JP2010196152A - 熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶体化処理、時効硬化処理を含む熱処理のサイクルタイムを短縮する。
【解決手段】溶体化処理が施された第１のワークＷ１を溶体化炉２から取り出して焼入れ水槽３に搬入する第１のステップと、搬入装置６で搬送された第２のワークＷ２を溶体化炉２に搬入する第２のステップと、時効硬化処理が施された第３のワークＷ３を時効炉４から取り出して搬出装置７に移送する第３のステップと、焼入れ水槽３の中の前記第１のワークＷ１を取り出して時効炉４に搬入する第４のステップとを順に行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、アルミニウム合金等の金属材料からなるワークの溶体化処理及び時効硬化処理を行う熱処理方法に関する。

アルミニウム合金材やアルミニウム合金鋳物等の機械的特性を向上させるため、熱処理として溶体化処理及び時効硬化処理を施すことが広く行われる。すなわち、処理対象とするワークをその材料に固有の温度まで加熱した後急冷することで、ベース金属に加えた合金元素を固溶させ（溶体化処理）、その後、その材料に固有の温度まで再加熱することで、固溶した合金元素を微細な金属間化合物として析出させて硬度を高めている（時効硬化処理）。

特許文献１には、上記の熱処理を行う設備の一例が示されている。同文献の図１に示されている熱処理設備を、図６に概略的に示す（符号は振りなおしている）。この熱処理設備１００は、溶体化炉１０１と、焼入れ水槽１０２と、時効炉１０３と、空冷装置１０４と、ロボットアーム１０５と、ワーク搬入装置１０６と、ワーク搬出装置１０７とを備える。

溶体化炉１０１と時効炉１０３はそれぞれ円筒形の炉本体１１２を有し、その内部の炉室に、ワークを載置する複数段の載置棚１１６が回転可能に配置されている。各段の載置棚１１６はそれぞれ１０のセクションに区画され、各セクションにそれぞれ２個のワーク１０８を載置できるようになっている。載置棚１１６へのワーク１０８の搬入は炉本体１１２に設けられた搬入口１１８から行い、載置棚１１６からのワーク１０８の搬出は炉本体１１２に搬入口１１８とは別に設けられた搬出口１１９から行うようになっている。

この設備における熱処理は、ワーク搬入装置１０６→溶体化炉１０１→焼入れ水槽１０２→時効炉１０３→空冷装置１０４→ワーク搬出装置１０７の順序で、ワーク１０８をロボットアーム１０５により移動させて行われる。

特開２００６−２００８２３号公報

上記特許文献１には熱処理作業の具体的手順は記載されていないが、例えば以下のような手順が考えられる。
（１）ワーク搬入装置１０６で搬送されたワーク（第１のワーク）を、溶体化炉１０１の搬入口１１８から搬入する。
（２）溶体化炉１０１の搬出口１１９から、前記第１のワークとは別の第２のワーク（溶体化処理済み）を搬出する。
（３）第２のワークを焼入れ水槽１０２に搬入し、焼入れ処理を施す。
（４）第２のワークを焼入れ水槽１０２から取り出して、時効炉１０３の搬入口から搬入する。
（５）時効炉１０３の搬出口から、前記第２のワークとは別の第３のワーク（時効硬化処理済み）を搬出し、空冷装置１０４に移送する。
（６）第３のワークを空冷装置１０４からワーク搬出装置１０７に移送する。

上記の（１）〜（６）の手順を繰り返すことにより、各ワークに順に熱処理が施される。この方法では、溶体化炉１０１及び時効炉１０３の内部で常に複数個のワークの熱処理が行われているため、比較的処理時間の長い溶体化処理及び時効硬化処理を効率良く行うことができる。しかし、近年、製品の低コスト化の要求が益々厳しくなっていることから、熱処理時間のさらなる短縮が求められている。

また、上記の方法では、溶体化炉１０１あるいは時効炉１０３に、処理前のワークを搬入した直後に処理済のワークを搬出しているため、それぞれに搬入口１１８と搬出口１１９とを別々に設ける必要がある（上記の手順で同一の搬入出口からワークの搬入及び搬出を行うと、搬入したばかりの未処理のワークを搬出することとなる。）。この場合、ロボットアーム１０５を、ワークの搬入時と搬出時とで異なる方向からアクセスする必要があるため（図６の矢印Ａ及びＢ参照）、ロボットアーム１０５を平行移動させたり、折り曲げたりするなどの操作が必要となり、作業性が低下してサイクルタイムの延長を招く。

本発明の解決しようとする課題は、溶体化処理、時効硬化処理を含む熱処理のサイクルタイムを短縮することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ワークに溶体化処理を施す溶体化炉と、ワークに焼入れ処理を施す焼入れ水槽と、ワークに時効硬化処理を施す時効炉と、溶体化炉に搬入されるワークを前工程から搬送する搬入装置と、時効炉から搬出されたワークを後工程へ搬送する搬出装置と、溶体化炉、焼入れ水槽、時効炉、搬入装置、及び搬出装置の間でワークを移送する移送手段とを備え、溶体化炉及び時効炉が、炉内で回転可能に設けられた載置台を有し、載置台が回転方向で複数のセクションに分割され、各セクションに順次搬入したワークを載置台と共に回転させながら所定時間加熱した後、炉外へ順次搬出するものである熱処理設備による熱処理方法であって、溶体化処理が施された第１のワークを溶体化炉から取り出して焼入れ水槽に搬入する第１のステップと、搬入装置で搬送された第２のワークを溶体化炉の中に搬入する第２のステップと、時効硬化処理が施された第３のワークを時効炉から取り出して搬出装置に移送する第３のステップと、焼入れ水槽の中の前記第１のワークを取り出して時効炉の中に搬入する第４のステップとを順に行う熱処理方法を提供する。

このように、本発明の熱処理方法では、焼入れ水槽の中で第１のワークに焼入れ処理を施している間に、溶体化炉への第２のワークの搬入（第２のステップ）、及び時効炉からの第３のワークの搬出（第３のステップ）を行っている。このように、焼入れ処理の時間を有効に活用することで、熱処理全体のサイクルタイムを短縮することができる。

また、上記の方法では、溶体化炉あるいは時効炉から処理済のワークを搬出した後に処理前のワークを搬入するため、ワークの搬入及び搬出を同一の搬入出口から行うことができる。従って、溶体化炉あるいは時効炉に対するワークの搬入及び搬出を同一方向からのアクセスにより行うことができるため、搬入出作業が簡略化され、熱処理のサイクルタイムをさらに短縮することができる。

以上のように、本発明によれば、溶体化処理、時効硬化処理を含む熱処理のサイクルタイムを短縮することができる。

熱処理設備の平面図である。 溶体化炉の平面断面図である。 溶体化炉の側面断面図である。 熱処理手順を示す平面図である。 熱処理手順を示す図である。 従来の熱処理設備の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す熱処理設備１は、溶体化炉２と、焼入れ水槽３と、時効炉４と、移送手段としてのロボットアーム５と、ワーク搬入装置６と、ワーク搬出装置７とを備える。ロボットアーム５は、基部５１を中心に回動可能に設けられ、ロボットアーム５の周りを囲むように、溶体化炉２、焼入れ水槽３、時効炉４、ワーク搬入装置６、及びワーク搬出装置７が設けられる。溶体化炉２及び時効炉４は、それぞれの中心とロボットアーム５の回動中心とを結ぶ線がおおよそ９０°を成すように配置され、この線上に搬入出口２３・４３が設けられる。焼入れ水槽３は、溶体化炉２と時効炉４の間に配される。

溶体化炉２及び時効炉４は、炉内で回転可能に設けられた載置台を有し、載置台が回転方向で複数のセクションに分割され、各セクションに順次搬入したワークを載置台と共に回転させながら所定時間加熱した後、炉外へ順次搬出する回転式の加熱炉である。以下、溶体化炉２の具体的構成を図２及び図３を用いて説明する。尚、時効炉４の構成は溶体化炉２と同様であるため、説明を省略する。

溶体化炉２は、炉本体２１と、載置台２２と、搬入出口２３とを主に備える。載置台２２は多段（例えば４段、図３参照）に設けられ、炉本体２１の内部で回転可能とされる。具体的には、回動可能に設けられた円筒部２４の外周面に、各載置台２２が多段に取り付けられ、円筒部２４の下方に設けられた駆動装置２５により、円筒部２４及び各載置台２２が一体に回転する。各載置台２２は、放射状に設けられた複数のセクション（例えば８セクション、図２参照）に区画され、各セクションにワークを２個ずつ配置可能とされる。

炉本体２１には、多段の載置台２２に対応した搬入出口２３が一つずつ設けられる。搬入出口２３には、シリンダ２３ｂにより開閉可能な蓋部２３ａが設けられる。蓋部２３ａは、複数の搬入出口２３ごとに別々に開閉可能とされ、例えば所定の段の搬入出口２３の蓋部２３ａのみを開閉することができる。

炉本体２１には、炉内を昇温させるための加熱手段として、ガスバーナ２６、ファン２７、及びダクト２８が設けられる。ダクト２８は、炉内の上端部付近を水平に延びて設けられ、円筒部２４の上端開口部に繋がっている。ガスバーナ２６で加熱された空気は、ファン２７によりダクト２８に送られる。ダクト２８に送られた加熱空気は、円筒部２４の内周に上方から供給され、さらに円筒部２４に設けられた送風口（図示省略）を介して加熱空気が載置台２２に載置された各ワークに供給される（図３の矢印参照）。ワークを通過した空気は、ガスバーナ２６付近に供給され、再び加熱される。この循環を繰り返して、ワークが所定温度まで加熱される。

溶体化炉２では、載置台２２上に搬入されたワークが載置台２２と共に炉内で一回転する間に、溶体化処理に必要な温度まで昇温される。本実施形態では、載置台２２が６４分で一回転し、すなわち、載置台２２は８分ごとに４５°ずつ回転し、搬入出口２３の位置に配される載置台２２のセクションが８分ごとに入れ替わるように設定される。

次に、上記構成の熱処理設備１による熱処理方法を図４を用いて説明する。尚、初期状態では、溶体化炉２及び時効炉４の載置台２２の全てのセクションにワークが２個ずつ載置されており、焼入れ水槽３の内部にはワークが無い状態とする（図４（ａ）参照）。また、ロボットアーム５によるワークの移送は全て２個１組で行われる（図４では２個のワークを１つの丸印で示している）。

（１）第１のステップ（図４（ａ）参照）
まず、溶体化炉２の何れかの段（例えば最上段）の搬入出口２３の蓋部２３ａを開放し、溶体化処理が施されたワーク（このワークを第１のワークＷ１とする）をロボットアーム５で取り出した後、蓋部２３ａを閉める。取り出した第１のワークＷ１を、ロボットアーム５で焼入れ水槽３の中に搬入する。

（２）第２のステップ（図４（ｂ）参照）
次に、ワーク搬入装置６で搬送されたワーク（このワークを第２のワークＷ２とする）をロボットアーム５で取り上げる。そして、溶体化炉２の最上段の蓋部２３ａを再び開放し、第１のステップで第１のワークＷ１を取り出して空になったセクションに第２のワークＷ２を搬入した後、蓋部２３ａを閉める。

（３）第３のステップ（図４（ｃ）参照）
次に、時効炉４の何れかの段（例えば最上段）の搬入出口の蓋部を開放し、時効硬化処理が施されたワーク（このワークを第３のワークＷ３とする）をロボットアーム５で取り出した後、蓋部を閉める。取り出した第３のワークＷ３を時効炉４の下部に移送し、ここに設けられたエアブロア（図示省略）で該ワークにエアを吹き付け、ワークに付着した異物（例えば中子砂）を除去する。その後、ロボットアーム５で第３のワークＷ３をワーク搬出装置７へ移送する。

（４）第４のステップ（図４（ｄ）参照）
次に、第１のステップで焼入れ水槽３の中に搬入した第１のワークＷ１をロボットアーム５で取り出す。そして、時効炉４の最上段の蓋部を再び開放し、第３のステップで第３のワークＷ３を取り出して空になったセクションに第１のワークＷ１を搬入した後、蓋部２３ａを閉める。

こうして、溶体化炉２及び時効炉４の最上段の搬入出口に対して上記の第１〜第４のステップ（Ｓ１〜Ｓ４）が完了したら、他の段（例えば上から２段目）の搬入出口に対して同様の手順を行う（図５参照）。このとき、全ての段に対して第１〜第４のステップが完了するまで、溶体化炉２及び時効炉４の載置台は停止している。そして、全ての段に対して第１〜第４のステップが完了したら、溶体化炉２及び時効炉４の載置台を４５°回転させて搬入出口２３・４３に面するセクションを入れ替え、載置台２２を停止させる。以上のサイクルを繰り返すことで、ワークに熱処理が順次施される。

Ｗ１ 第１のワーク
Ｗ２ 第２のワーク
Ｗ３ 第３のワーク
１ 熱処理設備
２ 溶体化炉
３ 焼入れ水槽
４ 時効炉
５ ロボットアーム
６ ワーク搬入装置
７ ワーク搬出装置

Claims (2)

1. ワークに溶体化処理を施す溶体化炉と、ワークに焼入れ処理を施す焼入れ水槽と、ワークに時効硬化処理を施す時効炉と、溶体化炉に搬入されるワークを前工程から搬送する搬入装置と、時効炉から搬出されたワークを後工程へ搬送する搬出装置と、溶体化炉、焼入れ水槽、時効炉、搬入装置、及び搬出装置の間でワークを移送する移送手段とを備え、溶体化炉及び時効炉が、炉内で回転可能に設けられた載置台を有し、載置台が回転方向で複数のセクションに分割され、各セクションに順次搬入したワークを載置台と共に回転させながら所定時間加熱した後、炉外へ順次搬出するものである熱処理設備による熱処理方法であって、
   溶体化処理が施された第１のワークを溶体化炉から取り出して焼入れ水槽に搬入する第１のステップと、搬入装置で搬送された第２のワークを溶体化炉に搬入する第２のステップと、時効硬化処理が施された第３のワークを時効炉から取り出して搬出装置に移送する第３のステップと、焼入れ水槽の中の前記第１のワークを取り出して時効炉に搬入する第４のステップとを順に行う熱処理方法。
2. 溶体化炉及び時効炉に対してワークを搬入出するにあたり、ワークの搬入及び搬出を同一の搬入出口から行う請求項１記載の熱処理方法。

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