JP4577310B2 - Quenching method and apparatus used therefor - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、歯車やベアリング等の鉄鋼部品に浸炭焼入を施すための焼入方法およびこれに用いられる焼入装置に関する。 The present invention relates to a quenching method for carburizing and quenching steel parts such as gears and bearings, and a quenching apparatus used therefor.
従来、焼入装置としては、冷却剤を入れた油槽と、油槽内の冷却剤に上向きの流れが生じるように冷却剤を攪拌する攪拌機とを備えたものが知られている。
冷却剤は、鋼材部品の質量、形状、焼入性等により、適切な油種が選択されかつ適切な油温が選択される。また、適切な流速で攪拌することにより、冷却能力の調整が行われる。
攪拌される冷却剤中に処理品を浸漬させた場合、冷却剤の流れの直撃を受ける処理品の日向と、これと反対側の日陰では、冷却速度がばらつき、結果として、浸炭品質(表面硬さ、有効硬化層深さ、内部硬さ等)や熱処理ひずみのばらつきを生じる原因となる。
また、処理品は、トレー、治具等によって数十個が一まとめとして処理される。そのため、処理品自身に加えて、トレー、治具等によって冷却剤の流れが遮られ、トレー内でも流速のばらつきが生じ、このことも、熱処理ひずみのばらつきを生じさせる原因であった。
この発明は、上記の課題を全て解決し、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することのできる焼入方法およびこれに用いられる焼入装置を提供することを目的とするものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a quenching apparatus, an apparatus equipped with an oil tank containing a coolant and an agitator that stirs the coolant so that an upward flow is generated in the coolant in the oil tank is known.
As the coolant, an appropriate oil type and an appropriate oil temperature are selected depending on the mass, shape, hardenability, and the like of the steel material part. Further, the cooling capacity is adjusted by stirring at an appropriate flow rate.
When the treated product is immersed in the agitated coolant, the cooling rate varies between the sun and the shade on the opposite side of the treated product that are directly hit by the coolant flow, resulting in carburizing quality (surface hardness). , Effective hardened layer depth, internal hardness, etc.) and heat treatment strain variation.
In addition, several tens of processed products are processed together by a tray, a jig or the like. For this reason, in addition to the processed product itself, the flow of the coolant is blocked by the tray, jig, etc., resulting in variations in the flow velocity within the tray, which is also a cause of variations in heat treatment strain.
This invention solves all the above-mentioned problems, reduces the variation in the cooling rate of the coolant with respect to the treated product, and can suppress the variation in carburizing quality and heat treatment strain, and the quenching apparatus used therefor Is intended to provide.
この発明による焼入方法は、油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、2〜10秒の周期で、処理品を縦および/または横方向に揺動させるものである。
この発明による焼入方法では、攪拌を停止した焼入油中で処理品を揺動させることにより、処理品に対する焼入油の流速を均一することができる。もし仮に、攪拌中の焼入油に処理品を浸漬すると、処理品の日向と、これと反対側の日陰では、冷却速度にばらつきが生じるが、その点、この発明では心配が無い。したがって、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することができる。しかも、揺動周期が、2〜10秒であるため、最適な冷却とすることができる。
この発明による他の焼入方法は、油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが大である場合に、処理品を縦方向に揺動させ、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが小である場合に、処理品を横方向に揺動させるものである。
この発明による他の焼入方法では、処理品の形状によって縦または横の揺動方向が選択されるため、最適な焼入を行うことができる。
この発明による焼入装置は、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を縦方向に揺動させる縦揺動手段と、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を横方向に揺動させる横揺動手段とを備えているものである。
この発明による焼入装置では、縦揺動手段および横揺動手段のいずれか一方を用いて、焼入油中で処理品を揺動させることにより、処理品に対する焼入油の流速を均一することができる。したがって、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することができる。
さらに、焼入装置に、縦および横の揺動周期を2〜10秒とするように縦揺動手段および横揺動手段を制御する制御手段が備わっていると、最適な冷却とすることができる。
さらに、焼入装置には、縦揺動手段が、処理品を積載したトレーをまたがらせる一対の昇降レールと、昇降レールを昇降させる流体圧シリンダとを備えていると、昇降レールの昇降速度およびストロークを変更することにより、縦方向の揺動周期およびストローク等を簡単に変更することができる。
また、横揺動手段が、複数の並列状ローラよりなりかつトレーを受けるローラ列と、ローラ列で受けられたトレーを押動させる押動機構とを備えていると、簡単な機構でもって、処理品を横方向に揺動させることができる。
また、押動機構が、ピストンロッドの先端をトレーの一端に当接させうるように配置されている流体圧シリンダと、トレーの他端を弾性支持するばねとを備えていると、ピストンロッドの動作速度およびストロークを変更することにより、横方向の揺動周期およびストローク等を簡単に変更することができる。
また、昇降レールの昇降経路とローラ列が交差させられ、昇降経路と交差するヵ所において、ローラ列の隣り合うローラ間に、昇降レールを通過させうる間隙が形成されていると、同間隙を通過させるように昇降レールを昇降させることにより、昇降レールおよびローラ列間でトレーの受け渡しをすることができる。In the quenching method according to the present invention, the quenching oil in the oil tank is agitated to equalize the oil temperature, the agitation is stopped, and the treated product is immersed in the quenching oil in the oil tank for 2 to 10 seconds. The processed product is swung vertically and / or horizontally in a cycle.
In the quenching method according to the present invention, the flow rate of the quenching oil with respect to the treated product can be made uniform by swinging the treated product in the quenching oil whose stirring is stopped. If the treated product is immersed in the quenching quenching oil, the cooling rate varies between the sun and the shade on the opposite side of the treated product, but there is no concern in this invention. Therefore, the variation in the cooling rate of the coolant with respect to the processed product can be reduced, and the variation in the carburizing quality and the heat treatment strain can be suppressed. Moreover, since the oscillation cycle is 2 to 10 seconds, optimal cooling can be achieved.
In another quenching method according to the present invention, the quenching oil in the oil tank is agitated to equalize the oil temperature, and then the stirring is stopped and the treated product is immersed in the quenching oil in the oil tank. When the size in the horizontal direction is larger than the size in the vertical direction, the processed product is swung in the vertical direction, and the size in the horizontal direction is smaller than the size in the vertical direction of the processed product. The product is swung horizontally.
In another quenching method according to the present invention, the vertical or horizontal rocking direction is selected depending on the shape of the processed product, so that optimum quenching can be performed.
The quenching apparatus according to the present invention includes a vertical swinging means for swinging a treated product in a vertical direction while the treated product is immersed in the quenching oil in the oil bath, and a treated product immersed in the quenching oil in the oil bath. In this state, a horizontal swinging means for swinging the processed product in the horizontal direction is provided.
In the quenching apparatus according to the present invention, the flow rate of the quenching oil with respect to the processed product is made uniform by swinging the processed product in the quenching oil using either one of the vertical rocking means and the horizontal rocking means. be able to. Therefore, the variation in the cooling rate of the coolant with respect to the processed product can be reduced, and the variation in the carburizing quality and the heat treatment strain can be suppressed.
Furthermore, if the quenching apparatus is provided with a control means for controlling the vertical swing means and the horizontal swing means so that the vertical and horizontal swing periods are 2 to 10 seconds, optimal cooling can be achieved. it can.
Further, in the quenching apparatus, when the vertical swing means includes a pair of elevating rails that straddle the tray loaded with the processed products and a fluid pressure cylinder that elevates the elevating rails, the elevating speed of the elevating rails Further, by changing the stroke, the vertical oscillation period, stroke, and the like can be easily changed.
Further, when the laterally swinging means includes a roller row composed of a plurality of parallel rollers and receiving the tray, and a pushing mechanism for pushing the tray received by the roller row, with a simple mechanism, The processed product can be swung laterally.
In addition, when the pushing mechanism includes a fluid pressure cylinder disposed so that the tip of the piston rod can be brought into contact with one end of the tray, and a spring that elastically supports the other end of the tray, By changing the operation speed and the stroke, the horizontal oscillation cycle, the stroke, and the like can be easily changed.
In addition, when the lifting rail and the roller train intersect with each other, and there is a gap that allows the lifting rail to pass between the adjacent rollers in the roller train at the intersection, the passage passes through the clearance. By raising and lowering the elevating rail so as to make it happen, the tray can be delivered between the elevating rail and the roller train.
図1は、荷姿が平置きである処理品の説明図である。
図2は、荷姿が刀掛けである処理品の説明図である。。
図3は、焼入装置の垂直縦断面図である。
図4は、焼入装置の水平横断面図である。
図5は、揺動焼入のサイクル線図である。
図6は、焼入品の揺動速度と内部硬さの関係を示す表である。
図7は、焼入品の揺動周期と内部硬さのばらつきの関係を示す表である。
図8は、荷姿の相違に基づく歯車の焼入結果を示す表である。FIG. 1 is an explanatory view of a processed product in which the packing form is flat.
FIG. 2 is an explanatory view of a processed product having a sword rack. .
FIG. 3 is a vertical longitudinal sectional view of the quenching apparatus.
FIG. 4 is a horizontal cross-sectional view of the quenching apparatus.
FIG. 5 is a cycle diagram of swing quenching.
FIG. 6 is a table showing the relationship between the rocking speed of the quenched product and the internal hardness.
FIG. 7 is a table showing the relationship between the fluctuation cycle of the quenched product and the variation in internal hardness.
FIG. 8 is a table showing the quenching results of the gears based on the difference in the packing form.
この発明の実施の形態を図面を参照してつぎに説明する。
図1および図2に、歯車のようなリング状処理品Sの荷姿が示されている。図1では、トレーT1の上面には複数の垂直棒状治具J1が立てられている(紙面と直交する方向にもある)。各治具J1には複数の処理品Sが所定間隔ではめ被せられている。これを、平置きの荷姿と称する。図2では、トレーT2の上面の両端に一対のポストPが立てられている。両ポストPには上下に間隔をおいて水平棒状治具J2が渡し止められている(紙面と直交する方向にもある)。各治具J2には複数の処理品Sが所定間隔ではめ被せられている。これを、刀掛けの荷姿と称する。
平置きの荷姿の場合、処理品Sの厚み、すなわち、処理品Sの縦方向(上下方向)の大きさよりも、処理品Sの外径、すなわち、処理品Sの横方向(左右または前後などの方向)の大きさが大である。刀掛けの荷姿の場合、大小の関係が平置きの荷姿の場合の逆である。
以下、双方の荷姿の処理品Sを、トレーT1、T2および治具J1、J2等を含めて、ワークWと称することとする。
図3および図4を参照すると、焼入装置は、焼入油Oを貯めている油槽11と、油槽11内の焼入油Oに上向きの流れが生じるように焼入油Oを攪拌する攪拌機12と、油槽11内の焼入油OにワークWを浸漬させた状態で、ワークWを縦方向に揺動させる縦揺動手段13と、油槽11内の焼入油OにワークWを浸漬させた状態で、ワークWを横方向に揺動させる横揺動手段14(図3,4では左右方向として例示している)とを備えている。
油槽11内は、垂直隔壁21によって左処理室22および右攪拌室23に仕切られている。処理室22の左側壁上部には出入口24が設けられている。
攪拌機12は、攪拌室23内において焼入油Oの液面を上下に貫通するようにのびた垂直回転軸31と、回転軸31の上端に連結されているモータ32と、回転軸31の下端に取付られているスクリュー33と、隔壁21を貫通するように設けられている整流ダクト34とを備えている。
整流ダクト34は、スクリュー33を取囲む位置から下向きにのびて、処理室22の底面中央近くで上向きに開口させられている。スクリュー33の回転によって攪拌室23内には、焼入油Oの下向きの流れが生じるが、これが、整流ダクト34によって、処理室22内において上向きの流れとなるようにに導かれる。
縦揺動手段13は、油槽11の後側壁に設けられている垂直ガイドレール41と、ガイドレール41にそって昇降させられる昇降体42と、昇降体42から前向きに突き出し互いに平行にのびた左右一対の昇降レール43と、昇降体42に連結されたピストンロッドを有しかつ油槽11頂壁に垂直下向きに装備されている縦揺動用流体圧シリンダ44とを備えている。
横揺動手段14は、焼入油O中において、昇降レール43の昇降経路と交差させられるように互いに平行にのびかつ左右方向に並んだ複数の並列状ローラ51よりなる前後一対のローラ列52と、ピストンロッドの先端をローラ列52の左端に臨ませかつ油槽11の左側壁に貫通させられているピストンロッドを有する横揺動用流体圧シリンダ53と、両ローラ列52間を左右方向にのびかつ右端を隔壁21に固定されている圧縮コイルばね54とを備えている。
ローラ列52のローラ51のうち、昇降レール43の昇降経路と交差させられる部分のローラ51は、隣り合うもの同士間に昇降レール43を通過させうる間隙Cを有している。
ワークWは、図示しない加熱室で、必要に応じて浸炭や浸炭窒化等が行われる。
焼入油Oは、攪拌機12によって攪拌されかつ処理される鋼種に適した温度に保たれている。油温が均一化された後、攪拌は停止する。油温の均一化のために必要な攪拌時間は予め実験的に求めておく。
昇降レール43は、その昇降ストロークの上限で待機させられている。図示しない搬送手段によって処理室22内に搬入されたワークWは、昇降レール43にまたがってのせられる。縦揺動用流体圧シリンダ44のピストンロッドを進出させると、昇降レール43が下降させられる。ワークWは、焼入油Oに浸漬される。
油槽11内の焼入油OにワークWを浸漬させた状態で、ワークWを縦または横方向に揺動させることになるが、ワークWの荷姿によって、縦および横の揺動方向が選択される。平置きの荷姿の場合、揺動方向は、縦とする。刀掛けの荷姿の場合、揺動方向は、横が選択される。
揺動方向が縦の場合、昇降レール43の下降は、ローラ列52の上方までとする。縦揺動用流体圧シリンダ44のピストンロッドの伸縮を繰り返すことにより、昇降レール43とともにワークWを縦方向に揺動させる。
揺動方向が横の場合、昇降レール43をローラ列52の下方まで下降させる。昇降レール43がローラ51間の間隙Cを通過する際に、ワークWは昇降レール43からローラ列52に移し替えられる。
ワークWを移し替える際、横揺動用流体圧シリンダ53のピストンロッドは、退入させておく。移し替えられたワークWは、両ローラ列52にまたがった状態で受けられる。
両ローラ列52でワークWが受けられると、横揺動用流体圧シリンダ53のピストンロッドを進出させて、その先端を、ワークWの左端に当接させる。ばね54の左端はワークWの右端に当接させられる。
今度は、横揺動用流体圧シリンダ53のピストンロッドを伸縮させる。そうすると、ばね54を伸縮させながら、ワークWは横方向に揺動させられる。この揺動を所定時間経過した後、横揺動用流体圧シリンダ53のピストンロッドの伸縮を停止し、そのピストンロッドを退入させる。
縦揺動用流体圧シリンダ44のピストンロッドを退入させて昇降レール43を上昇させる。昇降レール43がローラ51間の間隙Cを通過する際に、ワークWは、ローラ列52から昇降レール43に乗り移り、昇降レール43とともに上昇させられ、焼入油O中から引上げられる。
なお、上記縦または横揺動用のピストンロッドの進退速度は、スピードコントローラにより調整可能とされている。
つぎに、好ましい揺動条件を設定するためにテストを行ったのでこれを説明する。径25mm、長さ10mmのテストピースを用い、850℃から焼入を行った。
図5に、揺動焼入のサイクル線図が示されている。図5は、縦揺動の場合を示しているが、横揺動の場合、図5における上下を左右と読み替えることとする。
図5において、上昇ストロークを開始してから、つぎの下降ストロークを開始するまでに経過する時間T/2と、下降ストロークを開始してから、次の上昇ストロークを開始するまでに経過する時間T/2とは等しい。上昇ストロークを開始してから、次の上昇ストロークを開始するまでに経過する時間Tを、揺動時間と定義する。揺動時間Tには、ストロークの停止時間が含まれている。
図6は、揺動速度Vとテストピース内部硬さのばらつきの関係を示すものである。揺動速度Vが速くなる程、テストピース内部硬さは硬くなっていく。
図7に、揺動周期Tとテストピース内部硬さのばらつきの関係が示されている。図7から、揺動周期Tは10秒以下が好ましいことが分かる。また、同図から、好ましくは、揺動周期Tは2秒以上である。
図8は、歯車部品に揺動焼入を適用した例を示すものである。歯車部品の材質は、SCrとSCMの2種とした。2種の材質の歯車のいずれにおいても、荷姿が刀掛けの場合、横揺動が好ましく、荷姿が平置きの場合、縦揺動が好ましいことが分かる。
以上は、揺動方向を縦または横として説明した。とくに、横方向に関しては、図3および図4に示す左右に限定されることなく、前後であってもよいし、前後および左右の中間方向であって良いことは勿論である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 show the packing state of a ring-shaped processed product S such as a gear. In FIG. 1, a plurality of vertical bar jigs J1 are erected on the upper surface of the tray T1 (also in a direction perpendicular to the paper surface). Each jig J1 is covered with a plurality of processed products S at a predetermined interval. This is called a flat packaging. In FIG. 2, a pair of posts P are erected on both ends of the upper surface of the tray T2. A horizontal bar-like jig J2 is secured to both posts P with a vertical gap (also in a direction perpendicular to the paper surface). Each jig J2 is covered with a plurality of processed products S at a predetermined interval. This is referred to as a sword rack.
In the case of flat packaging, the outer diameter of the processed product S, that is, the lateral direction (left and right or front and rear) of the processed product S is larger than the thickness of the processed product S, that is, the size of the processed product S in the vertical direction (vertical direction). Etc.) is large. In the case of a sword-packed package, the size relationship is the opposite of that of a flat-packed package.
Hereinafter, the processed product S in both packages is referred to as a workpiece W including the trays T1 and T2 and the jigs J1 and J2.
3 and 4, the quenching apparatus includes an
The
The
The rectifying
The
In the quenching oil O, the lateral rocking means 14 includes a pair of front and
Among the
The workpiece W is a heating chamber (not shown), and carburizing, carbonitriding, or the like is performed as necessary.
The quenching oil O is maintained at a temperature suitable for the steel type to be stirred and processed by the
The elevating
While the workpiece W is immersed in the hardened oil O in the
When the swinging direction is vertical, the elevating
When the swinging direction is horizontal, the elevating
When the work W is transferred, the piston rod of the laterally oscillating
When the workpiece W is received by both the
This time, the piston rod of the laterally oscillating
The elevating
The advance / retreat speed of the vertical or lateral swing piston rod can be adjusted by a speed controller.
Next, a test was performed to set a preferable swing condition, which will be described. Quenching was performed from 850 ° C. using a test piece having a diameter of 25 mm and a length of 10 mm.
FIG. 5 shows a cycle diagram of swing quenching. FIG. 5 shows the case of vertical oscillation, but in the case of horizontal oscillation, the top and bottom in FIG.
In FIG. 5, a time T / 2 that elapses from the start of the rising stroke to the start of the next lowering stroke, and a time T that elapses from the start of the lowering stroke to the start of the next rising stroke. Is equal to / 2. The time T that elapses from the start of the rising stroke to the start of the next rising stroke is defined as the swing time. The swing time T includes a stroke stop time.
FIG. 6 shows the relationship between the rocking speed V and the variation in the internal hardness of the test piece. As the swing speed V increases, the internal hardness of the test piece increases.
FIG. 7 shows the relationship between the oscillation period T and the variation in the internal hardness of the test piece. FIG. 7 shows that the oscillation period T is preferably 10 seconds or less. Moreover, from the same figure, Preferably, the rocking | swiveling period T is 2 second or more.
FIG. 8 shows an example in which swing quenching is applied to a gear part. The gear parts were made of two materials, SCr and SCM. In any of the two types of gears, it can be seen that lateral swing is preferable when the load is a sword hook, and vertical swing is preferable when the load is flat.
In the above description, the swinging direction is described as vertical or horizontal. In particular, the lateral direction is not limited to the left and right shown in FIGS. 3 and 4, and may be front and rear, or may be intermediate between the front and rear and left and right.
この発明による焼入方法は、例えば、歯車やベアリング等の鉄鋼部品に浸炭焼入を施すために焼入するのに適している。 The quenching method according to the present invention is suitable for quenching in order to carburize and quench steel parts such as gears and bearings.
Claims (3)
縦揺動手段が、処理品を積載したトレーをまたがらせる一対の昇降レールと、昇降レールを昇降させる流体圧シリンダとを備えており、
横揺動手段が、複数の並列状ローラよりなりかつトレーを受けるローラ列と、ローラ列で受けられたトレーを押動させる押動機構とを備えており、押動機構が、ピストンロッドの先端をトレーの一端に当接させうるように配置されている流体圧シリンダと、トレーの他端を弾性支持するばねとを備えている焼入装置。With the treated product immersed in the hardened oil in the oil tank, the vertical swinging means for swinging the treated product in the vertical direction and the treated product immersed in the hardened oil in the oil tank A horizontal swinging means for swinging in the horizontal direction ,
The vertical swing means includes a pair of lifting rails that straddle a tray loaded with processed products, and a fluid pressure cylinder that lifts and lowers the lifting rails.
The lateral rocking means includes a roller row made up of a plurality of parallel rollers and receiving a tray, and a pushing mechanism for pushing the tray received by the roller row, and the pushing mechanism is a tip of the piston rod. A quenching apparatus comprising: a fluid pressure cylinder disposed so that the end of the tray can be brought into contact with one end of the tray; and a spring that elastically supports the other end of the tray .
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