JP2000317841A - ショットピ−ニング方法 - Google Patents
ショットピ−ニング方法Info
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Abstract
と同様のピ−ニング効果、すなわち最表面から深く圧縮
残留応力の影響層を生成し、かつ最表面に圧縮残留応力
のピ−ク値を生成することを維持させながらピ−ニング
加工の処理効率を高めると共にランニングコスト及び設
備費を低減できるショットピ−ニング加工方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 大径粒体及び中径粒体の平均粒径比と、
中径粒体及び小径粒体の平均粒径比とをそれぞれ1/2
〜1/15の範囲にした直径500〜1000μmの大
径粒体と、直径100〜500μmの中径粒体と、直径
20〜100μmの小径粒体とを混合した投射材を被ピ
−ニング製品に対して投射することを特徴とするショッ
トピ−ニング方法。
Description
を効果的にショットピ−ニング加工処理する方法に関す
る。
を受ける部分の表面に粒状投射材を投射して圧縮残留応
力を高めて疲労強度を向上させるショットピ−ニング加
工は、一般に知られているところである。このショット
ピ−ニング加工の効果を高めるために複数回のショット
ピ−ニング加工処理を行うことが特開昭61−2652
71号公報及び特開昭60−150966号公報等によ
り公知になっている。すなわち複数回のショットピ−ニ
ングは、第1段階において大径粒体によるショットピ−
ニング加工により製品に深い(厚い)圧縮残留応力の影
響層を形成させ(図2破線)、第2段階以降においてそ
の投射材よりも小径の粒体によるショットピ−ニング加
工により製品の最表面層に高い圧縮残留応力が得られる
ようにしている(図2太実線および二点鎖線)。このよ
うな複数回のショットピ−ニング加工を施すことにより
図1破線のような圧縮残留応力が得られるというもので
ある。一方、最表面に圧縮残留応力のピ−ク値を生成す
る方法として特開昭60−96717号公報が公知にな
っている。この方法は、初回のピ−ニング加工後にホ−
ニングまたはブラスト加工により表面層を削り取って表
面粗さを改善して、ばねの疲労強度を向上させるもので
ある。
数回のショットピ−ニング加工は、加工工程が複雑にな
ることから処理時間が掛かり、ピ−ニング加工の処理効
率が悪くなる問題があると共に装置的には大径粒体によ
るピ−ニング設備とそれ以下の粒径の粒体によるピ−ニ
ング設備からなる複数の設備が必要になり設備費が高く
なる問題もあった。本発明は上記の問題に鑑みて成され
たものであって、複数回のショットピ−ニング加工によ
る効果と同様のピ−ニング効果、すなわち最表面から深
く圧縮残留応力の影響層を生成し、かつ最表面に圧縮残
留応力のピ−ク値を生成することを維持させながらピ−
ニング加工の処理効率を高めると共にランニングコスト
及び設備費を低減できるショットピ−ニング加工方法を
提供することを目的とする。
めに発明者達は、上記の複数回のショットピ−ニング加
工を一工程で行うことを検討する中で大径粒体と中径粒
体と小径粒体とを混合した混合投射材を使用することを
思い立ち種々実験を繰り返す中で本発明を創出した。本
発明におけるショットピ−ニング加工方法は、大径粒体
及び中径粒体の平均粒径比と、中径粒体及び小径粒体の
平均粒径比とをそれぞれ1/2〜1/15の範囲にした
直径500〜1000μmの大径粒体と、直径100〜
500μmの中径粒体と、直径20〜100μmの小径
粒体とを(重量混合比が同一投射時間内でそれぞれカバ
レ−ジが100%以上になるように)混合した投射材を
被ピ−ニング製品に対して投射することを特徴とするも
のである。
度を判定する方法としてエリアカバレ−ジ(以下カバレ
−ジという)測定方法が利用されている。このカバレ−
ジ測定とは、加工面積に対する投射材の投射痕面積の総
和の比より求められるもので標準測定法と簡易測定法が
あり、本実験では簡易測定法で判定した。これは標準測
定法により予めカバレ−ジがわかっている標準写真と試
験片の加工後の表面とを対比してカバレ−ジを決めるも
のである。図3にカバレ−ジの測定例が示されており、
図3の実線は大径粒体、破線は小径粒体のカバレ−ジ特
性を示す。なお1回のピ−ニングのカバレ−ジがC1で
ある時、Cn=1−(1−C1)nの式で表され、その算
出値は98%程度になり、これをフルカバレ−ジとみな
し100%とする。またカバレ−ジ300%とはカバレ
−ジが100%に達する時間を3倍にした状態をいう。
ピ−ニング加工を含む)について表1及び図1により説
明する。本実験は被ピ−ニング製品として機械構造用合
金鋼(SCr420鋼)の実用歯車で浸炭熱処理をした
もの、この歯車の外形は直径130mm、幅15mmの
寸法で浸炭後の歯車の硬さがHV720〜850であ
る。この歯車に対するピ−ニング加工条件が表1に示さ
れていて、投射材としては大径粒体A(直径800μ
m)と中径粒体B(直径250μm)と小径粒体C(直
径40μm)を使用し、投射速度70m/secで40
秒間(ただし3段階のショットピ−ニングの場合はAを
20秒、Bを12秒、Cを8秒)投射した。
体Bと小径粒体Cの混合割合は、3段階のショットピニ
ングの加工時に与えられる投射エネルギ−と同じにする
ため全体を100とするとAが50、Bが30、Cが2
0でピ−ニング加工を行った。したがって投射時間合計
を1とすると、それぞれ投射される投射材の混合の割合
がAが0.5、Bが0.3、Cが0.2になる。この場
合カバレ−ジを300%で設定して各条件を比較できる
ようにした。
れたものは、本発明(混合投射材使用)では図1実線で
示すように被ピ−ニング製品のほぼ最表面の位置に圧縮
残留応力値のピ−クが見られる。また表面から250〜
300μmまで圧縮残留応力が発生していることが確認
でき、3段階のショットピ−ニング加工(図1破線)の
特性とほとんど同じ特性になっていることが確認でき
た。なお種々の実験結果から小径粒体として直径20μ
m以下の投射材はピ−ニング加工の効果が少なく、大径
粒体として直径1000μm以上のものは被ピ−ニング
製品の表面粗さが大きくなりはじめ疲労強度の低下が顕
著になるため本発明の投射材の適用範囲は、直径20〜
1000μmが好ましい。
ついて、図4に示すショットピ−ニング加工装置の構成
を説明する。天井部に投射機1を取付けたピ−ニング室
2、分級機3、回収箱4A、4B、4Cが構成されてい
て、分級機3では回収した投射材を大径粒体、中径粒
体、小径粒体に分級することに加えて使用によって摩耗
あるいは破損した各々の中間粒体(大粒と中粒との中間
粒体、中粒と小粒との中間粒体及び小粒よりも小さな微
粉体)が分級されて回収箱4A、4B、4Cに回収除去
されるようにされている。また前記分級機3で分級され
た大径粒体は排出口5Aと、中径粒体は排出口5Bと、
小径粒体は排出口5Cとにそれぞれスクリュ−コンベヤ
あるいはバケットコンベヤ等で構成される投射材移送手
段6A、6B、6Cに連通され、それぞれの投射材移送
手段6A、6B、6Cの先端は、それぞれ投射材の流量
調整弁7A、7B、7Cおよび投射材供給管8A、8
B、8Cを介して前記投射機1に連通されている。
弁7A、7B、7Cを介して大径粒体と中径粒体と小径
粒体が所定量送り出され、投射材供給管8A、8B、8
Cを介して混合され投射機1に供給され、ピ−ニング室
2内で回転されている被ピ−ニング製品Wに向けて投射
材が投射されてピ−ニング加工を施す。この際投射材は
分級機3に導かれて摩耗あるいは破損した各々の中間粒
体(大粒と中粒との中間粒体、中粒と小粒との中間粒体
及び小粒よりも小さな微粉体)を分級して回収箱4A、
4B、4Cに回収除去する一方所定範囲内の大径粒体と
中径粒体及び小径粒体にそれぞれ分離されて、それぞれ
の投射材移送手段6A、6B、6Cに供給され、流量調
整弁7A、7B、7Cにおいて投射機1への混合供給量
を所定量に制御して投射材供給管8A、8B、8Cを介
して供給される。したがって投射機1への投射材の供給
は、大径粒体と中径粒体及び小径粒体の混合割合が常に
設定された状態で供給されることになる。
工装置の構成を説明する。天井部に投射機1を取り付け
たピ−ニング室2、分級機3、回収箱4A、4B、4C
については前記図4のものと同じ構成にされていて、該
分級機3で分級された大径粒体の排出口5Aと、中径粒
体の排出口5Bと、小径粒体の排出口5Cとはスクリュ
−コンベヤあるいはバケットコンベヤ等で構成される一
列の投射材移送手段6に連通されている。また投射材移
送手段6の先端は、前記ピ−ニング室2の上方に配置さ
れた投射材タンク9の上部に臨んで設けられ、該投射材
タンク9の内部には投射材を均一に撹拌するための撹拌
混合器10が設置されていると共に該投射材タンク9の
下端は前記ピ−ニング室2の投射機1に連通されてい
る。
10を作動させて投射材タンク9内で比重偏積されてい
る投射材を撹拌混合して均一に混合された状態にして投
射機1に供給し、図4のピ−ニング装置と同様のピ−ニ
ング加工及び投射材の分級がなされ、各々の中間粒体が
回収箱4A、4B、4Cに回収除去される。次に分級さ
れた所定範囲内の大、中、小径粒体は、各排出口5A、
5B、5Cを介して一列の投射材移送手段6に供給混合
されて投射材タンク9に戻される。この際投射材タンク
9内の投射材は比重偏積されるが撹拌混合器10の作動
により偏積が解消されて均一に混合された状態にされ
る。したがって投射機1への投射材の供給は、大径粒体
と中径粒体及び小径粒体の混合割合が常に設定された状
態で供給されることになる。
に、大径粒体及び中径粒体の平均粒径比と、中径粒体及
び小径粒体の平均粒径比とをそれぞれ1/2〜1/15
の範囲にした直径500〜1000μmの大径粒体と、
直径100〜500μmの中径粒体と、直径20〜10
0μmの小径粒体とを(重量混合比が同一投射時間内で
それぞれカバレ−ジが100%以上になるように)混合
した投射材を被ピ−ニング製品に対して投射するもので
あるから、複数回のピ−ニング加工による効果と同等の
ピ−ニング効果、すなわち最表面から深く圧縮残留応力
の影響層を生成し、かつ最表面に圧縮残留応力のピ−ク
値を生成することを維持させながらピ−ニング工程を一
工程で済ませることができるようになり処理効率を大幅
に高めることができる。またピ−ニング加工処理設備が
一工程ピ−ニングを行う設備でよくなり設備費を大幅に
低減できるようになる。
3段階のピ−ニング加工による圧縮残留応力の発生状態
とを表すグラフである。
ング加工による圧縮残留応力の発生状態を表すグラフで
ある。
バレ−ジ測定例を示すグラフである。
工装置の構成図である。
工装置の別の例を示す構成図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 大径粒体及び中径粒体の平均粒径比と、
中径粒体及び小径粒体の平均粒径比とをそれぞれ1/2
〜1/15の範囲にした直径500〜1000μmの大
径粒体と、直径100〜500μmの中径粒体と、直径
20〜100μmの小径粒体とを混合した投射材を被ピ
−ニング製品に対して投射することを特徴とするショッ
トピ−ニング方法。 - 【請求項2】 前記大径粒体と中径粒体と小径粒体とは
重量混合比が同一投射時間内でそれぞれカバレ−ジが1
00%以上になるように混合されることを特徴とする請
求項1記載のショットピ−ニング方法。 - 【請求項3】 前記ショットピ−ニング加工を終えた投
射材を回収して分級機に掛け、所定粒径範囲以下に摩耗
あるいは破損した各中間粒径投射材を分級除去すると共
に残りの投射材を所定粒径範囲の大径粒体、中径粒体及
び小径粒体に分級してそれぞれ別々に移送し、それぞれ
別々に移送された大径粒体と中径粒体と小径粒体とをそ
れぞれの流量調整弁を通して重量混合比率が同一投射時
間内でそれぞれカバレ−ジが100%以上になるように
混合して再投射することを特徴とする請求項1又は2記
載のショットピ−ニング方法。 - 【請求項4】 前記ショットピ−ニング加工を終えた投
射材を回収して分級機に掛け、所定粒径範囲以下に摩耗
あるいは破損した各中間粒径投射材を分級除去すると共
に残りの所定粒径範囲内にある大径粒体、中径粒体及び
小径粒体とを混合状態にして移送すると共に該移送され
て比重偏積される投射材を撹拌混合して均一混合させて
再投射することを特徴とする請求項1又は2記載のショ
ットピ−ニング方法。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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EP00911340A EP1184135A4 (en) | 1999-03-24 | 2000-03-24 | METHOD AND DEVICE FOR BEAM BLASTING |
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- 1999-05-13 JP JP13219999A patent/JP3456636B2/ja not_active Expired - Fee Related
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