JP2020504026A - ラックの加工方法およびその方法に従って加工されたラック - Google Patents
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Abstract
Description
■均一な焼き入れゾーンを達成するために高周波焼き入れに適合された装置によって加工されていた、または
■矯正プロセス中にパラメータ設定を受けていた。
■第1のステップにおいて、ラックを形成する断面を生成するために圧力を加える。
■第2のステップにおいて、ラックと相補的な関係にある工具の間に管を取り付け、半円形の断面を有するマンドレルを金属管の穴に押し込む。
■さらなるステップにおいて、金属管の一端にコアバーを挿入し、押し出し機を使用してコアバーの周りで管を押し出して、管の壁厚を低減する。
−金属部品を用意し、その金属部品をブラスト処理システムに挿入するステップ。ここで、金属部品はブラスト処理の前に加熱される。
−定義可能なクリーニングビーム速度でクリーニングするステップ。および
−定義可能なショットピーニングビーム速度での後続のショットピーニングステップ。
ショットピーニングビーム速度はクリーニングビーム速度よりも大きい。ブラスト処理は速度によって制御されるため、固化の寸法は常に定義可能ではない。
○応力分布をほぼ均一にし、微細構造を変化させずにラックの直径、ひいてはギア歯の包絡円直径を最小にすることによってラックの軽量化の要求を満たし、
○ラックの疲労強度の低下および割れまたは折れの形成という不都合を回避し、
○直径を最小化する可能性をもたらす、
新規の解決策を見つけなければならない。
この文脈において、
■例えば、米国特許出願公開第2006/0048867号明細書による、当該技術分野において既知であり、特に適用されるようなX線試験、および/または
■圧縮応力を導入するための金属部品における、以前は後処理としてのみ考慮されていたか、または亀裂形成を回避するために技術的待機期間の後に適用されていた周知のショットピーニング(例えば、ドイツ特許出願公開第102013218413号明細書、ドイツ特許第102011 055104号明細書、ドイツ特許出願公開第10140444号明細書において上述したような)
が、連続的な一連の作業に統合されるべきであるとともに、加工片内の応力のより均一な分布の機能的に組み合わされた新規の効果と共に選択的に使用されるべきである。
○照射する領域の選択、および
○干渉線、角度範囲、傾斜などの、測定位置に関する測定値の決定
のような基準を含め、加工片および材料に対する、回折計などのX線装置の特別な設定を必要とする。
a)ギア歯に導入される圧縮応力、
b)均一な応力面/分布を形成する物理的応力系、および
c)複数の寸法におけるギア歯の固有の圧縮応力によって変換された予応力
を有し、これらの特性は、ステアリングラックに新規の、機能的に均一に組み合わされた品質を与える。このように、ラックの直径、ひいてはまたギア歯の包絡円直径を最小にすることによる軽量化に対する増大する要求を満たすことができ、直径を最小にするにもかかわらず疲労強度を高めることができ、自動車ステアリングシステムについて、車両のより高い車軸負荷に対する需要を満たすことができ、技術コストを低く抑えることができる。
○ラック1を硬化および矯正した後、ここでは「カオス的」と呼ばれる不利な、定義不可能な、または不均一な応力状態が、特に不利な引張応力σ+およびそれらの応力ピークσ−peakを有するギア歯2内の引張応力σ+および圧縮応力σ−の、図2.1に示すような応力プロファイルσをもって、ギア歯2内に存在する。
○ラック1の後の割れまたは破損を回避しながら、外部指定の必須データ、質量と材料の使用の最適化が必要であり、ラック1は次のように処理する必要がある。
○応力分布をほぼ均一にして、微細構造を変化させずにラックの直径、ひいてはまたギア歯の包絡直径を最小にすることによって、軽量化の要件を満たす。
○ラックの疲労強度の低下および割れまたは折れの形成という不都合を回避する。
○全体として直径最小化の可能性を提供する。
■σ+引張応力
■σ−圧縮応力
■σ−Ε圧縮固有応力
■σ応力プロファイル、また(固有の)応力プロファイルとして「カオス的」である、および
■σperm許容可能な、望ましい、与えられた、または達成される(固有の)応力プロファイル
を指定する。
■ピン1.1から数えて5番目の歯2.1までの測定範囲としての区画2.2、
■測定範囲の中心としての区画2.3、および
■シャフト1.2から数えて、5番目の歯までの測定範囲として区画2.4
に分割される。
■軸方向xにおける引張応力σ+の測定のための、および
■横方向yにおける圧縮応力σ−の測定のための記号的ベクトル矢印を示す。
○照射する領域の選択、および
○干渉線、角度範囲、傾斜などの、測定位置に関する測定値の決定
が観察されなければならない。
○歯2.1の根元での歯の断面積および断面モジュール(歯根半径およびそれに対応するノッチ効果を含む)および歯の幅、歯根面または表面など、疲労強度および寿命に重要な要因を調査すること、
○可変ギア歯2ivarもしくは一定のギア歯2iconstantの関数としての、またはラック1の材料の特性の関数としての、引張応力σ+および圧縮応力σ−の固有応力プロファイルσを、許容可能な固有応力プロファイルσpermにさらに変換すること、
○表面近傍の固有の圧縮応力σ−E(例えば表面下0.02mm)を意図的に導入することにより引張応力σ+を除去し、ラック1の直径Dを例えば26mmに最小化すること、および
○さらには、車両の同じ車軸荷重で、車両のステアリングラックのようなラック1の直径Dの寸法決定を最適化すること。
○2.2、ピン1.1から数えて5番目の歯で測定、
○2.3、測定範囲中心、
○2.4、ギア歯2のシャフト1.2から数えて5番目の歯で測定。したがって、外部の強制データなどのデフォルト値を、達成された実際の値と比較し、満足できること、すなわち有害な引張応力σ+のない固有の圧縮応力σ−Eからの有利なプレストレスがギア歯2内に存在することを確認することができる。
(符号の説明)
1 ラック
1.1 ピン
1.2 シャフト
1.3 表側
2 ギア歯
2.1 歯
2.2 ピン1.1から数えての測定範囲としての歯2の区画
2.3 測定範囲の中心としてのギア歯の区画
2.4 シャフト1.2から数えての測定範囲としての歯2の区画。
2.5 ラック1の直径
x 軸方向
y 横方向
σ 応力プロファイル、また「カオス的」(固有)応力プロファイル
σperm 「σ仕様」とも呼ばれる、許容可能な、所望の、定義された(固有)応力プロファイル
σ+ 引張応力
σ− 圧縮応力
σ−Ε 圧縮固有応力
σ+peak 引張応力の応力ピークまたは振幅
σ+x 軸方向応力
σ+y 横方向応力
ivar 可変ギア歯
iconstant 一定のギア歯
±p1 可変ビーム圧力
a1 軸方向応力値開始
a2 横方向応力値開始
b1 軸方向応力値中央
b2 横方向応力値中心
c1 軸方向応力値終了
c2 横方向応力値終了
Claims (20)
- 硬化後、または硬化および矯正後に、最初は引張応力(σ+)および圧縮応力(σ−)の「カオス的」(固有)応力プロファイル(σ)が少なくともギア歯(2)の領域に存在する、金属材料から作製されるラック(1)を加工するための方法であって、前記(固有)応力プロファイル(σ)が、微細構造に変化を生じさせることなく、加工作業の機能的に組み合わされた一連のステップにおいて許容可能な(固有)応力プロファイル(σperm)に変換され、少なくとも前記ギア歯(2)の前記領域が、引張応力(σ+)のない規定の導入される固有の圧縮応力(σ−E)による所定のプレストレスを受け、結果、固有の圧縮応力(σ−E)の応力値および実質的に均一な応力分布または応力面の前記許容可能な(固有)応力プロファイル(σperm)を有する物理系が前記ギア歯(2)の前記領域に存在する、方法。
- 硬化後、または硬化および矯正後に、前記ギア歯(2)の少なくとも1つのラック(1)内の選択可能な区画(2.2、2.3、2.4)において、軸方向応力(σ+x)および横方向応力(σ−y)の測定値の形態の、軸方向(x)における引張応力(σ+)および横方向(y)における圧縮応力(σ−)が、前記「カオス的」応力プロファイル(σ)を、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック1のロット、系列またはセットについての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして定義するために使用される、請求項1に記載の方法。
- 前記固有の応力プロファイル(σ)が、前記軸方向(x)および前記横方向(y)において、前記ギア歯(2)の前記区画(2.2、2.3、2.4)の少なくとも1つの表面近傍層においてX線回折測定によって測定される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記軸方向応力(σ+x)および前記横方向応力(σ−y)が、100μm未満の規定の深さまで測定される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 硬化後、または硬化および矯正後に、±<2.0MPa×103の範囲の引張応力(σ+)および圧縮応力(σ−)が前記区画(2.2、2.3、2.4)において測定され、うち少なくとも±0.5MPa×103は、応力ピーク(σ+peak)または振幅として定義される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 本引張応力(σ+)の前記応力ピーク(σ+peak)または振幅が除去、平滑化または低減される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 引張応力(σ+)の応力ピーク(σ+peak)が、ガラスビーズブラストなどのショットピーニングによって表面近傍の固有圧縮応力(σ−E)を導入することによって意図的に除去、平滑化または低減されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ショットピーニングが10秒未満の短時間にわたって行われることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 引張応力(σ+)の応力ピーク(σ+peak)が、応力緩和などの誘導加熱によって除去、平滑化、または低減されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加熱が120〜160℃の範囲で行われ、前記加熱の前および前記加熱の後にそれぞれの応力状態に応じた値が測定されることを特徴とする、請求項1から6および9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ショットピーニングまたは誘導加熱および前記応力ピーク(σ+peak)もしくは振幅の除去、平滑化または低減の後、前記ギア歯(2)の前記領域は、後続の鋼線ショットブラストまたはスチールショットブラストおよびスチールショットピーニングによって、引張応力(σ+)のない前記規定の固有の圧縮応力(σ−E)による前記プレストレスを受け、結果、前記許容可能な固有の応力プロファイル(σperm)が達成されることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 固有圧縮応力(σ−E)の特に規定される値が、±p1の範囲のビーム圧力によって導入されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- >−0.6MPa×103〜<2.0MPa×103の範囲の固有圧縮応力(σ−E)の値が前記区画(2.2、2.3、2.4)内に存在することを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記規定の導入される圧縮固有応力(σ−E)が、アルメン強度測定によって測定強度として制御され検出されることを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アルメン強度測定による前記応力プロファイル(σ)が、同一のパラメータを用いて本発明に従って加工されるラック1のロットまたは系列についての参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσとして使用されることを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記引張応力(σ+)および圧縮応力(σ−)の前記固有応力プロファイル(σ)が、前記ギア歯(2)のタイプivarもしくはiconstantまたは前記ラック(1)の材料の特性に応じて、許容可能な固有応力プロファイル(σperm)に変換されることを特徴とする、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 車両のステアリングラックのような前記ラック(1)の直径(D)の寸法決めが、別の車両の同一の車軸荷重と比較して最適化されることを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- >−0.6MPa×103〜<−2.0MPa×103の範囲の固有圧縮応力(σ−E)の値が、前記ギア歯(2)内に存在することを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック(1)。
- 同一のパラメータを用いて加工されるラック1のロットまたは系列について、参照応力プロファイルまたは理論的に仮定された応力プロファイルσを有する試料として、前記「カオス的」応力プロファイル(σ)を定義するための軸方向応力(σ+x)および横方向応力(σ−y)の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項2に記載の方法に従って加工されるラック(1)。
- 同一のパラメータを用いて加工されるラック1のロットまたは系列について、試料として、>−0.6MPa×103〜<−2.0MPa×103の範囲内の固有圧縮応力(σ−E)の測定値と共に使用されることを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法に従って加工されるラック(1)。
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