JP5072885B2

JP5072885B2 - ショットピーニング加工条件の設定方法

Info

Publication number: JP5072885B2
Application number: JP2009050673A
Authority: JP
Inventors: 毅山田; 明子井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: EP2404705B1; JP2010201569A; CN102341217B; US9289880B2; TWI436860B; US20120017661A1; CN102341217A; EP2404705A1; EP2404705A4; WO2010100984A1; TW201043396A

Description

本発明は、ショットピーニング加工方法に関する。

ショットピーニング加工方法は、金属表面層に圧縮残留応力を付与するために用いられる。ショットピーニング加工方法において、被加工物にメディア（投射材）を投射する。

従来のショットピーニング加工方法においては、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせを決定した後、被加工物に要求されるインテンシティ及びカバレージが得られるように加工条件を決定していた。ショットピーニング加工の所要時間を短縮するための有効で体系的な方法が必要とされている。

特許文献１は、従来のショットピーニング条件の設定方法を開示している。空気式ショットピーニング装置を用いて、単位時間に投射する投射材の重量とカバレージ１００％が得られたときのアークハイト値との関係を求める。単位時間に投射する投射材の重量がある値より大きい領域では、単位時間に投射する投射材の重量が増加するとアークハイト値が大きく低下する。この値に基づいて単位時間に投射する投射材の重量の最適値が設定される。

特開２００６−２０５３４２号公報

本発明の目的は、ショットピーニング加工の所要時間が短縮されるショットピーニング加工条件の設定方法及び金属部品の製造方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のショットピーニング加工条件の設定方法は、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線（１０）に基づいて飽和時間を求めるステップ（Ｓ２４、Ｓ２１２）と、前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２６、Ｓ２１４）とを具備する。

前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含む。前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含む。前記第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定する前記ステップは、前記第１投射条件における第１飽和時間と前記第２投射条件における第２飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、前記第３投射条件における第３飽和時間と前記第４投射条件における第４飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップとを含む。

前記ショットピーニング加工装置は、空気を用いてメディアをノズル（１）から投射する。前記第１条件因子及び前記第２条件因子は、メディア流量、空気の圧力、前記ノズルと被処理面との距離、前記ノズルと被処理面との角度、前記ノズルの内径、及び、前記ノズルの移動速度から選択される任意の二つである。

前記ショットピーニング加工装置は、インペラー（１）を用いてメディアを投射する。前記第１条件因子及び前記第２条件因子は、前記インペラーの回転速度、前記インペラーと被処理面との距離、前記インペラーと被処理面との角度、噴射口の大きさ、及び、被処理物の移動速度、及び被処理物の回転速度から選択される任意の二つである。

上記ショットピーニング加工条件の設定方法は、前記ショットピーニング加工装置が前記第１最適投射条件において試験片（５）にメディアを投射するステップ（Ｓ３１）と、前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップ（Ｓ３１）と、前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップ（Ｓ３２）とを更に具備する。前記圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアによる圧痕が占める面積を示す。

上記ショットピーニング加工条件の設定方法は、前記面積又は前記幅と前記投射時間との関係に基づいてスポット移動条件を決定するステップ（Ｓ３３）を更に具備する。前記スポット移動条件は、前記ショットピーニング加工装置が被加工物（３）を加工しているときにメディアが当たっている前記被加工物の領域としてのスポットが移動する互いに平行な移動軌跡（４Ａ〜４Ｃ）のピッチを示す。

上記ショットピーニング加工条件の設定方法は、前記第１最適投射条件に対応するインテンシティが被加工物に要求されるインテンシティに合わないとき、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第２組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、飽和時間を求めるステップ（Ｓ２４、Ｓ２１２）と、前記第２組み合わせに対応する第２最適投射条件を前記第２組み合わせに対応する前記飽和時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２６、Ｓ２１４）とを更に具備する。

上記ショットピーニング加工条件の設定方法は、前記第１最適投射条件におけるインテンシティを求めるステップ（Ｓ２６）を更に具備する。

上記ショットピーニング加工条件の設定方法は、前記飽和時間を求めるステップにおいて使用したアルメン試験片を用いて、前記複数の投射条件の各々においてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップ（Ｓ２２１）と、前記第１組み合わせに対応する第３最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２２３）と、前記第１最適投射条件及び前記第３最適投射条件に基づいて第４最適投射条件を決定するステップ（Ｓ２２４）とを更に具備する。

本発明によるショットピーニング加工条件の設定方法は、ショットピーニング加工装置が試験片（５）にメディアを投射するステップ（Ｓ３１）と、前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップ（Ｓ３１）と、前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップ（Ｓ３２）とを更に具備する。前記圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアによる圧痕が占める面積を示す。

本発明によるショットピーニング加工条件の設定方法は、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のカバレージの投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップ（Ｓ２２１）と、前記第１組み合わせに対応する最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２２３）とを具備する。

前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含む。前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含む。前記最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定する前記ステップは、前記第１投射条件における第１カバレージ時間と前記第２投射条件における第２カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、前記第３投射条件における第３カバレージ時間と前記第４投射条件における第４カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップとを含む。

本発明の金属部品の製造方法は、ショットピーニング加工条件を決定するステップ（Ｓ１）と、前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物を加工するステップ（Ｓ２）とを具備する。前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線（１０）に基づいて飽和時間を求めるステップ（Ｓ２４、Ｓ２１２）と、前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２６、Ｓ２１４）とを含む。

本発明の金属部品の製造方法は、ショットピーニング加工条件を決定するステップ（Ｓ１）と、前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物（３）を加工するステップと（Ｓ２）を具備する。前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、ショットピーニング加工装置が試験片（５）にメディアを投射するステップと、前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップ（Ｓ３１）と、前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップ（Ｓ３２）と、前記面積又は前記幅と前記投射時間との関係に基づいてスポット移動条件を決定するステップ（Ｓ３３）とを含む。前記スポット移動条件は、前記ショットピーニング加工装置が前記被加工物を加工しているときにメディアが当たっている前記被加工物の領域としてのスポットの移動条件を示す。

本発明の金属部品の製造方法は、ショットピーニング加工条件を決定するステップ（Ｓ１）と、前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物を加工するステップ（Ｓ２）とを具備する。前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のカバレージの投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップ（Ｓ２２１）と、前記第１組み合わせに対応する最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップ（Ｓ２２３）とを含む。

本発明によれば、ショットピーニング加工の所要時間が短縮されるショットピーニング加工条件の設定方法及び金属部品の製造方法が提供される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るショットピーニング加工方法のフローチャートである。図２は、ショットピーニング加工条件を決定するステップのフローチャートである。図３は、装置及びメディアの組み合わせに対応する最適加工条件を決定するステップのフローチャートである。図４は、最適投射条件を決定するステップのフローチャートである。図５は、ショットピーニング加工装置の投射部と被加工物面の位置関係を示す概略図である。図６は、投射条件を示すテーブルである。図７は、アークハイトと投射時間の関係を示すグラフである。図８Ａは、インテンシティ及び飽和時間と圧力との関係を示すグラフである。図８Ｂは、インテンシティ及び飽和時間とメディア流量との関係を示すグラフである。図８Ｃは、インテンシティ及び飽和時間と投射角度との関係を示すグラフである。図８Ｄは、インテンシティ及び飽和時間と投射距離との関係を示すグラフである。図９は、スポット移動条件を決定するステップのフローチャートである。図１０は、圧痕面積率分布と投射時間との関係を求めるための試験片を示す。図１１は、圧痕面積率分布と投射時間との関係を示すグラフである。図１２は、有効処理幅と投射時間との関係を示すグラフである。図１３は、スポット移動軌跡を示す概略図である。図１４は、有効処理幅と投射時間との関係を示すグラフである。図１５は、単位面積当りの処理時間と投射時間との関係を示すグラフである。図１６は、本発明の第２の実施形態に係る最適投射条件を決定するステップのフローチャートである。図１７は、投射条件を示すテーブルである。図１８は、本発明の第３の実施形態に係る最適投射条件を決定するステップのフローチャートである。図１９は、カバレージと投射時間の関係を示すグラフである。

添付図面を参照して、本発明によるショットピーニング加工条件の設定方法及びショットピーニング加工方法を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るショットピーニング加工方法のフローチャートである。ショットピーニング加工方法は、ステップＳ１及びＳ２を含む。ステップＳ１において、ショットピーニング加工条件を決定する。ステップＳ２において、ステップＳ１で決定した条件に基づいて被加工物を加工する。

図２を参照して、ショットピーニング加工条件を決定するステップＳ１は、ステップＳ１１〜Ｓ１３を含む。ステップＳ１１において、ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせを決定する。ここで、空気式ショットピーニング加工装置のどの機種、又は、機械式ショットピーニング装置のどの機種、というように評価対象となるショットピーニング加工装置を具体的に決定する。空気式ショットピーニング加工装置は、空気を用いてメディアをノズルから投射する。機械式ショットピーニング装置は、インペラーを用いてメディアを投射する。そして、決定されたショットピーニング加工装置で使用可能なメディアであって一定の品質基準にしたがって管理されているメディアの中から一つを決定する。一定の品質基準にしたがって管理されているメディアを用いることで、ショットピーニング加工の再現性が確保される。一定の品質基準にしたがって管理されているメディアとは、例えば、公共規格で規定されたメディアである。ステップＳ１２において、ステップＳ１１で決定した組み合わせに対応する最適加工条件を決定する。ステップＳ１３において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置及びメディアを用いてステップＳ１２で決定した最適加工条件に基づいて被加工物を加工した場合、被加工物に要求されるインテンシティが満足されるか判断する。インテンシティ要求が満足されない場合、ステップＳ１１に戻る。インテンシティ要求が満足される場合、ステップＳ２に進む。

図３を参照して、最適加工条件を決定するステップＳ１２は、ステップＳ２０及びＳ３０を含む。ステップＳ２０において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置がステップＳ１１で決定したメディアを投射するときの最適投射条件を決定する。ステップＳ３０において、スポット移動条件を決定する。スポット移動条件は、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置が被加工物を加工しているときにメディアが当たっている被加工物の領域としてのスポットの移動条件を示す。

図４を参照して、最適投射条件を決定するステップＳ２０は、ステップＳ２１〜Ｓ２６を含む。

ステップＳ２１において、評価対象条件因子を決定する。空気式ショットピーニング加工装置の場合における評価対象条件因子は、例えば、メディアの流量（ｋｇ／分）、空気圧力（ＭＰａ）、空気式ショットピーニング加工装置の投射部としてのノズルと被処理物面との距離（投射距離）、ノズルと被処理物面との角度（投射角度）、ノズル内径、及びノズルの移動速度である。機械式ショットピーニング加工装置の場合における評価対象条件因子は、例えば、機械式ショットピーニング装置の投射部としてのインペラーの回転速度（ｒｐｍ）、インペラーと被処理物面との距離（投射距離）、インペラーと被処理物面との角度（投射角度）、メディアが被処理物に対して噴射される噴射口の大きさ、被処理物の移動速度、及び被処理物の回転速度（ｒｐｍ）である。

図５を参照して、ショットピーニング加工装置の投射部１と被加工物面２との距離Ｄと、投射部１と被加工物面２との角度θとが示されている。

ステップＳ２２において、複数の投射条件を決定する。例えば、複数の投射条件の条件因子は、ステップＳ２１で決定した条件因子としての流量、圧力、角度、距離などを含む。図６は、複数の投射条件に含まれる投射条件１−１〜１−３を示す。投射条件１−１〜１−３は、流量の水準のみが互いに異なり、他の条件因子の水準は同じである。複数の投射条件は、圧力の水準のみが異なる投射条件群、角度の水準のみが異なる投射条件群、距離の水準のみが異なる投射条件群などを含む。

ステップＳ２３において、ステップＳ２２で決定した複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線を作成する。図７は、ある投射条件において投射時間を５秒、１０秒、２０秒、４０秒としたときのアークハイト値に基づいて得られた飽和曲線１０を示す。

ステップＳ２４において、ステップＳ２３において得られた飽和曲線に基づいて、ステップＳ２２で決定した複数の投射条件の各々におけるインテンシティ及び飽和時間を求める。図７を参照して、インテンシティ及び飽和時間を求める方法を説明する。米国の航空宇宙規格であるＡＭＳ‐Ｓ‐１３１６５Ａによれば、投射時間を２倍にしてもアークハイト値の増分が１０％以下である飽和曲線１０上の点１１を飽和点１１と呼び、飽和点１１におけるアークハイト値がインテンシティＩ、飽和点１１における投射時間が飽和時間Ｓである。

ステップＳ２５において、飽和時間が最短になるように、各条件因子での最適水準を決定する。例えば、図８Ａは、上述のようにして得られたインテンシティと圧力との関係及び飽和時間と圧力との関係を示す。飽和時間と圧力との関係に基づいて、圧力の最適水準を０．３ＭＰａ以上と決定する。図８Ｂは、上述のようにして得られたインテンシティと流量との関係及び飽和時間と流量との関係を示す。飽和時間と流量との関係に基づいて、流量の最適水準を４ｋｇ／分と決定する。図８Ｃは、上述のようにして得られたインテンシティと角度との関係及び飽和時間と角度との関係を示す。飽和時間と角度との関係に基づいて、角度の最適水準を９０度と決定する。図８Ｄは、上述のようにして得られたインテンシティと距離との関係及び飽和時間と距離との関係を示す。飽和時間と距離との関係に基づいて、距離の最適水準を２００ｍｍ以下と決定する。

ステップＳ２６において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置及びメディアの組み合わせに対応する最適投射条件を決定する。最適投射条件は、ステップＳ２５で決定した各条件因子の最適水準を組み合わせたものである。

図６に示す投射条件１−２は、ステップＳ２６で決定された最適投射条件に該当する。したがって、図８Ｂから、最適投射条件におけるインテンシティを求める。したがって、ステップＳ１１で決定したショットピーニング装置及びメディアの組み合わせによって効率的に（短い処理時間で）得ることが可能なインテンシティは図８Ｂから０．０１１ｉｎｃｈＮである。なお、あらためて試験を行って最適投射条件におけるインテンシティを求めてもよい。

ステップＳ２６の後、ステップＳ３０に進む。

上述したように、飽和時間に基づいて、ステップＳ１１で決定した組み合わせを用いて加工を行うときの処理時間が短くなる最適投射条件が決定される。一般的には、飽和時間が短いほどカバレージが１００％となるカバレージ時間が短いと考えられる。飽和時間はカバレージ時間に比べて決定が容易である。

スポットの移動条件を最適化すれば、処理時間を更に短くすることができる。スポット移動条件を決定するステップＳ３０を以下に説明する。

図９を参照して、ステップＳ３０は、ステップＳ３１〜Ｓ３３を含む。

ステップＳ３１を説明する。図１０は、ステップＳ３１で用いられる試験片５を示す。試験片５は、アルメン試験片、又は、被処理物と同じ材質で形成された板である。試験片５は、後述する有効処理幅（面積）に対して十分大きいことが好ましい。ステップＳ３１において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置がステップＳ２０で決定した最適投射条件においてステップＳ１１で決定したメディアを試験片５に投射する。このときの投射時間は、例えば、最適投射条件における飽和時間を含む範囲内において３水準程度を設定する。ここで、ショットピーニング加工装置の投射部と試験片５とは、一定条件で相対的に移動していてもよい。この場合、例えば、メディアが当たる領域としてのスポットが試験片５の中心線４に沿って往復するように投射部が平行移動又は首振りする。試験片５の中心線４の方向の長さはＸである。

ステップＳ３１において、投射を行った後の試験片５の表面を拡大鏡を用いて観察し、試験片５の表面上に定義される複数の面積率算出領域７の各々について、圧痕面積率を算出する。複数の面積率算出領域７は、試験片５の中心線４の両側において中心線４と中心位置６で直交する直線に沿って配置される。各面積率算出領域７は、例えば、２．５６ｍｍ角の矩形領域である。面積率算出領域７の測定位置を示す数字が図に示されている。この数字の絶対値は中心位置６から離れるほど大きく、この数字の符号は中心線４の一方側で正であり、中心線４の他方側で負である。圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアにより形成された圧痕（ディンプル）が占める面積を示す。

ステップＳ３１において、試験片５における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求める。図１１は、試験片５における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を示す。図１１の縦軸及び横軸は、それぞれ圧痕面積率及び試験片５上の測定位置である。図１１において、投射時間が１、２、３、４秒の場合の各々について、圧痕面積率と測定位置の関係が示されている。

ステップＳ３２において、図１１に示された圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、投射時間が１、２、３、４秒の場合の各々について試験片５における圧痕面積率が飽和している領域の幅を求める。圧痕面積率が飽和している領域は、カバレージが１００％以上に達している領域である。圧痕面積率が飽和している領域の幅は、有効処理幅と呼ばれる。なお、試験片５における圧痕面積率が飽和している領域の幅（有効処理幅）のかわりに、この領域の面積（有効処理面積）を用いることも可能である。図１２は、有効処理幅と投射時間の関係を示す。図１２の縦軸は有効処理幅であり、横軸は投射時間である。投射時間が増加すると有効処理幅が増加するが、投射時間が１秒を超えると、有効処理幅の増加が鈍くなる。

ステップＳ３３において、図１２の有効処理幅と投射時間の関係からスポット移動条件を決定する。図１３を参照して、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置が被加工物３を加工するとき、メディアが当たる被加工物３の領域としてのスポットを移動軌跡４Ａ〜４Ｃの各々に沿って往復させる。移動軌跡４Ａ〜４Ｃは互いに平行である。ここで、移動軌跡４Ａ〜４Ｃの方向の被加工物３の長さはＹであり、移動軌跡４Ａ〜４ＣのピッチはＰである。ピッチＰは、移動軌跡４Ａ〜４Ｃのうちの隣り合うものどうしの間隔である。図１２において投射時間が１秒のときの有効処理幅が２５ｍｍであるから、ピッチＰが２５ｍｍであり、且つ、移動軌跡４Ａ〜４Ｃの各々に沿ってスポットを往復させる投射時間が１秒の（Ｙ／Ｘ）倍であることを、スポット移動条件として決定する。

ステップＳ３０の他の例を説明する。図１４は、有効処理幅ｗと投射時間ｔの関係の他の例を示す。投射時間ｔにおいて、長さがＸ、幅がｗの矩形の領域内のカバレージが１００％以上になる。つまり、面積Ｘｗが時間ｔで処理される。ここで、長さＸは定数であるから、単位面積当たりの処理時間はｔ／ｗに比例する。図１５は、図１４の有効処理幅ｗと投射時間ｔの関係から求めたｔ／ｗとｔの関係を示す。この場合、ｔ／ｗの値が最小となるｔの値１．５秒とそのときの有効処理幅９ｍｍに基づいて、ピッチＰが９ｍｍであり、且つ、移動軌跡４Ａ〜４Ｃの各々に沿ってスポットを往復させる投射時間が１．５秒の（Ｙ／Ｘ）倍であることを、スポット移動条件として決定する。

なお、処理すべき被加工物が具体的に決まっているときは、ステップＳ２０の後且つステップＳ３０の前にステップＳ１３を実行することが好ましい。

なお、ステップＳ２０において、特定の条件因子の水準を固定した上で他の条件因子の最適水準を決定してもよい。例えば、被処理物の表面に凹凸が多く、投射角度が９０度では被処理物の表面全体を投射できない場合、投射角度を４５度に固定した上で、他の条件因子の最適水準を決定する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るショットピーニング加工条件の設定方法は、ステップＳ２０が最適投射条件を決定するステップＳ２１０で置き換えられている点を除いて第１の実施形態に係るショットピーニング加工条件の設定方法と同じである。

図１６に示すように、ステップＳ２１０は、上述のステップＳ２１〜Ｓ２４と、ステップＳ２１１〜Ｓ２１４を備える。ステップＳ２１１において、ステップＳ２５と同様に各条件因子で飽和時間が最短となる水準を判定する。ステップＳ２１２において、ステップＳ２１１において判定した水準の近傍において追加試験を実施する。

図１７は、追加試験における投射条件の例を示す。投射条件１−４は、流量が３ｋｇ／分である点を除いて投射条件１−２と同じである。投射条件１−５は、流量が５ｋｇ／分である点を除いて投射条件１−２と同じである。投射条件１−６は、圧力が０．２ＭＰａである点を除いて投射条件１−２と同じである。各投射条件についてインテンシティと飽和時間を求める。

ステップＳ２１３において、ステップＳ２１２において求めた飽和時間とステップＳ２４において求めた飽和時間とに基づいて、各条件因子での最適水準を決定する。

ステップＳ２１４において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置及びメディアの組み合わせに対応する最適投射条件を決定する。最適投射条件は、ステップＳ２１３で決定した各条件因子の最適水準を組み合わせたものである。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るショットピーニング加工条件の設定方法は、ステップＳ２０がステップＳ２２０で置き換えられ、ステップＳ３０が除かれている点を除いて第１又は第２の実施形態に係るショットピーニング加工条件の設定方法と同じである。

図１８を参照して、ステップＳ２２０は、上述のステップＳ２１〜Ｓ２６と、ステップＳ２２１〜Ｓ２２４を備える。ステップＳ２２１において、ステップＳ２３で使用したアルメン試験片を用い、ステップＳ２２で決定した複数の投射条件の各々において、アルメン試験片全面のカバレージと投射時間の関係を求める。カバレージは、例えば、ＪＩＳＢ２７１１の付録にあるようなカバレージ判定用の写真とアルメン試験片表面との比較に基づいて判断される。そして、各投射条件について、図１９に示すようなカバレージの投射時間に対する変化を示す飽和曲線を求める。図１９の縦軸はカバレージであり、横軸は投射時間である。そして、飽和曲線に基づいて、カバレージが１００％になる投射時間としてのカバレージ時間Ｃを求める。このように、複数の投射条件の各々において、カバレージ時間を求める。

ステップＳ２２２において、カバレージ時間が最短になるように、各条件因子での最適水準を決定する。

ステップＳ２２３において、ステップＳ１１で決定したショットピーニング加工装置及びメディアの組み合わせに対応する最適投射条件を決定する。最適投射条件は、ステップＳ２２２で決定した各条件因子の最適水準を組み合わせたものである。

ステップＳ２２４において、ステップＳ２６で決定した最適投射条件とステップＳ２２３で決定した最適投射条件とに基づいて、一つの最適投射条件を決定する。例えば、ステップＳ２６で決定した最適投射条件及びステップＳ２２３で決定した最適投射条件の一方を選択することでステップＳ２２４における最適投射条件を決定してもよく、ステップＳ２６で決定した最適投射条件をステップＳ２２３で決定した最適投射条件に基づいて修正してステップＳ２２４における最適投射条件を決定してもよい。

本実施形態においては、ステップＳ２において、ステップＳ２２４で決定した最適投射条件に基づいて被加工物を加工する。

飽和時間だけに基づいて決定された最適投射条件におけるカバレージ時間が長いことが起こる可能性がある。本実施形態によれば、カバレージ時間が確実に短くなるように最適投射条件が決定される。

なお、飽和時間に基づいて最適投射条件を決定せずに、カバレージ時間だけに基づいて最適投射条件を決定してもよい。

上記各実施形態に係るショットピーニング加工方法を金属部品の製造方法に適用することが可能である。

１…投射部
２…被加工物面
３…被加工物
４…中心線
４Ａ〜４Ｃ…移動軌跡
５…試験片
６…中心位置
７…面積率算出領域
１０…飽和曲線
１１…飽和点

Claims

ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと
を具備し、
前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含み、
前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含み、
前記第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定する前記ステップは、
前記第１投射条件における第１飽和時間と前記第２投射条件における第２飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、
前記第３投射条件における第３飽和時間と前記第４投射条件における第４飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップと
を含む
ショットピーニング加工条件の設定方法。
前記ショットピーニング加工装置は、空気を用いてメディアをノズルから投射し、
前記第１条件因子及び前記第２条件因子は、メディア流量、空気の圧力、前記ノズルと被処理面との距離、前記ノズルと被処理面との角度、前記ノズルの内径、及び、前記ノズルの移動速度から選択される任意の二つである
請求項１のショットピーニング加工条件の設定方法。
前記ショットピーニング加工装置は、インペラーを用いてメディアを投射し、
前記第１条件因子及び前記第２条件因子は、前記インペラーの回転速度、前記インペラーと被処理面との距離、前記インペラーと被処理面との角度、噴射口の大きさ、及び、被処理物の移動速度、及び被処理物の回転速度から選択される任意の二つである
請求項１のショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと、
前記ショットピーニング加工装置が前記第１最適投射条件において試験片にメディアを投射するステップと、
前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップと、
前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップと
を具備し、
前記圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアによる圧痕が占める面積を示す
ショットピーニング加工条件の設定方法。
前記面積又は前記幅と前記投射時間との関係に基づいてスポット移動条件を決定するステップを更に具備し、
前記スポット移動条件は、前記ショットピーニング加工装置が被加工物を加工しているときにメディアが当たっている前記被加工物の領域としてのスポットが移動する互いに平行な移動軌跡のピッチを示す
請求項４のショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと
を具備し、
前記第１最適投射条件に対応するインテンシティが被加工物に要求されるインテンシティに合わないとき、
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第２組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、飽和時間を求めるステップと、
前記第２組み合わせに対応する第２最適投射条件を前記第２組み合わせに対応する前記飽和時間に基づいて決定するステップと
を更に具備する
ショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと、
前記第１最適投射条件におけるインテンシティを求めるステップと
を具備する
ショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと、
前記飽和時間を求めるステップにおいて使用したアルメン試験片を用いて、前記複数の投射条件の各々においてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第３最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップと、
前記第１最適投射条件及び前記第３最適投射条件に基づいて第４最適投射条件を決定するステップと
を具備する
ショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置が試験片にメディアを投射するステップと、
前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップと、
前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップと
を具備し、
前記圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアによる圧痕が占める面積を示す
ショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のカバレージの投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップと
を具備し、
前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含み、
前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含み、
前記最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定する前記ステップは、
前記第１投射条件における第１カバレージ時間と前記第２投射条件における第２カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、
前記第３投射条件における第３カバレージ時間と前記第４投射条件における第４カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップと
を含む
ショットピーニング加工条件の設定方法。
ショットピーニング加工条件を決定するステップと、
前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物を加工するステップと
を具備し、
前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のアークハイト値の投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいて飽和時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定するステップと
を含み、
前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含み、
前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含み、
前記第１最適投射条件を前記飽和時間に基づいて決定する前記ステップは、
前記第１投射条件における第１飽和時間と前記第２投射条件における第２飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、
前記第３投射条件における第３飽和時間と前記第４投射条件における第４飽和時間とに基づいて、前記第１最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップと
を含む
金属部品の製造方法。
ショットピーニング加工条件を決定するステップと、
前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物を加工するステップと
を具備し、
前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、
ショットピーニング加工装置が試験片にメディアを投射するステップと、
前記試験片における圧痕面積率の分布と投射時間の関係を求めるステップと、
前記圧痕面積率の分布と投射時間の関係に基づいて、前記試験片における前記圧痕面積率が飽和している領域の面積又は幅と前記投射時間との関係を求めるステップと、
前記面積又は前記幅と前記投射時間との関係に基づいてスポット移動条件を決定するステップと
を含み、
前記圧痕面積率は、単位面積当たりのメディアによる圧痕が占める面積を示し、
前記スポット移動条件は、前記ショットピーニング加工装置が前記被加工物を加工しているときにメディアが当たっている前記被加工物の領域としてのスポットの移動条件を示す
金属部品の製造方法。
ショットピーニング加工条件を決定するステップと、
前記ショットピーニング加工条件に基づいて被加工物を加工するステップと
を具備し、
前記ショットピーニング加工条件を決定する前記ステップは、
ショットピーニング加工装置とメディアの組み合わせとしての第１組み合わせに対する複数の投射条件の各々において、アルメン試験片のカバレージの投射時間に対する変化を示す飽和曲線に基づいてカバレージが１００％となる投射時間としてのカバレージ時間を求めるステップと、
前記第１組み合わせに対応する最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定するステップと
を含み、
前記複数の投射条件の条件因子は、第１条件因子と、第２条件因子とを含み、
前記複数の投射条件は、第１投射条件と、前記第１投射条件と前記第１条件因子の水準のみが異なる第２投射条件と、第３投射条件と、前記第３投射条件と前記第２条件因子の水準のみが異なる第４投射条件とを含み、
前記最適投射条件を前記カバレージ時間に基づいて決定する前記ステップは、
前記第１投射条件における第１カバレージ時間と前記第２投射条件における第２カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第１条件因子の水準を決定するステップと、
前記第３投射条件における第３カバレージ時間と前記第４投射条件における第４カバレージ時間とに基づいて、前記最適投射条件における前記第２条件因子の水準を決定するステップと
を含む
金属部品の製造方法。