JP4354975B2 - High frequency induction heating device for tempering crankshaft - Google Patents
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Description
本発明は、クランクシャフトの主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットR焼入した後に、フィレットR焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to a high-frequency induction heating apparatus for tempering a hardened portion that has been hardened with a fillet R after the journal portion or pin portion constituting the main portion of the crankshaft has been hardened with the fillet R.
図4は、クランクシャフトの一例である4気筒中型クランクシャフト1の構造を示している。この4気筒中型クランクシャフト1は、同一の軸線(クランクシャフト1の回転軸線)Xに沿って配置された5つのジャーナル部1J〜5Jと、これらのジャーナル部1J〜5Jにそれぞれ一体に設けられた8つのカウンターウェイト部CW1〜CW8と、互いに隣接して対向配置されたカウンターウェイト部CW1とCW2、CW3とCW4、CW5とCW6、CW7とCW8との間にそれぞれ架設され、かつ、前記ジャーナル部1J〜5Jの軸線から偏倚した位置にそれぞれ配設された4つのピン部1P〜4Pと、一端側のジャーナル部1Jに同軸状に一体成形された軸部S1,S2と、他端側のジャーナル部5Jに同軸状に一体成形されたフランジ部Fとから構成されている。
FIG. 4 shows the structure of a four-cylinder medium-
上述のピン部1P〜4Pのうち、回転軸線X方向において互いに隣り合うピン部1Pと2Pとは位相が互いに180゜ずれた位置に配置されると共に、回転軸線X方向において互いに隣り合うピン部3Pと4Pとは位相が互いに180゜ずれた位置に配置され、左右両端のピン部1Pと4Pとは位相が互いに同じ位置に配置されると共に、回転軸線X方向において互いに隣り合うピン部2Pと3Pとは位相が互いに同じ位置に配置されている。また、図4に示すように、クランクシャフト1の両端のフランジ部F及び軸部S1,S2の軸線はジャーナル部1J〜5Jの回転軸線Xの延長線上に一致されており、従ってクランクシャフト1は直線状の回転軸線Xを中心に回転駆動されるように構成されている。なお、図4において、Yは互いに同相位置に配置されたピン部1P及び4Pの直線状の軸線、Zは互いに同相位置に配置されたピン部2P,3Pの直線状の軸線である。
Among the
このようなクランクシャフト1にあっては、通常、ジャーナル部1J〜5Jの円筒状外周面に焼入処理を施すと共に、これとは別の工程でピン部1P〜4Pにも焼入処理を施こすようにしている。なお、ピン部1P〜4Pの焼入処理の仕方としては大別して2通り、すなわち、フラット焼入とフィレットR焼入との2通りの仕方がある。ここで、ピン部1P〜4Pについての2通りの焼入処理の仕方について簡単に述べると、次の如くである。
In such a
まず、ピン部1P〜4Pは、各々、円筒状外周面αを有する円柱部Aと、この円柱部Aに続くR部(角部若しくは隅部)Bと、このR部Bに続いて形成されかつクランクシャフト1の軸線Xに対して直角に延びるように形成されたフィレット部Cとから構成されている(図5参照)。かくして、ピン部1P〜4Pの円柱部Aの円筒状外周面αのみを焼入処理する焼入の仕方をフラット焼入と称し、前記円筒状外周面α,R部Bの湾状面β及びフィレット部Cの側面γをそれぞれ含む連続した面部分(図5において多数の点で示した部分)の全てを焼入処理する焼入の仕方をフィレットR焼入と称している。
First, each of the
図5は、フィレットR焼入を行った場合の焼入硬化層パターンの一例を示すものであって(図5ではピン部1P及びジャーナル部1J,5Jの焼入硬化層パターンのみ図示)、この場合には、ジャーナル部5J,5Jの円筒状外周部δ及びピン部1P〜4Pの円筒状外周部αだけでなく、この円筒状外周部αからコーナーのR部Bの湾曲面βを介してこれに連続する直角方向のフィレット部Cの側面γにまで連続する領域に焼入硬化層6が形成される。一方、左右両端のジャーナル部1J,5Jについては、図5に示す如く、円柱部Dの円筒状外周部δ、及び、ジャーナル部1J,5Jにそれぞれ隣接するフィレット部Cの側面εにフィレットR焼入を施して焼入硬化層パターン7を形成するのが一般的である(但し、その他のジャーナル部2J〜4Jについては焼入処理を施さない。他の実施形態では、ジャーナル部1J〜5Jの全てに焼入処理を施す場合がある)。なお、図5に示す如く互いに異なる焼入硬化層パターン6,7を高周波焼入により形成するに当たっては、それぞれ専用の別個の高周波誘導加熱コイルを用いて所要の焼入温度に加熱して急冷することにより所望の焼入硬化層パターン6,7を形成するようにしている。
FIG. 5 shows an example of a hardened and hardened layer pattern when performing fillet R hardening (only the hardened and hardened layer pattern of the
このようにして焼入処理が施されたクランクシャフト1は、通常、靱性の向上や内部歪の除去などの目的で焼戻処理が施される。ところで、従来においては、クランクシャフト1の焼戻を行なうに当たっては、加熱手段として電気炉が一般的に用いられている。
The
しかしながら、焼入処理後のクランクシャフト1を電気炉により所要温度に加熱して冷却するような従来の焼戻装置では、均一で安定した焼戻品質が得られるものの、比較的長い加熱時間を要するため加熱の間に、高周波焼入によって得られた圧縮残留応力が低減されてしまい、ひいては疲労強度が大幅に低下してしまう不具合がある。しかも、電気炉による加熱は間接加熱であり、発熱体からの輻射熱ないしは雰囲気からの熱伝導により被焼戻体であるクランクシャフトを加熱するようにしているため、昇温させるのに時間がかかり、焼戻の処理効率が悪いという問題点がある。因みに、焼戻処理すべきクランクシャフトの大きさや質量にもよるが、一般的には、0.5〜1.5時間程度の加熱時間が必要であり、さらに、均熱、温度保持に1〜1.5時間を要し、総合した焼戻時間は1.5〜3時間にも及ぶため、このことが高周波焼戻装置をクランクシャフトの焼入加工ラインに組み込むに当たっての大きな障害となっているのが実状である。
However, in the conventional tempering apparatus in which the
そこで、上述のような電気炉を用いた焼戻装置に代わるものとして、高周波誘導加熱コイルにて加熱を行なうようにした高周波焼戻装置が提案されている。この高周波焼戻装置の場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを、焼戻対象であるクランクシャフト1のジャーナル部1J,5Jやピン部1P〜4Pの被加熱部上に載置状態でセットし、クランクシャフト1を軸線Xを中心に回転させながら個々に誘導加熱して焼戻処理を行なうようにしている。さらに具体的に述べると、まず図5に示す如くクランクシャフト1のジャーナル部1J,5J或いはピン部1P〜4Pの上方位置に半開放鞍型の追従式の高周波誘導加熱コイル(いわゆるフラット加熱コイル)を載置し、クランクシャフト1を軸線Xを中心に回転させながら、ジャーナル部1J,5Jを同時に高周波誘導加熱し、続いてピン1P〜4Pを同時に高周波誘導加熱し、その後に冷却処理を施すことにより焼戻を行なうようにしている。
Thus, as an alternative to the tempering apparatus using the electric furnace as described above, an induction tempering apparatus in which heating is performed by a high frequency induction heating coil has been proposed. In the case of this induction tempering apparatus, the semi-open saddle type induction induction coil is placed on the
ところが、上述の如き従来の高周波焼戻装置では、フィレットR焼入されたジャーナル部1J,5J及びピン部1P〜4Pの円柱部Aの円筒状周面αのみをフラット加熱コイルにより加熱するようにしているので、円柱部Aに続くR部Bとフィレット部Cは、円柱部Aからの熱伝導のみにより加熱が行われることとなる。そのため、円柱部Aの加熱温度とR部B及びフィレット部Cの加熱温度との間に比較的大きな温度差が生じ、これらの各部において比較的大きな温度のばらつきが生じるおそれがある。このような温度差並びに温度のばらつきが顕著に発生すると、焼戻品質が悪くなり、規格外れの製品(不良品)を生じ易くなるという不具合がある。
However, in the conventional induction tempering apparatus as described above, only the cylindrical peripheral surface α of the columnar portion A of the
また、従来の高周波焼戻装置を用いるためには、ジャーナル部加熱用の高周波誘導加熱コイル、並びに、ピン部加熱用の高周波誘導加熱コイルの2種類の加熱コイルを用意する必要があり、設備価格が高価となるという問題点がある。また、ジャーナル部1J,5J及びピン部1P〜4Pの焼戻処理を別個の高周波誘導加熱コイルを用いてそれぞれ別々の焼戻処理工程(2工程)で行なう必要があるため、2工程の焼戻処理を行なうのに手間を要し、処理能率が悪いという問題点もある。
In addition, in order to use the conventional induction tempering apparatus, it is necessary to prepare two types of heating coils, a high frequency induction heating coil for heating the journal part and a high frequency induction heating coil for heating the pin part. Is expensive. Moreover, since it is necessary to perform the tempering process of the
要するに、従来における電気炉による焼戻装置では、焼戻処理に要する時間が長く、設備を焼戻処理加工ラインに組み込むに当たっての大きな障害となり、また従来における高周波誘導加熱による焼戻装置では、焼戻品質と設備価格に難点があるのが実状である。 In short, in the conventional tempering apparatus using an electric furnace, the time required for the tempering process is long, which is a major obstacle in incorporating the equipment into the tempering processing line, and in the conventional tempering apparatus using high-frequency induction heating, The reality is that there are difficulties in quality and equipment prices.
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにてクランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入部分の全てを一括して(1工程で)焼戻処理することにより、焼入部分のR部及びフィレット部をその他の部分と同様に昇温させて均一加熱することができ、従って、高周波焼入による利点の1つである圧縮残留応力の保持を確保しつつ、均一で安定した優れた焼戻品質を得ることができ、かつ、設備費が安価で済むようにしたクランクシャフトを焼戻すための高周波焼戻装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and quenching of a journal portion and a pin portion of a crankshaft with a substantially circular solenoid type high frequency induction heating coil formed by winding a conducting wire in a spiral shape. By tempering all the parts at once (in one step), the R part and the fillet part of the quenched part can be heated in the same manner as the other parts, so that they can be heated uniformly. To temper crankshafts that can achieve excellent uniform and stable tempering quality while keeping the compressive residual stress, which is one of the advantages of insertion, and that requires low equipment costs. It is to provide an induction tempering apparatus.
上述の目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトの主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットR焼入した後に、フィレットR焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置において、前記焼入部分のみならず非焼入部分も含めた前記クランクシャフトの全体を、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置し、前記高周波誘導加熱コイルに通電するのに応じて、前記クランクシャフトの全体を一括して高周波誘導加熱して前記クランクシャフトの焼入部分を高周波誘導加熱すると共に、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きい前記クランクシャフトのカウンターウェイト部をも同時に高周波誘導加熱してその熱を前記焼入部分のR部に熱伝導させることにより、加熱されにくい前記R部をそれ以外の焼入部分と一緒に所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱するクランクシャフト高周波誘導加熱手段を具備するようにしている。
また、本発明では、前記略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルのうちの、前記クランクシャフトの一端側のフランジ部に対応するコイル部分の巻線間隔を、相対的に密となるように巻回するようにしている。
In order to achieve the above-described object, in the present invention, high frequency induction heating for tempering a hardened portion that has been hardened by fillet R after the journal portion or pin portion constituting the main portion of the crankshaft has been hardened by fillet R. In the apparatus, the entire crankshaft including not only the hardened portion but also the non-hardened portion is completely surrounded by a substantially circular solenoid type high frequency induction heating coil formed by winding a conductive wire in a spiral shape. The entire crankshaft is collectively subjected to high-frequency induction heating in response to energizing the high-frequency induction heating coil, and the hardened portion of the crankshaft is subjected to high-frequency induction heating. The counterweight part of the crankshaft that is easy and has a large heat capacity is also induction-heated at the same time, and the heat is transferred to the R part of the quenched part By heat conduction, so that they comprise a crankshaft high-frequency induction heating means for high-frequency induction heating hardly heated the R unit to the required tempering temperature with quenching the other portion.
In the present invention, the winding interval of the coil portion corresponding to the flange portion on one end side of the crankshaft of the substantially circular solenoid type high frequency induction heating coil is wound so as to be relatively dense. I try to turn.
上述の如き本発明によれば、クランクシャフトの主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットR焼入した後に、フィレットR焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置において、焼入部分のみならず非焼入部分も含めたクランクシャフトの全体を、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置し、高周波誘導加熱コイルに通電するのに応じて、クランクシャフトの全体を一括して高周波誘導加熱してクランクシャフトの焼入部分を高周波誘導加熱すると共に、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きいクランクシャフトのカウンターウェイト部をも同時に高周波誘導加熱してその熱を焼入部分のR部に熱伝導させることにより、加熱されにくいR部をそれ以外の焼入部分と一緒に所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱するクランクシャフト高周波誘導加熱手段を具備するようにしているので、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きなクランクシャフトのカウンターウェイト部の外径側先端角部が過熱状態となり、その熱が、焼入部分のR部、並びに、フィレット部に伝導されることとなるため、特に高周波誘導加熱されにくいR部をその他の焼入部分と一緒に昇温させることができてフィレットR焼入部分の全体を均一加熱することができる。その結果、略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルを1つだけ用いた簡単な構成で安価な設備により、高周波焼入による利点の1つである圧縮残留応力の保持を確保しつつ、均一で安定した優れた焼戻品質を得ることができる。 According to the present invention as described above, in the high-frequency induction heating apparatus for tempering the hardened portion that has been hardened by the fillet R after the journal portion or the pin portion constituting the main portion of the crankshaft has been hardened, The entire crankshaft, including not only the hardened part but also the non-hardened part, is placed at a position completely surrounded by a substantially circular solenoid type high frequency induction heating coil that is formed by winding a conducting wire in a spiral. In response to energization of the induction heating coil, the entire crankshaft is heated by high frequency induction to collectively heat the hardened portion of the crankshaft, and the crankshaft counter that is easily subjected to high frequency induction heating and has a large heat capacity. At the same time, the weight portion is also heated by high frequency induction, and the heat is conducted to the R portion of the quenching portion, so that it is difficult to be heated. The crankshaft high-frequency induction heating means for high-frequency induction heating to the required tempering temperature together with the other quenching portions is provided, so that the counterweight of the crankshaft is easy to be induction-heated and has a large heat capacity. The corner on the outer diameter side of the part becomes overheated, and the heat is conducted to the R part of the quenching part and the fillet part. The temperature can be raised together with the portion, and the entire fillet R quenching portion can be uniformly heated. As a result, a simple structure using only one substantially circular solenoid type high-frequency induction heating coil and a low-cost facility ensure uniform retention of compressive residual stress, which is one of the advantages of induction hardening. Stable and excellent tempering quality can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について図1〜図5を参照して説明する。なお、図1〜図4において、図5と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼戻装置を用いる高周波焼戻装置10を示すものであって、本装置10は、高周波焼入装置11によって図5に示す如くフィレットR焼入されたクランクシャフト1のジャーナル1J,5J及びピン1P〜4Pを1つの高周波誘導加熱コイル12を用いて焼戻処理を行うためのものである。
FIG. 1 shows an
図1に示す熱処理機構13は、クランクシャフト1のジャーナル部1J,5J及びピン1P〜4PをフィレットR焼入する高周波焼入装置11と、この高周波焼入装置11においてフィレットR焼入されたジャーナル部1J,5J及びピン部1P〜4Pを一括して焼戻処理を行なう焼戻装置10とから構成されている。そして、クランクシャフト1が高周波焼入装置11の左端の投入口から投入されると、それ以後は搬送装置14によって焼入装置11及び焼戻装置10内の各ステーションを順次に経由して間欠的に水平移動されながら右端の出口OUTに自動的に排出されるようになっている。ただし、焼入装置11内の搬送装置14は図示を省略してある。
A
上述の焼戻装置10は、被焼戻体(ワーク)であるクランクシャフト1の全体を高周波誘導加熱コイル12により所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱(昇温加熱)する加熱ステーション21と、高周波誘導加熱されたクランクシャフト1をクランクシャフト1自体の熱伝導によりその全体(焼入部及び被焼入部)を放冷して均熱化を図る均熱化ステーション22,23と、焼戻工程の後に続く研磨加工を常温で行なうためにクランクシャフト1に冷却液を噴射してクランクシャフト1を冷却する冷却ステーション24と、冷却工程において付着した冷却液をクランクシャフト1から除去するエアブローステーション25とをそれぞれ具備しており、クランクシャフト1は上述の搬送装置14により水平方向に沿って各ステーション21〜25を順次に経由して間欠的に自動搬送されるように構成されている。
The tempering
加熱ステーション21には、クランクシャフト1の昇温加熱を行なうための高周波誘導加熱コイル12を内部に収容した炉体30等の設備が備えられている。この炉体30は、図1及び図2に示すように、電源整合部33の下部に取り付けられている。なお、本実施形態で用いられる図3の高周波誘導加熱コイル12は、クランクシャフト1のフランジ部Fに対応するコイル部分の巻線間隔を相対的に密となるように導線を螺旋状に巻回した単層多巻線から成る略円形状ソレノイドタイプのコイルであって、高周波誘導加熱コイル12の両端子34a,34bは、高周波電流(電源)を供給する電源整合部33の下部に配設された端子(図示せず)に接続されている。また、加熱ステーション21にクランクシャフト1が搬送されると、電源整合部33がシリンダ35によって付勢されてガイドレール36上に沿って移動され、これに伴って炉体30が図2において破線で示された待機位置Mから実線で示された加熱位置Nに水平移動されるように構成されている。なお、加熱終了後は、再び待機位置Mに戻されるようになっている。
The
また、均熱化ステーション22,23には、クランクシャフト支持器63,64のみがそれぞれ備えられており、冷却ステーション24には、加熱したクランクシャフト1の全体を水等の冷却液にて冷却するための噴射冷却環41等の設備が備えられている(図1参照)。
The soaking
また、エアブローステーション25には、冷却後においてクランクシャフト1に付着している冷却液の粒(水滴等)を除去するエアノズル42等の設備が備えられている(図1参照)。
Further, the
クランクシャフト1を搬送・支持する機構(搬送装置14)は、図1に示すように、高周波焼戻装置10の左端のクランクシャフト投入側の位置から右端の排出側まで延びるように敷設された一連の移動ビーム50と、この移動ビーム50と高周波焼入装置11との間に固定配置された固定ビーム60とを有している。これらの両ビーム50,60は、共に、クランクシャフト搬送方向に沿って互いに平行に敷設された各一対のビーム部材からそれぞれ構成されており、移動ビーム50が内側に、固定ビーム60が外側に、それぞれ配置されている。また、両ビーム50,60には共に一対のビーム部材の互いに対向する位置に一対の支持器がクランクシャフト搬送方向に沿って各ステーション21〜25の隣接間隔に対応した間隔をおいて取り付けられている。すなわち、クランクシャフト1を搬送する移動ビーム50上には、クランクシャフト投入側から排出側までの間にV字ブロックから成る6対の支持器51〜56が固定配置され、クランクシャフト1を載置・支持する固定ビーム60上には、同じくクランクシャフト投入側から排出側までの間にV字ブロックから成る7対の支持器61〜67が固定配置されている。
As shown in FIG. 1, the mechanism (conveying device 14) that conveys and supports the
移動ビーム50上の支持器51〜56及び固定ビーム60上の支持器61〜67(但し、62を除く)は、金属製のものである。また、加熱ステーション21に配置される支持器62は、セラミックス系耐熱材料から成るものである。移動ビーム50の支持器51〜56は、全て、クランクシャフト1のジャーナル部2J及び4Jを支持し、加熱ステーション21内に配置された固定ビーム60の支持器62がクランクシャフト1のフランジ部F及び軸部S1を支持し、その他の固定ビーム60の支持器61,63〜67はクランクシャフト1のジャーナル部1J及び5Jを支持するようになっている。
The supports 51 to 56 on the moving
さらに、図2に示すように、加熱ステーション21内に固定配置される一対のセラミックス製の支持器62は、互いに同一の軸線上に沿って対向配置されるように固定ビーム60に水平状に取付けられた非磁性金属製の一対のクランクシャフト支持用シャフト68,69の先端に固定されており、一方のシャフト68の先端には、内部に通水路を設けた磁性材料より成る円盤形状の誘導補助部材(誘導調整部材)38がフランジ部Fの側のクランクシャフト部分の加熱を補助するために配設されている。なお、この誘導補助部材38の通水路には、図外の冷却設備から冷却液が供給されるようになっている。そして、他方のシャフト69には、待機位置Mにある高周波誘導加熱コイル12が同軸状にその周囲を取り囲んだ状態で配置されるようになっている。かくして、これら一対のクランクシャフト支持用シャフト68,69は、高周波誘導加熱コイル12の軸線の延長方向に沿って延びるように同軸状に配設されている。
Further, as shown in FIG. 2, the pair of
また、上述の移動ビーム50は、搬送装置14により、作動前の低い位置から上昇・前進・下降・後退の4行程を1サイクルとする循環経路に沿って移動されるように構成されている。しかして、固定ビーム60の支持器61〜67上に載置されているクランクシャフト1が移動ビーム50の上昇移動に伴って支持器51〜56で受け取られて前進移動され、その後の移動ビーム50の下降移動に伴って固定ビーム60の支持器61〜67上に戻すことにより、クランクシャフト搬送方向の下流側に沿って1ステップずつ搬送されるようになっている。そして、1ステップの搬送後に移動ビーム50が後退移動されて当初の待機位置に復帰されるようになっている。移動ビーム50の上昇及び下降,前進及び後退の動作は、何れも、図外のシリンダにより駆動される搬送装置14の昇降機構の作動アーム71、前後移動装置の作動アーム72の先端が描く円弧上の動きを、上下方向と前後方向の直線運動に変換することにより行なわれる(図1参照)。なお、図1に示す移動ビーム50は、移動ビーム50の支持器51〜56の先端が固定ビーム60の支持器61〜67の先端とほぼ同じ高さにある状態を示している。
Further, the moving
クランクシャフト1の位相は、クランクシャフト1の投入時から排出時まで、クランクシャフト1の軸線Xに対し、ピン部1P,4Pの軸線Yが最上位置(上死点位置)に配置されると共に、ピン部2P及び3Pの軸線Zが最下位置(下死点)に配置されるように設定されている。
The phase of the
次に、上述の高周波焼戻装置10を使用してクランクシャフト1の焼戻処理を行なう手順について述べると、以下の通りである。まず、前工程において高周波焼入装置11により所定の焼入処理を施されたクランクシャフト1が高周波焼戻装置10の左側に矢印で示す投入口に投入され、クランクシャフト1のジャーナル部1J,5Jが固定ビーム60の支持器61上に載置されて支持されると、その直後に移動ビーム50が上昇移動される。これに伴い、固定ビーム60の支持器61にて支持されたクランクシャフト1のジャーナル部2J,4Jが移動ビーム50上の支持器51にて受け取られてクランクシャフト1が前記支持器51にて支持され、この状態の下で移動ビーム50が固定ビーム60の支持器61,62間の1スパン長さに相当する距離だけ前進されてから下降される。この際に、加熱ステーション21内に固定配置されかつ固定ビーム60に取付けられたシャフト68,69(図2参照)の先端のセラミックス製の支持器62上にクランクシャフト1のフランジ部F及び軸部S1が載置されて前記支持器62に受け渡される。
Next, a procedure for tempering the
そして、移動ビーム50はさらに下降移動された後に、後退移動されて1サイクルの移動動作を終了し、次のサイクルに備えて待機位置に配置される。一方、固定ビーム60の支持器61上には、前工程の高周波焼入装置11から引き続いて投入される次のクランクシャフト1が載置される。
The moving
上述のようにしてクランクシャフト1が加熱ステーション21に搬送されて前記支持器62上に載置されると、高周波誘導加熱コイル12を収容した炉体30が図2に破線で示す待機位置Mから、実線で示す加熱位置Nまで水平移動される。この際、炉体30に保持されている高周波誘導加熱コイル12の軸線が水平状のシャフト69の軸線にほぼ沿って移動され、前記支持器62にて支持されているクランクシャフト1が高周波誘導加熱コイル12の開口部32を相対的に通過して高周波誘導加熱コイル12にて完全に取り囲まれた位置すなわち加熱位置Nに配置される(図2参照)。そして、これに同期して、高周波誘導加熱コイル12に図外の高周波電源から電源整合部33を介して所要の高周波電流が供給され、これによりクランクシャフト1は焼入部のみならず非焼入部分も含めた全体が一括して高周波誘導加熱(昇温加熱)される。
When the
この際、フィレットR焼入処理済みのクランクシャフトを略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置して焼戻加熱を行うようにしているので、フィレットR焼入された部分(すなわち、R部B)のみならず、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きいクランクシャフト1のカウンターウェイト部CW1〜CW8をも同時に高周波誘導加熱されることとなり、これによりR部Bがその周辺部分と一緒に均一に加熱されることとなる。このことをさらに詳細に説明すると、クランクシャフト1のカウンターウェイト部CW1〜CW8は、熱容量が最も大きい部分であり、かつ、その外径側先端角部H(図4及び図5参照)は、ジャーナル部1J〜5J及びピン部1P〜4Pよりも外径側に突出した位置にあって高周波誘導加熱の特性上、最も加熱され易いので、上述のカウンターウェイト部CW1〜CW8の外径側先端角部Hがいわゆる「過熱」状態すなわちその周辺部分よりも極度に高い温度の加熱状態になる。そのため、「過熱」状態の外径側先端角部Hの熱がクランクシャフトのピン部1P〜4P或いはジャーナル部1J〜5JのR部Bに即座に伝導されることとなり、その結果、従来では焼戻加熱し難いと認識されていたR部Bを高周波誘導加熱コイルの誘導加熱作用による加熱に加えて、「過熱」状態となるカウンターウェイト部の外径側先端角部Hからの熱伝導作用と相俟って、R部Bを効率よくその周辺部分と一緒に昇温させて均一加熱することができる。
At this time, the fillet R quenching treatment is arranged at a position completely surrounded by a substantially circular solenoid type high frequency induction heating coil to perform tempering heating. The counterweight portions CW1 to CW8 of the
なお、本実施形態で用いられる高周波誘導加熱コイル12は、既述の如くクランクシャフト1のフランジ部Fの側の巻線間隔を相対的に密にしているので、クランクシャフト1のうちで相対的に熱容量の大きな部分であるフランジ部Fの側の部分がその他の部分よりも大きな加熱エネルギにて誘導加熱される。また、水平状のシャフト68の先端に取付けられた誘導補助部材38の存在により、フランジ部Fの側のクランクシャフト部分の誘導加熱が補助(調整)される。その結果、クランクシャフト1はその全体が均一に昇温加熱されることとなる。そして、所定の時間加熱の後に、炉体30が高周波誘導加熱コイル12と一緒に待機位置Mに戻され、クランクシャフト1が搬送装置14により次工程の均熱化ステーション22,23に搬送される。
Since the high frequency
均熱化ステーション22及び23においては、クランクシャフト1は固定ビーム60の支持器63及び64上に載置されて支持されている間に所定の焼戻温度に放冷され、均熱化される。そして、所定の時間にわたり均熱化された後に、クランクシャフト1は搬送装置14により冷却ステーション24に搬送される。
In the soaking
冷却ステーション24においては、固定ビーム60の一対の支持器65上にクランクシャフト1が載置されると、複数の噴射冷却環41がシリンダ43にて上方から下方に向けて下降移動されてクランクシャフト1の全長及び全幅に対応配置され、これらの噴射冷却環41に設けられた多数の冷却液噴射孔(図示せず)からクランクシャフト1に向けて冷却液(例えば、冷却水)が噴射される。これにより、クランクシャフト1は冷却されて焼戻される。そして、冷却終了後に、噴射冷却環41は当初の待機位置に戻されると共に、クランクシャフト1は搬送装置14によりエアブローステーション25に搬送される。
In the
エアブローステーション25においては、固定ビーム60の支持器66上にクランクシャフト1が載置されると、クランクシャフト1の寸法、形状に応じた複数本のエアノズル42が、前記噴射冷却環41と一体の駆動機構によりクランクシャフト1に対して所定の距離まで降下移動され、図外のエアコンプレッサからエア導入管を経由してエアノズル42から圧縮エアがクランクシャフト1に向けて噴出される。なお、この際、図外の揺動機構によりエアノズル42は前後左右に揺動される。これにより、前工程の冷却ステーション24においてクランクシャフト1の表面に付着して残存している冷却液(例えば、水滴)がクランクシャフト1の表面から吹き払われて除去される。そして、エアブロー終了後に、エアノズル42は当初の待機位置に戻されると共に、クランクシャフト1は搬送装置14により排出側の固定ビーム60の支持器67上に搬送される。
In the
以上の如き一連の操作により焼戻処理の全工程を終了し、以降は、次の後続工程に引き継がれる。連続稼動下においては、移動ビーム50の動作が1サイクルする毎に新しいクランクシャフト1が連続的に投入され、加工されたクランクシャフト1が例えば42秒のサイクルタイムで、連続的に排出される。
All steps of the tempering process are completed by the series of operations as described above, and the subsequent steps are subsequently taken over. Under continuous operation, each time the movement of the moving
ここで、高周波焼戻装置10の作動条件の一具体例について述べると、以下の通りである。
具体例
(1) クランクシャフトの材質
鋼種 : S48CL
(2) 高周波誘導加熱コイル
周波数 : 約2kHz
電力 : 40kW
(3) 高周波誘導加熱
時間 : 28秒
(4) 均熱化
時間 : 約90秒
均熱化温度 : 約200℃
(5) 冷却
冷却液温度 : 35℃以下
ワーク温度 : 40℃以下
Here, a specific example of the operating conditions of the
Specific Example (1) Crankshaft Material Steel Type: S48CL
(2) High frequency induction heating coil Frequency: About 2 kHz
Electric power: 40kW
(3) High frequency induction heating time: 28 seconds (4) Soaking time: about 90 seconds Soaking temperature: about 200 ° C
(5) Cooling Coolant temperature: 35 ° C or less Work temperature: 40 ° C or less
高周波焼戻装置10を用いて上述の如き条件の下でクランクシャフト1の焼戻処理を行なったところ、焼入硬度がHv800である場合に、焼戻処理後の硬度は、硬度仕様がHv513〜830であるのに対して焼戻硬度はHv650〜700であった。
When the
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、図5に示す如き形状のクランクシャフト1に限らず、各種形状のクランクシャフトの焼戻処理に適用可能である。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. For example, the present invention is not limited to the
1 クランクシャフト
1P〜4P ピン部
1J〜5J ジャーナル部
10 高周波焼戻装置
11 高周波焼入装置
12 高周波誘導加熱コイル
13 熱処理機構
14 搬送装置
21 加熱ステーション
22,23 均熱化ステーション
24 冷却ステーション
25 エアブローステーション
30 炉体
38 誘導補助部材(誘導調整部材)
41 冷却水噴射冷却環
42 エアノズル
50 移動ビーム
51〜56 支持器
60 固定ビーム
61〜67 支持器
68,69 クランクシャフト支持用シャフト
A 円柱部
B R部(角部若しくは隅部)
C フィレット部
CW1〜CW8 カウンターウェイト部
F フランジ部
H 外径側先端角部
M 待機位置
N 加熱位置
S1,S2 軸部
X クランクシャフトの回転軸線
Y ピン部1P,4Pの軸線
Z ピン部2P,3Pの軸線
DESCRIPTION OF
41 Cooling Water
C Fillet portion CW1 to CW8 Counterweight portion F Flange portion H Outer diameter side tip corner portion M Standby position N Heating position S1, S2 Shaft portion X Crankshaft rotation axis
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