KR20180072349A - 고주파 열처리 온도 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 열처리 온도 제어방법에 관한 것으로서, 고주파 코일을 열처리 대상물의 작업 위치에 정 위치시키는 단계; 상기 고주파 코일에 고주파 발진기에서 발생되는 고주파 전력을 열처리 대상물에 인가하여 고주파 열처리하는 단계; 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계; 측정된 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및, 상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있으면 열처리 대상물에 냉각수를 분사하여 열처리 대상물을 급냉시키는 단계를 포함한다.

Description

고주파 열처리 온도 제어방법{TEMPERATURE CONTROL METHOD FOR HIGH FREQUENCY HEAT TREATMENT}

본 발명은 고주파 열처리 온도 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실제 고주파 열처리시에 열처리 대상물의 온도를 측정하여 열처리 조건을 만족할 수 있는 고주파 열처리 온도 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 열처리란 금속 또는 합금에 요구되는 성질, 즉 강도, 경도, 내마모성, 내충격성, 가공성, 자성 등의 제반 성능을 부여하기 위한 목적으로 가열과 냉각의 조작을 여러 가지로 조합시키는 기술이다.

이러한 열처리방법 중 고주파 열처리방법은 금속에 고주파 전류를 유도하여 저항 발열시키고 그 열로써 소재를 소정 온도까지 가열시킨 후 급냉 시켜 열처리 대상물의 표면을 경화시키는 방법이다.

이와 같은 고주파 열처리방법은 열처리 대상물의 표면을 국부적으로 순간 가열하여 표면 열처리하므로 열변형이 적고 작업속도가 빠르며 작업을 자동화할 수 있어 대량생산에 특히 적합하다.

특히 기어와 같은 기계부품은 계속되는 마찰력이나 토오크가 반복적으로 작용하므로 높은 내마모성 및 인성을 필요로 한다. 이와 같은 기계적 특성을 부여하기 위하여 일반적으로 기계부품에는 고주파 열처리공정을 주로 사용하고 있다.

상기한 고주파 열처리공정에 사용하고 있는 일반적인 고주파 열처리장치는 고주파코일에 고주파 전류를 인가시키면 이에 근접한 열처리 대상물의 표면이 고주파 전류에 의한 발열로 가열되고, 분사되는 냉각수에 의해 가열된 열처리 대상물의 표면을 냉각시킴으로써 해당 표면을 담금질할 수 있으며 이와 같은 ?칭(quenching) 과정이 상기 가열코일의 이동에 따라 연속적으로 이루어짐으로써 열처리 대상물의 표면 전체를 담금질할 수 있게 된다.

이후 ?칭 공정이 완료된 열처리 대상물을 소정 시간 적당한 온도로 가열하여 경도를 낮추고, 점성을 높일 수 있는 템퍼링(tempering) 공정을 수행하게 된다.

이러한 고주파 유도가열을 통한 고주파 열처리공정은 열처리 대상물에 대한 급속한 가열 및 열처리 대상물의 표면만을 국부적으로 가열할 수 있다는 장점 때문에 주로 철강재 기계부품의 피로강도와 내마모성 및 인성 등과 같은 기계적 성질을 향상시키는 방법으로 폭넓게 활용되고 있으며 각종 기계부품의 경량화와 내구성 향상에 크게 기여하고 있다.

그런데, 종래의 고주파 열처리공정에서의 고주파 열처리 조건 설정시 고주파 발진기의 적정 출력에 관련된 전압 및 전류값으로 조건을 설정하는데, 상기 전압 및 전류값은 열처리 대상물의 열처리 조건을 만족시키기 위한 매우 중요한 요소임에도 불구하고 전압과 전류값에 따른 열처리 시, 실제 열처리 대상물이 받는 열의 온도를 정확히 산출할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 열처리 대상물의 재질 대비 높은 온도로 가열하게 될 경우 변형 및 크랙이 발생할 수 있으며, 열처리 대상물의 재질 대비 낮은 온도로 가열하게 될 경우 고주파 소입 경도를 얻을 수 없어 불량이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 실제 고주파 열처리시에 열처리 대상물의 온도를 상시 검출함으로써, 열처리 조건을 만족할 수 있을 뿐만 아니라, 열처리 대상물에 대한 품질 산포 발생을 억제할 수 있는 고주파 열처리 온도 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 다른 목적은, 냉각수를 통한 냉각 공정 시 필요 이상으로 많은 양의 냉각수가 열처리 대상물에 분사되지 않도록 기준 온도에 부합하는 적정 수준의 온도로 냉각되도록 제어하기 위한 고주파 열처리 온도 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고주파 열처리 온도 제어방법은, 고주파 코일을 열처리 대상물의 작업 위치에 정 위치시키는 단계; 상기 고주파 코일에 고주파 발진기에서 발생되는 고주파 전력을 열처리 대상물에 인가하여 고주파 열처리하는 단계; 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계; 측정된 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및, 상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있으면 열처리 대상물에 냉각수를 분사하여 열처리 대상물을 급냉시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 온도센서는 열처리 대상물이 안착되어 접촉하는 안착지그의 표면에 설치된다.

본 발명에 의하면, 상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있지 않을 경우 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계로 리턴한다.

본 발명에 의하면, 상기 열처리 대상물을 급냉시키는 단계와 동시에 열처리 대상물에 잔류하는 잔류 냉각수를 에어를 분사하여 제거하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 열처리 대상물을 급냉시키는 단계는, 열처리 조건을 만족하는 기준 온도에 부합하는 온도로 냉각되도록 제어한다.

본 발명에 의하면, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계에서, 온도 상승이 가장 큰 위치에서 온도 측정이 실시되며, 상시로 온도 검출을 모니터링할 수 있다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 고주파 열처리 온도 제어방법에 의하면, 고주파 열처리 시, 열처리 대상물이 받는 열의 온도를 측정하여 열처리 조건을 만족함으로써, 상기 열처리 대상물에 대한 변형 및 크랙 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 소입 경도를 얻을 수 있어 불량 발생을 방지할 수 있다.

특히, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 추적하여 계절별로 열처리 조건을 확보할 수 있다.

또한, 냉각수를 통한 냉각 공정 시 필요 이상으로 많은 양의 냉각수가 열처리 대상물에 분사되지 않도록 기준 온도에 부합하는 적정 수준의 온도로 냉각되도록 제어함으로써, 정밀성 및 생산성을 동시에 만족할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 열처리장치를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 열처리장치를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 열처리 온도 제어장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 열처리 온도 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 열처리장치는 기어이 및 기어홈을 외측면에 가지는 링기어(g)로 이루어진 열처리 대상물(이하, '링기어'라 함)이 안착되는 안착지그(100)와, 상기 안착지그(100)에 안착된 링기어(g)에 고주파 열처리 공정을 진행시키는 고주파열처리부(300)를 포함하되, 상기 안착지그(100)는 회전수단에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상기 고주파열처리부(300)는 승강장치(500)에 의해 승강 가능하게 설치되어 있다.

상기 안착지그(100)의 표면에는 상기 링기어(g)의 열처리 시 링기어(g)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(10)가 설치되어 있다.

상기 온도센서(10)는 안착지그(100)에 형성되어 링기어(g)가 안착되는 안착홈(110)에 위치하게 되며, 상기 온도센서(10)에 의해 고주파 열처리 공정에서 열처리 온도에 대한 데이터 수집을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

상기 고주파열처리부(300)는 상기 링기어(g)에 일정한 간격을 두고 삽입되는 고주파 코일(310)의 내부에 상하로 관통되는 통공(311)이 형성되고, 상기 고주파 코일(310)의 일측에는 고주파 발진기(700)의 단자와 각각 접속되어 연결되는 전극지지부(미도시)가 일체로 결합되며, 상기 고주파 코일(310)의 외측에는 상기 전극지지부와 연결되어 고주파 발진기(700)로부터 인가받아 링기어(g)를 고주파 열처리하기 위한 코일부(312)가 결합된다.

상기 고주파 코일(310)의 내부에는 상기 링기어(g)의 고주파 가열된 표면에 냉각수인 소입수를 분사하는 워터자켓(313)이 구성된다. 상기 워터자켓(313)의 일측에는 냉각수밸브(720)가 설치되어 제어장치(710)의 제어신호에 따라 냉각수 공급유로를 개폐 제어하게 된다.

또한, 상기 고주파열처리부(300)에는 에어분사부가 장착된다. 상기 에어분사부는 에어 공급유로를 통해 공급되는 압축 에어를 냉각수에 의해 급냉된 상기 링기어(g)의 표면에 분사하여 링기어(g)의 단면 틈새에 잔류하는 잔류 냉각수를 불어 내도록 분사노즐이 장착되어 있으며, 상기 에어공급유로의 일측에는 에어밸브(730)가 설치되어 제어장치(710)의 제어신호에 따라 에어 공급유로를 개폐 제어하게 된다.

여기서, 상기 냉각수밸브(720)와 에어밸브(730)는 전기적인 신호에 의해 관로를 개폐 단속하는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 고주파열처리부(300)에서, 상기 고주파 발진기(700)에 인가되는 전압 및 전류에 의해 고주파 코일(310)을 고주파 열처리 시, 상기 링기어(g)의 표면 온도는 상기 온도센서(10)에 의해 측정된다.

상기 온도센서(10)는 적외선 온도센서로서, 응답 속도가 빠르고, 온도 상승이 가장 큰 위치에서 온도 측정이 실시되는 것이 바람직하며, 상시로 온도 검출을 모니터링할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 고주파열처리부(300)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 고주파열처리부(300)는 ?칭(quenching)과 템퍼링(tempering) 공정을 실시할 수 있는 구성이다.

상기 ?칭 공정은, 링기어(g)가 상기 안착지그(100)에 장착되고 가압지그(320)에 의해 고정된 상태에서, 고주파 발진기(700)로부터 기준 전력을 인가하여 링기어(g)에 고주파 열처리를 실시하고, 고주파 열처리 시 온도센서(10)로부터 검출된 온도를 열처리 조건에 만족하는 기준 온도에 부합하도록 하여 링기어(g)의 표층부에 경화층이 비교적 깊게 형성되고, 표면 조직이 마르텐자이트로 균질하게 형성되도록 하여 링기어(g)의 내구성 및 충격성 향상을 도모하게 된다.

여기서, 상기 고주파열처리부(300)의 워터자켓(313)은 고주파 열처리시에 고온의 링기어(g)에 냉각수를 분사하되, 열처리 조건을 만족하는 기준 온도로 설정하여 링기어(g)와 고주파코일(312)의 온도를 낮추는 과정을 통해 ?칭 공정을 마무리하게 된다.

이때, 냉각수 공급유로를 따라 분사되는 냉각수를 통한 냉각 공정 시 필요 이상으로 많은 양의 소입수가 분사되지 않도록 상기 열처리 조건을 만족하는 기준 온도에 부합하는 적정 수준의 온도로 냉각되도록 제어하게 된다.

이후, 상기 고주파열처리부(300)는 ?칭 공정이 완료된 링기어(g)를 소정 시간 적당한 온도로 가열하는 템퍼링 공정을 수행하여 경도를 낮추고, 점성을 높일 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 고주파열처리부(300)는 한 위치에서 ?칭 공정 및 템퍼링 공정을 시간이나 장소의 제약 없이 수행 가능하므로 ?칭 공정에서의 냉각 온도를 어느 특정 온도 이하 즉, Mf점(마르텐자이트 변태가 종료되는 온도)까지 낮출 필요없이 상기 특정 온도보다 더 높은 최적의 온도를 유지하여 냉각 시간 및 열처리장치를 운용하는 공급 전력을 줄일 수 있다.

이는 각각의 공정(?칭 공정 및 템퍼링 공정) 사이에 발생하는 공정 간의 간극에 의한 냉각 온도의 상승을 감안하여 냉각 온도를 특정 온도 이하로 충분히 낮춰야 하는 종래의 문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 온도센서(10)에서 실시간으로 측정된 온도 정보에 따라 링기어(g)의 열처리 온도를 기준 온도에 부합하도록 조정함으로써, 고주파 열처리시의 링기어(g)의 변형 및 크랙 발생을 방지하거나, 고주파 소입 경도를 취득하여 링기어(g)의 불량 발생을 방지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 고주파 열처리 온도를 제어하기 위한 방법으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 장착지그(100) 위에 장착된 링기어(g)의 작업 위치에 고주파 코일(310)을 정위치시킨다.(S10)

상기 (S10) 단계에 이어, 상기 링기어(g)의 작업 위치에 정위치되어 있는 고주파 코일(310)에 고주파 발진기(700)에서 발생되는 고주파 전력을 인가형 링기어(g)에 고주파 열처리를 실시한다.(S20)

상기 (S20) 단계에 이어, 온도센서(10)로부터 링기어(g)의 표면 온도를 측정한다.(S30)

이어서, 측정된 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있는지 판단한다.(S40)

이때, 상기 (S40) 단계의 조건을 만족하지 않을 경우, 즉 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있지 않을 경우 링기어(g)의 표면 온도를 측정하는 단계로 리턴되어 링기어(g)의 표면 온도를 측정하는 단계를 반복한다.

그리고, 상기 (S40) 단계에서 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있으면 링기어(g)에 소입수를 분사하여 링기어(g)를 급냉시킨다.(S50)

상기 (S50) 단계를 실시함과 동시에, 링기어(g)에 잔류하는 잔류 냉각수를 에어를 분사하여 제거한다.(S60)

이와 같이 고주파 열처리시 열처리 대상물에 대한 열처리 온도를 측정하여 열처리 조건을 만족함으로써, 상기 열처리 대상물에 대한 변형 및 크랙 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 소입 경도를 얻을 수 있어 불량 발생을 방지할 수 있다.

특히, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 추적하여 계절별로 열처리 조건을 확보할 수 있다.

또한, 냉각수를 통한 냉각 공정 시 필요 이상으로 많은 양의 냉각수가 열처리 대상물에 분사되지 않도록 기준 온도에 부합하는 적정 수준의 온도로 냉각되도록 제어함으로써, 정밀성 및 생산성을 동시에 만족할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 온도센서 100 : 장착지그
300 : 고주파열처리부 500 : 승강장치
700 : 고주파 발진기

Claims (6)

1. 고주파 코일을 열처리 대상물의 작업 위치에 정 위치시키는 단계;
   상기 고주파 코일에 고주파 발진기에서 발생되는 고주파 전력을 열처리 대상물에 인가하여 고주파 열처리하는 단계;
   상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계;
   측정된 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및,
   상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있으면 열처리 대상물에 냉각수를 분사하여 열처리 대상물을 냉각시키는 단계를 포함하는 고주파 열처리 온도 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 온도센서는 열처리 대상물이 안착되어 접촉하는 안착지그의 표면에 설치된 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 온도 제어방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도 범위 내에 있지 않을 경우 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계로 리턴하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 온도 제어방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 대상물을 급냉시키는 단계와 동시에 열처리 대상물에 잔류하는 잔류 냉각수를 에어를 분사하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 온도 제어방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 대상물을 냉각시키는 단계는, 열처리 조건을 만족하는 기준 온도에 부합하는 온도로 냉각되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 온도 제어방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 열처리 대상물의 표면 온도를 측정하는 단계에서, 온도 상승이 가장 큰 위치에서 온도 측정이 실시되며,
   상시로 온도 검출을 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 온도 제어방법.

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