JP4921989B2

JP4921989B2 - 矯正焼き戻しワークの製造方法

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Publication number: JP4921989B2
Application number: JP2007007527A
Authority: JP
Inventors: 敏行川添
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2008173653A

Description

本発明は、焼入れ工程によって生じたワークの歪みを、ワークの焼き戻し工程中に矯正焼き戻しすることにより除去した矯正焼き戻しワークの製造方法に関する。

ワークの機械加工部に対し、焼入れや焼き戻しの熱処理を施すと、曲がりや捩れ等の歪みが発生するため、通常、焼き戻し工程後に歪み除去のための矯正を行う。

従来技術ではこの場合の矯正方法として、電気炉（バッチ処理）や誘導加熱装置（いわゆる１個流し）で焼き戻し処理をした後、冷間雰囲気下でワークを適当なスパンで支持し、これに上方からプレスして歪みを除去する冷間矯正方法と（例えば非特許文献１）、焼き戻し中に、すなわち熱間雰囲気下でワークを治具で拘束し、歪みの発生を抑制する熱間矯正方法とがあった。

しかし、前者の冷間矯正方法は、冷間時に矯正を行うので矯正回数が多く、サイクルタイムが長いという問題があった。また、場合によっては矯正しきれないこともあり、不良率アップを招いていた。

一方、後者の熱間矯正方法は、熱間雰囲気下で矯正するので、矯正によって発生する残留応力が少なく、また、矯正後に元の変形に戻りにくいという優れた利点を有する。しかしながら、曲がり矯正中は矯正治具でワークを拘束したままであるので、歪み量の程度に応じて矯正量を変えることができず、目的とする矯正量が得られないことがあった。また、治具の脱着や治具の大きさで生産性が落ちたり、ワークに精密な拘束を加えるには治具の熱膨張も考慮しなければならない等のデリケートな設定が必要であるため、サイクルタイムが長く、生産性が悪いという問題もあった。
山住海守著、「ツールエンジニア（第３９巻）熱処理矯正」第１３号、１９９８年１２月号、ｐ．９８−９９

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、後者の利点に着目してその熱間矯正方法を採用するも、その欠点を解消すること、すなわち焼き戻し中のワークに曲がり等の歪みの程度に応じて随時、変更が可能な矯正量を与えることができるとともに、サイクルタイムが短く、しかも不良率の低い、矯正焼き戻しを施したワークの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、焼入れ工程において発生したワー
クの曲がり等の歪みを焼き戻し工程において矯正する、矯正焼き戻しワークの製造方法で
あって、予め、前記焼入れ加工後の歪みが発生したワークを用いて、焼き戻し温度状態においてワークの所定位置を押圧して任意の矯正量を与え、次に除荷し、冷却した後のワークの歪みの変化量を測定し、矯正量と歪みの変化量との相関関係を求めておき、ワークの焼き戻し加工に際して、該ワークを前記焼き戻し温度にまで昇温した後に、前記予め求めた相関関係に基づく矯正量を、ワークの焼き戻しを行いつつ、ワークの所定位置に随時加え、曲がり等の歪みを矯正することを特徴とする。

請求項２に係る本発明は、請求項１に記載の矯正焼き戻しワークの製造方法において、前記ワークの焼き戻し温度までの昇温方法は、該ワークに直接通電して昇温することを特徴とする。

請求項３に係る本発明は、請求項１または請求項２に記載の矯正焼き戻しワークの製造方法において、続いて前記ワークを冷却し、冷間において、前記矯正したワークの歪みを最終矯正することを特徴とする。

請求項１に係る矯正焼き戻しワークの製造方法によれば、焼き戻し時に随時、矯正量とその位置を変更して粗矯正を行うので大きな曲がりが取れ、その後の冷間雰囲気下で最終矯正するので精度の高い歪み矯正が可能になる。

更に、上記粗矯正により大きな歪みが取れるので、トータル矯正回数が減り、サイクルタイムの減少に繋がると共に、不良率も減少する等の多くの利点を有する。

請求項２に係る矯正焼き戻しワークの製造方法によれば、焼き戻し温度までの昇温方法としてワークに直接通電して昇温するので、従来のバッチ炉と異なり、ワーク周囲が解放され、ワークの焼き戻し中にその矯正位置を任意場所に変更しつつ、矯正することができる。

請求項３に係る矯正焼き戻しワークの製造方法によれば、冷間雰囲気下で最終矯正する
ので精度の高い歪み矯正が可能になる。
また、温間時と冷間時の二段階矯正を行うので、ワークの曲がりの程度に応じた矯正量を各段階で与えることができ、より精度の高い矯正が可能となり、矯正時の潰れ等の変形
も少ない。

また、温間時と冷間時の二段階矯正を行うので、ワークの曲がりの程度に応じた矯正量を各段階で与えることができ、より精度の高い矯正が可能となり、矯正時の潰れ等の変形も少ない。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施例）を詳しく説明する。

本発明に係る矯正焼き戻しワークの製造方法の一例をその工程図を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る矯正焼き戻しワークの製造方法の処理手順を示す工程図である。

＜ステップＳ１＞
まず、焼入れ工程において発生したワークの曲がり等の歪みを焼き戻し工程において矯
正する前に、予め、焼入れ加工後の歪みが発生したワークを用いて、焼き戻し温度状態に
おいてワークの所定位置（Ｌ）に任意の矯正量（Ｓ）を与え、これを除荷し、冷却した
後のワークの歪みの変化量（△δ）を測定し、上記焼き戻し時における矯正量（Ｓ）と焼
き戻し後の歪みの変化量（△δ）との相関関係（Ｓ＝ｆ（△δ、Ｌ））を求める。

本ステップの内容を具体的に説明すると、ワークに焼入れ処理を施すとワークには、大別して、弓なりや「へ」の字状曲がりの曲がり現象と、加工部が正規位置から三次元方向に変位した捩れ現象（本発明ではこれらの曲がりや捩れを「歪み」と総称する。）とが生じる。

これらの歪みは、焼き戻し工程中に歪み箇所に曲がりや捩れ方向とは反対方向の力を加えて正規位置まで、場合によってはそれ以上の位置まで変位させて矯正すべきであるが、その場合のワークに加えるべき変位量、すなわち矯正量（Ｓ）と、除荷、冷却後のすなわち焼き戻し工程終了後の歪みの変化量（△δ）との間には、図２（ａ）に示すように、次の相関関係がある。

Ｓ＝ｆ（△δ、Ｌ）
すなわち、「矯正量（Ｓ）」は、図２（ｂ）に示すように、ワークＷに与える変形の大きさ（換言すれば撓み量）を言い、符号Ｌは、上記矯正量（Ｓ）を加えた位置を言う。また、「歪みの変化量（△δ）」とは、図２（ｃ）に示すように、焼入れ加工後の初期歪みに対し、焼き戻し工程中に矯正量（S）を加えた場合において、焼き戻し後のワークＷに生じた歪みの変化量を言う。なお、上述したように、ワークＷに与える変形の大きさである矯正量（Ｓ）は、その位置（Ｌ）における荷重Ｐの大きさも当然関係するが、荷重Ｐは通常、歪み量に比例するから、撓み量である矯正量（Ｓ）で代表できる。

このようなワークＷの所定位置（Ｌ）に焼き戻し時に所定の矯正量（Ｓ）を加えたことにより、除荷、冷却後の焼き戻し後に生ずるワークＷの歪みの変化量（△δ）は、例えば図３の矯正焼き戻し装置１により求めることができる。

これを図３において説明すると、ワークＷは、その全長がＬ１で中心部の上部に軸方向長さがＬ２の範囲で種々の機械加工部Ｗ１が施され、焼入れ加工により歪みが発生しているものである。このワークＷは、床上の絶縁体２上に一定スパンＬ３で並べられた一対のワーク受け３により支持されており、その両端部には、高周波発振機４の電極５がエアシリンダ等の適当な流体シリンダ６より軸方向にプレスされて固定されている。したがって、高周波発振機４は、ワークＷの両端部から直接通電することにより、その全長Ｌ１に渡って上記焼き戻し温度（Ｔ）にまで昇温可能である。

一方、機械加工部Ｗ１の上部には、プレス装置７が設けられており、その出力端７ａは、図示しないコントローラにより、ワークＷの軸方向（Ｘ方向）に移動自在、かつ、油圧、水圧等の適当な流体圧駆動又はボールネジ駆動により上下方向（Ｚ方向）に進退可能である。

よって、プレス装置７は、基準位置であるワークＷの左端Ｏ点から任意の所定距離（Ｌ）位置において、遠隔操作により図２（ｂ）の所定の矯正量（Ｓ）を与えることができる。

このように、本ステップＳ１では、図３の矯正焼き戻し装置１を用いて、この装置１に焼入れ加工後の歪みが発生したワークＷをセットし、高周波発振機４によって焼き戻し温度（Ｔ）にまで昇温し、任意の所定距離（Ｌ）の位置をプレスして任意の矯正量（Ｓ）を与える。

そして、除荷、冷却後のワークＷの歪みの変化量（△δ）を適当な公知の手段で測定し、上記矯正量（Ｓ）と、この矯正量（Ｓ）を加えた所定距離（Ｌ）と、歪みの変化量（△δ）との相関関係を求める。このような相関関係をＸ方向において求め、適当な記憶手段により記憶しておく。

＜ステップＳ２＞
以上のステップＳ１は、準備段階ともいうべきものであり、ステップＳ１が済んだら、以降の矯正焼き戻しステップに入る。

ステップＳ２では、図に示すように別工程の焼入れ工程から焼入れ済みのワークＷを受け入れ、これに対し、前述のステップＳ１で測定したのと同じ距離（Ｌ）及び同じスパン（Ｌ３）において、その位置における初期歪み（δ）を適当な測定器により測定し、適当な記憶手段に記憶しておく。なお、この場合の初期歪み（δ）の測定位置は、通常は一番歪みの大きな位置一点で十分、本発明の作用効果を奏することができるが、複数点を測定してもよい。

＜ステップＳ３＞
次に、測定が終了したワークＷを再び図３の装置において、一定スパンＬ３で支持し、その両端を電極5で掴む。このステップでは、ワークＷをステップＳ１と同一のスパンＬ３で支持することが大切である。

＜ステップＳ４＞
次に、高周波発振機４を作動させ、ワークＷをステップＳ１で昇温したのと同一の焼き戻し温度（Ｔ）にまで昇温する。

＜ステップＳ５＞
ワークＷが目標の焼き戻し温度（Ｔ）にまで達したら、ステップＳ１で予め求めた相関関係に基づく矯正量（Ｓ）を、ワークＷの焼き戻しを行いつつ、プレス装置７によりワークＷの所定位置（Ｌ）に随時加える。

この場合の矯正量（Ｓ）としては、ステップＳ２で測定した焼入れ後のワークＷの歪み量が各測定点の全てにおいて、焼き戻し後に解消されていれば良いのであるから、ステップＳ１で予め求めた相関関係に基づく矯正量（Ｓ）を、すなわち矯正焼き戻し後に得られる図２（ｃ）の歪みの変化量（△δ）により、矯正焼き戻し時に用いる図２（ｂ）の矯正量（Ｓ）を求めるのである。なお、この場合の矯正量（Ｓ）と、ワークＷ上の矯正位置についても、ステップＳ１で求めた矯正量（Ｓ）と歪みの変化量（△δ）とその位置（Ｌ）とに一致するものを用いる。

このような操作をステップＳ２の全測定点において、焼き戻しを行いつつ、ワークＷの軸方向の位置（Ｌ）と、矯正量（Ｓ）とを変えて一定時間行う。

このステップＳ５では、熱間において矯正を行うので、歪みの大きなワークも矯正でき、いわゆる粗矯正が可能となる。

なお、本ステップにおける好ましい焼き戻し温度（Ｔ）と焼き戻し時間（ｔ）は、図４（ａ）に示すように、ワークＷの質量にもよるが、一般に焼き戻し温度が高い場合は短時間でよく、焼き戻し温度が低い場合であっても時間をかければ同様の焼き戻し効果を得ることができるから一概にはいえない。また、高周波発振機４の設定出力（Ｗ）とその焼き戻し時間（ｔ）についても、図４（ｂ）に示すように図４（ａ）の場合と同様の傾向がある。よって、具体的な焼き戻し条件は、ワークＷの質量や要求される硬さ等を考慮して適宜決定する。なお、焼き戻し温度は、いずれにしても焼入れ温度よりは低温度であるので、以下本発明ではこの焼き戻し雰囲気を「温間」と称する。

＜ステップＳ６、ステップＳ7＞
次に、矯正焼き戻しが終了したら、除荷後、冷却する。

ワークＷは、この時点でステップＳ２において測定された歪みが解消される。すなわち、本発明は、ステップＳ２で測定した矯正すべきワークＷの歪み量を、ステップＳ１の相関関係を利用して焼き戻し工程中において矯正するのである。

ワークＷの冷却が完了したら、ワークを矯正焼き戻し装置１から取り出して、矯正焼き戻し後のワークＷにどの程度、残留歪みが残っているかを適当な公知の検査手段で検査する。

＜ステップＳ８＞
ワークＷに残留歪みが残っている場合は、矯正焼き戻し後のワークＷを公知の曲がり矯正機に乗せ、要求されている歪み量（図面規格等）以下になるまで、冷間雰囲気下で矯正し、最終の微調整を行う。

すなわち、上述した本発明の矯正焼き戻しは、矯正焼き戻し工程において、焼き入れ済みのワークＷに対し、ステップＳ２の歪み量測定工程で測定した焼入れ加工後の初期歪み量（δ）を除去するために、この加工後の歪み量（δ）に相当する歪みの変化量（△δ）と相関関係にある矯正量（Ｓ）を温間条件下でワークに加えるのである。

本発明によれば、温間時に随時、矯正量とその位置を変更して粗矯正を行うので大きな曲がりが取れ、その後の冷間雰囲気下で最終矯正するので精度の高い歪み矯正が可能になる。

更に、上記ステップＳ５の粗矯正により大きな歪みが取れるので、トータル矯正回数が減り、サイクルタイムの減少に繋がると共に、不良率も減少する等の多くの利点を有する。

なお、本発明においては、曲がりと捩れとからなる歪みのうち、ワーク軸方向（Ｘ方向）の曲がりのみについて具体的に説明したが、三次元方向の歪みである捩れを矯正する場合は、ワークＷの両端部を拘束した状態でプレス装置７の出力端７ａをＸ方向に移動させて、まずＸ軸方向の曲がりを矯正し、その次に出力端７ａをＸ軸を含む平面内のＹ方向に移動させて、プレスすることにより、ねじれを矯正することができる。

本発明に係る矯正焼き戻しワークの製造方法の一例の処理手順を示す工程図である。図２（ａ）は、本発明の製造方法に用いられる、ワークに加えるべき矯正量（Ｓ）と歪みの変化量（△δ）とワークの測定位置（Ｌ）との相関関係を示す説明図、図２（ｂ）は、加えるべき矯正量（Ｓ）とその位置（Ｌ）との関係を示す模式図、図２（ｃ）は、初期歪みと歪みの変化量（△δ）との関係を示す模式図である。本発明の製造方法で用いられる矯正焼き戻し装置の全体図である。図４（ａ）は、本発明の製造方法に用いられる焼き戻し温度と焼き戻し時間との関係図、図４（ｂ）は、出力と焼き戻し時間との関係図である。

符号の説明

１矯正焼き戻し装置
２絶縁体
３支持体
４高周波発振機
５電極
６流体シリンダ
７プレス装置
Ｌ矯正位置
Ｌ１焼き戻し範囲
Ｌ２機械加工範囲
Ｌ３スパン
△δ 歪みの変化量
Ｐ荷重
Ｓ矯正量

Claims

焼入れ工程において発生したワークの曲がり等の歪みを焼き戻し工程において矯正する
、矯正焼き戻しワークの製造方法であって、
予め、前記焼入れ加工後の歪みが発生したワークを用いて、焼き戻し温度状態において
ワークの所定位置を押圧して任意の矯正量を与え、次に除荷し、冷却した後のワークの
歪みの変化量を測定し、矯正量と歪みの変化量との相関関係を求めておき、
ワークの焼き戻し加工に際して、該ワークを前記焼き戻し温度にまで昇温した後に、前記予め求めた相関関係に基づく矯正量を、ワークの焼き戻しを行いつつ、ワークの所定位置に随時加え、曲がり等の歪みを矯正することを特徴とする矯正焼き戻しワークの製造方法。
前記ワークの焼き戻し温度までの昇温方法は、該ワークに直接通電して昇温することを
特徴とする請求項１に記載の矯正焼き戻しワークの製造方法。
続いて、前記ワークを冷却し、冷間において、前記矯正したワークの歪みを最終矯正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の矯正焼き戻しワークの製造方法。