环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置制造方法
【专利摘要】本发明提供环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置，所述环状工件的淬火方法包括以下工序：在将内模具（23）设置于以淬火温度加热后的工件内周侧的状态下来冷却工件（W）的工序；在工件温度达到500℃以下并且在降低到马氏体相变开始温度（Ms温度）之前，若工件的内周面与内模具（23）接触而开始被束缚，则一边持续进行束缚一边在宽度方向上以低压按压工件并将工件插入到外模具（22）内的工序；以及若工件温度达到马氏体相变开始温度以下后，则通过在宽度方向上以高压按压工件，由此在宽度方向上束缚工件，并且利用外模具（22）来束缚因马氏体相变而体积膨胀的工件的外周面的工序。
【专利说明】环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置
【技术领域】
[0001] 本申请主张于2012年8月10日和2012年9月7日提出的日本专利申请2012-177992号和2012-197368号的优先权，并在此引用包括说明书、附图以及说明书摘要的全部内容。
[0002]本发明涉及环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置。
【背景技术】
[0003]对滚动轴承的套圈等环状部件，使用在热处理时具有如图4所示的温度-尺寸变化特性的高碳钢(以下，称作轴承钢)。为了达到所希望的机械强度，上述滚动轴承通过对由轴承钢构成的环状工件实施淬火等热处理来制造。但是，若对上述工件进行淬火，则产生加热时的应力释放、热膨胀、冷却时的热收缩、由马氏体相变引起的相变膨胀、以及在该淬火的过程中产生尺寸变化。该尺寸变化的时机在工件内部分散，因而有时会产生变形、引起工件的圆度的降低、尺寸偏差等。
[0004]为了提高热处理的工件的内外径的尺寸精度、降低热处理变形，提出了日本特开2010-248556号公报记载的热处理方法。在该热处理方法中，以在加热后的工件的内周侧设置内模具的状态来冷却工件，通过使工件的内周面热收缩而与内模具的外周面接触，从而束缚工件的内周面。而且，在冷却工序中，在工件的温度达到马氏体相变开始温度以下的时亥IJ，将工件从内模具取下，将工件的外周面侧插入并设置于外模具的内侧。在该状态下，工件由于马氏体相变而体积膨胀，通过使工件外周面与外模具的内周面接触，来束缚工件的外周面。
[0005]在上述热处理方法中，在工件的温度达到马氏体相变开始温度以下时，通过将工件从内模具取下并插入外模具的内侧，来从内径束缚变更为外径束缚。但是，若该变更的时机延迟，则由于工件的外周面因马氏体相变引起的体积膨胀而比规定的外径尺寸大，所以有时工件的外周面一边与外模具的内周面接触一边进行插入。在该情况下，因与外模具的接触而在工件的外周面产生划痕，由于工件的研磨的加工余量变大，所以存在使研磨工序的周期变长的问题。
【发明内容】
[0006]为了处理上述问题，本发明的目的之一在于提供一种能够抑制环状工件与外模具接触而损伤的环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置。
[0007]作为本发明的一个方式的环状工件的淬火方法，其特征在于，依次包括以下工序:在将内模具设置于以淬火温度加热后的环状工件的内周侧的状态下，冷却所述环状工件的工序；在所述环状工件的温度达到500°C以下之后并且在降低到马氏体相变开始温度之前，若所述环状工件的内周面因冷却而收缩并与所述内模具接触从而开始被束缚时，则一边持续进行该束缚一边在宽度方向上以低压来按压所述环状工件，并将所述环状工件插入到外模具内的工序；以及在所述环状工件的温度达到马氏体相变开始温度以下之后，通过以高压在宽度方向上按压所述环状工件，从而在所述内模具与宽度束缚夹具之间对所述环状工件在宽度方向上进行束缚，并且使因马氏体相变而体积膨胀的所述环状工件的外周面与所述外模具接触而进行束缚的工序。
[0008]根据上述方式，在对加热后的环状工件进行冷却时，在环状工件的温度为500°C以下并且降低到马氏体相变开始温度之前，若环状工件的内周面因冷却而收缩并与内模具接触从而开始被束缚后，则一边持续进行该束缚一边将环状工件插入到外模具内。因此在环状工件的外周面因马氏体相变而体积膨胀之前，能够将环状工件插入到外模具内。另外，因为以低压按压环状工件，所以能够防止将环状工件强行插入到外模具内。由此能够防止环状工件的外周面与外模具接触而产生划痕。其结果，能够减少环状工件研磨的加工余量，从而能够降低研磨工序的周期。[0009]在将上述环状工件插入上述外模具内的工序中，可以在上述环状工件整体被插入到上述外模具内后，在宽度方向上对上述环状工件一边逐渐加压一边进行按压。在该情况下，由于在宽度方向上对环状工件一边逐渐加压一边进行按压，因此与急剧地以高压按压的情况相比，能够对阻碍环状工件的热收缩的情况进行抑制。
[0010]作为本发明的一个方式的淬火装置，是对环状工件进行淬火的淬火装置，其特征在于，包括:冷却夹具，其对加热后的环状工件进行冷却；外模具，其束缚所述环状工件的外周面；内模具，其束缚所述环状工件的内周面，并且为了一边束缚该内周面一边在宽度方向上对所述环状工件进行按压以使所述环状工件插入到所述外模具内，该内模具能够相对于所述外模具进行相对移动；宽度束缚夹具，在该宽度束缚夹具与所述内模具之间对在所述外模具内移动的所述环状工件在宽度方向上进行按压而进行束缚；以及控制部，为了调整在宽度方向上对所述环状工件的按压力，该控制部控制所述内模具相对于所述外模具的相对移动。
[0011 ] 根据上述方式，在将环状工件插入外模具内时，由于通过控制部来控制内模具相对于外模具的相对移动，所以能够将在宽度方向上对环状工件的按压力进行可变调整。由此，能够在宽度方向上以低压按压环状工件并且将环状工件插入到外模具内。因此，根据这样的淬火装置，能够进行起到上述的作用效果的淬火方法。
[0012]根据上述方式的环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置，因为能够抑制工件的外周面与外模具接触而产生划痕，所以能够减少工件的研磨的加工余量，从而能够降低研磨工序周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]以下，通过参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述，本发明的上述以及其它特征和优点会变得更加清楚，其中，对相同的要素标记相同的附图标记，其中，
[0014]图1是表示本发明的一个实施方式的环状工件的淬火方法所使用的淬火装置的概略结构的要部剖视图。
[0015]图2是表示本发明的一个实施方式的环状工件的淬火方法的工序图。
[0016]图3是表示本发明的一个实施方式的环状工件的淬火方法的工序图。
[0017]图4是表示淬火时的轴承钢的温度与尺寸的关系的图表。【具体实施方式】
[0018]以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0019]图1是表示本发明的一个实施方式的环状工件的淬火方法所使用的淬火装置的概略结构的要部剖视图。该淬火装置20具备:搬运环状工件(以下，仅称作工件)W的搬运托盘21 ;束缚工件W的外周面wl的外模具22 ;束缚工件W的内周面《2的内模具23 ;在与内模具23之间沿宽度方向按压并束缚工件W的宽度束缚夹具24 ;以及对加热后的工件W进行冷却的冷却夹具25。搬运托盘21构成为:配置在外模具22的下方，在载置有工件W的轴向一端面的状态下，在淬火装置20的外部与内部之间进行搬运。宽度束缚夹具24配置在外模具22内的上侧，且能够沿上下方向相对于外模具22进行移动。
[0020]冷却夹具25具有:配置在与内模具23的上表面大致相同面上的圆板状的第一冷却部25a、和配置在与宽度束缚夹具24的下表面大致相同面上的圆板状的第二冷却部25b。第一、第二冷却部25a、25b构成为喷射从分别沿内模具23以及宽度束缚夹具24的各轴心形成的供给路27、28供给的冷却水来冷却工件W。在第一、第二冷却部25a、25b的外周面，为了均匀地冷却工件W，而沿周向以等间隔形成有多个供冷却水流动的槽25al、25bl。
[0021]内模具23配置在搬运托盘21的下方，通过未图示的移动机构部，能够沿上下方向相对于外模具22移动。内模具23形成为环状。内模具23在三处具有从其外周面向径向的内侧凹进并且沿轴向贯通的切口 33。切口 33在内模具23的周向上以等间隔形成。搬运托盘21形成为环状。搬运托盘21在三处具有从内周面向径向的内侧突出的突出部31。突出部31在搬运托盘21的周向上以等间隔形成。突出部31分别具有向铅垂方向的上方侧突出的半球状的突起32，由这些突起32的前端支承工件W。为了使切口 33与突出部31的周向的位置一致，内模具23能够通过搬运托盘21的内侧而向内模具23的轴向的一侧(铅垂方向的下方侧)和轴向的另一侧(铅垂方向的上方侧)相对地移动。由此，通过使内模具23从图1的状态上升，从而使内模具23的凸缘部与工件W的端面抵接，使内模具23的外周面23a与搬运托盘21上的工件W的内周面w2松动嵌合，并且使工件W与内模具23 —起上升并插入到外模具22内。插入到外模具2``2内的工件W被阶梯面23b和宽度束缚夹具24的下表面在宽度方向上按压以便进行束缚，其中阶梯面23b形成于比内模具23的外周面23a靠径向外侧。内模具23被控制上述移动机构部的控制部26控制相对于外模具22的上下移动。通过该控制部26，能够调整内模具23对工件W沿宽度方向的按压力。
[0022]以使用上述淬火装置20来制造滚动轴承的套圈的情况为例，对本发明的一个实施方式的工件的淬火方法进行说明。图2以及图3是表示本发明的一个实施方式的工件的淬火方法的工序图。此外，在本实施方式中，以使用SUJ2作为轴承钢的情况进行说明。
[0023]首先，用轴承钢所构成的钢材来制造环状原料，并分别对所得到的环状材料实施切削加工等，从而加工为规定形状，得到工件W。图2的车削相当于该工序。
[0024]接下来，将该工件W设置于高频加热装置10的加热线圈11的内周侧，使交流电在加热线圈11中流动，以800~1000°C的淬火温度对工件W进行感应加热。图2的感应加热相当于该工序。由此，由于能够均匀地加热工件W，所以能够进行工件W的均匀的应力释放以及奥氏体化。另外，因为能够通过感应加热而迅速地加热工件W本身，所以能够缩短加热至热处理的连续化(in-line)能够进行的水平所需的时间。在该感应加热工序中，工件W的体积膨胀。该工序相当于图4的加热膨胀部分。[0025]感应加热工序后，将以淬火温度加热后的工件W用搬运托盘21搬运至淬火装置20的外模具22的下方位置。图2的搬运相当于该工序。使内模具23上升移动并设置于该搬运托盘21上的工件W的内周侧。在该状态下，从冷却夹具25的第一、第二冷却部25a、25b喷射冷却水来开始工件W的冷却。该工序相当于图2的冷却开始。另外在图4中相当于冷却开始部分。冷却过程中，通过调整从冷却夹具25喷射的冷却水的流量，由此能够调整工件W的冷却速度。通过冷却工件，使工件W的温度下降，工件W的体积伴随着温度加工而收缩。这相当于图4的冷却收缩部分。此外，冷却夹具25对工件W的冷却持续到后述的宽度束缚(高压)/外径束缚工序。
[0026]工件W在其温度降低至500°C之前，在径向以及宽度方向上没有被束缚而是自由地进行热收缩。若工件W的温度达到500°C以下，则由于其内径比车削尺寸小，因而工件W的内周面w2与内模具23的外周面23a接触，从而工件W的内周面w2开始被内模具23束缚。由此，能够最大限度地利用工件W的热收缩所产生的应力，将工件W的内径尺寸设为规定的尺寸，并且能够减少变形。
[0027]若开始工件W的内径束缚，则在工件W的温度降低至马氏体相变开始温度(Ms点)之前，使内模具23与工件W—起上升移动，且一边继续进行内径束缚一边将工件W插入到外模具22内。此时，由控制部26控制内模具23的上升速度，并以不阻碍工件W的热收缩的程度的低压例如0.5~2.0MPa, 一边沿宽度方向按压工件W —边将其插入到外模具22内。由此，工件W的宽度方向两端面在内模具23的阶梯面23b与宽度束缚夹具24的下表面之间开始被束缚。这相当于图2的内径束缚/宽度束缚(低压)工序。另外在图4中相当于内径束缚/宽度束缚(低压)部分。
[0028]在工件W整体被插入到外模具22内之后，由控制部26进行控制以使内模具23加速并上升，提高在宽度方向上对工件W的压力。这相当于图3的宽度束缚(压力上升)工序。在图4中相当于宽度束缚(压力上升)部分。在本实施方式中，控制内模具23的上升速度，以0.5~1.5MPa/s的范围的单位时间的压力变化率将在宽度方向上对工件W的压力进行加压。
[0029]然后，若工件W的温度达到马氏体相变开始温度以下，则工件W随着其温度的降低，体积因马氏体相变而膨胀。这相当于图4的相变膨胀部分。此时，由控制部26控制内模具23的上升速度，在宽度方向上以高压例如2~15MPa来按压工件W。由此，以高压将工件W的宽度方向两端面束缚在内模具23的阶梯面23b与宽度束缚夹具24的下表面之间。另外，工件W的外周面wl与外模具22的内周面22a接触而被束缚。这相当于图3的宽度束缚(高压)/外径束缚工序。在图4中相当于宽度束缚(高压)/外径束缚部分。由此，利用因工件W的马氏体相变而体积膨胀时的应力，能够将工件W的外径以及宽度的尺寸设为规定的尺寸，并且能够减少变形。
[0030]若工件W的外径束缚以及宽度束缚结束后，则使宽度束缚夹具24以及内模具23下降，并在将工件W再次载置于搬运托盘21的状态下，将该工件W搬运至淬火装置20的外部。这相当于图3的工件取出工序。
[0031]接下来，以得到与要求特性对应的品质的回火条件来对工件W实施回火处理。这相当于图3的回火工序。在该回火工序中，以160~400°C的回火温度加热保持工件W。其后，对工件W进行 研磨精加工，并且对滚道面进行超精加工，而加工至规定精度，从而能够得到所希望的环状部件亦即套圈。这相当于图3的加工工序。
[0032]在实验中，在使用本实施方式的淬火方法的淬火装置中对工件进行淬火，当目视确认该工件的外周面时在工件外周面完全没有产生划痕，因此确认了本实施方式能够有效防止工件损伤。
[0033]以上，根据本发明的实施方式的环状工件的淬火方法以及该方法所使用的淬火装置，当对加热后的工件W进行冷却时，在工件W的温度为500°C以下并且降低到马氏体相变开始温度之前，若工件W的内周面《2因冷却而收缩并与内模具23接触从而开始被束缚，则一边持续进行该束缚一边将工件W插入到外模具22内。因此在工件W的外周面wl因马氏体相变而体积膨胀之前，能够将工件W插入到外模具22内。另外，在将工件W插入到外模具22内时，通过由控制部26控制内模具23的上升速度而以低压来按压工件W，从而能够防止将工件W强行插入到外模具22内。由此能够抑制工件W的外周面wl与外模具22接触而产生划痕。其结果，能够减少工件W研磨的加工余量，从而能够降低研磨工序的周期。
[0034]另外，在将工件W插入到外模具22内时，由于对工件W—边在宽度方向上逐渐加压一边进行按压，所以与急剧地以高压进行按压的情况相比，能够对阻碍工件W的热收缩的情况进行抑制。
[0035]除此之外，通过以500°C以下进行束缚、以及以低压进行束缚，能够以接近工件W冷却时本来的冷却曲线的状态使尺寸变化，从而在冷却后的马氏体相变膨胀时能够稳定地进行束缚。此时，若以高压进行束缚，则会在冷却收缩时妨碍收缩，因为在马氏体相变开始时产生尺寸的偏差，所以不能够进行稳定的束缚淬火。
[0036]此外，本发明并不限定于上述的实施方式而是可以适当地变更来实施。
[0037]例如，在上述实施方式中，作为加热工序的加热方法使用感应加热来加热工件W，但是也可以通过炉加热来加热工件W。另外，在上述实施方式中，在冷却工序中用冷却水对工件W进行喷射冷却，但是也可 以将工件W放入油槽进行冷却。进而虽然在上述实施方式中说明了将SUJ2作为轴承钢来使用的情况，但在本发明中也可以使用具有图4所示的尺寸变化的其它轴承钢。在该情况下，淬火温度、回火温度等可以根据所使用的轴承钢的种类、环状部件的用途等而适当地设定。
【权利要求】
1.一种环状工件的淬火方法，其特征在于，依次包括以下工序: 在将内模具设置于以淬火温度加热后的环状工件的内周侧的状态下，冷却所述环状工件的工序； 在所述环状工件的温度达到500°c以下之后并且在降低到马氏体相变开始温度之前，若所述环状工件的内周面因冷却而收缩并与所述内模具接触从而开始被束缚时，则一边持续进行该束缚一边在宽度方向上以低压来按压所述环状工件，并将所述环状工件插入到外丰旲具内的工序；以及 在所述环状工件的温度达到马氏体相变开始温度以下之后，通过以高压在宽度方向上按压所述环状工件，从而在所述内模具与宽度束缚夹具之间对所述环状工件在宽度方向上进行束缚，并且使因马氏体相变而体积膨胀的所述环状工件的外周面与所述外模具接触而进行束缚的工序。
2.根据权利要求1所述的环状工件的淬火方法，其特征在于， 在将所述环状工件插入到所述外模具内的工序中，在所述环状工件整体被插入到所述外模具内之后，对所述环状工件在宽度方向上一边逐渐加压一边进行按压。
3.一种淬火装置，用于对环状工件进行淬火，其特征在于，包括: 冷却夹具，其对加热后的环状工件进行冷却； 外模具，其束缚所述环状工件的外周面； 内模具，其束缚所述环状工件的内周面，并且为了一边束缚该内周面一边在宽度方向上对所述环状工件进行按压以使所述环状工件插入到所述外模具内，该内模具能够相对于所述外模具进行相对移动； 宽度束缚夹具，在该宽度束缚夹具与所述内模具之间对在所述外模具内移动的所述环状工件在宽度方向上进行按压而进行束缚；以及 控制部，为了调整在宽度方向上对所述环状工件的按压力，该控制部控制所述内模具相对于所述外模具的相对移动。
【文档编号】C21D9/40GK103572035SQ201310331699
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】平野哲郎, 久野笃 申请人:株式会社捷太格特