JP2005330543A - High frequency induction heat-treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各種の機械部品とされる薄板状のワーク、例えばスラスト転がり軸受の軌道輪等のリング状のワークにつき、高周波誘導加熱して焼入する高周波焼入装置に関するものである。 The present invention relates to an induction hardening apparatus for quenching by induction induction heating of thin plate-like workpieces, which are various mechanical parts, for example, ring-like workpieces such as bearing rings of thrust rolling bearings.
機械部品、例えばリング状のワークの焼入に際する加熱方法として、単巻の加熱コイルを用い、その内周に同心にワークを配置し、高周波誘導加熱を行う方法がある(例えば非特許文献1)。
しかし、軸受軌道輪等の量産される機械部品の焼入は、雰囲気炉で全体焼入することが一般的である。軸受における高周波焼入は、車輪用軸受における軌道面のみの焼入等のように、局部的に焼入を施す場合に採用されている。
However, it is common to quench a machine part such as a bearing race that is mass-produced in an atmosphere furnace. Induction hardening in a bearing is employed when locally hardening, such as quenching only a raceway surface in a wheel bearing.
軸受軌道輪等の機械部品の全体焼入を行う場合の加熱は、上記のように炉内で行うことが一般的であるが、多品種少量生産の場合、炉による熱処理では、炉の処理可能個数に対して半端な個数となることがあり、効率が悪い。また、要求に応じて必要時に必要個数だけ焼入品をラインに供給したり、外部に納品するような場合は、炉による焼入れでは在庫を多く抱えることが必要となる。炉による加熱は、炉内に入れた機械部品の位置によっても、加熱温度がばらつくことがある。
このため、軸受軌道輪の焼入を、1個ずつ高周波焼入で行うことを試みた。高周波焼入によると、必要個数だけを処理することができ、また処理品間でのばらつきの少ない均一な熱処理が可能となる。
Heating is generally performed in the furnace as described above for the entire quenching of machine parts such as bearing rings, but in the case of high-mix low-volume production, the furnace can be treated by heat treatment in the furnace. The number may be odd with respect to the number, and the efficiency is poor. In addition, when a required number of hardened products are supplied to the line or delivered to the outside as needed, it is necessary to hold a large amount of inventory in the quenching by the furnace. The heating temperature in the furnace may vary depending on the position of the machine parts placed in the furnace.
For this reason, an attempt was made to quench the bearing races one by one by induction quenching. According to induction hardening, only the required number can be processed, and uniform heat treatment with little variation between processed products can be achieved.
しかし、薄板状のワーク、例えばスラスト転がり軸受の軌道輪等のようなリング状で薄板状のワークにつき高周波焼入を行おうとした場合、加熱後の急冷時などに、残留応力によってワークが変形する。そのため、薄板状のワークを高周波焼入することが出来なかった。
特に、スラスト転がり軸受の軌道輪では、性能や転動寿命等の確保のために寸法や形状の精度が厳しく求められ、熱処理に伴う歪みの発生は、できるだけ避ける必要がある。焼入時に歪みが大きく生じると、焼戻に時間がかかったり、焼戻を行っても十分に変形を無くすことができない場合がある。また、焼入後の研削取代を大きくする必要が生じる。
However, when an induction hardening is performed on a thin plate-like workpiece, for example, a ring-like thin plate-like workpiece such as a thrust rolling bearing raceway, the workpiece is deformed by residual stress during rapid cooling after heating. . For this reason, it was impossible to induction harden a thin plate-like workpiece.
In particular, in a rolling ring of a thrust rolling bearing, the accuracy of dimensions and shape is strictly required to ensure performance, rolling life, and the like, and it is necessary to avoid the occurrence of distortion due to heat treatment as much as possible. If a large distortion occurs during quenching, it may take time for tempering, or deformation may not be sufficiently eliminated even after tempering. In addition, it is necessary to increase the grinding allowance after quenching.
この発明の目的は、薄板状のワークを、変形を生じることなく焼入処理することができる高周波焼入装置を提供することである。
この発明の他の目的は、スラスト軸受の軌道輪等のような高精度が求められるリング状の薄板状ワークであっても、要求精度を満足でき、また均一な焼入品質を得ることができるものとすることである。
An object of the present invention is to provide an induction hardening apparatus capable of quenching a thin plate-like workpiece without causing deformation.
Another object of the present invention is to satisfy the required accuracy and obtain uniform quenching quality even for a ring-shaped thin plate-like workpiece such as a bearing ring of a thrust bearing that requires high accuracy. Is to be.
この発明の高周波焼入装置は、薄板状のワークを焼入する装置であって、前記ワークを両面から挟み付ける一対の支持部材と、これら支持部材に支持されたワークに誘導加熱を行う加熱コイルと、前記支持部材に支持されたワークに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置とを備え、前記支持部材のワーク挟付け面に、焼入冷却流体の通路を設けたものである。 The induction hardening apparatus according to the present invention is an apparatus for quenching a thin plate-like workpiece, a pair of support members that sandwich the workpiece from both sides, and a heating coil that performs induction heating on the workpiece supported by these support members And a quenching cooling fluid supply device that supplies quenching cooling fluid to the workpiece supported by the support member, and a quenching cooling fluid passage is provided on the workpiece clamping surface of the support member. .
この構成によると、ワークを一対の支持部材で挟み付けた状態で、加熱コイルによる誘導加熱を行う。この加熱されたワークに、焼入冷却流体供給装置から焼入冷却流体を浴びせて急冷することにより焼入する。この急冷時に、ワークは一対の支持部材で挟み付けられているため、変形を生じることが防止され、元の形状を維持したまま冷却される。上記支持部材は、ワーク挟付け面に焼入冷却流体の通路を設けられているため、ワークの上記支持部材で挟み付けられる面にも焼入冷却流体が供給され、ワークの全体を均等にかつ効率良く冷却することができる。焼入冷却流体の通路を設けることで、支持部材がワークに接触する面積が減少し、ワークの熱が逃げることの防止効果も得られる。また、この構成によると、ワークの加熱から急冷までを、支持部材で挟み付けたままで行え、途中で持ち替える必要がないため、持ち替えに伴うワークの変形が生じず、また持ち替えの手間が省けて効率良く焼入が行える。 According to this configuration, induction heating by the heating coil is performed with the workpiece sandwiched between the pair of support members. The heated workpiece is quenched by being quenched with a quenching cooling fluid from a quenching cooling fluid supply device. At the time of this rapid cooling, since the workpiece is sandwiched between the pair of support members, the deformation is prevented and the workpiece is cooled while maintaining the original shape. Since the support member is provided with a quenching cooling fluid passage on the workpiece clamping surface, the quenching cooling fluid is also supplied to the surface of the workpiece sandwiched by the support member, so that the entire workpiece is uniformly and It can be cooled efficiently. By providing the quenching cooling fluid passage, the area where the support member comes into contact with the workpiece is reduced, and the effect of preventing the heat of the workpiece from escaping is also obtained. In addition, according to this configuration, the workpiece can be heated to rapidly cooled while being sandwiched between the support members, and there is no need to change the workpiece in the middle. Quench well.
この発明の高周波焼入装置は、前記薄板状のワークがリング状である場合は、次の構成とすることが好ましい。前記一対の支持部材は、互いに同心の回転中心上で回転自在に支持されて前記ワークを回転中心と同心に支持するものとする。これら支持部材を回転させる回転駆動手段を設ける。
リング状のワークの場合、このように回転させながら誘導加熱を行うことにより、全周に渡り均等に加熱することができる。また、ワークの急冷処理も、回転させながら焼入冷却流体を浴びせることで、ワーク全体を均等に急冷することができる。これらのため、ワーク全体の焼入品質を均等なものとできる。
The induction hardening apparatus of the present invention preferably has the following configuration when the thin plate-like workpiece is ring-shaped. The pair of support members are rotatably supported on rotation centers that are concentric with each other, and support the workpiece concentrically with the rotation center. Rotation driving means for rotating these support members is provided.
In the case of a ring-shaped workpiece, by performing induction heating while rotating in this way, it can be heated uniformly over the entire circumference. In addition, the workpiece can be rapidly cooled evenly by exposing the quenching cooling fluid to rotation while rotating the workpiece. For these reasons, the quenching quality of the entire workpiece can be made uniform.
前記ワークがスラスト転がり軸受の軌道輪である場合は、寸法,形状等の精度や、焼入品質等に高度な品質を求められるため、この発明の高周波焼入装置による変形防止の効果、特に上記のように挟み付け状態で回転させながら加熱および急冷を行うことによる均等化の利点が効果的に発揮される。 When the workpiece is a bearing ring of a thrust rolling bearing, it is required to have high quality in terms of accuracy such as dimensions and shape, and quenching quality. Therefore, the effect of preventing deformation by the induction hardening apparatus of the present invention, particularly the above Thus, the advantage of equalization by performing heating and quenching while rotating in the sandwiched state is effectively exhibited.
この発明の高周波焼入装置は、薄板状のワークを焼入する高周波焼入装置であって、前記ワークを両面から挟み付ける一対の支持部材と、これら支持部材に支持されたワークに誘導加熱を行う加熱コイルと、前記支持部材に支持されたワークに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置とを備え、前記支持部材のワーク挟付け面に焼入冷却流体の通路を設けたものであるため、薄板状のワークを、変形を生じることなく焼入処理することができるという効果が得られる。
前記一対の支持部材を回転自在に支持し、これら支持部材を回転させる回転駆動手段を設けた場合は、スラスト軸受の軌道輪等のような高精度が求められるリング状の薄板状ワークであっても、要求精度を満足でき、また均一な焼入品質を得ることができる。
The induction hardening apparatus according to the present invention is an induction hardening apparatus for hardening a thin plate-like workpiece, and includes a pair of support members that sandwich the workpiece from both sides, and induction heating of the workpiece supported by these support members. A heating coil to be performed, and a quenching cooling fluid supply device for supplying a quenching cooling fluid to the workpiece supported by the support member, and providing a quenching cooling fluid passage on a work clamping surface of the support member Therefore, the effect that the thin plate-like workpiece can be quenched without causing deformation can be obtained.
When the pair of support members are rotatably supported and provided with a rotation drive means for rotating the support members, a ring-shaped thin plate-like workpiece that requires high accuracy, such as a bearing ring of a thrust bearing, However, the required accuracy can be satisfied and uniform quenching quality can be obtained.
この発明の第1の実施形態を図1および図2と共に説明する。この高周波焼入装置は、加熱コイル1と、この加熱コイル1に高周波電流を供給する高周波電源2と、被熱処理品であるワークWを支持するワーク支持手段3と、冷却液等の焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置4とを備える。ワークWは、薄板状のリング状品である。図示の例ではワークWは、スラスト転がり軸受の軌道輪である。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This induction hardening apparatus includes a heating coil 1, a high
ワーク支持手段3は、互いに上下に配置されてワークWを両面から挟み付ける一対の支持部材12を有する。これら支持部材12は、互いに同心の回転中心O上で回転自在なように、軸受13を介してフレーム(図示せず)に支持されており、回転駆動手段14により回転駆動される。回転駆動手段14は、モータおよびその回転の伝達系により構成される。支持部材12は、ワークWを挟む円板部12aと、この円板部12aの背面中央から突出した軸部12bとを有し、軸部12bで上記軸受13により支持されている。回転駆動手段14による支持部材12の回転駆動は、上下の両方の支持部材12に伝えるようにしても良く、また上下いずれか片方の支持部材12のみを回転駆動し、ワークWを挟み付けた状態で上下の支持部材12が共に回転するものとしても良い。
The work support means 3 has a pair of
上下の支持部材12は、相対的に昇降自在に設けられており、昇降装置15により昇降させられる。この昇降により、上下の支持部材12間へのワークWの挿脱と、上下の支持部材12によるワークWの挟み付け力を得るようになされている。上下の支持部材12は、いずれか一方を昇降可能とし、他方を高さ位置固定としても良く、また両方が共に昇降可能なものとしても良い。なお、ワークWの挿脱のために支持部材12を昇降させる駆動手段と、ワークWに挟み付け力を与えるための駆動手段とはそれぞれ別に設けても良いが、ここでは昇降装置15が両機能を兼ねるものとしてある。
The upper and
支持部材12の材質は、非磁性体で、かつ耐熱性に優れた材質が好ましく、セラミックス製のものと等とされる。例えば、アルミナやコージライト系の材質等が好ましい。
The material of the
加熱コイル1は、支持部材12と共にワークWが回転することを妨げないように配置される。この例では、加熱コイル1は、上側の支持部材12の上方と、下側の支持部材12の下方に位置して、ワークWにできるだけ近くなるように配置されている。加熱コイル1は、ワークWの全周に対向するように、単巻きリング状のものとして支持部材12の回転中心Oの回りの配置しても、またワークWの円周方向複数箇所に位置するように分散して配置しても良い。また、加熱コイル1は、支持部材12をワークWの挿脱のために昇降させるときに、支持部材12と共に昇降するか、または退避動作を行い、支持部材12の昇降を妨げないように設置されている。
The heating coil 1 is disposed so as not to prevent the workpiece W from rotating together with the
高周波電源2は、交流商用電源等から受電盤を介して得た電流を、所定周波数の高周波に変換して加熱コイル1に供給する手段であり、サイリスタインバータ式やトランジスタインバータ式等のものが使用される。高周波電源2と加熱コイル1との間には電流変成器(図示せず)を介在させる。
The high
支持部材12のワーク挟付け面12aaには冷却液等の焼入冷却流体の通路16が設けられており、また支持部材12の中心部に冷却液等の焼入冷却流体の供給路17が設けられている。これら上下の支持部材12の供給路17の入口は、焼入冷却流体供給装置4の吐出口に配管(図示せず)等で接続されている。支持部材12は回転自在であるため、必要に応じて、ロータリジョイント(図示せず)を介して供給路17から前記配管に接続される。
The workpiece clamping surface 12aa of the
支持部材12のワーク挟付け面12aaは、リング状のワークWの全体を挟み付けるようにリング状に設けられ、支持部材12のワーク対向面の中央部は円形の凹み部18とされている。支持部材12の前記焼入冷却流体の通路16は、例えば図2に示すように、放射状に延びる線状の凸部19を形成することで、その隣合う凸部19の間が上記通路16として構成されている。凸部19の断面形状は、半円状、三角形状、台形状、方形状などの任意の断面形状とされる。
The workpiece clamping surface 12aa of the
上記凸部19は、例えば図3(A)に示すように円弧状に延びるものであっても、また渦巻き状に延びるものや、網目状に延びるものであっても良い。
また、凸部19は、線状に延びるものに限らず、例えば図3(B)に一部を示すようにワーク挟付け面12aaの全体に分散したボス状のものであっても良い。このボス状の凸部19は、半球状のものであっても、三角錐等の角錐状の形状や、角錐台状の形状であっても良い。凸部19が分散したボス状のものである場合、その凸部19の間の空間が焼入冷却流体の通路16となる。
For example, as shown in FIG. 3A, the
Moreover, the
上記構成の高周波焼入装置による熱処理過程を説明する。ワーク支持手段3の上下の支持部材12でワークWを挟み込み、支持部材12と共に駆動源14でワークWを回転させながら、加熱コイル1に高周波電源2から高周波電力を供給する。加熱コイル1に高周波電流が流れることにより、交番磁束が発生し、ワークWが誘導加熱される。すなわち、ワークWを通る磁束の変化による渦電流損やヒステリシス損等により発熱現象が生じる。ワークWの温度が目標の加熱最高温度であるオーステナイト化温度まで昇温すると、その温度を一定時間維持した後、焼入冷却流体として、水等の焼入冷却液を供給してワークWを急冷する。これによりワークWが焼入される。
The heat treatment process by the induction hardening apparatus having the above configuration will be described. The work W is sandwiched between the upper and
この急冷時に、ワークWは一対の支持部材12で挟み付けられているため、変形を生じることが防止され、元の形状を維持したまま冷却される。挟み付けておくため、焼入冷却液の供給を圧力付与状態で行っても、ワークWの位置がずれることがない。支持部材12は、ワーク挟付け面12aaに焼入冷却液の通路16を設けられているため、ワークWの上記支持部材12で挟み付けられる面にも焼入冷却液が供給され、ワークWの全体を均等に、かつ効率良く冷却することができる。
焼入冷却液の通路16を設けることで、支持部材12がワークWに接触する面積が減少し、ワークWの熱が逃げることの防止効果も得られる。特に、支持部材12に上記のような線状またはボス状の凸部19を設けて焼入冷却液の通路16を設けた場合、接触面積をできるだけ少なくし、ワークWから熱が逃げることを防止して効率良くかつ均等に加熱することができる。
At the time of this rapid cooling, since the workpiece W is sandwiched between the pair of
By providing the quenching
また、この構成によると、ワークWの加熱から急冷までを、支持部材12で挟み付けたままで行えて、途中で持ち替える必要がないため、持ち替えに伴うワークWの変形が生じず、また持ち替えの手間が省けて効率良く焼入が行える。
In addition, according to this configuration, since the work W can be heated to rapidly cooled while being sandwiched between the
ワークWはリング状であるが、回転させながら誘導加熱を行うため、全周に渡り均等に加熱することができる。また、ワークWの急冷処理も、回転させながら焼入冷却液を浴びせるようにするため、ワークWの全体を均等に急冷することができる。これらのため、ワークWの全体の焼入品質を均等なものとできる。そのため、ワークWがスラスト転がり軸受の軌道輪の場合のように、寸法,形状等の精度や、焼入品質等に高度な品質を求められるものであっても、この実施形態における挟み付けながら加熱,急冷を行うによる変形防止の利点や、回転させながら加熱および急冷を行うことによる均等化の利点が効果的に発揮される。 Although the workpiece W has a ring shape, induction heating is performed while rotating, so that the workpiece W can be heated uniformly over the entire circumference. In addition, since the quenching treatment of the workpiece W is also performed so that the quenching coolant is bathed while rotating, the entire workpiece W can be evenly quenched. For these reasons, the entire quenching quality of the workpiece W can be made uniform. Therefore, even if the work W is required to have high quality such as dimensions and shapes, quenching quality, etc., as in the case of a raceway ring of a thrust rolling bearing, heating is performed while sandwiching in this embodiment. , The advantage of preventing deformation by performing rapid cooling and the advantage of equalization by performing heating and rapid cooling while rotating are effectively exhibited.
なお、上記実施形態では、ワークWの両面に対向して加熱コイル1を配置するようにしたが、片面側のみに加熱コイル1を配置するようにしても良い。
また、上記実施形態ではワークWが転がり軸受の軌道輪である場合につき説明したが、この発明はワークWが上記軌道輪である場合に限らず、薄板状のリング状品の場合に一般に適用でき、さらにワークWがリング状品の場合に限らず、鋼製の機械部品等となる薄板状のワーク一般に適用することができる。
In the above embodiment, the heating coil 1 is arranged to face both surfaces of the workpiece W. However, the heating coil 1 may be arranged only on one side.
In the above embodiment, the case where the workpiece W is a rolling bearing raceway has been described. However, the present invention is not limited to the case where the workpiece W is the raceway, and is generally applicable to a thin ring-shaped ring product. Furthermore, the present invention is not limited to the case where the workpiece W is a ring-shaped product, but can be applied to a thin plate-shaped workpiece generally used as a steel machine part or the like.
1…加熱コイル
2…高周波電源
3…ワーク支持手段
4…焼入冷却流体供給装置
12…支持部材
12aa…ワーク挟付け面
14…回転駆動装置
16…焼入冷却液の通路
W…ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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- 2004-05-20 JP JP2004150437A patent/JP2005330543A/en active Pending
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