JPWO2006001068A1 - 焼入方法およびこれに用いられる装置 - Google Patents

Abstract

焼入方法は、処理品Ｓに対する冷却材の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制するために、油槽１１内の焼入油Ｏを撹拌して油温を均一化した後、撹拌を停止し、油槽１１内の焼入油Ｏに処理品Ｓを浸漬させて、２〜１０秒の周期で、処理品Ｓを縦および／または横方向に揺動させるものである。

Description

この発明は、例えば、歯車やベアリング等の鉄鋼部品に浸炭焼入を施すための焼入方法およびこれに用いられる焼入装置に関する。

従来、焼入装置としては、冷却剤を入れた油槽と、油槽内の冷却剤に上向きの流れが生じるように冷却剤を攪拌する攪拌機とを備えたものが知られている。
冷却剤は、鋼材部品の質量、形状、焼入性等により、適切な油種が選択されかつ適切な油温が選択される。また、適切な流速で攪拌することにより、冷却能力の調整が行われる。
攪拌される冷却剤中に処理品を浸漬させた場合、冷却剤の流れの直撃を受ける処理品の日向と、これと反対側の日陰では、冷却速度がばらつき、結果として、浸炭品質（表面硬さ、有効硬化層深さ、内部硬さ等）や熱処理ひずみのばらつきを生じる原因となる。
また、処理品は、トレー、治具等によって数十個が一まとめとして処理される。そのため、処理品自身に加えて、トレー、治具等によって冷却剤の流れが遮られ、トレー内でも流速のばらつきが生じ、このことも、熱処理ひずみのばらつきを生じさせる原因であった。
この発明は、上記の課題を全て解決し、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することのできる焼入方法およびこれに用いられる焼入装置を提供することを目的とするものである。

この発明による焼入方法は、油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、２〜１０秒の周期で、処理品を縦および／または横方向に揺動させるものである。
この発明による焼入方法では、攪拌を停止した焼入油中で処理品を揺動させることにより、処理品に対する焼入油の流速を均一することができる。もし仮に、攪拌中の焼入油に処理品を浸漬すると、処理品の日向と、これと反対側の日陰では、冷却速度にばらつきが生じるが、その点、この発明では心配が無い。したがって、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することができる。しかも、揺動周期が、２〜１０秒であるため、最適な冷却とすることができる。
この発明による他の焼入方法は、油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが大である場合に、処理品を縦方向に揺動させ、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが小である場合に、処理品を横方向に揺動させるものである。
この発明による他の焼入方法では、処理品の形状によって縦または横の揺動方向が選択されるため、最適な焼入を行うことができる。
この発明による焼入装置は、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を縦方向に揺動させる縦揺動手段と、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を横方向に揺動させる横揺動手段とを備えているものである。
この発明による焼入装置では、縦揺動手段および横揺動手段のいずれか一方を用いて、焼入油中で処理品を揺動させることにより、処理品に対する焼入油の流速を均一することができる。したがって、処理品に対する冷却剤の冷却速度のばらつきを低減し、浸炭品質や熱処理ひずみのばらつきを抑制することができる。
さらに、焼入装置に、縦および横の揺動周期を２〜１０秒とするように縦揺動手段および横揺動手段を制御する制御手段が備わっていると、最適な冷却とすることができる。
さらに、焼入装置には、縦揺動手段が、処理品を積載したトレーをまたがらせる一対の昇降レールと、昇降レールを昇降させる流体圧シリンダとを備えていると、昇降レールの昇降速度およびストロークを変更することにより、縦方向の揺動周期およびストローク等を簡単に変更することができる。
また、横揺動手段が、複数の並列状ローラよりなりかつトレーを受けるローラ列と、ローラ列で受けられたトレーを押動させる押動機構とを備えていると、簡単な機構でもって、処理品を横方向に揺動させることができる。
また、押動機構が、ピストンロッドの先端をトレーの一端に当接させうるように配置されている流体圧シリンダと、トレーの他端を弾性支持するばねとを備えていると、ピストンロッドの動作速度およびストロークを変更することにより、横方向の揺動周期およびストローク等を簡単に変更することができる。
また、昇降レールの昇降経路とローラ列が交差させられ、昇降経路と交差するヵ所において、ローラ列の隣り合うローラ間に、昇降レールを通過させうる間隙が形成されていると、同間隙を通過させるように昇降レールを昇降させることにより、昇降レールおよびローラ列間でトレーの受け渡しをすることができる。

図１は、荷姿が平置きである処理品の説明図である。
図２は、荷姿が刀掛けである処理品の説明図である。。
図３は、焼入装置の垂直縦断面図である。
図４は、焼入装置の水平横断面図である。
図５は、揺動焼入のサイクル線図である。
図６は、焼入品の揺動速度と内部硬さの関係を示す表である。
図７は、焼入品の揺動周期と内部硬さのばらつきの関係を示す表である。
図８は、荷姿の相違に基づく歯車の焼入結果を示す表である。

この発明の実施の形態を図面を参照してつぎに説明する。
図１および図２に、歯車のようなリング状処理品Ｓの荷姿が示されている。図１では、トレーＴ１の上面には複数の垂直棒状治具Ｊ１が立てられている（紙面と直交する方向にもある）。各治具Ｊ１には複数の処理品Ｓが所定間隔ではめ被せられている。これを、平置きの荷姿と称する。図２では、トレーＴ２の上面の両端に一対のポストＰが立てられている。両ポストＰには上下に間隔をおいて水平棒状治具Ｊ２が渡し止められている（紙面と直交する方向にもある）。各治具Ｊ２には複数の処理品Ｓが所定間隔ではめ被せられている。これを、刀掛けの荷姿と称する。
平置きの荷姿の場合、処理品Ｓの厚み、すなわち、処理品Ｓの縦方向（上下方向）の大きさよりも、処理品Ｓの外径、すなわち、処理品Ｓの横方向（左右または前後などの方向）の大きさが大である。刀掛けの荷姿の場合、大小の関係が平置きの荷姿の場合の逆である。
以下、双方の荷姿の処理品Ｓを、トレーＴ１、Ｔ２および治具Ｊ１、Ｊ２等を含めて、ワークＷと称することとする。
図３および図４を参照すると、焼入装置は、焼入油Ｏを貯めている油槽１１と、油槽１１内の焼入油Ｏに上向きの流れが生じるように焼入油Ｏを攪拌する攪拌機１２と、油槽１１内の焼入油ＯにワークＷを浸漬させた状態で、ワークＷを縦方向に揺動させる縦揺動手段１３と、油槽１１内の焼入油ＯにワークＷを浸漬させた状態で、ワークＷを横方向に揺動させる横揺動手段１４（図３，４では左右方向として例示している）とを備えている。
油槽１１内は、垂直隔壁２１によって左処理室２２および右攪拌室２３に仕切られている。処理室２２の左側壁上部には出入口２４が設けられている。
攪拌機１２は、攪拌室２３内において焼入油Ｏの液面を上下に貫通するようにのびた垂直回転軸３１と、回転軸３１の上端に連結されているモータ３２と、回転軸３１の下端に取付られているスクリュー３３と、隔壁２１を貫通するように設けられている整流ダクト３４とを備えている。
整流ダクト３４は、スクリュー３３を取囲む位置から下向きにのびて、処理室２２の底面中央近くで上向きに開口させられている。スクリュー３３の回転によって攪拌室２３内には、焼入油Ｏの下向きの流れが生じるが、これが、整流ダクト３４によって、処理室２２内において上向きの流れとなるようにに導かれる。
縦揺動手段１３は、油槽１１の後側壁に設けられている垂直ガイドレール４１と、ガイドレール４１にそって昇降させられる昇降体４２と、昇降体４２から前向きに突き出し互いに平行にのびた左右一対の昇降レール４３と、昇降体４２に連結されたピストンロッドを有しかつ油槽１１頂壁に垂直下向きに装備されている縦揺動用流体圧シリンダ４４とを備えている。
横揺動手段１４は、焼入油Ｏ中において、昇降レール４３の昇降経路と交差させられるように互いに平行にのびかつ左右方向に並んだ複数の並列状ローラ５１よりなる前後一対のローラ列５２と、ピストンロッドの先端をローラ列５２の左端に臨ませかつ油槽１１の左側壁に貫通させられているピストンロッドを有する横揺動用流体圧シリンダ５３と、両ローラ列５２間を左右方向にのびかつ右端を隔壁２１に固定されている圧縮コイルばね５４とを備えている。
ローラ列５２のローラ５１のうち、昇降レール４３の昇降経路と交差させられる部分のローラ５１は、隣り合うもの同士間に昇降レール４３を通過させうる間隙Ｃを有している。
ワークＷは、図示しない加熱室で、必要に応じて浸炭や浸炭窒化等が行われる。
焼入油Ｏは、攪拌機１２によって攪拌されかつ処理される鋼種に適した温度に保たれている。油温が均一化された後、攪拌は停止する。油温の均一化のために必要な攪拌時間は予め実験的に求めておく。
昇降レール４３は、その昇降ストロークの上限で待機させられている。図示しない搬送手段によって処理室２２内に搬入されたワークＷは、昇降レール４３にまたがってのせられる。縦揺動用流体圧シリンダ４４のピストンロッドを進出させると、昇降レール４３が下降させられる。ワークＷは、焼入油Ｏに浸漬される。
油槽１１内の焼入油ＯにワークＷを浸漬させた状態で、ワークＷを縦または横方向に揺動させることになるが、ワークＷの荷姿によって、縦および横の揺動方向が選択される。平置きの荷姿の場合、揺動方向は、縦とする。刀掛けの荷姿の場合、揺動方向は、横が選択される。
揺動方向が縦の場合、昇降レール４３の下降は、ローラ列５２の上方までとする。縦揺動用流体圧シリンダ４４のピストンロッドの伸縮を繰り返すことにより、昇降レール４３とともにワークＷを縦方向に揺動させる。
揺動方向が横の場合、昇降レール４３をローラ列５２の下方まで下降させる。昇降レール４３がローラ５１間の間隙Ｃを通過する際に、ワークＷは昇降レール４３からローラ列５２に移し替えられる。
ワークＷを移し替える際、横揺動用流体圧シリンダ５３のピストンロッドは、退入させておく。移し替えられたワークＷは、両ローラ列５２にまたがった状態で受けられる。
両ローラ列５２でワークＷが受けられると、横揺動用流体圧シリンダ５３のピストンロッドを進出させて、その先端を、ワークＷの左端に当接させる。ばね５４の左端はワークＷの右端に当接させられる。
今度は、横揺動用流体圧シリンダ５３のピストンロッドを伸縮させる。そうすると、ばね５４を伸縮させながら、ワークＷは横方向に揺動させられる。この揺動を所定時間経過した後、横揺動用流体圧シリンダ５３のピストンロッドの伸縮を停止し、そのピストンロッドを退入させる。
縦揺動用流体圧シリンダ４４のピストンロッドを退入させて昇降レール４３を上昇させる。昇降レール４３がローラ５１間の間隙Ｃを通過する際に、ワークＷは、ローラ列５２から昇降レール４３に乗り移り、昇降レール４３とともに上昇させられ、焼入油Ｏ中から引上げられる。
なお、上記縦または横揺動用のピストンロッドの進退速度は、スピードコントローラにより調整可能とされている。
つぎに、好ましい揺動条件を設定するためにテストを行ったのでこれを説明する。径２５ｍｍ、長さ１０ｍｍのテストピースを用い、８５０℃から焼入を行った。
図５に、揺動焼入のサイクル線図が示されている。図５は、縦揺動の場合を示しているが、横揺動の場合、図５における上下を左右と読み替えることとする。
図５において、上昇ストロークを開始してから、つぎの下降ストロークを開始するまでに経過する時間Ｔ／２と、下降ストロークを開始してから、次の上昇ストロークを開始するまでに経過する時間Ｔ／２とは等しい。上昇ストロークを開始してから、次の上昇ストロークを開始するまでに経過する時間Ｔを、揺動時間と定義する。揺動時間Ｔには、ストロークの停止時間が含まれている。
図６は、揺動速度Ｖとテストピース内部硬さのばらつきの関係を示すものである。揺動速度Ｖが速くなる程、テストピース内部硬さは硬くなっていく。
図７に、揺動周期Ｔとテストピース内部硬さのばらつきの関係が示されている。図７から、揺動周期Ｔは１０秒以下が好ましいことが分かる。また、同図から、好ましくは、揺動周期Ｔは２秒以上である。
図８は、歯車部品に揺動焼入を適用した例を示すものである。歯車部品の材質は、ＳＣｒとＳＣＭの２種とした。２種の材質の歯車のいずれにおいても、荷姿が刀掛けの場合、横揺動が好ましく、荷姿が平置きの場合、縦揺動が好ましいことが分かる。
以上は、揺動方向を縦または横として説明した。とくに、横方向に関しては、図３および図４に示す左右に限定されることなく、前後であってもよいし、前後および左右の中間方向であって良いことは勿論である。

この発明による焼入方法は、例えば、歯車やベアリング等の鉄鋼部品に浸炭焼入を施すために焼入するのに適している。

Claims (8)

1. 油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、２〜１０秒の周期で、処理品を縦および／または横方向に揺動させる焼入方法。
2. 油槽内の焼入油を攪拌して油温を均一化した後、攪拌を停止し、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させて、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが大である場合に、処理品を縦方向に揺動させ、処理品の縦方向の大きさよりも横方向の大きさが小である場合に、処理品を横方向に揺動させる焼入方法。
3. 油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を縦方向に揺動させる縦揺動手段と、油槽内の焼入油に処理品を浸漬させた状態で、処理品を横方向に揺動させる横揺動手段とを備えている焼入装置。
4. 縦および横の揺動周期を２〜１０秒とするように縦揺動手段および横揺動手段を制御する制御手段を備えている請求項３に記載の焼入装置。
5. 縦揺動手段が、処理品を積載したトレーをまたがらせる一対の昇降レールと、昇降レールを昇降させる流体圧シリンダとを備えている請求項３または４に記載の焼入装置。
6. 横揺動手段が、複数の並列状ローラよりなりかつトレーを受けるローラ列と、ローラ列で受けられたトレーを押動させる押動機構とを備えている請求項３〜５のいずれか１つに記載の焼入装置。
7. 押動機構が、ピストンロッドの先端をトレーの一端に当接させうるように配置されている流体圧シリンダと、トレーの他端を弾性支持するばねとを備えている請求項６に記載の焼入装置。
8. 昇降レールの昇降経路とローラ列が交差させられ、昇降経路と交差するヵ所において、ローラ列の隣り合うローラ間に、昇降レールを通過させうる間隙が形成されている請求項５〜７のいずれか１つに記載の焼入装置。

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