渗碳热处理的控制方法与流程

本发明是关于一种热处理之控制方法；特别是关于一种可用于微加工元件的渗碳热处理的控制方法。

背景技术：

金属材料从设计、选材、成形、加工到量产，大都须经过热处理(Heat Treatment)或表面处理(Surface Treatment)制程，以增强或发挥材料应有的性能。其中，表面热处理是指加热工件表层，以改变其表层机械性能的金属热处理技术。另，表面改质则指仅改善处理物表面性质饿热处理，可分为化学性及物理性表面硬化法，前者是改变处理物的表面化学组成，包括渗碳(Carburizing)、氮化、渗碳氮化、软氮化、渗硫、渗钛、渗硼等技术，后者是改变处理物的表面物理特性，包括高周波、火焰淬火、电解淬火等技术，两者均为提高表面硬度、耐磨、润滑等目的所作的热处理。

其中，渗碳技术是于处理物表面渗入碳元素，使材料表面硬化的方法之一，以低抗磨耗减少疲劳，同时兼具充分的延性及韧性，并有低抗破裂的优点。现有渗碳热处理制程大致可包含清洗→进料→排料→预热→加热→渗碳→扩散→淬火→清洗→回火→喷砂→检查等程序，该等程序各有不同的温度、压力、时间等参数待控制，以符合大小、形状及材料等特性不同的处理物所需，以下举例说明现有热处理控制方法。

第一种现有方法建立热处理系统的动态模型，利用该动态模型建立数个智慧化设定点，用于建立处理物的实质温度轮廓，以控制各区域的确实温度，只是该方法仅适用于预热、加热及扩散程序，其一实施例可 见于中国台湾公告第I278726号《热处理系统之即时适应控制方法》专利案；第二种现有方法系将小工件置于长管状通道中的网状输送带上进行热处理，以防止小工件之金属表面氧化变黑，可是该方法应用于不同工件时，须以人为方式修正制程参数，易产生误差且耗时，其一实施例可见于中国台湾公告第391434号《光辉连续热处理冷却炉》专利案；第三种现有方法是以非破坏方式(如：超音波或X光)线上检测金属组织成份是否达目标值，可是该方法无法针对微小工件之特定位置进行调控，其一实施例可见于中国台湾公告第I314070号《用于将金属作变形、冷却及热处理的设备作程序控制或程序调节的方法》。因此，上述现有热处理控制方法并无法运用于微加工元件(如：小于5微米之微齿轮等)的渗碳热处理程序。

有鉴于此，有必要改善上述先前技术的缺点，以符合实际需求，提升其实用性。

技术实现要素：

本发明提供一种渗碳热处理之控制方法，可用于微加工元件的渗碳热处理程序。

本发明公开一种渗碳热处理的控制方法，是由一电脑系统执行，包含下列步骤：撷取一机械元件的外表特征；及依据该外表特征从一资料库中读取有关该机械元件的至少一控制参数，用以依据该控制参数对该机械元件进行一渗碳热处理程序。

所述控制参数包含该机械元件之材料、尺寸、温度、碳势、渗碳时间、回火温度及回火时间。

所述机械元件的外表特征包含该机械元件之体表面积与上投影面 积、下投影面积、侧投影面积的比例值或其倒数值，该比例值的计算方式如下所示：

R₁＝A_B/A_SU

R₂＝A_B/A_SD

R₃＝A_B/A_SS

A_B＝2πr²+2πrh，

A_SU＝πr²

A_SD＝πr²

A_SS＝2rh

其中，R₁为该机械元件的体表面积A_B与上投影面积A_SU的比例值，R₂为该机械元件的体表面积A_B与下投影面积A_SD的比例值，R₃为该机械元件的体表面积A_B与侧投影面积A_SS的比例值，r为该机械元件的圆周半径，h为该机械元件的高度。

所述机械元件的长度、宽度或高度小于10毫米。

上揭渗碳热处理的控制方法，主要由该电脑系统撷取该机械元件的外表特征，依据该外表特征从一资料库中读取有关该机械元件的至少一控制参数，用以依据该控制参数对该机械元件进行一渗碳热处理程序。借此，本案可以应用于微小机械元件的渗碳过程，达到“不会发生渗碳不足或不均现象”功效，可确实改善现有热处理方法所致渗碳不足或不均等问题。

附图说明

图1：本发明渗碳热处理的控制方法实施例的流程示意图。

图2a：现有热处理方法处理后的微型齿轮的实体放大剖面图。

图2b：本发明渗碳热处理的控制方法实施例处理后的微型齿轮的

实体放大剖面图。

【符号说明】

S1 取样步骤 S2 控制步骤。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明之较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

本发明全文所述之“渗碳热处理”(Carburizing Heat Treatment)，是指热处理过程中于处理物表面渗入碳元素，使材料表面硬化的程序，是本领域技术人员可以理解的。

请参阅图1所示，其公开本发明渗碳热处理的控制方法实施例的流程示意图。其中，该控制方法实施例可利用一电脑系统连接一资料库作为执行架构，并由该电脑系统执行一控制作业软体。该控制方法实施例包含一取样步骤S1及一控制步骤S2。

该取样步骤S1，是由该电脑系统撷取一机械元件的外表特征。在此实施例中，该电脑系统可由取像元件(如全彩或红外线摄影机等)撷取该机械元件的外表特征，该机械元件(如：由粉末烧结而成的微型齿轮或螺丝等)的长度、宽度或高度可小于10毫米(mm)，如：长度、宽度或高度均为5毫米的微机械元件，只是不以此为限，该机械元件的材料可为碳钢材料等含碳合金材料，该机械元件可定义一轴向(如：齿轮的中心轴或螺丝的延伸轴等)，该机械元件可沿该轴向投影形成一圆柱体，该圆柱体可完全涵括该机械元件，且该圆柱体具有一上投影面积、一下投影面积及一侧投影面积，其是本领域技术人员可以理解的，在此容不赘述；因此，该机械元件的外表特征可包含该机械元件的体表面积与上投影面积、下投影面积、侧投影面积的比例值，该比例值的计算方 式如下式(1)所示：

R₁＝A_B/A_SU

R₂＝A_B/A_SD

R₃＝A_B/A_SS

A_B＝2πr²+2πrh (1)

A_SU＝πr²

A_SD＝πr²

A_SS＝2rh

其中，R₁为该机械元件的体表面积A_B与上投影面积A_SU的比例值，R₂为该机械元件的体表面积A_B与下投影面积A_SD的比例值，R₃为该机械元件的体表面积A_B与侧投影面积A_SS的比例值，r为该机械元件的圆周半径，h为该机械元件的高度。

该控制步骤S2，是由该电脑系统依据该外表特征从一资料库中读取有关该机械元件的至少一控制参数，用以依据该控制参数对该机械元件进行一渗碳热处理程序。在此实施例中，该机械元件的外表特征，系由摄像、摄影元件进行影像输入，再借助一影像判断程式进行运算，将相对应的外表特征与资料库中的控制参数做配对，即可获得机械元件的外表特征与控制参数的对应关系；其中，该控制参数包含该机械元件的材料、尺寸、温度、碳势、渗碳时间、回火温度及回火时间，其中回火温度可为200至600℃；另，该渗碳热处理程序可用于现有热处理程序(包含前处理、预热、加热、渗碳、扩散、淬火、回火、清洗程序，前处理包含清洗、进料量、排料规则)，热处理温度可为800至1050℃、淬火温度可为700至900℃；又，该渗碳热处理程序包含于一加工件的特定区域实施利用增量辅助的碳势控制，如：借助摄像、摄影元件进行影像输入，则通过程式运算后可判断加工件是否符合控制参数，若不符 合则进行增量辅助，惟不以此为限。

请参阅图2a所示，其是现有热处理方法处理后的微型齿轮的实体放大剖面图，其中，齿槽下缘齿面处(圆框内)容易发生渗碳不足或不均的现象，此现象若发生在齿轮节点附近的压力面范围内，则其强度不足的话就容易产生磨耗。另，请参阅图2b所示，本发明渗碳热处理的控制方法实施例处理后的微型齿轮的实体放大剖面图，其中，齿槽下缘齿面处(圆框内)不会发生渗碳不足或不均的现象，相较于现有热处理方法处理后的微型齿轮，本发明渗碳热处理的控制方法实施例处理后的微型齿轮不会因齿轮节点附近压力面范围内渗碳不足或不均，而产生强度不足容易磨耗的事情。因此，本发明渗碳热处理的控制方法实施例确实可以改善现有热处理方法所致渗碳不足或不均等问题。

借助前述的技术手段，本发明渗碳热处理的控制方法实施例的主要特点列举如下：由该电脑系统撷取该机械元件的外表特征；及依据该外表特征从一资料库中读取有关该机械元件的至少一控制参数，用以依据该控制参数对该机械元件进行一渗碳热处理程序。借此，可针对微小机械元件进行渗碳热处理程序，达到“不会发生渗碳不足或不均现象”功效，可以改善现有热处理方法所致渗碳不足或不均等问题。