheated with a ring coil, then heated with a line coil, and then cooled.
[0013]
According to this quenching method, preheating is first performed with a ring coil with good heating efficiency, and then main heating is performed with a line coil that can be heated uniformly. It is possible to suppress distortion to a small level.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention can be implemented in the following forms.
(Mode 1) The direction of the current flowing through the ring portion of the ring coil and the direction of the current flowing through the line portion of the line coil are orthogonal to each other, and the ring coil and the line coil are close to each other with a certain distance.
(Mode 2) A plurality of line portions placed at an equal distance from the rotation axis of the workpiece are connected in series.
[0015]
【Example】
A low distortion quenching apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. The low distortion quenching apparatus 1 mainly includes a ring coil 4, a line coil 6, a cooling unit 14, a work rotating unit 44, a work feeding unit 46, a power supply unit 42, and a control unit 40.
[0016]
The ring coil 4 is composed of a copper square tube. 2 and 3, the ring coil 4 is a continuous tube from one end 22 to the other end 24 via the ring portion 5. A space 25 is provided at the center of the ring portion 5, and an axial workpiece W (hereinafter referred to as a workpiece W) penetrates in a concentric positional relationship.
The ring coil 4 is connected to the power supply unit 42. The ring coil 4 can flow the current supplied from the power supply unit 42 from the one end 22 to the other end 24 via the ring unit 5 (the reverse direction is also possible).
The inside of the square tube of the ring coil 4 is a cooling water passage 8. A coolant (in this case, water) for preventing the ring coil 4 from overheating when energized can flow through the cooling water passage 8. The cooling water passage 8 of the ring coil 4 extends from one end 22 to the other end 24 via the ring portion 5.
As shown in FIG. 1, the ring coil 4 is fixed by a ring coil frame 18 disposed on the upper surface of the line coil 6. The ring coil frame 18 is made of an insulating material.
[0017]
The line coil 6 is configured by combining copper square tube groups. 4 and 5, the line coil 6 has a plurality of line portions 10 and is a continuous tube from one end 26 to the other end 28 through the plurality of line portions 10. FIG. 6 shows a part of the current path of the line coil 6 as a skeleton. When the trace is traced from one end 26, the line portion 10 for inducing current to the work extends from the top to the bottom with a small radius. Yes. On the other hand, the current path extends from the bottom to the top in the large radius portion. The plurality of line portions 10 of the line coil 6 are connected in series so that the direction of current flow is aligned.
A space 29 is provided at the center of the line coil 6, and the workpiece W penetrates in a concentric positional relationship. The plurality of line portions 10 are placed at an equal distance from the rotation axis of the workpiece W.
The line coil 6 is connected to the power supply unit 42. The line coil 6 can cause the current supplied from the power supply unit 42 to flow from the one end 26 to the other end 28 via the plurality of line units 10 (and vice versa). The direction of the current flowing through the line unit 10 is the same.
The current flowing in the line portion 10 is in the axial direction of the workpiece W, the current flowing in the ring portion 5 of the ring coil 4 is in the circumferential direction of the workpiece W, and both are orthogonal to each other.
The inside of the square tube of the line coil 6 is a cooling water passage 12. A coolant (in this case, water) can be passed through the cooling water passage 12 to prevent the line coil 6 from overheating when energized. The cooling water passage 12 of the line coil 6 extends from one end 26 to the other end 28 via the plurality of line portions 10.
As shown in FIG. 1, the line coil 6 is fixed by a line coil frame 16 disposed above the cooling unit 14. The line coil frame 16 is made of an insulating material.
[0018]
The cooling unit 14 has a coolant injection port (not shown) that ejects a coolant (for example, water) for quenching the heated workpiece W toward the workpiece W. The coolant rebounded from the surface of the workpiece W by the coolant sprayed from the coolant spray port of the cooling unit 14 is configured not to flow backward to the line coil 6.
[0019]
The work rotation unit 44 holds one end of the work W by holding means (not shown), and rotates the work W around the rotation axis J (in the direction of arrow K). The rotation axis J of the workpiece W coincides with a straight line connecting the center of the space 25 and the center of the space 29. The rotation axis J of the workpiece W is orthogonal to the direction of the current flowing through the ring portion 5 of the ring coil 4 and parallel to the direction of the current flowing through the line portion 10 of the line coil 6.
[0020]
The workpiece feeding section 46 holds one end of the workpiece W by holding means (not shown), and moves the workpiece W along the axis J. The moving direction J of the workpiece W coincides with a straight line connecting the center of the space 25 and the center of the space 29.
[0021]
The operation when quenching the workpiece W will be described. In the operation preparation stage, water starts to flow through the cooling water passage 8 of the ring coil 4 and the cooling water passage 12 of the line coil 6. Cooling water continues to flow during operation of the quenching equipment.
The holding means group of the work rotating part 44 and the work feeding part 46 is operated to hold the work W. After holding the workpiece W, the workpiece rotating unit 44 rotates the workpiece W around the axis J (in the direction of arrow K) at the number of rotations controlled by the control unit 40. While rotating the workpiece W, the workpiece feeding unit 46 moves the workpiece W in the axis J direction at a moving speed controlled by the control unit 40. The moving speed is set based on the required quenching quality (mainly the quenching depth). The workpiece W first passes through the ring coil 4 while rotating, then passes through the line coil 6, and finally reaches the cooling unit 14.
[0022]
When quenching from the tip of the workpiece W, energization of the ring coil 4 is started before the tip of the workpiece W reaches the ring coil 4. When quenching the intermediate portion of the workpiece W, energization of the ring coil 4 is started immediately before the tip of the quenching area of the workpiece W arrives at the ring coil 4. The frequency and current value of the high-frequency current that flows through the ring coil 4 are set in advance to values appropriate for preheating.
When the ring coil 4 is energized with a high frequency current, an induced current IR flowing in the circumferential direction is induced in the vicinity of the surface of the work W, and the temperature in the vicinity of the work surface is increased. By using the ring coil 4, the workpiece W can be efficiently preheated in a short time.
[0023]
When quenching from the tip of the workpiece W, energization of the line coil 6 is started before the tip of the workpiece W reaches the line coil 6. When quenching the intermediate portion of the workpiece W, energization of the line coil 6 is started immediately before the tip of the quenching area of the workpiece W reaches the line coil 6. The frequency and current value of the high-frequency current passed through the line coil 6 are set in advance to values appropriate for the main heating of the preheated workpiece.
When the line coil 6 is energized with a high-frequency current, an induced current IL flowing in the axial direction is induced near the surface of the workpiece W, and the temperature near the workpiece surface increases. Since the workpiece W is preheated by the ring coil 4 in advance, the temperature range increase required by the line coil 6 is narrow. The line coil 6 is heated by slightly raising the temperature of the preheated workpiece surface. Since the main heating is performed by the line coil, the workpiece surface is heated uniformly.
[0024]
When heating is performed with an efficient ring coil, when the power consumption is the same, the workpiece can be heated in a shorter time than when heating with only the line coil, and the workpiece feeding speed can be increased. Although it is slow compared with the case of heating only by the ring coil, it can be heated more uniformly than the case of heating only by the ring coil.
The apparatus 1 of the present embodiment can obtain the advantages of the line coil 4 and the ring coil 6 and can heat them uniformly in a short time.
[0025]
The main heated workpiece W is quenched and quenched by the coolant sprayed from the coolant spray port of the cooling unit 14. Since the cooled workpiece W has been heated by the line coil 6 before cooling, the workpiece W is cooled from a state of being heated uniformly. Therefore, the distortion of the workpiece W after quenching (after cooling) is very small.
[0026]
When quenching to the rear end of the workpiece W, the energization of the ring coil 4 is stopped after the rear end of the workpiece W has passed through the ring coil 4, and after passing through the line coil 6, Stop energization. Further, when quenching the intermediate part of the workpiece W, the energization to the ring coil 4 is stopped immediately after the rear end of the quenching area of the workpiece W passes the ring coil 4, and immediately after the line coil 6 is passed. Stop energizing 6.
This quenching apparatus can perform low distortion quenching from the front end of the quenching area of the workpiece W to the rear end of the quenching area. By turning on and off the coil intermittently, a quenching region and a non-quenching region can be alternately arranged in one workpiece W.
When the quenching area length (axial length) of the workpiece W is significantly longer than the axial thickness of the ring portion 5 and the axial length of the line portion 10, the axial quenching is performed. The time obtained by dividing the entry area length by the moving speed is defined as the energization time.
[0027]
The quenching apparatus 1 and the quenching method according to the present embodiment are not limited to the length of the workpiece W to be quenched. Moreover, it is not limited to the thickness or surface shape of the workpiece W.
[0028]
In the quenching apparatus 1 and the quenching method according to the present embodiment, since the workpiece W is preheated in advance using the ring coil 4 with good heating efficiency, and then the main heating is performed with the line coil 6, efficient heat treatment is performed. Can be implemented. That is, an efficient quenching process can be performed.
After the main heating is performed on the workpiece W using the line coil 6, quenching is performed in the cooling unit 14, so that low strain quenching can be performed.
[0029]
Since the workpiece quenched by the quenching apparatus according to the present embodiment has a small distortion, the distortion removing step is omitted from the manufacturing process of a product having a high required quality of dimensional accuracy after quenching (for example, a power steering rack). Is possible.
[0030]
The quenching apparatus according to the embodiment includes a shaft-shaped workpiece having a step (for example, a drive shaft and a rear axle shaft), and a shaft-shaped workpiece (for example, a power steering rack) Suitable for low distortion quenching to ball screws. It is also suitable for low strain quenching to a shaft-shaped workpiece (for example, a side impact beam) having a hollow portion.
[0031]
Although the low distortion quenching apparatus and quenching method according to the embodiment have been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements have been made based on the knowledge of those skilled in the art. Can be implemented.
For example, in the above-described embodiment, the case of a ring coil or line coil made of a copper square tube has been described as an example, but the ring coil or line coil to which the quenching apparatus and quenching method of the present invention can be applied. The material and the tube cross-sectional shape are not limited thereto. It may be a ring coil or a line coil made of a circular tube made of another material having good electrical conductivity and thermal conductivity. Moreover, although the case where the number of turns of the ring coil is 1 has been described as an example, the number of turns of the ring coil to which the quenching apparatus and the quenching method of the present invention can be applied is not limited thereto. The number of turns of the ring coil may be plural. Furthermore, the hardening apparatus provided with the some ring coil may be sufficient. Furthermore, a quenching apparatus including a plurality of line coils between the ring coil and the cooling unit may be used.
Moreover, although the case of the cooling part which quenches a workpiece | work by ejecting a cooling liquid was demonstrated as an example, the form of the cooling part which can apply the hardening apparatus and hardening method of this invention is not restricted to it. The present invention can also be applied to a quenching apparatus and a quenching method using a cooling unit in a form in which the workpiece immediately after the main heating is immersed in a cooling bath. This is particularly effective when quenching a workpiece that is not relatively long.
Moreover, you may make it move relatively by rotating or sending a coil with respect to the fixed workpiece | work.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a quenching apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of a ring coil according to an embodiment.
FIG. 3 is a side view of a ring coil according to an embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a line coil according to an embodiment.
FIG. 5 is a side view of a line coil according to an embodiment.
FIG. 6 is a skeleton diagram in the current direction of the line coil.
[Explanation of symbols]
1: quenching device 4: ring coil 6: line coil 10: line part 14: cooling part

Claims (3)

軸形状ワークを予熱するリングコイルと、予熱されたワークを本加熱するラインコイルと、本加熱されたワークを冷却する冷却手段と、軸形状ワークを軸の回りに回転させる回転手段と、軸形状ワークを軸に沿ってリングコイルからラインコイルを経由して冷却手段に至るまで移動させる送り手段とを備えた低歪焼入装置。A ring coil for preheating the shaft-shaped workpiece, a line coil for main heating the pre-heated workpiece, a cooling means for cooling the main heated workpiece, a rotating means for rotating the shaft-shaped workpiece around the axis, and a shaft shape A low distortion quenching apparatus comprising a feeding means for moving a work along an axis from a ring coil to a cooling means via a line coil. 前記ラインコイルが、ワーク回転軸から等距離に置かれている複数のライン部を有することを特徴とする請求項1に記載の低歪焼入装置。The low strain quenching apparatus according to claim 1, wherein the line coil has a plurality of line portions placed at equal distances from the workpiece rotation axis. 軸形状ワークを回転軸回りに回転させながら軸方向に移動させることによって、まずリングコイルで予熱し、ついでラインコイルで本加熱し、その後に冷却することを特徴とする低歪焼入方法。A low-distortion quenching method characterized in that a shaft-shaped workpiece is moved in the axial direction while rotating around a rotation axis, whereby preheating is first performed with a ring coil, then main heating is performed with a line coil, and then cooling is performed.
JP2001027669A 2001-02-05 2001-02-05 Low strain quenching equipment and quenching method Expired - Fee Related JP3932809B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001027669A JP3932809B2 (en) 2001-02-05 2001-02-05 Low strain quenching equipment and quenching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001027669A JP3932809B2 (en) 2001-02-05 2001-02-05 Low strain quenching equipment and quenching method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002235111A JP2002235111A (en) 2002-08-23
JP3932809B2 true JP3932809B2 (en) 2007-06-20

Family

ID=18892286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001027669A Expired - Fee Related JP3932809B2 (en) 2001-02-05 2001-02-05 Low strain quenching equipment and quenching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3932809B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2870545B1 (en) * 2004-05-19 2006-07-14 Valeo Equip Electr Moteur METHOD FOR PRODUCING A STARTER LAUNCHER SHAFT
JP2007119886A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Dai Ichi High Frequency Co Ltd Method and apparatus for induction-heating shaft-state member with convex line
CN104762448B (en) * 2009-07-30 2017-09-01 高周波热练株式会社 Induction hardening equipment, induction hardening method, load coil, annealing device and heat treatment method
JP2012012667A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Neturen Co Ltd Induction heating and quenching device, and induction heating and quenching method
JP5902379B2 (en) * 2010-05-27 2016-04-13 高周波熱錬株式会社 Induction heating coil, heat treatment apparatus and heat treatment method
JP5985141B2 (en) * 2009-07-30 2016-09-06 高周波熱錬株式会社 Induction heating coil, heat treatment apparatus, and heat treatment method
JP5886992B2 (en) * 2015-02-24 2016-03-16 高周波熱錬株式会社 Induction heating quenching apparatus and induction heating quenching method
JP6668181B2 (en) * 2016-06-29 2020-03-18 日本製鉄株式会社 Apparatus and method for manufacturing quenched member
CN106755819B (en) * 2016-12-30 2018-11-06 无锡明珠钢球有限公司 Large-scale high-frequency induction hardening equipment
KR102529074B1 (en) * 2021-05-11 2023-05-04 한양대학교 산학협력단 Annealing apparatus and method using induced heating coil

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002235111A (en) 2002-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3932809B2 (en) Low strain quenching equipment and quenching method
WO2016002421A1 (en) Heat treatment system and heat treatment method
JP4235336B2 (en) Induction hardening method of rack bar and induction hardening apparatus thereof
JP2000087135A (en) Induction heating and hardening apparatus for shaft member with foot
JP5026175B2 (en) Workpiece manufacturing method
JP2008169430A (en) Heat treatment apparatus and heat-treatment method for steel ball
JP2002047515A (en) Induction heating coil for shaft member having various- shaped parts to be heat-treated and heat treatment method
JPH06102809B2 (en) Induction moving quenching and tempering device
JP2001064729A (en) Induction hardening device for shaft-shaped work
JP3676215B2 (en) Low distortion induction hardening method and apparatus for camshaft
JP2572238B2 (en) Inner and outer peripheral surface hardening method for small bore cylinder
JP2006028589A (en) Hardening and tempering method with direct electric-conduction hardening apparatus
JP3908452B2 (en) Induction heating heat treatment jig for pipe members
JPH1121618A (en) Apparatus for hardening inner surface of hollow cylindrical body
JP2001123228A (en) Induction heating and hardening method for cylindrical member with shaft and device therefor
JP2004315851A (en) Method and apparatus for induction hardening of rack bar
JP2004131823A (en) Method and apparatus for induction-hardening rack bar
JP3408996B2 (en) Rack induction hardening apparatus and induction hardening method
JP4115694B2 (en) Rack gear hardening device
JPH06330178A (en) Movable induction hardening apparatus for bar-like work
JP2001098319A (en) Quench-cooling device of shaft-like member
JP2002167618A (en) Induction-heating coil for deformed cylindrical member and hardening apparatus
JP2632106B2 (en) High frequency heating coil
JP2709556B2 (en) Induction quenching method for thin ring-shaped workpiece
JP2002161311A (en) Induction heating and quenching process and heating coil for large spherical surface

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061017

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20061214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070227

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070312

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees