KR19980079257A - 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 장치 - Google Patents

탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 장치 Download PDF

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히데도시주료사와
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겐조하라다
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Abstract

하나의 스테이지로서 온-라인 기계가공 및 제조시스템에 의해 수행될 수 있는 기계가공 및 제조공정에 포함되는 탄화단계, 및 열-처리 제작물중에 질의 변화없이 달성될 수 있는 고품질 처리 또는 공정에 의해 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 장치. 상기 장치에 있어서, 예열 챔버(2), 여섯 개의 탄화 챔버(5a 내지 5f), 냉각 챔버(8)는 이송 디바이스(12)를 갖는 중간 챔버(4) 주변에 위치된다. 또한, 고주파유도 가열기술은 처리 또는 가공 챔버의 하나를 각각 가열하기 위해 사용된다. 더군다나, 플라즈마 탄화방법이 탄화 챔버에서 수행된다. 아울러, 기계가공 및 제조라인을 통하여 상기 장치로 계속적으로 운반되는 제품은 각각 챔버들로 할당 및 분배된 다음, 처리 및 가공된다. 따라서, 탄화, 담금질 및 템퍼링 공정은 멈춤없이 수행될 수 있다.

Description

탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 장치
본 발명은 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 하나의 스테이지로서 온-라인 기계가공 및 제조시스템에 의해 수행될 수 있는 기계가공 및 제조공정에 포함되는 탄화단계에 의해 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법 및 이의 장치에 관한 것이다.
지금까지, 용기 푸셔(pusher)형 또는 롤러노(hearth)형의 연속가스 탄화/담금질로는 탄화 및 담금질용 장치로 사용되어 제작물(강철)의 질을 향상시켰다. 이러한 형태의 연속가스 탄화/담금질로는 통상적으로 기계가공(공정) 장치와 분리될 수 있어 기계가공 공장과 분리시켜 소위 열-처리공장을 24시간 내내 작동시킬 수 있다. 더군다나, 로의 열처리는 용기들상에서 각각 가공될 다수의 제품(예를 들어, 부품)을 적용시키는 배치(batch)시스템에 따른 제조방법에 의해 수행된다.
한편, 종래의 연속가스 탄화/담금질로에 이해 수행될 수 있는 공정은 도 10에 도시된 단계로 구성된다.
즉, 우선 기계가공 공장에서 제품을 절단시킨다. 그 후, 절단된 제품은 기계가공 공장으로부터 분리될 수 있는 열-처리 공장으로 이송된다. 열-처리 공장에 상기 제품이 도착했을 때, 용기상의 제품의 세트는 지그(jigs)에 의해 수행된다. 세척후에, 제품은 연속가스 탄화/담금질로에 주입된다. 그 다음, 탄화 및 담금질 단계는 상기 연속가스 탄화/담금질로에서 수행된다. 일련의 열-처리단계를 수행하자마자, 용기밖으로 제품을 수거하는 단계 및 제품의 분해를 수행한다. 상기 분해된 제품은 열-처리 공장과 분리된 기계가공 공장으로 이동된다. 따라서, 기계가공 공장에서 제품의 그라인딩이 수행된다.
도 10에 도시된 종래의 연속가스 탄화/담금질로에서 수행될 수 있는 공정은 다음과 같은 문제점을 갖는다.
가) 기계가공 공장이 열-처리공장과 분리되어 있기 때문에, 이송 시스템이 요구된다. 또한, 예정된 시간동안 가공(또는 처리)될 수 있는 제품의 저장이 필요하다.
나) 로에 제품을 주입하기 위하여 지그를 사용하여 용기상에 제품을 세트시킬 필요가 있다. 또한, 열-처리단계가 완성된 다음,용기상에 세트된 제품을 수거하기 위한 분해단계가 필요하다.
다) 제품의 온도보다 낮은 온도 및 긴 시간을 소요된다. 열처리시간이 길다. 따라서, 로에 제품을 삽입 또는 주입시키는 단계로부터 로로부터 그것을 꺼내는 단계까지의 공정이 많은 시간이 걸린다.
라) 로를 가동시켰을 때, 로의 분위기를 일정(조절)하게 형성하는데 많은 시간이 걸린다.
마) 배치 공정은 열-처리된 제품중에 질의 변화를 초래한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 하나의 스테이지로서 온-라인 기계가공 및 제조시스템에 의해 수행될 수 있는 기계가공 및 제조공정에 포함될 수 있는 탄화단계, 및 열-처리 제작물중에 질의 변화없이 달성될 수 있는 고품질 처리 또는 공정에 의해 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 수행할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법(이하 종종 본 발명의 제 1 방법이라 함)은 탄화온도로 제품(또는 대상물)을 예열시키는 예열단계; 상기 제품을 예열시킨후에 탄화온도에서 상기 제품을 탄화시키는 탄화단계; 상기 제품을 탄화시킨후에 상기 제품을 담금질시키는 담금질단계; 및 상기 제품을 담금질시킨후 상기 제품을 템퍼링시키는 템퍼링단계를 포함한다. 이 방법에 있어서, 상기 제품은 제작물을 기계가공시키고 제조하기 위해 기계가공 및 제조라인으로 공급된다. 또한, 상기 각각의 단계는 상기 기계가공 및 제조라인상의 상기 제품의 흐름이 실질적으로 중단되지 않는 방법으로 기계가공 및 제조라인으로 공급되는 공급속도에 따라 수행된다.
따라서, 상기 탄화단계는 하나의 스테이지로서 온-라인 기계가공 및 제조시스템에 의해 수행될 수 있는 기계가공 및 제조공정에 포함될 수 있다. 더군다나, 고품질 처리 또는 공정이 열-처리 제작물중에 질의 변화없이 달성될 수 있다.
본 발명에 따라 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 다른 방법(이하 종종 본 발명의 제 2 방법이라 함)은 탄화온도로 제품을 예열시키는 예열단계; 상기 제품을 예열시킨후에 탄화온도에서 상기 제품을 탄화시키는 탄화단계; 상기 제품을 탄화시킨후에 상기 제품을 담금질시키는 담금질단계; 및 상기 제품을 담금질시킨후 상기 제품을 템퍼링시키는 템퍼링단계를 포함한다. 이 방법에 있어서, 상기 제품은 제작물을 기계가공시키고 제조하기 위해 기계가공 및 제조라인으로 공급된다. 또한, 상기 방법의 각각의 단계는 상기 단계중 하나의 단계를 수행하는데 필요한 시간 만큼 상기 기계가공 및 제조라인상의 상기 제품의 흐름을 실질적으로 중단없이 수행하기에 필요한 수의 처리(또는 가공)수단을 제공하고, 처리유닛으로서 하나의 제품 또는 필요에 따라 한 세트의 두개 이상의 제품을 세팅시킨 다음, 상기 처리(또는 가공)수단에 차례로 처리유닛으로 상기 제품을 분배 및 공급하여 수행된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 있어서, 상기 예열단계를 수행하기 위한 예열수단이 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단으로부터 독립적으로 분리된다(이하 종종 본 발명의 제 3 방법이라 함).
또한, 상기 예열수단은 고주파 유도가열공정을 사용하며, 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격보다 충분히 짧은 예열시간을 달성한다. 상기 예열수단들의 수는 한 세트이다.
또한, 상기 탄화수단들의 수가 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족하도록 설치된다.
[수학식 1]
여기서 X는 상기 탄화단계를 수행하는데 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; Z는 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단의 수를 의미한다.
본 발명의 제 3 방법(이하 종종 본 발명의 제 4 방법이라 함)에 있어서, 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단은 상기 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법의 수행이 상기 기계가공 및 제조라인의 작동의 출발과 실질적으로 동시에 출발하고, 상기 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법의 수행은 상기 기계가공 및 제조라인의 작동의 멈춤과 거의 동시에 멈추기 위해 상기 기계가공 및 제조라인을 작동(또는 가동)시키는데 소비되는 출발시간에 근접시키기 방법에서 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법을 수행하기 위해 소비되는 출발(또는 작동)시간을 줄이기 위하여 탄화온도에서 제품의 온도를 유지시키는 동안에 상기 탄화수단 및 제품 사이에 글로방전을 유발시켜 수행되는 플라즈마 탄화방법에 의해 탄화시키는 수단을 포함한다.
본 발명의 제 4 방법(이하 종종 본 발명의 제 5 방법이라 함)에 있어서, 고주파유도 가열공정은 상기 탄화온도에서 제품의 온도를 유지시키는 공정으로 사용된다.
본 발명의 제 3, 4 또는 5 방법(이하 종종 본 발명의 제 6 방법이라 함)에 있어서, 상기 고주파유도 가열공정에 사용된 고주파가 0.5kHz 내지 3kHz의 범위로 설정된다.
본 발명의 제 1 내지 6 방법(이하 종종 본 발명의 제 7 방법이라 함)에 있어서, 상기 탄화단계는 950℃ 이상의 온도 및 1200℃ 이하의 온도에서 수행되어 상기 탄화단계를 수행하는데 소비되는 시간을 감소시킨다. 또한, A1 변형온도(또는 포인트) 이하의 온도로 제품을 냉각시키기는 냉각단계, 및 이러한 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질 온도로 재가열시키는 재가열단계는 상기 탄화단계 및 담금질단계 사이에 부가된다.
본 발명의 제 7 방법(이하 종종 본 발명의 제 8 방법이라 함)에 있어서, 상기 냉각수단 및 상기 재가열수단은 하기 수학식 2로 표시되는 조건을 만족하도록 제공된다.
[수학식 2]
여기서 M은 상기 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 달성하기 위해 소비된 시간이고; N은 상기 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키는 재가열단계를 달성하기 위해 소비된 시간이며; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이고; C는 상기 냉각단계를 수행하기 위한 상기 냉각수단들의 수이고; H는 상기 재가열단계를 수행하기 위한 상기 재가열수단들의 수이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 장치(이하 종종 본 발명의 제 1 장치라 함)는 탄화온도로 제품을 예열시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 예열 다바이스; 상기 제품을 예열시킨후에 탄화온도에서 상기 제품을 탄화시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 탄화 디바이스; 상기 제품을 탄화시킨후에 상기 제품을 담금질시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 담금질 디바이스; 상기 제품을 담금질시킨후 상기 제품을 템퍼링시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 템퍼링 디바이스; 및 각각의 상기 디바이스로 상기 제품을 운반하고, 이로부터 상기 제품을 이송하기 위해 제작물을 기계가공 및 제조시키기 위한 기계가공 및 제조라인에 위치시키고, 처리유닛으로서 하나의 제품 또는 한 세트의 두개 이상의 제품을 세팅시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 이송 디바이스를 포함한다.
또한, 상기 예열 디바이스의 세트, 상기 탄화 디바이스의 세트, 상기 담금질 디바이스의 세트 및 상기 템퍼링 디바이스의 세트 각각은 대응하는 하나의 상기 단계를 수행하는데 필요한 시간에 상응하는 기계가공 및 제조라인상에 제품 흐름의 실질적인 멈춤없이 대응하는 하나의 상기 단계를 수행하기에 필요한 수의 대응 디바이스를 구비한다.
더군다나, 전 단계에서 처리유닛으로 실질적으로 공급된 제품을 분배하기 위한 분배유닛은 각각의 상기 대응 디바이스에 대응하여 제공되어 제품이 각각 상기 디바이스에 실질적으로 공급된다.
본 발명의 제 1 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 2 장치라 함)에 있어서, 상기 예열 디바이스는 고주파 유도가열 디바이스이며, 하나 또는 그 이상의 예열 디바이스가 1이고, 여기서 상기 탄화 디바이스가 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족시키도록 제공된다.
[수학식 1]
여기서 X는 상기 탄화단계를 수행하는데 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; Z는 상기 탄화 디바이스들의 수를 의미한다.
본 발명의 제 1 또는 2 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 3 장치라 함)에 있어서, 상기 탄화 디바이스는 진공 탄화 챔버; 상기 탄화수단 및 제품 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마 탄화를 수행하기 위한 플라즈마 탄화 유닛; 및 탄화 온도에서 제품의 온도를 유지시키기 위한 가열 닛을 포함한다.
본 발명의 제 3 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 4 장치라 함)에 있어서, 상기 탄화 온도에서 제품의 온도를 유지시키기 위한 가열 유닛은 고주파 유도가열 유닛이다.
본 발명의 제 1 내지 4 장치중 어느 하나의 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 5 장치라 함)에 있어서, 상기 장치는 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 수행하기 위한 각각의 하나 또는 그 이상의 냉각 디바이스; 및 상기 냉각 디바이스에 의해 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키기 위한 각각의 하나 또는 그 이상의 재가열 디바이스를 더욱 포함한다.
본 발명의 제 5 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 6 장치라 함)에 있어서, 상기 냉각 디바이스 및 상기 재가열 디바이스는 하기 수학식 2로 표시되는 조건을 만족하도록 제공된다.
[수학식 2]
여기서 M은 상기 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 달성하기 위해 소비된 시간이고; N은 상기 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키는 재가열단계를 달성하기 위해 소비된 시간이며; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이고; C는 상기 냉각단계를 수행하기 위한 상기 냉각 디바이스들의 수이고; H는 상기 재가열단계를 수행하기 위한 상기 재가열 디바이스들의 수이다.
본 발명의 제 1 내지 6 장치중 어느 하나의 장치의 일실시예(이하 종종 본 발명의 제 7 장치라 함)에 있어서, 템퍼링 단계를 수행하기 위한 상기 템퍼링 디바이스는 하기 수학식 3을 만족시키도록 제공된다.
[수학식 2]
여기서 L은 상기 템퍼링 단계를 수행하기 위해 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; W는 상기 템퍼링 단계를 수행하기 위한 상기 템퍼링 디바이스들의 수이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링 하기 위한 장치의 개략 종단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예인 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링을 위한 장치의 개략 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예로써 본 발명을 실시하는 장치에 있어서 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 방법을 예시하는 타임챠트.
도 4는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 있어서 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 방법의 단계를 예시하는 블록도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 변경예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 또다른 장치의 개략 종단면도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 변경예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 이한 장치의 개략 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 또다른 장치의 개략 종단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 이한 장치의 개략 평면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예인 본 발명을 실시하는 장치에 있어서 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 또다른 방법을 예시하는 타임챠트.
도 10은 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 관례적인 방법의 단계를 예시하는 블록도.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
지금부터, 본 발명에 따른 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 방법 및 본 발명에 따른 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 장치가 본 발명의 양호한 실시예로써 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 기재될 것이다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 장치의 개략 종단면도를 예시한다. 도 2는 이 장치의 개략 평면도이다.
본 발명의 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 장치는 예열챔퍼(2), 중간챔퍼(4), 탄화챔퍼(5a 내지 5f), 냉각챔버(6), 재열챔버(7), 단금질챔버(8) 및 템퍼링 챔버(10)와 함께 제공된다. 예열챔버(2)는 처리될 제품(또는 대상물)이 챔버(2)내로 이송되되록 통과하는 입구도어(1)와 함께 제공된다. 더욱이 중간도어(3g)은 예열챔버(2)와 중간쳄버(4) 사이의 연결부내에 제공된다. 더욱이, 각각의 중간챔버(3a 내지 3f)는 중간챔버(4)과 중간챔버의 주위에 배치되는 탄화챔버(5a 내지 5f)의 대응하는 것 사이의 연결부에 제공된다. 또한, 중간챔버(3h, 3i, 3j)는 중간챔버(4)와 냉각챔버(6), 중간챔버(4)과 재열챔버(7) 및 중간챔버(4)와 담금질챔버(8) 사이의 연결부에 각각 제공된다. 더구나, 제품이 담금질챔버(8)의 외부로 이송되게 통과하는 출구도어(9)는 담금질챔버에 제공된다. 추가적으로, 비록 고주파 유도가열을 예비형성하기 위한 유도가열코일은 각각의 예열챔버(2), 탄화챔버(5a 내지 5f), 재열챔버(7) 및 템퍼링 챔버(10)에 제공될지라도, 유도가열코일(17)은 도 1에 도시된 예열챔버(2)에 제공되며, 다른 유도가열코일의 예시는 도면의 간소화를 위해 생략하였다. 그 밖에, 비록 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하기 위한 지지베이스가 예열챔버(2), 탄화챔버(5a 내지 5f), 냉각챔버(6), 재열챔버(7) 및 담금질챔버(8)의 각각에 제공되더라 할지라도, 지지베이스(14g)는 예열챔버(2)에 제공되고, 다른 지지베이스(15c)는 도 1에 도시된 담금질챔버(8)에 제공되며, 다른 지지베이스의 예시는 생략되었다. 더욱이, 입구도어(1)를 통하여 예열챔버(2)내로 제품을 이송하기 위한 이송유닛(11)은 예열챔버(2) 근처에 제공된다. 더욱이, 예열챔버(2)로 부터 제품을 꺼내어 취하고, 탄화챔버(5a 내지 5f), 냉각챔버(6), 재열챔버(7) 및 담금질챔버(8)에 넣고, 꺼내기 위한 이송유닛(12)은 중간챔버(4)에 제공된다. 더욱이, 출구도어(9)를 통하여 담금질챔버(8)의 외부로 이송되는 제품을 템퍼링 챔버(10)로 이송하고, 다음단계에서 템퍼링 챔버(10)로 부터 꺼내기 위한 이송유닛(13)은 담금질 챔버(8) 근처에 제공된다. 게다기, 비록 낭각팬이 냉각챔버(6) 및 담금질 챔버(8)에 제공되었다 할지라도, 담금질 챔버(8)에 제공되는 냉각팬(21)만이 도 1에 도시되고, 다른 냉각팬의 예시는 생략되었다. 부수적으로, 진공펌프 시스템, 가스주입(또는 유입) 시스템 및 전력공급시스템의 도면은 생략되었다.
가공장치(도시되지 않음)에 의해 가공되고, 이송유닛(11)에 의해 이송되는 제품을 입구도어(1)를 통하여 수용하고, 수용된 제품을 탄화온도까지 신속하게 가열하는데 사용되는 예열챔버(2)는 진공밀봉가능한 챔버이다. 더욱이, 예열챔버(2)는 벽의 수냉을 위한 이중벽구조를 갖고, 제품이 세트되는 지지베이스(14g)와 함께 제공되며, 제품을 예열하기 위한 유도가열코일(17)이 예열챔버(2)내에 제공된다. 하기될 것과 같이, 예열된 제품은 중간도어(3g)를 통하여 중간챔버(4)로 이송된다.
중간챔버(4)는 제품을 일시적으로 보관하기 위한 진공-밀봉챔버이다. 더욱이, 챔버(4)는 중간도어(3g)을 통하여 예열된 제품을 수용하고, 각기 중간도어(3a 내지 3f)를 통하여 탄화챔버(5a 내지 5f)내로 제품을 순차적으로 삽입하도록 장치되는 이송유닛(12)과 함께 제공된다. 하기될 것과 같이, 전기된 이송유닛(12)은 탄화챔버(5a 내지 5f)로 부터 냉각챔버(6)까지 제품을 이송하고, 냉각챔버(6)로 부터 재열챔버(7)까지 제품을 이송하고, 재열챔버(7)로 부터 담금질챔버(8)까지 제품을 이송하기 위하여 사용된다.
탄화챔버(5a 내지 5f)는 각기 이송유닛(12)에 의해 탄화챔버로 이송되는 제품을 탄화하기 위한 진공-밀봉챔버이다. 더욱이, 이들 탄화챔버는 벽의 수냉을 위한 이중벽구조를 갖는다. 게다가, 각각의 탄화챔버는 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하도록 장치되는 대응하는 각각의 지지베이스(부수적으로, 도 1에 지지베이스(14g) 이외의 지지베이스는 도시되지 않음) 및 탄화온도로 제품의 온도를 유지하기 위한 대응하는 각각의 유도가열코일(도 1에 도시되지 않음)과 함께 제공된다. 탄화의 왼성과 동시에, 제품은 이송유닛(12)상에 적재되고, 탄화챔버(5a 내지 5f)로 부터 각기 중간도어(3a 내지 3f)를 통하여 중간챔버(4)로 이송된다. 부수적으로, 탄화챔버(5a 내지 5f)의 지지베이스는 각기 전기된 탄화챔버(5a 내지 5f)의 챔버 벽으로 부터 전기적으로 절연된다.
냉각챔버(6)는 중간챔버(4)로 부터 이송유닛(12)에 의해 이송되는 제품을 A1변형온도보다 높지않은 온도로 냉각하기 위한 진공-밀봉 챔버이며, 벽을 수냉하기 위한 이중벽 구조를 갖는다. 더욱이, 냉각챔버(6)는 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하기 위한 지지베이스(도시되지 않음) 및 냉각챔버내에 제공되는 제품을 냉각하기 위한 냉각팬(도시되지 않음)을 구비한다. 냉각이 완료되는 동시에, 제품은 이송유닛(12)상으로 적재되고, 그 다음 중간도어(3h)를 통하여 냉각챔버(6)로 부터 중간챔버(4)로 이송된다.
재열챔버(7)는 이송유닛(12)에 의해 중간챔버(4)로 부터 이송되는 제품을 냉각의 완료와 ㄷ오시에 담금질 온도로 즉시 가열하기 위한 진공-밀봉챔버이다. 더욱이, 재열챔버(7)는 벽의 수냉을 위한 이중벽 구조를 갖는다. 더구나, 재열챔버(7)는 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하기 위한 지지베이스(도시되지 않음) 및 재열챔버내에 제공되는 제품을 재열하기 위한 유도가열코일(도시되지 않음)을 구비한다. 재열이 완료되는 동시에, 제품은 이송유닛(12)상에 적재되고, 그 다음 중간도어(3i)을 통하여 재열챔버(7)로 부터 중간챔버(4)로 이송된다.
담금질 챔버(8)는 이송유닛(12)에 의해 중간챔버(4)로 부터 이송되는 제품을 재열의 완료와 동시에 담금질하기 위한 진공-밀봉 챔버이다. 더욱이, 담금질 챔버(8)는 상하방으로 이동가능한 방식으로 담금질 챔버내에 제공되는 제품을 지지하기 위한 지지베이스(15c)를 구비한다. 담금질의 왼료와 동시에, 제품은 이송유닛(13)상에 적재되고, 그 다음 출구도어(9)를 통하여 담금질 챔버(8)로 부터 템퍼링 챔버(10)로 이송된다.
템퍼링 챔버(10)는 이송유닛(13)에 의해 이송되는 제품을 템퍼링하기 위한 챔버이며, 제품이 세트되는 지지베이스(16) 및 제품을 템퍼링 온도로 가열하기 위한 가열유닛과 함께 제공된다. 그러므로, 이 실시예의 경우와 유사히게, 템퍼링 챔버(10)는 대기에 개방되는 것와 같은 방식으로 배열되고, 봉입물의 형태를 갖도록 허용되되지 않는다. 템퍼링의 완료와 동시에, 제품은 이송유닛(13)상에 적재되고, 다음단계를 예비형성하기 기계작업실로 이송된다.
그러므로, 본 발명의 이 실시예에 따라 탄화, 담금질 및 템퍼링을 하기 위한 전기된 장치는 예열챔버(2), 탄화챔버(5a 내지 5f), 냉각챔버(6), 재열챔버(7) 및 담금질챔버(8)의 배열을 갖고, 각각은 진공-밀봉 챔버이며, 다른 하나와 중간도어(3a 내지 3j)를 통하여 연결되고, 중간챔버(4) 구위에 배치된다.
지금부터, 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 이러한 배열을 갖는 장치의 작동이 도 3을 참조하여 구체적으로 기재될 것이다.
도 3의 타임챠트의 경우에 있어서, 제품에 요구되는 효과적인 깊이는 0.5 내지 0.8㎜인 것으로 가정상에서 제품당 기계가공시간은 4분이고, 1100℃의 온도에서의 탄화시간은 22분 45초로 추정된다.
첫째로, 기계가공 오일은 기계가공장치에 의 해 기계가공되고 세척되는 하나 이상의 제품에 점착되고, 제품은 (0 시에)이송유닛(11)에 의해 입구도어(1)를 통하여 예열챔버(2)내로 이송된다.
예열챔버내로 이송된 제품은 지지베이스(14g)에 세트된다. 그 다음 이 제품은 지지베이스(14g)에 의해 예정된 위치까지 올려지며, 여기서 제품은 예열된다. 그 후에, 입구도어(1)는 닫힌다. 더욱이, 공기 및 가스는 예열챔버(2)의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 예열챔버(2)로 부터 제거된다. 그 다음, 제품은 고주파전류를 통과시키므로서 일어나는 유도(자기)장에 의해 즉시 가열되고, 이들 주파수는 0.5 Hz와 동일하거나 높지만 유도가열코일(17)을 통과하면 3 kHz와 동일하거나 이만이다. 제품의 온도가 A1 변형점(또는 온도) 보다 낮지 않은 탄화온도에 도달될 때 제품은 다음단계에서 예비형성될 가공이 개시될 때 까지 유지된다. 만약 중간챔버(4) 및 탄화챔버(챔버(5a 내지 5f)중 하나)가 비어 있다면, 고주파 전류의 통과는 정지된다. 그 다음 중간도어(3g)는 열린다. 그러므로, 제품은 (3,25(분)에) 중간도어(3g)을 통과하여 이송유닛(12)에 의해 중간챔버(로 이송된다. 공기 및 가스는 중간챔버의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는 하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(4)로 부터 방출된다. 이송유닛(12)에 의해 예열챔버(2)로 부터 이송되는 제품은 중간도어(3a 내지 3f)중 대웅하는 하나를 통하여 탄화챔버(5a 내지 5f)중 대응하는 하나내로 이송된다. 여기에서, 제품은 (3.75(분)에) 탄화챔버(5a)내로 들어간다. 그 때에 기계가공 장치에 의해 기계가공되는 또다른 제품은 세척후 입구도어(1)를 통하여 예열챔버(2)내로 동시에 이송된다. 이 방식에 잇어서, 제품은 기계가공시간에 따른 이송시간을 제어하므로써 대기시간없이 (대기시간이 0) 기계가공장치로 부터 예열챔버(2)내로 이송된다.
공기 및 가스는 탄화챔버의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는 하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 탄화챔버(5a)로 부터 방출된다. 중간챔버(4)로 부터 이송되는 제품은 지지베이스(도시되지 않음)상에 세트된다. 그 다음, 지지베이스는 예정된 위치로 올려지고 여기에서 제품은 탄화된다. 더욱이, 중간도어(3a)는 닫힌다. 그 후에, 제품은 고주파 전류를 통과시켜 유도(자기)장에 의해 탄화온도로 유지되고, 이들 주파수는 0.5 kHz와 동일하거나 놀지만, 유도가열코일(도시되지 않음)을 통과하면 3kHz와 동일하거나 미만이다. 그때에 이송가스는 가스 매니폴드(도시되지 않음)를 통하여 탄화챔버(5a)내로 유입된다. 여기에서, 이송가스는 탄소함유가스, 실예로써 C3H8과 같은 단일물질의 수조가스, 선택적으로, Ar과 같은 혼합가스 함유가스수소 및 하나 또는 두 개 종류의 활성가스, 가스수조(H2)인 것에 주의하여야 한다. 이송가스는 예정된 흐름율로 탄화챔버(5a)내로 주입된다. 그 후, 탄화챔버(5a)의 내부압력이 방출되는 공기 및 가스의 양을 제어하므로써 에정된 압력(대략 1×101내지 2.6×103Pa 범위)에 도달될 때 D.C 전류 또는 프러스 D.C 전류는 음극(anode)로 탄화챔버(5a)의 벽을 사용하고 양극(cathode)으로 지지베이스(도시되지 않음)을 사용하므로써 통과된다. 더욱이, 글로우 방전을 일으므로로써 접압이 가해진다. 탄화의 완료와 동시에 이송가스의 유입, 글로우 방전 전류의 통과, 유도가열코일(도시되지 않음)을 통한 고주파 전류의 통과가 정지된다. 그 다음, 공기 및 가스는 탄화챔버의 내부압력이 1-Pa 범위로 예정된 압력으로 감소될 때 까지 진공-펌핑에 의해 탄화챔버로 부터 방출된다. 그 후, 중간도어(3a)는 열린다. 더욱이, 이송유닛(12)은 탄화챔버(5a)내로 삽입된다. 그 다음, 지지베이스는 하강된다. 그러므로, 제품은 이송유닛(12)에 의해 (26.5(분)에) 중간도어(3a)를 통하여 중간챔버(4)내로 이송된다.
공기 및 가스는 중간챔버의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(4)로 부터 방출된다. 탄화챔버(5a)로 부터 이송유닛(12)에 의해 이송되는 제품은 중간도어(3h)를 통하여 냉각챔버(6)내로 이송되고, 그 다음 지지베이스(도시되지 않음)상에 27(분)에)세트된다. 공기 및 가스는 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 냉각챔버(6)로 부터 진공펌핑에 의해 방출된다. 그 다음, 제품은 냉각챔버(6)내의 지지베이스상에 배치된다. 중간도어(3h)가 닫힐 때 냉각챔버(6)의 내부압력은 N2 가스와 같은 활성가스를 사용하므로써 대기압 보다 낮지 않은 압력으로 증가된다. 그 후, 냉각챔버(6)내에 제공되는 냉각 팬(도시되지 않음)은 냉각챔버(6)내에 유입된 삽입 가스가 순환하도록 작동된다. 열은 제품과 물에 의해 냉각되는 활성가스가 통과하는 냉각챔버(6)의 이중벽 구조의 벽 사이에서 교환된다. 그러므로, 제품은 A1 변형온도 보다 높지않은 온도로 냉각된다. 냉각의 완료와 동시에, 냉각 팬은 정지되고, 공기 및 가스는 냉각챔버(6)의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는 하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 제거된다. 그 후, 중간도어(3h)는 열린다. 그 다음, 이송유닛(12)은 냉각챔버(6)내에 삽입(또는 적재)된다. 더욱이, 지지베이스는 하강된다. 그러므로, 제품은 (29.75(분)에) 중간도어(3h)을 통하여 중간챔버(4)에 이송된다.
그 다음, 공기 및 가스는 1 Pa 또는 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는) 것와 같이 되는 (내부)압력 이 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(4)로 부터 방출된다. 냉각챔버(7)로 부터 이송유닛(12)에 의해 이송되는 제품은 중간도어(3i)을 통하여 재열챔버(7)내로 이송되고, 챔버(7)내에 제공되는 지지베이스(도시되지 않음)상에 30.25(분)에) 세트된다.
공기 및 가스는 재열챔버(7)의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 재열챔버(7)로 부터 제거된다. 그 다음, 제품은 고주파 전류를 통과시키\므로서 발생되는 유도(자기)장에 의해 즉시 가열되며, 이들 주파수는 0.5 kHz와 동일하거나 또는 높지만 유도가열코일(19)을 통과하면 3 kHz와 동일하거나 또는 이하이다. 제품의 온도가 A1 변형점(또는 온도) 보다 낮지 않은 담금질 온도에 도달할 때, 제품은 다음단계에서 예비형성될 가공이 개시될 때까지 이 담금질 온도로 유지된다. 담금질 온도의 유지가 완료 및 진행될 때 유도가열코일(도시되지 않음)을 통한 고주파 전류의 통과는 정지되고, 그 다음 중간도어(3i)가 열리며, 제품은 (33(분)에) 중간도어(3i)를 통하여 이송유닛(12)에 의해 중간챔버(4)로 넣어진다.
그 다음, 공기 및 가스는 중간챔버의 내부압력이 1 Pa 또는 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는)것와 같이 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(4)로 부터 방출된다. 재열챔버(7)로 부터 이송유닛(12)에 의해 이송되는 제품은 중간도어(3j)를 통하여 담금질 챔버(8)내로 이송되고, 그 다음 챔버98)내에 제공되는 지지베이스상에 (33.5(분)에) 세트된다.
공기 및 가스는 담금질 챔버의 내부압력이 1 Pa 또는 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는)것와 같이 될 때 까지 진공펌핑에 의해 담금질 챔버(8)로 부터 방출된다. 제품이 놓여지는 지지베이스(15c)가 예정된 장소에 세트될 때, 중간도어(3j)는 닫히고, 제품의 담금질이 예비형성된다. 담금질이 예비형성될 때, 한 종류의 오일, 물 및 (용해된가스를 포함하는)가스는 감소된 압력 또는 대기압하에서 N2가스와 같은 활성가스로 대기에서 냉가제로 사용된다. 예로써, 이 도면에서 예시되는 바와 같은 가스를 사용하므로써 담금질하는 경우에 있어서, 담금질 챔버(8)는 대기압 보다 낮지 않은 압력으로 N2 및 He 가스와 같은 활성가스로 채워진다. 그 후, 담금질 챔버(8)내에 제공되는 냉각 팬(21)은 담금질 챔버(8)에 유입된 활성가스가 순환되도록 작동된다. 열은 제품과 활성가스가 통과되는 담금질 챔버(8)의 물에 의해 냉각되는 이중벽 구조의 벽 사이에서 교환된다. 그러므로, 제품은 즉시 냉각되고, 담금질된다. 부수적으로, H2의 단일 물질 가스, 선택적으로, 수소(H2)가스를 포함하는 혼합가스 및 하나 또는 두 개 종류의 활성가스는 활성가스의 하나 또는 두 개 종류를 포함하는 혼합가스 대신 냉각가스로 사용되도 좋다. 냉각의 완료와 동시에, 냉각 팬(21)은 정지되고, 냉각가스는 담금질 챔버의 내부압력이 대기압과 같아 질 때 까지 담금질 챔버(8)의 외부로 배출 또는 방출된다. 그 후, 출구도어(9)가 열린다. 그 다음, 이송유닛(13)은 담금질 챔버(8)내로 삽입(또는 적재)된다. 더욱이, 지지베이스(15c)는 하강된다. 그러므로, 제품은 (35(분)에) 출구도어(13)을 통하여 담금질 챔버(8)의 외부로 이송된다.
템퍼링챔버(10)에서, 템퍼링은 대기(주위의 공기)로 예비형성된다. 그러므로, 이 실시예의 경우에 있어서, 템퍼링 챔버(10)는 봉입물의 형태를 취하지 않지만 대기로 개방된다. 이송유닛(13)에 의해 지지베이스(16)상에 세트되는 제품은 유도가열(방법), 직접 열을 가하는 가열(방법)(a direct energization heat method) 또는 원적와선 방사가열(방법)에 따른 150 내지 250℃ 사이의 범위내의) 미리 설정된 템퍼링 온도까지 즉시 가열된다. 더욱이, 제품은 예정된 길이를 갖는 시간 동안 템퍼링 온도로 유지된다. 따라서, 제품의 템퍼링은 실행된다. 그 후, 제품의 템퍼링의 완료와 동시에, 제품은 이송유닛(13)상에 놓여지고, 다음단계에서 실행될 가공을 실행하기 위하여 기계가공장치에 계속해서 이송된다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 이 실시예는 6개의 탄화챔버와 함께 제공된다. 더욱이, 이 실시예는 제품의 탄화가 탄화챔버로 제품을 순차적으로 분배하므로써 실행되도록 개작된다. 그러므로, 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하는 단계로 구성되는 공정은 기계가공이 기계가공 장치에 의해 실행되는 라인과 동일한 라인상에서 실행된다. 따라서, 제품의 이송, 셋엎 및 분해가 필요없다. 더구나, 제품을 비축하는 것이 필요없다. 더군다나, 이 실시예에 따라서, 제작물 제작의 개시 및 종료는 장치에 각기 제공되는 스위치를 ON/OFF 하므로써 이루어 질 수 있다. 추가적으로, 관례적인 장치와 다르게 24시간 작동이 필요없다. 그 밖에, 이 실시예의 경우에 잇어서, 하나의 제품 또는 소수의 제품이 순차적으로 가공 또는 처리될 수 있다. 하나하나씩 제품을 순차적으로 가공하는 결과로써, 가열된 제품 사이의 품질 변화는 관례적인 배치 시스템의 경우에서와 같이 다수개의 제품을 한꺼번에 가공하는 방법과 비교하여 현저히 감소될 수 있다.
이 밖에, 도 4에서 보여진( 또는 이해된) 바와 같이, 도면에서 예시되는 단계로 구성되는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하는 방법은 도 10에서 예시되는 관례적인 방법의 단계와 비교하여 상당히 단순화된다.
더욱이, 전기된 실시예는 예열챔버, 탄화챔버, 냉각챔버, 재열챔버 및 담금질 챔버가 서로 연결되고, 중간챔버의 주위에 배치되는 배열을 갖는다. 그러나, 도 5의 개략 평면도에 예시되는 바와 같이, 하기 배열이 채택되도 좋다. 즉, 예열챔버(2), 탄화챔버(5a 내지 5f) 및 냉각챔버(6)는 중간챔버(4)주위에 서로함께 연결된다. 더욱이, 재열챔버(7)는 냉각챔버(6)에 연결된다. 더구나, 담금질 챔버(8)는 재열챔버(7)에 연결된다. 부수적으로, 이 경우에 있어서, 냉각챔버(6)내에 배치되는 제품을 재열챔버(7)로 이송하기 위한 이송유닛(131) 및 재열챔버(7)내에 배치되는 제품을 담금질 챔버(8)로 이송하기 위한 이송유닛(132)은 장치내에 제공된다.
추가적으로, 전기된 실시예의 경유에 있어서, 냉각챔버(6) 및 재열챔버(7)는 제품의 그레인 크기(갯수)를 작게 또는 감소하도록 장치내에 제공된다. 그러나, 그레인 크기가 증가되지 않는(즉, 제품이 거칠게되지 않는) 저온에서 제품을 처리하는 경우에 있어서, 냉각챔버(6) 및 재열챔버(7)는 도 6의 개략 평면도에 예시되는 바와 같이 장치로 부터 제거된다.
[실시예 2]
도 7은 본 발명의 제 2 실시예(실시예 2)인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 또다른 장치의 개략 종단면도를 예시한다. 도 8은 이 장치의 개략 평면도이다. 예열챔버, 탄화챔버, 중간챔버 및 담금질 챔버등이 거의 동일한 평면상에 배치되는 실시예 1과 다른게 이 실시예 2는 이러한 챔버가 수직(즉, 상방 또는 하방)방향으로 배치되는 다수개의 스테이지와 같이 배열되는 장치의 예이다.
본 발명의 이 실시예인 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 장치는 예열챔버(22), 중간챔버(24), 탄화챔버(27a 내지 27f), 담금질 챔버(211) 및 템퍼링 챔버(214)와 함께 제공된다. 처리(또는 가공)될 제품이 예열챔버(22)내로 이송되기 때문에 입구도어(21)는 예열챔버(22)의 부근에 제공된다. 더욱이, 중간도어(25)는 예열챔버(22)와 중간챔버(24) 사이의 연결부에 제공된다. 더욱이, 각각의 중간도어(26a 내지 26f)는 예열챔버(24)와 중간도어 주위에 배치되는 탄화챔버(27a 내지 27f)중 대응하는 하나 사이의 연결부에 제공된다. 더구나, 중간도어(210 및 213)는 중간챔버(24)와 중간도어 주위에 제공되는 담금질 챔버(211) 사이의 연결부 및 담금질 챔버(211)와 템퍼링 챔버(214) 사이의 연결부에 각기 제공된다. 더군다나, 제품이 템퍼링 챔버(214)의 외부로 이송되게 통과하는 출구도어(215)는 템퍼링 챔버에 제공된다. 추가적으로, 비록 고주파유도가열을 실행하기 위한 유도가열코일이 예열챔버(22), 탄화챔버(27a 내지 27f) 및 템퍼링 챔버(214)의 각각에 제공된다고 할지라도, 예열챔버(22), 탄화챔버(27a) 및 템퍼링 챔버(214)에 각기 제공되는 유도가열코일(23, 28a 및 214a)만 도 7에 도시되고, 다른 유도가열코일의 예시는 도면을 단소화하기 위해 생략되었다. 그 밖에, 제품을 각각 지지하기 위한 지지베이스의 대용이 되는 이송유닛(217 및 219)은 각기 에열챔버(22) 및 담금질 챔버(211)에 제공된다.비록 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하기 위한 지지베이스가 각각의 탄화챔버(27a 내지 27f) 및 템퍼링 챔버(214)에 제공된다 할지라도, 탄화챔버(27a)에 제공되는 지지베이스(29a) 및 템퍼링 챔버(214)에 제공되는 다른 지지베이스(221)만 도 7에 도시되고, 다른 지지베이스의 예시는 생략되었다. 더욱이, 입구도어(21)를 통하여 예열챔버(22)내로 제품을 이송하기 위한 이송포크(216)는 예열챔버(22)의 주위에 제공된다. 더욱이, 중간챔버(24)내의 이송유닛(217)중 대응하는 하나로 제품을 넣고, 꺼내기 위한 이송포크(218a 내지 218f)는 탄화챔버(27a 내지 27f)내에 제공된다. 더군다나, 템퍼링 챔버(214)로 제품을 이송하기 위한 이송포크(220)는 담금질 챔버(211)와 함께 제공된다. 게다가 템퍼링 챔버(214)로 부터 제품을 외부로 이송하기 위한 이송포크(222)는 출구도어(215)의 근처에 제공된다. 부수적으로, 진공펌핑시스템, 가스주입(유입)시스템 및 전력공급시스템의 도면은 생략되었다.
예열챔버(22)는 기계가공 장치(도시되지 않음)에 의해 기계가공된고, 수용된 제품을 탄화온도로 즉시 가열하도록 출구도어(21)를 통하여 이송포크(216)에 의해 이송되는 제품을 수용하도록 사용되는 진공-밀봉챔버이다. 더욱이, 예열챔버(22)는 벽의 수냉을 위해 이중벽 구조를 갖고, 중간챔버(24)로 제품을 이송하고 지지하기 위한 이송유닛(217)이 함께 제공되며, 제품을 예열하기 위한 유도가열코일(23)이 예열챔버내에 제공된다. 하기될 것과 같이, 예열된 제품은 중간도어(25)를 통하여 중간챔버(24)로 이송된다.
중간챔버(24)는 진공-밀봉챔버이며, 예열챔버(22)로 부터 탄화챔버(27a 내지 27f)로 제품을 이송하거나 또는 각각의 탄화챔로 부터 담금질 챔버(211)로 제품을 이송할 때 중계챔버로써 필요로 된다. 더구나, 중간챔버(24)는 중간도어(25)를 통하여 예열된 제품을 수용하고, 각기 이송포크(218a)등(부수적으로, 탄화챔버(27b 내지 27f)에 대응하는 이송포크의 도면)상에 제품을 놓으므로써 이간도어(26a 내지 26f)를 통하여 탄화챔버(27a 내지 27f)로 제품을 순차적으로 이송한다. 하기 것것과 같이, 중간챔버(24)는 각기 탄화되어 중간도어(26a 내지 26f)를 통하여 탄화챔버(27a 내지 27f)로 부터 이송되는 제품을 수용한다. 더욱이, 중간챔버(24)는 이송유닛(219)상에 제품을 놓고, 중간도어(210)를 통하여 담금질 챔버(211)내로 제품을 이송하도록 장치된다.
탄화챔버(27a 내지 27f)는 이송포크(218a) 등에 의해 각기 탄화챔버내로 이송되는 제품을 탄화하기 위한 진공-밀봉 챔버이다. 더욱이, 이들 탄화챔버는 벽을 수냉하기 위한 이중벽 구조를 갖는다. 아울러, 각각의 탄화챔버는 상하방으로 이동가능한 방식으로제품을 지지하도록 장치되는 지지베이스(29a) 등의 대응하는 하나(부수적으로, 도 7에 있어서, 탄화챔버(27b 내지 27f)에 대응하는 지지베이스의 도면이 생략되어 있다.) 및 탄화온도로 제품을 유지하기 위한 유도가열코일(28a) 등의 대응하는 하나(부수적으로, 탄화챔버(27b 내지 27f)에 대응하는 유도가열코일의 도면이 도 7에 생략되어 있다.)와 함께 제공된다. 탄화의 완료와 동시에, 제품은 이송포크상에 적재되고, 각기 중간도어(26a 내지 26f)를 통하여 탄화챔버(27a)로 부터 중간캠퍼(24)로 이송된다. 부수적으로, 탄화챔버(27a 내지 27f)의 지지베이스는 각기 전기죈 탄화챔버(27a 내지 27f)의 챔버벽으로 부터 전기적으로 절연된다.
담금질 챔버(211)는 담금질 챔버내에 제공되고 제품을 지지하기 위한 지지베이스의 대용이 되는 이송포크(219)에 의해 이송되는 제품을 담금질하기 위한 진공-밀봉 챔버이다. 더욱이, 담금질 챔버(8)는 담금질 챔버내의 제품을 냉각하기 위한 노즐(212)을 구비한다. 담금질의 완료와 동시에, 제품은 이송포크(220)상에 적재되고, 그 다음 중간도어(213)을 통하여 담금질 챔버(211)로 부터 템퍼링 챔버(214)로 이송된다.
템퍼링 챔버(214)는 이송포크(220)에 의해 이송되는 제품을 템퍼링하기 위한 진공-밀봉 챔버이며, 상하방으로 이동가능한 방식으로 제품을 지지하기 위한 지지베이스(221) 및 제품을 가열하기 위한 유도가열코일(214a)과 함께 제공된다. 템퍼링의 완료와 동시에, 제품은 이송유닛(222)상에 적재되고, 출구도어(215)를 통하여 다음단계를 실행하기 위하여 기계가공 작업장으로 이송된다.
그러므로, 본 발명의 이 실시예에 따른 탄화, 담금질 및 템퍼링을 하기 위한 전기된 장치는 진공-밀봉 챔버인 예열챔버(22), 탄화챔버(27a 내지 27f), 담금질 챔버(211) 및 템퍼링 챔버(214)가 중간도어(25, 26a 내지 26f, 210, 213)을 통하여 상호 연결되고, 중간챔버(24)가 예열챔버(21) 아래에 정확히 배치되고, 담금질 챔버(211)가 중간챔버(24) 아래에 정확히 배치되는 배구성을 갖는다. 더구나, 6개의 탄화챔버(27a 내지 27f)는 담금질 챔버(211)와 거의 동일한 높이로 배치된다. 아울러, 템퍼링 챔버(214)는 담금질 챔버(211)와 거의 동일한 높이로 배치된다.
이하, 이러한 구성을 갖는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링하기 위한 장치의 작동이 도 9의 타임 챠트를 참조하여 상세하게 기재될 것이다.
도 9의 타임 챠트의 경우에 있어서, 각각의 제품에서 요되되는 효과적인 케이스 깊이가 0.3 내지 0.5 ㎜라는 가정상에서 제품당 기계가공 시간은 3분이고, 950℃의 온도에서 탄화하는 시간은 15분인 것으로 추정된다.
첫째로, 기계가공 오일이 기계가공 장치에 의해 기계가공되는 제품에 점착되고, 세척된 후, 제품은 (0시에) 이송포크(216)에 의해 입구도어(21)를 통하여 예열챔버(22)내로 이송된다.
예열챔버내로 이송된 제품은 지지베이스의 대용되는 이송유닛(217)에 세트된다. 그 다음, 이 제품은 제품이 예열되는 예정된 위치로 이송유닛(217)에 의해 올려진다(또는 상승된다). 그 후, 입구도어(21)가 닫혀진다. 더욱이, 공기 및 가스는 예열챔버(22)의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 예열챔버(22)로 부터 제거된다. 그 다음, 제품은 고주파 전류를 통과시키므로써 발생되는 유도(자기)장에 의해 즉시 가열되고, 이들 주파수는 0.5 kHz와 동일하거나 또는 높지만 유도가열코일(23)를 통과하면 3 kHz와 동일하거나 작다. 제품의 온도가 A1 변형점(또는 온도) 보다 낮지 않은 탄화온도에 도달할 때 제품은 다음단계에서 실행될 가공이 개시될 때 까지 탄화온도로 유지된다. 만약 중간챔버(24) 및 탄화챔버(즉, 챔버(27a 내지 27f)중 하나)가 비워진다면, 고주파 전류의 통과는 정지된다. 그 다음, 이송유닛(217)이 하강된다. 그러므로, 제품은 중간도어(25)를 통하여 중간챔버(24)에 이송된다.
공기 및 가스는 중간챔버의 (내부)압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(24)로 부터 방출된다. 예열챔버(22)로 부터 이송되는 제품은 중간도어(26a 내지 26f)의 대응하는 하나를 통하여 이송포크(218a 내지 218f)에 의해 탄화챔버(27a 내지 27f)의 대응하는 하나에 이송된다.여기에서, 제품은 (3(분)에) 탄화챔버(27a)내로 넣어지는 것으로 추정된다. 그때에, 기계가공 장치에 의해 기계가공되는 또다른 제품은 세척된후 입구도어(21)를 통하여 예열챔버(22)내로 동시에 이송된다. 이 방식에 있어서, 제품은 기계가공 시간에 따른 이송 타이밍을 제어하므로써 대기시간 없이(즉, 대기시간은 0) 기계가공 장치로 부터 예열챔버(22)내로 이송된다.
공기 및 가스는 탄화챔버의 (내부)압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 탄화챔버(27a)로 부터 방출된다. 중간챔버(24)로 부터 이송된는 제품은 지지베이스(29a)상에 세트되고, 그 다음 제품이 탄화되는 예정된 위치로 지지베이스(29a)에 의해 올려진다. 그 후, 제품은 고주파 전류를 통과시키크로써 발생되는 유도(자기)장에 의해 탄화온도로 유지되며, 이들 주파수는 0.5 kHz와 동일하거나 또는 높지만 유도가열코일(28a)을 통과하면 3 kHz와 동일하거나 또는 낮다. 이와 동시에, 중간도어(26a)은 닫혀진다. 그때에, 이송가스는 가스 매니폴드(도시되지 않음)를 통하여 탄화챔버(27a)내로 유입된다. 여기에서, 이송가스는 탄소를 포함하는 가스, 예로써 C3H8과 같은 탄화수소의 단일물질가스, 선택적으로, Ar과 같은 가스 탄화수소를 포함하는 혼합가스 및 하나 또는 두종류의 활성가스 및 가스수소(H2)이다. 이송가스는 예정된 흐름율로 탄화챔버(27a)내로 주입된다. 따라서, 탄화챔버(27a)의 (내부)압력이 방출되는 공기 및 가스의 량을 제어하므로써 예정된 압력(대략 1×101 내지 2.6×103 Pa 범위)에 도달될 때 DC 전류 또는 플러스 DC 전류는 음극으로 탄화챔버(27a)의 벽을 사용하고, 양극으로 지지베이스(29a)를 사용한다. 더욱이, 글로우 방전을 일으키므로써 전압은 가로질러 가해진다. 탄화의 완료와 동시에, 이송가스의 유입, 글로우 방전 전류의 통과 및 유도가열코일(도시되지 않음)을 통한 고주파 전류의 통과는 정지된다. 그 다음, 공기 및 가스는 탄화챔버의 내부 압력이 예비설정된 압력인 1-Pa에 도달할 때 까지 진공펌핑에 의해 탄화챔버(27a)로 부터 방출된다.그 후, 중간도어(26a)이 열려진다. 아울러, 유도가열코일(28a)에 대한 고주파전류의 통과가 정지된다. 그러므로, 제품은 이송포크(218a)에 의해 중간도어(26a)를 통하여 중간챔버(24)내로 이송된다.
공기 및 가스는 중간챔버의 내부압력이 (제품이 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하는 하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 중간챔버(24)로 부터 방출된다. 탄화챔버(27a)로 부터 이송되는 제품은 담금질 챔버(211)로 부터 올려진 이송유닛(211)상에 놓인다. 이송유닛(219)을 하강시키므로써 이송유닛상에 놓인 제품은 중간도어(210)을 통하여 담금질 챔버(211)내로 이송된다.
공기 및 가스는 담금질 챔버(211)의 내부압력이 (제품이 담금질 온도로 산화되지 않을 정도의 작은 압력에 도달하거나) 또는 1 Pa가 될 때 까지 진공펌핑에 의해 담금질 챔버(211)로 부터 방출된다. 제품이 지지베이스의 대용되는 이송유닛(219)상에 놓일 때 제품을 균일하게 봉하는 것과 같은 방식으로 배치되는 노즐(212)에 의해 분사되는 냉각재에 의해 즉시 냉각된다. 따라서, 제품은 담금질된다. 그때에, 제품의 담금질은 감소된 압력 또는 대기압상에서 N2과 같은 활성가스의 공기에서 실행된다. 더욱이, 오일, 물 및 가스(액화가스 포함)중 하나가 냉각재로써 사용된다. 제품의 담금질이 종료된 후, 지지베이스는 하강하고, 제품은 이송포크(220)상에 놓인다. 그 다음, 제품은 중간도어(213)를 통하여 템퍼링 챔버(214)로 이송된다.
제품이 템퍼링 챔버(214)에 도달될 때 제품은 지지베이스(221)상에 세트된다. 그 후, 지지베이스(221)는 제품이 가열되는 예정된 위치로 올려진다. 그 다음, 제품이 템퍼링이 실행된다. 그 때에, 제품의 템퍼링은 감소된 압력 또는 대기압하에서 유도가열코일(214a)의 사용(부수적으로, 직접 열을 가하는 가열(방법) 또는 원적외선 방사 가열(방법)이 이 코일 대신에 사용되도 좋다) 및 예정된 길이를 갖는 시간 동안에 템퍼링 온도로 제품을 유지시키므로써 예비 설정된 템퍼링 온도(150 내지 250 ℃)로 제품을 즉시 가열하므로써 실행된다. 따라서, 제품에 대한 템퍼링의 완료와 동시에, 제품이 놓여지는 지지베이스(221)는 하강된다. 그 다음, 제품은 이송포크(222)상에 놓여지고, 그 후, 다음단계에서 실행될 가공을 실시하기 위하여 기계가공 장치로 출구도어(215)를 통하여 이송된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예(실시예 2)는 실시에 1과 비슷한 특징을 갖는다. 부가적으로, 실시예 2에 있어서, 이송유닛은 거의 모든 챔버에 대응하게 제공되어 신속한 이송이 달성될 수 있다. 따라서, 실시예 1과 비교하면, 처리(또는 가공) 택트(tact) 시간은 실시예 2에서 단축될 수 있다.
비록 전술한 본 발명의 실시예가 바람직하지만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니며, 통상의 지식을 가진자에 의해 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 전술한 실시예의 각각의 경우에 있어서, 탄화공정은 하나 하나 탄화챔버에 삽입(또는 로딩)시켜 수행될 수 있다. 그러나, 탄화공정은 상기 탄화챔버로 소수의 제품을 동시에 삽입시켜 수행될 수 있다. 더군다나, 본 발명에 따른 각각의 실시예는 여섯 개의 탄화챔버, 하나의 담금질 챔버, 하나의 재가열 챔버 및 하나의 텀퍼링 챔버가 제공되며, 이러한 종류의 챔버의 수는 단일 제품을 가공하기 위해 요구되는 기계가공 시간을 계산하여 선택적으로 또는 임의로 결정될 수 있다.

Claims (15)

  1. 탄화온도로 처리될 제품을 예열시키는 예열단계;
    상기 제품을 예열시킨후에 탄화온도에서 상기 제품을 탄화시키는 탄화단계;
    상기 제품을 탄화시킨후에 상기 제품을 담금질시키는 담금질단계; 및
    상기 제품을 담금질시킨후 상기 제품을 템퍼링시키는 템퍼링단계를 포함하고,
    여기서, 상기 제품은 제작물을 기계가공시키고 제조하기 위해 기계가공 및 제조라인으로 공급되고, 여기서 상기 각각의 단계가 상기 기계가공 및 제조라인상의 상기 제품의 흐름이 실질적으로 중단되지 않는 방법으로 기계가공 및 제조라인으로 공급되는 공급속도에 따라 수행됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 단계가 상기 단계중 하나의 단계를 수행하는데 필요한 시간 만큼 상기 기계가공 및 제조라인상의 상기 제품의 흐름을 실질적으로 중단없이 수행하기에 필요한 수의 처리수단을 제공하고, 처리 유닛으로서 하나의 제품 또는 필요에 따라 한 세트의 두개 이상의 제품을 세팅시킨 다음, 상기 처리수단에 차례로 처리유닛으로 상기 제품을 분배 및 공급하여 수행됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 예열단계를 수행하기 위한 예열수단이 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단으로부터 독립적으로 분리되고,
    여기서 상기 예열수단은 고주파 유도가열공정을 이용하여 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격보다 충분히 짧은 예열시간을 달성하고, 여기서 상기 예열수단들의 수는 한 세트를 이루며,
    여기서 상기 탄화수단들의 수가 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족하도록 설치됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
    [수학식 1]
    여기서 X는 상기 탄화단계를 수행하는데 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; Z는 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단의 수를 의미한다.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 탄화단계를 수행하기 위한 탄화수단이 상기 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법의 수행이 상기 기계가공 및 제조라인의 작동의 출발과 실질적으로 동시에 출발하고, 상기 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법의 수행이 상기 기계가공 및 제조라인의 작동의 멈춤과 거의 동시에 멈추기 위해 상기 기계가공 및 제조라인을 작동시키는데 소비되는 출발시간에 근접시키기 방법에서 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법을 수행하기 위해 소비되는 출발시간을 감소시키기 위하여 탄화온도에서 제품의 온도를 유지시키는 동안에 상기 탄화수단 및 제품 사이에 글로방전을 유발시켜 수행되는 플라즈마 탄화방법에 의해 탄화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 탄화온도에서 제품의 온도를 유지시키는 공정으로 고주파유도 가열공정이 사용됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  6. 제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 고주파유도 가열공정에 사용된 고주파가 0.5kHz 내지 3kHz의 범위로 설정됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화단계가 950℃ 이상의 온도 및 1200℃ 이하의 온도에서 수행되어 상기 탄화단계를 달성하는데 소비되는 시간을 줄이고, 여기서 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키기는 냉각단계, 및 이러한 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질 온도로 재가열시키는 재가열단계가 상기 탄화단계 및 담금질단계 사이에 부가되는 것을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 냉각수단 및 상기 재가열수단이 하기 수학식 2로 표시되는 조건을 만족하도록 제공됨을 특징으로 하는 제품의 탄화, 담금질 및 템퍼링 방법.
    [수학식 2]
    여기서 M은 상기 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 달성하기 위해 소비된 시간이고; N은 상기 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키는 재가열단계를 달성하기 위해 소비된 시간이며; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이고; C는 상기 냉각단계를 수행하기 위한 상기 냉각 수단의 수이고; H는 상기 재가열단계를 수행하기 위한 상기 재가열수단의 수이다.
  9. 탄화온도로 제품을 예열시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 예열 다바이스;
    상기 제품을 예열시킨후에 탄화온도에서 상기 제품을 탄화시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 탄화 디바이스;
    상기 제품을 탄화시킨후에 상기 제품을 담금질시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 담금질 디바이스;
    상기 제품을 담금질시킨후 상기 제품을 템퍼링시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 템퍼링 디바이스; 및
    각각의 상기 디바이스로 상기 제품을 운반하고, 이로부터 상기 제품을 이송하기 위해 제작물을 기계가공 및 제조시키기 위한 기계가공 및 제조라인에 위치시키고, 처리유닛으로서 하나의 제품 또는 한 세트의 두개 이상의 제품을 세팅시키기 위한 하나 또는 그 이상의 각각의 이송 디바이스를 포함하고,
    여기서 상기 예열 디바이스의 세트, 상기 탄화 디바이스의 세트, 상기 담금질 디바이스의 세트 및 상기 템퍼링 디바이스의 세트 각각은 대응하는 하나의 상기 단계를 수행하는데 필요한 시간에 상응하는 기계가공 및 제조라인상에 제품 흐름의 실질적인 멈춤없이 대응하는 하나의 상기 단계를 수행하기에 필요한 수의 대응 디바이스를 가지며,
    여기서 전 단계에서 처리 유닛으로 실질적으로 공급된 제품을 분배하기 위한 분배유닛은 각각의 상기 대응 디바이스에 대응하여 제공되어 제품이 각각 상기 디바이스에 실질적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 예열 디바이스가 고주파 유도가열 디바이스이며, 하나 또는 그 이상의 예열 디바이스가 1이고, 여기서 상기 탄화 디바이스가 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족시키도록 제공됨을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
    [수학식 1]
    여기서 X는 상기 탄화단계를 수행하는데 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; Z는 상기 탄화 디바이스의 수를 의미한다.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 탄화 디바이스가
    진공 탄화 챔버;
    상기 탄화수단 및 제품 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마 탄화를 수행하기 위한 플라즈마 탄화 유닛; 및
    탄화 온도에서 제품의 온도를 유지시키기 위한 가열 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 탄화 온도에서 제품의 온도를 유지시키기 위한 가열 유닛이 고주파 유도가열 유닛임을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
  13. 제 9항 내지 제 12항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가
    A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 수행하기 위한 각각의 하나 또는 그 이상의 냉각 디바이스; 및
    상기 냉각 디바이스에 의해 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키기 위한 각각의 하나 또는 그 이상의 재가열 디바이스를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 냉각 디바이스 및 상기 재가열 디바이스가 하기 수학식 2로 표시되는 조건을 만족하도록 제공됨을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
    [수학식 2]
    여기서 M은 상기 A1 변형온도 이하의 온도로 제품을 냉각시키는 냉각단계를 달성하기 위해 소비된 시간이고; N은 상기 냉각단계에서 냉각된 제품을 담금질온도로 재가열시키는 재가열단계를 달성하기 위해 소비된 시간이며; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이고; C는 상기 냉각단계를 수행하기 위한 상기 냉각 디바이스의 수이고; H는 상기 재가열단계를 수행하기 위한 상기 재가열 디바이스의 수이다.
  15. 제 9항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 템퍼링 단계를 수행하기 위한 상기 템퍼링 디바이스가 하기 수학식 3을 만족시키도록 제공됨을 특징으로 하는 제품을 탄화, 담금질 및 템퍼링시키는 장치.
    [수학식 2]
    여기서 L은 상기 템퍼링 단계를 수행하기 위해 소비된 시간이고; Y는 상기 기계가공 및 제조라인을 통하여 처리유닛으로 제품이 공급되는 시간 간격이며; W는 상기 템퍼링 단계를 수행하기 위한 상기 템퍼링 디바이스의 수이다.
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