JP6583714B2 - Induction hardening method - Google Patents
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Description
本発明は、焼入れすべき領域と焼きを入れたくない領域(以下ではこれを焼入れ忌避領域と言う)が内径部に近接して混在したインターナルギヤなどのワーク(機械部品や構造部品)を、高周波加熱装置を用いて焼入れする高周波焼入れ方法に関する。 In the present invention, a work (mechanical part or structural part) such as an internal gear in which an area to be quenched and an area that is not desired to be quenched (hereinafter referred to as a quenching avoidance area) are mixed near the inner diameter portion. The present invention relates to an induction hardening method in which hardening is performed using an induction heating device.
ピ二オンギヤなどを加熱する高周波加熱装置の従来技術として、例えば、下記特許文献1に記載されたものが知られている。
As a prior art of a high-frequency heating device that heats a pinion gear or the like, for example, one described in
その特許文献1の高周波加熱装置は、加熱すべき領域と加熱したくない領域を外周に有し、その2つの領域が近接しているピ二オンギヤなどのワーク(被加熱物)を加熱するものであって、内部空間にワークを挿入する高周波コイルと、その高周波コイルとワークの加熱したくない領域との間に入り込ませる非鉄金属製のリングを備えている。
The high-frequency heating device disclosed in
その非鉄金属製のリングは、高周波コイルに通電されたときに加熱すべき領域に渦電流が流れて発生する磁束とは逆向きの磁束を発生させる。これにより、加熱したくない領域の磁束が打ち消されて弱められ、その領域の加熱が抑制される。 The nonferrous metal ring generates a magnetic flux in the opposite direction to the magnetic flux generated by the eddy current flowing in the region to be heated when the high frequency coil is energized. This cancels and weakens the magnetic flux in the region that is not desired to be heated, and suppresses heating in that region.
高周波加熱装置を使用して焼入れを行うワークの中に、図3に示すようなワーク10、即ち、焼入れすべき領域11と焼入れ忌避領域12が内径部に近接して存在する筒状ワークがある。
Among the workpieces to be quenched using the high-frequency heating device, there is a
このワーク10は、チャック爪5aなどで掴んで保持する。そして、この状態で図3に示すように、焼入れすべき領域11の内側に高周波コイル2を挿入し、そのコイルに通電して焼入れすべき領域11を所要温度(焼入れ温度)に加熱する。
The
このとき、焼入れ忌避領域12が焼入れ温度に加熱されないようにするために、従来は高周波コイル2の形状やワーク10に対する高周波コイル2の位置、同コイルの出力、通電時間などを厳密に管理する方法が採られていた。
At this time, in order to prevent the
しかしながら、その対応では、ワーク10の寸法、高周波コイルの形状、ワーク10に対するコイルの位置や出力などの焼入れ条件の僅かな変動によって焼入れ忌避領域12にも焼きが入ることがあった。
However, in response to this, the
そこで、焼入れ忌避領域12に、特許文献1に示されるような非鉄金属のピースを挿入し、そのピースの働きによって焼入れ忌避領域12に発生する磁束を弱めることを検討した。
Then, the nonferrous metal piece as shown by
ところが、ワークのサイズによっては、磁束打消し用の非鉄金属のピースとして、直径が20mmにも満たないような小径のピン(以下ではこれをシールドピンと言う)を用いざるを得ない場合がある。 However, depending on the size of the workpiece, a small-diameter pin (hereinafter referred to as a shield pin) having a diameter of less than 20 mm may be used as a non-ferrous metal piece for canceling the magnetic flux.
その小径シールドピンは、スペース上の制約や断面積確保の観点から内部冷却構造を採用するのが難しい。 The small-diameter shield pin is difficult to adopt an internal cooling structure from the viewpoint of space restrictions and securing a cross-sectional area.
その内部冷却ができない小径シールドピンは、電気抵抗の小さい銅などで形成されたものを用いても、繰り返し渦電流が流れると過加熱によって歪んだり、熱劣化してダメージを受けたりする。 Even if a small-diameter shield pin that cannot be cooled internally is made of copper having a low electrical resistance, it will be distorted by overheating or damaged due to thermal deterioration if eddy currents flow repeatedly.
そのため、量産される小サイズワークの焼入れでは特に、シールドピンの使用を断念せざるを得なかった。 For this reason, the use of shield pins has to be abandoned, especially when quenching small-sized workpieces that are mass-produced.
本発明は、小サイズワークの高周波焼入れでもシールドピンを採用してワークの焼入れすべき領域を安定して焼入れしながら焼入れ忌避領域に焼きが入ることを確実に防止できるようにすることを目的とする。 It is an object of the present invention to employ a shield pin even in induction hardening of a small size work, and to reliably prevent the quenching avoidance area from being hardened while stably hardening the work area of the work. To do.
この発明の一態様にかかる高周波焼入れ方法は、焼入れすべき領域と焼入れ忌避領域が内径部に近接して混在した筒状ワークを、そのワークの焼入れすべき領域の内側に挿入される高周波コイルを備えた高周波加熱装置を用いて焼入れする方法であって、
前記ワークの焼入れ忌避領域の内側に、前記高周波コイルに対する通電で焼入れすべき領域に発生する磁束とは逆向きの磁束を生じさせる非鉄金属製のシールドピンを挿入し、
前記高周波加熱装置で前記焼入れすべき領域を焼入れ温度に加熱した後、冷却液をワークに吹きつけ、その冷却液でワークを1個焼入れする毎に前記シールドピンも同時に冷却するものである。
In the induction hardening method according to one aspect of the present invention, a high-frequency coil is inserted into a cylindrical workpiece in which a region to be quenched and a quenching avoidance region are mixed in the vicinity of the inner diameter portion. It is a method of quenching using a high-frequency heating device provided,
Inserting a shield pin made of non-ferrous metal that generates a magnetic flux in the opposite direction to the magnetic flux generated in the region to be quenched by energizing the high-frequency coil, inside the quenching avoidance region of the workpiece,
After the region to be quenched is heated to the quenching temperature by the high-frequency heating device, a cooling liquid is sprayed onto the workpiece, and the shield pin is simultaneously cooled every time one workpiece is quenched with the cooling fluid.
この発明によれば、シールドピンの過加熱による歪、熱劣化が抑制され、小サイズ量産品の短時間サイクルでの焼入れと、焼入れ忌避領域に対して焼きが入ることの確実な防止が可能になる。 According to the present invention, distortion and thermal degradation due to overheating of the shield pin are suppressed, and it is possible to quench the small size mass-produced product in a short cycle and to surely prevent the quenching avoidance region from being quenched. Become.
[本発明の実施形態の説明]
本発明にかかる高周波焼入れ方法の一態様を以下に挙げる。この方法で焼入れを施すワークは、焼入れすべき領域と焼入れ忌避領域が内径部に近接して混在したものである。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
One aspect of the induction hardening method according to the present invention will be described below. The workpiece to be quenched by this method is a mixture of a region to be quenched and a quenching avoidance region in the vicinity of the inner diameter portion.
そのワークは、例えば、インターナルギヤである。そのインターナルギヤの中に、下記の如き構造のもの、即ち、焼き入れすべき内歯とその内歯に近接した軸穴などの穴を有し、前記穴が後工程での機械加工やその穴に挿入される相手部材への攻撃力低減などのために焼きを入れたくない穴であって、しかも、その穴の内径が内歯の歯先径よりも小さくなっているものがある。 The workpiece is, for example, an internal gear. The internal gear has the following structure, that is, an inner tooth to be hardened and a hole such as a shaft hole close to the inner tooth. Some holes do not want to be baked in order to reduce the attack force on the mating member inserted into the hole, and the inner diameter of the hole is smaller than the tip diameter of the inner tooth.
このようなワークの焼入れすべき領域の内側に高周波加熱装置の高周波コイルを挿入し、その高周波コイルに通電して焼入れすべき領域を焼入れ温度に加熱する。 The high frequency coil of the high frequency heating device is inserted inside the region to be quenched of the workpiece, and the region to be quenched is heated to the quenching temperature by energizing the high frequency coil.
また、その高周波コイルによる加熱は、前記ワークの焼入れ忌避領域の内側に予め、前記高周波コイルに対する通電で焼入れすべき領域に発生する磁束とは逆向きの磁束を生じさせる非鉄金属製のシールドピンを挿入して行う。 In addition, the heating by the high frequency coil is performed by previously providing a nonferrous metal shield pin that generates a magnetic flux in a direction opposite to the magnetic flux generated in the region to be quenched by energizing the high frequency coil, inside the quenching avoidance region of the workpiece. Insert and do.
次に、焼入れすべき領域が焼入れ温度に加熱されたら、その後にワークに冷却液を吹きつける。そして、その冷却液でワークを1個焼入れする毎に前記シールドピンも同時に冷却する。 Next, when the region to be quenched is heated to the quenching temperature, a coolant is sprayed on the workpiece. Each time one workpiece is quenched with the coolant, the shield pin is also cooled at the same time.
このときに用いる冷却液は、急激な冷却を抑制してワークの冷却割れを防止する目的で使用されるポリマー含有の水溶性冷却剤でよい。 The coolant used at this time may be a polymer-containing water-soluble coolant used for the purpose of suppressing rapid cooling and preventing cooling cracking of the workpiece.
シールドピンは、熱伝導性がよくて電気抵抗の小さい材料、例えば、銅などで形成されたものが好ましい。 The shield pin is preferably made of a material having good thermal conductivity and low electrical resistance, such as copper.
この方法によれば、シールドピンがワークを1個焼入れする毎に冷却されるため、そのシールドピンの過加熱による歪、熱劣化が確実に抑制される。 According to this method, since the shield pin is cooled every time one workpiece is quenched, distortion and thermal deterioration due to overheating of the shield pin are reliably suppressed.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の一態様にかかる高周波焼入れ方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of the induction hardening method according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and it is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
高周波加熱装置の具体例を図1に示す。この図1の高周波加熱装置1は、定位置に保持された高周波コイル2と、これも定位置に保持された冷却液の噴射管3と、高周波コイル2の直下に配置された昇降テーブル4と、その昇降テーブル4上に設置されたワーク保持具5及びシールドピン6を備えている。
A specific example of the high-frequency heating device is shown in FIG. The high-
噴射管3は、高周波コイル2の斜め上方に中心対称の配置にして2本設けられている。その噴射管3の噴出口は、高周波コイル2の方向を向いており、そこから、冷却液が高周波コイル2に向けて吹きつけられる。
Two
図のワーク保持具5は、機械構造用炭素鋼(S45C)製のスクロールチャックである。チャック爪5aでワーク10を掴むこのワーク保持具5は、昇降テーブル4のワーク載置面(上面)4a上に設置されている。
The
シールドピン6は、非鉄金属製(図のそれは銅製)のピンであり、ワーク載置面4aの中心に立設されている。また、ワーク載置面4aには冷却液を逃がす廃液溝4bが設けられている。
The
このように構成された高周波加熱装置1の昇降テーブル4上に焼入れ対象のワーク10を焼入れすべき領域11が上、焼入れ忌避領域12が下となる向きにして載せ、そのワーク10をワーク保持具5で保持する。
The
このとき、ワーク載置面4a上のシールドピン6は、焼入れ忌避領域12の内側に入り込ませる。
At this time, the
ワーク載置面4a上にワーク10をセットし終えたら昇降テーブル4を所定位置まで上昇させ、図2に示すように、ワーク10の焼入れすべき領域11の内側に高周波コイル2を導入する。
When the
その後、高周波コイル2に通電し、焼入れすべき領域11の内径側の表面を焼入れ温度(例えば、900℃程度)に加熱する。その加熱は、高周波コイル2の出力などにもよるが、数秒(例えば5秒程度)通電することで実現できる。
Thereafter, the high-
ワーク10の焼入れすべき領域11を目的の温度に加熱したら高周波コイル2に対する通電を止め、噴射管3から冷却液を噴射させ、その冷却液をワーク10の内側に吹きつけて焼入れすべき領域11を含めたワークの内径部の全域を冷却する。
When the
その吹きつけにより、ワークの焼入れ忌避領域12の内側に挿入されているシールドピン6も一緒に冷却される。
By the spraying, the
その冷却液の吹きつけによる冷却を所定時間(これも数秒でよい)実施したら、昇降テーブル4を初期位置に降下させ、ワーク保持具5による保持を解いて焼入れされたワークを取り出す。
When the cooling by spraying the coolant is performed for a predetermined time (this may be several seconds), the lifting table 4 is lowered to the initial position, and the work held by the
この方法によれば、ワーク10を1個焼入れする毎にシールドピン6が強制的に冷却されるので、シールドピン6の歪や熱劣化が抑制される。
According to this method, since the
また、強制冷却を行うことで焼入れのサイクル(1個当たりの処理時間)を短縮でき、ワークが量産品である場合、生産性の向上が図れるようになる。 Further, by performing forced cooling, the quenching cycle (processing time per piece) can be shortened, and when the workpiece is a mass-produced product, the productivity can be improved.
焼入れすべき領域11に溝底径d2=φ22mm、内径(歯先径)d1=φ20mmのスプラインを有する鉄系焼結合金製円筒体のスプラインの高周波焼入れを上記実施形態の方法で行った。
In the
その円筒体は、スプライン形成部とは反対側に焼入れ忌避領域12となる内径d=φ18.7mmの軸穴を有する。スプライン形成部から軸穴までの離反距離は1.5〜2.0mmである。
The cylindrical body has a shaft hole having an inner diameter d = φ18.7 mm that becomes the quenching
この円筒体のスプラインの内側に外径がD1=φ18.5mmの高周波コイルを挿入し、さらに、軸穴には外径D=φ16.7mmのシールドピンを入り込ませた。そのシールドピンの軸穴に対する入り込み量L=2.4mmである。 A high frequency coil having an outer diameter D1 = φ18.5 mm was inserted inside the spline of the cylindrical body, and a shield pin having an outer diameter D = φ16.7 mm was inserted into the shaft hole. The amount L of the shield pin entering the shaft hole is L = 2.4 mm.
高周波コイルは、スプラインの溝底まで十分に焼きが入るように出力:95〜96A、電圧:250V〜350V、周波数:100kHzのものを用いた。 The high frequency coil used was one having an output of 95 to 96 A, a voltage of 250 V to 350 V, and a frequency of 100 kHz so that the bottom of the spline was sufficiently burned.
その高周波コイルで約5秒間円筒体を加熱し、その後、冷却液としてポリマー含有の水溶性冷却剤を吹きつけて円筒体の加熱された箇所を冷却し、そのとき同時に、吹きつけた水溶性冷却剤でシールドピンも冷却した。 The cylindrical body is heated with the high-frequency coil for about 5 seconds, and then the heated portion of the cylindrical body is cooled by spraying a water-soluble coolant containing a polymer as a cooling liquid. At the same time, the sprayed water-soluble cooling is performed. The shield pin was also cooled with the agent.
その処理を100,000回繰り返した時点でシールドピンの状況を調べた結果、シールドピンの歪と熱劣化は殆ど見られなかった。 As a result of investigating the state of the shield pin when the treatment was repeated 100,000 times, almost no distortion and thermal deterioration of the shield pin were observed.
1 高周波加熱装置
2 高周波コイル
3 噴射管
4 昇降テーブル
4a ワーク載置面
4b 廃液溝
5 ワーク保持具
5a チャック爪
6 シールドピン
10 ワーク
11 焼入れすべき領域
12 焼入れ忌避領域
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記焼入れすべき領域が上、前記焼入れ忌避領域が下となる向きにした前記ワークの焼入れ忌避領域の内側に、前記高周波コイルに対する通電で焼入れすべき領域に発生する磁束とは逆向きの磁束を生じさせる、外径(D)が前記高周波コイルの外径(D1)よりも小さな非鉄金属製のシールドピンを挿入し、前記シールドピンは前記ワークの下側から、前記高周波コイルは前記ワークの上側からそれぞれ前記ワークの内側に挿入し、
前記高周波加熱装置で前記焼入れすべき領域を焼入れ温度に加熱後、冷却液をワークに吹きつけ、その冷却液でワークを1個焼入れする毎に前記シールドピンも同時に冷却し、
前記高周波加熱装置として、定位置に保持された高周波コイルと、前記高周波コイルの外径側の斜め上方から前記高周波コイルに向けて冷却液を吹きつけるように前記高周波コイルよりも上方の定位置に保持された冷却液の噴射管と、高周波コイルの直下に配置された昇降テーブルと、その昇降テーブルのワーク載置面上に設置されたワーク保持具及び前記ワーク載置面の中心に立設された直径が20mmに満たない前記シールドピンとを具備した装置を使用し、
前記昇降テーブルのワーク載置面上に、前記ワークを焼入れすべき領域が上、焼入れ忌避領域が下となる向きにして載せ、このワークの焼入れ忌避領域の内側に前記シールドピンを入り込ませ、前記昇降テーブルを、前記ワーク保持具に保持されたワークの前記焼入れすべき領域に前記高周波コイルが挿入される位置まで上昇させ、この位置で前記高周波コイルによる加熱と前記噴射管から噴出させる冷却液での冷却を行う、
高周波焼入れ方法。 Insert a cylindrical workpiece in which the inner diameter of the quenching avoidance region is smaller than the inner diameter of the region to be quenched, inside the region to be quenched, in which the region to be quenched and the quenching avoidance region are mixed close to the inner diameter portion. A method of quenching using a high-frequency heating device equipped with a high-frequency coil,
A magnetic flux in the direction opposite to the magnetic flux generated in the region to be quenched by energization of the high-frequency coil is placed inside the quenching avoidance region of the workpiece with the region to be quenched up and the quenching avoidance region in the downward direction. Insert a non-ferrous metal shield pin whose outer diameter (D) is smaller than the outer diameter (D1) of the high-frequency coil to be generated, the shield pin from the lower side of the work, and the high-frequency coil from the upper side of the work Each inserted from the inside of the workpiece,
After heating the region to be quenched with the high-frequency heating device to a quenching temperature, spray a coolant on the workpiece, and simultaneously cool the shield pin each time one workpiece is quenched with the coolant ,
As the high-frequency heating device, a high-frequency coil held at a fixed position, and a fixed position above the high-frequency coil so as to blow coolant from the obliquely upper side of the outer diameter side of the high-frequency coil toward the high-frequency coil. The held coolant injection pipe, the lifting table arranged immediately below the high frequency coil, the workpiece holder installed on the workpiece mounting surface of the lifting table , and the center of the workpiece mounting surface Using a device having the shield pin with a diameter of less than 20 mm ,
On the work placement surface of the lifting table, place the work in an orientation where the work should be quenched and the quenching avoidance area is down, and insert the shield pin inside the quenching avoidance area of the work, The elevating table is raised to a position where the high-frequency coil is inserted into the region to be quenched of the work held by the work holder, and at this position is heated by the high-frequency coil and a cooling liquid ejected from the injection pipe. cormorant row of cooling,
Induction hardening method.
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