JP6785672B2

JP6785672B2 - 焼入れ装置及び焼入れ方法

Info

Publication number: JP6785672B2
Application number: JP2017009513A
Authority: JP
Inventors: 賢治川手; 照雄小池; 祐貴佐藤; 隆輝岡田; 卓哉岩田
Original assignee: 大同プラント工業株式会社
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: JP2018119170A

Description

本発明は焼入れ装置及び焼入れ方法に関し、更に詳しくは長尺のワークを搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置の改良及びかかる改良された焼入れ装置を用いる焼入れ方法に関する。

従来、長尺のワークを搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置として、高周波でワークを加熱するもの（例えば特許文献１参照）、流動床でワークを加熱するもの（例えば特許文献２参照）、周面にＶ字形の溝部を形成したローラでワークを搬送することにより該ワークに自転を与えながらワークを加熱するもの（例えば特許文献３参照）等が知られている。しかし、これらの従来装置には、ワークの加熱を大気雰囲気下で行なうため、ワークの表面に酸化スケールが生成し、焼入れ後にかかる酸化スケールを取除く作業が必要になるという問題があり、また加熱したワークの冷却を水や油で行なうため、水で行なう場合には焼入れが不均一になり易く、油で行なう場合には火災の危険が伴うという問題がある。

特開２０００−２６５２１３号公報特開２０１０−２４５１２号公報実開昭６３−１５５９９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、長尺のワークに自転を与えた状態で搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置であって、ワークの加熱をその表面に酸化スケールが生成しないように行ない、また加熱したワークの冷却を火災の危険を伴うことなく油で行なった場合と同様に均一に行なうことができる焼入れ装置及びかかる焼入れ装置を用いる焼入れ方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、長尺のワークを搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置において、加熱室と、加熱室の下流側に離間して接続された冷却室と、加熱室及び冷却室に渡って敷設された複数の搬送用ローラであって、周面に所定間隔で複数のＶ字形の溝部が形成され且つワークの搬送方向と直交する方向から斜めにずれた水平方向で装置枠体に装架された搬送用ローラと、加熱室に装備された加熱源と、加熱室に接続された加熱室に無酸素ガスを供給する給気系と、冷却室の搬送用ローラ間にて搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んで装備された冷却用ノズルと、冷却用ノズルに焼入れ用の水溶液を供給する給液系とを備え、長尺のワークを複数の搬送用ローラの溝部に載せた状態で回転させつつ搬送しながら、加熱室にて無酸素ガス雰囲気下で所定の温度に加熱した後、冷却室にて冷却用ノズルからワークの周面に水溶液を噴射して焼入れするようにして成ることを特徴とする焼入れ装置に係る。また本発明はかかる焼入れ装置を用いる焼入れ方法に係る。

本発明に係る焼入れ装置は、長尺のワークを搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置である。本発明に係る焼入れ装置は、加熱室と、加熱室の下流側に離間して接続された冷却室と、加熱室及び冷却室に渡って敷設された複数の搬送用ローラとを備えている。搬送用ローラは、その周面に所定間隔で複数のＶ字形の溝部が形成されており、ワークの搬送方向と直交する方向から斜めにずれた水平方向で装置枠体に装架されている。かかる搬送用ローラは、加熱室の入口を臨むワークの装入部及び冷却室の出口を臨むワークの抽出部にも同様に敷設されている。

加熱室は、装置枠体（炉殻）と装置枠体に内張りされた耐火材とで構成されており、また冷却室は装置枠体（炉殻）で構成されている。加熱室の入口側の壁面には複数の入口が開設されており、加熱室の出口側の壁面にも複数の出口が開設されている。同様に、冷却室の入口側の壁面には複数の入口が開設されており、冷却室の出口側の壁面にも複数の出口が開設されている。加熱室の入口の数、出口の数、冷却室の入口の数及び出口の数は、加熱室及び冷却室に渡って敷設された搬送用ローラの周面に形成されているＶ字形の溝部の数と対応している。

加熱室には、ラジアントチューブやヒータ等の加熱源が装備されており、給気系が接続されている。給気系は通常、開度調節弁を備える不活性ガスや発熱形ガス等の無酸素ガスの供給源へと接続されている。冷却室には、冷却室の搬送用ローラ間にて搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んで冷却用ノズルが装備されており、冷却用ノズルには給液系が接続されている。給液系は通常、開度調節弁を備える給液ポンプを介して焼入れ用の水溶液の供給源へと接続されている。かかる焼入れ用の水溶液は通常、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリル等の水溶性ポリマーを溶解した水溶液であり、水よりも粘性があり、冷却能が小さいため、水との混合比率によってワークの焼入硬度及び焼入深さの調整が可能である。

本発明に係る焼入れ装置は、長尺のワークを複数の搬送用ローラの溝部に載せた状態で回転させつつ搬送しながら、言い替えればワークに自転を与えつつ搬送しながら、加熱室にて無酸素ガス雰囲気下で所定の温度に加熱した後、冷却室にて冷却用ノズルからワークの周面に水溶液を噴射して冷却することにより焼入れするようになっている。

本発明に係る焼入れ装置において、搬送用ローラの周面に形成されているＶ字形の溝部は、ワークを噛み込むことなく、またワークが溝部から飛び出すこともなく、ワークに傷を付けないで相応の自転を与えられる限り、そのＶ字形に開いた角度が特に制限されるというものではないが、これらをより円滑に達成するために、Ｖ字形に開いた角度は６０〜１２０度とするのが好ましい。同様に、搬送用ローラの装置枠体への装架は、ワークの進行方向と直交する方向から１０〜２０度斜めにずれた水平方向とするのが好ましい。

また本発明に係る焼入れ装置において、搬送用ローラは中空の水冷構造とすることもできるが、このようにすると加熱室における熱損失が大きくなるので、中実構造又は軽量性も考慮して単なる中空構造とするのが好ましい。この場合、相応に負荷が加わる搬送用ローラの両端部におけるスタブシャフトは、その熱変形を防止するため、中空の水冷構造とするのが好ましく、またこれに代えて又はこれと共に、搬送用ローラの両端部におけるスタブシャフトを装置枠体に回転自在に支持する軸受の支持金物も、軸受の熱変形を防止するため、中空の水冷構造とするのが好ましい。

更に本発明に係る焼入れ装置において、冷却室の搬送用ローラ間に装備された冷却用ノズルは、搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んでその周面に焼入れ用の水溶液を噴射するものであれば、その形状や構造に特に制限はないが、中空リング形とし、その内側に中央を指向する複数のノズル孔を有するもの又はワークの上下左右にノズルを配したものが好ましい。またかかる冷却用ノズルは、加熱したワークの冷却を制御し易くするため、搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んでワークの搬送方向に複数装備するのが好ましい。

次に本発明に係る焼入れ方法について説明する。本発明に係る焼入れ方法は、以上説明した本発明に係る焼入れ装置を用いる焼入れ方法であって、下記の１）〜４）から選ばれる少なくとも一つの方法により焼入れ性能を制御することを特徴とする焼入れ方法。
１）冷却ノズルに供給する焼入れ用の水溶液の供給量を調節する方法。
２）冷却ノズルに供給する焼入れ用の水溶液の温度を調節する方法。
３）冷却ノズルに供給する焼入れ用の水溶液の濃度を調節する方法。
４）焼入れ用の水溶液を供給する冷却ノズルの数を調節する方法。

本発明によると、ワークの加熱を長尺のワークに自転を与えた状態で搬送しながら無酸素ガス雰囲気で行なうため、その表面に酸化スケールが生成しないように行なうことができ、またかくして加熱したワークの冷却をワークの周面に焼入れ用の水溶液を噴射して行なうため、火災の危険を伴うことなく油で行なった場合と同様に均一に行なうことができる。

本発明に係る焼入れ装置をワークの搬送方向に沿う一部縦断面で略示する全体図。図１と同じ焼入れ装置における搬送用ローラの敷設状態を一部横断面で拡大して示す平面図。図１及び図２と同じ焼入れ装置における搬送用ローラを搬送用ローラの軸心に沿う縦断面で拡大して示す図。図１〜図３と同じ焼入れ装置における搬送用ローラの片端部を搬送用ローラの軸心に沿う縦断面で拡大して示す図。図１〜図４と同じ焼入れ装置における冷却用ノズルを拡大して示す正面図。

図１〜図３において、本発明に係る焼入れ装置は、加熱室１１と、加熱室１１の下流側に離間して接続された冷却室２１と、加熱室１１及び冷却室２１に渡って敷設された複数の搬送用ローラ３１とを備えている。搬送用ローラ３１は、その周面に所定間隔で複数のＶ字形の溝部３２が形成されており、ワークの搬送方向Ｃと直交する方向Ｄから斜めにずれた水平方向で装置枠体４１，４２に装架されている。かかる搬送用ローラ３１は、加熱室１１の入口を臨むワークの装入部１２及び冷却室２１の出口を臨むワークの抽出部２２にも同様に敷設されている。

加熱室１１は、装置枠体（炉殻）４１と装置枠体４１に内張りされた耐火材４３とで構成されており、また冷却室２１は装置枠体（炉殻）４２で構成されている。加熱室１１の入口側の壁面には開口面積を減らして雰囲気ガス消費量を低減するために５個のほぼ円形の入口１３が開設されており、加熱室１１の出口側の壁面にも５個のほぼ円形の出口１４が開設されている。同様に、冷却室２１の入口側の壁面にも５個のほぼ円形の入口２３が開設されており、冷却室２１の出口側の壁面にも５個のほぼ円形の出口２４が開設されているが、冷却ノズルからの水溶液の飛散が問題ない場合には特にかかる構造に制限されるというものではない。加熱室１１の入口１３の数、出口１４の数、冷却室２１の入口２３の数及び出口２４の数は、加熱室１１及び冷却室２１に渡って敷設された搬送用ローラ３１の周面に形成されているＶ字形の溝部３２の数と対応している。

加熱室１１には、図示しない加熱源が装備されており、給気系５１が接続されている。給気系５１は、開度調節弁を備える給気ファン５２を介して無酸素ガスの供給源５３へと接続されている。冷却室２１には、冷却室２１の搬送用ローラ３１間にて搬送用ローラ３１により搬送されるワークを中央に囲んで冷却用ノズル６１が装備されており、冷却用ノズル６１には給液系６２が接続されている。給液系６２は、開度調節弁を備える給液ポンプ６３を介して焼入れ用の水溶液の供給源６４へと接続されている。

図１〜図３において、本発明に係る焼入れ装置は、長尺のワーク、例えば丸棒を複数の搬送用ローラ３１の溝部３２に載せた状態で回転させつつ搬送しながら、言い替えればワークに自転を与えつつ搬送しながら、加熱室１１にて無酸素ガス雰囲気下で所定の温度に加熱した後、冷却室２１にて冷却用ノズル６１からワークの周面に水溶液を噴射して冷却することにより焼入れするようになっている。

図３において、搬送用ローラ３１の周面に形成されているＶ字形の溝部３２は、そのＶ字形に開いた角度Ａが８０度となっている。また図２において、搬送用ローラ３１の装置枠体４１への装架は、ワークの進行方向Ｃと水平に直交する方向Ｄから斜めに水平方向にずれた角度Ｂが１５度となっている。

図３及び図４において、搬送用ローラ３１は単なる中空構造となっているが、その両端部におけるスタブシャフト３３も中空構造になっており、その中央部に軸線方向からノズル３４が挿入されていて、ノズル３４から中空部に冷却水を供給して冷却する水冷構造となっている。また搬送用ローラ３１の両端部におけるスタブシャフト３３を装置枠体４１に回転自在に支持する軸受３５の支持金物３６にもリング状の中空部が形成され、この中空部に冷却水を供給して冷却する水冷構造となっている。尚、図４では搬送用ローラ３１の片端部のみを示しているが、他の片端部も同様の構成になっている。

図１及び図５において、冷却室２１の搬送用ローラ３１間に装備された冷却用ノズル６１は、搬送用ローラ３１により搬送されるワークを中央に囲んで中空リング形となっており、その内側に中央を指向する合計８個のノズル孔６２を有していて、冷却用ノズル６１のノズル孔６２から中央のワークに向かって焼入れ用の水溶液を噴射するようになっている。図１において、かかる冷却用ノズル６１は、搬送用ローラ３１により搬送されるワーク１本当たり、搬送用ローラ３１間においてワークの搬送方向に合計３個装備されている。

図１〜図５に示した焼入れ装置を用いて焼入れするとき、本発明では下記の１）〜４）から選ばれる少なくとも一つの方法により焼入れ性能を制御する。
１）冷却ノズル６１に供給する焼入れ用の水溶液の供給量を調節する方法。
２）冷却ノズル６１に供給する焼入れ用の水溶液の温度を調節する方法。
３）冷却ノズル６１に供給する焼入れ用の水溶液の濃度を調節する方法。
４）焼入れ用の水溶液を供給する冷却ノズル６１の数を調節する方法。

１１加熱室
１２装入部
２１冷却室
２２抽出部
３１搬送用ローラ
３２溝部
３３スタブシャフト
３５軸受
３６支持金物
４１，４２装置枠体
４３耐火材
５１給気系
５２給気ファン
５３無酸素ガスの供給源
６１冷却用ノズル
６３給液ポンプ
６４水溶液の供給源

Claims

長尺のワークを搬送しながら加熱して冷却することにより焼入れする焼入れ装置において、
加熱室と、
前記加熱室の下流側に離間して接続された冷却室と、
前記加熱室及び前記冷却室に渡って敷設された複数の搬送用ローラであって、周面に所定間隔で複数のＶ字形の溝部が形成され且つワークの搬送方向と直交する方向から斜めにずれた水平方向で装置枠体に装架された搬送用ローラと、
前記加熱室に装備された加熱源と、
前記加熱室に接続されて、該加熱室に無酸素ガスを供給する給気系と、
前記冷却室の前記搬送用ローラ間にて、該搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んで装備された冷却用ノズルと、
前記冷却用ノズルに焼入れ用の水溶液を供給する給液系と、を備え、
長尺のワークを前記複数の搬送用ローラの前記溝部に載せた状態で、回転させつつ搬送しながら、前記加熱室にて無酸素ガス雰囲気下で所定の温度に加熱した後、前記冷却室にて前記冷却用ノズルからワークの周面に前記焼入れ用の水溶液を噴射して焼入れするようにして成り、
前記加熱室の入口側の壁面には複数の入口が開設されており、前記加熱室の出口側の壁面にも複数の出口が開設されており、前記入口の数及び前記出口の数は、前記搬送用ローラに形成されている前記溝部の数と対応していることを特徴とする焼入れ装置。
前記搬送用ローラが、周面にＶ字形に開いた角度が６０〜１２０度のＶ字形の溝部が形成されたものである請求項１記載の焼入れ装置。
前記搬送用ローラが、ワークの搬送方向と水平に直交する方向から１０〜２０度斜めにずれた水平方向に装架されたものである請求項１又は２記載の焼入れ装置。
前記搬送用ローラの両端部におけるスタブシャフトが中空の水冷構造とされたものである請求項１〜３のいずれか一つの項記載の焼入れ装置。
前記スタブシャフトを回転自在に支持する軸受と、前記軸受を装置枠体に支持する支持金物と、を備え、前記支持金物が中空の水冷構造とされたものである請求項４記載の焼入れ装置。
前記冷却用ノズルが中空リング形のものである請求項１〜５のいずれか一つの項記載の焼入れ装置。
前記冷却用ノズルが前記搬送用ローラにより搬送されるワークを中央に囲んで該ワークの搬送方向に複数装備された請求項６記載の焼入れ装置。
請求項１〜７のいずれか一つの項記載の焼入れ装置を用いる焼入れ方法であって、下記の１）〜４）から選ばれる少なくとも一つの方法により焼入れ性能を制御することを特徴とする焼入れ方法。
１）前記冷却ノズルに供給する前記焼入れ用の水溶液の供給量を調節する方法。
２）前記冷却ノズルに供給する前記焼入れ用の水溶液の温度を調節する方法。
３）前記冷却ノズルに供給する前記焼入れ用の水溶液の濃度を調節する方法。
４）前記焼入れ用の水溶液を供給する前記冷却ノズルの数を調節する方法。