JP5595017B2 - Heat treatment method for plate workpiece - Google Patents
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Description
本発明は、金属製の板状ワークを熱処理する熱処理方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment method for heat treating a metal plate workpiece.
所望の機械的特性を得るために、金属製の板状ワークに熱処理(例えば、焼入れ、焼戻し、焼鈍し等)することが行われている。例えば、機械部品の一種である皿ばねでは、所望のばね性能となる機械的硬度を得るために、焼入れ、焼戻し等の熱処理が行われる。このような熱処理には、通常、加熱炉(バッチ式、連続式)が用いられている(例えば、特許文献1)。 In order to obtain desired mechanical properties, a metal plate workpiece is subjected to heat treatment (for example, quenching, tempering, annealing, etc.). For example, in a disc spring which is a kind of mechanical component, heat treatment such as quenching and tempering is performed in order to obtain mechanical hardness that achieves desired spring performance. A heating furnace (batch type, continuous type) is usually used for such heat treatment (for example, Patent Document 1).
加熱炉を用いて熱処理する方法は、一度に大量のワークを処理できる反面、ワークの昇温に時間を要し、熱処理時間が長くなる。その結果、設備が大型化して、立上げに時間がかかるためランニングコストが増加し、あるいは、炉内のワークの位置によってワークの温度が異なり、その特性(硬度等)にばらつきが生じる場合がある。そこで、本願発明者らは、短時間でワークを昇温可能な熱処理方法として、電磁誘導加熱による熱処理方法を提案している(特願2009−268411)。しかしながら、電磁誘導加熱を利用する熱処理方法では、ワークを短時間に加熱することができる反面、ワークを1個ずつ処理しなければならないため、生産性が低いという問題がある。 Although the method of performing heat treatment using a heating furnace can process a large amount of workpieces at one time, it takes time to raise the temperature of the workpiece, and the heat treatment time becomes longer. As a result, the equipment becomes larger and it takes time to start up, so the running cost increases, or the temperature of the workpiece varies depending on the position of the workpiece in the furnace, and the characteristics (hardness, etc.) may vary. . Therefore, the inventors of the present application have proposed a heat treatment method using electromagnetic induction heating as a heat treatment method capable of raising the temperature of a workpiece in a short time (Japanese Patent Application No. 2009-268411). However, the heat treatment method using electromagnetic induction heating can heat workpieces in a short time, but has a problem of low productivity because the workpieces must be processed one by one.
本願は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、生産性の高い電磁誘導加熱によるワーク熱処理方法を提供することを目的とする。 The present application has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a work heat treatment method by electromagnetic induction heating with high productivity.
本願は、貫通孔を有する金属製の板状ワークを熱処理する方法に関する。この板状ワークは、貫通孔の周囲を一巡する電流経路が形成可能となっている。この熱処理方法は、貫通孔の位置が一致するように複数のワークを積層する積層工程と、積層された複数のワークの各貫通孔を貫くように設置されたコアに交番磁束を発生させることで、各ワークの電流経路に電流を誘導してワークを加熱する加熱工程と、を有している。 The present application relates to a method for heat-treating a metal plate-shaped workpiece having a through hole. The plate-like workpiece can form a current path that makes a round around the through hole. This heat treatment method includes a laminating step of laminating a plurality of workpieces so that the positions of the through holes coincide with each other, and generating an alternating magnetic flux in a core installed so as to penetrate each through hole of the laminated plurality of workpieces. And a heating step of heating the workpiece by inducing current in the current path of each workpiece.
この熱処理方法では、貫通孔の位置が一致するように複数のワークを積層し、その積層した複数のワークの各貫通孔を貫くようにコアを設置し、そのコアに交番磁束を発生させる。これによって、複数のワークに同時に誘導電流が流れ、複数のワークを同時に熱処理することができる。このため、生産性を向上することができる。 In this heat treatment method, a plurality of workpieces are stacked so that the positions of the through holes coincide with each other, a core is installed so as to penetrate each through hole of the stacked plurality of workpieces, and an alternating magnetic flux is generated in the core. Thereby, an induced current flows through a plurality of workpieces simultaneously, and the plurality of workpieces can be heat-treated at the same time. For this reason, productivity can be improved.
上記の熱処理方法において、加熱工程では、ワークの磁気変態点以下の温度範囲内でワークを加熱することが好ましい。熱処理温度をワークの磁気変態点以下とすることで、ワークの磁気特性が安定した状態で熱処理を行うことができる。 In the above heat treatment method, in the heating step, it is preferable to heat the workpiece within a temperature range below the magnetic transformation point of the workpiece. By setting the heat treatment temperature to be equal to or lower than the magnetic transformation point of the workpiece, the heat treatment can be performed in a state where the magnetic properties of the workpiece are stable.
また、上記の熱処理方法は、平面視するとリング状の板材であるワークの熱処理に好適に用いることができる。この場合、ワークの貫通孔の寸法が30〜395mmであり、その外径が35〜400mmであり、その板厚が1〜100mmであり、その板幅が2.25〜56.25mmであるときは、コアに発生させる交番磁束の周波数を50〜1000Hzとすることが好ましい。このような条件でリング状のワークを加熱することで、ワークを短時間で加熱することができ、生産性をより向上することができる。 In addition, the above heat treatment method can be suitably used for heat treatment of a workpiece that is a ring-shaped plate material in plan view. In this case, when the dimension of the through hole of the workpiece is 30 to 395 mm, the outer diameter is 35 to 400 mm, the plate thickness is 1 to 100 mm, and the plate width is 2.25 to 56.25 mm The frequency of the alternating magnetic flux generated in the core is preferably 50 to 1000 Hz. By heating the ring-shaped workpiece under such conditions, the workpiece can be heated in a short time, and the productivity can be further improved.
上記の熱処理方法では、複数のワークを積層した状態で加熱するため、積層されたワークのうち上端側及び下端側のワークからは熱が逃げ易く、中央のワークには熱がこもり易くなる。このため、各ワークへの入熱量が等しいと、加熱時間が経過するのに伴って上端側及び下端側のワークと中央のワークとの間に温度差が生じる。ワーク間で温度差が生じると、ワーク間で熱処理条件が異なることとなる。本願発明者らの研究によると、交番磁束の周波数が高くなるほど、上端側及び下端側のワークが中央のワークより加熱され易くなることが判明した。そこで、上記の熱処理方法では、加熱工程が、ワークの温度が時間の経過に伴って上昇する昇温工程と、昇温工程によって昇温したワークをその温度で保持する保持工程を有することができる。この場合に、昇温工程における交番磁束の周波数f1が、保持工程における交番磁束の周波数f2より低いことが好ましい。昇温工程でも交番磁束の周波数を高くして上端側及び下端側のワークを中央のワークより加熱してもよいが、交番磁束の周波数が高いとワークの昇温に時間がかかるため、交番磁束の周波数を低くして、ワークを短時間で加熱する。一方、保持工程は、各ワークの温度が上昇した後に行われる工程であり、各ワークを同一条件で加熱すると、各ワークに温度差が生じ易い。このため、保持工程では、交番磁束の周波数を高くすることで、上端側及び下端側のワークが中央のワークよりもより加熱される。これによって、積層された複数のワーク間に温度差が生じることを抑制することができる。 In the above heat treatment method, heating is performed in a state where a plurality of workpieces are stacked, so that heat easily escapes from the upper end side and lower end side workpieces of the stacked workpieces, and heat tends to accumulate in the central workpiece. For this reason, if the amount of heat input to each workpiece is equal, a temperature difference occurs between the upper and lower workpieces and the central workpiece as the heating time elapses. When a temperature difference occurs between the workpieces, the heat treatment conditions differ between the workpieces. According to the study by the present inventors, it has been found that the work on the upper end side and the lower end side is more easily heated than the center work as the frequency of the alternating magnetic flux increases. Therefore, in the above heat treatment method, the heating step can include a temperature raising step in which the temperature of the workpiece rises with time, and a holding step for holding the workpiece heated in the temperature raising step at that temperature. . In this case, the frequency f1 of the alternating magnetic flux in the temperature raising step is preferably lower than the frequency f2 of the alternating magnetic flux in the holding step. Even in the temperature raising process, the frequency of the alternating magnetic flux may be increased to heat the upper end and lower end workpieces from the center workpiece. However, if the frequency of the alternating magnetic flux is high, it takes time to heat up the workpiece. The workpiece is heated in a short time with a low frequency. On the other hand, a holding process is a process performed after the temperature of each workpiece | work rises, and when each workpiece | work is heated on the same conditions, it will be easy to produce a temperature difference in each workpiece | work. For this reason, in a holding process, the work of an upper end side and a lower end side is heated more than the work of a center by making the frequency of an alternating magnetic flux high. Thereby, it can suppress that a temperature difference arises between several laminated | stacked workpiece | work.
上記の熱処理方法の加熱工程においては、積層された複数のワークが、その積層方向に0.4〜1.0MPaの圧力が作用した状態で保持されることが好ましい。交番磁束の周波数を低くした場合、積層されたワークが振動し、騒音が発生する。このため、積層されたワークに圧縮方向の圧力を作用させることで、ワークの振動を抑制し、騒音を抑えることができる。 In the heating step of the heat treatment method described above, it is preferable that the plurality of stacked workpieces are held in a state where a pressure of 0.4 to 1.0 MPa is applied in the stacking direction. When the frequency of the alternating magnetic flux is lowered, the stacked workpieces vibrate and generate noise. For this reason, the pressure of a compression direction is made to act on the laminated | stacked workpiece | work, the vibration of a workpiece | work can be suppressed and a noise can be suppressed.
本発明を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態の熱処理方法を実行するための加熱装置10の概略構成について説明する。図1に示すように、加熱装置10は、第1鉄心12と第2鉄心16と第3鉄心14を備えている。各鉄心12,14,16は、積層された電磁鋼板によって構成されており、その断面は矩形状となっている。
An embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the
第1鉄心12は、その先端が下方に折れ曲がっている。第1鉄心12の基端は、上下方向にスライド移動可能に第3鉄心14に組付けられている。第1鉄心12は、図示しない昇降機構によって上下方向に駆動される。第2鉄心16は、その先端が上方に折れ曲がり、第1鉄心12の先端面と対向している。第2鉄心16の基端は、第3鉄心14に組付けられている。第1鉄心12と第2鉄心16は、第3鉄心14によって磁気的に接続されている。
The front end of the
第1鉄心12の先端面と第2鉄心16の先端面との間には補助鉄心30が配置されている。補助鉄心30は、上述した鉄心12,14,16と同様、積層された電磁鋼板によって構成されている。補助鉄心30は、第1鉄心12に固定されている。このため、第1鉄心12が昇降機構によって上下に移動すると、補助鉄心30も上下に移動する。これによって、第1鉄心12の先端面と第2鉄心16の先端面との間に被加熱物32をセットする際に、補助鉄心30が邪魔となることはない。補助鉄心30が第2鉄心16に接続されると、第1鉄心12と第2鉄心16と第3鉄心14と補助鉄心30によって磁気回路が形成される。
An
第1鉄心12には第1コイル26が巻回されている。第2鉄心16には第2コイル36が巻回されている。第1コイル26と第2コイル36は電源装置22に接続されている。電源装置22は、第1コイル26と第2コイル36に所定電圧及び所定周波数の交流を印加する。これによって、第1鉄心12と第2鉄心16と第3鉄心14と補助鉄心30によって形成される磁気回路に交番磁束が発生する。第1コイル26と第2コイル36に流れる電流は、電流計24によって計測される。電流計24で計測された電流値は、制御装置20に入力される。制御装置20は、電流計24で計測される電流値に基づいて電源装置22を制御する。これによって、第1コイル26と第2コイル36に所望の電圧及び周波数の交流が印加される。なお、制御装置20は、第1鉄心12を上下方向に駆動する昇降機構(図示省略)や、被加熱物32の搬送等を行う搬送装置(図示省略)等を制御する。
A
上述した加熱装置10により熱処理される被加熱物(ワーク)32は、金属製の板材であって、熱処理時に補助鉄心30を貫通させるための貫通孔を有している。被加熱物32は、貫通孔周りに電気的に連続する連続体であり、貫通孔の周囲を一巡する電流経路が形成可能となっている。被加熱物32としては、例えば、平面視するとリング状の板材が挙げられる。被加熱物32の具体例としては、機械部品の一種である皿ばね、ワッシャ等とすることができる。
The object to be heated (work) 32 to be heat-treated by the
なお、被加熱物32は、熱処理時において貫通孔の周囲を一巡する電流経路が形成可能であればよく、熱処理後はこの条件が満足される必要はない。このため、リング状の板材として熱処理を行った後に、リング状の板材の一部を除去して最終製品としてもよい。また、被加熱物32の貫通孔のサイズに制限はない。被加熱物32の貫通孔のサイズに合わせて補助鉄心30を変更すればよいためである。
It should be noted that the object to be heated 32 only needs to be able to form a current path that goes around the through hole during heat treatment, and it is not necessary to satisfy this condition after the heat treatment. For this reason, after heat-processing as a ring-shaped board | plate material, it is good also as a final product by removing a part of ring-shaped board | plate material. Moreover, there is no restriction | limiting in the size of the through-hole of the to-
被加熱物32は、上述したように貫通孔を有する種々の機械部品とすることができるが、以下では、皿ばねを例に、本実施形態の熱処理方法を具体的に説明する。図3に示すように、皿ばね40は、部分円錐筒形状を有するばね部材34で構成されている。ばね部材34は、ばね鋼(例えば、SK85,S60C等)で形成することができる。
Although the to-
皿ばね40は、図2,4に示すように、積層された状態で加熱装置10へ設置され、積層された状態のまま熱処理が実施される。(図2,4では、複数枚の皿ばね40が積層された皿ばね群を参照番号32で示し、一枚の皿ばねを参照番号40で示している。)具体的には、加熱装置10の第1鉄心12と第2鉄心16との間には支持板44が設置されている(図1では図示省略、図2に図示)。図2に示すように、支持板44の中心には、貫通孔44aが形成されている。複数の皿ばね40は、支持板44上に積層される。複数の皿ばね40が積層された状態では、各皿ばね40の貫通孔の位置が一致し、また、その一致した貫通孔と支持板44の貫通孔44aの位置も一致している。皿ばね群32を熱処理する際には、皿ばね群32の貫通孔と支持板44の貫通孔44a内に、補助鉄心30を配置する。この状態で第1コイル26及び第2コイル36に交流を印加し、鉄心12,14,16及び補助鉄心30に交番磁束を発生させる。この交番磁束によって各皿ばね40に二次電流が誘導され、その二次電流のジュール熱によって各皿ばね40が加熱される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
支持板44上に積層された皿ばね群(被加熱物)32には、図2に示すように、図示しない加圧装置からの圧縮力(積層方向の力)が押え板46を介して付与される。皿ばね群32に圧縮力が付与されることで、加熱処理時の騒音を低減することができる。すなわち、補助鉄心30に発生する交番磁束の周波数を低くすると、加熱装置10が振動、あるいは、皿ばね群32が振動して騒音が発生する。加熱処理時に皿ばね群32に圧縮力を付与することで、加熱処理時に発生する騒音を低減することができる。なお、圧縮力を発生させる加圧装置(図示省略)は、制御装置20によって制御される。
As shown in FIG. 2, a compression force (force in the stacking direction) from a pressure device (not shown) is applied to the disc spring group (object to be heated) 32 stacked on the
また、図2に示すように、支持板44の外周には、防風壁42が設置されている。防風壁42は、皿ばね群32の外周面を取囲んでいる。皿ばね群32の外周面を防風壁42が取囲むことで、皿ばね群32からの放熱が抑制される。防風壁42は、断熱効果が高いセラミックなどの材料を用いて製作することができる。
Further, as shown in FIG. 2, a
なお、防風壁42は、図5に示すように、皿ばね群32の周囲を切れ目なく取囲む形状とすることができる。この場合は、防風壁42の材料を不導体(例えば、セラミック等)とすることが好ましい。防風壁42を不導体とすることで、防風壁42内に二次電流が誘導されることを防止することができる。これによって、皿ばね群32は、皿ばね群32内を流れる二次電流のみによって加熱されることとなり、皿ばね群32を安定して加熱することができる。
In addition, the
あるいは、図6に示す防風壁48のように、周方向の一部に開放部48aが形成されていてもよい。防風壁48に開放部48aを形成することで、皿ばね群32を観察することが可能となる。かかる構成を採用する場合は、例えば、皿ばね群32の温度を、開放部48aを介して非接触式温度計(サーモグラフィ,放射温度計等)によって計測することができる。すなわち、加熱時には皿ばね群32に二次電流が誘導されるため、接触式温度計(例えば、熱電対)では皿ばね群32の温度を正確に計測できない。防風壁48に開放部48aを形成することで、非接触で皿ばね群32の温度を計測することができ、皿ばね群32の温度を正確に計測することができる。制御装置20は、計測した皿ばね群32の温度に基づいて電源装置22を制御することで、皿ばね群32の温度を所望の温度に制御することができる。
Or the
なお、防風壁48に設ける開放部48aを大きくすると、皿ばね群32を観察し易くなる反面、開放部48aを介して皿ばね群32からの放熱が促進され、また、皿ばね群32の周囲の気流が影響を受ける。このため、開放部48aは、これらの影響が最小限となるように、非接触式温度計の最小測定寸法を確保できるだけの寸法とすることが望ましい。
In addition, if the
次に、加熱装置10によって皿ばね群32を熱処理する際の手順を説明する。なお、本実施形態の熱処理技術は、種々の熱処理(焼入れ、焼戻し、焼鈍し等)に適用できるが、ここでは焼戻し処理を実施する場合を説明する。まず、制御装置20は、昇降機構を駆動して第1鉄心12を上方に移動させる。これによって、補助鉄心30も上方に移動し、補助鉄心30と第2鉄心16との間にスペースが形成される。その結果、支持板44上に皿ばね40を設置することが可能となる。
Next, a procedure for heat-treating the
次いで、制御装置20は、搬送装置を駆動し、支持板44の上に複数の皿ばね40を積層してゆく。この際、各皿ばね40の貫通孔と支持板44の貫通孔44aとが一致するように積層する。なお、皿ばね40の積層枚数は、加熱装置10の大きさ、皿ばね40の板厚等に応じて適宜決定することができる。本実施形態では、15枚の皿ばね40を積層している。
Next, the
支持板44上に皿ばね40を積層すると、次に、制御装置20は、昇降機構を駆動して第1鉄心12を下方に移動させる。これによって、支持板44上に積層された皿ばね群32の貫通孔を補助鉄心30が貫通し、補助鉄心30と第2鉄心16が接続される。その結果、鉄心12,14,16,30によって磁気回路が形成される。
If the
次いで、制御装置20は、加圧装置を駆動して押え板46を皿ばね群32に向かって移動させ、皿ばね群32に圧縮力を作用させる。皿ばね群32に作用させる圧縮力は、0.4〜1.0MPaの圧力とすることができる。皿ばね群32に上記の圧力範囲の圧縮力を作用させることで、加熱時に皿ばね群32が振動することが抑えられ、皿ばね群32の振動による騒音が低減される。
Next, the
加熱装置10への皿ばね群32の設置が終了すると、制御装置20は、電源装置22を駆動して第1コイル26及び第2コイル36に交流を印加する。これによって、補助鉄心30に交番磁束が発生し、皿ばね群32の各皿ばね40に二次電流(補助鉄心30の周りを一巡する渦電流)が誘導される。皿ばね群32の各皿ばね40は、誘導された二次電流によるジュール熱によって加熱され、焼戻し処理が行われる。この焼戻し処理は、皿ばね群32を所定温度まで昇温する昇温工程と、所定温度に昇温した皿ばね群32をその温度で保持する保持工程と、保持工程後に皿ばね群32を冷却する冷却工程を有している。
When the installation of the
(昇温工程) 昇温工程では、第1コイル26及び第2コイル36に周波数f1の交流を印加し、皿ばね群32を所定温度まで昇温する。皿ばね群32を昇温する所定温度は、皿ばね群32の磁気変態点(ばね鋼のキュリー温度:723℃)以下の温度とすることが好ましい。本実施形態の焼戻し処理では、480〜500℃に加熱される。皿ばね群32を磁気変態点以下の温度範囲内で加熱することで、加熱中に皿ばね群32の磁気特性が大きく変化することが抑制され、皿ばね群32を安定して熱処理することができる。
また、皿ばね群32を所定温度まで昇温する時間は、15秒〜1分とされる。昇温時間を15秒以下とするためには、補助鉄心30に発生させる交番磁束の周波数を低くしなければならない。しかしながら、補助鉄心30に発生させる交番磁束の周波数を低くし過ぎると、皿ばね群32の振動が問題となる。また、昇温時間が1分以上であると、皿ばね群32の振動は問題とならないが、生産性が低下してしまう。このため、昇温時間を15秒〜1分とすることで、皿ばね群32の振動を抑えつつ、生産性を向上することができる。
(Temperature raising step) In the temperature raising step, an alternating current having a frequency f1 is applied to the
Further, the time for raising the temperature of the
なお、昇温工程における交番磁束の周波数f1は、50〜1000Hzとすることが好ましい。周波数が50Hz未満となると、皿ばね群32の振動が大きくなり、騒音が発生する。また、皿ばね群32が振動すると、熱処理の均一性が低下してしまう。一方、周波数が1000Hzを超えると、加熱時間が長くなり生産性が低下してしまう。したがって、周波数f1を50〜1000Hzとすることで、皿ばね群32の振動を抑えながら、短時間で皿ばね群32を加熱することができる。
In addition, it is preferable that the frequency f1 of the alternating magnetic flux in a temperature rising process shall be 50-1000 Hz. When the frequency is less than 50 Hz, the vibration of the
(保持工程) 保持工程では、第1コイル26及び第2コイル36に周波数f2の交流を印加し、昇温工程で所定温度(例えば、480℃)に昇温された皿ばね群32をその温度で所定時間だけ保持する。皿ばね群32を所定温度に保持する保持時間は、皿ばね40に求められる機械的特性に応じて適宜決定することができる。例えば、機械的硬度と耐久性を満足するためには、保持時間を1秒〜11分とすることが好ましい。なお、加熱装置10では、皿ばね群32の周囲に防風壁42が設けられているため、皿ばね群32からの放熱が抑えられ、少ない電力で皿ばね群32を所定温度に維持することができる。
(Holding Step) In the holding step, an alternating current having a frequency f2 is applied to the
ここで、本実施形態の焼戻し処理において保持工程を行う理由は下記による。すなわち、焼戻し処理の中には、ある任意の温度まで被加熱物を昇温するだけで焼戻し処理を完了できるものがある(すなわち、保持工程を不要とするものがある)。しかしながら、そのような場合は、被加熱物の昇温速度、到達温度、冷却速度を厳密に管理しないと、被加熱物の焼戻し量にバラツキが生じる。そこで、被加熱物の焼戻し量のバラツキを抑制するため、昇温工程後にその温度を所定の時間だけ保持する保持工程を行う。これによって、焼戻し処理にロバスト性を持たせることができ、焼戻し量のバラツキが抑えられる。 Here, the reason why the holding step is performed in the tempering process of the present embodiment is as follows. That is, some tempering processes can complete the tempering process only by raising the temperature of an object to be heated to a certain arbitrary temperature (that is, there are those that do not require a holding step). However, in such a case, the tempering amount of the object to be heated will vary if the heating rate, the reaching temperature, and the cooling rate of the object to be heated are not strictly managed. Therefore, in order to suppress variation in the tempering amount of the object to be heated, a holding step of holding the temperature for a predetermined time after the temperature raising step is performed. As a result, the tempering process can be made robust, and variations in the tempering amount can be suppressed.
なお、保持工程における交番磁束の周波数f2は、昇温工程と同様に、50〜1000Hzとすることが好ましい。ただし、保持工程における交番磁束の周波数f2は、昇温工程の周波数f1よりも高いことが好ましい。
すなわち、本実施形態では、複数枚の皿ばね40を積層した状態で加熱するため、積層された皿ばね40のうち上端側及び下端側の皿ばね40からは熱が逃げ易く、中央の皿ばね40には熱がこもり易い。このため、昇温工程と同一の熱量で皿ばね群32を加熱すると、時間が経過するのに伴って上端側及び下端側の皿ばね40と中央の皿ばね40との間に温度差が生じてしまう。一方、後述する図8,9の実験結果に示されるように、交番磁束の周波数が高いと、上端側及び下端側の皿ばね40が中央の皿ばね40より加熱され易い。そこで、保持工程における交番磁束の周波数f2を、昇温工程の周波数f1よりも高くする。これによって、積層された複数の皿ばね40の間に温度差が生じることを抑制することができる。
Note that the frequency f2 of the alternating magnetic flux in the holding step is preferably 50 to 1000 Hz, as in the temperature raising step. However, the frequency f2 of the alternating magnetic flux in the holding process is preferably higher than the frequency f1 in the temperature raising process.
That is, in this embodiment, since a plurality of disc springs 40 are heated in a stacked state, heat is easily released from the disc springs 40 on the upper end side and the lower end side of the stacked disc springs 40, and the
(冷却工程) 冷却工程では、保持工程によって所定温度に保持された皿ばね群32を冷却する。冷却工程における皿ばね群32の冷却速度は、皿ばね40に求められる機械的特性に応じて適宜決定することができる。なお、皿ばね群32の冷却速度を制御するために、必要に応じて第1コイル26及び第2コイル36に交流を印加することができる。
(Cooling step) In the cooling step, the
冷却工程が終了すると、制御装置20は、押え板46を上方に移動させると共に、第1鉄心12及び補助鉄心30を上方に移動させる。これによって、皿ばね群32が搬出可能な状態となる。次いで、制御装置20は、搬出装置を駆動して皿ばね群32を加熱装置10から搬出する。なお、上述した実施形態では、加熱装置10に設置した状態で皿ばね群32を冷却し、その後に加熱装置10から皿ばね群32を搬出したが、保持工程後直ちに加熱装置10から皿ばね群32を搬出し、その後に皿ばね群32を冷却してもよい。
When the cooling process ends, the
ここで、加熱装置10によって好適に熱処理することができる皿ばね(被加熱物)40の寸法条件について説明しておく。皿ばね(被加熱物)40は、下記の条件を満たすことで、本実施形態の熱処理方法で好適に熱処理することができる。
Here, the dimension conditions of the disc spring (to-be-heated object) 40 which can be heat-processed suitably with the
(1)皿ばね40の内周面38の内径D1が30〜395mm(図3参照)
皿ばね40の内径D1は30mm以上とすることが好ましい。皿ばね40の内径D1が30mm未満の場合、皿ばね40の貫通孔内に設置される補助鉄心30が小さくなり過ぎる。補助鉄心30が小さ過ぎると、補助鉄心30内に発生する交番磁束数が小さくなる。その結果、皿ばね40内に発生する二次電流が少なくなり、皿ばね40の加熱時間が長くなってしまう。このため、皿ばね40の内径D1を30mm以上とすることで、皿ばね40を短時間で加熱することができる。
また、皿ばね40の内径D1は395mm以下とすることが好ましい。皿ばね40の内径D1が395mmを超えると、皿ばね40の外径D2が大きくなり、次に説明する条件(2)「皿ばね40の外径D2が400mm以下」を満足し難くなるためである。
(1) the inner diameter D 1 of the inner
The inner diameter D 1 of the
The inner diameter D 1 of the
(2)皿ばね40の外周面37の外径D2が35〜400mm(図3参照)
皿ばね40の外径D2は35mm以上とすることが好ましい。皿ばね40の外径D2が35mm未満であると、上記の条件(1)「皿ばね40の内径D1が30mm以上」を満足し難くなるためである。
また、皿ばね40の外径D2は400mm以下であることが好ましい。皿ばね40の外径D2が400mmより大きくなると、皿ばね40の加熱装置10への搬送や積層のための機構が複雑化し、また、そのための設備が大規模化する。また、補助鉄心30の寸法を大きくしなければならないため、熱処理効率が悪化することがある。
(2) outer diameter D 2 of the outer
Outer diameter D 2 of the
The outer diameter D 2 of the
(3)皿ばね40の板幅Bが2.25〜56.25mm(図3参照)
皿ばね40の板幅Bは、2.25mm〜56.25mmであることが好ましい。板幅Bが2.25mm未満であると、交番磁束による二次電流を皿ばね40の加熱に有効に利用できないためである。例えば、交番周波数を50Hzとし板材(比透磁率100の物質)を加熱する場合、電流の浸透深さは2.25mmとなる。このため、板材の幅が2.25mmより短いと、発生可能な二次電流の一部を利用しないこととなり、加熱効率を低下させる。
また、皿ばね40の板幅Bが56.25mmより大きいと、二次電流が表面の限られた領域でのみ発生し、その中央部は熱伝導によって加熱されることとなる。このため、加熱時間が長くなり、生産性を低下させてしまう。
(3) The plate width B of the
The plate width B of the
On the other hand, if the plate width B of the
(4)皿ばね40の板厚tが1〜100mm(図3参照)
皿ばね40の板厚tは、1〜100mmであることが好ましい。板厚tが1mm未満であると、皿ばね40に二次電流が発生し難く、加熱効率が低下する。また、板厚tが100mmより大きいと、補助鉄心30を長くする必要があり、交番磁束の発生効率が悪化する。
(4) The plate thickness t of the
The plate thickness t of the
なお、上記のサイズ範囲は皿ばねを例に説明したが、被加熱物32が皿ばね以外の部品であっても、その部品を上記のサイズ範囲とすることで、本実施形態の熱処理方法を好適に実施することができる。
In addition, although the said size range demonstrated the disk spring as an example, even if the to-
(実験例) 最後に、加熱装置10によって皿ばね群32を実際に加熱し、皿ばね群32を構成する各皿ばね40の温度を計測した結果(図7,8,9,表1)を説明する。各計測は、15枚の皿ばねを積層し、その積層した皿ばね群を0.7MPaの圧力で圧縮した状態で行った。計測対象となった皿ばね40は、板厚2.1mm、外径221.4mm、内径195mm、板幅26.4mmであった。また、皿ばねの材料は、SK85であった。
(Experimental example) Finally, the
図7は、交番磁束の周波数を変化させながら、皿ばねの温度が480℃となるまでの時間を計測した結果を示している。図中、「上段」とは最も上に位置する皿ばねを意味し、「中段」とは下から8番目の皿ばねを意味し、「下段」とは最も下に位置する皿ばねを意味している。図7に示すように、交番磁束の周波数が低いと、各皿ばねは短時間で480℃に到達するのに対して、交番磁束の周波数が高いと、各皿ばねが480℃に到達するのに長時間を要した。また、交番磁束の周波数が低いときは(例えば、50Hz)、「上段」と「中段」と「下段」の各皿ばねが略同時に480℃に到達するのに対して、交番磁束の周波数が高いときは(例えば、400Hz)、「上段」と「中段」と「下段」の各皿ばねが480℃に到達した時間にばらつきが生じた。したがって、昇温工程では、交番磁束の周波数をできるだけ低くすることがよいことが判明した。 FIG. 7 shows the result of measuring the time until the temperature of the disc spring reaches 480 ° C. while changing the frequency of the alternating magnetic flux. In the figure, “upper stage” means the topmost disc spring, “middle stage” means the eighth disc spring from the bottom, and “lower stage” means the bottom disc spring. ing. As shown in FIG. 7, when the frequency of the alternating magnetic flux is low, each disc spring reaches 480 ° C. in a short time, whereas when the frequency of the alternating magnetic flux is high, each disc spring reaches 480 ° C. It took a long time. When the frequency of the alternating magnetic flux is low (for example, 50 Hz), the disk springs of “upper stage”, “middle stage”, and “lower stage” reach 480 ° C. almost simultaneously, whereas the frequency of the alternating magnetic flux is high. In some cases (for example, 400 Hz), the time at which the “upper”, “middle” and “lower” disc springs reached 480 ° C. varied. Therefore, it has been found that the frequency of the alternating magnetic flux should be as low as possible in the temperature raising step.
図8は、交番磁束の周波数を60Hzとしたときの、「上段」と「中段」と「下段」の各皿ばねの温度の経時変化を示している。また、図9は、交番磁束の周波数を300Hzとしたときの、「上段」と「中段」と「下段」の各皿ばねの温度の経時変化を示している。図8から明らかなように、交番磁束の周波数を60Hzとしたときは、「上段」と「中段」と「下段」の各皿ばねの温度は略同一の温度となった。一方、図9から明らかなように、交番磁束の周波数を300Hzとしたときは、「上段」と「下段」の皿ばねは「中段」の皿ばねよりも温度が高くなった。このため、保持工程では、「上段」と「下段」の皿ばねを「中段」の皿ばねよりも加熱するために、交番磁束の周波数を高くすることが好ましいことが判明した。 FIG. 8 shows changes with time in the temperature of the disc springs of “upper stage”, “middle stage”, and “lower stage” when the frequency of the alternating magnetic flux is 60 Hz. FIG. 9 shows changes with time in the temperature of the disc springs of “upper stage”, “middle stage”, and “lower stage” when the frequency of the alternating magnetic flux is 300 Hz. As is apparent from FIG. 8, when the frequency of the alternating magnetic flux was 60 Hz, the temperatures of the “upper”, “middle” and “lower” disc springs were substantially the same. On the other hand, as apparent from FIG. 9, when the frequency of the alternating magnetic flux was 300 Hz, the temperature of the “upper” and “lower” disc springs was higher than that of the “middle” disc spring. For this reason, it has been found that in the holding step, it is preferable to increase the frequency of the alternating magnetic flux in order to heat the “upper” and “lower” disc springs more than the “middle” disc spring.
表1に示すように、皿ばね群32を加圧した状態で熱処理した際の騒音は、皿ばね群32を加圧しない状態で熱処理したときの騒音よりも低くなった。皿ばね群32を加圧した状態で熱処理することが有効であることが確認された。
As shown in Table 1, the noise when the
上述した説明から明らかなように、本実施形態の熱処理方法では、複数の板状ワークを積層して同時に熱処理するため、生産性を向上することができる。また、昇温工程における交番磁束の周波数と保持工程における交番磁束の周波数とを変えることで、板状ワークを短時間で目標温度に上げることができ、また、熱処理中に各板状ワークの間に温度差が生じることを防止することができる。 As is clear from the above description, in the heat treatment method of the present embodiment, a plurality of plate-like workpieces are stacked and simultaneously heat treated, so that productivity can be improved. In addition, by changing the frequency of the alternating magnetic flux in the temperature raising process and the frequency of the alternating magnetic flux in the holding process, the plate-like workpiece can be raised to the target temperature in a short time, and between the plate-like workpieces during the heat treatment. It is possible to prevent a temperature difference from occurring.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。例えば、上述した実施形態では、焼戻し処理の手順のみを説明したが、本願の熱処理技術は、その他の熱処理(焼入れ、焼鈍し等)にも適用することができる。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, in the embodiment described above, only the procedure of the tempering process has been described, but the heat treatment technique of the present application can also be applied to other heat treatments (quenching, annealing, etc.).
また、加熱装置10を構成する各部は、種々の改良・変更を行うことができる。例えば、被加熱物を支持する支持板44は、被加熱物を3点支持にて支持するようにしてもよい。すなわち、被加熱物の放熱は大気だけではなく、接触する支持板へも生じる。したがって、被加熱物と支持板との接触面積をできるだけ小さくするために、支持板は被加熱物を3点支持にて支持することが好ましい。
Moreover, each part which comprises the
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:熱処理装置
12:第1鉄心
14:第3鉄心
16:第2鉄心
20:制御装置
22:電源装置
24:電流計
26,36:コイル
30:補助鉄心
32:被加熱物(ワーク)
40:皿ばね
10: Heat treatment device 12: First iron core 14: Third iron core 16: Second iron core 20: Control device 22: Power supply device 24:
40: Belleville spring
Claims (4)
貫通孔の位置が一致するように複数のワークを積層する積層工程と、
積層された複数のワークの各貫通孔を貫くように設置されたコアに交番磁束を発生させることで、各ワークの前記電流経路に電流を誘導してワークを加熱する加熱工程と、
を有しており、
前記加熱工程は、ワークの温度が時間の経過に伴って上昇する昇温工程と、昇温工程によって昇温したワークをその温度で保持する保持工程を有しており、
昇温工程における交番磁束の周波数f1が、保持工程における交番磁束の周波数f2より低いことを特徴とする板状ワークの熱処理方法。 It is a method of heat-treating a metal plate-shaped workpiece that has a through hole and can form a current path that goes around the through hole.
A laminating step of laminating a plurality of workpieces so that the positions of the through holes match,
A heating step of heating the workpiece by inducing a current in the current path of each workpiece by generating an alternating magnetic flux in a core installed so as to penetrate each through-hole of the plurality of stacked workpieces;
And have a,
The heating step includes a temperature raising step in which the temperature of the workpiece rises with time, and a holding step for holding the workpiece heated in the temperature raising step at that temperature,
A heat treatment method for a plate-like workpiece, wherein the frequency f1 of the alternating magnetic flux in the temperature raising step is lower than the frequency f2 of the alternating magnetic flux in the holding step .
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