JP4208298B2

JP4208298B2 - Shot peening method

Info

Publication number: JP4208298B2
Application number: JP22406198A
Authority: JP
Inventors: 直治浜坂; 武盛高山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP2000052248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として鋼製加工品の曲げや捻り疲労強度を向上させるショットピーニング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼製部品における表面強度を高める手段として実施されているショットピーニング加工にあっては、一般に直径が０．４ｍｍ以上の大きさの鉄系ショットを用いることが多いが、これは深い領域まで圧縮残留応力を生成させる必要があるからである。ところが、このショットの大きさに比例して圧縮残留応力のピークは表面から内部に移動し、例えば直径０．８ｍｍのショットでは表面下１００ミクロン程度の内部に圧縮残留応力のピークが生じる一方、表面にはピーク値に比較して低い圧縮残留応力しか生成しないという問題点があった。
【０００３】
また、疲労亀裂は表面または浸炭品では浸炭異常層の深さである１０〜５０ミクロンの深さ位置より発生し、内部に進展することから、最表面や表面近傍の圧縮残留応力も内部と同様に高めることが強度向上に有効であることが判り、如何に最表面の圧縮残留応力値を高めるかがショットピ−ニングによる品質向上の課題であった。
【０００４】
このようなことから、２種類の粒径の異なるショットを用いて行う二段ショットピーニングが既にいくつか提案されている。例えば、特開平２−１５６０２０号公報によって、鋼部材に浸炭焼入れを施した後、第一ショットピーニング処理し、その後に時効処理して第二ショットピーニングを行う二段ショットピーニング方法が知られている。また、特開平６−１４５７８５号公報に、浸炭焼入れ処理および焼戻し処理を施された浸炭鋼部材に二段ショットピーニングを行うことが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような二段ショットピーニングが疲労強度向上の効果を奏する理由については、一次ショットピーニングにて比較的粒径の大きいショットを用いて鋼部材表面に圧縮残留応力層の深さを増し、次の二次ショットピーニングにて比較的粒径の小さなショットを用いて最表面の圧縮残留応力を高めるという加算効果によって、強度上最適な残留応力分布状態を得ようとするものである。
【０００６】
しかしながら、このような二段ショットピーニングによれば、確かに強度上最適な残留応力分布状態を得られることが判るが、その作業に際して粒径の異なるショットに交換して作業することになるので、手数がかかりコストアップするという問題点がある。しかも、この種ショットピーニング処理を施されると被処理材の表面粗さを増大させ、例えば、耐ピッチング強度の低下につながるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、大小サイズの異なるショットを混合したものを投射して、二段ショットピーニングと同等でより効果的な疲労強度向上の効果を得ることができるショットピーニング方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明によるショットピーニング方法は、第１に、
ショットを加速して被処理品に投射するショットピーニング方法において、
一の粒度ピークをもつショットと他の粒度ピークをもつショットとを混合して一本の投射ノズルから被処理品の所定の被処理面に向けて噴出させてその被処理面に衝突させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明によるショットピーニング方法は、第２に、
ショットを加速して被処理品に投射するショットピーニング方法において、
一の粒度ピークをもつショットと他の粒度ピークをもつショットとを２本の投射ノズルに別個に分けて、両投射ノズルから被処理品の所定の被処理面に向けて同時に噴出させてその被処理面に衝突させることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、投射されるショット粒の大きいもので被処理品の表層部における圧縮残留応力層の深さを増すことができ、ショット粒の小さいもので最表面の圧縮残留応力を高めるという従来の二段ショットピーニングによる効果を一回のショットピーニングで得ることができるという効果を奏するのである。しかも、同時に大小入り混じったショット粒が同じ投射条件で投射されることにより、結果的に被処理面の面粗さが小さくなるという効果も併せ得られるのである。また、一本の投射ノズルの場合、被処理品の所定の被処理面に対して同時に粒度ピークの異なるショットがいっせいに衝突されるので比較的短時間で処理することができ、投射量を加減して処理時間を短縮することが可能になる。また、粒度ピークの異なるショットをそれぞれ区別して２本の投射ノズルにより被処理品の所定の被処理面に投射すれば、その被処理面の表面形状に応じて前記投射ノズルからの投射状態を変えるなどして効率よくショットピーニングすることが可能になる。なお、いずれにおいても被処理品はその向きを変えて行われるようにする。
【００１１】
前記使用するショットの粒度分布は、一の粒度ピークが粒径０．０５〜０．２ｍｍの範囲にあり、その他の粒度ピークが粒径０．４ｍｍ以上にあるようにして投射するのがよい。また、その混合されたショットの投射重量は、被処理品の投射面積当たり１００ｇ／ｃｍ^２以上とするのがよい。こうすると、被処理品における表面から２０ミクロンの範囲に圧縮残留応力ピークが生じるとともに、内部にも高い圧縮残留応力が生じるなど、それぞれの粒度分布に応じて生じる残留応力分布を組合わせたような分布になり、これが一挙に形成されるという効果を奏することが判った。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるショットピーニング方法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
本発明のショットピーニング方法は、従来の二段ショットピーニングにおけるショットサイズの残留応力に及ぼす影響について鋭意研究の結果、その操作を巧みに組合わせることによって、より合理的に有効な結果を得ることができたのである。
【００１８】
特に、直径が０．０５〜０．２ｍｍの粒度分布をもつショットとそれ以上のサイズのショットを混ぜたような粒度ピークが２つ以上あるショットを混ぜ合せて使用することにより、表面から２０ミクロンの範囲に圧縮残留応力ピークが生じるとともに、内部にも高い圧縮残留応力が生じるなど、それぞれの粒度分布に応じて生じる残留応力分布を組合わせたような分布になることが判明した。
【００１９】
また、本実施例では、前述のように、直径が０．０５〜０．２ｍｍの粒度分布をもつショットとそれ以上のサイズ（例えば直径が０．４ｍｍ以上）の粒度分布をもつショットとを、それぞれ別のエアなどの流体で加速して個々のノズルから噴射して同じ被処理品に衝突させても、前記粒度ピークが２つ以上あるショットを混ぜて噴射させる場合と同様な残留応力分布にできる。
つまり、従来の二段ショットピーニングのように、二工程に分けて処理しなくとも、十分に均一に混合したショットを用いることにより、一工程のショットピーニングによって同様な残留応力分布が得られるのである。
【００２０】
以下に具体的なショットの粒度分布とショット後の残留応力分布との関係を示しながら本実施例について説明する。
【００２１】
表１に試験したショットの粒度（分布）とその配合率を示す。なお、ショットとしては硬さＨＲｃ６０程度の鉄系のものを使用した。また、供試材は浸炭用肌焼き鋼材で有効硬化深さ１ｍｍに浸炭浸窒焼入れ焼戻し後、それぞれ試験を行った。
試験片丸棒φ３０ｍｍ×７０ｍｍＬ
【００２２】
【表１】

【００２３】
次に、図１に示すのは、ショットピーニングによる残留応力分布の比較をグラフで表わす図であり、前記表１におけるＮｏ１，Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４，Ｎｏ５の各試料について深さ方向の残留応力分布を比較して示している。なお、各試料については、表１の備考欄に示されるように、Ｎｏ１は浸炭処理をしたままのもの（記号：ＧＣＱＴ）、Ｎｏ２は従来の一段ピーニング処理したもの（記号：８−ＨＳＰ）、Ｎｏ３は細粒ピーニング処理をしたもの（記号：１−ＨＳＰ）、Ｎｏ４は従来の二段ピーニング処理をしたもの（記号：８１−ＨＳＰ）で、Ｎｏ５は本発明による実施例のもの（記号：ＭＩＸ−１）である。この図１のグラフより、本発明の実施例であるＮｏ５（ＭＩＸ−１）の残留応力分布は、従来の二段ピーニング（８１−ＨＳＰ）と同等の残留応力分布を示しており、しかも一段ピーニング（８−ＨＳＰ）よりも高い表面圧縮残留応力が得られることが判る。
【００２４】
また、図２には混合ショットの比率と投射量を変化させた場合における表面下２０ミクロンの圧縮残留応力の平均値を示している。ショットの直径０．１ｍｍの混合比率が少なくとも、投射時間を増加することにより混合比率が高い場合と同様な圧縮残留応力値を示すことから、小径ショットの衝突する頻度を上げることにより（小径側の投射密度を増すことにより）、混合比率に拘らず表面近傍に高い圧縮残留応力の生成が可能であることが判る。要するにカバレージを上げることで高い圧縮残留応力の生成が可能である。
【００２５】
また、図３には前記試験片の表面粗さを比較して表わしており、（ａ）は各試験片の面粗さを表わすグラフ、（ｂ）は各試験片の処理に対応するショットとカバレージを示している。この図３に示される面粗さ（Ｒｍａｘ）によれば、従来の０．８ｍｍのショットによる１段ピーニングの面粗さ（９ミクロン）や従来の二段ピーニングの面粗さ（７．５ミクロン）と比較して、本発明に係る実施例の混合ピーニングによる試験片の面粗さは少ないことが判る。すなわち、実施例の試験片（ＭＩＸ−１〜５）のいずれもが６ミクロン以下である。なお、この比較例では試験片（ＭＩＸ−１）と（ＭＩＸ−２）のものがよい結果を示している。
【００２６】
このような試験の結果から、使用するショットの粒度分布が２つ以上の分布ピークを有するものを同時に被処理品に投射して処理する本実施例によれば、従来の二段ショットピーニングによるのと同等の高い圧縮残留応力の生成が可能になり、しかも、処理された表面の面粗さが従来の処理品に比べて少なくなるという好結果が得られることが判った。
【００２７】
次に、前述のショットピーニング方法により加工された機械部品（ギア）の一具体例について、その残留応力分布と面粗さを、従来のショットピーニングによるものと比較して、図４に歯車における歯底部の残留応力分布の比較をグラフで表わす図、および図５に歯車における歯面部の面粗さを比較したグラフによって示している。
【００２８】
この具体例における歯車は、歯形がモジュール３．２５の減速機用歯車であり、一般的な浸炭用鋼に浸炭焼入れ・焼戻し処理を適用した後に、各種条件にてショットピーニングを施したものである。
【００２９】
図４によると、従来のφ０．８ｍｍショット単独でショットピーニングしたもの（８ＨＳＰで表わされているもの）では、最表面の圧縮残留応力が−４０Ｋｇ／ｍｍ^２程度と比較的低いが、小径ショットと大径ショットの混合比率が７：３（ＭＩＸ７３で表わされているもの）、混合比率が５：５（ＭＩＸ５５で表わされているもの）のテスト結果では、最表面の圧縮残留応力が−８０Ｋｇ／ｍｍ^２以上に増加し、最表面から２０ミクロンまでの深さの範囲での平均の残留応力は１００Ｋｇ／ｍｍ^２を越えた高い圧縮残留応力が確認できる。しかも、最表面から５０ミクロンよりも深い領域でも０．８ｍｍ単独ショットピーニング（８ＨＳＰで表わされている）同等程度の高い圧縮残留応力が確認されており、表面から内部まで従来技術に比較して高い圧縮残留応力を生成することが歯車においても可能であることがわかる。なお、グラフ中、１ＨＳＰは細粒ピーニングを、８１ＨＳＰは従来の二段ショットピーニングの場合をそれぞれ表わしている。
【００３０】
一方、図５に示される歯車における歯面部の面粗さを比較したグラフによると、前述の実施例における丸棒試験片の場合と同様に、混合ショットピーニングによる処理品（前記ショットピーニング処理、ＭＩＸ７３およびＭＩＸ５５）は、従来技術（前記単一ショットピーニング８ＨＳＰおよび二段ショットピーニング８１ＨＳＰ）に比較しても歯面の面粗さが小さく、６ミクロン（Ｒｍａｘ）以下にできることが判る。
【００３１】
次に、前記ショットピーニング方法を実施するピーニング装置の具体例について説明する。
【００３２】
図６に示されるのは、粒度分布が2以上のショットを混合して一本の投射ノズルから被処理品に向けて投射する混合ショットピーニング装置の概要図である。この第一の実施例装置にあっては、粒度分布の異なるショットを収容するホッパ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ……を配置して、それぞれに分級されたショットを収容しておき、その所要の粒度のショットを混合装置１１に所要の比率で供給して混合するようにそれぞれのホッパから混合装置１１に配管されている。なお、各ホッパの取出し口には図示されないが開閉弁が設けてある。
【００３３】
前記混合装置１１によって混合されたショットは、圧縮空気（以下、単にエアという）の供給源（エア供給源）１３から送り込まれるエアの貯留される加圧タンク１２内に送られ、この加圧タンク１２を経てミキサ１４に所要量ずつ混合されたショットが供給され、そのミキサ１４によってエア供給源１３からのエアと供給される混合ショットとを混ぜて投射ノズル１５に送り、被処理品に投射する構成とされている。なお、必要に応じて前記装置をさらに一基用意して二箇所から被処理品に対して混合ショットを投射するようにしてもよい。
【００３４】
このような第一実施例の装置によれば、2以上の粒度分布ピークを有するショットを、選択して所要の割合で混合して一本の投射ノズル１５から被処理品に投射し、所望の表面処理を施すにあたり、その投射ノズル１５一本から投射させるので、生産効率を上げることができる。
【００３５】
次に、図７に示されるのは、他の混合ピーニング装置の概要図であって、粒度分布の異なる２種類のショットを使用してそれぞれ別個に投射させる形式のものである。この第二実施例では、選択される粒度ピークが小さい径のショットの投射系列と粒度ピークが大きい径のショットの投射系列とを別個に分けて設けられたものである。したがって、前記第一実施例とはショットのホッパ１０′，１０″がそれぞれの系列で一個ずつ特定され、エア供給源からのエアの供給は各系列ごとに分岐供給される構成で、その他の各部については前記第一実施例と同じであるので同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００３６】
このような混合ピーニング装置においては、例えば一方の投射ノズル１５ａからは粒径の小さいショットを被処理品に向けて投射させ、他方の投射ノズル１５ｂからは粒径の大きいショットを投射させるようにし、その投射量を予め設定した割合で両投射ノズル１５ａ，１５ｂから被処理品に向けて同時に投射するようにされる。こうすれば、被処理品の表面形状などにより投射ノズル１５ａ，１５ｂの向きを変えるなど投射状態を状況に応じて変えて効率よく処理作業を行うことができる。
【００３７】
図８に示されるのは、前述のピーニング装置におけるショットの回収再利用のプロセスを付加して示す全体概要図である。
【００３８】
このようなショットの回収再利用の方式を組合わせることにより、前述のような投射を一本の投射ノズル１５で行うか、複数の投射ノズル１５ａ，１５ｂ…を用いて行うか、いずれの方式であっても、使用されたショットを回収して再利用できるようにすることが産業廃棄物の削減とショットの再利用による資材の経済的な活用になる。
【００３９】
この実施例は、前記ショットの投射装置における被処理品の回転などワーク（被処理品）の移動装置１６には、投射されたショットがワークを支持している受け台の下に落下して集合できる受け皿のようなものを設けておき、その受け皿にて受け止められた投射済みショットがシュートなどによって集められて回収できるショット回収装置１７を配置する。
【００４０】
前記ショット回収装置１７によって集められ回収された使用済みショットは、振動ふるいなど微粉除去装置１８を併設して、この微粉除去装置１８に供給して破砕されたショットをふるいわけて再利用できるショットを回収させる。回収された再利用可能なショットは、ショットの供給装置２０に送られて新たなショットと混合して使用されるようにする。
【００４１】
前記ショットの供給装置２０は、新品のショットを貯留して所要量ずつ秤量して供給する新品ショット秤量供給装置２１（前記実施例におけるホッパに対応して、秤量装置が付加される）と、前記微粉除去装置１８でふるい分けられた回収ショットを受け入れて所定の粒度に分級するとともに、それらの回収ショットの重量を計測する分級および重量計測装置２２と、分級されたショットを仕分けされて収容する回収ショット用ホッパおよびそのショット供給装置２３（前記実施例におけるホッパに対応）とを備え、使用されるショットの粒度選択並びに供給量を新品ショットと回収ショットとの混合率などを設定して両者を混合する混合装置を所有させてなる。
【００４２】
このようなショットの供給装置２０に対して、前述の混合条件は別途配設の混合制御装置２５によって、混合されるショットの条件をそれぞれ選択して指令が与えられるようになされている。なお、前記混合制御装置２５においては、予め設定されているプログラムによって前記ショットの供給割合・混合の条件などを制御するようになされている。図中符号２６はエアを加圧タンク１２に供給する条件を計測設定する流量計・圧力計などの計器である。
【００４３】
このようなショットの回収再利用の設備を付帯させることにより、被処理品に対して投射使用されたショットのうち破砕されていないショットを回収し、さらに分級して所要の粒度分布に分けて新たなショットと混合して再び使用することで、使用済みとして廃棄される場合多量になる廃棄物が、そのかなりの量を回収することによって削減でき、しかも新品のショットの使用量が回収ショットの利用で少なくでき、その両方の利点を活用することでショットピーニングのコストダウンを図ることができる。
【００４４】
本実施例におけるホッパ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……は本発明のショット収納容器に、エア供給源は流体供給装置に、微粉除去装置は破砕されたショットを分離する装置に、分級および重量計測装置は回収したショットの粒度分布を測定する装置に、それぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ショットピーニングによる残留応力分布の比較をグラフで表わす図である。
【図２】図２は、混合ショットの重量比率、カバレージと表面圧縮残留応力の関係を示す図である。
【図３】図３は、試験片の表面粗さを比較したグラフ（ａ）、および処理に対応するショットとカバレージを表わす表（ｂ）である。
【図４】図４は、歯車における歯底部の残留応力分布の比較をグラフで表わす図である。
【図５】図５は、歯車における歯面部の面粗さを比較したグラフである。
【図６】図６は、混合ピーニング装置の概要図である。
【図７】図７は、他の混合ピーニング装置の概要図である。
【図８】図８は、ピーニング装置におけるショットの回収再利用のプロセスを付加して示す全体概要図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０′，１０″ ホッパ（ショット収容容器）
１１混合装置
１２加圧タンク
１３エア供給源
１４ミキサ
１５投射ノズル
１６ワーク移動装置
１７ショット回収装置
１８微粉除去装置
２０ショットの供給装置
２１新品ショット秤量供給装置
２２分級および重量計測装置
２３回収ショット用ホッパ・ショット供給装置
２５混合制御装置
Ａ被処理品[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to shot peening method for mainly improving the bending and torsional fatigue strength of the steel workpiece.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in shot peening, which has been performed as a means for increasing the surface strength of steel parts, iron shots with a diameter of 0.4 mm or more are often used, but this is also a deep area. This is because it is necessary to generate compressive residual stress. However, the peak of compressive residual stress moves from the surface in proportion to the size of the shot. For example, in a shot with a diameter of 0.8 mm, the peak of compressive residual stress occurs in the interior of about 100 microns below the surface. Has a problem that only a compressive residual stress lower than the peak value is generated.
[0003]
In addition, fatigue cracks occur from the depth position of 10 to 50 microns, which is the depth of the carburized abnormal layer in the surface or carburized products, and propagate to the inside, so the compressive residual stress in the outermost surface and the vicinity of the surface is the same as the inside. It has been found that the increase in the effective residual strength is effective in improving the strength, and how to increase the compressive residual stress value on the outermost surface has been an issue of quality improvement by shot pinning.
[0004]
For this reason, several two-stage shot peenings using two types of shots with different particle diameters have already been proposed. For example, JP-A-2-156020 discloses a two-stage shot peening method in which a steel member is subjected to carburizing and quenching, and then a first shot peening treatment and then an aging treatment to perform a second shot peening. . Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-145785 describes that two-stage shot peening is performed on a carburized steel member that has been subjected to carburizing and quenching treatment and tempering treatment.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The reason why such two-stage shot peening has the effect of improving fatigue strength is to increase the depth of the compressive residual stress layer on the surface of the steel member by using a shot having a relatively large particle size in the primary shot peening, and In the secondary shot peening, the optimum residual stress distribution state in terms of strength is obtained by the additive effect of increasing the compressive residual stress on the outermost surface using a shot having a relatively small particle diameter.
[0006]
However, according to such a two-stage shot peening, it can be seen that an optimal residual stress distribution state can be obtained in terms of strength, but since the work will be replaced with a shot having a different particle size, There is a problem that it takes time and increases the cost. In addition, when this kind of shot peening treatment is performed, the surface roughness of the material to be treated is increased, and for example, there is a problem that the pitting resistance is lowered.
[0007]
The present invention has been made to solve such problems, and by projecting a mixture of shots of different sizes, the effect of improving fatigue strength, which is equivalent to two-stage shot peening, is more effective. It is an object of the present invention to provide a shot peening method that can be obtained.
[0008]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above-mentioned object, the shot peening method according to the present invention firstly includes:
In the shot peening method of accelerating the shot and projecting it on the workpiece,
A shot having one particle size peak and a shot having another particle size peak are mixed and ejected from a single projection nozzle toward a predetermined surface to be processed to be collided with the surface to be processed. It is a feature.
[0009]
In addition, the shot peening method according to the present invention secondly,
In the shot peening method of accelerating the shot and projecting it on the workpiece,
Separately divided and shot with shot and other particle size peaks with an particle size peak to two projection nozzles, the object by jetting the same time toward a predetermined target surface of a workpiece from both projection nozzle It is made to collide with a processing surface .
[0010]
According to the present invention, the depth of the compressive residual stress layer in the surface layer portion of the article to be processed can be increased with a large shot grain to be projected, and the compressive residual stress on the outermost surface can be increased with a small shot grain. There is an effect that the effect of the conventional two-stage shot peening can be obtained by one shot peening. In addition, by simultaneously projecting shot grains mixed in large and small sizes under the same projection conditions, the effect of reducing the surface roughness of the surface to be processed can be obtained. In addition, in the case of a single projection nozzle, shots with different particle size peaks are simultaneously collided with a predetermined surface of the product to be processed, so that processing can be performed in a relatively short time, and the amount of projection can be adjusted. Processing time can be shortened. Further, if the projection to a predetermined target surface of a workpiece by two projection nozzles distinguish each different shot particle size peak, changing the projection state from the projection nozzle according to the surface shape of the surface to be processed Thus, it becomes possible to perform shot peening efficiently. In any case, the article to be processed is changed in its direction.
[0011]
The particle size distribution of the shot to be used is preferably projected such that one particle size peak is in the range of 0.05 to 0.2 mm and the other particle size peak is 0.4 mm or more. The projected weight of the mixed shot is preferably 100 g / cm ² or more per projected area of the article to be processed. In this way, a compressive residual stress peak occurs in the range of 20 microns from the surface of the product to be processed, and a high compressive residual stress is also generated inside, such as a combination of residual stress distributions generated according to each particle size distribution. It turned out to be effective in that it is distributed and formed all at once.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a specific embodiment of the shot peening process according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
The shot peening method of the present invention is a result of earnest research on the effect of shot size on residual stress in the conventional two-stage shot peening, and it is possible to obtain more rationally effective results by skillfully combining the operations. It was done.
[0018]
In particular, by using a shot having a particle size distribution of 0.05 to 0.2 mm in diameter and a shot having two or more particle size peaks mixed with a larger size shot, it is 20 microns from the surface. It has been found that the distribution is a combination of the residual stress distributions generated according to the respective particle size distributions, such as a compressive residual stress peak in the range and a high compressive residual stress in the interior.
[0019]
Further, in this embodiment, as described above, a shot having a particle size distribution with a diameter of 0.05 to 0.2 mm and a shot with a particle size distribution with a larger size (for example, a diameter of 0.4 mm or more), Even if it is accelerated by different fluids such as air and sprayed from individual nozzles to collide with the same product, the residual stress distribution is the same as when shots with two or more particle size peaks are mixed and sprayed. it can.
In other words, the same residual stress distribution can be obtained by one-step shot peening by using shots that are sufficiently uniformly mixed, even if the treatment is not divided into two steps as in the conventional two-step shot peening. .
[0020]
This embodiment will be described below while showing a specific relationship between the shot particle size distribution and the residual stress distribution after the shot.
[0021]
Table 1 shows the particle size (distribution) and the blending ratio of the shots tested. As the shot, an iron-based one having a hardness of about HRc 60 was used. The test materials were carburized case-hardened steel materials, which were each tested after carburizing, nitriding and quenching to an effective hardening depth of 1 mm.
Test piece Round bar φ30mm × 70mmL
[0022]
[Table 1]

[0023]
Next, FIG. 1 is a graph showing a comparison of residual stress distribution by shot peening, and the residual stress distribution in the depth direction for each of No1, No2, No3, No4, and No5 samples in Table 1 above. Is shown in comparison. In addition, about each sample, as shown in the remarks column of Table 1, No1 is a carburized treatment (symbol: GCQT), No2 is a conventional one-stage peening treatment (symbol: 8-HSP), No. 3 is a fine-grain peening treatment (symbol: 1-HSP), No. 4 is a conventional two-stage peening treatment (symbol: 81-HSP), and No. 5 is an example according to the present invention (symbol: MIX). -1). From the graph of FIG. 1, the residual stress distribution of No. 5 (MIX-1), which is an embodiment of the present invention, shows a residual stress distribution equivalent to that of the conventional two-stage peening (81-HSP), and one-stage peening. It can be seen that a higher surface compressive residual stress than (8-HSP) can be obtained.
[0024]
FIG. 2 shows an average value of the compressive residual stress of 20 microns below the surface when the ratio of the mixed shot and the projection amount are changed. The mixing ratio of the shot diameter of 0.1 mm shows a compressive residual stress value similar to that when the mixing ratio is high by increasing the projection time, so by increasing the collision frequency of the small diameter shot (on the small diameter side) It can be seen that by increasing the projection density, it is possible to generate high compressive residual stresses near the surface regardless of the mixing ratio. In short, high compressive residual stress can be generated by increasing the coverage.
[0025]
FIG. 3 shows a comparison of the surface roughness of the test piece, (a) is a graph showing the surface roughness of each test piece, and (b) is a shot corresponding to the treatment of each test piece. Indicates coverage. According to the surface roughness (Rmax) shown in FIG. 3, the surface roughness of the conventional one-stage peening (9 microns) by the conventional 0.8 mm shot and the surface roughness of the conventional two-stage peening (7.5 microns). ), It can be seen that the surface roughness of the test piece by the mixed peening of the example according to the present invention is small. That is, all of the test pieces (MIX-1 to MIX-5) of the examples are 6 microns or less. In this comparative example, the test pieces (MIX-1) and (MIX-2) show good results.
[0026]
From the result of such a test, according to the present embodiment in which a shot having a particle size distribution of two or more shots having two or more distribution peaks is simultaneously projected and processed, it is based on the conventional two-stage shot peening. It has been found that a good compressive residual stress can be generated, and that the surface roughness of the treated surface is less than that of a conventional treated product.
[0027]
Next, with respect to a specific example of a machine part (gear) machined by the above-described shot peening method, the residual stress distribution and surface roughness are compared with those obtained by conventional shot peening. A comparison of the residual stress distribution at the bottom is shown in a graph, and FIG. 5 is a graph comparing the surface roughness of the tooth surface in the gear.
[0028]
The gear in this specific example is a gear for a reduction gear having a tooth profile of module 3.25, and is subjected to shot peening under various conditions after applying carburizing and tempering treatment to general carburizing steel. .
[0029]
According to FIG. 4, in the conventional shot peened with φ0.8 mm shot (represented by 8HSP), the compressive residual stress on the outermost surface is relatively low at about −40 Kg / mm ² , but the small diameter shot In the test results with a mixing ratio of 7: 3 (represented by MIX73) and a mixing ratio of 5: 5 (represented by MIX55), the compressive residual stress on the outermost surface is A high compressive residual stress exceeding 100 Kg / mm ² can be confirmed in the average residual stress in the depth range from the outermost surface to 20 microns, increasing to -80 Kg / mm ² or more. Moreover, even in a region deeper than 50 microns from the outermost surface, 0.8 mm single shot peening (expressed by 8HSP) has been confirmed to be as high as the compressive residual stress from the surface to the inside as compared with the prior art. It can be seen that it is also possible for gears to produce high compressive residual stresses. In the graph, 1HSP represents fine grain peening, and 81HSP represents the conventional two-stage shot peening.
[0030]
On the other hand, according to the graph comparing the surface roughness of the tooth surface portion of the gear shown in FIG. 5, as in the case of the round bar test piece in the above-described embodiment, a processed product by the mixed shot peening (the shot peening treatment, MIX73). And MIX55), it can be seen that the surface roughness of the tooth surface is small even when compared with the prior art (the single shot peening 8HSP and the two-stage shot peening 81HSP), and can be reduced to 6 microns (Rmax) or less.
[0031]
Next, a specific example of a peening apparatus that performs the shot peening method will be described.
[0032]
FIG. 6 is a schematic diagram of a mixed shot peening apparatus that mixes shots having a particle size distribution of 2 or more and projects the shots from a single projection nozzle toward an object to be processed. In this first embodiment apparatus, hoppers 10a, 10b, 10c, 10d,... That accommodate shots having different particle size distributions are arranged, and the classified shots are accommodated in the respective hoppers. The hoppers are piped from the respective hoppers to the mixing device 11 so as to supply the particle size shots to the mixing device 11 at a required ratio for mixing. Although not shown, an opening / closing valve is provided at the outlet of each hopper.
[0033]
The shot mixed by the mixing device 11 is sent into a pressurized tank 12 in which air fed from a supply source (air supply source) 13 of compressed air (hereinafter simply referred to as air) is stored. 12 is supplied to the mixer 14 through the required amount of the mixed shot, and the mixer 14 mixes the air from the air supply source 13 with the supplied mixed shot and sends it to the projection nozzle 15 to be projected onto the workpiece. It is configured. In addition, if necessary, one more apparatus may be prepared and a mixed shot may be projected from two locations onto the workpiece.
[0034]
According to such an apparatus of the first embodiment, a shot having a particle size distribution peak of 2 or more is selected, mixed at a required ratio, and projected from the single projection nozzle 15 onto the object to be processed. In performing the surface treatment, since the projection is performed from one projection nozzle 15, the production efficiency can be increased.
[0035]
Next, FIG. 7 is a schematic diagram of another mixed peening apparatus, in which two types of shots having different particle size distributions are separately projected. In the second embodiment, the projection series of shots having a diameter with a small particle size peak and the projection series of shots with a diameter having a large particle size peak are separately provided. Therefore, in the first embodiment, the shot hoppers 10 'and 10 "are specified one by one in each series, and the air supply from the air supply source is branched and supplied for each series. Since this is the same as that in the first embodiment, the same reference numerals are assigned and detailed description is omitted.
[0036]
In such a mixed peening apparatus, for example, a shot with a small particle size is projected from one projection nozzle 15a toward the object to be processed, and a shot with a large particle size is projected from the other projection nozzle 15b, The projection amount is projected simultaneously from the projection nozzles 15a and 15b toward the object to be processed at a preset ratio. In this way, it is possible to efficiently perform the processing operation by changing the projection state depending on the situation, such as changing the direction of the projection nozzles 15a and 15b depending on the surface shape of the article to be processed.
[0037]
FIG. 8 is an overall schematic diagram to which a process of collecting and reusing shots in the aforementioned peening apparatus is added.
[0038]
By combining such methods of collecting and reusing shots, the above-described projection is performed by one projection nozzle 15 or by using a plurality of projection nozzles 15a, 15b... Even so, collecting used shots so that they can be reused is an economical use of materials by reducing industrial waste and reusing shots.
[0039]
In this embodiment, a workpiece (processed product) moving device 16 such as a rotation of a product to be processed in the shot projection device is assembled by dropping the projected shot under a cradle supporting the workpiece. A shot collection device 17 is provided in which a shot-like tray that can be collected is collected by a chute or the like and collected.
[0040]
The used shots collected and collected by the shot collecting device 17 are provided with a fine powder removing device 18 such as a vibrating screen, and the shots that are supplied to the fine powder removing device 18 and screened for crushed shots can be reused. Collect. The collected reusable shot is sent to the shot supply device 20 to be mixed with a new shot for use.
[0041]
The shot supply device 20 includes a new shot weighing supply device 21 that stores new shots and weighs and supplies them as needed (a weighing device is added corresponding to the hopper in the embodiment), and The collection shots screened by the fine powder removing device 18 are received and classified to a predetermined particle size, and the classification and weight measurement device 22 that measures the weight of the collection shots, and the collection shot that classifies and stores the classified shots. Hopper and its shot supply device 23 (corresponding to the hopper in the above-described embodiment), mix the two by selecting the grain size of the shot to be used and the supply amount by setting the mixing ratio of the new shot and the recovered shot, etc. Own a mixing device.
[0042]
With respect to such a shot supply device 20, the above-described mixing conditions are separately provided by the mixing control device 25 so that a command is given by selecting each of the shot conditions to be mixed. In the mixing control device 25, the shot supply ratio, mixing conditions, and the like are controlled by a preset program. Reference numeral 26 in the figure denotes an instrument such as a flow meter or a pressure gauge that measures and sets conditions for supplying air to the pressurized tank 12.
[0043]
By attaching the equipment for collecting and reusing such shots, the shots that have not been crushed out of the shots used for projection on the processed material are collected, further classified and divided into the required particle size distribution. When used again after being mixed with new shots, the amount of waste that becomes large when discarded as used can be reduced by recovering a considerable amount of it. The cost of shot peening can be reduced by utilizing both advantages.
[0044]
In this embodiment, the hoppers 10a, 10b, 10c,... Are the shot storage container of the present invention, the air supply source is the fluid supply device, the fine powder removal device is the device for separating the crushed shots, and the classification and weight measurement device is Each corresponds to an apparatus for measuring the particle size distribution of the collected shots.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a comparison of residual stress distribution by shot peening.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the weight ratio of a mixed shot, coverage, and surface compressive residual stress.
FIG. 3 is a graph (a) comparing the surface roughness of a test piece, and a table (b) representing shots and coverage corresponding to processing.
FIG. 4 is a graph showing a comparison of residual stress distribution at the bottom of a gear.
FIG. 5 is a graph comparing the surface roughness of the tooth surface portion of the gear.
FIG. 6 is a schematic diagram of a mixed peening apparatus.
FIG. 7 is a schematic view of another mixed peening apparatus.
FIG. 8 is an overall schematic diagram to which a process of collecting and reusing shots in a peening apparatus is added.
[Explanation of symbols]
10a, 10b, 10c, 10d, 10 ', 10 "hopper (shot container)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Mixing device 12 Pressurized tank 13 Air supply source 14 Mixer 15 Projection nozzle 16 Work moving device 17 Shot collection device 18 Fine powder removal device 20 Shot supply device 21 New shot weighing supply device 22 Classification and weight measurement device 23 Recovery shot hopper・ Shot supply device 25 Mixing control device A Product to be processed

Claims

In the shot peening method of accelerating the shot and projecting it on the workpiece,
A shot having one particle size peak and a shot having another particle size peak are mixed and ejected from a single projection nozzle toward a predetermined surface to be processed to be collided with the surface to be processed. A characteristic shot peening method.

In the shot peening method of accelerating the shot and projecting it on the workpiece,
Separately divided and shot with shot and other particle size peaks with an particle size peak to two projection nozzles, the object by jetting the same time toward a predetermined target surface of a workpiece from both projection nozzle A shot peening method characterized by causing a collision with a processing surface .