JP4710190B2 - Surface treatment method and surface treatment apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム合金鋳物の表面処理方法、表面処理装に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平10−183316号公報には、シリンダヘッドのシリンダブロックに対する合わせ面などの鋳物の表面処理において、先端のショルダ部に突出部を設けた回転工具を回転させながら押し込んで、熱により非溶融の状態で撹拌する表面処理方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
単一の回転工具を用いて連続的に摩擦撹拌による表面処理を行う場合、表面処理設備の実稼動率が高くなるほど、ワークと回転工具との摩擦によって生じた熱が回転工具に蓄積されやすくなり、工具自体や工具を取り付ける主軸の熱膨張量が増大して、ワーク表面に対する突出部の位置が変化する。
【0004】
この変化の影響により、NC制御データは同一であるにもかかわらず、回転工具のワーク表面に対する押し込み量は冷間時よりも温間時の方が大きくなる。この結果、表面改質領域の深さにバラツキを生じさせると共に、内部未充填欠陥の発生に影響を及ぼしてしまう。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、同一の工作機械を用いて摩擦撹拌処理とバリ除去加工とが行え、回転工具の熱膨張による処理深さのバラツキを抑え、未充填欠陥を防止できる表面処理方法、表面処理装を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の表面処理方法は、工作機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質する表面処理方法であって、前記工具支持手段には複数の回転工具が支持され、前記ワークの表面処理領域を前記複数の回転工具のうちの一つの回転工具により撹拌し、前記回転工具を前記ワークのバリを除去するバリ除去工具に変更し、前記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理し、次の回転工具による処理において、前記バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択して、回転工具による処理を実行する。
【0007】
本発明の表面処理装置は、工作機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質する表面処理装置であって、前記工具支持手段には複数の回転工具が支持され、前記ワークの表面処理領域を前記回転工具により撹拌する回転工具駆動手段と、前記回転工具又は前記ワークのバリを除去するバリ除去工具を選択する工具変更手段と、記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理するバリ除去工具駆動手段とを具備しており、前記回転工具駆動手段が前記ワークの表面処理領域を前記複数の回転工具のうちのひとつの回転工具により撹拌した後、前記工具変更手段が前記バリ除去工具を選択し、その後に前記バリ除去工具駆動手段が前記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理し、次の回転工具による処理において、前記工具変更手段が前記バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択して、前記回転工具駆動手段が回転工具による処理を実行する。
【0008】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項1、の発明によれば、工作機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面に挿入して摩擦撹拌により表面処理する際に、ワークの表面処理領域を回転工具により撹拌し、回転工具をワークのバリを除去するバリ除去工具に変更し、表面処理領域をバリ除去工具により処理することにより、同一の工作機械を用いて摩擦撹拌処理とバリ除去加工とが行え、回転工具の熱膨張による処理深さのバラツキを抑え、未充填欠陥を防止できる。
【0009】
請求項2の発明によれば、回転工具を複数有し、バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択することにより、直前に使用された回転工具に十分に冷却期間を与えることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【0012】
図1は、本発明に係る実施形態の表面処理方法を実施するための摩擦撹拌装置の概略図である。図2は、図1の回転工具付近の拡大図である。図3は、回転工具の先端部位の詳細図である。
【0013】
本実施形態の摩擦撹拌による表面処理は、被表面処理部材(以下、ワーク)の一例としてアルミニウム合金鋳物を対象としており、特に自動車のシリンダヘッドに形成される隣り合うポート間(弁間部)やピストン、ブレーキディスク等の熱疲労強度向上を目的とした表面改質処理に用いられ、大気中でアルミニウム合金鋳物の表面改質領域を摩擦熱により溶融させることなく撹拌させることにより、金属組織の微細化や共晶シリコン(Si)粒子の均一分散化、鋳造欠陥の減少を図り、熱疲労(低サイクル疲労)寿命や伸び、耐衝撃性等の材料特性において従来のリメルト処理以上のものを得ることができる。
【0014】
ここで、溶融しないで撹拌する状態とは、母材に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融点が低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により金属を軟化させて撹拌することを意味する。
【0015】
図1乃至図3に示すように、摩擦撹拌装置1は、円柱状軸体の一端部の平面なショルダ部3に、当該ショルダ部3より小径の外周表面にねじ山が形成された非消耗型突出部2が一体形成又は装着された回転工具4と、この回転工具4を回転させて突出部2を回転駆動させつつ、ワークの表面改質領域に対して突出部2を挿入してショルダ部3でワーク表面を押圧しながら相対的に移動させる工具駆動手段5と、ワークを位置決め保持する治具(不図示)を備える。
【0016】
工具駆動手段5としては、モータ等により回転工具4が回転可能で、かつ送りネジ機構やロボットアーム等により回転工具4を上下左右のあらゆる方向に移動可能な装置であって、回転工具4の回転数、送り速度及び押圧力(処理深さ)を可変制御可能なものが用いられる。他の工具駆動手段5の形態としては、後述するマシニングセンタなどの工作機械の主軸に回転工具4を回転可能に軸支すると共に、回転工具4に対してワークを相対的に上下方向や左右方向に2次元又は3次元的に移動させてもよい。
【0017】
突出部2と回転工具4のショルダ部3とは、アルミニウム合金よりも硬度の高い工具鋼やステンレス鋼などの鋼材からなり、突出部2の形状が、所定ピッチのねじ山状に形成されている。
【0018】
本実施形態では、図4に示すように、被表面処理部材としてJISで規格化されたアルミニウム合金であるAC4Dを一例として用いるが、アルミニウム合金のマグネシウム(Mg)含有率として0.2〜1.5重量%、シリコン(Si)含有率として1〜24重量%、好ましくは4〜13重量%の範囲で組成比率を変更可能である。他にAC4B,AC2B、ピストンに用いるAC8A等も利用できる。シリコン含有率の上限を24%に設定する理由は、それ以上シリコンを増加しても材料特性や鋳造性が飽和すると共に、撹拌性が悪化するからである。
【0019】
マグネシウムを含有するアルミニウム合金鋳物は、熱処理によりMg2Siを析出させて強度が高まる。ところが、リメルト処理のように溶融させて金属組織を微細化させる場合には、低融点(650℃)のマグネシウムが蒸発して含有量が低下することがある。そして、マグネシウム含有量が低下すると熱処理を施しても硬さや強度が低下して所望の材料特性が得られないことになる。
【0020】
一方、摩擦撹拌による表面処理では、金属組織を溶融させないのでマグネシウムが蒸発することもないため、アルミニウム合金鋳物は熱処理によりMg2Siを析出させて強度が高められるのである。
【0021】
アルミニウム合金にシリコンを添加することにより、鋳造性(溶湯の流動性、引け特性、耐熱間割れ性)は向上するが、共晶シリコンが一種の欠陥として作用して機械的特性(伸び)が低下する。
【0022】
共晶シリコンは硬くて脆く、亀裂発生の起点や伝播経路となるため伸びが低下する。また、弁間部のように繰り返し熱応力を受ける部位ではその疲労寿命が低下する。そして、金属組織ではデンドライトに沿って共晶シリコンが連なった形態を呈しているが、共晶シリコンを微細化し、均一に分散させることによって応力集中による亀裂の発生と、発生した亀裂の伝播を抑制することが可能となる。
【0023】
図5(a)は突出部長さに応じた処理深さを示す図であり、図5(b)は突出部長さPLを示す図であり、図5(c)は最大処理深さDmaxを示す図である。図6は、回転工具の回転数及び送り速度に応じた処理深さを示す図である。
【0024】
本実施形態では、突出部長さPLを要求深さの80〜90%に設定する。要求深さは突出部長さの1.1〜1.2倍となり、(0)〜10mm程度まで設定可能である。また、図5(a)に示すように、最大処理深さDmaxは突出部長さPLに比例(突出部長さの1.1〜1.2倍)して大きくなり、最大処理幅も突出部径に比例して大きくなる。また、図5(b)に示すように、最大処理深さDmaxは突出部長さPLで決まり、回転数や送り速度による影響は少ないと言える。更に、図6に例示するリメルト処理による最大処理深さに比べてばらつきは小さくなって信頼性を高めることができる。
【0025】
図7は、本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材のポート付近の基本形状を示す図である。図8は、図7のI−I断面図である。図9は、本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材のポート付近の特徴的な形状を示す図である。図10は、図9のII−II断面図である。
【0026】
両側面にポート開口部が存在する弁間部16は、エンジンの燃焼による体積膨張と冷却による体積収縮とを繰り返すことから、熱疲労による亀裂が発生しやすい。このため、弁間部16を摩擦撹拌により表面処理して金属組織の微細化と鋳巣面積率の低減とを実現することで、熱疲労による亀裂の発生や伝播に対する耐力が増大して熱疲労強度の向上を図ることができる。
【0027】
しかしながら、弁間部16はポート開口部14,15の存在によりワーク剛性が低く、回転工具4の押圧力と回転モーメントによって開口部14,15側面の母材組織は鉛直及び水平方向に塑性変形し、ポート開口部14,15の形状が変化してしまう。
【0028】
ポート開口部14,15の形状が変化すると、摩擦撹拌によって塑性流動した材料もポート開口部側に移動して突出部2の排気ポート開口部15側に充填される材料が減少して表面改質領域内部に移動軌跡Qに沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生しやすくなる。
【0029】
図7及び図8に示すように、表面改質領域は、回転工具4のショルダ部3の輪郭と移動軌跡Qで示した吸気ポート開口部14間から排気ポート開口部15間、及び吸気ポート開口部14と排気ポート開口部15の間に設定されている。また、回転工具4のショルダ部3が表面処理工程の全域においてワーク表面に接触するように、表面改質領域に隣接するポート開口部14,15の縁部14a,14b,15a,15bの形状が回転工具4の移動軌跡に沿って線形に形成されている。
【0030】
このように、ポート開口部14,15の縁部14a,14b,15a,15bを線形に形成することで見かけ上の弁間部16の幅は表面改質領域の全域に亘って同一となってるが、図8に示すように弁間部16の断面形状(肉厚)は機械加工されない部位のポート形状の制約によって排気ポート開口部15よりも吸気ポート開口部14の肉厚が小さくなっている。この断面形状差に伴うワーク剛性の差異に起因して、回転工具4の押し込みによる母材組織の鉛直方向の塑性変形と、回転モーメントによる水平方向の塑性変形とは、排気ポート開口部15よりも吸気ポート開口部14に起こり易くなる。
【0031】
この結果、摩擦撹拌による表面処理により塑性流動した材料は、母材が変形した吸気ポート開口部14側に充填されやすくなり、突出部2の排気ポート開口部15側に充填される材料が減少して表面改質領域内部に移動軌跡Qに沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生しやすくなる。
【0032】
この未充填欠陥は、通常、回転工具4の移動軌跡Qに沿ってトンネル状に発生し、母材の鋳巣よりも面積(体積)が大きくなるため、熱疲労による亀裂の発生や伝播に対する耐力が増大して、所望の熱疲労強度が得られなくなる。
【0033】
そこで、本実施形態では、図7及び図8に示すポートを基本形状として、図9及び図10に示すように、吸気ポート開口部14に幅4mm、高さ5mm程度の移動軌跡Qに直交する2つの梁17,18を、この開口部14の素材の軟化による変形を阻止する余肉部として形成している。
【0034】
梁17,18は、ワーク鋳造型に梁を形成する転写部位を設け、この型が上位に配置されてワーク鋳造時に同時に形成される。従って、製造工程を増加することなく梁17,18を形成することができる。
【0035】
この梁17,18の存在により、吸気ポート開口部14の側面は水平方向の変形抵抗が大幅に増加すると共に、片持ち梁構造が両持ち梁構造になるために鉛直方向の変形抵抗も増加して、ポート開口部の変形とこの変形に伴う未充填欠陥の発生を抑えることができる。
【0036】
また、これら梁17,18は、仕上げ加工において上記線形形状部と共に除去されるために吸気効率に対する弊害は発生しない。
【0037】
尚、上記例では、ワーク剛性の比較的低い吸気ポート開口部14にのみ梁を設けたが、ポート形状に応じて排気ポート開口部15に設けてもよい。また、梁17,18の幅や高さについても、ポート開口部の肉厚などを考慮して必要に応じて寸法を変更したり、直交形状ではなくT字状に形成してもよい。
【0038】
更に、仕上げ加工での生産性低下に対する影響が少ないのであれば、ワーク鋳造時においてポート開口部を完全に塞いだ形状にしたり、図7に示すポート開口部径φ1を小さくして仕上げ後のポート内径φ2に対してφ1≦φ2/2を満たす形状にしてもよく、この場合には、ポート開口部の形状が円形で直線部分がないため変形が少なくできる。
【0039】
[シリンダヘッドの製造方法]
次に、本実施形態によるディーゼルエンジン用シリンダヘッドの製造工程について説明する。
【0040】
図11は、本実施形態のディーゼルエンジン用シリンダヘッドの製造工程を説明するフローチャートである。
【0041】
図11に示すように、ステップS1では中間体としてのシリンダヘッドをアルミニウム合金から鋳造する。ステップS2では、鋳物を鋳造型から取り出して湯口を削除する。ステップS3では、鋳造型から取り出した鋳物に砂出しを主目的としたT6熱処理を施す。ステップS4では、鋳物の弁間部に摩擦撹拌により表面処理を施す。ステップS5では、鋳物に再度T6熱処理を施して硬さや強度を増加する。ステップS6では、仕上げ加工を施す。
【0042】
[摩擦撹拌による表面処理]
次に、図11のステップS4での摩擦撹拌処理ついて説明する。
【0043】
摩擦撹拌による表面処理では、処理終了部位に突出部形状が転写された終端穴が残存するが、後工程で穴あけ加工を施す部位を終端穴位置とすれば終端穴が残るのを回避することができる。ところが、突出部径は後加工穴径以下にする必要があり、ワークの加工形状仕様や表面処理仕様によっては回転工具4の移動軌跡Qを互いにオフセットさせながら往復移動させて2回以上処理する必要がある。
【0044】
このとき、図7乃至図10で説明したように弁間部16の断面形状(肉厚)は機械加工されない部位のポート形状の制約によって排気ポート開口部15よりも吸気ポート開口部14の肉厚が小さくなっている。この断面形状差に伴うワーク剛性の差異に起因して、回転工具4の押し込みによる母材組織の鉛直方向の塑性変形と、回転モーメントによる水平方向の塑性変形とは、排気ポート開口部15よりも吸気ポート開口部14に起こり易くなる。
【0045】
そして、2回目の復路の処理領域は1回目の往路の処理による摩擦熱が伝導するため温度上昇に伴いヤング率が低下して変形しやすく、後工程での加工取りしろが増大すると共に、変形量が過剰になると変形した方向に材料の流動が促進されるため、変形した方向とは反対側に充填される材料が減少して表面改質領域内部に移動軌跡Qに沿ってトンネル状の未充填欠陥が発生しやすくなる。
【0046】
そこで、本実施形態では、弁間部の形状に起因した剛性の高い部位(排気ポート開口部側)を2回目の復路の処理領域に設定して温度上昇によるヤング率低下の弊害を低減し、変形量の低減及び未充填欠陥の発生防止を図っている。
【0047】
図13に示すように、2回目の復路の処理経路P2をワーク剛性の低い部位(吸気ポート開口部14側)に設定すると、ワーク剛性の高い部位の排気ポート開口部15はもとの形状を維持しているのに対して、ワーク剛性の低い部位は大きく変形し、この変形による材料の流動により表面改質領域内部に未充填欠陥が発生してしまう。
【0048】
一方、図12に示すように、2回目の復路の処理経路P2をワーク剛性の高い部位の排気ポート開口部15側に設定すると、ワーク剛性の高い部位も低い部位も共にポート開口部14,15はもとの形状を概ね維持し、表面改質領域内部での未充填欠陥の発生も抑制できるのである。
【0049】
本実施形態のような突出部2を持つ回転工具4を用いた表面処理の欠点は、処理経路の終点に突出部2の終端穴が残ってしまうところにある。更に、処理始点においても欠陥が生じやすく、これを解決するために、始点を通過するように処理経路を設定する。また、シリンダヘッドなどのボルトの穴あけ加工が後工程で施される鋳物の表面を処理する場合には、穴あけ加工における穴径より小径の突出部を用いて、処理経路の終点を穴あけ加工を施す位置に設定する。これにより、製品に終端穴が残らないようにできる。
【0050】
図14は、本実施形態の摩擦撹拌処理を用いた直列多気筒のディーゼルエンジンのシリンダヘッドの表面処理について説明する図である。
【0051】
図14に示すように、シリンダヘッド素材Hは、複数の気筒に対応して一対の吸気ポート開口部14と、一対の排気ポート開口部15と、不図示のシリンダブロックに締結するため複数のテンションボルト穴21とを有する。ここで、吸気ポート開口部14は吸気量をかせぐためになるべく大きくしたいという要求があるため、隣り合う吸気ポート間は狭くなり、薄肉になる。
【0052】
そこで、本実施形態では、処理経路例として、1つの気筒に対して互いに対向する排気ポート開口部15及び吸気ポート開口部14の対の間を通るようにシリンダヘッド素材Hの長手方向の一端部から他端部に向かって連続処理してテンションボルト穴21を終点とする第1往路パスQ1と、シリンダヘッド素材Hの他端部で折り返して第1往路パスQ1とは反対方向にオフセットして並列に排気ポート開口部15及び吸気ポート開口部14の対の間を通るようにシリンダヘッド素材Hの長手方向の他端部から一端部に向かって連続処理してテンションボルト穴21を終点とする第1復路パスQ2と、この第1復路パスQ2の処理後、この第1復路パスQ2への折り返し位置に隣接する気筒から互いに対向する一対の排気ポート15と一対の吸気ポート14の間を往復しながら順次処理してテンションボルト穴21を終点とする第2往復パスQ3〜Q6とを経て、シリンダヘッド素材Hの表面を回転工具の熱により溶融させることなく撹拌して改質する。
【0053】
第2往復パスQ3〜Q6は、ワーク剛性の低い部位である吸気ポート開口部14側にオフセットした処理経路を往路とし、ワーク剛性の高い部位である排気ポート開口部15側にオフセットした経路を復路として連続した往復経路となり、往路と復路の各処理領域がオーバラップしている。
【0054】
この第2往復パスQ3〜Q6のように、2回目の復路の処理経路をワーク剛性の高い部位である排気ポート開口部15側に設定することで、ワーク剛性の高い部位はもちろんのこと、ワーク剛性の低い吸気ポート開口部にも変形は発生せず、表面改質領域内部での未充填欠陥の発生も抑制できる。
【0055】
上記シリンダヘッドの表面処理では、回転工具の回転数を700〜1100rpm、送り速度を400〜550mm/min、突出部長さを5〜6mm、突出部径7±1mm、ショルダ部径15±1mmとして、第1パスと第2パスとの処理幅の合計が素材の弁間部幅−2mm以下となるように設定するのが望ましい。尚、突出部径とショルダ部径とは、2≦ショルダ部/突出部<4として各寸法を設定する。また、ショルダ部の素材処理表面に対する押し込み量は、0.3mm以上に設定する。
【0056】
[工具駆動手段としての工作機械]
単一の回転工具を用いて連続的に摩擦撹拌による表面処理を行う場合、表面処理設備の実稼動率が高くなるほど、ワークと回転工具との摩擦によって生じた熱が回転工具に蓄積されやすくなり、工具自体や工具を取り付ける主軸の熱膨張量が増大して、ワーク表面に対する突出部の位置が変化する。
【0057】
この変化の影響により、NC制御データは同一であるにもかかわらず、回転工具のワーク表面に対する押し込み量は冷間時よりも温間時の方が大きくなる。この結果、表面改質領域の深さにバラツキを生じさせると共に、内部未充填欠陥の発生に影響を及ぼしてしまう。
【0058】
一方、摩擦撹拌による表面処理の場合、回転工具のショルダ部をワーク表面に押し付けながら移動させるために、ショルダ部の外周縁部に対応してワーク表面にバリが発生するため、このバリを取り除くバリ除去加工も必要となる。
【0059】
そこで、本実施形態では、ツールチェンジャを有する工作機械を用いて、若しくは工作機械にツールチェンジャを設けて、このツールチェンジャに同形状の回転工具を少なくとも2本保持させると共に、バリ除去工具を少なくとも1本保持させ、バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択するようにして、摩擦撹拌による表面処理とこの表面処理によって発生するバリ除去加工とを交互に実行する。
【0060】
この方法によって、回転工具1本あたりの待機時間はバリ除去加工時間から表面処理時間×回転工具保持数だけ延長でき、その待機時間の間に回転工具の温度を低下できるので、工具自体や主軸の熱膨張に伴う表面改質領域の深さのバラツキを抑えることができる。
【0061】
図15は、工具駆動手段としての工作機械の概略正面図である。
【0062】
図15に示すように、工作機械100は、回転工具4やバリ除去工具Tを着脱可能に支持するツールチェンジャ101と、NC制御プログラムに従って回転工具4又はバリ除去工具Tを選択して工具中心軸まわりに回転すると共に、上下方向に移動可能な主軸102と、工具に対向してワークを保持すると共に、ワークを工具に対して相対的に2次元的に移動させるXYテーブル103とを備え、不図示のコントローラに格納されたNC制御プログラムに従って数値制御される。ワークは、XYテーブル103に対して加工基準穴22(図14参照)で位置決めされて保持される。
【0063】
本実施形態の第1処理例としては、ツールチェンジャ101に同形状の5本の回転工具4A−4E、1本のバリ除去工具としてのフライスカッターT1とを保持させ、ワーク1個あたりの処理時間は約6分で、その内訳は、ワーク交換に1分20秒、表面処理に4分、バリ除去加工に1分20秒とし、最初の回転工具4Aを使用した後、図16に示す手順にて工具を順次交換して連続的に31個のワークを処理している。
【0064】
尚、ツールチェンジャ101に取り付ける回転工具本数としては、ある回転工具を使用した後、その回転工具を次に使用するまでの時間が少なくとも20分以上あって、十分冷却できる時間が好ましい。
【0065】
そして、最初の回転工具4Aを使用して処理した1個目、11個目,21個目,31個目の夫々のワークについて処理開始直前に温度計を用いて直接回転工具の表面温度を測定した。
【0066】
また、本実施形態の第2処理例としては、ツールチェンジャ101に各々1本の回転工具4とフライスカッターT1とを保持させ、ワーク1個あたりの処理時間やその内訳は第1処理例と同一条件として、図17に示す手順にて交互に工具を交換して連続的に31個のワークを処理している。
【0067】
同様に、最初の回転工具4Aを使用して処理した1個目、11個目,21個目,31個目の夫々のワークについて処理開始直前に温度計を用いて直接回転工具の表面温度を測定した。
【0068】
図18は、第1処理例及び第2処理例による31個目の連続処理が終了した後の1個目、11個目,21個目,31個目の各ワークについて測定した温度及び処理深さを示し、第1処理例によるといずれのワークについても処理深さが略一定であり内部未充填欠陥も発生せず、回転工具の表面温度も大きく変化せず良好な結果が得られた。
【0069】
一方、第2処理例では、1個目から11個目,11個目から21個目での回転工具の表面温度が急激に上昇し、それに伴って処理深さも次第に大きくなり21個目と31個目のワークに内部未充填欠陥が発生していた。
【0070】
上記第1処理例のように、回転工具1本あたりの処理時間をワーク1個あたりの処理時間×回転工具数(約30分)とし、回転工具の実質的な待機時間を約6分確保した場合には、回転工具に蓄積された摩擦熱が待機時間内に放熱され、ワーク11個目以降は略一定の温度となっており、処理深さのバラツキ幅も0.15mmであるが工具温度や累積処理数との相関関係は認められない。
【0071】
これに対して、第2処理例では、回転工具の待機時間が約2分しかないため、回転工具に蓄積された摩擦熱が放熱される前に次の処理が開始されることになり、累積処理数が21個目に達するまでの間は時間の経過とともに工具の表面温度と処理深さが増加する傾向にある。処理深さが時間経過とともに増加するのは、熱膨張によって工具の押し込み量が増加したためであり、21個目と31個目にのみ未充填欠陥が発生したのも熱膨張によって工具の押し込み量が増加したためである。
【0072】
尚、第2処理例の場合には、第1処理例と同じ条件では良好な結果を得ることができないが、回転工具の移動軌跡が長く(処理時間が長く)、要求される処理深さが大きく、且つ表面改質領域でのワーク肉厚が大きい場合には、有効な処理手順になり得る。また、送風などにより回転工具を強制的に冷却してもよい。
【0073】
[他の処理例]
上記ツールチェンジャによる表面処理以外の他の処理例として、摩擦撹拌による表面処理開始直前に温度センサなどを用いて回転工具の表面温度を測定し、或いはタッチセンサなどを用いて回転工具の熱膨張量を測定して、これら測定値に応じて回転工具の押し込み量を補正したり、予め複数のNC制御プログラムを用意しておき、ワークごとの測定値に対応した適切なNC制御プログラムを選択して表面処理を実行してもよい。
【0074】
この方法によって、回転工具が摩擦熱により熱膨張した場合でも、工具押し込み量は略一定になるよう制御でき、表面改質領域の深さのバラツキや内部未充填欠陥の発生を抑えることができる。
【0075】
具体的な処理例としては、ワーク1つあたりの処理時間は約7分で、その内訳は、(i)ワーク交換に1分20秒、(ii)回転工具の表面温度測定に1分10秒、(iii)回転工具の熱膨張量測定に30秒、(iv)表面処理に4分とし、(i)→(iv)の順番での処理手順とする。
【0076】
そして、上記(ii)の表面温度測定は、図19に示す回転工具4のショルダ部3外周側面の軸方向中央部3aを測定部位として接触温度計などを用いて行う。また、(iii)の回転工具4の熱膨張量測定は、図19に示す回転工具4のショルダ部3外周側面に形成された段差部3bの変位量を測定部位としてダイヤルゲージなどを用いて行う。段差部3bは、回転工具4の先端部に可能な限り近く且つワーク内部に挿入されない部位を研削加工して形成される。回転工具4の突出部2先端やショルダ部3端面を測定部位にしていないのは、これらの部位は表面処理によって撹拌された材料が付着し、熱膨張量に材料の膜厚が付加された値が測定されてしまうからである。
【0077】
図20は、上記処理手順による10個のワークを1本の回転工具にて連続的に処理した時の工具の表面温度及び熱膨張による工具位置計測データを示し、累積処理数の増加に伴い回転工具の表面温度が上昇すると共に、温度上昇によって工具が熱膨張して軸方向に伸びていることがわかる。従って、同一のNC制御プログラムならば、回転工具の熱膨張によって工具の押し込み量が変化し、結果として、処理深さにバラツキが生じると共に、内部未充填欠陥が発生することになる。
【0078】
上記結果に基づき、(1)回転工具を工作機械の主軸に取り付け、摩擦撹拌による表面処理開始直前に熱膨張量測定部位の鉛直方向位置をタッチセンサなどを用いて測定し、この測定値に応じて工具の押し込み量を補正或いは適切なNC制御プログラムを選択・変更して工具の押し込み量を一定に制御する。
【0079】
(2)図20に示した工具の表面温度と熱膨張量の間には、下記関数式に示される相関関係が認められることにより、工具の熱膨張量の代用特性として工具の表面温度を表面処理開始前に測定し、この測定値に応じて工具の押し込み量を補正或いは適切なNC制御プログラムを選択・変更して工具の押し込み量を一定に制御する。
【0080】
(ΔT−T)×α×L=ΔL
但し、T:回転工具の初期表面温度、ΔT:回転工具の温度上昇後の表面温度、L:回転工具の初期長さ、ΔL:温度ΔT上昇後(熱膨張後)の回転工具の長さ、α:回転工具の線膨張係数
尚、図20に示した工具の表面温度と熱膨張量の間には、相関係数R≒0.975の相関関係が認められるので、工具の熱膨張量の代用特性として工具の表面温度を表面処理開始前に測定し、この測定値と相関係数に応じて工具の押し込み量を補正或いは適切なNC制御プログラムを選択・変更して工具の押し込み量を一定に制御してもよい。
【0081】
上記(1)又は(2)のいずれか一方、又は両方を併用することで、回転工具の温度上昇に起因して工具や工作機械の主軸が熱膨張しても、処理深さを安定させることができる。
【0082】
[表面処理部材の欠陥検査方法]
表面改質領域に発生する欠陥は、一般に人間の目視観察によって検出しているが、欠陥の大きさが小さくなると目視での検出が困難になる。また、本実施形態のような摩擦撹拌による表面処理の場合、ワーク表面にバリが発生するためにバリに覆われた部分の欠陥を目視で検出するのは一層困難になる。
【0083】
そこで、本実施形態では、摩擦撹拌による表面処理中において、電力計や周波数測定器などを用いて工作機械の主軸電力波形をモニタし、パソコンなどの演算機器によって回転工具がワーク表面に接触しワーク表面から引き抜かれるまでの消費電力量を演算し、或いは表面処理開始前のワーク表面温度を温度センサなどにより予め測定する。
【0084】
そして、処理直後にワーク温度と消費電力量との関係をパソコンなどを用いて解析し、消費電力量が異常に高い値を示した時には欠陥発生とみなして警告を発する。
【0085】
具体的には、所定寸法(例えば、長さ150mm×幅35mm×厚さ20mmの)のアルミニウム合金製鋳物をワークとして用い、回転工具をNC工作機械の主軸に取り付け、ワーク表面に対して回転工具の移動軌跡が100mmとなるように、図21に示す処理条件に従って摩擦撹拌による表面処理を実行する。
【0086】
また、上記条件で連続して処理を行うと、発生する摩擦熱がワークを保持する治具に伝わり次のワークに治具の熱が伝導してしまうため、表面処理開始直前のワークの表面温度を接触温度計などで測定する。
【0087】
また、主軸モータへの電力の供給ラインに電力計を取り付け、この測定値をパソコンに転送するように構成して、図22に示す主軸電力波形が得られる。更に、予め主軸空転時(無負荷時)の消費電力量を演算しておき、その値を基準値として主軸電力波形を積分することで表面処理に要した主軸消費電力量を演算する。
【0088】
図23は、ワークごとの表面処理開始前のワーク表面温度の測定値と主軸消費電力量の関係を示し、別途目視にて表面改質領域の欠陥を検査したところ、図中62.2℃−113.18KWsの位置に対応するワークに欠陥が認められた。
【0089】
そこで、上記目視による検査結果と図24に示す結果との間に相関関係があるか確認すると、図24に示すようにワーク表面温度に比べて消費電力量が高めの値を示したワークの測定結果との間に高い相関関係が認められる。
【0090】
従って、上記図24のワーク温度と主軸消費電力量との間の略線形な相関関係を用いて、ワーク温度と消費電力量の各測定値が、予め決められた閾値を超えている場合に、該当する処理でのワークには欠陥が発生しているとみなして警告を発することにより、目視による工数を省くことができ、組立ライン上においてオンラインによる遠隔操作にてワークの良否を判定できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施形態の表面処理方法を実施するための摩擦撹拌装置の概略図である。
【図2】図1の回転工具付近の拡大図である。
【図3】回転工具の先端部位の詳細図である。
【図4】本実施形態のアルミニウム合金の成分比率を示す図である。
【図5】(a)は先端ピン長さに応じた処理深さを示す図、(b)は先端ピン長さPLを示す図、(c)は最大処理深さDmaxを示す図である。
【図6】ピン状工具の回転数及び送り速度に応じた処理深さを示す図である。
【図7】本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材のポート付近の基本形状を示す図である。
【図8】図7のI−I断面図である。
【図9】本実施形態の摩擦撹拌による表面処理を施す仕上げ加工前のディーゼルエンジン用シリンダヘッド素材のポート付近の特徴的な形状を示す図である。
【図10】図9のII−II断面図である。
【図11】本実施形態のディーゼルエンジン用シリンダヘッドの製造工程を説明するフローチャートである。
【図12】本実施形態の表面処理例を示す弁間部の断面図である。
【図13】本実施形態の表面処理に対する比較例を示す弁間部の断面図である。
【図14】本実施形態の摩擦撹拌処理を用いた直列多気筒のディーゼルエンジンのシリンダヘッドの表面処理について説明する図である。
【図15】工具駆動手段としての工作機械の概略正面図である。
【図16】ツールチェンジャによる表面処理の第1処理例を説明する図である。
【図17】ツールチェンジャによる表面処理の第2処理例を説明する図である。
【図18】第1処理例と第2処理例における工具温度と処理深さとを経時的に比較した図である。
【図19】回転工具の温度測定部位と位置測定部位とを示す図である。
【図20】10個のワークを1本の回転工具にて連続的に処理した時の工具の表面温度及び熱膨張による工具位置計測データを示す図である。
【図21】摩擦撹拌による表面処理条件を示す図である。
【図22】摩擦撹拌による表面処理時の主軸電力波形を示す図である。
【図23】摩擦撹拌処理後の目視による欠陥検査結果を示す図である。
【図24】摩擦撹拌処理直前のワーク温度と主軸電力波形の積分値との相関関係を示す図である。
【符号の説明】
1 摩擦撹拌装置
2 突出部
3 ショルダ部
4 回転工具
5 工具駆動手段
14 吸気ポート開口部
15 排気ポート開口部
16 弁間部
17,18 梁
H シリンダヘッド素材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a surface treatment method and a surface treatment apparatus for an aluminum alloy casting. Place About.
[0002]
[Prior art]
In JP-A-10-183316, in a surface treatment of a casting such as a mating surface of a cylinder head with respect to a cylinder block, a rotary tool provided with a protruding portion on a shoulder portion at the tip is pushed in while rotating, and is not melted by heat. A surface treatment method of stirring in a state is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When performing surface treatment by continuous friction stirring using a single rotating tool, the higher the actual operation rate of the surface treatment equipment, the more easily heat generated by friction between the workpiece and the rotating tool is accumulated in the rotating tool. The amount of thermal expansion of the tool itself and the spindle to which the tool is attached increases, and the position of the protrusion with respect to the workpiece surface changes.
[0004]
Due to the influence of this change, although the NC control data is the same, the pushing amount of the rotary tool with respect to the workpiece surface becomes larger in the warmer time than in the colder time. As a result, the depth of the surface modification region varies, and the generation of unfilled defects is affected.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to perform friction stir processing and burr removal processing using the same machine tool, suppress variation in processing depth due to thermal expansion of the rotary tool, and unfilled defects. Treatment method and surface treatment equipment Place Is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the surface treatment method of the present invention inserts a rotary tool removably supported by a tool support means of a machine tool into the workpiece surface, and rotates the rotary tool. A surface treatment method in which the work surface is agitated and modified without melting the generated frictional heat, A plurality of rotary tools are supported on the tool support means, The surface treatment area of the workpiece is the One of the rotating tools Stirring with a rotary tool, changing the rotary tool to a burr removal tool that removes burrs on the workpiece, and treating the surface treatment area with the burr removal tool Then, in the next processing by the rotary tool, the rotary tool different from the rotary tool used immediately after the processing by the deburring tool is selected and the processing by the rotary tool is executed. To do.
[0007]
The surface treatment apparatus of the present invention inserts a rotary tool removably supported on a tool support means of a machine tool into a work surface, and stirs the work surface without melting it by frictional heat generated by the rotation of the rotary tool. A surface treatment device for reforming, A plurality of rotary tools are supported on the tool support means, Rotating tool driving means for stirring the surface treatment area of the workpiece by the rotating tool, and the rotating tool Or Deburring tool for removing burrs on the workpiece choose Tool change means to in front Burr removal tool driving means for treating the surface treatment region with the burr removal tool And after the rotary tool driving means agitates the surface treatment area of the workpiece with one rotary tool of the plurality of rotary tools, the tool changing means selects the deburring tool, and then The deburring tool driving means processes the surface treatment area with the deburring tool, and in the next processing with the rotating tool, the tool changing means rotates differently from the rotating tool used immediately after the processing with the deburring tool. Select a tool, and the rotary tool drive means executes the process with the rotary tool To do.
[0008]
【The invention's effect】
As described above, claim 1, 2 According to the invention, when a rotating tool supported detachably on the tool support means of the machine tool is inserted into the surface of the workpiece and surface-treated by friction stirring, the surface treatment area of the workpiece is stirred by the rotating tool and rotated. By changing the tool to a deburring tool that removes burrs on the workpiece and treating the surface treatment area with the deburring tool, friction stirring and deburring can be performed using the same machine tool, and the heat of the rotating tool can be reduced. Variations in processing depth due to expansion can be suppressed, and unfilled defects can be prevented.
[0009]
According to the second aspect of the present invention, a rotary tool that has a plurality of rotary tools and that is different from the rotary tool used immediately after the processing by the deburring tool is sufficient for the rotary tool used immediately before. A cooling period can be given.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0011]
The embodiment described below is an example as means for realizing the present invention, and the present invention can be applied to a modified or modified embodiment described below without departing from the spirit of the present invention.
[0012]
FIG. 1 is a schematic view of a friction stirrer for carrying out a surface treatment method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the rotary tool of FIG. FIG. 3 is a detailed view of the tip portion of the rotary tool.
[0013]
The surface treatment by friction agitation in this embodiment is directed to an aluminum alloy casting as an example of a surface treatment member (hereinafter referred to as a workpiece), and particularly between adjacent ports (valve portions) formed in a cylinder head of an automobile. It is used for surface modification treatment for the purpose of improving the thermal fatigue strength of pistons, brake disks, etc., and the surface modification region of an aluminum alloy casting is agitated in the atmosphere without being melted by frictional heat, resulting in a fine metal structure. To improve the uniformity of eutectic silicon (Si) particles, reduce casting defects, and obtain material properties such as thermal fatigue (low cycle fatigue) life, elongation, impact resistance, etc. that exceed conventional remelt treatment. Can do.
[0014]
Here, the state of stirring without melting is to stir by softening the metal with frictional heat at a temperature lower than the lowest melting point of each component or eutectic compound contained in the base material. Means.
[0015]
As shown in FIGS. 1 to 3, the friction stirrer 1 is a non-consumable type in which a thread is formed on an outer peripheral surface having a diameter smaller than that of the shoulder portion 3 on a flat shoulder portion 3 at one end of a cylindrical shaft body. A rotating tool 4 in which the projecting portion 2 is integrally formed or mounted, and the projecting portion 2 is inserted into the surface modification region of the work by rotating the rotating tool 4 to rotate the projecting portion 2 and driving the shoulder portion. 3 includes a tool driving means 5 for relatively moving the workpiece surface while pressing the workpiece surface, and a jig (not shown) for positioning and holding the workpiece.
[0016]
The tool driving means 5 is a device in which the rotary tool 4 can be rotated by a motor or the like, and the rotary tool 4 can be moved in all directions up, down, left and right by a feed screw mechanism, a robot arm or the like. The number, the feed speed, and the pressing force (processing depth) that can be variably controlled are used. As another form of the tool driving means 5, the rotary tool 4 is rotatably supported on a spindle of a machine tool such as a machining center which will be described later, and the work is moved in the vertical direction and the horizontal direction relative to the rotary tool 4. It may be moved two-dimensionally or three-dimensionally.
[0017]
The protrusion 2 and the shoulder 3 of the rotary tool 4 are made of steel such as tool steel or stainless steel having a hardness higher than that of an aluminum alloy, and the shape of the protrusion 2 is formed in a thread shape with a predetermined pitch. .
[0018]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, AC4D, which is an aluminum alloy standardized by JIS, is used as an example of the surface treatment member, but the magnesium (Mg) content of the aluminum alloy is 0.2-1. The composition ratio can be changed in the range of 5 wt% and silicon (Si) content of 1 to 24 wt%, preferably 4 to 13 wt%. In addition, AC4B, AC2B, AC8A used for the piston, and the like can be used. The reason why the upper limit of the silicon content is set to 24% is that even if silicon is further increased, the material characteristics and castability are saturated and the stirring property is deteriorated.
[0019]
Aluminum alloy castings containing magnesium are treated with 2 Si is deposited to increase the strength. However, when the metal structure is refined by melting as in the remelt process, the low melting point (650 ° C.) magnesium may evaporate and the content may be reduced. And if magnesium content falls, even if it heat-processes, hardness and intensity | strength will fall and a desired material characteristic will not be acquired.
[0020]
On the other hand, in the surface treatment by friction stirring, since the metal structure is not melted, magnesium does not evaporate. 2 Si is deposited to increase the strength.
[0021]
By adding silicon to the aluminum alloy, castability (melt fluidity, shrinkage characteristics, hot cracking resistance) is improved, but eutectic silicon acts as a kind of defect and mechanical properties (elongation) are reduced. To do.
[0022]
Eutectic silicon is hard and brittle, and its elongation decreases because it becomes the starting point and propagation path of cracks. In addition, the fatigue life of a portion such as a valve portion that is repeatedly subjected to thermal stress is reduced. In the metal structure, eutectic silicon is formed along dendrites, but the eutectic silicon is refined and dispersed uniformly to suppress the generation of cracks due to stress concentration and the propagation of the generated cracks. It becomes possible to do.
[0023]
FIG. 5A is a diagram showing the processing depth according to the protrusion length, FIG. 5B is a diagram showing the protrusion length PL, and FIG. 5C shows the maximum processing depth Dmax. FIG. FIG. 6 is a diagram showing the processing depth according to the rotational speed and feed speed of the rotary tool.
[0024]
In the present embodiment, the protruding portion length PL is set to 80 to 90% of the required depth. The required depth is 1.1 to 1.2 times the length of the protrusion, and can be set to about (0) to 10 mm. Further, as shown in FIG. 5A, the maximum processing depth Dmax increases in proportion to the protruding portion length PL (1.1 to 1.2 times the protruding portion length), and the maximum processing width also increases the protruding portion diameter. Increases in proportion to Further, as shown in FIG. 5 (b), the maximum processing depth Dmax is determined by the protrusion length PL, and it can be said that the influence of the rotation speed and the feed speed is small. Further, the variation is smaller than the maximum processing depth by the remelt processing illustrated in FIG. 6, and the reliability can be improved.
[0025]
FIG. 7 is a diagram showing a basic shape in the vicinity of a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing that performs a surface treatment by friction stirring according to the present embodiment. 8 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. FIG. 9 is a diagram showing a characteristic shape in the vicinity of a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing that performs a surface treatment by friction stirring according to the present embodiment. 10 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
[0026]
The inter-valve portion 16 having the port openings on both side surfaces repeats volume expansion due to engine combustion and volume contraction due to cooling, and thus cracks due to thermal fatigue are likely to occur. For this reason, surface treatment is performed on the inter-valve portion 16 by friction stir to realize a refinement of the metal structure and a reduction in the void area ratio, thereby increasing the resistance to crack generation and propagation due to thermal fatigue and thermal fatigue. The strength can be improved.
[0027]
However, the inter-valve portion 16 has low work rigidity due to the presence of the port openings 14 and 15, and the base metal structure on the side surfaces of the openings 14 and 15 is plastically deformed in the vertical and horizontal directions by the pressing force and rotational moment of the rotary tool 4. The shape of the port openings 14 and 15 changes.
[0028]
When the shape of the port openings 14 and 15 is changed, the material plastically flowed by the friction stirrer is also moved to the port opening side, and the material filled in the exhaust port opening 15 side of the projecting portion 2 is reduced to improve the surface. Tunnel-like unfilled defects are likely to occur along the movement trajectory Q inside the region.
[0029]
As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the surface reforming region includes the contour of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 and between the intake port openings 14 indicated by the movement trajectory Q to the exhaust port openings 15 and the intake port openings. It is set between the portion 14 and the exhaust port opening 15. Further, the shape of the edge portions 14a, 14b, 15a, 15b of the port openings 14, 15 adjacent to the surface modification region is such that the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 contacts the workpiece surface throughout the surface treatment process. It is formed linearly along the movement trajectory of the rotary tool 4.
[0030]
Thus, by forming the edge portions 14a, 14b, 15a, and 15b of the port openings 14 and 15 linearly, the apparent width of the inter-valve portion 16 is the same over the entire surface modification region. However, as shown in FIG. 8, the cross-sectional shape (thickness) of the inter-valve portion 16 is smaller in the intake port opening 14 than the exhaust port opening 15 due to the restriction of the port shape of the part that is not machined. . Due to the difference in workpiece rigidity due to the difference in cross-sectional shape, the vertical plastic deformation of the base material structure due to the pushing of the rotary tool 4 and the horizontal plastic deformation due to the rotational moment are more than the exhaust port opening 15. This easily occurs in the intake port opening 14.
[0031]
As a result, the material that has plastically flowed due to the surface treatment by friction stirring is easily filled on the intake port opening 14 side where the base material is deformed, and the material filled on the exhaust port opening 15 side of the protrusion 2 is reduced. As a result, tunnel-like unfilled defects are likely to occur along the movement locus Q inside the surface modification region.
[0032]
This unfilled defect usually occurs in a tunnel shape along the movement trajectory Q of the rotary tool 4 and has a larger area (volume) than the cast hole of the base material. Increases and the desired thermal fatigue strength cannot be obtained.
[0033]
Therefore, in the present embodiment, the port shown in FIGS. 7 and 8 is a basic shape, and as shown in FIGS. 9 and 10, the intake port opening 14 is orthogonal to the movement locus Q having a width of about 4 mm and a height of about 5 mm. The two beams 17 and 18 are formed as surplus portions that prevent deformation due to softening of the material of the opening 14.
[0034]
The beams 17 and 18 are provided with a transfer portion for forming a beam in a work casting mold, and this mold is arranged at the upper position and is formed at the time of casting the work. Therefore, the beams 17 and 18 can be formed without increasing the manufacturing process.
[0035]
Due to the presence of the beams 17 and 18, the lateral deformation resistance of the side surface of the intake port opening 14 is greatly increased, and the vertical deformation resistance is also increased because the cantilever structure is a double-supported beam structure. Thus, the deformation of the port opening and the occurrence of unfilled defects accompanying this deformation can be suppressed.
[0036]
Further, since these beams 17 and 18 are removed together with the linear shape portion in the finishing process, there is no adverse effect on the intake efficiency.
[0037]
In the above example, the beam is provided only at the intake port opening 14 having relatively low work rigidity, but may be provided at the exhaust port opening 15 according to the port shape. Further, the width and height of the beams 17 and 18 may be changed as necessary in consideration of the thickness of the port opening, or may be formed in a T shape instead of an orthogonal shape.
[0038]
Further, if there is little influence on the productivity reduction in the finishing process, the port opening is completely closed at the time of workpiece casting, or the port opening diameter φ1 shown in FIG. A shape satisfying φ1 ≦ φ2 / 2 may be satisfied with respect to the inner diameter φ2, and in this case, the shape of the port opening is circular and there is no straight portion, so that deformation can be reduced.
[0039]
[Manufacturing method of cylinder head]
Next, the manufacturing process of the cylinder head for diesel engines by this embodiment is demonstrated.
[0040]
FIG. 11 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the cylinder head for a diesel engine according to the present embodiment.
[0041]
As shown in FIG. 11, in step S1, a cylinder head as an intermediate is cast from an aluminum alloy. In step S2, the casting is removed from the casting mold and the gate is deleted. In step S3, the casting taken out from the casting mold is subjected to T6 heat treatment mainly for sand removal. In step S4, a surface treatment is performed on the valve portion of the casting by friction stirring. In step S5, the casting is again subjected to T6 heat treatment to increase the hardness and strength. In step S6, finishing is performed.
[0042]
[Surface treatment by friction stirring]
Next, the friction stirring process in step S4 of FIG. 11 will be described.
[0043]
In the surface treatment by friction stirrer, the end hole where the protrusion shape is transferred remains at the end of the process, but if the part to be drilled in the subsequent process is set as the end hole position, it is possible to avoid the end hole remaining. it can. However, the diameter of the protrusion needs to be less than the diameter of the post-machined hole, and depending on the work shape specifications and surface treatment specifications of the work, it is necessary to reciprocate the movement trajectory Q of the rotary tool 4 with respect to each other and process it twice or more. There is.
[0044]
At this time, as described with reference to FIGS. 7 to 10, the cross-sectional shape (thickness) of the inter-valve portion 16 is thicker at the intake port opening 14 than at the exhaust port opening 15 due to the restriction of the port shape of the part that is not machined. Is getting smaller. Due to the difference in workpiece rigidity due to the difference in cross-sectional shape, the vertical plastic deformation of the base material structure due to the pushing of the rotary tool 4 and the horizontal plastic deformation due to the rotational moment are more than the exhaust port opening 15. This easily occurs in the intake port opening 14.
[0045]
The second return path treatment area conducts frictional heat due to the first forward path process, so the Young's modulus decreases as the temperature rises and easily deforms, and the machining allowance in the subsequent process increases. When the amount is excessive, the flow of the material is promoted in the deformed direction, so that the material filled on the opposite side to the deformed direction is reduced, and the tunnel-like unshaped portion along the movement locus Q is formed inside the surface modification region. Filling defects are likely to occur.
[0046]
Therefore, in the present embodiment, a highly rigid portion (exhaust port opening side) due to the shape of the inter-valve portion is set as a processing region for the second return path to reduce the adverse effect of Young's modulus reduction due to temperature rise, The amount of deformation is reduced and the occurrence of unfilled defects is prevented.
[0047]
As shown in FIG. 13, when the processing path P2 of the second return path is set to a part with low work rigidity (on the intake port opening 14 side), the exhaust port opening 15 at the part with high work rigidity has the original shape. In contrast to this, the part with low work rigidity is greatly deformed, and the material flow caused by the deformation causes unfilled defects in the surface modified region.
[0048]
On the other hand, as shown in FIG. 12, when the processing path P2 of the second return path is set on the exhaust port opening 15 side of the part with high work rigidity, both the part with high work rigidity and the low part have port openings 14 and 15. In general, the original shape can be maintained, and the occurrence of unfilled defects inside the surface modified region can be suppressed.
[0049]
A drawback of the surface treatment using the rotary tool 4 having the protruding portion 2 as in the present embodiment is that the terminal hole of the protruding portion 2 remains at the end point of the processing path. Furthermore, defects are likely to occur even at the processing start point, and in order to solve this, a processing path is set so as to pass through the start point. In addition, when processing the surface of a casting that is subjected to drilling of a bolt such as a cylinder head in a later process, the end point of the processing path is drilled using a protrusion having a diameter smaller than the hole diameter in the drilling process. Set to position. Thereby, it can prevent that a terminal hole remains in a product.
[0050]
FIG. 14 is a diagram for explaining the surface treatment of the cylinder head of the in-line multi-cylinder diesel engine using the friction stir processing of the present embodiment.
[0051]
As shown in FIG. 14, the cylinder head material H has a plurality of tensions for fastening to a pair of intake port openings 14, a pair of exhaust port openings 15, and a cylinder block (not shown) corresponding to a plurality of cylinders. It has a bolt hole 21. Here, since there is a demand for the intake port opening 14 to be as large as possible in order to increase the intake amount, the space between adjacent intake ports becomes narrower and thinner.
[0052]
Therefore, in the present embodiment, as an example of the processing path, one end portion in the longitudinal direction of the cylinder head material H passes between a pair of the exhaust port opening 15 and the intake port opening 14 facing each other with respect to one cylinder. The first forward path Q1 which is continuously processed from the first end to the other end and the tension bolt hole 21 is the end point, and is folded back at the other end of the cylinder head material H and offset in the opposite direction to the first forward path Q1. The tension bolt hole 21 is the end point by continuously processing from the other end in the longitudinal direction of the cylinder head material H to one end so as to pass between the pair of the exhaust port opening 15 and the intake port opening 14 in parallel. After the processing of the first return path Q2 and the first return path Q2, a pair of exhaust ports 15 and a pair of cylinders facing each other from the cylinder adjacent to the return position to the first return path Q2 Stirring is performed without melting the surface of the cylinder head material H by the heat of the rotary tool through the second reciprocating passes Q3 to Q6 which are sequentially processed while reciprocating between the air ports 14 and end at the tension bolt hole 21. To improve.
[0053]
In the second reciprocating paths Q3 to Q6, the processing path offset toward the intake port opening 14 which is a part having a low work rigidity is defined as an outward path, and the path offset to the exhaust port opening 15 which is a part having a high work rigidity is defined as a return path. As a continuous round trip path, and the processing areas of the forward path and the backward path overlap each other.
[0054]
By setting the processing path of the second return path to the exhaust port opening 15 side, which is a part with high work rigidity, as in the second reciprocating path Q3 to Q6, not only the part with high work rigidity but also the work Deformation does not occur even in the intake port opening having low rigidity, and the occurrence of unfilled defects inside the surface modification region can be suppressed.
[0055]
In the surface treatment of the cylinder head, the rotational speed of the rotary tool is 700 to 1100 rpm, the feed speed is 400 to 550 mm / min, the protrusion length is 5 to 6 mm, the protrusion diameter is 7 ± 1 mm, and the shoulder diameter is 15 ± 1 mm. It is desirable to set so that the total processing width of the first pass and the second pass is equal to or less than the inter-valve width of the material -2 mm. Note that the projecting portion diameter and the shoulder portion diameter are set such that 2 ≦ shoulder portion / projecting portion <4. The pushing amount of the shoulder portion with respect to the material processing surface is set to 0.3 mm or more.
[0056]
[Machine tools as tool drive means]
When performing surface treatment by continuous friction stirring using a single rotating tool, the higher the actual operation rate of the surface treatment equipment, the more easily heat generated by friction between the workpiece and the rotating tool is accumulated in the rotating tool. The amount of thermal expansion of the tool itself and the spindle to which the tool is attached increases, and the position of the protrusion with respect to the workpiece surface changes.
[0057]
Due to the influence of this change, although the NC control data is the same, the pushing amount of the rotary tool with respect to the workpiece surface becomes larger in the warmer time than in the colder time. As a result, the depth of the surface modification region varies, and the generation of unfilled defects is affected.
[0058]
On the other hand, in the case of surface treatment by friction stirring, since the shoulder portion of the rotary tool is moved while being pressed against the workpiece surface, burrs are generated on the workpiece surface corresponding to the outer peripheral edge of the shoulder portion. Removal processing is also required.
[0059]
Therefore, in this embodiment, a machine tool having a tool changer is used, or a tool changer is provided in the machine tool, and at least two rotary tools having the same shape are held on the tool changer, and at least one deburring tool is provided. The rotary tool different from the rotary tool used immediately before the processing by the burr removal tool is selected, and the surface treatment by friction stirring and the burr removal processing generated by this surface treatment are alternately executed. .
[0060]
By this method, the waiting time per rotating tool can be extended from the burr removal processing time by the surface treatment time x the number of rotating tools held, and the temperature of the rotating tool can be lowered during the waiting time. Variation in the depth of the surface modification region due to thermal expansion can be suppressed.
[0061]
FIG. 15 is a schematic front view of a machine tool as tool driving means.
[0062]
As shown in FIG. 15, the machine tool 100 selects a tool changer 101 that removably supports the rotary tool 4 and the burr removal tool T, and selects the rotary tool 4 or the burr removal tool T according to the NC control program, and then selects the tool center axis. A spindle 102 that rotates around and that can move in the vertical direction; and an XY table 103 that holds the workpiece facing the tool and moves the workpiece two-dimensionally relative to the tool. Numerical control is performed according to the NC control program stored in the controller shown in the figure. The workpiece is positioned and held with respect to the XY table 103 by the machining reference hole 22 (see FIG. 14).
[0063]
As a first processing example of the present embodiment, the tool changer 101 is held with five rotary tools 4A-4E having the same shape and a milling cutter T1 as one burr removing tool, and the processing time per workpiece. Is about 1 minute 20 seconds for workpiece exchange, 4 minutes for surface treatment, 1 minute 20 seconds for deburring, and after using the first rotating tool 4A, the procedure shown in FIG. The tools are sequentially changed to process 31 workpieces continuously.
[0064]
The number of rotating tools attached to the tool changer 101 is preferably a time that can be sufficiently cooled after using a certain rotating tool until the next use of the rotating tool is at least 20 minutes.
[0065]
Then, the surface temperature of the rotary tool is directly measured using a thermometer for each of the first, eleventh, twenty-first, and thirty-first workpieces processed using the first rotary tool 4A. did.
[0066]
Further, as a second processing example of the present embodiment, each tool changer 101 holds one rotary tool 4 and a milling cutter T1, and the processing time per work and its breakdown are the same as in the first processing example. As a condition, 31 workpieces are continuously processed by exchanging tools alternately in the procedure shown in FIG.
[0067]
Similarly, for each of the first, eleventh, twenty-first, and thirty-first workpieces processed using the first rotary tool 4A, the surface temperature of the rotary tool is directly measured using a thermometer immediately before the start of processing. It was measured.
[0068]
FIG. 18 shows the measured temperatures and processing depths for the first, eleventh, twenty-first, and thirty-first workpieces after the 31st continuous processing in the first processing example and the second processing example is completed. According to the first processing example, the processing depth was substantially constant for all the workpieces, no internal unfilled defects were generated, and the surface temperature of the rotary tool did not change greatly, and good results were obtained.
[0069]
On the other hand, in the second processing example, the surface temperature of the rotary tool from the first to the eleventh and from the eleventh to the twenty-first tool suddenly rises, and the processing depth gradually increases accordingly, and the twenty-first and thirty-first tools. An internal unfilled defect occurred in the first workpiece.
[0070]
As in the first processing example, the processing time per rotating tool is set as processing time per work × number of rotating tools (about 30 minutes), and the substantial waiting time of the rotating tool is secured for about 6 minutes. In this case, the frictional heat accumulated in the rotary tool is dissipated within the waiting time, and the 11th and subsequent workpieces have a substantially constant temperature, and the variation width of the processing depth is 0.15 mm. And no correlation with the cumulative number of treatments.
[0071]
On the other hand, in the second processing example, since the waiting time of the rotary tool is only about 2 minutes, the next process is started before the frictional heat accumulated in the rotary tool is dissipated. Until the number of treatments reaches the 21st, the surface temperature and treatment depth of the tool tend to increase with time. The reason why the processing depth increases with time is that the amount of indentation of the tool has increased due to thermal expansion, and unfilled defects have occurred only in the 21st and 31st pieces. This is because it increased.
[0072]
In the case of the second processing example, good results cannot be obtained under the same conditions as in the first processing example, but the movement trajectory of the rotary tool is long (processing time is long), and the required processing depth is When the thickness is large and the workpiece thickness is large in the surface modification region, it can be an effective processing procedure. Further, the rotary tool may be forcibly cooled by blowing air or the like.
[0073]
[Other processing examples]
As another processing example other than the surface treatment by the tool changer, the surface temperature of the rotary tool is measured using a temperature sensor or the like immediately before the surface treatment by friction stirring is started, or the thermal expansion amount of the rotary tool is obtained using a touch sensor or the like. And correct the push amount of the rotary tool according to these measured values, or prepare a plurality of NC control programs in advance and select the appropriate NC control program corresponding to the measured value for each workpiece. A surface treatment may be performed.
[0074]
By this method, even when the rotary tool is thermally expanded due to frictional heat, the amount of tool push-in can be controlled to be substantially constant, and the variation in the depth of the surface modification region and the occurrence of unfilled defects can be suppressed.
[0075]
As a specific processing example, the processing time per workpiece is about 7 minutes, and the breakdown is as follows: (i) 1 minute 20 seconds for workpiece replacement, (ii) 1 minute 10 seconds for surface temperature measurement of rotating tool , (Iii) 30 seconds for measuring the thermal expansion amount of the rotary tool, (iv) 4 minutes for the surface treatment, and processing procedures in the order of (i) → (iv).
[0076]
And the surface temperature measurement of said (ii) is performed using a contact thermometer etc. by making the axial direction center part 3a of the shoulder part 3 outer peripheral side surface of the rotary tool 4 shown in FIG. Further, the measurement of the thermal expansion amount of the rotary tool 4 in (iii) is performed using a dial gauge or the like with the displacement amount of the step portion 3b formed on the outer peripheral side surface of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 shown in FIG. . The step portion 3b is formed by grinding a portion that is as close as possible to the tip of the rotary tool 4 and that is not inserted into the workpiece. The reason why the tip of the projecting portion 2 and the end of the shoulder portion 3 of the rotary tool 4 are not used as the measurement sites is that the materials stirred by the surface treatment adhere to these sites and the film thickness of the material is added to the thermal expansion amount. This is because is measured.
[0077]
FIG. 20 shows tool position measurement data based on the tool surface temperature and thermal expansion when 10 workpieces according to the above processing procedure are continuously processed with one rotating tool, and rotates as the cumulative number of processing increases. It can be seen that as the surface temperature of the tool rises, the tool expands in the axial direction due to thermal expansion due to the temperature rise. Therefore, if the NC control program is the same, the amount of push-in of the tool changes due to the thermal expansion of the rotary tool, resulting in variations in processing depth and internal unfilled defects.
[0078]
Based on the above results, (1) A rotary tool is attached to the spindle of the machine tool, and the vertical position of the thermal expansion measurement site is measured using a touch sensor or the like immediately before the surface treatment by friction stirring is started. The tool push-in amount is corrected, or an appropriate NC control program is selected and changed to control the tool push-in amount constant.
[0079]
(2) Between the surface temperature of the tool shown in FIG. 20 and the amount of thermal expansion, the correlation shown in the following functional equation is recognized, so that the surface temperature of the tool is expressed as a surrogate characteristic of the amount of thermal expansion of the tool. Measurement is performed before the start of processing, and the tool push-in amount is controlled to be constant by correcting the tool push-in amount or selecting / changing an appropriate NC control program according to the measured value.
[0080]
(ΔT−T) × α × L = ΔL
Where T: initial surface temperature of the rotary tool, ΔT: surface temperature after the temperature rise of the rotary tool, L: initial length of the rotary tool, ΔL: length of the rotary tool after the temperature ΔT rises (after thermal expansion), α: Coefficient of linear expansion of rotating tool
Since a correlation coefficient R≈0.975 is recognized between the surface temperature of the tool and the thermal expansion amount shown in FIG. 20, the surface temperature of the tool is used as a substitute characteristic of the thermal expansion amount of the tool. Measurement may be performed before the surface treatment is started, and the tool push-in amount may be controlled to be constant by correcting the tool push-in amount according to the measured value and the correlation coefficient, or selecting / changing an appropriate NC control program.
[0081]
By using one or both of the above (1) and (2) together, the processing depth can be stabilized even if the spindle of the tool or machine tool is thermally expanded due to the temperature rise of the rotary tool. Can do.
[0082]
[Defect inspection method for surface treated members]
Defects occurring in the surface modification region are generally detected by human visual observation. However, when the size of the defect becomes small, visual detection becomes difficult. Further, in the case of the surface treatment by friction stirring as in the present embodiment, since burrs are generated on the work surface, it becomes more difficult to visually detect defects in the portion covered with burrs.
[0083]
Therefore, in this embodiment, during the surface treatment by friction stirring, the spindle power waveform of the machine tool is monitored using a power meter, a frequency measuring device, etc., and the rotating tool comes into contact with the workpiece surface by a computing device such as a personal computer. The amount of power consumption until it is pulled out from the surface is calculated, or the workpiece surface temperature before the start of surface treatment is measured in advance by a temperature sensor or the like.
[0084]
Then, immediately after the processing, the relationship between the work temperature and the power consumption is analyzed using a personal computer or the like, and when the power consumption shows an abnormally high value, it is considered that a defect has occurred and a warning is issued.
[0085]
Specifically, an aluminum alloy casting having a predetermined dimension (for example, length 150 mm × width 35 mm × thickness 20 mm) is used as a workpiece, and a rotary tool is attached to the spindle of an NC machine tool, and the rotary tool is attached to the workpiece surface. The surface treatment by friction stirring is performed according to the treatment conditions shown in FIG.
[0086]
In addition, if the processing is performed continuously under the above conditions, the generated frictional heat is transferred to the jig holding the workpiece, and the heat of the jig is conducted to the next workpiece. Is measured with a contact thermometer.
[0087]
Further, a power meter is attached to a power supply line to the spindle motor, and the measured value is transferred to a personal computer, whereby the spindle power waveform shown in FIG. 22 is obtained. Furthermore, the power consumption amount during spindle idling (no load) is calculated in advance, and the main shaft power consumption amount required for the surface treatment is calculated by integrating the main shaft power waveform with the value as a reference value.
[0088]
FIG. 23 shows the relationship between the measured value of the workpiece surface temperature before the start of the surface treatment for each workpiece and the power consumption of the spindle. Defects were found in the workpiece corresponding to the position of 113.18 KWs.
[0089]
Therefore, when it is confirmed whether or not there is a correlation between the visual inspection result and the result shown in FIG. 24, the measurement of the work whose power consumption is higher than the work surface temperature as shown in FIG. A high correlation is observed between the results.
[0090]
Therefore, using the substantially linear correlation between the workpiece temperature and the spindle power consumption in FIG. 24, when each measurement value of the workpiece temperature and the power consumption exceeds a predetermined threshold value, By issuing a warning by assuming that the workpiece in the corresponding process has a defect, it is possible to save the labor by visual inspection, and it is possible to judge the quality of the workpiece by online remote operation on the assembly line. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a friction stirrer for carrying out a surface treatment method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the rotary tool in FIG.
FIG. 3 is a detailed view of the tip portion of the rotary tool.
FIG. 4 is a diagram showing a component ratio of the aluminum alloy of the present embodiment.
5A is a diagram showing a processing depth according to a tip pin length, FIG. 5B is a diagram showing a tip pin length PL, and FIG. 5C is a diagram showing a maximum processing depth Dmax.
FIG. 6 is a diagram showing a processing depth according to the rotational speed and feed speed of a pin-shaped tool.
FIG. 7 is a diagram showing a basic shape in the vicinity of a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing, which is subjected to surface treatment by friction stirring according to the present embodiment.
8 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 9 is a view showing a characteristic shape in the vicinity of a port of a cylinder head material for a diesel engine before finishing that performs a surface treatment by friction stirring according to the present embodiment.
10 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a cylinder head for a diesel engine according to the present embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a valve portion showing a surface treatment example of the present embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a valve portion showing a comparative example for the surface treatment of the present embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining the surface treatment of the cylinder head of the in-line multi-cylinder diesel engine using the friction stir processing of the present embodiment.
FIG. 15 is a schematic front view of a machine tool as tool driving means.
FIG. 16 is a diagram illustrating a first processing example of surface processing by a tool changer.
FIG. 17 is a diagram illustrating a second processing example of surface processing by a tool changer.
FIG. 18 is a diagram comparing the tool temperature and the processing depth over time in the first processing example and the second processing example.
FIG. 19 is a diagram showing a temperature measurement part and a position measurement part of the rotary tool.
FIG. 20 is a diagram showing tool position measurement data based on the tool surface temperature and thermal expansion when 10 workpieces are continuously processed with one rotary tool.
FIG. 21 is a diagram showing surface treatment conditions by friction stirring.
FIG. 22 is a diagram showing a main shaft power waveform at the time of surface treatment by friction stirring.
FIG. 23 is a diagram showing a visual defect inspection result after the friction stir processing.
FIG. 24 is a diagram showing a correlation between the workpiece temperature immediately before the friction stir processing and the integral value of the spindle power waveform.
[Explanation of symbols]
1 Friction stirrer
2 Protrusion
3 Shoulder Club
4 Rotary tools
5 Tool drive means
14 Inlet port opening
15 Exhaust port opening
16 Interval
17, 18 beams
H Cylinder head material

Claims (2)

工作機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質する表面処理方法であって、
前記工具支持手段には複数の回転工具が支持され、
前記ワークの表面処理領域を前記複数の回転工具のうちの一つの回転工具により撹拌し、
前記回転工具を前記ワークのバリを除去するバリ除去工具に変更し、
前記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理し、
次の回転工具による処理において、前記バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択して、回転工具による処理を実行する
ことを特徴とする表面処理方法。
A surface treatment method in which a rotating tool removably supported by a tool support means of a machine tool is inserted into a work surface, and the work surface is stirred and reformed without melting by frictional heat generated by the rotation of the rotating tool. There,
A plurality of rotary tools are supported on the tool support means,
Stir the surface treatment area of the workpiece with one rotary tool of the plurality of rotary tools ,
Change the rotary tool to a deburring tool that removes burrs on the workpiece,
Treating the surface treatment region with the deburring tool ;
In the next processing by a rotating tool , a surface processing method characterized by selecting a rotating tool different from the rotating tool used immediately after the processing by the burr removing tool and executing the processing by the rotating tool .
工作機械の工具支持手段に着脱可能に支持された回転工具をワーク表面に挿入し、当該回転工具の回転で発生する摩擦熱によりワーク表面を溶融させることなく撹拌して改質する表面処理装置であって、
前記工具支持手段には複数の回転工具が支持され、
前記ワークの表面処理領域を前記回転工具により撹拌する回転工具駆動手段と、
前記回転工具又は前記ワークのバリを除去するバリ除去工具を選択する工具変更手段と、
記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理するバリ除去工具駆動手段とを具備しており、
前記回転工具駆動手段が前記ワークの表面処理領域を前記複数の回転工具のうちのひとつの回転工具により撹拌した後、
前記工具変更手段が前記バリ除去工具を選択し、
その後に前記バリ除去工具駆動手段が前記表面処理領域を前記バリ除去工具により処理し、
次の回転工具による処理において、前記工具変更手段が前記バリ除去工具による処理後に直前に使用された回転工具とは異なる回転工具を選択して、前記回転工具駆動手段が回転工具による処理を実行する
ことを特徴とする表面処理装置。
A surface treatment device that inserts a rotary tool removably supported by a tool support means of a machine tool into a work surface and stirs and modifies the work surface without melting by the frictional heat generated by the rotation of the rotary tool. There,
A plurality of rotary tools are supported on the tool support means,
Rotary tool driving means for stirring the surface treatment region of the workpiece by the rotary tool;
Tool changing means for selecting the burr removal tool for removing the burr of the rotating tool or the workpiece;
The pre-SL surface treatment areas are provided with a burr removal tool driving means for processing by the burr removal tool,
After the rotary tool driving means agitates the surface treatment area of the workpiece with one rotary tool of the plurality of rotary tools,
The tool changing means selects the deburring tool,
Thereafter, the deburring tool driving means processes the surface treatment region with the deburring tool,
In the next processing by the rotary tool, the tool changing unit selects a rotary tool different from the rotary tool used immediately after the processing by the deburring tool, and the rotary tool driving unit executes the processing by the rotary tool. The surface treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
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