JP5794017B2 - Thermal spray coating forming method and thermal spray coating forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、溶射用材料を溶融させた溶融金属を被溶射物に供給して溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成方法及び溶射皮膜形成装置に関する。 The present invention relates to a thermal spray coating forming method and a thermal spray coating forming apparatus for forming a thermal spray coating by supplying molten metal obtained by melting a thermal spray material to a sprayed material.
従来から、自動車等の内燃機関用シリンダブロックのシリンダボア内面に、金属もしくはセラミック材を溶射して皮膜を形成し、その後、この溶射皮膜に対しホーニング加工を施して表面の粗さを適切にし、摺動面を形成する溶射皮膜形成方法が知られている。溶射皮膜形成方法として、材料にワイヤ材、熱源にプラズマを用いたワイヤプラズマ法がある(例えば下記特許文献1参照)。 Conventionally, a coating is formed by spraying a metal or ceramic material on the inner surface of a cylinder bore of a cylinder block for an internal combustion engine such as an automobile, and then honing is applied to the sprayed coating so that the surface roughness is appropriate. A thermal spray coating forming method for forming a moving surface is known. As a thermal spray coating forming method, there is a wire plasma method using a wire material as a material and plasma as a heat source (see, for example, Patent Document 1 below).
ワイヤプラズマ法は、プラズマガスを吐出するノズルとノズル内に配置してある陰極との間に、ノズル側を陽極として高周波、高電圧を付与してパイロットアークを発生させる。発生したパイロットアークは、ノズル内を流れるプラズマガス流に乗ってノズルと同様の陽極となっているワイヤへ移行してプラズマアークを形成する。このプラズマアークの熱によってワイヤが溶融するととともに、溶融したワイヤの溶融金属がプラズマガス流によって被溶射部物に吹き付けられる。 In the wire plasma method, a pilot arc is generated by applying a high frequency and a high voltage between a nozzle for discharging plasma gas and a cathode disposed in the nozzle, with the nozzle side serving as an anode. The generated pilot arc rides on a plasma gas flow flowing in the nozzle and moves to a wire that is an anode similar to the nozzle to form a plasma arc. The wire is melted by the heat of the plasma arc, and the molten metal of the melted wire is sprayed onto the object to be sprayed by the plasma gas flow.
ところで、上記したワイヤプラズマ法は、順次送られるワイヤの溶融状態が安定化しにくく、溶融金属中に稀に粗大な溶滴(粒子)が発生し、被溶射部物に吹き付けられことがある。この場合、溶射皮膜中に粗大な粒子が含まれることになって溶射皮膜表面に突起部となって現れることがある。 By the way, in the above-described wire plasma method, it is difficult to stabilize the molten state of the sequentially fed wires, and in some cases, coarse droplets (particles) are rarely generated in the molten metal and sprayed onto the object to be sprayed. In this case, coarse particles may be included in the sprayed coating, and may appear as protrusions on the surface of the sprayed coating.
そして、この突起部が現れた状態のままホーニング加工を実施すると、突起部にホーニング砥石が側方から衝突することになるので、突起部が研削されずに周囲の溶射皮膜とともに脱落して不良品となる場合がある。 And if honing is carried out with this protruding part appearing, the honing grindstone will collide with the protruding part from the side, so that the protruding part is not ground and falls off with the surrounding sprayed coating, resulting in a defective product. It may become.
そこで、本発明は、溶射工程の後のホーニング工程で、溶射皮膜表面に形成される突起部の脱落を抑えることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to suppress the dropout of the protrusions formed on the surface of the sprayed coating in the honing process after the spraying process.
本発明は、被溶射物に溶射皮膜を形成する溶射工程と、溶射皮膜の表面にホーニング加工を施すホーニング工程との間に、溶射工程で溶射皮膜の表面から突出するように形成された、溶融金属を含む突起部を、周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する突起部除去工程を設け、突起部除去工程では、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする。 The present invention provides a fusion formed between the thermal spraying process of forming a thermal spray coating on the sprayed material and the honing process of performing honing on the surface of the thermal spray coating so as to protrude from the surface of the thermal spray coating in the thermal spraying process. A protrusion removing step is provided for removing the metal-containing protrusion without causing the surrounding thermal spray coating to drop off. In the protrusion removing step, a flexible protrusion removing tool is slid against the protrusion. It is characterized by removing .
本発明によれば、溶射工程の後の突起部除去工程で、溶射皮膜表面に形成された突起部を除去するようにしたので、その後のホーニング工程で、溶射皮膜表面に形成される突起部の脱落を抑えることができる。 According to the present invention, since the protrusion formed on the surface of the sprayed coating is removed in the protrusion removing step after the spraying process, the protrusion formed on the surface of the sprayed coating in the subsequent honing process. Dropping can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる突起部除去手段としての突起部除去具1により、被溶射物3の表面の溶射皮膜5に発生した突起部7を除去している状態を示している。なお、ここでの被溶射物3は、自動車等の内燃機関用シリンダブロックであり、そのシリンダボア内面の被溶射面3aに上記した溶射皮膜5を形成してある。この溶射皮膜5の形成に関しては、図7に示すプラズマ溶射装置を使用する。
FIG. 1 shows a state in which the protruding
プラズマ溶射装置は、回転かつシリンダボアの軸線方向に移動可能な溶射手段としての溶射ガン8の先端から、ワイヤ9を溶融させた溶融金属の液滴11を噴射して被溶射面3aに吹き付ける。溶射ガン7は先端にノズル13を備え、ノズル13内の電極(陰極)15とワイヤ(陽極)9との間にプラズマアークを発生させ、該プラズマアークの熱エネルギによって、順次送られるワイヤ9の先端を溶融させる。
The plasma spraying apparatus sprays a
その際、ノズル13においては、中心部のプラズマ用ガス吐出通路17からプラズマ用ガスが吐出されると同時に、その周囲のアトマイズ用エア吐出通路19からアトマイズ用エアが吐出される。このプラズマガス流及びアトマイズエア流によって上記した液滴11が流され、噴流となって被溶射面3aに吹き付けられて溶射皮膜5を形成する。
At that time, in the
このようにして溶射皮膜5を形成する際に、前述したように、ワイヤ9の溶融状態が不安定になった場合には、図8(a)に示すように、噴流中に発生する粗大な塊である粒子21が被溶射面3aに吹き付けられることになる。この場合、溶射皮膜5中に上記した粗大な粒子21が含まれることになって溶射皮膜5の表面に、図8(b)に示すように、溶融金属からなる突起部7となって現れることになる。
When the sprayed
なお、この突起部7は、溶射皮膜5の形成過程において、被溶射面3aに付着あるいは溶射加工中に皮膜中に混入した異物(前工程から持ち込んだ切粉・自工程で発生した皮膜片・スパッタなど)を核として皮膜層中に発生した突起物も含む。
The
そして、この突起部7が現れたまま図8(c)のようにホーニング手段としてのホーニングツール23を用いてホーニング加工を行うと、回転するホーニングヘッド24の外周部に取り付けてある砥石25が突起部7の側方から衝突することになる。砥石25が突起部7の側方から衝突すると、図8(d)のように突起部7が研削されずに周囲の溶射皮膜5とともに脱落し、ボア内面に凹部28が形成されることになる。この凹部28は、内燃機関の稼動時にオイルが入り込んでオイル消費の増大を招くなどの不具合を発生させる。
Then, when the honing process is performed using the
そこで、本実施形態では、このような突起部7を、ホーニング加工を行う前に、図1に示す突起部除去具1を用いて事前に除去しておく。
Therefore, in the present embodiment, such a protruding
すなわち、本実施形態による溶射被膜形成装置を用いた溶射被膜形成方法では、図2に示すように、溶射工程27の後に、突起部除去具1を用いた突起部除去工程29を設定し、突起部除去工程29の後にホーニング工程31を設定している。突起部除去工程29では、溶融金属を含む突起部7を、該突起部7周囲の溶射皮膜の脱落を伴うことなく除去する。ホーニング工程31は、図9に示すように外周部に砥石25を備えたホーニングヘッド24を回転させつつ軸方向に移動させ、被溶射面3aに形成してある溶射被膜5の表面を研削して仕上げ加工する。
That is, in the thermal spray coating forming method using the thermal spray coating forming apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, after the
図1に示した突起部除去具1は、駆動機構35によって回転する回転軸37の外周部の全周にわたり、可撓性シート状部材としての矩形状のフラップ39を複数取り付け、フラップ39の少なくとも先端側の表面には、研削部となる砥粒41を多数付着させている。
The protrusion removing tool 1 shown in FIG. 1 has a plurality of
砥粒41は、例えばアルミナ、シリコン、ジルコニア(粒度♯40〜♯600)などを使用し、フラップ39の主として先端側の一方の面に付着させる。フラップ39は、例えば紙ヤスリのベース紙となる部分に使用している強化紙などでよく、回転軸37の全周にわたり、その周方向に沿ってほぼ等間隔に取り付ける。
The
このような突起部除去具1を溶射皮膜形成後のシリンダボア内に挿入し、駆動機構35の駆動によって回転軸37を回転させると、複数のフラップ39も同時に回転する。この回転時のフラップ39は、砥粒41を付着させた側を回転方向前方側とする。
When such a protrusion removing tool 1 is inserted into the cylinder bore after the thermal spray coating is formed and the
フラップ39は可撓性があり柔軟性を有しているので、回転時に回転方向前方側が凸曲面となるよう変形する。このフラップ39の変形状態での先端側の一部を、溶射皮膜5の少なくとも突起部7に接触させるようにすることで、砥粒41が突起部7に対して摺動し、これにより突起部7を先端側から徐々に研削して除去することができる。この場合、突起部7を砥粒41によって徐々に研削していくので、突起部7の周囲の溶射皮膜5を伴なう脱落を抑えることができる。
Since the
実際の突起部除去作業にあたっては、回転軸37の中心をシリンダボアの中心軸線に合わせた状態で、突起部除去具1をシリンダボア内に挿入し、回転させつつ軸方向に徐々に移動させる。その際、回転軸37の回転数は、500〜10000rpmとし、図1に示すように、取り代H(切り込み量)は、0.2mm〜2.0mmとする。例えば、突起部7を形成する粗大な粒子21の直径が1.0mmの場合には、突起部7の突出量が直径の半分の約0.5mmとなり(残りの半分は溶射被膜5の中に埋もれた状態となる)、取り代Hを0.5mmとすることで突起部7のほぼ全体を除去することができる。この場合、突起部7を形成するのは粗大な粒子21のほぼ半分であるから、残りの半分は、突起部除去作業後に溶射被膜5の中に埋もれたままとなる。
In the actual protrusion removal operation, the protrusion removal tool 1 is inserted into the cylinder bore while the center of the
このようにして突起部7を除去した後に、ホーニング加工を行うことで、突起部7の周囲の溶射被膜5を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜5の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
By removing the
また、本実施形態では、可撓性のフラップ39を使用しているので、例えば取り代Hを1.0mm程度とすることで、製造誤差によりシリンダボア内径が±0.1mm程度ずれたとしても、突起部7の除去には問題がない。つまり、回転軸37の中心からフラップ39の先端までの長さは、シリンダボア内径に対してそれほど高精度に合わせることなく、突起部7の除去を確実に行うことができる。
Further, in this embodiment, since the
また、加工速度については、後述するブラシによるものに比較して速く、作業性に優れている。 Further, the processing speed is faster than that using a brush described later, and the workability is excellent.
図3は、本発明の第2の実施形態に係わる突起部除去具1Aにより、被溶射物3の溶射皮膜5に発生した突起部7を除去している状態を示している。この実施形態は、前記図1の第1の実施形態で使用した砥粒41を備えたフラップ39に代えて、ブラシ43を使用している。
FIG. 3 shows a state in which the protruding
ブラシ43は、可撓性を有して柔軟性のある鉄系金属からなるワイヤ45を回転軸37の周囲に多数取り付けたものである。ワイヤ45は、硬さが例えばHRC40以上で、線径(直径)が0.150mm〜0.500mmである。
The
また、ワイヤ45として、可撓性を有して柔軟性のある樹脂製のワイヤの表面にアルミナの砥粒(粒度♯40〜♯600)を付着させたものでもよい。
Alternatively, the
ブラシ43を使用した突起部除去具1Aも、前記したフラップ39を使用した突起部除去具1と同様に、回転軸37の中心をシリンダボアの中心軸線に合わせた状態でシリンダボア内に挿入し、回転させつつ軸方向に徐々に移動させる。その際、回転軸37の回転数は、突起部除去具1と同様に、500〜10000rpmとし、取り代H(切り込み量)も、0.2mm〜2.0mmとする。
The
ブラシ43を回転させることで、ワイヤ45の先端が突起部7に接触して摺動し、突起部7を除去することになる。
By rotating the
上記した第2の実施形態においても、突起部7を除去した後に、ホーニング加工を行うことで、突起部7の周囲の溶射被膜5を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜5の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
Also in the above-described second embodiment, honing is performed after removing the
また、第1の実施形態と同様に、例えば取り代Hを1.0mm程度とすることで、製造誤差によりシリンダボア内径が±0.1mm程度ずれたとしても、突起部7の除去には問題がない。つまり、回転軸37の中心からワイヤ45の先端までの長さは、シリンダボア内径に対してそれほど高精度に合わせることなく、突起部7の除去を確実に行うことができる。さらに、第2の実施形態では、フラップ39を使用している第1の実施形態に比較して工具寿命を長くすることができる。
Similarly to the first embodiment, for example, when the machining allowance H is set to about 1.0 mm, even if the cylinder bore inner diameter is shifted by about ± 0.1 mm due to a manufacturing error, there is a problem in removing the protruding
なお、前記した第1、第2の実施形態では、固定状態の被溶射物3に対して突起部除去具1、1Aを回転させているが、固定状態の突起部除去具1、1Aに対して被溶射物3を回転させてもよい。
In the first and second embodiments described above, the
図4は、本発明の第3の実施形態に係わる突起部除去具1Bにより、被溶射物3の表面の溶射皮膜5に発生した突起部7を除去している状態を示している。この実施形態は、回転軸37の先端周囲に、円柱形状の砥石(ゴム砥石でもよい)47を取り付け、コンタリング加工によって突起部7を研削加工する。
FIG. 4 shows a state in which the protruding
すなわち、砥石47は、その外径を、溶射皮膜5を形成した後のシリンダボア内径より小さく設定し、回転軸37を砥石47とともに回転させつつシリンダボア内面に沿って周方向に相対移動させて、突起部7を研削し除去する。
That is, the outer diameter of the
したがって、本実施形態においても、突起部7をコンタリング加工により除去した後にホーニング加工を行うことで、突起部7の周囲の溶射被膜5を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜5の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
Therefore, also in the present embodiment, by performing the honing process after removing the
また、本実施形態では、砥石47を用いてコンタリング加工することで、前記した各実施形態に比較して加工精度を高めることができる。
Further, in the present embodiment, the machining accuracy can be increased by performing the contouring process using the
なお、本実施形態での砥石47の回転数は、2000rpm〜10000rpmで、取り代は、0.1mm〜0.5mmである。
In addition, the rotation speed of the
図5は、本発明の第4の実施形態に係わる突起部除去具1Cにより、被溶射物3の溶射皮膜5に発生した突起部7を除去している状態を示している。この実施形態は、突起部除去具1Cとしてレーザ光供給手段を構成している。レーザ光供給手段は、図示しないレーザ発振器から供給される熱エネルギを有するレーザ光49を、レーザ照射用ヘッド51から突起部7に向けて照射し、突起部7を溶融させて除去する。
FIG. 5 shows a state in which the
図6は、本発明の第5の実施形態に係わる突起部除去具1Dにより、被溶射物3の溶射皮膜5に発生した突起部7を除去している状態を示している。この実施形態は、突起部除去具1Dとして、前記図7に示したプラズマアーク53を発生させるプラズマ発生手段を構成している。プラズマ発生手段は、ノズル55に設けた電極と被溶射物3との間に形成したプラズマアークにより、突起部7に対し熱エネルギを付与して溶融させて除去する。
FIG. 6 shows a state where the
したがって、上記第4、第5の各実施形態においても、突起部7を溶融により除去した後にホーニング加工を行うことで、突起部7の周囲の溶射被膜5を伴なう脱落を抑制でき、溶射被膜5の表面の仕上げ加工を高精度に行って不良品の発生を抑えることができる。
Therefore, also in each of the fourth and fifth embodiments, by performing the honing process after removing the protruding
なお、第4の実施形態ではレーザ光を、第5の実施形態ではプラズマアークを使用しているが、突起部7を溶融させることが可能な熱エネルギを備えていれば、これらに限ることはない。
Although the laser beam is used in the fourth embodiment and the plasma arc is used in the fifth embodiment, the thermal energy that can melt the
1,1A,1B,1C,1D 突起部除去具(突起部除去手段)
3 被溶射物
3a 被溶射物の被溶射面
5 溶射皮膜
7 突起部
8 溶射ガン(溶射手段)
9 ワイヤ(溶射用材料)
11 溶滴(溶融金属)
21 溶滴の粗大な粒子
23 ホーニングツール(ホーニング手段)
27 溶射工程
29 突起部除去工程
31 ホーニング工程
39 フラップ(可撓性シート状部材)
41 砥粒
43 ブラシ
45 ワイヤ
47 砥石
49 レーザ光
53 プラズマアーク
1,1A, 1B, 1C, 1D Protrusion removal tool (protrusion removal means)
3 Sprayed
9 Wire (material for thermal spraying)
11 Liquid droplets (molten metal)
21 Coarse particles of
27
41
Claims (9)
前記突起部除去工程は、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。 A thermal spraying process for forming a thermal spray coating by supplying a molten metal obtained by melting a thermal spray material to a sprayed material, and forming the thermal spray coating in this thermal spraying process so as to protrude from the surface of the thermal spray coating. And a protrusion removing step for removing the protrusion including the molten metal without dropping off the surrounding sprayed coating, and with the protrusion removed in the protrusion removing step, the surface of the sprayed coating is removed. and honing step of performing the honing process, the possess Te,
The method for forming a sprayed coating is characterized in that the protrusion removal step includes removing a flexible protrusion removal tool by sliding the protrusion against the protrusion .
に対し摺動させて研削し除去することを特徴とする請求項1に記載の溶射皮膜形成方法。 The thermal spraying according to claim 1 , wherein the protrusion removing tool is provided with abrasive grains on a flexible sheet-like member, and the abrasive grains are slid against the protrusions to be ground and removed. Film formation method.
前記突起部除去工程は、砥石を備えた突起部除去具を、回転させつつ前記溶射皮膜の表面に沿って相対移動させることで、前記砥石を前記突起部に対して摺動させて研削し除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。 A thermal spraying process for forming a thermal spray coating by supplying a molten metal obtained by melting a thermal spray material to a sprayed material, and forming the thermal spray coating in this thermal spraying process so as to protrude from the surface of the thermal spray coating. And a protrusion removing step for removing the protrusion including the molten metal without dropping off the surrounding sprayed coating, and with the protrusion removed in the protrusion removing step, the surface of the sprayed coating is removed. A honing process for performing honing processing,
In the protrusion removing step, the protrusion removing tool provided with the grindstone is moved relative to the surface of the thermal spray coating while rotating, so that the grindstone is slid with respect to the protrusion to be ground and removed. A method for forming a sprayed coating, comprising:
前記突起部除去工程は、前記突起部に熱エネルギを付与して溶融させることで前記突起部を除去することを特徴とする溶射皮膜形成方法。 A thermal spraying process for forming a thermal spray coating by supplying a molten metal obtained by melting a thermal spray material to a sprayed material, and forming the thermal spray coating in this thermal spraying process so as to protrude from the surface of the thermal spray coating. And a protrusion removing step for removing the protrusion including the molten metal without dropping off the surrounding sprayed coating, and with the protrusion removed in the protrusion removing step, the surface of the sprayed coating is removed. A honing process for performing honing processing,
The method for forming a sprayed coating is characterized in that, in the protrusion removal step, the protrusion is removed by applying thermal energy to the protrusion to melt the protrusion.
前記突起部除去手段は、可撓性の突起部除去具を前記突起部に対し摺動させて除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。 A thermal spraying means for forming a thermal spray coating by supplying a molten metal obtained by melting a thermal spraying material to an object to be sprayed and formed so as to protrude from the surface of the thermal spray coating when the thermal spray coating is formed by the thermal spraying means. And a protrusion removing means for removing the protrusion including the molten metal without dropping off the surrounding sprayed coating, and the protrusion removed by the protrusion removing means with respect to the surface of the sprayed coating. and honing means for performing the honing process, the possess Te,
The said protrusion part removal means slides a flexible protrusion part removal tool with respect to the said protrusion part, and removes it, The thermal spray coating formation apparatus characterized by the above-mentioned .
前記突起部除去手段は、砥石を備えた突起部除去具を、回転させつつ前記溶射皮膜の表面に沿って相対移動させることで、前記砥石を前記突起部に対して摺動させて研削し除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。 The protrusion removing means slides the grindstone against the protrusion to grind and remove it by rotating a protrusion removing tool provided with a grindstone along the surface of the thermal spray coating while rotating. An apparatus for forming a sprayed coating, characterized in that:
前記突起部除去手段は、前記突起部に熱エネルギを付与して溶融させることで前記突起部を除去することを特徴とする溶射皮膜形成装置。 The said protrusion part removal means removes the said protrusion part by giving a thermal energy to the said protrusion part and making it melt | dissolve, The thermal spray coating formation apparatus characterized by the above-mentioned.
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