JP4291995B2 - 鉄系焼結合金部品の温間サイジング設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄系焼結合金部品の連続熱処理装置による熱処理と温間サイジングを連続的に行うための温間サイジング設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理して強度や硬度を高める鉄系焼結合金部品は、サイジングまたはコイニング後に熱処理を施すと、サイジング、コイニングを行ったときの残留応力が熱処理工程で解放されて寸法精度が大きく低下する。
【０００３】
この不具合を無くすために、本出願人は、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）が５０〜３５０℃の温度域にある鉄系焼結体をオーステナイト化温度以上の温度（Ａｅｌ点）で加熱してオーステナイト化した後、マルテンサイト変態が出現する冷却速度で焼き入れし、焼き入れ体の温度がＭｓ点以上、Ａｅｌ点以下の温度域に達したときにサイジングまたはコイニングを行う方法を特開平７−１３８６１３号公報で提案している。この製法を温間サイジングと呼ぶ。
【０００４】
この方法を実施するには、温度管理が正確に行える連続熱処理設備が必要になる。
【０００５】
一般的な連続熱処理設備としては、例えば、特開２００１−２６８１７号公報に示されるものなどがある。同公報の設備は、軸受部材などの焼入れに利用するものであって、加熱炉で加熱したワークを炉内搬送ローラテーブルに載せて一次冷却室に移動させ、ここで傾斜搬送ローラテーブル、第１搬送ローラテーブル経由で第２、第３搬送ローラテーブルに乗り移らせたワークを第２、第３搬送ローラテーブルともども冷却油槽中に浸漬し、これを油槽から引き上げ、移送中に２００〜２３０℃に冷却されたワークをプレス機でサイジングするようにしてある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ワークが鉄系焼結合金部品である場合、ワークの温度がＭｓ点以上、Ａｅｌ点以下の温度域に達したときにサイジングまたはコイニングを行う必要があるが、上記公報の熱処理設備ではサイジングプレス機の動作と焼入れ動作のタイミングにずれが生じるなどしてワークのサイジング温度が適正温度から外れることが考えられ、このようなときにもサイジングが実施されるため、不良品が発生する。
【０００７】
そこで、この発明は、ワークの温度管理を正確に行ってサイジング不良の低減を図り、かつ、無駄なサイジング動作を省けるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、連続熱処理装置の投入部、加熱装置、冷却室、排出部を順に通ってサイジング装置に供給されるワークを前記投入部から排出部まで搬送する搬送装置を有し、
その搬送装置が、加熱装置内のワークを間欠送りする搬送機構と、
前記搬送機構上の先頭位置のワークを加熱装置の出口に連なる冷却室内の焼入れ油槽中に投入する投入機構と、投入されたワークを前記焼入れ油槽内で受け取るワーク受け具と、このワーク受け具を焼入れ油槽上に引き上げる昇降機構を備えた前記冷却室に設けられる焼入れ搬送装置と、
記ワーク受け具からワークを受け取って排出部に移動させる排出装置とから成り、サイジング処理時間に同期してワークを一個ずつ送るように構成された鉄系焼結合金部品の温間サイジング設備を提供する。
【００１０】
前記焼入れ油槽に、投入されたワークを前記ワーク受け具内に誘導するガイドを設けたり、搬送装置を構成する部材のワーク接触面に耐熱性緩衝材を貼り付けたり、加熱装置から冷却室までを無酸化雰囲気としたりすると好ましい。
【００１１】
さらに、冷却室での冷却時間は、製品の品質を安定させるために１秒以下の単位で管理するのが好ましく、前述の搬送装置によればその１秒以下の単位での搬送時間管理が行える。
【００１２】
搬送装置を外気から隔離するカバーを設けてそのカバーの内の温度を一定に保つようにしておくのも好ましい。
【００１３】
また、ワークが前記冷却室から排出された時点からサイジングが開始されるまでの経過時間を計測し、時間管理でサイジング処理の可否を決定する制御装置、もしくは、ワークの温度をサイジング装置への投入時または投入直前に測定し、その測定温度によりサイジング処理の可否を決定する制御装置を備えさせるとより好ましい設備になる。
【００１４】
このほか、サイジング装置に金型の冷却装置を備えさせるとサイジングと同時に冷却が行える。
【００１５】
【作用】
この発明のサイジング設備は、ワークの供給がサイジング処理時間に同期してなされるので、冷却からサイジング開始までの時間がほぼ一定し、そのためにサイジング実施時のワーク温度もほぼ一定し、ワーク温度が適正範囲から外れることに起因したサイジング不良が効果的に防止される。
【００１６】
また、この発明で採用する搬送装置は、加熱装置の出口付近に到達したワークを適切なタイミングで焼入れ油槽中に投入するので、冷却室での冷却時間と冷却後のワーク搬送時間を加熱装置内の搬送機構の搬送速度に捕らわれず適正に管理することができ、サイジング処理時間に同期したワーク供給が可能である。
【００１７】
なお、焼入れ油槽内にガイドを設けると、油槽内に投入したワークがワーク受け具に確実に受け入れられる。
【００１８】
また、搬送装置を構成する部材のワーク接触面に耐熱性緩衝材を貼り付けておくとワークの傷つきが防止される。加熱装置から冷却室までを無酸化雰囲気にした設備はワーク表面の酸化が防止される。
【００１９】
さらに、冷却時間を１秒以下の単位で管理できるので、冷却後の温度管理が適正に行える。搬送装置を外気から隔離するカバーを有し、カバー内の温度を一定に保つことで、搬送中のワークの温度管理が容易となる。
【００２０】
ワークが冷却室から排出された時点からサイジングが開始されるまでの経過時間に基づいてサイジングの可否を決定する制御装置を加えた設備は、無駄なサイジング動作が未然に防止され、生産性の向上やサイジング装置の耐久性向上なども図れる。ワークの温度を事前に測定してサイジングの可否を決定する制御装置を備える設備も同様の効果が得られる。
【００２１】
さらに、サイジング装置の金型の冷却装置を備えることでサイジングと同時に焼入れができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の温間サイジング設備の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。このサイジング設備は、加熱装置の加熱炉１と、その加熱炉の出口に連なる冷却室２と、加熱炉１内に引き通したメッシュベルトコンベヤ３と、冷却室２に設けた焼入れ搬送装置４と、焼入れ搬送装置４から受け取ったワーク（鉄系焼結合金部品）Ｗを排出部に向けて搬送する排出装置５と、排出部６から排出されたワークＷをサイジング処理するサイジング装置７とを設けて成る。
【００２３】
加熱炉１は、内部の温度分布を均一化するための攪拌ファン８と、加熱用のヒータ９を有し、内部温度を制御可能となっている。また、この加熱炉１の内部は窒素が導入されて無酸化雰囲気になっている。
なお、加熱用のヒータの熱源としては、電気ヒータ、誘導加熱等が考えられる。
【００２４】
冷却室２は、カバー１０で覆われており、この部屋の内部も、加熱炉１と同様無酸化雰囲気になっている。この冷却室２の内部には、ガイド１１を有する焼入れ油槽１２が設けられている。
【００２５】
前記メッシュベルトコンベヤ３と、焼入れ搬送装置４と、排出装置５の３者によって、連続熱処理装置の投入部、加熱装置、冷却室、排出部を順に通ってサイジング装置に供給されるワークを前記投入部から排出部まで搬送する搬送装置が構成されている。加熱炉１（加熱装置）内の搬送機構であるメッシュベルトコンベヤ３は、加熱炉１の入口部において供給されるワークＷを間欠送りして炉の出口に向けて移動させる。図示のコンベヤ３は、ワークＷを２列に並べて搬送するが、ワークの搬送は１列にして行うこともできる。
【００２６】
焼入れ搬送装置４は、水平シリンダ１３ａと垂直シリンダ１３ｂとで駆動する投入機構の掻き落とし具１３と、焼入れ油槽１２の油面下に待機させてワークを受け取る断面Ｕ字状のワーク受け具１４と、そのワーク受け具１４をシリンダ１５ａで上下動させる昇降機構１５と、昇降機構１５と一緒にワーク受け具１４を横移動させる横行機構１６と、ワーク受け具１４を傾ける傾動機構１７とから成る。この焼入れ搬送装置４は、サイジング装置７によるサイジング処理時間に同期して駆動され、また、ワークの油焼入れの時間を１秒以下の単位で制御するようにしてある。
【００２７】
水平シリンダ１３ａとそのシリンダで押し引きする掻き落とし具１３は搬送されるワークに対応させて２組設けてあり、その２組の掻き落とし具が交互に駆動されて左右のワークを交互に焼入れ油槽１２に掻き落とす。
【００２８】
排出装置５は、図５に示すように、冷却室２を出たワークＷをサイジング装置７によるサイジング処理時間に同期して一個送りする排出用メッシュベルトコンベヤ１８と、このコンベヤの先端から滑落させたワークＷをシュータ１９を介して受け取ってプレス投入部２１に供給する移送装置２０とから成る。排出部６は、プレス投入部２１からなる。移送装置２０のワーク受け２０ａは移動終点で傾動してワークＷをプレス投入部２１に滑り落とす。排出装置５は、全体がカバー２２で覆われており、そのカバー２２の内部には、ワークＷの温度維持のために熱風発生装置２３で発生させた熱風が送り込まれる。温度を一定に保つための手段は、電気ヒータ、ガスバーナ等であってもよい。
【００２９】
サイジング装置７は、プレス機にダイセットを取り付けた周知の装置である。
【００３０】
なお、例示のサイジング設備は、プレス投入部２１に移動したワークＷを作業者がサイジング装置７に移し替えるが、その移し替えはロボットハンドなどを使用して機械化してもよい。
【００３１】
また、ワークＷが落下時に接触するガイド１１、ワーク受け具１４、シュータ１９、ワーク受け２０ａ、プレス投入部２１の表面には、ワークの傷付きを防止するために耐熱性緩衝材２４を貼り付けてある。
【００３２】
このように構成した温間サイジング設備は、メッシユベルトコンベヤ３に載せたワークＷが加熱炉１により目標温度、例えば８５０℃程度の温度に加熱される。そして、コンベヤ３の出口付近に到達したワークＷが、掻き落とし具１３により焼入れ油槽１２内に掻き落とされる。掻き落とし具１３は、サイジング処理時間に同期して駆動され、この掻き落とし具１３による掻き落としが実施されるまでワークＷは、停止したコンベヤ３上で待機する。従って、掻き落とし具１３の動作タイミングによっては、各ワークの加熱時間にずれが生じることが考えられるが、加熱炉内で待機するため温度差は生じない。
【００３３】
焼入れ油槽１２の中に落とされたワークＷは、ガイド１１に誘導されてワーク受け具１４内に納まる。このワークＷは焼入れ時間を１秒以下の単位で管理して油槽１２から引き上げられる。その引き上げは、ワーク受け具１４をガイド１１との干渉が避けられる位置まで移動させた後、シリンダ１５ａで上昇させる方法でなされる。油槽１２から出したワークＷは、ワーク受け具１４を傾動させて排出装置の排出用メッシユベルトコンベヤ１８上に移され、さらに、移送装置２０に移されてプレス投入部２１に送られる。
【００３４】
プレス投入部２１に移動したワークＷは、作業員によりサイジング装置７にセットされてサイジング処理される。
【００３５】
図６に、サンプル数５０個について実験で求めた油焼入れ後〜サイジング開始までのワーク温度と、経過時間と、サイジング処理後の寸法精度と硬度の歩留り（良品率）の関係を示す。
【００３６】
この図から分かるように、ワーク温度が１８０℃を下回ると、良品率は大きく低下し、ワーク温度が１００℃以下では９割が不良になってしまう。ワーク温度を１００℃以上に保てる時間は１２０秒、また、１８０℃以上に保てる時間は３０秒であった。従って、生産面でのロスを無くすためには、油焼き入れ後３０秒以内にサイジングを実施する必要がある。この発明の設備は、サイジング装置７に同期させてワークを一個送りするが、上述した構成では、上記の時間が３０秒を経過したのちにもサイジングが実行される。その不具合をなくすために、サイジングの可否を決める制御装置２５を設けておくのがよい。
【００３７】
その制御装置２５は、ワークＷが焼入れ油槽１２から引き上げられたことをシリンダ１５ａの上昇終了をスイッチなど（図示せず）を設けて検出し、その時点よりサイジングが開始される直前までの時間（この中には作業者によるセット時間も含まれる）をタイマでカウントし、目標時間（図示の設備は３０秒）をオーバしていなければそのままサイジングを実行し、目標時間をオーバした場合にはサイジング不可と判断して、サイジング作業を停止させるものでよい。サイジング不可の判定がなされるとサイジング装置７は、セット済のワークＷを払出し装置（図示せず）で金型の外部に払い出す。
【００３８】
制御装置２５は、サイジング装置への投入時または投入直前にワーク温度を測定してサイジングの可否を決定するものであってもよい。温度測定は放射温度計などで行える。その放射温度計による温度測定は、測定精度を高めるために暗室内で行うのがよい。
【００３９】
また、サイジング装置７の金型に含まれるダイに冷却媒体の通路を設けて金型を冷却すると、サイジング処理時にワークの焼入れが行えて好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明のサイジング設備は、熱処理したワークをサイジングの処理時間に同期してサイジング装置に一個送りするので、サイジング開始時のワーク温度のばらつきが小さく抑えられ、温度不適正によるサイジング不良が減少し、また、そのために、生産性も向上する。
【００４１】
また、このサイジング設備に採用した搬送装置は、加熱装置のコンベヤから独立させた焼入れ搬送装置を設けて油焼入れの時間を１秒以下の単位で管理できるようにしたので、サイジング不良の更なる低減、サイジングして得られる製品の品質の安定化が図れる。
【００４２】
加熱装置から冷却室までを連続した無酸化雰囲気にしたものはワークの酸化が防止され、また、搬送装置をカバーで外気から隔離してカバーの内側に一定温度ガスを流すものは焼入れ後のワークの温度低下が抑制される。
【００４３】
このほか、焼入れ後の経過時間やサイジング時のワーク温度に基づいてサイジングの可否を決定する制御装置を備えさせたものは、サイジング不良と無駄なサイジング動作を無くすことができ、生産性の向上、サイジング装置の耐久性向上なども図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のサイジング設備の実施形態を簡略化して示す平面図
【図２】図１のＡーＡ線に沿った断面図
【図３】図１のＢーＢ線に沿った断面図
【図４】図１のＣーＣ線に沿った断面図
【図５】排出装置の断面図
【図６】油焼入れ後〜サイジング開始までのワーク温度と、経過時間と、サイジング良品率の関係を示す図
【符号の簡単な説明】
１ 加熱炉
２ 冷却室
３ メッシユベルトコンベヤ
４ 搬送装置
５ 排出装置
６ 排出部
７ サイジング装置
８ 攪拌ファン
９ ヒータ
１０ カバー
１１ ガイド
１２ 焼入れ油槽
１３ 掻き落とし具
１３ａ 水平シリンダ
１３ｂ 垂直シリンダ
１４ ワーク受け具
１５ 昇降機構
１５ａ シリンダ
１６ 横行機構
１７ 傾動機構
１８ 排出用メッシユベルトコンベヤ
１９ シュータ
２０ 移送装置
２０ａ ワーク受け
２１ プレス投入部
２２ カバー
２３ 熱風発生装置
２４ 耐熱性緩衝シート
２５ 制御装置

Claims (4)

1. 連続熱処理装置の投入部、加熱装置、冷却室、排出部を順に通ってサイジング装置に供給されるワークを前記投入部から排出部まで搬送する搬送装置を有し、
   その搬送装置が、加熱装置内のワークを間欠送りする搬送機構と、
   前記搬送機構上の先頭位置のワークを加熱装置の出口に連なる冷却室内の焼入れ油槽中に投入する投入機構と、投入されたワークを前記焼入れ油槽内で受け取るワーク受け具と、このワーク受け具を焼入れ油槽上に引き上げる昇降機構を備えた前記冷却室に設けられる焼入れ搬送装置と、
   前記ワーク受け具からワークを受け取って排出部に移動させる排出装置とから成り、サイジング処理時間に同期してワークを一個ずつ送るように構成された鉄系焼結合金部品の温間サイジング設備。
2. 前記焼入れ油槽に、投入されたワークを前記ワーク受け具内に誘導するガイドを設けた請求項１に記載の温間サイジング設備。
3. ワークが前記冷却室から排出された時点からサイジングが開始されるまでの経過時間を計測し、時間管理でサイジング処理の可否を決定する制御装置を備えさせた請求項１又は２に記載の温間サイジング設備。
4. ワークの温度をサイジング装置への投入時または投入直前に測定し、その測定温度によりサイジング処理の可否を決定する制御装置を備えさせた請求項１又は２に記載の温間サイジング設備。

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