KR20130103608A - 열처리 시스템 및 열처리 방법 - Google Patents

열처리 시스템 및 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제작품의 외주면 측의 가열과, 제작품의 외주면 측의 냉각에 더하여, 제작품의 내주면 측을 냉각할 수 있으며, 게다가, 제작품의 내주면 측을 균일하게 하면서 또한 연속하여 냉각할 수 있는 열처리 시스템 및 열처리 방법의 제공을 목적으로 하고 있으며, 중공 원통 형상 제작품(11)을 반송하는 이송 장치(18,19)와, 중공 원통 형상 제작품(11)을 외주면 측에서 가열하는 유도 가열 장치(16)와, 중공 원통 형상 제작품(11)을 외주면 측에서 냉각하는 냉각 장치(17)와, 선단부에서 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하는 반출 측 분사장치(22N) 및 반입 측 분사장치(21N)와, 반출 측 분사장치(22N)를 이동시키는 반출 측 분사장치의 이동 장치(22)와, 반입 측 분사장치(21N)를 이동시키는 반입 측 분사장치의 이동 장치(21)를 가지고 있다.

Description

열처리 시스템 및 열처리 방법{Heat processing system and heat processing method}
본 발명은 복수의 중공 원통 형상 워크 제작품(예를 들면, 무한궤도:캐터필러의 부시)의 내주면 측을 연속적으로 냉각하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 중공 원통 형상 제작품을 열처리(담금질)할 때에 가열된 복수의 제작품의 내주면 측을 연속적으로 냉각하는 기술에 관한 것이다.
중공 원통 형상의 제작품으로는, 예를 들어 건설 차량의 무한궤도용 부품 중 하나인 부시가 포함된다. 그러나 부시에 한정되는 것은 아니다. 무한궤도용 부시 같은 중공 원통 형상 제작품에서는 내주면, 그 근처 영역에 있는 내주부, 외주면, 그 근처 영역인 외주부에서 내마모성을 확보하기 위한 경도가 요구된다. 그리고 동시에, 상기 내주부와 상기 외주부와의 사이 부분인 두툼한 심부에 있어서는, 균열을 방지하기 위한 인성이 요구된다. 그리고, 무한궤도용 부시 같은 중공 원통 형상 제작품을 균질하게, 게다가 생산성 좋게 열처리하기 위해서는 제작품을 연속적으로 열 처리하는 것이 바람직하다.
연속적으로 열 처리하라는 요구에 대해서, 본 출원인은 담금질이 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질로 나누어져 있으며, 상기 제1공정의 담금질이, 중공 원통 형상 제작품을, 간격을 두지 않고 연속으로 가로로 보내고, 전술한 제작품의 외주면 측에서만, 전술한 제작품의 두툼한 부분의 전체(즉, 전체 두께를 말한다)에 걸쳐 Ac3 점 이상에서 Ac3 점 + 200℃ 이하의 온도로 유도 가열해 제작품이 가열부로부터 떨어진 냉각부에 이르기까지의 시간을 이용하여 제작품의 온도를 긴 방향, 두께가 두꺼운 방향으로 균일하게 하며, 제작품의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 시작하여 제작품을 외주면 측에서만 냉각하여 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화하고, 상기 제2공정의 담금질에서는 전체에 걸쳐 담금질 경화된 상기 제작품을, 간격을 두지 않고 연속으로 가로로 보내고, 상술한 제작품의 외주면 측에서만, 제작품의 외주면 및 상기 외주면과 상기 외주면에서 두툼한 부분의 1/4보다 깊게, 1/2보다 짧은 거리 떨어진 위치 사이의 부분인 제작품의 외주부를 Ac3점 이상이고 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도에 유도 가열하며, 그 유도 가열 종료 후에, 또 유도 가열 직후에, 상기 제작품을 간격을 두지 않고 연속으로 가로로 보내면서, 제작품을 외주면 측에서만 냉각함으로써 상기 제작품의 두툼한 부분, 즉 살 두께의 1/4~1/2의 거리만큼 상기 제작품의 외주면에서 떨어진 위치를 유효하게 경화시키며, 해당 외주부의 유효 경도(굳기) 위치보다도 외주면 측의 부분 및 외주면에서는 유효 경도 이상의 굳기로 하고, 해당 외주부 유효 경도 위치보다 두툼한 심부 측의 부분에서는 유효 경도 미만의 굳기로 함과 동시에 상기 제작품의 두툼한 부분(살 두께)의 1/2 미만의 거리만큼 상기 제작품의 내주면에서 떨어진 위치를 유효 경도로 하며, 해당 내주부 유효 경도 위치보다도 내주면 측의 부분인 제작품의 내주부 및 내주면에서는 유효 경도 이상의 굳기로 하고, 해당 내주부 유효 경도 위치보다 두툼한 심부 측의 부분에서는 유효 경도 미만의 굳기로 하는 중공 원통 형상 제작품의 열처리 방법을 제안하고 있다(특허문헌 1 참조). 여기서, 두툼한 심부는 상기 외주부와 상기 외주부와의 사이에 존재하며, 후술하는 제2공정의 담금질 후에 굳기가 유효 경도 미만이 되는 부분을 말한다.
관련된 기존 기술(특허 문헌 1)은 유용하지만, 상기 제2공정의 담금질에서 제작품의 치수(외주면 측에서만) 유도 가열 종료로부터(외주면 측에서만의)냉각 개시까지의 경과 시간에 따라서는 내주부의 경도(굳기)를 확보할 수 없는 우려가 있어, 최악의 경우에는 제작품의 내주면이 연성화되는 우려가 있었다. 이에 대하여, 중공 원통 형상의 제작품의 중공 영역에 내주면 냉각 노즐을 배치하고 제작품의 외 주면 측의 가열과 제작품의 외주면 측의 냉각에 더하여, 내주면 냉각 노즐에 의한 제작품의 내주면 측을 냉각하는 기술도 존재한다(특허문헌 2 참조).
그러나 제작품의 중공 영역에 내주면 냉각 노즐을 배치하는 경우에는, 열 처리(담금질)를 종료한 제작품을 내주면 냉각 노즐로부터 떼어 내지 않는 한, 제작품을 반출할 수 없다. 그래서 이러한 종래기술(특허문헌 2)에서는, 내주면 냉각 노즐에 의한 제작품의 내주면 측을 냉각하는 공정에 더하여, 열처리(담금질)를 종료한 제작품에서 내주면 냉각 노즐을 제거하는 공정과, 열처리 라인에서 제작품을 꺼내는 공정과, 새로운 제작품을 열 처리 라인에 넣는 공정과, 내주면 냉각 노즐을 새로운 제작품의 중공 영역에 배치하는 공정이 필요하게 된다. 이들의 공정(제작품 내주 중공 영역에의 내주면 냉각 노즐의 출납 및 열처리 라인 제작품의 출납)을 실행해야 하기 때문에, 상기 종래기술(특허문헌 2)을 적용하려면, 이른바 "일괄 처리식"으로 해야한다. 이를 위해, 상기 종래기술(특허문헌 2)에서는 제작품의 내주면 측을 연속하여, 동시에 균질하게 냉각할 수 없어, 연속 처리를 행하고 있는 열처리 라인에 있어서는 상기 종래기술(특허문헌 2)을 적용하는 것이 곤란하다.
[특허문헌 1]특허 제4187334호 공보 [특허문헌 2]특허 제3856545호 공보
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 제작품의 외주면 측의 가열과, 제작품의 외주면 측의 냉각에 더하여, 제작품의 내주면 측을 냉각할 수 있으며, 게다가, 제작품의 내주면 측을 균질하게, 또한 연속해서 냉각할 수 있는 열처리 시스템 및 열처리 방법의 제공을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 열 처리 시스템은, 연속해서 반송되는 중공 원통 형상 제작품(11)의 열처리 시스템(200)으로서, 중공 원통 형상 제작품(11)을 반송하는 반송장치(제작품 반송용 롤러 18,19)와, 중공 원통 형상 제작품(11)을 외주면 측에서 가열하는 가열장치(가열 코일 16)와, 중공 원통 형상 제작품(11)을 외주면 측에서 냉각하는 냉각장치(냉각 재킷 17)과, 분사구에서 중공 원통 형상 제작품(11) 내주면의 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하는 반출 측 분사장치(22N:예를 들면, 반출 측 노즐) 및 반입 측 분사장치(21N:예를 들면, 반입 측 노즐)를 구비하며, 상기 열처리 시스템(200)의 작동중에는 반입 측 분사장치(21N) 또는 반출 측 분사장치(22N) 중 적어도 한쪽이, 상기 냉각 영역에서 중공 원통 형상 제작품(11) 의 내주면의 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열처리 시스템은, 반출 측 분사장치(22N)를 반송중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 간섭하지 않는 반출 측 후퇴 위치(이하 '후퇴 위치'라 함은 다른 부재와 서로 간섭하지 않는 위치까지 물러남을 의미한다)와, 냉각 영역의 사이를 이동시키는 반출 측 분사장치(22N)의 이동 장치와, 반입 측 분사장치(21N)를 반송중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치와, 냉각 영역의 사이를 이동시키는 반입 측 분사장치(21N)의 이동 장치를 구비하며, 중공 원통 형상 제작품(11)을 반출하는 경우에는, 반입 측 분사장치(21N)를 냉각 영역으로 이동하여 반입 측 분사장치(21N)에서 냉각 매체를 분사해, 반출 측 분사장치(22N)를 반송중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치까지 이동하는(반입 측 분사장치 21N으로부터의 냉각 매체 분사와, 반출 측 분사장치 22N의 반출 측 후퇴 위치까지의 이동을 동시에 수행하는 경우도 포함) 제1 기능과, 새로운 중공 원통 형상 제작품(11)을 반입하는 경우에는, 반출 측 분사장치(22N)를 냉각 영역으로 이동하여 반출 측 분사장치(22N)에서 냉각 매체를 분사하여 반입 측 분사장치(21N)를 반송중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치까지 이동하는(반출 측 분사장치 22N로부터의 냉각 매체의 분사와, 반입 측 분사장치 21N의 반입 측 후퇴 위치까지의 이동을 동시에 수행하는 경우도 포함) 제2 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 기능과 관련된 제어 또는 제2 기능과 관련된 제어의 어느 하나를 실행하는 경우에 다른 제어를 수행하지 않는 제3 기능을 갖도록 구성할 수 있다.
본 발명의 열 처리 방법은 연속해서 반송되는 중공 원통 형상 제작품(11)의 열 처리 방법에 있어서, 반송장치(18,19)에 의해 반송되는 중공 원통 형상 제작품(11)을 가열 장치(16)에 의한 외주면 측에서 가열하는 공정과, 반송장치(18,19)에 의해 반송되는 중공 원통 형상 제작품(11)을 냉각장치(17)에 의한 외주면 측에서 냉각하는 공정과, 냉각 영역에서 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 중공 원통 형상 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하는 공정을 갖고 있으며, 상기 분사하는 공정에서는, 상기 냉각 공간에 있어서 반입 측 분사장치(21) 또는 반출 측 분사장치(22) 중 적어도 한쪽이 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열 처리 방법은, 반출 측 분사장치(22N)의 이동장치(22)에 의해, 반출 측 분사장치(22N)를 반송 중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치와 냉각 영역 사이에서 이동하는 공정과, 반입 측 분사장치(21N)의 이동장치(21)에 의해, 반입 측 분사장치(21N)를 반송 중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치와 냉각 영역 사이에서 이동하는 공정을 갖고 있으며, 중공 원통 형상 제작품(11) 내주면의 냉각 범위를 냉각할 때, 중공 원통 형상 제작품(11)을 반출하는 경우에는, 반입 측 분사장치(21N)를 냉각 영역에 위치시켜, 반입 측 분사장치(21N)에서 냉각 매체를 분사하는 공정과, 반출 측 분사장치(22N)를 반송중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치에 위치시키는 공정을 갖는 것과 동시에, 새로운 중공 원통 형상 제작품(11)을 반입하는 경우에는 반출 측 분사장치(22N)를 냉각 영역에 위치시켜, 반출 측 분사장치(22N)에서 냉각 매체를 분사하는 공정과, 반입 측 분사장치(21N)를 반송 중의 중공 원통 형상 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치에 위치시키는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 반출 측 분사장치(22N)의 후퇴 공정 또는 반입 측 분사장치(21N)의 후퇴 공정의 어느 한쪽의 공정이 행하여지는 경우에는 다른 공정은 행해지지 않도록 구성할 수 있다.
본 발명의 열 처리 방법에 있어서, 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질의 유도 가열을 하고, 상기 제1공정의 담금질에서는 중공 원통 형상 제작품을 간격을 두지 않고 연속으로 가로로 보내면서 상기 제작품의 외주면 측에서만, 상기 제작품의 두툼한 부분의 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 유도 가열하여, 제작품이 가열부로부터 떨어진 냉각부에 이르기까지의 시간을 이용하여 제작품의 온도를 긴 쪽의 방향, 두툼한 방향으로 균일하게 하고, 제작품의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 시작하여 제작품을 외주면 측에서 냉각하여 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화하고, 상기 제2공정의 담금질의 유도 가열에서는 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화된 상기 제작품을 가로로 보내면서 상기 제작품의 외주면 측에서만, 제작품의 외주 면 및 외주부(경계부)를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 열 처리 방법에 있어서, 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질의 유도 가열을 하고, 상기 제1공정의 담금질에서는 중공 원통 형상 제작품을 상기 제작품의 외주면 측에서만, 상기 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도에 유도 가열하며, 상기 유도 가열 직후에, 냉각을 시작하여 제작품을 외주 면 측에서만 냉각하여 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화하고, 상기 제2공정의 담금질의 유도 가열에서는 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화된 상기 제작품을 가로로 보내면서, 상기 제작품의 외주면 측에서만, 제작품의 외주면 및 외주부를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 있어서, 중공 원통 형상 제작품(11) 내주면의 냉각 범위는 가열 장치(16)에 의한 외주면에서 가열(유도 가열)의 영향이 제작품(11)의 내주부 및 내주면에 미치기 시작해(냉각 매체가 제작품 11의 내주면에 분사되지 않은 경우), 제작품(11) 내주면 온도가 오르기 시작하는 위치(P2 : 도 6 참조)와, (냉각 매체가 제작품 11의 내주면에 분사되지 않은 경우에), 냉각 장치(17)에 의한 외주 면 측의 냉각에 의해, 일단 저온 템퍼링(tempering, 뜨임) 온도를 넘은 제작품(11) 내주면의 온도가 저온 템퍼링 온도 이하로 떨어진 위치(P3 : 도 6 참조) 사이의 영역을 포함하는 범위인 것이 바람직하다.
그리고 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)로부터의 냉각 매체는 해당 냉각 범위에 대하여 분사된다.
본 발명의 실시에 있어서, 중공 원통 형상의 제작품(11)은 무한궤도의 부시가 바람직하다. 그러나 중공 원통 형상의 제작품이 무한궤도의 부시에 한정되는 것은 아니다.
상술하는 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 중공 원통 형상 제작품(11)을 연속적으로 반송하여 열처리하는 시스템에 있어서, 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면 및 내주부를 냉각 범위에 있어서 확실하게 냉각할 수 있고, 제작품(11)을 외주 면 측에서 가열하는 경우라도, 제작품(11)의 내주면이 저온 템퍼링(tempering, 뜨임) 온도를 넘는 온도로 가열되기 전에 및 제작품(11)의 내주부가 유효 경도 미만의 경도에 템퍼링된 온도로 온도가 오르기 이전에, 제작품(11)의 내주면 및 내주부는 확실히 냉각되어 내주면 및 내주부의 경도를 확보할 수 있다. 따라서 제작품(11)의 내주면 및 내주부가 연성화하는 것을 방지할 수 있다.
여기서 본 발명에 의하면, 중공 원통 형상 제작품(11)의 반출시 및 반입시에 있어서도, 제작품(11)은 각각 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)와 겹쳐지는 것이 없어, 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사할 수 있으므로, 해당 냉각 범위를 항상 냉각할 수 있다.
본 발명에 의하면, 중공 원통 형상 제작품(11)을 내주면 측에서 가열하지 않고, 외주면 및 외주부, 그리고 내주면 및 내주부를 유효 경도 이상의 굳기로 하는 동시에 두툼한 심부를 유효 경도 미만의 굳기로 하는 열처리를 연속적으로 실시할 수 있다.
여기서 유효 경도는, 철강 재료를 경화하는 것은 물론 담금질할 때 "경화됨(굳어짐)"으로 간주할 수 있는 경도(굳기)의 레벨을 말하며, 중공 원통 형상 제작품(11)에 요구되는 내마모성의 레벨 및 중공 원통 형상 제작품(11)의 철강 소재의 탄소 함유량에 따라 다르다.
도 1은 본 발명을 적용하기에 적합한 열 처리 라인을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 제1공정의 담금질을 실시하는 장치의 정면도이다.
도 3은 도 1의 장치에서 제2공정의 담금질을 실시하는 장치의 정면도이다.
도 4는 제2공정의 담금질의 냉각부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 나타내는 블록도의 예이다.
도 6은 도 5의 A부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제작품 내주면 측을 연속적으로 냉각하는 순서를 나타내는 플로우차트의 예이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제작품을 반입하는 순서를 나타내는 플로우차트의 예이다.
도 9는 반출 측 분사장치만 제작품 내에 배치되어 제작품 내주면 측을 냉각하여 반입 측 분사장치가 제작품으로부터 후퇴시킨(물러나 있는) 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10은 반출 측 분사장치 및 반입 측 분사장치에 의한 제작품 내주면 측을 냉각하여 가장 반출 측에 위치하는 제작품이 검출될 위치에 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 11은 반입 측 분사장치만 제작품 내에 배치돼 제작품 내주면 측을 냉각하여 반출 측 분사장치를 제작품으로부터 후퇴시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 12는 가장 반출 측에 위치하는 제작품이 반출된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 13은 반출 측 분사장치 및 반입 측 분사장치가 제작품 내에 배치된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 14는 반출 측 분사장치만 제작품 내에 배치되어 제작품 내주면 측을 냉각하여 반입 측 분사장치를 제작품으로부터 후퇴시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 15는 제작품이 반송되어 새로운 제작품이 반입된 상태를 나타내는 설명 도이다.
이하에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예의 설명에 앞서, 도 1 ~ 도 4를 참조하여 본 발명을 적용하는데 적합한 열처리를 실시하는 열처리 장치에 대해 설명한다.
도 1 ~ 도 4에서 실시되는 열처리(본 발명을 적용하기에 적합한 열처리)는 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질을 행하도록 구성되어 있다.
제1공정의 담금질에서는, 도 1에 있어서 "Q1"이라고 표시된 영역에서 중공 원통 형상 제작품(11)의 두툼한 부분의 전체에 걸쳐 담금질한다.
상기 제1공정의 담금질에서는, 중공 원통 형상 제작품(제작품:예를 들면, 무한궤도의 부시)(11)을 제작품 중심축 주위로 회전시키면서, 제작품(11)끼리의 사이에 간격을 두지 않고 연속적으로 수평 방향으로(도 1에서는 흰색 화살표로 나타낸 것처럼 오른쪽 방향에서 왼쪽방향으로)반송한다.
제작품(11)의 간격을 두지 않고 연속적으로 운송함으로써, 지그(治具)가 불필요하게 되어, 받아들인 열을 지그에게 빼앗기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제작품(11)의 긴 방향 단부의 일시 정지 가열을 할 필요가 없어진다. 게다가, 연속 가열함으로써 각 제작품(11)을 긴 방향으로 균일하게 가열할 수 있고, 제작품(11)의 긴 방향의 온도차를 줄일 수 있다.
여기서 세로 방향(연직 방향)으로 제작품(11)을 연속적으로 운송하면, 열처리 장치의 높이 방향 치수가 너무 커지게 되어, 열처리에서의 각종 작업이 불편하게 되고, 장치를 설치하는 건물 천장과 간섭하는 문제가 발생하게 된다. 그 때문에, 도 1 ~ 도 4에서 나타내는 열처리에서는, 제작품(11)을 가로 방향(수평방향)으로 보내는 것이다.
가열 코일(전자 유도 가열 장치)(12)에 있어서, 제작품(11)은 외주면 측에서 유도 가열된다. 그리고, 제작품(11)의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃(바람직하게는 Ac3점 + 50℃)이하의 온도에서 유도 가열한다.
유도 가열에서는 유도 전원 주파수를 선정함으로써, 가열 깊이를 정확히 설정할 수 있다. 가열 코일(12)에 의한 유도 가열에 있어서 유도 전원의 주파수는 중공 원통 형상 제작품(11)의 두툼한 전체가 상기 온도로 가열되도록 선정된다.
상술한 제1공정의 담금질에서는, 도 2에서 도시한 것처럼 제작품(11)은 회전하는 한 쌍의 제작품 반송용 롤러(14,15)에 재치(載置)된 상태로 이송된다. 제작품 (11)의 반송은, 제작품 반송용 롤러(14,15)를 회전시킴으로써 제작품(11)을 회전시키고, 한 쌍의 제작품 반송용 롤러(14,15) 중 한쪽을 제작품(11) 진행 방향의 약간 아래로 기울이게 함으로써 행해진다.
도 1에서 도시한 것처럼, 제작품 반송용 롤러(14)는 긴 방향으로 복수개의 부분(14a, 14b, 14c)으로 분할되어 있으며, 축(14d)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. 이처럼, 제작품 반송용 롤러(15)도 긴 방향으로 복수개의 부분(15a, 15b, 15c)으로 분할되어 축(15d)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다.
도 1에 있어서, 가열 코일(12)과 냉각 재킷(13)은 일정 간격을 두고 설치되어 있으며, 가열 코일(12)에서 유도 가열된 제작품(11)은 그 뒤 일정 시간 경과한 후에, 냉각 재킷(13)에서 냉각된다. 그리고, 가열 코일(12)에서 유도 가열된 후, 냉각 재킷(13)에서 냉각되기까지의 시간에, 제작품(11) 방열 및 열 전도에 의해, 제작품(11)의 온도는 긴 방향, 살 두께 방향에서 실질적으로 균일하게 된다.
가열 코일(12)에서 유도 가열된 후, 시간의 경과와 함께, 제작품(11)의 온도는 방열에 의해 서서히 저하한다. 제작품의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각 재킷(13)으로부터의 냉각 매체에 의해, 제작품(11)을 외주면 측에서만 냉각하여, 제작품(11)의 두툼한 전체(살 두께 전체)에 걸쳐 담금질 경화한다. 제작품(11)의 두툼한 전체가 Ar3점 이상에서 급속히 냉각되기 때문에, 제작품(11)의 두툼한 전체가 담금질 경화된다. 이에 의해, 제작품(11)의 모든 두툼한 부분이 거의 동일한 경도로 되어, 금속 조직은 마르텐사이트(martensite) 조직이 된다.
또한, 도시되지는 않았으나, 제1공정의 담금질에서 중공 원통 형상 제작품 (11)을 가열 코일(12)에 의해 제작품(11)의 외주면 측에서만, 제작품(11)의 두툼한 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 유도 가열한 후에 냉각 재킷(13)에 의해 제작품(11)을 외주면 측에서만 냉각해도 된다.
여기서, 제1공정의 담금질에 있어서의 가열은 전체 두께에 걸쳐 경화의 열 처리가 이루어지는 것이라면, 가열 코일(12)에 한정되지 아니하고 가열로, 또는 그 외의 가열 수단을 이용하는 것이 가능하다.
다음으로 제2공정의 담금질을 설명한다. 관련된 제2공정의 담금질에서는 제작품(11)의 외주면 및 외주부에 다시 담금질을 한다.
제2공정의 담금질은, 제1공정의 담금질이 된 후, 즉, 두툼한 전체에 걸쳐 담금질 경화된 제작품(11)에 대해 행해지며, 도 1에서 "Q2"라고 표시되고 있는 영역에서 행해진다. 제2공정의 담금질에서는 제작품(11)을 제작품의 축 중심 주위로 회전시키면서, 제작품끼리의 사이에 간격을 두지 않고 연속해서 수평방향으로 반송한다(즉, 가로로 보낸다). 그리고 가열 코일(16)에 의해, 외주면 측에서 제작품(11)의 외주면 및 외주부를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃(바람직하게는 Ac3점 + 50℃)이하의 온도로 유도 가열한다.
유도 가열 온도 상한선을 Ac3점 + 200℃(바람직하게는 Ac3점 + 50℃)로 한 것은, 제2공정의 담금질에서 제작품(11)의 외주면 및 외주부에 생성되는 마르텐사이트(martensite) 조직의 결정립을 미세하게 유지하고, 그것으로 인해, 사용중의 균열의 발생을 방지하기(균열이 발생해도 더 이상 번져나가기가 어렵다) 때문이다.
여기서, 제2공정의 담금질로 유도 가열되는 외주부는, 중공 원통 형상 제작품(11)의 외주면과 그 외주면으로부터 제작품의 두께에 대해 1/4~1/2의 깊이만큼 떨어진 위치와의 사이의 살 부분을 의미한다.
다만, 제작품의 크기(두툼함, 두께)에 따라서는, 외주부의 범위는 중공 원통 형상 제작품(11)의 외주면과, 그 외주면으로부터 제작품 두께의 1/4~1/2의 깊이만큼 떨어진 위치와의 사이가 아니라도 좋다. 예를 들면, 외주면과, 그 외주면으로부터 제작품 두께의 1/5~1/3의 깊이만큼 떨어진 위치와의 사이라도 좋다.
제작품(11)의 회전 및 수평방향의 반송은 도 3에서 나타낸 것처럼, 회전하는 한쌍의 제작품 반송용 롤러(18)(19)(한쪽의 롤러는 제작품(11)의 이송 방향에 대해 약간 아래로 기울어져 있다) 위에 제작품(11)을 탑재함으로써 실시한다.
제작품 반송용 롤러(18)는 긴 방향을 따라 여러 부분(18a)(18b)으로 분할되어, 축(18c)을 통해 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. 제작품 반송용 롤러(19)도 긴 방향을 따라 여러 부분(19a)(19b)으로 분할되어 축(19c)을 통해 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다.
가열 코일(16)에 의해 외주면 측에서 가열된 제작품(11)을 가열 직후(가열 종료로부터 3초 이하, 바람직하게는 2초 이하, 더 바람직하게는 1초 이하의 시간 내)에, 그 결과, 제작품(11)의 온도가 외주면 및 외주부(제작품의 외주면과 제작품 두께의 1/4보다 깊고 1/2보다 얕은 거리만큼 제작품의 외주면에서 떨어진 위치와의 사이에 있는 살 부분)에서 Ac3점 이상, 두툼한 심부(외주부와 내주부와의 사이에 존재하는 제2공정의 담금질 후에 굳기가 유효 경도 미만이 되는 부분)에서 400~700℃(고온 템퍼링 온도), 내주부(제작품의 내주면과 제작품 두께의 1/2보다 작은 거리만큼 제작품의 내주면에서 떨어진 위치와의 사이에 있는 부분)에서 고온 템퍼링 온도 미만, 내주면에서 저온 템퍼링 온도 이하가 되는 동안(외주면으로부터 받게 되는 열이 내주부 및 내주면에 전도하여 내주부가 고온 템퍼링 온도에 도달하기 전에 내주면이 저온 템퍼링 온도를 넘기 전), 도 4에서 나타낸 것처럼, 냉각 재킷(17)에서 제작품(11)의 외주면에 냉각 매체를 분사하는 것에 의해, 제작품(11)을 외주면 측에서 냉각한다. 또한, 도 4에서 제작품 전송 방향은 부호 F로 표시되어 있다. 또, 부호 Jc는 냉각 매체의 분사를 나타낸다.
외주면 측에서 냉각하는 것에 의해, 제작품(11) 두께의 1/4 ~ 1/2의 깊이만큼 제작품의 외주면에서 떨어진 위치를 유효 경도로 하고, 해당 외주부 유효 경도 위치보다도 외주면 측의 부분 및 외주면에서는 유효 경도 이상의 경도로 하며, 해당 외주부 유효 경도 위치보다 두툼한 심부 측 부분에서는 유효 경도 미만의 굳기로 함과 동시에, 제작품(11) 두께의 1/2 미만의 깊이만큼 제작품(11)의 내주면에서 떨어진 위치를 유효 경도로 하고, 제작품(11)에 있어서의 내주부 유효 경도 위치보다도 내주면 측의 부분 및 내주면을 유효 경도 이상의 굳기로 하며, 제작품 (11)에 있어서의 내주부 유효 경도 위치보다 두툼한 심부 측 부분을 유효 경도 미만의 굳기로 한다.
그러나, 도 1 ~ 도 4를 참조하여 설명한 열처리(본 발명을 적용하기에 적합한 열처리)만으로는 제작품(11)의 치수, 제2공정의 담금질의 유도 가열 종료로부터 제작품의 외주면 측으로부터 냉각 개시까지의 경과 시간에 따라서는 내주면 및 내주부의 경도(굳기)를 확보할 수 없는 우려가 있고, 최악의 경우에는 제작품(11)의 내주면이 연성화해 버리고 만다.
그 때문에, 본 발명의 도시한 실시예에 의하면, 냉각 재킷(17)에서 냉각 매체를 분사하여, 제작품(11)을 외주면 측에서 냉각되는 것에 더하여, 가열 코일(16)에 의해 외주면 측에서 유도 가열된 제작품(11) 내주면의 냉각 범위(후술)에 냉각 매체를 직접 분사하여 냉각하고 있다.
이에 의해, 내주면 및 내주부의 굳기를 확보하여 제작품(11)의 내주면이 연성화되는 것을 방지하고 있다.
이에 더하여, 본 발명 도시의 실시형태에서는 연속하여 반송되어 가열 코일 (16)에서 유도 가열되어 반송되는 제작품(11)을 이른바, 일괄 처리를 하지 않고, 그 내주면 측을 연속적으로 냉각할 수 있다.
이하에, 도 5 ~ 도 16을 참조하여, 연속하여 반송되는 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위(후술)에, 연속적으로 냉각 매체를 직접 분사하는 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 5를 참조하여, 본 발명의 열처리 시스템을 설명한다.
도 5에서 나타내는 열처리 시스템은 전체가 부호 200으로 표시되어 있으며, 도 1에서 "Q2"라고 표시된 영역을 구성하고 있다.
구성을 명확히 표현하기 위하여, 도 5에서는 제작품 반송용 롤러(18)(19)(도 3)가 생략되고 있으며, 제작품(11(11-1 ~ 11-3))은 그 긴 방향의 단면으로 나타나 있다.
도 5, 도 6, 도 9 ~ 도 15에서, 도면에서의 좌측이 "반출 측"이며, 도면에서의 우측이 "반입 측"이다. 그리고, 도 5, 도 6, 도 9 ~ 도 15에서 제작품(11)의 반송 방향을 화살표 F로 표시하고 있다.
도 5에서, 열처리 시스템(200)은 가열 코일(16)과, 냉각 재킷(17)과, 반입 측 에어 실린더(21)와, 반출 측 에어 실린더(22)와, 압력원(예를 들면, 고압 에어 탱크)(23)와, 반입 측 유로 전환 밸브(24)와, 반출 측 유로 전환 밸브(25)와, 반입 장치(30)를 구비하고 있다. 또한, 반입 측 에어 실린더(21) 및 반출 측 에어 실린더 (22)는 유압식 또는 전동식 등 다른 방식의 액츄에이터라도 좋다.
도시의 명확화를 위하여, 도 5, 도 6, 도 9 ~ 도 15에서는, 회전하는 한 쌍의 제작품 반송용 롤러(18)(19)(도 3 참조)를 생략하여 표현한다.
도 5에서는 에어 실린더의 피스톤 로드(21r) 및 (22r)가 길게 신장하고 있는 상태가 표시되어 있다.
반입 측 에어 실린더(21)의 피스톤 로드(21r)는 냉각 매체 분사장치(이하, "반입 측 분사장치"라고 기재한다)(21N)를 구성하고 있다. 도 5에서는 도시하지 않았지만, 반입 측 분사장치(21N) 내에는 냉각 매체를 공급하는 라인이 설치되어 있으며, 해당 라인은 라인(Lw6)을 통해 냉각 매체 압송장치(26)에 연통되어 있다.
한편, 반출 측 에어 실린더(22)의 피스톤 로드(22r)도 냉각 매체 분사장치(이하,"반출 측 분사장치"라고 기재한다)(22N)를 구성하고 있다. 반출 측 분사장치(22N) 내에도 냉각 매체를 공급하는 라인이 설치되어 있으며, 해당 라인은 라인(Lw7)을 통해 냉각 매체 압송장치(27)에 연통되어 있다.
또한, 냉각 매체 압송장치(26)(27)는 도 5에서 별도 몸체로 표시되어 있지만, 동일 기기로 구성할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 제작품(11)의 반출 확인을 위한 센서(LS1)나 반입 확인을 위한 센서(LS2)를 사용하지 않고, 제작품(11)의 반송 속도나 제작품(11)의 길이(全長) 등에 기초하여 제작품 반출, 제작품 반입의 예상 시간을 계산하여, 계산된 시간에 따라 각종 장치의 작동을 제어할 수도 있다. 또한, 작업자의 육안에 의해 각종 장치의 작동을 제어할 수도 있다.
도시한 실시예에서는 자동 제어의 신뢰성을 높이기 위하여, 센서를 이용한 제어를 예시해서 설명한 것으로, 본 발명의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다.
여기서, 명확하게 도시되지는 않았으나, 도 1의 "Q1"이라고 나타낸 영역과 , "Q2"이라고 나타낸 영역의 경계 부분에서는 상술한 제1공정의 담금질이 완료된 제작품(11)이 반입장치(30)(도 5 참조)에서 대기하고 있다.
또한, 제1공정의 담금질에서는 제작품(11)의 두께 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃, 바람직하게는 Ac3점 + 50℃ 이하의 온도로 가열하고 있다. 그리고, 냉각 재킷(13)의 냉각 매체에 의해, 제작품(11)을 냉각시켜 제작품(11)의 두께 전체에 걸쳐 담금질 경화시키고 있다. 제1공정의 담금질의 가열은 유도 가열에 한정하지 않고, 용광로 내에서의 가열 등 다른 가열 방법도 좋다. 또, 제1공정의 담금질의 냉각도 두께 전체에 걸쳐 경화할 수 있다면, 외주면 측의 냉각에 한정하지 않고, 내주면 측의 냉각도 좋고, 외주면 측 및 내주면 측 양측에서의 냉각이라도 좋다.
반입장치(30)에서 대기하고 있는 제작품(11)은 반입 가능한 타이밍에서 반입 장치(30)로부터 도 5의 열처리 시스템(200)에 반입된다. 반입의 자세한 내용에 관해서는 나중에 설명한다.
반입장치(30)에서 대기하고 있는 제작품(11(11-1~11-3))은 반송용 롤러 (18)(19)(도 5에서는 도시 생략)에 의해, 도 5의 우측(반입 측)에서 좌측(반출 측)으로 반송된다.
그리고, 가열 코일(16)에서 유도 가열되고 있거나, 유도 가열된 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위(도 6을 참조하여 후술)는 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 분사하는 냉각 매체에 의해 냉각된다.
반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)는 서로 마주보는 측의 선단 근처에 냉각 매체 분사용 분사 구멍이 형성되어 있다. 도 6에서 반출 측 분사 장치(22N)의 분사 구멍은 부호 22n으로 나타나 있으며, 반입 측 분사장치(21N)의 분사 구멍은 부호 21n으로 나타나 있다.
도 6에서, 분사 구멍(21n)(22n)으로부터 나오는 화살표는 분사되는 냉각 매체를 나타내고 있다. 그러나, 분사 구멍의 위치, 갯수 및 분사되는 냉각 매체의 방향에 대해, 도시한 것은 하나의 예이며, 제작품(11)의 내주면 및 내주부의 냉각 범위가 확실하게 냉각될 수 있다면, 도시한 예로 한정되지 않는다.
도 5, 도 6에서 반출 측 분사장치(22N)의 분사 구멍(22n(도 6))은 반출 측 분사장치(22N)의 냉각 매체 공급 라인(도시하지 않음)과 라인(Lw7(도 5))을 통해 냉각 매체 압송장치(27(도 5))에 연통되어 있다. 그리고, 반입 측 분사장치(21N)의 분사 구멍(21n(도 6))은 반입 측 분사장치(21N)의 냉각 매체 공급 라인(도시하지 않음)과 라인(Lw6(도 5))을 통해 냉각 매체 압송장치(26(도 5))에 연통되어 있다.
도 5에서 반출 측 분사장치(22N)는 반출 측 에어 실린더(22)가 신장함으로써 제작품(11)의 이동 방향(반송 방향:도 5에서는 좌우 방향)과 평행으로, 반입 측(도 5에서는 우측)을 향하여 신장한다. 그리고, 반출 측 에어 실린더(22)가 수축하는 것에 의해, 반출 측(도 5에서는 좌측)으로 수축한다.
반입 측 분사장치(21N)는 반입 측 에어 실린더(21)가 신장함으로써 제작품 (11)의 이동 방향과 평행으로 반출 측(도 5에서는 좌측)을 향하여 신장한다. 그리고, 반입 측 에어 실린더(21)가 수축함으로써 반입 측(도 5에서는 우측)으로 수축한다.
도 5에서 나타내는 열처리 시스템(200)에서는, 도 1 ~ 도 3을 참조하여 설명한 열처리에 있어서의 " 제2공정의 담금질"을 제작품(11)에 실시하고 있다. 상술한 것처럼 도 5, 도 6, 도 9 ~ 도 15에서 제작품(11)의 반송 방향은 화살표(F)로 나타내고 있다.
즉, 가열 코일(16)에 의해, 제작품(11)의 외주면 측에서 제작품(11)의 외주 면 및 외주부를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도, 바람직하게는, Ac3점 + 50℃ 이하의 온도로 유도 가열하며, 그 직후, 냉각 재킷(17)에 의해 제작품 (11)을 외주면 측에서 냉각한다.
이와 동시에, 도 5에서 나타내는 열처리 시스템(200)에서는 가열 코일(16)에 의한 외주면 및 외주부가 유도 가열되고 있거나, 또는 유도 가열된 제작품(11)의 내주면에 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 냉각 매체를 직접 분사하여, 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위를 냉각하고 있다.
반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 냉각 매체가 분사되는 제작품(11) 내주면 측의 냉각 범위에 대해서는 도 6에 상세히 나타나 있다.
도 6에서 부호 P1은 가열 코일(16)에 의한 외주면 측으로부터의 유도 가열의 영향이 제작품(11)의 외주면에 미치기 시작하는 위치를 모식적으로 나타내고 있다.
그리고 부호 P2는 가열 코일(16)에 의한 외주면 측으로부터의 유도 가열의 영향이 제작품(11)의 내주부 및 내주면에 이르러(냉각 매체가 제작품(11)의 내주면에 분사되지 않은 경우에), 제작품(11)의 내주면 온도가 오르기 시작하는 위치를 나타내고 있다. 또한, 부호 P3는(냉각 매체가 제작품(11)의 내주면에 분사되지 않은 경우), 일단 저온 템퍼링 온도를 넘은 제작품(11)의 내주면 온도가 냉각 재킷(17)에 의한 외주면 측으로부터의 냉각에 의해 저온 템퍼링 온도 이하가 되는 위치를 나타내고 있다. 제작품(11)의 내주면에 냉각 매체를 분사하지 않고, 제작품(11)의 내주면 및 내주부를 냉각하지 않는 경우에는, 제작품(11)의 내주면 온도가 상승하여 저온 템퍼링 온도를 초과하거나, 제작품 (11)의 내주부가 고온 템퍼링 온도에 도달하는 경우가 있다.
적어도 제작품(11)의 내주면에 냉각 매체를 분사함으로써 제작품(11)의 내주면 및 내주부를 냉각하지 않으면, 제작품(11)의 내주면 온도가 오르기 시작하는 위치(P2)와 제작품(11)의 내주면에 냉각 매체를 분사함으로써 제작품(11)의 내주면 및 내주부를 냉각하지 않는 경우, 일단 저온 템퍼링 온도를 넘은 제작품(11)의 내주면 온도가 냉각 재킷(17)에 의한 외주면으로부터의 냉각에 의해, 다시 저온 템퍼링 온도 이하로 되는 위치(P3) 사이의 영역은, 제작품 (11)의 내주면에 냉각 매체를 분사하지 않아 제작품(11)의 내주면 및 내주부를 냉각하지 않는 경우에 연성화될 우려가 있다. 이에 대해, 내주면 위치(P2 ~ P3) 사이를 포함하는 범위(냉각 범위)에 냉각 매체를 분사하면, 내주면 및 내주부의 온도가 오르는 것을 방지하여 연성화를 방지할 수 있다.
바꿔 말하면, 제작품(11)의 내주면에 대하여, 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 냉각 매체를 분사하여 냉각하는 범위(냉각 범위)는, 제작품(11)의 긴 방향에서 상술한 P2 ~ P3 사이의 영역을 포함할 필요가 있다.
상기 냉각 범위는 제작품(11)의 진행 방향에서 대체로 가열 코일(16)의 입구 부근에서 냉각 재킷(17)의 중앙 부근까지의 범위이다.
여기서, 도 6의 위치 P1 ~ P3은 어디까지나 예시이다. 위치 P1 ~ P3은 제작품(11)의 두툼한 부분, 제작품(11)의 반송 속도, 가열 코일(16)의 가열 능력, Ac3점 그외에 따라, 그때그때 다르다.
또한 도 6에서는 위치 P1은 제작품(11)의 외주면에 점으로 나타나고 있으며, 위치 P2, P3는 제작품(11)의 내주면에 점으로 나타나고 있다. 그러나, 위치 P1은 제작품(11)의 외주면에서의 원주 방향 전역에 걸쳐 있고, 위치 P2, P3는 각각 제작품 (11)의 내주면의 원주 방향 전역에 걸쳐 있다.
도 6에서는 도시의 간소화를 위해 반출 측 분사장치(22N)에서 분사되는 냉각 매체는 제작품(11) 내주면의 도 6 위쪽의 영역에만 분사되는 것처럼 나타나 있으며, 반입 측 분사장치(21N)에서 분사되는 냉각 매체는 제작품(11) 내주면의 도 6 아래쪽 영역에만 분사되는 것처럼 나타내고 있다.
그러나, 반출 측 분사장치(22N)에서 분사되는 냉각 매체도, 반입 측 분사장치(21N)에서 분사되는 냉각 매체도, 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 대해 제작품 (11) 내주면의 원주 방향 전역에 분사되고 있다.
도 5, 도 9 ~도 15에서도 명확하게 도시지는 않았지만, 반출 측 분사장치(22N)에서의 냉각 매체가 제작품(11) 내주면에 분사되는 범위와, 반입 측 분사 장치(21N)에서의 냉각 매체가 제작품(11) 내주면에 분사되는 범위는 동일하며, 제작품(11)의 내주면에서의 P2 ~ P3 사이를 포함하는 영역(냉각 범위)에 분사된다.
도 6에서는 반출 측 분사장치(22N)의 냉각 매체는 제작품(11)의 반경 방향 바깥쪽으로 분사되며, 반입 측 분사장치(21N)의 냉각 매체는 제작품(11)의 반경 방향에 대해(제작품(11)의 축 방향 혹은 긴 방향에 대해) 경사진 방향으로 분사되고 있지만, 냉각 매체 분사 방향은 도시의 방향으로 한정되는 것은 아니다. 냉각 매체가 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위의 내주면 전역에 분사된다면, 특별한 제한은 하지 않는다.
중공 원통 형상의 제작품(11)을 가열 코일(16)에 의해 외주면 측에서 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도, 바람직하게는 Ac3점 + 50℃ 이하의 온도에 유도 가열되는 동안, 또는 유도 가열된 후, 내주면 측에서 냉각하지 않는 경우에는, 전열에 의한 제작품(11)의 내주면측까지 가열되어 제작품(11)의 내주면 및 내주부가 연성화될 가능성이 있다.
이에 대하여, 본 발명 도시의 실시형태에서는 도 6에서 나타내는 것처럼, 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에 의한 제작품(11)의 내주면에 냉각 매체를 분사하여, 냉각 범위(가열 코일(16)에 의한 외주면 측으로부터 유도 가열의 영향이 제작품(11)의 내주부 및 내주면에 미치기 시작하여 냉각 매체가 제작품(11)의 내주면에 분사되지 않은 경우, 제작품(11)의 내주면 온도가 오르기 시작하는 위치 P2와, 냉각 매체가 제작품(11)의 내주면에 분사되지 않은 경우, 냉각 재킷(17)에 의한 외주면 측으로부터의 냉각에 의해, 제작품(11)의 내주면 온도가 저온 템퍼링 온도 이하로 되는 위치 P3 사이를 포함하는 범위)가 냉각된다. 그 때문에, 제작품(11)의 내주면 및 내주부가 연성화되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 주로 도 7에 기초하여, 도 9 ~ 도 16을 참조하면서, 열처리 시스템(200)에 의한 제작품(11)의 내주면 측을 냉각하는 순서에 대해 설명한다.
도 7의 스텝 S1에서는 컨트롤 유니트(50)는 시스템(200)의 운전 개시 조건을 충족하는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 운전 개시 조건을 충족할 때까지 시스템 (200)의 운전을 대기한다(스텝 S1이 NO의 루프).
시스템(200)의 운전 개시 조건을 충족했다면(스텝 S1이 YES), 스텝 S2로 진행한다.
도시의 실시예에서는 스텝 S1에서 판단되는 주된 운전 개시 조건이 다음과 같다.
(1) 반출 측 분사장치(22N)가 냉각 매체를 분사할 수 있는 상태이다.
(2)냉각 재킷(17)으로부터 냉각 매체가 분사할 수 있는 상태이다.
여기서, 조건(1)(2)의 양쪽, 또는 어느 한쪽만을 충족하면, 시스템(200)의 운전 개시 조건을 충족했다고 판단하도록 설정할 수 있다. 또한, 상기(1)(2)와는 다른 조건을 운전 개시 조건으로 설정할 수도 있다.
도 7의 스텝 S2에서, 열처리 시스템(200)의 운전이 개시되면, 먼저 도 9에서 나타내는 것처럼, 반출 측 분사장치(22N)가 신장하고, 분사 구멍(22n)이 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하는 것이 가능한 영역(냉각 영역, 반입 측 단부)까지 도달하고 있으며, 당해 냉각 영역에서 반출 측 분사장치(22N)에서 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위에 대해 냉각 매체가 분사된다.
도 9에서는 제작품 11-2, 11-3의 내주면 냉각 범위에 냉각 매체가 분사되는 상태를 나타내고 있다. 그리고 스텝 S3로 진행한다. 또한, 반출 측 분사장치(22N)의 반입 측 단부는 반출 측 분사장치(22N)가 신장하고 분사 구멍(22n)에서 분사된 냉각 매체가 위치 P2, P3을 포함하는 냉각 범위에 분사되는 위치를 의미한다.
도 9에서는 도시하지 않는 반입 측 분사장치(21N)가 수축된 상태에서 반입 측(도 9에서는 우측) 단부에 후퇴한 상태(반입 측 분사장치(21N)는 새로 반입되는 제작품 11-4(도 15 참조)과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치까지 이동한 상태)이다.
도 7의 스텝 S3에서는 컨트롤 유니트(50)는 반출 확인 센서(LS1)에 의해 가장 가까이 반출 측에 위치하고 있는 제작품(11(11-1))이 반출되어야 할 위치(반출 위치)에 도달했는지의 여부를 판단한다.
가장 반출 측에 위치하고 있는 제작품(11-1)이 반출되어야 할 위치에 도달한 것을 반출 확인 센서(LS1)가 감지(검지)하지 않으면(스텝 S3이 NO), 반출 측 분사 장치(22N)에서 냉각 매체가 분사되어, 제작품(11)의 내주면 측의 냉각 범위를 냉각하는 상태가 유지된다.
가장 반출 측에 위치하고 있는 제작품(11-1)이 반출되어야 할 위치에 도달한 것을 반출 확인 센서(LS1)가 감지했다면(스텝 S3이 YES), 스텝 S4로 진행되어, 반입 측 분사장치(21N)에 전진 명령을 내린다. 그 경우, 예를 들어, 반입 측 에어 실린더(21)를 신장시킨다. 그리고, 스텝 S5로 진행한다.
도 7의 스텝 S5에서는 반입 측 분사장치(21N)가 신장하고, 분사 구멍(21n)에서 제작품(11)의 내주면 냉각 범위에 냉각 매체를 분사할 수 있는 위치 혹은 영역(냉각 영역, 반출 측 단부)에 도달했는지 여부를 판단한다. 덧붙여, 반입 측 분사 장치(21N)의 반출 측 단부는 반입 측 분사장치(21N)가 신장하여 분사 구멍(21n)에서 분사된 냉각 매체가 위치 P2, P3를 포함하는 냉각 범위에 분사되는 위치를 의미한다.
반입 측 분사장치(21N)가 반출 측 단부에 도달했다면(스텝 S5이 YES), 스텝 S6으로 진행한다. 그리고 스텝 S6에서 반입 측 분사장치(21N)에서 제작품(11) 내주면 의 냉각 위치에 냉각 매체를 분사한다(도 10).
도 10에 나타난 것처럼, 반입 측 분사장치(21N)가 반출 측 단부에 있으며, 또한 반출 측 분사장치(22N)가 반입 측 단부에 있는 경우도 반입 측 분사장치(21N)와 반출 측 분사장치(22N)가 서로 겹쳐지지 않도록 구성되어 있다.
여기서, 도시한 실시예에서는 반입 측 분사장치(21N)는 반출 측 단부에 도달하고부터 냉각 매체를 분사하고 있지만(도 10 참조), 냉각 매체 분사 개시 타이밍은 이에 한정되는 것은 아니다.
"냉각 매체 분사 시작 위치"는 반입 측 분사장치(21N)에 있어서 "반출 측 단부"에 한정되는 것이 아니며, 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사할 수 있는 위치라면, 여러 가지 조건에 대응해 그때그때 설정할 수 있다.
또한, 반입 측 분사장치(21N)는 제작품(11)을 반입할 때 이외에는 냉각 영역에 있어, 제작품(11)의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하도록 해도 좋다.
도 7의 스텝 S6에서는 반입 측 분사장치(21N)에서 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사시킨 후(도 10), 스텝 S7으로 진행되며, 컨트롤 유니트(50)는 반출 측 분사장치(22N)에 후퇴(후퇴) 지령을 내려, 반출 측 에어 실린더(22)를 수축시킨다. 그리고, 스텝 S8으로 진행한다.
스텝 S8에서는, 컨트롤 유니트(50)가 냉각 매체 압송 장치(27)에 제어 신호를 발신하여 냉각 매체의 공급을 차단하고, 이에 의해 반출 측 분사장치(22N)로부터의 냉각 매체 분사를 정지시킨다. 그리고, 스텝 S9로 진행한다. 또한, 냉각 매체 압송 장치(27)에 제어 신호를 발신하는 것을 대신하여, 냉각 매체 공급 라인에 전자 밸브를 열여 해당 전자 밸브를 개폐 제어할 수도 있다.
스텝 S9에서는 반출 측 에어 실린더(22)를 수축시키며, 도 11에서 나타낸 것처럼, 반출 측 분사장치(22N)를 운송중의 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 위치(반출 측 후퇴 위치)까지 후퇴시킨다. 도 11은 반출 측 에어 실린더(22)가 이미 후퇴한 상태(반출 측 분사장치(22N)가 반출 측 후퇴 위치까지 이동한 상태이며 제작품(11)의 반출을 기다리는 상태)를 나타내고 있다. 그리고, 스텝 S10으로 진행한다.
반출 측 분사장치(22N)로부터 냉각 매체의 분사가 정지되지 않아도, 반출 측 분사 장치(22N)를 반출 측 후퇴 위치까지 이동시키는 것이 가능하며, 제작품(11)의 반출에는 지장이 없다. 다만, 도시한 실시예에서는 냉각 매체의 비산을 고려하여 냉각 매체의 분사를 정지한 후에 반출 측 분사장치(22N)를 반출 측 후퇴 위치까지 이동하고 있다. 그리고, 도 11의 상태에서는 반출 측 분사장치(22N)의 냉각 매체의 분사를 중지하고 있다. 도 11에서 반입 측 분사장치(21N)의 냉각 매체는 제작품(11)의 내주면 냉각 범위에 분사되고 있다.
도 7의 스텝 S10에서는 반출 확인 센서(LS1)가 제작품(11)을 감지하고 있다면(스텝 S10이 YES), 도 9 ~ 도 11에서 나타낸 것처럼, 가장 반출 측에 가까이 위치하고 있는 제작품(11-1)은 아직 반출되지 않았으므로, 도 11에서 나타내는 상태를 속행한다(스텝 S10이 YES의 루프).
한편 반출 확인 센서(LS1)가 제작품(11)을 감지하지 않게 되면(스텝 S10이 NO), 도 12에서 나타내는 것처럼, 가장 반출 측, 혹은 도 9 ~도 11에서 가장 좌측에 위치하고 있는 제작품(11-1)이 반출되었다고 판단한다. 그리고, 스텝 S11으로 진행하여, 반출 측 분사장치(22N)에 전진 명령을 내리고, 반출 측 에어 실린더(22)를 신장시킨다. 그리고, 스텝 S12로 진행한다.
도 12에서는 제작품(11-1)이 반출되는 양태로서, 제작품(11-1)이 낙하하고 있는 상태로 나타나 있으나, 본 발명의 제작품의 반출은 낙하에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도시하지 않는 반출장치(예를 들면, 산업용 로봇 팔 등)에 의해 제작품(11-1)을 꺼냄으로써 제작품(11-1)을 반출하는 경우도 있다. 도 12에서도 반입 측 분사장치(21N)의 냉각 매체는 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 분사되고 있다.
스텝 S12에서는 반출 측 분사장치(22N)가 반입 측 단부에 도달했는지 여부를 판단한다. 반출 측 분사장치(22N)가 반입 측 단부에 도달하지 않으면(스텝 S12이 NO), 반출 측 분사장치(22N)가 반입 측 단부에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S12의 NO의 루프).
반출 측 분사장치(22N)가 반입 측 단부에 도달했다면(스텝 S12이 YES), 스텝 S13으로 진행한다. 스텝 S13에서는 냉각 매체 압송 장치(27)로부터의 냉각 매체의 공급을 재개하여 반출 측 분사장치(22N)에서 냉각 매체를 분사하여, 제작품(11) 내주면의 냉각 범위를 냉각한다(도 13). 그리고 스텝 S14로 진행한다.
도 13에서 명확하게는 도시되지 않았으나, 반입 측 분사장치(21N)에서 분사되는 냉각 매체와, 반출 측 분사장치(22N)에서 분사되는 냉각 매체는 함께 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 분사되고 있다.
"냉각 매체 분사 개시 위치"는 반출 측 분사장치(22N)에 있어서 "반입 측 단부"에 한정되는 것이 아니라, 반출 측 분사장치(22N)에서 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 대해 냉각 매체를 분사할 수 있는 위치 혹은 영역이라면, 여러 가지 조건에 대응하여 그때그때 설정할 수 있다.
또한, 반출 측 분사장치(22N)는 제작품(11)을 반출할 때 이외에는 냉각 영역에 있으며, 제작품(11)의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하게 하여도 좋다.
스텝 S14에서는 컨트롤 유니트(50)가 반입 측 분사장치(21N)에 후퇴 지령을 주어, 반입 측 에어 실린더(21)를 수축시킨다(도 14 참조).
스텝 S15에서 컨트롤 유니트(50)는 냉각 매체 압송 장치(26)로부터의 냉각 매체의 공급을 차단하여 반입 측 분사장치(21N)에 있어서의 냉각 매체의 분사를 정지시킨다. 반입 측 분사장치(21N)로부터의 냉각 매체의 분사가 정지되지 않아도 반입 측 분사장치(21N)를 반입 측 후퇴 위치까지 이동시킬 수 있으나, 냉각 매체의 비산을 고려하여 냉각 매체의 분사를 정지한 후에 반입 측 분사장치(21N)를 반입 측 후퇴 위치까지 이동하는 것이 바람직하다.
반입 측 분사장치(21N)에 있어서 냉각 매체의 분사를 정지했다면, 스텝 S16으로 진행하고, 반입 측 분사장치(21N)에 후퇴 명령을 주어, 반입 측 에어 실린더(21)를 수축시킨다. 도 14는 반입 측 에어 실린더(21)가 이미 후퇴한 상태를 나타내고 있다.
도 7의 스텝 S16에서 반입 측 에어 실린더(21)가 후퇴했다면, 스텝 S17에서 열처리 시스템(200)의 작업 종료 여부를 판단한다. 열처리 시스템(200)의 작업을 종료한다면(스텝 S17이 YES), 그대로 제어를 마친다. 열처리 시스템(200)의 작업을 계속한다면, 스텝 S3까지 되돌아와, 다시 스텝 S3 이후의 공정을 반복한다.
다음으로, 주로, 도 8의 플로우차트에 기초하여, 새로운 제작품의 반입 전 상태를 나타내는 도 14, 새로운 제작품을 반입한 상태를 나타내는 도 15를 참조하여, 새로운 제작품(11-4)을 열처리 시스템(200)에 반입하는 순서에 대해 설명한다.
도 8의 스텝 S21에 있어서, 컨트롤 유니트(50)는 반입 장치(30)의 작동 준비가 갖추어졌는지 여부를 판단한다. 반입 장치(30)의 작동 준비가 되면(스텝 S21이 YES), 스텝 S22으로 진행한다. 이때 반입 장치(30)의 작동 준비가 되지 않으면(스텝 S21이 NO), 스텝 S25로 진행한다.
스텝 S22에서 컨트롤 유니트(50)는 반입 확인 센서(LS2)가 제작품을 검출하고 있는지, 즉 새로운 제작품(11)이 반입 가능한지 여부를 판단한다.
가장 반입 측(도 14의 가장 우측) 가까이에 위치하고 있는 제작품 11(11-3)이 반입 확인 센서(LS2)의 바로 아래의 위치에 존재하고 있으면(스텝 S22가 YES: 도 14에 나타내는 상태에는 없다), 새로운 제작품(11-4)을 한 쌍의 제작품 반송용 롤러 (18)(19)(도 3 참조:도 5에서는 도시하지 않음) 위로 반입하는 것은 어렵다고 판단해서, 스텝 S25으로 진행한다.
한편, 반입 확인 센서(LS2)가 제작품(11)을 검출하지 않고 제작품 11(11-3)이 존재하지 않으면(스텝 S22가 NO: 도 14에서 나타내는 상태), 새로운 제작품 11-4를 반입하는 것이 가능한 조건의 일부가 충족된다고 판단하여, 스텝 S23으로 진행한다.
도 14, 도 15에서 반출 측 분사장치(22N)는 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하고 있다.
스텝 S23에서는 반입 측 분사장치(21N)가 운송중의 제작품(11)과 겹쳐지지 않는 위치(반입 측 후퇴 위치)로 돌아가고 있는지 여부를 판단한다. 반입 측 분사장치( 21N)가 반입 측 후퇴 위치로 돌아와 있으면(스텝 S23이 YES), 새로운 제작품 11-4를 반입해도 반입 측 분사장치(21N)와 겹쳐지지 않으므로, 새로운 제작품 11-4를 반입할 수 있는 조건이 충족됐다고 판단하여, 스텝 S24로 진행한다.
스텝 S24에서는 열처리 시스템(200)에 새로운 제작품 11-4를 반입한다(도 14, 도 15의 상태). 그리고 스텝 S26으로 진행한다. 제작품 11-4를 반입하는 형태는 도 14, 도 15에서는 명시되어 있지 않으나, 예를 들면 산업용 로봇 팔(도시하지 않음) 또는 그외의 범용 장치에 의해 실시하는 것이 가능하다. 특히 반입 장치에 대해서 한정하는 것은 아니다.
한편, 반입 측 분사장치(21N)가 반입 측 후퇴 위치로 돌아가지 않으면(도 8의 스텝 S23이 NO), 새로운 제작품 11-4를 반입했을 때에 반입 측 분사장치(21N)와 겹쳐지기 때문에, 새로운 제작품 11-4의 반입은 어렵다고 판단한다. 그리고 스텝 S25으로 진행한다.
스텝 S25에서는 열처리 시스템(200)에 새로운 제작품 11-4를 반입하지 않고(반입 장치(30)은 대기 상태), 스텝 S26으로 진행한다.
스텝 S26에서 컨트롤 유니트(50)는 제작품(11)의 운송 작업을 종료할지 안 할 것인지를 판단한다. 제작품(11)의 운송 작업을 종료한다면(스텝 S26이 YES), 그대로 제어를 종료한다.
아직 제작품의 운송 작업을 계속한다면(스텝 S26이 NO), 스텝 S21로 되돌아가, 다시 스텝 S21 이후의 제어를 반복한다.
본 발명에서 도시한 실시예에 따르면, 반출 확인 센서(LS1)가 가장 반출 측에 가까이 위치하고 있는 중공 원통 형상 제작품(11-1)이 반출될만한 위치(반출 위치)에 도달한 것을 검출하지 않는 한은, 반출 측 에어 실린더(22)를 신장하여 반출 측 분사장치(22N)를 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사할 수 있는 위치 혹은 영역까지 이동하여, 반출 측 분사장치(22N)에서 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사한다.
그 상태에서는 가열 코일(16)에 의해 외주면 및 외주부를, 예를 들면 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 가열된 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면 및 내주부는 그 내주면 냉각 범위에 반출 측 분사장치(22N)에서 냉각 매체(예를 들면, 냉각수, 냉각 기름, 공기, 분무 등도 포함한다)를 분사함으로써 냉각된다.
또 반출 확인 센서(LS1)가 가장 반출 측에 가까이 위치하고 있는 제작품(11-1)이 반출되어야 할 위치(반출 위치)에 도달한 것을 검출했다면, 반출 측 분사장치(22N)는 후퇴 상태가 되나, 반출 측 분사장치(22N)가 후퇴하기에 앞서 반입 측 분사장치(21N)에서 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체가 분사되어, 제작품(11)의 내주면 및 내주부가 냉각된다.
즉, 본 발명에서 도시한 실시예에 의하면, 외주면 및 외주부를 가열된 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면의 냉각 범위(도 6에서 위치 P2 ~ P3 사이를 포함하는 범위)는 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)에서 분사되는 냉각 매체에 의해 항상 냉각되고 있다. 그 때문에, 제작품(11)의 내주부(제작품(11) 내주면과 제작품(11)의 두툼한 살 두께 부분의 1/2보다 짧은 거리만큼 제작품(11) 내주면에서 떨어진 위치와의 사이에 있는 부분) 및 내주면은, 내주부가 전달되는 열에 의해 고온 템퍼링 온도에 이르는 이전 단계, 내주면이 전열에 의해 저온 템퍼링 온도를 넘는 이전 단계에서 확실히 냉각되어 내주면 및 내 주부의 경도(굳기)를 확보할 수 있다. 따라서, 제작품(11)의 내주부 및 내주면이 연성화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 도시한 실시예에 의하면, 반출 확인 센서(LS1)가 가장 반출 측에 가까이 위치하고 있는 제작품(11-1)이 반출되어야 할 위치(반출 위치)에 도달한 것을 검출했다면, 반출 측 에어 실린더(22)를 수축하여 반출 측 분사장치(22N)의 선단부(반입 측 단부)를 운송중의 중공 원통 형상 제작품(11)에서 벗어난 위치(수축 위치)까지 이동시킨다. 그 때문에, 반출해야 할 제작품(11-1)은 반출 측 분사장치(22N)와 겹쳐지지 않고 열처리 시스템 외부로 반출된다.
반출 측 분사장치(22N)의 선단부(반입 측 단부)가 운송중의 중공 원통 형상 제작품(11)에서 벗어난 위치(수축 위치)로 이동하는 동안은, 반입 측 에어 실린더(21)를 신장하여 반입 측 분사장치(21N)에서 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 냉각 매체를 분사한다. 그 때문에, 도시한 실시예에 의하면, 제작품(11) 내주면의 냉각 범위는 반출 측 분사장치(22N) 및/또는 반입 측 분사장치(21N)의 냉각 매체가 항상 분사되고 있다. 그리고, 내주면의 냉각 범위가 냉각된 중공 원통 형상 제작품(11)을 반출 측 분사장치(22N)와 겹쳐지지 않게 반출할 수 있다.
또, 가열 장치(16)에 의한 중공 원통 형상 제작품(11)의 외주면에서 유도 가열과 중공 원통 형상 제작품(11)의 내주면 측의 냉각을, 냉각 후의 제작품(11)을 반출할 때마다 중단하지 않고 연속하여 실행할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명 도시의 실시예에 의하면, 제작품(11)의 내주면 측에서의 냉각을 이른바, "일괄 처리식"으로 실시할 필요가 없다. 그래서 본 발명에서 도시한 실시예는 연속하여 열처리를 행하고 있는 라인에 대해 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명에서 도시한 실시예에서는, 반입 확인 센서(LS2)가 가장 반입 측에 가까이 위치하고 있는 제작품(11-3)을 검출하지 않고 있으며, 또한 반입 측 에어 실린더(21)가 수축하여 반입 측 분사장치(21N)의 선단부(반출 측 단부)가 운송중의 중공 원통 형상 제작품(11)에서 벗어난 위치(수축 위치)로 이동하는 경우에 반입 장치(30)에 의해 새로운 중공 원통 형상 제작품(11-4)을 반송 장치(반송 롤러)(18)(19)에 반입한다. 그 때문에, 새로운 제작품(11-4)을 반송 장치(반송 롤러)(18)(19)에 반입할 때 새로운 제작품(11-4)이 이미 반송중의 제작품(11-3)과 겹쳐지는 일은 없고, 또한, 반입 측 분사장치(21N)에 겹쳐지는 것도 없다.
따라서, 반출뿐 아니라 새로운 제작품(11-4)의 반입에 있어서도 열처리 시스템(200)을 정지하지 않고 연속 운전하는 것이 보증된다.
본 발명에서 도시한 실시예는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 취지의 기술은 아니다.
또한, 본 발명의 도시한 실시예에서는 반입 측 분사장치(21N)는 반출 측 단부에 도달하고 나서 냉각 매체를 분사하고 있지만(도 10 참조), 반입 측 분사장치( 21N)에서 냉각 매체를 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 분사할 수 있는 위치 혹은 영역이라면, "냉각 매체 분사 시작 위치"로 설정할 수 있다.
이와 같이, 반출 측 분사장치(22N)의 "냉각 매체 분사 시작 위치"도 "반입 측 단부"가 아니라, 반출 측 분사장치(22N)에서 냉각 매체를 제작품(11) 내주면의 냉각 범위에 분사할 수 있는 위치 혹은 영역이라면, 여러 가지 조건에 대응하여 그때그때 설정해도 좋다.
여기서, 도시한 실시예에서 분사장치(21N, 22N)는 냉각 매체의 분사를 정지한 후에 후퇴하도록 제어되고 있지만, 어디까지나 냉각 매체의 주위에 비산을 방지하기 위한 바람직한 실시 형태에 불과하다. 냉각 매체의 분사 시작 위치나 냉각 매체의 분사 정지 위치는 특별히 제한해야 할 것은 아니다.
본 발명에 있어서, "가열 수단"으로는 유도 가열이 적합하지만, 레이저, 이온 빔 등도 적용 가능하며, 본 발명에서는 이들도 포함한다. 또한 제1공정의 담금질에 있어서의 담금질의 가열 수단으로서는, 용광로를 이용하는 것도 가능하다.
11 : 제작품
12,16 : 가열 코일
13,17 : 냉각 재킷
14,15,18,19 : 제작품 반송용 롤러
21 : 반입 측 에어 실린더
21N : 반입 측 분사장치
22 : 반출 측 에어 실린더
22N : 반출 측 분사장치
23 : 고압 공기 탱크
24 : 반입 측 유로 전환 밸브
25 : 반출 측 유로 전환 밸브
26,27 : 냉각 매체 압송 장치
30 : 반입 장치
50 : 제어 수단/컨트롤 유니트
200 : 열 처리 시스템

Claims (6)

  1. 연속하여 반송되는 중공 원통 형상 제작품의 열 처리 시스템에 있어서,
    중공 원통 형상 제작품을 반송하는 반송 장치와,
    중공 원통 형상 제작품을 외주면 측에서 가열하는 가열 장치와,
    중공 원통 형상 제작품을 외주면 측에서 냉각하는 냉각 장치와,
    분사구에서 중공 원통 형상 제작품의 내주면 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하는 반출 측 분사장치 및 반입 측 분사장치를 구비하며,
    상기 열처리 시스템의 작동중에는 반입 측 분사장치 또는 반출 측 분사장치 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 냉각 영역에서 중공 원통 형상 제작품의 내주면 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하도록 한 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 시스템은,
    반출 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치와, 냉각 영역 사이를 이동시키는 반출 측 분사장치의 이동 장치와,
    반입 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치와, 냉각 영역 사이를 이동시키는 반입 측 분사장치의 이동 장치를 구비하며,
    중공 원통 형상 제작품을 반출할 경우에는 반입 측 분사장치를 냉각 영역까지 이동시켜 반입 측 분사장치로부터 냉각 매체를 분사하고, 반출 측 분사장치를 반송 중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치까지 이동하는 제1의 기능과,
    새로운 중공 원통 형상 제작품을 반입하는 경우에는 반출 측 분사장치를 냉각 영역까지 이동하고, 반출 측 분사장치로부터 냉각 매체를 분사하여 반입 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치까지 이동하는 제2의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
  3. 연속하여 반송되는 중공 원통 형상 제작품의 열처리 방법에 있어서,
    반송 장치에 의해 반송되는 중공 원통 형상 제작품을 가열 장치에 의해 외주면 측에서 가열하는 공정과,
    반송 장치에 의해 반송되는 중공 원통 형상 제작품을 냉각 장치에 의한 외주 면 측에서 냉각하는 공정과,
    냉각 영역에서 반출 측 분사장치 및/또는 반입 측 분사장치에서 중공 원통 형상 제작품의 내주면 냉각 범위에 냉각 매체를 분사하는 공정을 가지며,
    상기 분사하는 공정에서는 상기 냉각 영역에 있어서 반입 측 분사장치 또는 반출 측 분사장치 중 적어도 어느 한쪽이 중공 원통 형상 제작품의 내주면 냉각 범위를 향해 냉각 매체를 분사하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열 처리 방법은,
    반출 측 분사장치의 이동 장치에 의해 반출 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치와 냉각 영역의 사이로 이동하는 공정과,
    반입 측 분사장치의 이동 장치에 의해 반입 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치와 냉각 영역의 사이로 이동하는 공정을 가지며,
    중공 원통 형상 제작품 내주면의 냉각 범위를 냉각할 때, 중공 원통 형상 제작품을 반출할 경우에는, 반입 측 분사장치를 냉각 영역에 위치시키고 반입 측 분사장치로부터 냉각 매체를 분사하는 공정과, 반출 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반출 측 후퇴 위치에 위치시키는 공정을 가지는 것과 동시에,
    새로운 중공 원통 형상 제작품을 반입하는 경우에는, 반출 측 분사장치를 냉각 영역에 위치시켜 반출 측 분사장치로부터 냉각 매체를 분사하는 공정과, 반입 측 분사장치를 반송중의 중공 원통 형상 제작품과 겹쳐지지 않는 반입 측 후퇴 위치에 위치시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질의 유도 가열을 하며,
    상기 제1공정의 담금질에서는 중공 원통 형상 제작품을 간격을 두지 않고 연속으로 가로로 보내면서, 상기 제작품의 외주면 측에서만 상기 제작품의 두툼한 두께 부분 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 유도 가열하며, 제작품이 가열부로부터 떨어져 있는 냉각부에 도달하기까지의 시간을 이용하여 제작품의 온도를 긴 방향, 두툼한 부분 방향으로 균일하게 하며, 제작품의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 시작하여 제작품을 외주면 측에서 냉각하여 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화하며,
    상기 제2공정의 담금질의 유도 가열에서는 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화된 상기 제작품을 가로로 보내면서, 상기 제작품의 외주면 측에서만 제작품의 외주면 및 외주부를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제1공정의 담금질과 제2공정의 담금질의 유도 가열을 하며,
    상기 제1공정의 담금질에서는 중공 원통 형상 제작품을 상기 제작품의 외주면 측에서만 상기 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 유도 가열하며, 상기 유도 가열 직후에 냉각을 시작하여 제작품을 외주면 측에서만 냉각하여 제작품의 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화하며,
    상기 제2공정의 담금질의 유도 가열에서는 두툼한 부분 전체에 걸쳐 담금질 경화된 상기 제작품을 가로로 보내면서, 상기 제작품의 외주면 측에서만 제작품의 외주면 및 외주부를 Ac3점 이상이면서 또한 Ac3점 + 200℃ 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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