JP7483364B2 - Method and apparatus for heat treatment of workpiece - Google Patents
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Description
本発明は、ワークの熱処理方法及び熱処理装置に関する。 The present invention relates to a method for heat treating a workpiece and a heat treatment device.
例えば、転がり軸受の軌道輪のように、SUJ2等の鋼材からなる環状部材の製造過程においては、環状部材に必要とされる機械的強度等を付与するための焼入処理が実施される。この熱処理は、環状部材の基材(環状のワーク)を狙い温度にまで加熱する加熱処理が実施される加熱工程や、加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却処理が実施される冷却工程などを含む。加熱工程は、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉、あるいは、誘導加熱装置を用いて実施することができる。また、冷却工程は、例えば水等の冷却液にワークを浸漬させることにより実施することができる。 For example, in the manufacturing process of an annular member made of steel such as SUJ2, such as the raceway of a rolling bearing, a quenching process is carried out to impart the mechanical strength required for the annular member. This heat treatment includes a heating process in which a heat treatment is carried out to heat the base material of the annular member (annular workpiece) to a target temperature, and a cooling process in which a cooling process is carried out to cool and quench the heated workpiece. The heating process can be carried out using an atmospheric heating furnace such as a mesh belt type continuous furnace, or an induction heating device. The cooling process can be carried out by immersing the workpiece in a cooling liquid such as water.
ところで、上記のように環状のワークに対して焼入処理を施す場合、真円度の低下が問題になることがある。真円度の低下は、例えば加熱時や冷却時の温度ムラ、金属組織の偏在や前工程での残留応力、あるいはマルテンサイト変態時の膨張等が要因となって起こり得る。そのため、例えば焼入処理後に仕上げ加工を行う際には、真円度の低下を見越して仕上げ取り代を設定する方法が一般的である。また、ニアネットシェイプや加工時間の短縮化の観点からは、焼入処理後に機械的な力を加えてワークの形状を矯正する方法が提案され(例えば、特許文献1を参照)、あるいはワークを型で拘束した状態で焼入処理を施す方法などが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。特に、焼入処理時にワークを型で拘束するようにすれば、焼入処理直後のワークの寸法精度が向上し、また熱処理歪が低減されるので、その後の熱処理(焼き戻し処理など)や仕上げ加工を簡略化又は省略化することができる。 When quenching is performed on an annular workpiece as described above, the decrease in roundness may become a problem. The decrease in roundness may be caused by, for example, temperature unevenness during heating or cooling, uneven distribution of the metal structure, residual stress in the previous process, or expansion during martensitic transformation. For this reason, when performing finish processing after quenching, for example, a method of setting the finishing allowance in anticipation of the decrease in roundness is common. In addition, from the viewpoint of near-net shape and shortening the processing time, a method of correcting the shape of the workpiece by applying mechanical force after quenching has been proposed (see, for example, Patent Document 1), or a method of performing quenching while the workpiece is restrained by a mold has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In particular, if the workpiece is restrained by a mold during quenching, the dimensional accuracy of the workpiece immediately after quenching is improved and heat treatment distortion is reduced, so that the subsequent heat treatment (tempering treatment, etc.) and finish processing can be simplified or omitted.
ところで、焼入れ対象となるワークの材質や形状、サイズ(外径寸法や肉厚など)が変わる場合、焼入処理時に発生する歪(熱処理歪)を最小限にして、かつ良質な金属組織を安定的に得るためには、ワークの種類に応じて焼入条件を適宜設定する必要がある。ここで、本発明者らが検討した結果、型拘束しながら冷却する場合には、特に(1)ワークを冷却するタイミングや、(2)型でワークを拘束するタイミング、及び(3)型の拘束力を、ワークの材質や形状、サイズ等に応じて適宜調整する必要があることがわかった。これは、ワークの形状により、冷却曲線に違いが生じると共に、肉厚や高さ方向寸法が異なると焼入れされる部分の体積も変わるため、冷却するタイミングや拘束するタイミング、及びその際の力(拘束力)を上述したワークの種類に合わせる必要があるためである。 When the material, shape, or size (external diameter, thickness, etc.) of the workpiece to be quenched changes, it is necessary to set the quenching conditions appropriately according to the type of workpiece in order to minimize the distortion (heat treatment distortion) that occurs during quenching and to stably obtain a good metal structure. Here, as a result of the inventors' investigation, it was found that when cooling while restraining the workpiece with a mold, it is particularly necessary to appropriately adjust (1) the timing of cooling the workpiece, (2) the timing of restraining the workpiece with the mold, and (3) the restraining force of the mold according to the material, shape, size, etc. of the workpiece. This is because the cooling curve differs depending on the shape of the workpiece, and the volume of the part to be quenched changes if the thickness or height dimension differs, so it is necessary to match the timing of cooling, the timing of restraint, and the force (restraint force) at that time to the type of workpiece described above.
しかしながら、従来公知の設備では、油圧駆動式の昇降装置やプレス装置などが一般的に用いられるため、上記(1)~(3)の条件をワークごとに細かく設定することが難しい。特に、特許文献2に記載のように、ワークの温度に基づいて、複数の型を使い分ける方式を採る場合には、型の分だけ上記(2)及び(3)の条件を多く設定する必要が生じるため、上述した問題が顕著となる。 However, in conventional equipment, hydraulic lifting devices and presses are commonly used, making it difficult to set the above conditions (1) to (3) in detail for each workpiece. In particular, when using a method in which multiple molds are used depending on the temperature of the workpiece, as described in Patent Document 2, it becomes necessary to set the above conditions (2) and (3) as many times as the number of molds, which makes the above-mentioned problems more pronounced.
以上の実情に鑑み、本明細書では、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることのできる熱処理方法又は熱処理装置を提供することを、解決すべき技術課題とする。 In view of the above, the technical problem to be solved in this specification is to provide a heat treatment method or heat treatment device that can obtain good heat treatment quality while simplifying adjustments when changing workpieces and reducing heat treatment distortion.
前記課題の解決は、本発明に係るワークの熱処理方法によって達成される。すなわち、この熱処理方法は、ワークを加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱されたワークに冷却液を供給することによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却工程とを備え、少なくとも冷却工程においてワークを拘束型で拘束した状態で冷却するワークの熱処理方法において、ワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を何れも電気的に制御する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「タイミングを制御する」とは、上述した所定の動作を所定の時に行うよう制御することを意味する。 The above-mentioned problems are solved by the method for heat treating a workpiece according to the present invention. That is, this heat treatment method includes a heating step for heating the workpiece, and a cooling step for supplying a coolant to the workpiece heated in the heating step to cool the workpiece and perform a predetermined heat treatment. In at least the cooling step, the method for heat treating a workpiece cools the workpiece while it is restrained by a restraining mold, and is characterized in that the timing for moving the workpiece to the coolant supply area, the timing for restraining the workpiece by the restraining mold, and the restraining force of the workpiece by the restraining mold are all electrically controlled. Note that "controlling the timing" here means controlling the above-mentioned predetermined operation to be performed at a predetermined time.
このように、本発明に係る熱処理方法では、ワークに対する熱処理条件の中でも、特にワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を制御すると共に、これらの制御を何れも電気的に行うようにした。このようにワークの移動タイミングと拘束タイミング、並びに拘束力を何れも電気的に制御することによって、例えば油圧駆動式と比べて対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークの冷却及び拘束を開始することができる。また好適な大きさの拘束力をワークに付与することができる。従って、ワークごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な熱処理品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワーク変更時の調整についても制御指令の内容を変更するだけで済むため、例えば拘束型の交換など駆動側の機械的な調整を行う場合と比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。 In this way, in the heat treatment method according to the present invention, among the heat treatment conditions for the workpiece, the timing of moving the workpiece to the cooling liquid supply area, the timing of restraining the workpiece with the restraining mold, and the restraining force of the workpiece by the restraining mold are controlled, and all of these controls are performed electrically. By electrically controlling the movement timing and restraining timing of the workpiece, as well as the restraining force, the responsiveness of the corresponding drive device can be improved compared to, for example, a hydraulic drive type, and the cooling and restraining of the workpiece can be started at an appropriate timing. In addition, a restraining force of an appropriate magnitude can be applied to the workpiece. Therefore, it is possible to cool each workpiece while restraining it with the mold under appropriate temperature history and restraining conditions, which makes it possible to obtain a high-quality heat-treated product while reducing heat treatment distortion. In addition, by controlling electrically, adjustments when changing the workpiece can be made by simply changing the content of the control command, so that it is possible to significantly shorten the work time compared to mechanical adjustments on the drive side, such as replacing the restraining mold, and to improve production efficiency.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、ワークをサーボ式アクチュエータにより冷却液の供給領域に移動させてもよい。 In addition, in the heat treatment method for a workpiece according to the present invention, the workpiece may be moved to the cooling liquid supply area by a servo actuator.
サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、位置精度にも優れているため、ワークの冷却開始タイミングだけでなく冷却液の供給領域での位置決め精度を高めることができる。よって、冷却精度をさらに高めることが可能となる。 A servo actuator not only responds quickly to commands from the control unit, but also has excellent positioning accuracy, making it possible to improve not only the timing at which the workpiece begins to cool, but also the positioning accuracy of the cooling liquid supply area. This makes it possible to further improve cooling accuracy.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、拘束型によるワークの拘束動作をサーボ式アクチュエータにより実施してもよい。 In addition, in the heat treatment method for a workpiece according to the present invention, the workpiece restraint operation using the restraint mold may be performed by a servo actuator.
サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、圧力制御にも高精度に対応することができるので、拘束型をサーボ式アクチュエータにより駆動することで、ワークの拘束開始タイミングだけでなく拘束力をより好適な範囲に制御することができる。よって、ワークの種類に応じて拘束条件を個別に最適化することが可能となる。 A servo actuator can respond not only to commands from the control unit, but also to pressure control with high precision. Therefore, by driving the constraint mold with a servo actuator, it is possible to control not only the timing at which the constraint of the workpiece begins but also the constraint force within a more suitable range. This makes it possible to individually optimize the constraint conditions according to the type of workpiece.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、冷却液の供給領域でワークをモータにより回転させてもよい。 In addition, in the heat treatment method for a workpiece according to the present invention, the workpiece may be rotated by a motor in the area where the cooling liquid is supplied.
このように冷却液の供給領域でワークを回転させることで、ワークが均等に冷却され得る。特に、ワークが環状を成す場合には、ワークを円周方向で均一に冷却できるので、熱処理歪をより効果的に低減することができる。また、この場合、ワークをモータで回転させるようにすれば、ワークの回転開始タイミングや回転速度を高精度に制御することができるので、冷却効率ひいては冷却速度をワークに応じて精度よく調整することが可能となる。 By rotating the workpiece in this manner in the coolant supply area, the workpiece can be cooled evenly. In particular, if the workpiece is annular, the workpiece can be cooled evenly in the circumferential direction, which makes it possible to more effectively reduce heat treatment distortion. Furthermore, in this case, if the workpiece is rotated by a motor, the timing at which the workpiece starts to rotate and the rotation speed can be controlled with high precision, making it possible to precisely adjust the cooling efficiency and therefore the cooling speed according to the workpiece.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、冷却液の供給領域でワークに向けて冷却液をノズルから噴射すると共に、ノズルに設けたバルブを電気的に制御可能としてもよい。 In addition, in the heat treatment method for a workpiece according to the present invention, the cooling liquid may be sprayed from a nozzle toward the workpiece in the cooling liquid supply area, and a valve provided on the nozzle may be electrically controllable.
このように冷却液をノズルから噴射することで、容易に冷却効率を高めることができるので、冷却速度をより柔軟に(大きな幅で)調整することができる。また、この際、ワークを回転させながら冷却液を噴射供給することで、ノズルを少なくしても偏りなく均等にワークを冷却することができる。また、この際、ノズルに設けたバルブを電気的に制御可能とすることで、ワークに対する冷却液の供給量を容易かつ高精度に調整できるので、ワークごとの冷却速度の制御も容易になる。 By spraying the cooling liquid from the nozzle in this way, the cooling efficiency can be easily increased, and the cooling rate can be adjusted more flexibly (over a larger range). In addition, by spraying the cooling liquid while rotating the workpiece, the workpiece can be cooled evenly without bias even with fewer nozzles. In addition, by making it possible to electrically control the valve installed in the nozzle, the amount of cooling liquid supplied to the workpiece can be easily and precisely adjusted, making it easier to control the cooling rate for each workpiece.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、移動タイミングと、拘束タイミング、及び拘束力を何れもPLCで電気的に制御してもよい。 In addition, in the workpiece heat treatment method according to the present invention, the movement timing, restraint timing, and restraint force may all be electrically controlled by a PLC.
駆動機器を電気的に制御するための装置としては、PLCの他に、電磁リレーと電子タイマーを組み合わせた制御機器やマイコンなどがあるが、本願のように上述した移動タイミングや拘束タイミング、拘束力をワークごとに変更する必要がある場合、PLCであればその制御プログラムをワークに応じて変更するだけの調整で済むため、非常に短時間でかつ少ない労力で調整を図ることが可能となる。よって、生産効率の面で非常に好適である。また、PLCであれば例えば各種センサからの検知信号を容易に受信できるので、例えばワークの表面に設けた識別情報表示部をセンサで検知してワークの種類を特定し、特定したワークの種類に応じて適切な制御を実施することも比較的容易に実施することができる。 As devices for electrically controlling the drive equipment, in addition to PLCs, there are control devices and microcomputers that combine electromagnetic relays and electronic timers. However, when the movement timing, restraint timing, and restraint force described above need to be changed for each workpiece, as in the present application, with a PLC, adjustments can be made in a very short time and with little effort, since it is only necessary to change the control program according to the workpiece. This is therefore very advantageous in terms of production efficiency. In addition, with a PLC, for example, detection signals from various sensors can be easily received, so that, for example, it is relatively easy to detect an identification information display section provided on the surface of a workpiece with a sensor to identify the type of workpiece, and then to carry out appropriate control according to the type of workpiece identified.
また、この場合、本発明に係るワークの熱処理方法においては、PLCは、予めワークごとに設定された移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力に関する制御プログラムを、熱処理の対象となるワークに応じて選択して、移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力を電気的に制御してもよい。 In this case, in the workpiece heat treatment method according to the present invention, the PLC may select a control program related to the movement timing, restraint timing, and restraint force that is preset for each workpiece according to the workpiece to be heat treated, and electrically control the movement timing, restraint timing, and restraint force.
上述のように、PLCで電気的な制御を図る場合、予め複数の移動タイミングと拘束タイミング、及び拘束力に関する制御プログラムを対応するワークの種類と紐付けしておき、実際に熱処理の対象となるワークに応じて適切な制御プログラムを選択することで、極めて短時間でかつ容易にワークごとの調整を完了することができる。なお、プログラムは、例えば予め内部メモリに記憶させておいてもよいし、外部メモリに記憶させておいたものを読み込んでもよい。あるいはサーバなど電気的に接続可能な記憶領域から読み込んでもよいし、クラウドなどネットワークを経由して取得してもよい。 As described above, when electrical control is performed using a PLC, multiple control programs related to the movement timing, restraint timing, and restraint force are linked in advance to the corresponding type of workpiece, and an appropriate control program is selected according to the workpiece that is actually to be heat treated, making it possible to complete adjustments for each workpiece in an extremely short time and easily. The program may be stored in an internal memory in advance, for example, or may be loaded from an external memory. Alternatively, it may be loaded from an electrically connectable storage area such as a server, or may be obtained via a network such as the cloud.
また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、加熱工程でワークを狙い温度にまで誘導加熱すると共に、冷却工程で加熱されたワークを冷却して所定の熱処理を施してもよい。 In addition, in the heat treatment method for a workpiece according to the present invention, the workpiece may be induction heated to a target temperature in the heating process, and the heated workpiece may be cooled in the cooling process to perform a predetermined heat treatment.
このように誘導加熱でワークを狙い温度にまで加熱することで、ワークのみを直接加熱することができ、高いエネルギー効率を達成することができると共に、加熱空間を含む熱処理設備全体をコンパクトにできる。設備全体がコンパクトになれば、エネルギー効率やランニングコストの面でも好適である。 By using induction heating to heat the workpiece to the target temperature in this way, it is possible to directly heat only the workpiece, achieving high energy efficiency and making the entire heat treatment equipment, including the heating space, compact. Making the entire equipment compact is also advantageous in terms of energy efficiency and running costs.
また、以上の説明に係るワークの熱処理方法は、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることを可能とするものであるから、例えば転がり軸受の軌道輪のような熱処理歪が問題となり易い形状(例えば環状)の量産部品に熱処理を施すための方法として好適である。 The workpiece heat treatment method described above simplifies adjustments when changing workpieces and reduces heat treatment distortion while still achieving good heat treatment quality, making it suitable as a method for heat treating mass-produced parts with shapes (e.g., annular) where heat treatment distortion is likely to be a problem, such as the raceways of rolling bearings.
また、前記課題の解決は本発明に係るワークの熱処理装置によっても達成される。すなわちこの熱処理装置は、ワークを加熱する加熱装置と、加熱装置で加熱されたワークに冷却液を供給することによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却装置と、冷却装置によりワークを冷却する際にワークを拘束可能な拘束型とを備えるワークの熱処理装置において、ワークを冷却液の供給領域に移動する移動装置と、拘束型によるワークの拘束動作を行う拘束駆動装置と、移動装置及び拘束駆動装置を電気的に制御可能な制御装置とをさらに備える点をもって特徴付けられる。 The above-mentioned problems are also solved by the heat treatment device for workpieces according to the present invention. That is, this heat treatment device is a heat treatment device for workpieces that includes a heating device for heating the workpiece, a cooling device for supplying a cooling liquid to the workpiece heated by the heating device to cool the workpiece and perform a predetermined heat treatment, and a restraining mold capable of restraining the workpiece when cooling the workpiece with the cooling device, and is characterized in that it further includes a moving device for moving the workpiece to a coolant supply area, a restraining drive device for performing the workpiece restraining operation with the restraining mold, and a control device capable of electrically controlling the moving device and the restraining drive device.
上記構成の熱処理装置であれば、上述した本発明に係る熱処理方法と同様に、移動装置によりワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束駆動装置により拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を何れも制御装置により電気的に制御することができる。そのため、対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークの冷却及び拘束を開始することができ、また好適な大きさの拘束力をワークに付与することができる。従って、ワークごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な熱処理品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワーク変更時の調整についても制御指令の内容を変更するだけで済むため、駆動装置側の機械的な調整に比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。 In the heat treatment apparatus having the above configuration, as in the heat treatment method according to the present invention described above, the timing at which the moving device moves the workpiece to the cooling liquid supply area, the timing at which the restraining drive device restrains the workpiece with the restraining mold, and the restraining force of the workpiece by the restraining mold can all be electrically controlled by the control device. Therefore, the responsiveness of the corresponding drive device can be improved, and the cooling and restraining of the workpiece can be started at an appropriate timing, and an appropriate amount of restraining force can be applied to the workpiece. Therefore, each workpiece can be cooled while restraining it with the mold under appropriate temperature history and restraining conditions, which makes it possible to obtain a high-quality heat-treated product while reducing heat treatment distortion. In addition, by controlling electrically, adjustments when changing the workpiece can be made by simply changing the content of the control command, which makes it possible to significantly shorten the work time and improve production efficiency compared to mechanical adjustments on the drive device side.
以上述べたように、本発明に係るワークの熱処理方法及び熱処理装置によれば、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることが可能となる。 As described above, the workpiece heat treatment method and heat treatment device of the present invention simplify adjustments when changing workpieces, and make it possible to obtain good heat treatment quality while reducing heat treatment distortion.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、ワークに対して焼入処理を施す場合を例にとって説明する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in this embodiment, the case of performing hardening treatment on a workpiece will be described as an example.
図1は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置10の概要を示す正面図であり、図2は、熱処理装置10を構成する加熱装置20の縦断面図、図3は、熱処理装置10を構成する冷却装置30の縦断面図である。図1に示す熱処理装置10は、SUJ2等の鋼材からなる環状のワークW(例えば転がり軸受の外輪又は内輪の基材)を、図1中に示す搬送経路11に沿って送りながらワークWに焼入硬化処理を施すように構成される。従い、この熱処理装置10は、ワークWの送り方向上流側に、ワークWを狙い温度(焼入温度)にまで加熱する加熱工程S1が実施される加熱装置20と、加熱工程S1で加熱されたワークWを冷却装置30で冷却して焼入処理を施す冷却工程S2が実施される冷却装置30とを備える。そのため、加熱装置20から冷却装置30へ搬送経路11を介してワークWを搬入可能としている。以下、まず熱処理装置10の構成について説明し、次いで熱処理装置10を用いた熱処理方法の一例を説明する。
1 is a front view showing an outline of a
加熱装置20は、ワークWを狙い温度にまで誘導加熱するためのものであって、本実施形態では、図2に示すように、搬送経路11の上方に位置する加熱領域21と、加熱領域21に搬送されたワークWの径方向外側に配置される略環状の外側加熱コイル22と、ワークWの径方向内側に配置される略環状の内側加熱コイル23と、加熱領域21に向けて搬送経路11上のワークWを供給するワーク供給装置24とを備える。
The
外側加熱コイル22、内側加熱コイル23は、例えば銅管等の導電性金属からなる管状体を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイルからなり、加熱領域21に位置するワークWと同軸に配置されている。なお、本実施形態では、加熱領域21に位置するワークWの外側と内側の双方に加熱コイル(外側加熱コイル22、内側加熱コイル23)を配置した場合を例示したが、ワークWの形状、サイズ等によっては、外側と内側の一方のみに加熱コイルを配置(例えば、外側加熱コイル22のみを配置)してもよい。
The
ワーク供給装置24は、例えば、線端にワークWを載置可能なフランジ部25aが設けられた伸縮自在のシリンダロッド25bを有するシリンダ(油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ)で構成される。
The
また、加熱装置20は、図示は省略するが、搬送経路11に沿ってワークWを移送するための移送装置を有する。この移送装置としては、例えば、搬送経路11の一部を構成する搬送コンベア、あるいは搬送経路11の長手方向に沿って往復動可能なシリンダ(油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ)などを採用することができる。なお、図2では、図示を省略しているが、加熱領域21と外側及び内側加熱コイル22,23の周囲を壁部で覆ってもよい。また、壁部で覆った場合、壁部の内側空間の雰囲気(温度、湿度、酸素濃度など)を同じく図示しない雰囲気制御装置で制御してもよい。
The
冷却装置30は、加熱装置20で狙い温度にまで加熱されたワークWを冷却して焼入処理を施すための装置であり、ワークWを拘束型33で拘束した状態でワークWを冷却(焼入れ)可能に構成されている。ここで、図3に示すように、冷却装置30は、冷却液供給装置31と、ワークWを冷却液46の供給領域(ここでは後述する貯留槽47に貯留された冷却液47中)に移動させる移動装置32と、拘束型33によるワークWの拘束動作を行う拘束駆動装置34と、移動装置32及び拘束駆動装置34を電気的に制御する制御装置35とを備える。
The
移動装置32は、ワークWを支持する支持部36と、支持部36を上下方向に移動する―ボ式アクチュエータとしてのサーボシリンダ(第一サーボシリンダ37)とを有する。第一サーボシリンダ37は、冷却装置30の基台部38に固定されている。本実施形態では、支持部36には、ワークWを支持する回転台39が設けられると共に、回転台39を所定の中心軸(本図示例では上下方向に伸びる中心軸)まわりに回転駆動する回転駆動装置40が設けられる。
The moving
また、回転駆動装置40は、例えば回転台39の下方に位置し回転台39と同軸に連結される第一スピンドル41と、第一スピンドル41と例えば一対の互いに噛み合うギヤ42a,42bを介して動力伝達可能に連結される第二スピンドル43と、第二スピンドル43をその長手方向軸まわりに回転駆動させるモータ44とを有する。ここで、モータ44には、任意の種類のモータを使用することができ、好適な一例としてサーボモータを挙げることができる。
The
また、上述のように移動装置32を構成する場合、搬送経路11は、図3に示す状態において、言い換えると、ワークWを冷却液供給領域に移動する前の状態において、回転台39の上面を通過するように構成される。この場合、搬送経路11は、図3の紙面表裏方向に沿って伸びている。
When the moving
拘束駆動装置34は、拘束型33を駆動するためのもので、本実施形態では、拘束型33を上下方向に駆動させるサーボ式アクチュエータとしてのサーボシリンダ(第二サーボシリンダ45)で構成される。ここで、第二サーボシリンダ45は支持部36に固定されており、支持部36と回転台39及び回転駆動装置40が一体的に上下方向に移動可能とされている。よって、支持部36に固定される第二サーボシリンダ45も回転台39と回転台39上に載置されるワークWと共に上下方向に移動可能とされている。
The
冷却液供給装置31は、本実施形態では、冷却液46が貯溜される貯留槽47と、冷却液46をワークWに向けて噴射するノズル48とを主に有する。本実施形態では、ワークWが貯留槽47に貯溜された冷却液46に浸漬した状態で、ワークWに冷却液46を噴射可能な位置にノズル48が配設されている(後述する図5を参照)。
In this embodiment, the cooling
ノズル48にはポンプ49が接続されており、例えば図3に示すように、ポンプ49の駆動により貯留槽47中の冷却液46を吸引してノズル48からワークWに噴射可能としている。また、本実施形態では、ノズル48とポンプ49との間にバルブ50が配設されている。このバルブ50は、ノズル48から噴射される冷却液46の流量を調整可能に構成されるのがよく、例えばソレノイド式など電気的に制御可能な種類のバルブが好適に適用される。
A
制御装置35は、移動装置32及び拘束駆動装置34の駆動を制御可能に構成される。本実施形態では、移動装置32と拘束駆動装置34に加えて、バルブ50の駆動を制御可能に構成されている。詳述すると、制御装置35は、移動装置32の駆動部となる第一サーボシリンダ37と電気的に接続されると共に、拘束駆動装置34を構成する第二サーボシリンダ45と電気的に接続されている。また、本実施形態では、回転駆動装置40の駆動部となるモータ44と制御装置35とが電気的に接続されると共に、ノズル48のバルブ50と制御装置35とが電気的に接続されている。これにより、第一サーボシリンダ37と、第二サーボシリンダ45と、モータ44、及びバルブ50とが何れも制御装置35により電気的に制御可能とされている。また、これにより、例えば第一サーボシリンダ37と、第二サーボシリンダ45と、モータ44、及びバルブ50とが同一の時間軸に基づいて電気的に制御可能ともされる。
The
ここで、制御装置35は、電気的に制御可能な限りにおいて任意の構成をとることができ、例えば後述するようにワークWの種類に応じて制御内容を変更することの容易性の観点からは、PLCが好適である。
The
また、この場合、PLCは、予めワークWごとに設定された移動装置32による冷却液供給領域(ここでは貯留槽47中の冷却液46)への移動タイミング、拘束駆動装置34によるワークWの拘束タイミング、及びワークWに付与される拘束力に関する制御プログラムを、実際の熱処理(焼入処理)の対象となるワークWに応じて選択して、移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力を電気的に制御可能とされる。この場合、具体的には、第一サーボシリンダ37の駆動タイミングと、第二サーボシリンダ45の駆動タイミング、及び第二サーボシリンダ45のワークWに対する加圧力(拘束型33によるワークWの加圧時に第二サーボシリンダ45が受ける反力)に関する制御プログラムが、処理対象となり得る数の種類のワークWごとに予め設定されている。そして、所定の方式でこれら複数のプログラムの中から所定の一つのプログラムを選択することにより、当該プログラムに則ったPLC(制御装置35)による制御を可能としている。なお、本実施形態でいう駆動タイミングは、何れも共通の時間軸上における所定の時において第一サーボシリンダ37と第二サーボシリンダ45の駆動をそれぞれ開始することを意味し、例えば加熱装置20による加熱処理の開始時、加熱装置20からのワークWの搬出時、冷却装置30へのワークWの搬入時など、ワークWの熱処理期間中の所定の瞬間を基準として時間的な制御が成され得る。
In this case, the PLC can electrically control the movement timing, restraint timing, and restraint force by selecting a control program related to the movement timing of the moving
また、本実施形態のように、加熱装置20が誘導加熱用の加熱コイル(外側加熱コイル22と内側加熱コイル23の少なくとも一方)で構成される場合、当該加熱コイルを制御装置35と電気的に接続して、制御装置35による各サーボシリンダ37,45の制御と共通の時間軸を基準として上記加熱コイルを制御してもよい。
In addition, when the
次に、上記構成の熱処理装置10を用いたワークWの熱処理方法の一例を説明する。
Next, an example of a method for heat treating a workpiece W using the
本実施形態に係るワークWの熱処理方法は、加熱工程S1と、冷却工程S2とを備える。以下、図2~図5を参照しながら、順に各工程の詳細を説明する。 The heat treatment method for the workpiece W according to this embodiment includes a heating step S1 and a cooling step S2. Each step will be described in detail below with reference to Figures 2 to 5.
(S1)加熱工程
まず、図1及び図2に示す加熱装置20内にワークWを搬入した後、ワークWに加熱処理を施す。具体的には、図2に示すように、搬送経路11上に位置するフランジ部25a上にワークWが到達したとき、シリンダロッド25bを伸長させることでワークWを加熱領域21にまで上昇させる。この際、加熱領域21は、外側加熱コイル22及び内側加熱コイル23と同じ高さに位置しているので、加熱領域21にまでワークWを移動させることで、ワークWを各加熱コイル22,23により加熱可能な状態となる。然る後、外側加熱コイル22と内側加熱コイル23にそれぞれ通電することにより、ワークWを所定の温度履歴となるよう誘導加熱する。本実施形態では、所定の狙い温度に達するまでワークWを誘導加熱する。然る後、ワークWを搬送経路11にまで下降させて加熱装置20外に搬出すると共に、冷却装置30に向けて搬送される。
(S1) Heating step First, the workpiece W is carried into the
(S3)冷却工程
この工程では、上述したように、加熱装置20(加熱工程)で狙い温度にまで加熱されたワークWが所定の温度履歴を辿って冷却されるようにワークWを冷却する。具体的には、図3に示すように、まず、搬送経路11上を移送されてきたワークWを、回転台39の回転中心とワークWの中心軸とが一致する位置で停止させる。次いで、制御装置35は、回転台39上のワークWの種類に応じて予め設定された制御プログラムを選択し、選択したプログラムに則って、第二サーボシリンダ45の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置35から第二サーボシリンダ45に所定の制御信号が送信され、所定の時刻に第二サーボシリンダ45が駆動を開始する。これにより、第二サーボシリンダ45の先端に連結された拘束型33が下降を開始し、図4に示すように、回転台39上に載置されたワークWを拘束する。また、この際のワークWに対する拘束力(本実施形態では下方への加圧力)の大きさは、予め選択された制御プログラムに則って制御装置35により所定の大きさ(あるいは所定の拘束力履歴)に制御される。
(S3) Cooling Step In this step, as described above, the workpiece W heated to a target temperature by the heating device 20 (heating step) is cooled so as to follow a predetermined temperature history. Specifically, as shown in FIG. 3, first, the workpiece W transferred on the conveying
以上のようにして、拘束型33によるワークWの拘束を開始した後、図5に示すように、ワークW、拘束型33、支持部36、回転台39、回転駆動装置40、及び第二サーボシリンダ45を一体的に下降させて、貯留槽47に貯留された冷却液46中に浸漬させる。本実施形態では、制御装置35が、上述のように選択した制御プログラムに則って第一サーボシリンダ37の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置35から第一サーボシリンダ37に所定の制御信号が送信され、所定の時刻に第一サーボシリンダ37が駆動を開始する。これによりワークWが支持部36等と一体に冷却液46中への浸漬動作を開始し、ワークWが所定の高さ位置まで下降した時点で第一サーボシリンダ37を停止する。
After the workpiece W is restrained by the restraining
また、本実施形態では、制御装置35が、上述のように選択した制御プログラムに則ってモータ44の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置35からモータ44に所定の制御信号が送信され、所定の時刻にモータ44が駆動を開始する。これにより浸漬中のワークWがその中心軸まわりに回転を開始し、所定の回転速度(回転数)で軸回転を継続する。
In addition, in this embodiment, the
また、この際、制御装置35が、上述のように選択した制御プログラムに則ってバルブ50の駆動を制御する。具体的には、バルブ50の開度を電気的に制御して、ノズル48からワークWに向けた冷却液46の噴射開始タイミングを制御する。また、ワークWに向けて吐出される冷却液46の流量を制御する。これにより、浸漬中のワークWがその中心軸まわりに回転しながら、円周方向の所定位置に向けて所定流量の冷却液46が噴き付けられる。よって、一方向に冷却液46を噴射するノズル48を用いた場合においても、ワークWの円周方向で均等に冷却液46の噴き付けを行うことが可能となる。
At this time, the
以上のようにしてワークWを冷却することにより、ワークWがその種類に応じた温度履歴で急速に冷却される。そして、所定時間の浸漬動作の後、制御装置35は第一サーボシリンダ37を駆動させて、ワークWを拘束型33と支持部36等と一体に上昇させ、ワークWを搬送経路11上に復帰させる。然る後、制御装置35は第二サーボシリンダ45を駆動させて、拘束型33のみをさらに上昇させることでワークWの拘束状態を解除する。最後に図示しない搬出装置によりワークWを搬送経路11の下流側に向けて搬出することで、ワークWに対する焼入れ硬化処理が完了する。後続のワークWについても同様の経路を辿って、焼入処理が施され、熱処理装置10の外側に排出される。以上のようにして、複数のワークWに対して連続的にかつ自動的に焼入処理が施される。
By cooling the workpiece W in the above manner, the workpiece W is rapidly cooled with a temperature history according to its type. After a predetermined time of immersion, the
以上述べたように、本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置10によれば、ワークWに対する熱処理条件の中でも、特にワークWの冷却液46中への移動(すなわち浸漬)を開始するタイミングと、拘束型33によるワークWの拘束を開始するタイミング、及び拘束型33によりワークWに付与される拘束力を制御すると共に、これらの制御を何れも電気的に行うようにした。このようにワークWの浸漬開始タイミングと拘束開始タイミング、並びに拘束力を何れも電気的に制御することによって、例えば油圧駆動式と比べて対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークWの冷却及び拘束を開始することができる。また好適な大きさの拘束力をワークWに付与することができる。従って、ワークWごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な焼入れ品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワークWの種類を変更する際の調整についても制御装置35からの指令内容を変更するだけで済むため、例えば拘束型33の交換など駆動側の機械的な調整を行う場合と比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。
As described above, according to the heat treatment method and
また、本実施形態では、上述したワークWの移動を行うための移動装置32の駆動部をサーボ式アクチュエータとしての第一サーボシリンダ37で構成すると共に、ワークWの拘束動作を行うための拘束駆動装置34の駆動部を同じくサーボ式アクチュエータとしての第二サーボシリンダ45で構成し、かつこれらサーボシリンダ37,45を何れも制御装置35により電気的に制御するようにした。サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、位置制御並びに圧力制御時の精度にも優れているため、ワークWの冷却開始タイミングだけでなく冷却液46中での位置決め精度を高めることができる。また、ワークWの拘束開始タイミングだけでなくその際の拘束力をより好適な範囲に制御することができる。よって、冷却精度をさらに高めると共に、ワークWの種類に応じて拘束条件を個別に最適化することが可能となる。特に、本実施形態では、第一及び第二サーボシリンダ37,45に加えて、モータ44とバルブ50についても電気的に制御するようにしたので、ワークWごとに最適な冷却条件を設定して、冷却精度をさらに高めることが可能となる。ひいては、熱処理歪をさらに低減化して、焼入れ品質のさらなる向上を図ることが可能となる。
In addition, in this embodiment, the drive unit of the moving
また、本実施形態では、第一及び第二サーボシリンダ37,45と、モータ44、及びバルブ50を何れも制御装置35としてのPLCで一括に電気的に制御するようにしたので、特に駆動開始タイミングに関する精度を高めることができる。また、PLCであればその制御プログラムをワークWに応じて変更するだけの調整で済むため、非常に短時間でかつ少ない労力で設備側の調整を図ることが可能となる。よって、生産効率の面で非常に好適である。もちろん、ワークWの種類を増減、変更する場合も、ワークWごとの制御プログラムを増減、変更するだけの調整で済むため、汎用性にも優れている。
In addition, in this embodiment, the first and
以上、本発明の一実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置10について説明したが、これら熱処理方法及び熱処理装置10には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。
The above describes a heat treatment method and
例えば、上記実施形態では、ワークWの移動装置32の駆動部にサーボ式アクチュエータとしてサーボシリンダ(第一サーボシリンダ37)を用いた場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成をとることも可能である。すなわち、サーボシリンダ以外のサーボ式アクチュエータを採用することもでき、サーボ式以外の電気的に制御可能な駆動装置を採用することも可能である。拘束駆動装置34の駆動部(第二サーボシリンダ45)についても同様に、サーボシリンダ以外のサーボ式アクチュエータを採用することもでき、サーボ式以外の電気的に制御可能な駆動装置を採用することも可能である。
For example, in the above embodiment, a servo cylinder (first servo cylinder 37) is used as a servo actuator in the drive section of the moving
また、上記実施形態では、ワークWの円周方向所定位置に向けて冷却液46を噴き付け可能に一個穴タイプのノズル48を配置した場合を例示したが、もちろんこれ以外のタイプのノズル(冷却液噴き付け装置)を用いることも可能である。例えば図示は省略するが、略円環状をなし、その内周に複数の開口部を設けてなる環状ノズルをワークWの径方向外側に配置してもよい。あるいは、略環状をなし、その外周に複数の開口部を設けてなる環状ノズルをワークWの径方向内側に配置してもよい。この場合もノズルの上流側に電気的に制御可能な流量調整用のバルブ(図示は省略)を配置することが可能である。
In the above embodiment, a single-
また、上記実施形態では、回転台39とノズル48を配置して、ワークWをその中心軸まわりに回転させながら冷却液46を噴き付ける場合を例示したが、これらの一部又は全部は省略することも可能である。すなわち、ワークWの種類によっては、冷却液46の噴き付けを省略してもよく、ワークWの冷却液46中での軸回転を省略してもよい。あるいは冷却液46の噴き付けとワークWの軸回転の双方を省略してもよい。
In addition, in the above embodiment, a rotating table 39 and a
また、上記実施形態では、拘束型33によるワークWの拘束を開始した後、ワークW、拘束型33、支持部36、回転台39、回転駆動装置40、及び第二サーボシリンダ45を一体的に下降させて、貯留槽47に貯留された冷却液46中に浸漬させる場合を例示したが、もちろん、この順序には限定されない。例えば、拘束型33と離れた状態のワークWを支持部36等と一体的に下降させて貯留槽47内の冷却液46中への浸漬動作を開始した後、第二サーボシリンダ45を駆動して、拘束型33によるワークWの拘束を開始してもよい。要は、拘束期間と浸漬期間との重複形態は任意である。また、拘束期間と浸漬期間とが一部で重複してもよく、その全期間で重複してもよい。
In the above embodiment, after the workpiece W is restrained by the restraining
また、以上の説明では、加熱工程S1において誘導加熱でワークWを狙い温度まで加熱する場合を例示したが、もちろんこれには限られない。加熱速度の観点で特に問題ないようであれば、雰囲気加熱など他の加熱方式を採用してワークWを狙い温度までかねつしてもかまわない。 In the above explanation, the workpiece W is heated to the target temperature by induction heating in the heating step S1, but of course this is not limited to this. If there is no particular problem in terms of the heating speed, other heating methods such as atmospheric heating may be used to heat the workpiece W to the target temperature.
また、以上の説明では、転がり軸受の軌道輪(外輪又は内輪)に焼入処理を施すに際して本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置10を適用した場合を説明したが、本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置10は、その他の環状のワーク、例えば、すべり軸受、等速自在継手を構成する外側継手部材や内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器(の基材)、さらには環状以外の形状をなすワークに焼入処理を施す際にも好ましく適用することができる。
In addition, in the above explanation, the heat treatment method and
また、以上の説明では、ワークWに対して所定の加熱処理及び冷却処理を実施することにより焼入処理を施す場合を例示したが、もちろん本発明は焼入れ以外の熱処理に対しても適用することが可能である。 In addition, the above explanation has been given of an example in which the workpiece W is quenched by carrying out a specified heating process and cooling process, but the present invention can of course be applied to heat treatments other than quenching.
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various other forms without departing from the spirit of the present invention. In other words, the scope of the present invention is defined by the claims, and includes the equivalent meanings set forth in the claims, as well as all modifications within the scope of the claims.
1 熱処理装置
2 特許文献
2 加熱部
10 熱処理装置
11 搬送経路
20 加熱装置
21 加熱領域
22 外側加熱コイル
23 内側加熱コイル
24 ワーク供給装置
25a フランジ部
25b シリンダロッド
30 冷却装置
31 冷却液供給装置
32 移動装置
33 拘束型
34 拘束駆動装置
35 制御装置
36 支持部
37,45 サーボシリンダ
38 基台部
39 回転台
40 回転駆動装置
41 第一スピンドル
42a,42bギヤ
43 第二スピンドル
44 モータ
46 冷却液
47 貯留槽
48 ノズル
49 ポンプ
50 バルブ
W ワーク
1 Heat treatment device 2 Patent document 2
Claims (8)
前記ワークを前記冷却液の供給領域に移動させる移動タイミングと、前記拘束型で前記ワークを拘束する拘束タイミング、及び前記拘束型による前記ワークの拘束力を何れもPLCで電気的に制御し、かつ
前記PLCは、予め前記ワークごとに設定された前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力に関する制御プログラムを、前記所定の熱処理対象となるワークに応じて選択して、前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力を電気的に制御することを特徴とするワークの熱処理方法。 A method for heat treating a workpiece, comprising a heating step of heating a workpiece, and a cooling step of supplying a cooling liquid to the workpiece heated in the heating step to cool the workpiece and perform a predetermined heat treatment, wherein the workpiece is cooled in a state of being restrained by a restraining mold at least in the cooling step,
a control program for electrically controlling the movement timing, the restraint timing, and the restraint force of the workpiece by the restraint mold, which are preset for each workpiece, selected from control programs relating to the movement timing, the restraint timing, and the restraint force, according to the workpiece to be subjected to the specified heat treatment , to electrically control the movement timing, the restraint timing, and the restraint force.
前記ワークを前記冷却液の供給領域に移動する移動装置と、前記拘束型による前記ワークの拘束動作を行う拘束駆動装置と、前記移動装置及び前記拘束駆動装置を電気的に制御可能なPLC制御装置とをさらに備え、
前記PLCは、予め前記ワークごとに設定された前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力に関する制御プログラムを、前記所定の熱処理対象となるワークに応じて選択して、前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力を電気的に制御可能に構成されることを特徴とするワークの熱処理装置。 A heat treatment apparatus for a workpiece, the heat treatment apparatus comprising: a heating apparatus for heating a workpiece; a cooling apparatus for cooling the workpiece by supplying a cooling liquid to the workpiece heated by the heating apparatus, and a restraining mold for restraining the workpiece when the workpiece is cooled by the cooling apparatus,
The present invention further includes a moving device that moves the workpiece to a supply area of the cooling liquid, a constraint drive device that performs a constraint operation of the workpiece using the constraint mold, and a PLC control device that is capable of electrically controlling the moving device and the constraint drive device,
The PLC is configured to electrically control the movement timing, the restraint timing, and the restraint force by selecting a control program related to the movement timing, the restraint timing, and the restraint force that is previously set for each workpiece in accordance with the workpiece to be subjected to the specified heat treatment .
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