JPS60412B2 - 異径棒鋼の硬化処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シャフトやテーバピンまたはスプ−ル等のよ
うな段付あるいはテーパ部を有する細長い異径榛鋼の硬
化処理方法に関するものである。

一般にストレートの丸棒の高周波嬢入では、競入前後に
円形コイル中へ被処理捧鋼を長さ方向に移動させ、焼入
前後にローラによって挟持し、振れ矯正をする方法が用
いられている。しかし、異蚤榛鋼の場合は径の差が長さ
方向にあるため上記の方法では加熱ムラが生じ、且つ振
れの矯正が甚だ困難である。

また、移動して加熱焼入するため径の差による彼処理榛
鋼とコイルの間隔が一定に保持できず加熱バラッキが大
きくなる。

また、被処理榛鋼、特に異蓬榛鋼の高周波暁入において
は、その加熱時の内部応力によって生ずる曲りあるし、
は焼入時の急冷によって生ずるマルテンサイト変態によ
る歪み等に起因して振れ発生は免れず、その結果研摩時
の取代が多くなったり、それら余分の研摩あるし、は振
取工程が増し、コストアップの原因となる欠点があった
。

本発明は、上記欠点をなくすべく異蚤榛鋼を支持しなが
ら回転させると該榛鋼適所に振れを矯正する２点支持ロ
ーラを特殊形状コイルに邪魔にならぬよう、しかも棒鋼
と芯合せして配置し、高周波焼入と同時に振れを極めて
簡単な構成により矯正し、焼入後の振れ発生を最少限に
規制せんとするものである。

他の目的は暁入と焼戻し処理を同時に行い、処理時間短
縮と作業能率向上を可能ならしめんことにある。

以下図面に示す実施例にもとづき本発明を具体的に説明
する。

第１図に示す第１実施例は堅型高周波暁入装置を示すも
ので、１は機台でベッド１１にコラム１２を楯談し、コ
ラム１２の垂直沼動面１３に沿ってワーク支持装置２が
伝動機構３で上・下動可能に設けられている。

ワーク支持装置２は蟹体２０の上・下部に軸受鋼ＳＵＪ
２あるいは中炭素鋼Ｓ４５Ｃ等の異蓬榛鋼２４の両端を
たて方向に支持するチャックあるいはピボット等の上・
下部支持手段２１，２２を有し、その一方の下部支持手
段２２はモータ２３の駆動軸に連結され、前記榛鋼２４
に回転が与えられる。

なお、上部支持手段２１はスプリング等で弾圧され榛鋼
２４の熱膨張逃しのため上・下動可能になつている。

伝動機構３は上記支持装置２を上・下動させるもので、
雀体２０と螺合する螺村３１をコラム１２へベアリング
１４を介して鉛直方向へ回転自在に取付け、該螺村の上
端を上記コラム１２に装備された可逆および可変速モー
タ３２からプーリ３３，３４およびベルト３５を介して
回転可能に連結せしめたものである。

４は高周波電流を利用して加熱、膝入する高周波発生装
置で高周波を発生せしめる発振機４１とベッドの水平摺
動面１５へ摺動可能に設けられる出力トランス４２およ
びこれより突設した加熱用コイル４３からなり、本発明
では発振機４１の周波数を下げてパワーアップし榛鋼の
硬化深さを深くするようにする。

上記加熱用コイル４３は、先端が異蓬榛鋼２４と適当間
隔を保って、これを取囲みまたは近接するに通した半円
弧状あるいは渦巻状をなし、その基端は出力トランス４
２に一体的に取付けられ、該加熱コイル４３の支持腕４
４はコラム１２に設けられた上・下方向の長孔１６およ
びワーク支持装置２を貫通し、異律綾鋼２４に近接位置
せしめられる。

なお、上記出力トランス４２は加熱用コイル４３を樺鋼
の径差の変動に応じて進退し、常に該榛鋼と一定間隔を
保つよう倣い装置４５と連結されている。

倣い装置４５は処理すべき製品の異蓬榛鋼を基準とした
モデルに沿ってスタィラスを移動させ、このスタィラス
の変位量を電気的または油圧式制御装置あるいは機械的
増中手段を介して変換させ出力トランス４２を逐次モデ
ルに応じて進退移動させるものである。

例えばサーボ機構等を応用し、モデル上を移行するスタ
ィラスでサーボモータを所要量回転させ、これによって
出力トランス４２を摺動させる電気的制御方法等によっ
てコイルと綾鋼との間隔を一定に保たしめることもでき
る。

５は上記加熱用コイル４３への周波数、電圧電流および
変速モータ３２の回転速度等を棒鋼の径差に応じてコン
トロールする制御装置である。

６は振れ矯正手段であって基端を調整ネジ６１によって
ワーク支持装置２の誓体２０へ調整自在に取付けられる
アーム６２と、その先端へ所定直径２個のローラが平行
に且つ回転自在に枢支され榛鋼２４の振れを矯正する２
点支持ローラ６３とからなり、該２点支持ローラ６３は
第２図に示す如く、横綱の両側で加熱用コイル４３の通
過に邪魔にならぬよう、これら２点支持ローラおよび加
熱コイル４３が榛鋼２４を三方から取囲み、且つ２点支
持ローラ６３で該榛鋼の振れによる逃げが防止される如
く支持するものである。

また、２点支持ローラ６３は榛鋼の振取に最も好都合な
ように穣鋼の基準軸芯と芯合せされた位置に配置される
。

また、棒鋼の長さに応じ矯正手段は適数個もおけられ榛
鋼の回転を阻害しないようにコイルによる加熱部分の移
動に応じて、順番に進入できるよう芯合せ位置へ逐次突
出させることもできる。

さらに、２点支持ローラは樺鋼からの熱が２点支持ロー
ラに伝わり難く、また伝わっても放散され易く、且つロ
ーラの耐久性の低下を防止しうるよう点接触となるが如
き球面形状をもって極鋼と接触している。７は冷却液噴
射ノズルで、これから流出する水あるいは油によって加
熱された異蓬榛鋼を急速に冷却し競入するものであり、
加熱用コイル４３によって加熱後炭化物の内部拡散およ
び芯部暁入可能な、しかも良好な暁入組織を得るようコ
イルでの加熱後所要時間遅れて冷却するように暁入コイ
ルとの間に所定間隔を保持せしめる。

以上の如き構成からなり、その作動を説明すると、まず
ワーク支持装置２が上方位置で加熱コイルが榛鋼の最下
部に位置した状態でモータ２３を駆動し、榛鋼２４を所
定速度で回転させる。

その後、螺村３１を回転させそのねじ送り作用によって
ワーク支持装置２を下方に移動させると、これに伴なし
、加熱用コイル４３で異蓬榛鋼２４は下方から上方へ約
９００ｏｏ位で順次加熱される。所定時間加熱され、炭
化物が内部まで拡散された後、榛鋼は次に冷却ノズル７
よりの冷却液の噴出によって冷却されて焼入される。こ
の場合、榛鋼は加熱による軟化作用と振れを有する樺鋼
の回転による遠心力作用とにより芯合せ位置決めされた
２点支持ローラに当接して偏心部分が押され振れが矯正
され、芯合せされた支持ローラに沿うようになり、芯が
出され振れが最小限に是正される。

やがて加熱用コイル４３が榛鋼２４の上端に達すると可
逆可変速モータ３２による螺村３１の逆転による支持装
置２の上昇に際して加熱コイルが暁房温度に変更され、
復行時に榛鋼に対し焼戻し処理が行われ、榛鋼の組織は
焼戻しマルテンサィトに変わる。

この場合の焼戻し条件は、暁入時の温度より低い約３０
０〜４５０００位で所定時間行われる。

また、加熱用コイルによる加熱時、減速モータ３２から
の駆動により棒鋼の太径部分は比較的低速度で送られる
と共に、細軽部分は比較的高速度で送られ必要によって
は高周波電流も変えられ、榛鋼が異径であっても常に芯
部まで均一な加熱および焼入が施されるようになってい
る。また、上記暁入過程においては加熱用コイル４３が
倣い装置４５によって異怪榛鋼から常に所定間隔に保た
れるので一様に均一な焼入れ、焼戻し力ｙ行われる。

次に第３図に示す第２実施例は横型高周波焼入装置で、
所謂異律榛鋼は支持手段２１，２２によって横方行に支
承され、コイルが往復移動する形式のものであり、この
場合は加熱コイル４３に対し所定間隔を存して別個の焼
戻し用コイル４６を有しており、加熱用コイル４３の第
３図の右方鎖線位置から次第に左方に移動するにつれて
、異蓬榛鋼が第１実施例の場合と同様に加熱され、且つ
冷却ノズルによって冷却され焼入されるが、この塚入と
同時に一定間隔を保って焼戻し用コイル４６が加熱用コ
イル４３の後を追って焼戻し処理を行うものである。

この場合は、加熱、焼戻し等全体の処理時間が短縮され
ると共に両工程の処理を同一工程で同時に行いうる利点
がある。

なお、上記第１実施例は被処理棒である異径綾鋼を、ま
た第２実施例はコイルを移動することによって焼入ある
いは焼戻しを行ったが、これを逆に堅型高周波競入装置
においてコイルをまた横型高周波隣入装置において異径
榛鋼を移動させるようにしても同様に実施できるのは勿
論である。

また、さらに第１、第２実施例共支持手段で回転させる
方法について述べたが、矯正手段で捧鋼を回転させても
あるいは必要により他の駆動ローラを綾鋼に接触させて
回転させてもよいのは勿論である。次に異蓬棒鋼の高周
波焼入条件および熱処理前後の振れ測定結果を第４図お
よび第５図により説明する。

軸受鋼ＳＵＪ２および中炭素鋼Ｓ４５Ｃの夫々について
電気炉による長時間加熱後プレスクェンチする従来方法
と、本発明実施方法あるいはズプ競入（芯部嘘入）を行
う場合と表面焼入れを行う場合とについて、第４図の条
件で各試験を行ったところ熱処理前後において第５図の
如き結果が得られた。

なお、第４図における軸受鋼ＳＵＪ２の時の加熱温度は
８５０〜９００ｑｏで径の大小によって１〜１の妙の加
熱を行い、水冷焼入および焼戻しまでに要する時間は１
本当り６２秒（このうち４０秒は焼戻し時間）要し、鱗
戻温度は、３００〜４５ぴ○で、これにより隆鋼組織は
内部まで焼戻しマルテンサィト組織に変化して級性が向
上された。

また、中炭素鋼Ｓ４５Ｃの時の加熱温度は、８７０〜９
２０℃で径の大小によって１〜１栃砂の加熱を行い、水
冷凝入および焼戻しまでに要する時間は１本当り８硯砂
要し、焼戻し温度は４００〜４８０℃で、これにより樺
鋼組織は焼戻し組織に変化した。

一般に表面組織がＳ４５Ｃ等の中炭素以上の鋼および合
金鋼の高周波暁入の場合、芯部まで焼入しようとすれば
表面付近は競入過度の組織となる。しかし、本発明の場
合は高周波競入条件を適正な状態に保つことによって中
心部まで均一な硬さが得られ、嫌入組織についても表面
附近および中心部の差はほとんどなく、微細且つ均一な
マルテンサィト組織で良好な焼入組織となった。

また、ＳＵＪ２の場合は特に焼入過度が機械的強度にお
よぼす影響が大であり、高周波嘘入条件の制御に厳密さ
を要するが、本発明はこれを克服して暁入組織は微細で
均一な炭化物と微細なマルテンサィト組織になっており
、鞠性低下等を招く絹状セメンタィト等の暁入過度組織
は認められずト表面と中心部のカタサについてもほとん
ど差はなく均一な断面硬度分布となっている。

以上第５図のグラフから明らかな如く異径榛鋼の従来方
法では、ズブ焼入および表面焼入とも煉入後の振れが膝
入前に比べて極めて大きくなるのに対して、本発明方法
では振れが著しく小さく、ローラ矯正手段の作用と相俊
って競入前の振れよりも可成り振れが小さくなった。

すなわち、焼入時においては異径榛鋼が加熱によって軟
化され弾性限が低下していると共に異径榛鋼が極めて大
なる回転速度で回転させられるので、その遠心力が大と
なり、芯合せ位置に配置された２点支持ローラ６３で偏
心部分が矯正され、さらに最も榛鋼が変形しやすいマル
テンサィト変態途中で矯正されるので、その振取機能が
極めて効果的に行われるためである。

以上の如く本発明は異径俸鋼を支持しながら回転させる
と共に該榛鋼をその一方より他方へ順次特殊形状コイル
で急速に高周波加熱し、該加熱による軟化作用と捧鋼の
回転による遠心力作用とにより高周波加熱に邪魔になら
ぬよう、且つ上記榛鋼と芯合せ位置決めされた２点支持
ローラで振れを矯正しつつ暁入処理を施すから暁入前の
素材固有の振れよりも一層小さい振れとなし得、特に加
熱および焼入と同時にｏ−ラ矯正するための０．２０肋
以下に振取でき、したがって研摩時の取代が少なくてよ
く、研摩時の余分な工数を削減でき、コストダウンとな
ると共に製品バラツキがなく性能向上を計り得、しかも
細径のものについては、芯部焼入が可能となり、さらに
焼戻し‘こよって榛鋼の耐久性ならびに鰯性の向上が計
れる。

また、中温（３５０００）焼戻しのため芯部まで焼戻し
可能であり、且つ焼戻し時の振れ発生もなく、特に本発
明は焼入処理を施すと共に、高周波加熱で焼戻し処理を
併せて施すから処理時間が短縮でき、作業能率を向上さ
せ得る等の諸々の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の装置全体を表わす正面図、第２図
は第１図の要部を示す矢印×一×断面図、第３図は第２
実施例の概略図、第４図は各種試験条件の数値表、第５
図は高周波嬢入前後の振れの測定値を示す図表である。 なお、図面において２４は異蓬榛鋼、４３は加熱コイル
、６３は２点支持ローラを夫々示す。労２図牙３図 才１図 労４図 才５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 異径棒鋼を支持しながら回転させると共に加熱コイ
   ルを該異径棒鋼の径差に応じて進退移動させ、該棒鋼を
   その一方より他方へ順次該加熱コイルで急速に高周波加
   熱し、該加熱による軟化作用と棒鋼の回転に基づく遠心
   力作用とにより、高周波加熱に邪魔にならぬよう、且つ
   上記棒鋼と芯合せ位置決めされた２点支持ローラで振れ
   を矯正しつつ焼入処理を施すと共に再び高周波加熱によ
   り焼戻処理を併せて行なう事を特徴とする異径棒鋼の硬
   化処理方法。