JP5609106B2 - Manufacturing method of shaft with holes with excellent fatigue characteristics - Google Patents

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本発明は、穴付きシャフト、すなわちシャフトの軸上および側面に、例えばオイルを通すための穴を有するシャフトについて、その疲労強度を向上させる技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for improving the fatigue strength of a shaft with a hole, that is, a shaft having a hole for allowing oil to pass through, for example, on the axis and side of the shaft.

機械構造用部品、特に自動車のトランスミッションシャフトやクランクシャフトなどは、部品形状に加工した後に、高周波焼入れ−焼戻しを行うことにより、機械構造用部品としての特性を付与させるものがある。このようなシャフトには、その側面にオイル穴と呼ばれる、シャフト内に供給されたオイルをシャフト外側に噴出するための横穴が設けられているのが一般的である。また、このオイルを噴出するオイル穴は、シャフトの軸心付近に軸と平行に開けられた軸穴に繋がっており、この軸穴を介してオイルの供給が行われる。   Some parts for machine structures, particularly automobile transmission shafts and crankshafts, are imparted with characteristics as machine structure parts by induction hardening and tempering after being processed into a part shape. Such a shaft is generally provided with a lateral hole called an oil hole on its side surface for ejecting oil supplied into the shaft to the outside of the shaft. Moreover, the oil hole which ejects this oil is connected with the shaft hole opened in parallel with the shaft near the shaft center of the shaft, and oil is supplied through this shaft hole.

ところが、オイル穴を区画する壁面(以下、オイル穴壁面という)の周囲は、その隣接部分と比較して、応力が集中しやすいことから、ここから疲労亀裂が発生しシャフトの破断に至ることが少なくない。一般的に、オイル穴壁面からの破断は、オイル穴の出口側付近から発生する。これはシャフトの中心軸から離れるほど負荷応力が増大するためである。しかし、オイル穴壁面にある高周波焼入れ部分と母材(非焼入部分)との境目、すなわち焼き境から疲労亀裂が発生し破断する場合がある。この場合は、軟質な母材側が起点となるだけでなく、この付近で引張残留応力が発生しているため、疲労強度は、オイル穴入口側付近が起点となる場合に比較して、低下するのが一般的である。   However, the stress around the wall surface that divides the oil hole (hereinafter referred to as the oil hole wall surface) is more concentrated than the adjacent part, so fatigue cracks can occur from this point, leading to shaft breakage. Not a few. Generally, the fracture from the wall surface of the oil hole occurs from the vicinity of the outlet side of the oil hole. This is because the load stress increases as the distance from the central axis of the shaft increases. However, fatigue cracks may occur from the boundary between the induction-quenched portion on the wall surface of the oil hole and the base material (non-quenched portion), that is, the quenching boundary, and may break. In this case, not only the soft base material side is the starting point, but also tensile residual stress is generated in this vicinity, so the fatigue strength is lower than when the oil hole inlet side vicinity is the starting point. It is common.

このようなオイル穴壁面の入口側付近が起点となる亀裂による、疲労強度の低下を防止する対策として、特許文献1には、小さな硬球を横穴壁面に衝突させる、いわゆるショットピーニングにより、オイル穴壁面の残留圧縮応力を増加させる方法が記載されている。しかし、この方法では、硬球をオイル穴に向けて斜めに投射するため、オイル穴壁面に対して垂直に作用する力(残留圧縮応力を増加させるための力成分)が小さくて効率が悪く、また、クランクシャフトのように横穴の径が比較的大きな部品では、ショットピーニングは可能であるが、トランスミッションシャフトのようなオイル穴径が1〜2mm程度の小さな部品では、ショット粒がオイル穴に目詰まりし、ショットピーニング自体が困難になるため、内面の残留圧縮応力を増加させることも困難になる。   As a measure for preventing a decrease in fatigue strength due to a crack starting from the vicinity of the inlet side of the oil hole wall surface, Patent Document 1 discloses that the oil hole wall surface is formed by so-called shot peening, in which a small hard ball collides with the side wall surface. A method for increasing the residual compressive stress of is described. However, in this method, since the hard ball is projected obliquely toward the oil hole, the force acting perpendicularly to the wall surface of the oil hole (force component for increasing the residual compressive stress) is small and inefficient. Shot peening is possible with parts with a relatively large horizontal hole diameter, such as a crankshaft, but shot parts clog the oil hole with a small oil hole diameter of about 1-2 mm, such as a transmission shaft. However, since shot peening itself becomes difficult, it becomes difficult to increase the residual compressive stress on the inner surface.

一方、近年、キャビテーションにおける気泡の圧潰衝撃力を利用して、機械部品の表面改質を行うことが試行され(例えば、特許文献2参照)、キャビテーションピーニングと呼ばれている。このキャビテーションピーニングは、高圧水を中心にその周囲に低圧水をもつジェット水流を、材料の表面に噴射することで行われる。しかし、側面にオイル穴を有するシャフトで、オイル穴の内面にある焼き境から亀裂が発生するような場合について、オイル穴の内面にどのようにキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を付与させるかについては、考慮がなされておらず、オイル穴を有するシャフトにキャビテーションピーニングを適用して疲労強度を向上させるには、そのキャビテーションピーニングのやり方に改良の余地がある。   On the other hand, in recent years, attempts have been made to modify the surface of mechanical parts by utilizing the crushing impact force of bubbles in cavitation (see, for example, Patent Document 2), which is called cavitation peening. This cavitation peening is performed by jetting a jet water flow having low pressure water around the high pressure water to the surface of the material. However, with a shaft having an oil hole on the side surface, in the case where cracks occur from the burning boundary on the inner surface of the oil hole, how to apply the crushing impact force of cavitation bubbles to the inner surface of the oil hole, In order to improve fatigue strength by applying cavitation peening to a shaft having an oil hole that has not been considered, there is room for improvement in the method of cavitation peening.

特許第2766488号公報Japanese Patent No. 2766488 特開2003−62492号公報JP 2003-62492 A

本発明は、キャビテーションピーニングを利用して、オイル穴などの横穴を有するシャフトの横穴壁面の残留圧縮応力を増加させ、疲労強度、特に捻り疲労強度を向上したシャフトの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a shaft that uses cavitation peening to increase the residual compressive stress of the side wall surface of a shaft having a side hole such as an oil hole, thereby improving fatigue strength, particularly torsional fatigue strength. And

発明者らは、横穴壁面に高い残留圧縮応力を均一に分布させる方法について鋭意研究を行い、以下の解決手段を開発するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1)シャフトの軸方向に平行に設けられた軸穴および、該シャフトの側面から前記軸穴に貫通する横穴を有するシャフトの製造方法であって、
前記軸穴に棒状の栓を挿入し、該棒状の栓の周面で前記横穴の前記軸穴の側の開口を塞いだのち、該横穴に対して前記側面の側から、高圧水の周囲に低圧水を配した、ジェット水流を噴射し、前記横穴を区画する壁面にキャビテーションピーニングによる残留圧縮応力を付与することを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。
The inventors have conducted intensive research on a method for uniformly distributing a high residual compressive stress on the wall surface of the lateral hole, and have developed the following solution.
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
(1) A method of manufacturing a shaft having a shaft hole provided parallel to the axial direction of the shaft, and a lateral hole penetrating from the side surface of the shaft to the shaft hole,
After inserting a rod-shaped stopper into the shaft hole, and closing the opening on the shaft hole side of the horizontal hole with the peripheral surface of the rod-shaped stopper, from the side of the side hole to the periphery of the high-pressure water low pressure water decor, injected water jet method excellent holed shaft torsional fatigue characteristics characterized by imparting residual compressive stress due to cavitation peening wall partitioning the lateral hole.

(2)前記(1)において、前記壁面の残留圧縮応力を付与する領域よりも前記軸穴の側を塞ぐ、ピンを前記横穴に挿入することを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。 (2) In the above (1), a shaft with a hole with excellent torsional fatigue characteristics, characterized in that the shaft hole side is closed with respect to the region to which the residual compressive stress of the wall surface is applied, and a pin is inserted into the lateral hole. Manufacturing method.

)前記(1)または(2)のいずれかにおいて、前記高圧水の圧力を10〜20MPaおよび前記低圧水の圧力を0.02〜0.06MPaとし、前記ジェット水流を噴射するノズルの先端から前記壁面の残留圧縮応力を付与する領域の中心位置までの距離を30〜40mmとすることを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。(4)前記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、前記横穴の穴径が2mm以下であることを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。 ( 3 ) In any one of (1) or (2) , the pressure of the high pressure water is 10 to 20 MPa and the pressure of the low pressure water is 0.02 to 0.06 MPa. A method for producing a shaft with a hole excellent in torsional fatigue characteristics, characterized in that the distance to the center position of the region to which the residual compressive stress is applied is 30 to 40 mm. (4) In any one of the above (1) to (3), the hole diameter of the lateral hole is 2 mm or less, and the manufacturing method of a shaft with a hole excellent in torsional fatigue characteristics.

本発明によれば、シャフトの横穴壁面に残留圧縮応力が適切に付与されるから、穴付きシャフトの疲労強度を格段に向上させることが可能となる。特に、横穴壁面に焼き境がある場合において、該焼き境を起点とした捻り疲労破壊が発生しにくく、高い疲労強度を有するシャフトの製造が可能となる。   According to the present invention, since the residual compressive stress is appropriately applied to the side wall surface of the shaft, the fatigue strength of the shaft with a hole can be remarkably improved. In particular, when there is a burning boundary on the wall surface of the side hole, torsional fatigue failure starting from the burning boundary is less likely to occur, and a shaft having high fatigue strength can be manufactured.

本発明で製造されるシャフトの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the shaft manufactured by this invention. シャフトにキャビテーションピーニングを実施する要領を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the point which implements cavitation peening to a shaft. 本発明の実施形態に係るシャフトにキャビテーションピーニングを実施する要領を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the point which implements cavitation peening to the shaft which concerns on embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係るシャフトにキャビテーションピーニングを実施する要領を示す断面図であり、(a)は概略図、(b)は横穴部分の拡大図である。It is sectional drawing which shows the point which implements the cavitation peening to the shaft which concerns on another embodiment of this invention, (a) is schematic and (b) is an enlarged view of a side hole part. 本発明の別の実施形態に係るシャフトにキャビテーションピーニングを実施する要領を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the point which implements cavitation peening to the shaft which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の実施例のシャフトの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the shaft of the Example of this invention. 本発明の実施例のシャフトの横穴壁面に残留圧縮応力を付与する要領を示す図であり、(a)は発明例を、(b)は別の発明例を、(c)はさらに別の発明例を、(d)は比較例を示す。It is a figure which shows the point which gives the residual compressive stress to the horizontal hole wall surface of the shaft of the Example of this invention, (a) is an invention example, (b) is another invention example, (c) is another invention. For example, (d) shows a comparative example.

図1は、本発明が対象とするシャフトの例を示す断面図である。このシャフト1は、その側面から軸芯に向かって貫通する横穴2を有し、さらに軸方向に平行な軸穴3を有する。該横穴2は、シャフト1の外側面から軸穴3まで貫通している。かような穴付きシャフトにおいて、本発明は、横穴2を区画する横穴壁面2aに残留圧縮応力を付与し、シャフトの疲労強度を向上するものである。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a shaft targeted by the present invention. The shaft 1 has a lateral hole 2 penetrating from its side surface toward the axial center, and further has an axial hole 3 parallel to the axial direction. The lateral hole 2 penetrates from the outer surface of the shaft 1 to the shaft hole 3. In such a shaft with a hole, the present invention applies a residual compressive stress to the side wall surface 2a defining the side hole 2 to improve the fatigue strength of the shaft.

ここで、キャビテーションピーニングは、低圧水流の内側に高圧水流を発生させた場合にキャビテーションと呼ばれる気泡が発生し、この気泡が崩壊するときに発生する衝撃力によって材料に残留圧縮応力を付与するものである。
上述のように、従来のショットピーニングでは、細径の穴内面にショットを当てることは困難であり、しかも、穴の開口部に対して斜め方向から噴射されるため、穴の内面に対して垂直方向から作用する力は小さく、残留圧縮応力の付与には効率的ではなかった。この点、キャビテーションピーニングでは、気泡が崩壊するときの衝撃力は四方八方に広がるため、有効に横穴壁面2aに対して衝撃力を作用させることが可能となり、ここに残留圧縮応力を付与することが可能である。
Here, cavitation peening is a process in which bubbles called cavitation are generated when a high-pressure water flow is generated inside a low-pressure water flow, and residual compressive stress is imparted to the material by the impact force generated when the bubbles collapse. is there.
As described above, in conventional shot peening, it is difficult to hit the inner surface of a small-diameter hole, and since it is injected from an oblique direction with respect to the opening of the hole, it is perpendicular to the inner surface of the hole. The force acting from the direction was small, and it was not efficient for applying the residual compressive stress. In this respect, in the cavitation peening, the impact force when the bubbles collapse spreads in all directions, so that it is possible to effectively apply the impact force to the side wall surface 2a, and the residual compressive stress can be applied thereto. Is possible.

よって、本発明では、横穴壁面2aに対しキャビテーションピーニングを用いて残留圧縮応力を付与する。すなわち、図2に横穴壁面2aに対しキャビテーションピーニングを行う要領を示すように、シャフト1の外側面に設けられた横穴2の開口部に対向配置したノズル11よりジェット水流10を噴射する。該ジェット水流10は、低圧水流10aを周囲に高圧水流10bを中心に配置した水流となるように設定され、横穴2の開口中心に向けて噴射される。シャフト1の外面側から、このジェット水流10を横穴2の中心に向けて噴射することにより、横穴壁面2aにキャビテーションピーニングを行う。
ここで、ジェット水流10における、低圧水流の圧力は0.02〜0.10MPaおよび高圧水流の圧力は10〜20MPaが好適である。
また、ノズル先端から残留圧縮応力を付与する領域の中心までの距離は、30〜40mmとすることが好適である。
Therefore, in the present invention, residual compressive stress is applied to the side wall surface 2a using cavitation peening. That is, as shown in FIG. 2 in which the cavitation peening is performed on the wall surface 2 a of the horizontal hole, the jet water flow 10 is ejected from the nozzle 11 disposed opposite to the opening of the horizontal hole 2 provided on the outer surface of the shaft 1. The jet water stream 10 is set to be a water stream that is arranged around the low-pressure water stream 10 a around the high-pressure water stream 10 b, and is jetted toward the center of the opening of the horizontal hole 2. Cavitation peening is performed on the wall surface 2a of the horizontal hole by injecting the jet water flow 10 toward the center of the horizontal hole 2 from the outer surface side of the shaft 1.
Here, in the jet water stream 10, the pressure of the low pressure water stream is preferably 0.02 to 0.10 MPa, and the pressure of the high pressure water stream is preferably 10 to 20 MPa.
The distance from the nozzle tip to the center of the region to which the residual compressive stress is applied is preferably 30 to 40 mm.

このとき、横穴2の軸穴3側の開口を塞いで、ジェット水流10の出側を塞ぐことが肝要である。図3は、横穴2の軸穴3側の開口を塞ぐ手法の一例を示す図である。すなわち、キャビテーションピーニングを行うにあたっては、横穴2の軸穴3側の開口を塞ぐために、図3の例では、軸穴3に棒状の栓12を挿入し、横穴2の軸穴3側の開口部を栓12の周面で塞いでいる。   At this time, it is important to close the opening of the horizontal hole 2 on the side of the axial hole 3 and close the outlet side of the jet water flow 10. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a technique for closing the opening of the horizontal hole 2 on the shaft hole 3 side. That is, in performing the cavitation peening, in order to close the opening of the horizontal hole 2 on the side of the shaft hole 3, in the example of FIG. 3, a rod-shaped stopper 12 is inserted into the shaft hole 3 and the opening of the horizontal hole 2 on the side of the shaft hole 3. Is closed by the peripheral surface of the stopper 12.

このようにすることにより、ジェット水流噴射に伴うキャビテーションにより発生した気泡の逃げ場がなくなり、横穴内部に充満し崩壊する。従って、横穴壁面2aには均一に残留圧縮応力を付与できる。   By doing in this way, the escape place of the bubble generated by the cavitation accompanying jet water flow injection is lost, and the inside of the side hole is filled and collapsed. Therefore, the residual compressive stress can be uniformly applied to the side wall surface 2a.

さらに、図4に示すように、横穴2を区画する壁面2aの残留圧縮応力を付与したい領域14よりも軸穴3の側を塞ぐように、円柱形のピン15を横穴2に対して挿入して(図4(b)参照)、キャビテーションピーニングを実施すると、キャビテーションピーニング気泡がピン15の上面で跳ね返ることによる効果で、より高い残留圧縮応力を付与することができる。   Further, as shown in FIG. 4, a cylindrical pin 15 is inserted into the horizontal hole 2 so as to close the axial hole 3 side of the region 14 to which the residual compressive stress of the wall surface 2 a defining the horizontal hole 2 is to be applied. When the cavitation peening is performed (see FIG. 4B), higher residual compressive stress can be applied due to the effect of the cavitation peening bubbles rebounding on the upper surface of the pin 15.

また、横穴2の軸穴3側の開口を塞ぐことが困難な場合には、図5に示すように、シャフト端部の軸穴3の開口部3aに栓13をして、キャビテーションによる気泡の逃げ場をなくすようにしてもよい。このとき、図1に示すような、複数の横穴2が設けられているシャフトにキャビテーションピーニングを行う場合、キャビテーションピーニングを行っている状態にない穴2についてはシャフトの外側面の側から栓をしておくことが好ましい。これは、キャビテーションピーニングを行っている状態にない穴2からキャビテーションによる気泡が逃げてしまうことを防止するためである。また、全ての穴2について同時にキャビテーションピーニングを行うことにより、キャビテーション気泡の逃げ場をなくするようにしてもよい。   Further, when it is difficult to close the opening of the side hole 2 on the side of the shaft hole 3, as shown in FIG. 5, a plug 13 is provided at the opening 3a of the shaft hole 3 at the end of the shaft so You may try to eliminate the escape. At this time, when cavitation peening is performed on a shaft provided with a plurality of lateral holes 2 as shown in FIG. 1, the holes 2 not in the state of cavitation peening are plugged from the outer surface side of the shaft. It is preferable to keep it. This is to prevent bubbles from escaping from escaping from the holes 2 that are not in the state of performing cavitation peening. Further, by performing cavitation peening for all the holes 2 at the same time, the escape space for the cavitation bubbles may be eliminated.

例えば、トランスミッションシャフトは、横穴がシャフト中心に設けられた軸穴(主穴)に繋がっている構造を有している。このような場合、図3に示すように、オイル穴の軸穴側より栓をするか、あるいは、図5に示すようにシャフト端部にある軸穴3の開口部3aに栓13をすることで、キャビテーションによる気泡を封じ込めることができる。
なお、オイル用の横穴が多数ある場合には、ノズルを多数配置することで、作業時間を短縮することが可能となる。
For example, the transmission shaft has a structure in which a lateral hole is connected to a shaft hole (main hole) provided in the center of the shaft. In such a case, as shown in FIG. 3, the plug is plugged from the shaft hole side of the oil hole, or as shown in FIG. 5, the plug 13 is plugged into the opening 3a of the shaft hole 3 at the end of the shaft. With this, air bubbles caused by cavitation can be contained.
In addition, when there are many horizontal holes for oil, it is possible to shorten the working time by arranging a large number of nozzles.

C:0.45mass%、Si:0.40mass%、Mn:0.80mass%、Al:0.024mass%、Mo:0.20%mass、Ti:0.022%mass、B:0.0019mass%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼素材を用い、図6に示す形状のシャフト1を製造した。このシャフト1は、軸方向に平行な軸穴3(穴径10mmφ)を有し、さらに、シャフトの長手方向中央部に長さ90mmの平行部を有する。また平行部の長手方向中心部には外側面から軸穴3に繋がる穴2(穴径2mmφ)を有するものである。このシャフトを高周波移動焼入れで表面の最高加熱温度が950℃となる条件で焼入れ、170℃×30minの焼戻しを行った。焼入れ部の厚みは平均2.5mmであった。
得られたシャフトについて、以下に示す条件で横穴2に対する処理を行った。
C: 0.45 mass%, Si: 0.40 mass%, Mn: 0.80 mass%, Al: 0.024 mass%, Mo: 0.20% mass, Ti: 0.022% mass, B: 0.0019 mass%, balance Fe and inevitable impurities A shaft 1 having the shape shown in FIG. 6 was manufactured using a steel material. This shaft 1 has a shaft hole 3 (hole diameter 10 mmφ) parallel to the axial direction, and further has a parallel portion of 90 mm in length at the center in the longitudinal direction of the shaft. Further, the central portion in the longitudinal direction of the parallel portion has a hole 2 (hole diameter 2 mmφ) connected to the shaft hole 3 from the outer surface. This shaft was quenched by induction moving quenching under the condition that the maximum surface heating temperature was 950 ° C. and tempered at 170 ° C. for 30 minutes. The thickness of the quenched part was an average of 2.5 mm.
About the obtained shaft, the process with respect to the horizontal hole 2 was performed on the conditions shown below.

[発明例1]
高周波焼入れ−焼戻し後のシャフトについて、図7(a)に示すように、軸穴3に棒状の栓12を挿入し、横穴2の軸穴側開口を塞ぐ処理を行った。ついで、ノズル11先端から横穴3入口までの距離を20mmとしてキャビテーションピーニングを行った。ノズル11は、低圧水10bを周囲に高圧水10aを中心に持つ、ジェット水流を噴射するものであり、高圧水圧力は15MPa、低圧水圧力は0.04MPaとし、横穴2の開口中心にジェット水流の中心位置が合うように配置した。
[Invention Example 1]
For the shaft after induction hardening and tempering, as shown in FIG. 7A, a rod-like stopper 12 was inserted into the shaft hole 3 to close the shaft hole side opening of the horizontal hole 2. Next, cavitation peening was performed with the distance from the tip of the nozzle 11 to the entrance of the horizontal hole 3 being 20 mm. The nozzle 11 injects a jet water flow around the low-pressure water 10b around the high-pressure water 10a. The high-pressure water pressure is 15 MPa and the low-pressure water pressure is 0.04 MPa. Arranged so that the center position matches.

参考例2]
高周波焼入−焼戻し後のシャフトについて、図7(b)に示すように、シャフトの一端部にある軸穴3の開口部3aに対して栓13をし、ノズル11先端から横穴入口までの距離を20mmとしてキャビテーションピーニングを行った。ノズル11は、低圧水10bを周囲に高圧水10aを中心に持つジェット水流を噴射するもので、高圧水圧力は15MPa、低圧水圧力は0.04MPaとし、横穴2の開口中心にジェット水流の中心位置が合うように配置した。
[ Reference Example 2]
As for the shaft after induction hardening and tempering, as shown in FIG. 7 (b), a plug 13 is plugged into the opening 3a of the shaft hole 3 at one end of the shaft, and the distance from the tip of the nozzle 11 to the inlet of the horizontal hole Cavitation peening was performed at 20 mm. The nozzle 11 injects a jet water stream around the low-pressure water 10b around the high-pressure water 10a. The high-pressure water pressure is 15 MPa and the low-pressure water pressure is 0.04 MPa. Arranged to fit.

[発明例3]
高周波焼入れ−焼戻し後のシャフトについて、前記の[発明例1]と同様に軸穴3に棒状の栓12を挿入し、ついで、ノズル11先端から横穴2入口までの距離を33mm(ノズル11先端から高周波焼入部の最も残留圧縮応力を高めたい位置(横穴入口から2mmの深さ)まで35mm)としてキャビテーションピーニングを行った。ノズル11は、低圧水10bを周囲に高圧水10aを中心に持つ、ジェット水流を噴射するものであり、高圧水圧力は15MPa、低圧水圧力は0.04MPaとし、横穴2の開口中心にジェット水流の中心位置が合うように配置した。
[Invention Example 3]
For the shaft after induction hardening and tempering, a rod-like stopper 12 is inserted into the shaft hole 3 in the same manner as in [Invention Example 1], and then the distance from the tip of the nozzle 11 to the inlet of the side hole 2 is 33 mm (from the tip of the nozzle 11). Cavitation peening was performed at the position where the residual compressive stress in the induction-hardened part was most desired (35 mm from the side hole entrance to a depth of 2 mm). The nozzle 11 injects a jet water flow around the low-pressure water 10b around the high-pressure water 10a. The high-pressure water pressure is 15 MPa and the low-pressure water pressure is 0.04 MPa. Arranged so that the center position matches.

[発明例4]
高周波焼入れ−焼戻し後のシャフトについて、図7(c)に示すように、軸穴3に棒状の栓12を挿入し、横穴2の軸穴側の開口を塞ぐ処理を行った。さらに、横穴2に対し、残留圧縮応力を付与したい領域よりも軸穴3の側を塞ぐように、ピン15を挿入した。ついで、ノズル11先端から横穴2入口までの距離を33mm(ノズル11先端から高周波焼入部の最も残留圧縮応力を高めたい位置(横穴入口から2mmの深さ)まで35mm)としてキャビテーションピーニングを行った。ノズル11は、低圧水10bを周囲に高圧水10aを中心に持つ、ジェット水流を噴射するものであり、高圧水圧力は15MPa、低圧水圧力は0.04MPaとし、横穴2の開口中心にジェット水流の中心位置が合うように配置した。
[Invention Example 4]
With respect to the shaft after induction hardening and tempering, as shown in FIG. 7C, a rod-like stopper 12 was inserted into the shaft hole 3 to close the opening of the side hole 2 on the shaft hole side. Furthermore, the pin 15 was inserted so that the side of the axial hole 3 might be plugged up with respect to the horizontal hole 2 rather than the area | region which wants to provide a residual compressive stress. Then, cavitation peening was performed with the distance from the tip of the nozzle 11 to the inlet of the horizontal hole 33 mm (35 mm from the tip of the nozzle 11 to the position where the highest residual compressive stress in the induction-hardened portion is desired (35 mm from the side of the side hole to a depth of 2 mm)). The nozzle 11 injects a jet water flow around the low-pressure water 10b around the high-pressure water 10a. The high-pressure water pressure is 15 MPa and the low-pressure water pressure is 0.04 MPa. Arranged so that the center position matches.

[比較例1]
高周波焼入れ−焼戻し後のシャフトについて、前記発明例1から4で行った栓をすることなく、ノズル11先端から横穴入口までの距離を20mmとしてキャビテーションピーニングを行った。ノズル11は、低圧水を周囲に高圧水を中心に持つジェット水流を噴射するものとし、高圧水圧力は15MPa、低圧水圧力は0.04MPaとし、横穴2の開口中心にジェット水流の中心位置が合うように配置した。
[Comparative Example 1]
The shaft after induction hardening and tempering was subjected to cavitation peening with the distance from the tip of the nozzle 11 to the entrance of the side hole being 20 mm without plugging as in Examples 1 to 4. The nozzle 11 is designed to inject a jet water stream around low-pressure water, mainly high-pressure water. The high-pressure water pressure is 15 MPa, the low-pressure water pressure is 0.04 MPa, and the center position of the jet water stream is aligned with the center of the opening of the horizontal hole 2. Arranged.

[比較例2]
高周波焼入れ−焼戻し後のシャフトについて、図7(d)に示すように、径が0.5mmの硬球21を、横穴壁面2aに対して斜めから噴射し、ショットピーニングを行った。このとき、硬球21の噴射ノズル20の噴射方向を、横穴2の開口中心軸に対して20°の方向となるように調整し、0.5MPaの噴射圧力で噴射した。また、横穴壁面2a全体に硬球が衝突するように、シャフトを図中矢印に示したように少しずつ回転させてショットピーニングを行った。
[Comparative Example 2]
About the shaft after induction hardening and tempering, as shown in FIG.7 (d), the hard ball 21 whose diameter is 0.5 mm was injected diagonally with respect to the side wall surface 2a, and shot peening was performed. At this time, the injection direction of the injection nozzle 20 of the hard ball 21 was adjusted so as to be a direction of 20 ° with respect to the central axis of the opening of the horizontal hole 2, and injection was performed with an injection pressure of 0.5 MPa. Further, shot peening was performed by rotating the shaft little by little as indicated by arrows in the drawing so that the hard sphere collides with the entire side wall surface 2a.

以上の処理を施したシャフトをそれぞれ複数個用意し、これらのシャフトを用いて捻り疲労試験を行い、S−N曲線から1×105回捻り疲労強度を調査した。また、高周波焼入れ−焼戻しままのシャフトについても複数個用意し、同様に疲労強度を調査した。 A plurality of shafts subjected to the above treatments were prepared, and a torsional fatigue test was conducted using these shafts, and the 1 × 10 5 times torsional fatigue strength was investigated from the SN curve. In addition, a plurality of shafts that were subjected to induction hardening and tempering were prepared, and the fatigue strength was similarly investigated.

この結果、発明例1のシャフトは930Nm、発明例2のシャフトは890Nm、発明例3のシャフトは960Nm、発明例4のシャフトは1010Nm、比較例1のシャフトは780Nm、比較例2のシャフトは835Nm、高周波焼入れ−焼戻しままのシャフトは780Nmの疲労強度であった。
以上のことから、本発明のキャビテーションピーニング法により、シャフト側面に設けた横穴周囲の強化を有効に図ることが可能であることがわかる。
As a result, the shaft of Invention Example 1 is 930 Nm, the shaft of Invention Example 2 is 890 Nm, the shaft of Invention Example 3 is 960 Nm, the shaft of Invention Example 4 is 1010 Nm, the shaft of Comparative Example 1 is 780 Nm, and the shaft of Comparative Example 2 is 835 Nm The induction-quenched-tempered shaft had a fatigue strength of 780 Nm.
From the above, it can be seen that the cavitation peening method of the present invention can effectively reinforce the periphery of the side hole provided on the side surface of the shaft.

1 シャフト
2 横穴
2a 横穴壁面
3 軸穴
10 ジェット水流
10a 低圧水
10b 高圧水
11 ノズル
12 棒状の栓
13 栓
14 残留圧縮応力を付与したい領域
15 ピン
20 硬球噴射ノズル
21 硬球
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft 2 Horizontal hole 2a Horizontal hole wall surface 3 Shaft hole 10 Jet water flow 10a Low pressure water 10b High pressure water 11 Nozzle 12 Bar-shaped plug 13 Plug 14 Area | region which wants to give residual compressive stress 15 Pin 20 Hard ball injection nozzle 21 Hard ball

Claims (4)

シャフトの軸方向に平行に設けられた軸穴および、該シャフトの側面から前記軸穴に貫通する横穴を有するシャフトの製造方法であって、
前記軸穴に棒状の栓を挿入し、該棒状の栓の周面で前記横穴の前記軸穴の側の開口を塞いだのち、該横穴に対して前記側面の側から、高圧水の周囲に低圧水を配した、ジェット水流を噴射し、前記横穴を区画する壁面にキャビテーションピーニングによる残留圧縮応力を付与することを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。
A method of manufacturing a shaft having a shaft hole provided parallel to the axial direction of the shaft, and a lateral hole penetrating from the side surface of the shaft to the shaft hole,
After inserting a rod-shaped stopper into the shaft hole, and closing the opening on the shaft hole side of the horizontal hole with the peripheral surface of the rod-shaped stopper, from the side of the side hole to the periphery of the high-pressure water low pressure water decor, injected water jet method excellent holed shaft torsional fatigue characteristics characterized by imparting residual compressive stress due to cavitation peening wall partitioning the lateral hole.
請求項1において、前記壁面の残留圧縮応力を付与する領域よりも前記軸穴の側を塞ぐ、ピンを前記横穴に挿入することを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。   2. The method for manufacturing a shaft with a hole with excellent torsional fatigue characteristics according to claim 1, wherein a pin is inserted into the side hole that closes the shaft hole side of the wall surface from the region to which the residual compressive stress is applied. 請求項1または2のいずれかにおいて、前記高圧水の圧力を10〜20MPaおよび前記低圧水の圧力を0.02〜0.06MPaとし、前記ジェット水流を噴射するノズルの先端から前記壁面の残留圧縮応力を付与する領域の中心位置までの距離を30〜40mmとすることを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。   3. The residual compressive stress of the wall surface is applied from the tip of a nozzle that injects the jet water flow, with the pressure of the high-pressure water being 10 to 20 MPa and the pressure of the low-pressure water being 0.02 to 0.06 MPa. A method for manufacturing a shaft with a hole excellent in torsional fatigue characteristics, wherein the distance to the center position of the region to be made is 30 to 40 mm. 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記横穴の穴径が2mm以下であることを特徴とするねじり疲労特性に優れた穴付きシャフトの製造方法。   4. The method of manufacturing a shaft with a hole excellent in torsional fatigue characteristics according to claim 1, wherein a hole diameter of the horizontal hole is 2 mm or less.
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