JP6742025B2

JP6742025B2 - 酸化スケール除去装置

Info

Publication number: JP6742025B2
Application number: JP2017214628A
Authority: JP
Inventors: 幸人松原; 弘至大倉
Original assignee: Macoho Co Ltd
Current assignee: Macoho Co Ltd
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: CN111315534A; CN111315534B; WO2019093041A1; JP2019084626A; EP3708301A4; EP3708301A1

Description

本発明は、酸化スケール除去装置に関するものである。

従来から、金属製の伸線用長尺材を、熱処理と伸線加工を繰り返して必要な径まで伸ばした後、そのまま棒材や線材として利用したり、切断してボルトやナットなどに成形したりしている。

ところで、伸線用長尺材を熱処理した際、この伸線用長尺材の表面に硬い酸化スケールが生じてしまうが、この酸化スケールが表面に付いたままの状態で伸線加工すると、この伸線加工時に脱落した酸化スケールによって材料表面に傷がつく為、この伸線加工前に酸化スケールを除去する必要がある。

そこで、本出願人は、特願２０１７−２１０５３８号に開示される酸化スケール除去方法を提案している。

この酸化スケール除去方法は、塩酸などの薬品に浸漬して溶解除去する方法や、スチール球を加速投射して酸化スケールを叩き割って除去する方法などが有する問題点を解消し、良好に酸化スケールを除去することができるものである。

特願２０１７−２１０５３８号公報

ところで、前述した酸化スケール除去方法は、液体と砥粒との混合物であるスラリを噴射するスラリ噴射部が設けられたワーク処理装置（以下、従来装置）を用いて行なうが、実際、この従来装置を用いて酸化スケールの除去処理を行ったところ、この処理で使用される砥粒（ステンレス）は、これまで使用されてきた砥粒（アルミナ、シリコンカーバイト）に比してその比重と切削力が高い為、従来装置の各部位における摩耗が激しく、特にスラリ噴射部にスラリを圧送するスラリ圧送部52における摩耗が激しいことが判明した。

即ち、このスラリ圧送部52は、図12，13に図示したように、ケーシング57内に回転体58が設けられたもので、このケーシング57の底部53にはスラリ導入口部54が設けられ、この底部53の周囲に連設される側壁部55にはスラリ導出口部56が設けられ、回転体58には該回転体58の回転中心部から放射方向に長さを有する羽根部59が設けられている。尚、羽根部59は、金属製の芯材59’に合成樹脂を被覆した構造である。

従って、スラリ導入口部54からケーシング57内に導入されたスラリ30は、羽根部59により回転体58の回転中心部から放射方向に誘導されてスラリ導出口部56から圧送導出されることになるが（図14参照）、羽根部59におけるスラリ押出面59ａの先端部位の摩耗が著しく（図15参照）、よって、従来装置は、羽根部59の交換が頻繁に必要となりコスト高となってしまう欠点があった。これは、羽根部59のスラリ押出面59ａが平坦面（直線状の面）であるから、スラリ30の衝突圧が集中するためと推測される。

本出願人は、上述した問題点に着目し、種々の実験・研究を重ねた結果、従来にない画期的な酸化スケール除去装置を開発した。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

ビッカース硬度が２００〜４００Ｈｖの伸線用長尺材から成るワークＷに、圧縮空気とともに液体30ａと下記の砥粒30ｂとの混合物であるスラリ30を噴射して、前記ワークＷの表面に生じた酸化スケールを除去するスラリ噴射部１が設けられた酸化スケール除去装置であって、前記スラリ噴射部１は前記ワークＷの長さ方向に所定間隔で且つ夫々の前記スラリ30の該ワークＷに対するスラリ噴射位置が異なるように設けられ、また、前記スラリ噴射部１に前記スラリ30を圧送するスラリ圧送部２が設けられ、このスラリ圧送部２は、ケーシング７内に回転体８が設けられたもので、このケーシング７の底部３にはスラリ導入口部４が設けられ、このケーシング７の底部３の周囲に連設される側壁部５にはスラリ導出口部６が設けられ、前記回転体８と前記ケーシング７の側壁部５との間に形成されるスラリ通過路21は、前記スラリ導出口部６に向かって徐々に広くなるように構成されており、前記回転体８には該回転体８の回転中心部から放射方向に長さを有し且つ回転方向に凸湾曲する羽根部９が所定間隔を介して複数設けられ、この羽根部９は、前記回転体８の回転中心部から外方へ行くに従い幅ａが肉厚となり金属製の芯材９’の表面に合成樹脂が被覆された断面円弧状に構成され、また、前記スラリ導入口部４から前記ケーシング７内に導入された前記スラリ30は、前記羽根部９により前記回転体８の回転中心部から放射方向に誘導されて前記スラリ導出口部６から圧送導出されるように構成されており、前記ケーシング７の底部３は前記スラリ導入口部４に向けて下り傾斜の勾配を有し、この底部３の勾配は８〜１２度であることを特徴とする酸化スケール除去装置に係るものである。
記
前記砥粒30ｂはクロム含有量が３０％（重量）以上のステンレス製であり、また、前記砥粒30ｂは不定形粒子でビッカース硬度が７００〜８００Ｈｖであり、更に、前記砥粒30ｂの平均粒子径は約１５０μｍである。

本発明は上述のように構成したから、スラリ圧送部における耐久性を飛躍的に向上することができるなど、従来にない画期的な酸化スケール除去装置となる。

本実施例に係る酸化スケール除去装置の使用状態説明図である。本実施例に係る酸化スケール除去装置を用いた酸化スケール除去方法の説明図である。本実施例に係る要部の説明断面図である。本実施例に係る要部の分解斜視図である。本実施例に係る要部の説明図である。本実施例に係る要部の動作説明図である。本実施例に係る要部の説明断面図である。本実施例に係る要部の摩耗状態を示す写真である。本実施例に係る酸化スケール除去方法で使用する砥粒30ｂの組成を示す表である。本実施例に係る酸化スケール除去方法で使用する砥粒30ｂの拡大写真である。本実施例に係る酸化スケール除去方法と従来法との比較実験結果を示す表である。従来例に係る要部の説明断面図である。従来例に係る要部の斜視図である。本実施例に係る要部の動作説明図である。本実施例に係る要部の摩耗状態を示す写真である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

ワークＷに圧縮空気とともに液体30ａと砥粒30ｂとの混合物であるスラリ30を噴射する際、スラリ圧送部２からスラリ噴射部１へスラリ30が圧送される。

具体的には、回転体８の回転に伴い、スラリ導入口部４からケーシング７内に導入されたスラリ30は、羽根部９により回転体８の回転中心部から放射方向に誘導されてスラリ導出口部６から圧送導出される。

ところで、本発明の回転体８に設けられる羽根部９は、該回転体８の回転中心部から放射方向に長さを有し且つ回転方向に凸湾曲する形状であり、この構成から羽根部９の摩耗が可及的に低減される。

即ち、本発明の羽根部９のスラリ押出面９ａは、前述した従来装置と異なり、平坦面（直線状の面）ではなく凸湾曲した面であるが、スラリ30が一部分に集中的に衝突することが無く、凸湾曲に沿ってスラリ30は外方へ良好且つ円滑に逃げる為、スラリ30の衝突が集中せず分散することになり、スラリ押出面９ａの摩耗が可及的に低減するものと推測される。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、ワークＷに圧縮空気とともに液体30ａと砥粒30ｂとの混合物であるスラリ30を噴射するスラリ噴射部１が設けられた酸化スケール除去装置であり、後述するワークＷとしての金属製の伸線用長尺材Ｗを熱処理することで表面に生じた酸化スケールＳを除去する方法を実施する際に使用される。

具体的には、酸化スケール除去装置は、図１，２に図示したように伸線用長尺材Ｗを搬送するワーク搬送部11と、このワーク搬送部11により搬送される伸線用長尺材Ｗにウエットブラスト処理を行うワーク処理部12とを具備している。

ワーク搬送部11は、図１に図示したようにボックス状の基体10内に伸線用長尺材Ｗを架設状態に載置する複数の送りローラー11ａを間隔を介して並設して構成されており、処理対象となる伸線用長尺材Ｗを、基体10の一側（上流側）に配設される導入部から、基体10の他側（下流側）に配設される導出部へ連続的に搬送するものである。

このワーク搬送部11で搬送される伸線用長尺材Ｗはその搬送途時にワーク処理部12でウエットブラスト処理が行われる。

具体的には、ワーク処理部12は、図１，２に図示したように伸線用長尺材Ｗを通過せしめる基体10に配設され、スラリ噴射部１と、下方位置に配設されるスラリ貯留部13と、このスラリ貯留部13から後述するスラリ圧送部２を介してスラリ噴射部１へスラリ30を搬送するスラリ搬送部14とを具備し、スラリ噴射部１から噴射されたスラリ30はスラリ貯留部13へ送られて再利用される構成である。

スラリ噴射部１は、図１，２に図示したように基体10内にしてワーク搬送部11で搬送される伸線用長尺材Ｗの周囲に複数（６個）設けられている。

この各スラリ噴射部１には前述したスラリ搬送部14が接続されるとともに、別回路で設けられ圧縮空気供給部15から延設される圧縮空気搬送部15ａが接続されており、スラリ搬送部14から供給されるスラリ30を圧縮空気搬送部15ａから供給される圧縮空気により加速して、所定の噴射速度でスラリ噴射部１から噴射されるように構成されている。

また、各スラリ噴射部１は、図２に図示したように伸線用長尺材Ｗの搬送方向となる所定間隔を介した位置（伸線用長尺材Ｗの軸方向の等間隔のずれた位置）に設けられ、更に、伸線用長尺材Ｗの周方向の等間隔（６０度間隔）のずれた位置に設けられており、６個によって伸線用長尺材Ｗの周方向全面にスラリ30が噴射されるように構成されている。

従って、各スラリ噴射部１から噴射されるスラリ30同士が衝突することなく良好に伸線用長尺材Ｗにスラリ30を噴射することができる。

また、本実施例は、６個のスラリ噴射部１によって伸線用長尺材Ｗの周方向全面にスラリ30を噴射するスラリ噴射ユニットを、伸線用長尺材Ｗの搬送方向に２つ設けている。従って、伸線用長尺材Ｗの搬送方向に合計１２個のスラリ噴射部１が設けられている。尚、スラリ噴射部１の数は適宜設定するものである。

また、本実施例は、スラリ噴射部１にスラリ30を圧送するスラリ圧送部２を具備している。

このスラリ圧送部２は、図１，３に図示したようにケーシング７内に回転体８が設けられた構成である。

具体的には、ケーシング７は、上端部に駆動モーター17が配される筒状の基体16の下端部に中空状部を設けて構成され、基体16の下端に一体成形される第一ケース半体７’と、この第一ケース半体７’に重合止着される第二ケース半体７”とで構成されている。

また、ケーシング７の天壁中央部には基体16の内空間16ａと連通する連通口部７ａが設けられており、この連通口部７ａを介して基体16の内空間16ａを貫通させた駆動モーター17の回動駆動軸17ａの先端部がケーシング７内に配されている。尚、回動駆動軸17ａの先端部には回転体８が設けられている。

また、基体16の内空間16ａと回転駆動軸17ａの周面との間には隙間が設けられている。

この隙間は、ケーシング７内に導入されたスラリ30のうち、後述するスラリ導出口部６から導出されない余剰のスラリ30が通過する余剰スラリ通過部18であり、更に、基体16にはこの余剰スラリ通過部18を通過した余剰のスラリ30を排出する余剰スラリ排出部19が設けられている。

また、本実施例では、回転駆動軸17ａの周囲には表面にクロムメッキが施されたステンレス製の筒状体20が被嵌され、更に、余剰スラリ通過部18及びケーシング７の内面は合成樹脂製の部材（ウレタン）で被覆されている。

従って、この筒状体20及び合成樹脂製の部材で被覆された各部位は、砥粒30ｂが接触しないように保護され摩耗が防止される。

また、ケーシング７の底部３にはスラリ導入口部４が設けられ、この底部３の周囲に連設される側壁部５にはスラリ導出口部６が設けられている。

また、このケーシング７の底部３は、スラリ導入口部４に向けて下り傾斜の勾配を有している。

従って、駆動モーター17が停止することでスラリ30の流れが止まった際、このスラリ30中の砥粒30ｂは底部３に堆積しようとするが、この底部３が勾配を有するため砥粒30ｂは流下することで堆積が低減される。

本実施例では、この底部３の勾配は約１０度に設定されている（図７参照）。

これは、底部３の勾配が急になるほど砥粒30ｂは堆積しにくくなるが、勾配が急であるとスラリ導入口部４から導入されるスラリ30が勢いよく衝突することになるため摩耗が激しくなる。

そこで、本出願人は、種々の角度を試したところ、底部３への砥粒30ｂの堆積を抑制しつつ、底部３が摩耗しにくい角度として、約１０度（８〜１２度の範囲）が適していることを見い出した。

また、本実施例では、後述する回転体８と羽根部９とケーシング７（底部３，側壁部５及び天部）との間に形成されるスラリ通過路21は、スラリ導出口部６に向かって徐々に広くなるように構成されている（図５参照）。

即ち、回転体８の回転中心とスラリ導入開口部４の開口軸心は一致し、この回転体８の回転中心及びスラリ導入開口部４の開口軸心からケーシング７の側壁部５までの距離がスラリ導出口部６に行くに従い長くなるように構成されている。

これは、回転体８の回転により誘導されたスラリ30の速度が最も上がって摩耗し易いスラリ導出口部６付近の摩耗を可及的に低減するためである。

実際に、本実施例及び従来装置の耐久性に関する比較試験を行ったところ、従来装置におけるケーシング57（基体60の下端に一体成形される第一ケース半体57’に重合止着される第二ケース半体57”）の交換が必要になるまでの時間が３０００時間であるのに対し、本実施例におけるケーシング７（第二ケース半体７”）の交換が必要になるまでの時間が５０００時間と飛躍的に延びた。

また、ケーシング７内には、回動駆動軸17ａの先端部に設けられた回転体８が配設されている。

この回転体８は円盤形状体であり、この回転体８の表面には該回転体８の回転中心部から放射方向に長さを有し且つ回転方向に凸湾曲する羽根部９が設けられている。

この回転体８が回転することでスラリ貯留部13のスラリ30を引き込んでスラリ導入口部４から導入させ、このスラリ導入口部４からケーシング７内に導入されたスラリ30は、羽根部９により回転体８の回転中心部から放射方向に誘導されてスラリ導出口部６から圧送導出される。

また、羽根部９は、回転駆動軸17ａの下端部に着脱自在に設けられた金属製の芯材９’を合成樹脂（羽根部材９”）で被覆した構造であり、本実施例では、周方向に所定間隔（等間隔）を介して複数（６つ）設けられている。

また、羽根部９は、回転体８の回転中心部から外方へ行くに従い幅ａが肉厚となる断面円弧状であり、下面（高さ方向先端面）は底部３に沿った形状（平行）である（図３参照）。

従って、羽根部９のスラリ押圧面９ａは凸湾曲面となる。

この凸湾曲面（スラリ押圧面９ａ）は、半径５０ｍｍ〜６０ｍｍの円弧が望ましく、本実施例では５４．５ｍｍに設定されている。

本実施例は上述のように構成したから、ワークＷに圧縮空気とともに液体30ａと砥粒30ｂとの混合物であるスラリ30を噴射する際、スラリ圧送部２からスラリ噴射部１へスラリ30が圧送される。

具体的には、回転体８の回転に伴い、スラリ導入口部４からケーシング７内に導入されたスラリ30は、羽根部９により回転体８の回転中心部から放射方向に誘導されてスラリ導出口部６から圧送導出される（図６参照）。

本実施例の回転体８に設けられる羽根部９は、該回転体８の回転中心部から放射方向に長さを有し且つ回転方向に凸湾曲する形状であり、この構成から羽根部９の摩耗が可及的に低減される。

実際に、本実施例及び従来装置の耐久性に関する比較試験を行ったところ、従来装置における羽根部59の交換が必要になるまでの時間が７００時間であるのに対し、本実施例における羽根部９の交換が必要になるまでの時間が２０００時間と飛躍的に延びた。

よって、本実施例によれば、スラリ圧送部２における耐久性を飛躍的に向上することができる。

また、本実施例は、羽根部９は、所定間隔を介して複数設けられているから、スラリ30を確実に誘導することができる。

また、本実施例は、羽根部９は、回転体８の回転中心部から外方へ行くに従い幅ａが肉厚となる断面円弧状であるから、前述した作用効果を確実に奏することになる。

また、本実施例は、ケーシング７の底部３はスラリ導入口部４に向けて下り傾斜の勾配を有するから、砥粒30ｂの堆積を抑制しつつ、底部３の摩耗を低減することができる。

また、本実施例は、底部３の勾配は８〜１２度であるから、前述した作用効果を確実に奏することになる。

また、本実施例は、回転体８とケーシング７の側壁部５との間に形成されるスラリ通過路21は、スラリ導出口部６に向かって徐々に広くなるように構成されているから、この点においてもスラリ30の衝突が集中せず分散することになり、スラリ圧送部２の耐久性を向上することができる。

また、本実施例に係る酸化スケール除去装置は、金属製の伸線用長尺材Ｗを熱処理することで表面に生じた酸化スケールＳを除去する方法を実施する際に使用される。

具体的には、伸線用長尺材Ｗの表面に、液体30ａと砥粒30ｂとの混合物であるスラリ30を圧縮空気と混合して噴射する。

この砥粒30ｂとしては、図９に示す組成を有するステンレス製の不定形粒子（図10参照）を採用している。

以上の構成からなる酸化スケール除去装置を使用し、以下のような条件下で伸線用長尺材Ｗ（ビッカース硬度２００〜４００Ｈｖ）の表面処理を行った。

砥粒・・・ステンレスグリッド／ビッカース硬度７００〜８００Ｈｖ／平均粒子径
１５０μｍ（８５％（重量）の粒子径が９０μｍ以上２００μｍ未満）
エアー圧力・・・０．４ＭＰａ
処理速度（伸線用長尺材Ｗの搬送速度）・・・３０ｍ／ｍｉｎ

尚、本明細書で言う砥粒30ｂの平均粒子径は、モード径（分布中最も出現頻度の高い粒子径）で定義され、粒子にレーザー光を照射して計測する計測法を用いてその数値を得ている。

以上の条件で処理した場合、伸線用長尺材Ｗの表面に生じた酸化スケールＳは良好に除去され、砥粒30ｂ自体も破損することはなかった。

また、本実施例と従来から行われている処理法（ショットブラスト）との比較実験した結果は図11の通りである。

処理後の伸線用長尺材Ｗの表面の粗さ（算術平均粗さ及び粗さピッチ）は、本実施例は従来例に比して小さい。

従って、本実施例は、伸線用長尺材Ｗの表面から酸化スケールＳが除去されるだけでなく、伸線用長尺材Ｗの表面には微細な凹凸が形成されることになり、伸線加工する際の潤滑剤を良好に保持し得ることになる。

また、本実施例は、従来法に比して処理後の表面硬度が低い。

これは、従来法は、平均粒子径の大きな砥粒（平均粒子径０．３〜１ｍｍのスチール球）で処理面を叩くように処理することになるため、伸線用長尺材Ｗの表面を硬化させてしまうが、これに対し、本実施例は、従来法よりも平均粒子径の小さな砥粒で処理面を削るように処理することになるため、伸線用長尺材Ｗの表面を硬化させてしまうことが可及的に低減される。

よって、本実施例によれば、伸線用長尺材Ｗの処理方法として有効と言える（伸線用長尺材Ｗの表面が硬くなることは伸線加工には良くないとされる。）。

また、本実施例の砥粒30ｂは、錆を防止する不動態被膜となるクロムの含有量は３０％（重量）以上であるから極めて錆びにくく、この点においてもウエットブラスト処理で使用する砥粒30ｂとして有用である。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

Ｗワーク
ａ幅
１スラリ噴射部
２スラリ圧送部
３底部
４スラリ導入口部
５側壁部
６スラリ導出口部
７ケーシング
８回転体
９羽根部
９’ 芯材
21 スラリ通過路
30 スラリ
30ａ液体
30ｂ砥粒

Claims

ビッカース硬度が２００〜４００Ｈｖの伸線用長尺材から成るワークに、圧縮空気とともに液体と下記の砥粒との混合物であるスラリを噴射して、前記ワークの表面に生じた酸化スケールを除去するスラリ噴射部が設けられた酸化スケール除去装置であって、前記スラリ噴射部は前記ワークの長さ方向に所定間隔で且つ夫々の前記スラリの該ワークに対するスラリ噴射位置が異なるように設けられ、また、前記スラリ噴射部に前記スラリを圧送するスラリ圧送部が設けられ、このスラリ圧送部は、ケーシング内に回転体が設けられたもので、このケーシングの底部にはスラリ導入口部が設けられ、このケーシングの底部の周囲に連設される側壁部にはスラリ導出口部が設けられ、前記回転体と前記ケーシングの側壁部との間に形成されるスラリ通過路は、前記スラリ導出口部に向かって徐々に広くなるように構成されており、前記回転体には該回転体の回転中心部から放射方向に長さを有し且つ回転方向に凸湾曲する羽根部が所定間隔を介して複数設けられ、この羽根部は、前記回転体の回転中心部から外方へ行くに従い幅が肉厚となり金属製の芯材の表面に合成樹脂が被覆された断面円弧状に構成され、また、前記スラリ導入口部から前記ケーシング内に導入された前記スラリは、前記羽根部により前記回転体の回転中心部から放射方向に誘導されて前記スラリ導出口部から圧送導出されるように構成されており、前記ケーシングの底部は前記スラリ導入口部に向けて下り傾斜の勾配を有し、この底部の勾配は８〜１２度であることを特徴とする酸化スケール除去装置。
記
前記砥粒はクロム含有量が３０％（重量）以上のステンレス製であり、また、前記砥粒は不定形粒子でビッカース硬度が７００〜８００Ｈｖであり、更に、前記砥粒の平均粒子径は約１５０μｍである。