JP6065105B2 - Sintered machine parts and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、本体の一面より突出するピンを有する焼結機械部品及びその製造方法に関し、特に、ピンに作用する負荷による折損が抑制された焼結機械部品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sintered machine component having a pin protruding from one surface of a main body and a method for manufacturing the same, and more particularly to a sintered machine component in which breakage due to a load acting on the pin is suppressed and a method for manufacturing the same.
粉末冶金法は、金属粉末等からなる原料粉末を所定の形状及び寸法に固め、これを溶融しない温度で加熱することによって粉末粒子を強固に結合させて金属製品を製造する技術であり、少ない工程でニアネットシェイプに造形することができ、且つ、大量生産に向く等の特徴から、自動車用機械部品や各種産業用機械部品への適用が進んでいる。 Powder metallurgy is a technology for manufacturing metal products by solidifying powder powders made of metal powders into a predetermined shape and dimensions and heating them at a temperature that does not melt them, thereby bonding powder particles firmly. Therefore, it is being applied to automobile machine parts and various industrial machine parts because it can be shaped into a near net shape and is suitable for mass production.
粉末冶金法による焼結部品は、一般に、原料粉末を圧縮成形した際の粉末粒子間の空隙が、焼結後に気孔として残留するので、溶製材に比べて強度が低くなるという欠点がある。このため、本体から突出するピンを有するような機械部品を粉末冶金法によって製造すると、ピンに高い荷重が作用してピンの根本に応力が集中した場合に、その強度の低さによってピンが根元から折損する。例えば、自動二輪車の変速機構を構成するギヤチェンジ用カム部品は、図1に示すような機械部品1であり、6本のピン2が略六芒星形状の本体3の一面に突出する形状を有しており、ギヤチェンジの際に6本のピン2に高い荷重を受ける。
Sintered parts by the powder metallurgy method generally have a drawback in that the strength is lower than that of the melted material because voids between the powder particles when the raw material powder is compression-molded remain as pores after sintering. For this reason, when a mechanical part having a pin protruding from the body is manufactured by the powder metallurgy method, when a high load acts on the pin and stress concentrates on the root of the pin, the pin is rooted due to its low strength. Break from. For example, a gear change cam part constituting a transmission mechanism of a motorcycle is a machine part 1 as shown in FIG. 1, and has six
このようなピンに高い荷重が作用する機械部品の製造に粉末冶金法を適用しつつピンの折損を防止するには、溶製鋼で製造されたピン2を焼結体からなる本体3に圧入して機械部品1を構成する。つまり、図1のような機械部品1は、各ピン2を溶製鋼で構成する工程と、焼結体からなる本体3を形成する工程と、本体3の孔部4にピン2を圧入する工程とによって製造される。
上記のような機械部品の製造においては、溶製鋼で製造されるピンを別途用意する必要があり、しかも、焼結体からなる本体へピンを圧入する工程が追加されるので、手間がかかり、コストが高くなる。つまり、少ない工程でニアネットシェイプに造形可能で大量生産に向くという粉末冶金法の利点が損なわれる。In order to prevent the breakage of the pin while applying the powder metallurgy method to the manufacture of a machine part in which a high load acts on such a pin, the
In the manufacture of mechanical parts as described above, it is necessary to separately prepare pins manufactured from molten steel, and since a process of pressing the pins into the main body made of a sintered body is added, it takes time and effort. Cost increases. That is, the advantage of the powder metallurgy method that can be formed into a near net shape with few steps and is suitable for mass production is impaired.
一方、溶製鋼を用いずに焼結体で図1のような機械部品を製造する事例として、原料粉末を通常の方法で成形及び焼結した焼結体を高温に加熱して、熱間で鍛造(いわゆる焼結鍛造)することによって塑性流動によりピンを形成することが知られている(下記非特許文献1参照)。 On the other hand, as an example of manufacturing a machine part as shown in FIG. 1 with a sintered body without using molten steel, the sintered body formed by sintering and sintering the raw material powder to a high temperature is heated to a high temperature. It is known that pins are formed by plastic flow by forging (so-called sintered forging) (see Non-Patent Document 1 below).
このような焼結鍛造によるメタルフロー(塑性流動)によってピンを形成する成形方法においては、ピン全体の密度比を溶製鋼と同等まで高められるので、ピン部の根元からの折損は防止される。
しかし、このような方法では、鍛造素材となる焼結体を加熱する設備及び金型を加熱する設備が必要となり、焼結体及び金型の加熱経費がかかる。しかも、熱間鍛造に供する金型は高価で寿命も短いので、その分製造コストを上げる要因となる。In the forming method in which the pins are formed by such metal flow (plastic flow) by sintering forging, the density ratio of the entire pins can be increased to the same level as that of the molten steel, so that breakage from the root of the pin portion is prevented.
However, such a method requires equipment for heating a sintered body to be a forging material and equipment for heating a mold, and requires heating costs for the sintered body and the mold. In addition, the mold used for hot forging is expensive and has a short life, which increases the manufacturing cost accordingly.
以上のように、本体から突出するピンに高い荷重が作用するような機械部品において、ピンを含めた機械部品全体が焼結体で構成されて、ピンの折損が抑制された焼結機械部品が望まれている。又、そのような焼結機械部品を、焼結体及び金型を加熱することなく低コストで得ることができる製造方法が望まれている。
本発明の目的は、上記課題を解決し、本体から突出するピンを有し、全体が焼結体で構成されながらピンの折損が抑制された焼結機械部品、及び、そのような焼結機械部品を高価な設備を使用せずに安価に提供可能な製造方法を実現することである。As described above, in a mechanical component in which a high load acts on a pin protruding from the main body, the entire mechanical component including the pin is composed of a sintered body, and a sintered mechanical component in which breakage of the pin is suppressed is obtained. It is desired. In addition, a manufacturing method that can obtain such a sintered machine component at a low cost without heating the sintered body and the mold is desired.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, have a pin protruding from the main body, and have a sintered machine part in which the breakage of the pin is suppressed while being entirely composed of a sintered body, and such a sintered machine It is to realize a manufacturing method capable of providing parts at low cost without using expensive equipment.
上記課題を解決するために、本発明者らが検討を行ったところ、ピンが本体から突出して高い荷重がピンに作用するような機械部品において、ピン全体を高密度に形成しなくても、ピンの特定の部位のみに局所的に高密化を施して高い密度にすればピンの折損が抑制できることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have examined, in a mechanical component in which the pin protrudes from the main body and a high load acts on the pin, even if the entire pin is not formed at a high density, It has been found that breakage of the pin can be suppressed if the density is increased by locally densifying only a specific part of the pin.
本発明の一形態によれば、焼結機械部品は、焼結合金で構成され、平らな作用面を有する実質的に平板状の本体と、前記本体と一体に形成されて前記作用面から突出するピンとを有する焼結機械部品であって、前記ピンは、前記ピンの側面が根元付近で滑らかに湾曲して前記本体の作用面と連続するように、根元において拡大する軸性形状を有し、前記焼結機械部品を構成する焼結合金は、密度比が80〜96%の焼結材マトリクスと、密度比が96%以上で前記焼結材マトリクスより高密度比である高密化層とを有する金属組織構造を有し、前記高密化層は、前記ピンに加えられる曲げ荷重から生じる応力が最大になる応力最大位置において深さが0.5mm以上になるように前記ピンの側面の前記応力最大位置を含む領域に局所的に設けられることを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, a sintered machine component is made of a sintered alloy and has a substantially flat main body having a flat working surface, and is integrally formed with the main body and protrudes from the working surface. The pin has an axial shape that expands at the base such that the side surface of the pin is smoothly curved near the base and is continuous with the working surface of the main body. The sintered alloy constituting the sintered machine part includes a sintered material matrix having a density ratio of 80 to 96%, a densified layer having a density ratio of 96% or more and a higher density ratio than the sintered material matrix, The densified layer has a depth of 0.5 mm or more at the maximum stress position where the stress generated from the bending load applied to the pin is maximized . Provided locally in the region including the maximum stress position The main point is that
前記ピンは、前記作用面から垂直に突出し、柱状のピン主部と、前記ピン主部と前記本体との間に位置して前記ピン主部の側面と前記作用面とを連続にするように凹状に湾曲した側面を有するフレア基部とを有するように構成するとよく、前記応力最大位置は前記フレア基部の側面にあり、前記高密化層が形成される領域は、前記フレア基部の側面の少なくとも一部を含む。前記高密化層を除く全部分が前記焼結材マトリクスで構成され、前記高密化層の最表面の密度比は97%以上であると好ましく、前記フレア基部は、前記ピンの軸方向断面において前記側面が曲線を示す曲線回転体の形状を有する。
前記フレア基部は、前記ピンの軸方向断面において側面が円弧又は楕円弧を示す円弧回転体又は楕円弧回転体の形状を有するように構成したり、或いは、前記フレア基部は、前記ピンの軸方向断面において側面が直線を示す円錐台部を部分的に含み、前記フレア基部の側面は、前記ピンの軸方向断面において部分的に直線部を含む曲線を示すように構成することができる。前記ピンの軸方向断面において前記円錐台部の側面が示す直線とピンの軸方向との角度が45°以下であると好ましい。
前記本体は、前記作用面の反対側に、前記ピンに対応する位置に凹部が形成された背面を有すると均一な焼結体の形成に有効であり、前記凹部の深さは、前記本体の厚さの10〜70%であるとよい。
The pin protrudes perpendicularly from the working surface and is positioned between the pin main portion and the pin main portion and the main body so that the side surface of the pin main portion and the working surface are continuous. A flare base having a concavely curved side surface, wherein the stress maximum position is on the side surface of the flare base, and the region where the densified layer is formed is at least one of the side surfaces of the flare base. Part. The entire portion excluding the densified layer is composed of the sintered material matrix, and the density ratio of the outermost surface of the densified layer is preferably 97% or more, and the flare base is the section in the axial direction of the pin. It has the shape of a curved rotating body whose side surface shows a curve.
The flare base may be configured to have a shape of an arc rotator or an elliptic arc rotator whose side faces indicate an arc or an elliptic arc in the axial section of the pin, or the flare base may be in the axial section of the pin. The side surface may partially include a truncated cone portion having a straight line, and the side surface of the flare base portion may be configured to exhibit a curve partially including the linear portion in the axial cross section of the pin. The angle between the straight line indicated by the side surface of the truncated cone part and the axial direction of the pin in the axial cross section of the pin is preferably 45 ° or less.
The body, on the opposite side of the front Symbol working surface is effective to form a uniform sintered body to have a back with a recess formed at a position corresponding to the pin, the depth of the recess, said body It is good that it is 10 to 70% of the thickness.
又、本発明の一形態によれば、焼結機械部品の製造方法は、作用面を有する本体と、前記本体と根元で一体に形成されて前記作用面から突出するピンとを有し、前記ピンは、根元において拡大する軸性形状を有して、前記ピンの側面が根元付近で滑らかに湾曲して前記本体の作用面と連続になるような形状として、焼結機械部品のネットシェイプを規定し、前記ネットシェイプにおいて前記ピンに加えられる曲げ荷重から生じる応力が最も高くなる応力最大位置を含む領域に余肉が加えられて前記ピンの側面が局所的に前記ネットシェイプより膨出する形状を有し、密度比が80〜96%の焼結合金で構成される焼結体を用意し、前記焼結体の余肉を冷間で再圧縮して前記ネットシェイプに成形して、前記焼結体より高密度比で密度比が96%以上の高密化層を、前記応力最大位置において深さが0.5mm以上になるように前記ピンの側面の前記応力最大位置を含む領域に局所的に形成することを有することを要旨とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a sintered machine component, comprising: a main body having a working surface; and a pin that is integrally formed with the main body at a base and protrudes from the working surface. Stipulates the net shape of the sintered machine part with an axial shape that expands at the base, and the side surface of the pin smoothly curves near the base and is continuous with the working surface of the body In the net shape, a shape in which surplus thickness is applied to a region including the maximum stress position where the stress generated from the bending load applied to the pin becomes the highest and the side surface of the pin locally bulges from the net shape. And having a density ratio of 80 to 96%, a sintered body is prepared, the excess of the sintered body is recompressed in the cold and formed into the net shape, and the sintered body is formed. Density ratio is 96 with a density ratio higher than that of the bonded body. The above densification layer, the depth in the stress maximum position is summarized in that with the locally formed in a region including the stress maximum position of the side surface of the pin so as to preferably 0.5 mm or more .
前記余肉の再圧縮は、50〜1200MPaの圧力で行うとよい。前記本体は、前記作用面が平らである実質的な平板状であり、前記焼結体は、前記作用面の反対側において、前記ピンに対応する位置に凹部が形成された背面を有すると、均一成形に有利である。前記凹部の深さは、前記本体の厚さの10〜70%であるとよい。 The re-compression of the surplus meat is preferably performed at a pressure of 50 to 1200 MPa. The main body has a substantially flat plate shape with the working surface being flat, and the sintered body has a back surface formed with a recess at a position corresponding to the pin on the opposite side of the working surface. It is advantageous for uniform molding. The depth of the recess is preferably 10 to 70% of the thickness of the main body.
本発明の構成によれば、本体から突出するピンに高い荷重が作用するような機械部品において、ピンを含めた機械部品全体を焼結材で構成しつつ、応力の集中する部位のみに高密化を施してピンの折損を抑制することができ、しかも、安価に機械部品を供給できる。又、本発明の製造方法においては、余肉を冷間で再圧縮する塑性加工によって高密化するので、焼結体や金型を加熱する設備が不要であり、製造コストの大幅な削減を実現できる。 According to the configuration of the present invention, in a mechanical component in which a high load acts on a pin protruding from the main body, the entire mechanical component including the pin is made of a sintered material, and only a portion where stress is concentrated is made dense. It is possible to suppress breakage of the pins and to supply machine parts at low cost. In addition, in the manufacturing method of the present invention, the surplus is densified by plastic working that is recompressed in the cold, so there is no need for equipment for heating the sintered body and the mold, and the manufacturing cost is greatly reduced. it can.
(発明の工夫点)
柱状のピンが平らな作用面から垂直に突出する機械部品において、ピンに荷重が加わると、ピンにかかる荷重による曲げモーメントは、ピンの根元で最大となると共に、曲げモーメントは、曲げ方向と反対側のピン側面において引っ張り応力として作用する。その結果、引っ張り応力は、ピン側面と作用面とが不連続なピン根元の角部に集中的に作用して、根元の表面から破壊が進行する。
そこで、本発明では、第1に、根元で拡大する軸性の形状にピンを形成して、径が一定である柱状のピン主部と、ピン主部側から本体側へ向かって径が拡大するフレア基部とを有するようにピンを構成する。このように基部を拡大させることによって、ピンの根元の体積が増加して、その分ピンの根元の強度が増加する。更に、このフレア基部は、ピンの側面と本体の作用面とが滑らかに連続するように、朝顔様に拡張する形状に形成する。これにより、フレア基部及びその周辺の領域(つまり、フレア基部に隣接する本体の境界域、及び、フレア基部に隣接するピン主部の境界域を含む)内において応力が分散して作用するので、ピンの根元での応力集中を防止する上で有効に作用する。(Convention points of the invention)
In a machine part in which a columnar pin projects vertically from a flat working surface, when a load is applied to the pin, the bending moment due to the load applied to the pin is maximized at the base of the pin, and the bending moment is opposite to the bending direction. Acts as a tensile stress on the side of the pin on the side. As a result, the tensile stress acts intensively on the corners of the pin base where the pin side surface and the action surface are discontinuous, and the fracture proceeds from the surface of the root.
Therefore, in the present invention, first, a pin is formed in an axial shape that expands at the base, and the diameter of the columnar pin main portion having a constant diameter increases from the pin main portion side toward the main body side. The pin is configured to have a flare base. By enlarging the base portion in this way, the volume at the base of the pin is increased, and the strength at the base of the pin is increased accordingly. Further, the flare base is formed in a shape that expands in a morning glory shape so that the side surface of the pin and the working surface of the main body are smoothly continuous. As a result, the stress acts in the flare base and its surrounding area (that is, including the boundary area of the main body adjacent to the flare base and the boundary area of the pin main part adjacent to the flare base). It works effectively to prevent stress concentration at the base of the pin.
引っ張り応力は、フレア基部及びその周辺の領域の表面において高くなる。そこで、本発明では、第2に、上述のようにフレア基部を設けた上で、曲げ荷重による応力が高くなる領域について表面を高密化して、密度の高い高密化層を設けることで、材料組成及び形状により定まる焼結体の強度に比べて高い強度を付与する。これにより、引っ張り応力による破壊の進行に抗し得る。このように高密化層を有するようにフレア基部を構成すると、フレア基部での破壊を回避できる。 The tensile stress is high at the surface of the flare base and the surrounding area. Therefore, in the present invention, secondly, after providing the flare base as described above, the surface is densified in a region where the stress due to the bending load is high, and a high-density layer having a high density is provided. In addition, the strength is higher than the strength of the sintered body determined by the shape. Thereby, it is possible to resist the progress of fracture due to tensile stress. When the flare base is configured so as to have the densified layer as described above, the breakage at the flare base can be avoided.
上記知見に基づき、本発明の焼結機械部品は、具体的には、密度比80〜96%の本体と、本体の平らな作用面に突出する少なくとも1つのピンとを有し、ピンは、本体に向かって拡大するフレア基部を有し、ピンの側面は、根元近くで凹曲面状に滑らかに湾曲して本体の作用面と連続するように形成される。更に、ピンに加えられる曲げ荷重による応力が高くなる領域、即ち、フレア基部の側面の少なくとも一部を含む領域に、本体の密度比より高く且つ密度比が96%以上の高密化層が形成される。高密化層は、表面からの深さが、少なくとも曲げ荷重による応力が最も高い位置において0.3mm以上になるように形成される。 Based on the above knowledge, the sintered machine part of the present invention specifically has a main body with a density ratio of 80 to 96% and at least one pin protruding on the flat working surface of the main body. The side surface of the pin is formed so as to be smoothly curved into a concave curved surface near the base and to be continuous with the working surface of the main body. Further, in the region where the stress due to the bending load applied to the pin is high, that is, the region including at least a part of the side surface of the flare base, a highly densified layer having a density ratio of 96% or more is formed. The The densified layer is formed so that the depth from the surface is at least 0.3 mm at a position where the stress due to the bending load is highest.
また、本発明の焼結機械部品の製造方法は、本体と本体の作用面に突出するピンとを有し、ピンは根元が拡大した軸状形状を有してピンの側面と本体の作用面とが滑らかに連続するように湾曲するような形状として、焼結機械部品のネットシェイプを設定し、密度比が80〜96%の焼結材で構成され、高密化用の余肉(再圧縮代)をフレア基部に有するようにネットシェイプよりも膨張した形状を有する焼結体を用意し、焼結体の余肉を冷間で再圧縮してネットシェイプに成形することにより、焼結体より高密度比で密度比が96%以上の高密化層を形成する。この再圧縮により、ピンの側面と本体の作用面とを滑らかに連続させる曲面に根元が成形され、それと共に、余肉の位置に高密化層が形成される。余肉の厚みによって高密化層の深さを調整可能であり、少なくとも曲げ荷重による応力が最も高い位置において高密化層の深さが0.3mm以上になるように、焼結体の余肉の厚みは調節される。 In addition, the method for manufacturing a sintered machine part of the present invention includes a main body and a pin protruding from the working surface of the main body, and the pin has an axial shape with an enlarged base, and the side surface of the pin and the working surface of the main body The net shape of the sintered machine part is set as a shape that curves so that it continues smoothly, and is composed of a sintered material with a density ratio of 80 to 96%. ) In the flare base, and a sintered body having a shape expanded from the net shape is prepared, and the excess thickness of the sintered body is recompressed in the cold and formed into a net shape. A highly densified layer having a high density ratio and a density ratio of 96% or more is formed. By this recompression, the root is formed into a curved surface that smoothly connects the side surface of the pin and the working surface of the main body, and at the same time, a densified layer is formed at the position of the surplus. The depth of the densified layer can be adjusted by the thickness of the surplus, and the surplus thickness of the sintered body is adjusted so that the depth of the densified layer is 0.3 mm or more at least at the position where the stress due to bending load is highest. The thickness is adjusted.
一般に、焼結機械部品は、密度比80〜96%のものが使用され、本発明の焼結機械部品の本体及びピンの大部分も、このような一般的な密度比80〜96%の焼結合金で構成される。その上で、フレア基部において、表面の再圧縮によって高密化層を設けると共に、上記のようにピンの側面と本体の作用面とがフレア基部を通じて連続するように滑らかな凹曲面に成形する。従って、焼結材に局所的な再圧縮を施すと、その金属組織構造は、初めの焼結材で構成されるマトリクスと、圧縮された高密化層とを有する複相構造になる。
高密化層の形成によって、マトリクスと高密化層との明確な境界は生じず、これらは、同じ焼結組成で連続しており、不連続ではない。高密化層は、焼結機械部品の金属組織断面における気孔率に基づいて、気孔率から算出される密度比がマトリクスより高く96%以上である部分として決定される。つまり、マトリクスにおける密度比が96%未満の場合は、高密化層は、密度比が96%以上の部分であり、マトリクスの密度比が96%の場合は、96%より高い密度比の範囲が高密化層である。高密化層は、表面からの深さが、少なくとも曲げ荷重による応力が最も高くなる位置において0.3mm以上となるように形成する。深さが0.3mm以上の高密化層は、応力に抗する耐久性の向上が顕著であり、高密化層の深さが表面から0.3mmに満たない場合、或いは、密度比が96%より小さい場合、曲げ荷重により生じるフレア基部表面の引っ張り応力に抗する耐久性が低下する。従って、曲げ荷重による応力が最大になる位置を包含する、ある程度の幅の帯域において深さが0.3mm以上になるように形成すると極めて好適である。In general, sintered machine parts having a density ratio of 80 to 96% are used, and most of the main body and pins of the sintered machine parts of the present invention are also sintered at such a density ratio of 80 to 96%. Composed of bond money. Then, a densified layer is provided by recompressing the surface at the flare base, and the side surface of the pin and the working surface of the main body are formed into a smooth concave curved surface so as to continue through the flare base as described above. Accordingly, when local recompression is applied to the sintered material, the metal structure becomes a multiphase structure having a matrix composed of the original sintered material and a compressed densified layer.
The formation of the densified layer does not produce a clear boundary between the matrix and the densified layer, which are continuous with the same sintered composition and are not discontinuous. The densified layer is determined as a portion where the density ratio calculated from the porosity is higher than that of the matrix and is 96% or more based on the porosity in the metal structure cross section of the sintered machine part. That is, when the density ratio in the matrix is less than 96%, the densified layer is a portion where the density ratio is 96% or more, and when the density ratio of the matrix is 96%, the density ratio range is higher than 96%. It is a densified layer. The densified layer is formed so that the depth from the surface is at least 0.3 mm at a position where the stress due to the bending load is highest. A highly densified layer having a depth of 0.3 mm or more has a remarkable improvement in durability against stress. When the depth of the densified layer is less than 0.3 mm from the surface, or the density ratio is 96%. If it is smaller, the durability against the tensile stress on the surface of the flare base caused by the bending load is lowered. Accordingly, it is extremely preferable to form the film so that the depth is 0.3 mm or more in a band having a certain width including the position where the stress due to the bending load is maximized.
高密化層の深さは、大きい方がフレア基部の強度が向上し、特に上限はない。つまり、フレア基部をピンの中心まで高密化した場合も本発明の範疇である。但し、高密化層を深く形成しようとすると、その分、加工代が大きくなり、加工費が増加する。又、ピンにかかる荷重により発生する曲げモーメントに抗し得る最小強度を超えて強化する必要はない。高密化層の深さは、ピンの半径の75%程度までであればよい。 The greater the depth of the densified layer, the greater the strength of the flare base, and there is no particular upper limit. That is, the case where the flare base is densified to the center of the pin is also within the scope of the present invention. However, if the densified layer is to be formed deeply, the machining cost increases accordingly, and the machining cost increases. Further, it is not necessary to strengthen beyond the minimum strength that can resist the bending moment generated by the load applied to the pin. The depth of the densified layer may be up to about 75% of the radius of the pin.
高密化層は、フレア基部及びその周辺の全域にわたって形成しても良いが、フレア基部及びその周辺のうち、少なくとも、曲げ荷重による引っ張り応力が最も高くなる位置を含む領域(例えば、図3〜8の(b)において領域Sとして示すような領域)に形成すればよい。曲げ荷重による応力は、材料力学において一般的に用いられる計算手法によって求めることができ(詳細は後述する)、ピン側面における応力分布を求めることで、応力が最も高くなる位置(以下、応力最大位置と称し、図中、符号Pで示す)を決めることができる。ピン側面における応力分布及び応力最大位置は、フレア基部の形状によって変化する。図3(c)〜図8(c)から理解されるように、応力最大位置は、軸方向の高さが一定でピン側面を周回する円状になり、高密化層は、応力最大位置を含む帯状にピン側面に形成される。例えば図6のように拡大底部の高さに比べて径方向の広がりが大きい場合には、応力最大位置は、フレア基部の上端付近に位置し、ピン主部に非常に近くなるが、応力最大位置は、常にフレア基部の側面にある。従って、高密化層を形成する領域には、フレア基部の側面の少なくとも一部が含まれる。 The densified layer may be formed over the entire area of the flare base and the periphery thereof, but at least the region including the position where the tensile stress due to the bending load is highest among the flare base and the periphery thereof (for example, FIGS. 3 to 8). (B), the region shown as the region S) may be formed. The stress due to the bending load can be obtained by a calculation method generally used in material mechanics (details will be described later), and by obtaining the stress distribution on the side surface of the pin, the position where the stress is highest (hereinafter, the maximum stress position) And indicated by a symbol P in the figure). The stress distribution and the maximum stress position on the side surface of the pin vary depending on the shape of the flare base. As can be understood from FIGS. 3C to 8C, the maximum stress position has a circular shape that has a constant axial height and circulates around the side surface of the pin, and the densified layer has the maximum stress position. It is formed on the side surface of the pin in the shape of a band including it. For example, when the spread in the radial direction is larger than the height of the enlarged bottom portion as shown in FIG. 6, the maximum stress position is located near the upper end of the flare base and very close to the pin main portion, but the stress maximum The position is always on the side of the flare base. Accordingly, the region where the densified layer is formed includes at least a part of the side surface of the flare base.
曲げ荷重による応力は、フレア基部全域に分散して作用するので、フレア基部の高さ(軸方向の長さ)が増加するに従って、応力は広く分散されて、応力の最大値(応力最大位置における応力値)は低下する。逆に、フレア基部の高さが小さい場合、応力はさほど分散されないので、応力の最大値が高くなり、応力最大位置の周辺においても高い応力が作用する(図3及び図4参照)。つまり、フレア基部が低くなると、一定レベル以上の応力が作用する範囲は却って広くなる。この場合、フレア基部の側面全域にわたって高密化層を形成しても、フレア基部からピン主部に連なる首部(フレア基部との境界を含むピン主部下端部)における強度より曲げモーメントが大きいと、ピンの首部での引っ張り応力の作用が大きくなって折損する。
故に、フレア基部は、ある程度以上の高さ、好ましくは0.1mm以上になるように設けることが推奨される。或いは、もう一つの対処法として、首部についても高密化層を形成することでピンの折損を抑制することができる。首部に高密化層を形成する場合、フレア基部の高密化層と首部の高密化層とが分離して形成されると、フレア基部の高密化層と首部の高密化層の間に応力の作用が集中し易くなるので、フレア基部の高密化層と首部の高密化層が連続するように形成する。尚、ピン主部側において、フレア基部との境界からの距離が0.5mmを超える位置では、曲げモーメントが小さくなって焼結材マトリクスの強度で抗し得るようになる。従って、首部に高密化層を形成する範囲は、フレア基部との境界からの高さが0.5mmまでの範囲でよい。Since the stress due to the bending load acts in a distributed manner throughout the flare base, as the height of the flare base (the length in the axial direction) increases, the stress is widely distributed and the maximum value of stress (at the maximum stress position) (Stress value) decreases. On the contrary, when the height of the flare base is small, the stress is not dispersed so much, so the maximum value of the stress becomes high, and high stress acts around the stress maximum position (see FIGS. 3 and 4). That is, when the flare base is lowered, the range in which a stress of a certain level or more acts is widened. In this case, even if the densified layer is formed over the entire side surface of the flare base, if the bending moment is greater than the strength at the neck (the lower end of the pin main part including the boundary with the flare base) connected from the flare base to the pin main part, The action of tensile stress at the neck of the pin increases and breaks.
Therefore, it is recommended that the flare base is provided to have a certain height or more, preferably 0.1 mm or more. Alternatively, as another countermeasure, breakage of the pin can be suppressed by forming a densified layer on the neck. When a densified layer is formed on the neck, if the densified layer on the flare base and the densified layer on the neck are formed separately, the stress acts between the densified layer on the flare base and the densified layer on the neck. Therefore, it is formed so that the densified layer of the flare base and the densified layer of the neck are continuous. Note that, at the position where the distance from the boundary with the flare base portion exceeds 0.5 mm on the pin main portion side, the bending moment becomes small and the strength of the sintered material matrix can be resisted. Accordingly, the range in which the densified layer is formed on the neck may be a range up to 0.5 mm from the boundary with the flare base.
図5に示すようにフレア基部を軸方向に長くなるように形成する場合、応力は広く分散されるので、応力の最大値は低下する。一方、曲げモーメントは、本体からの距離(高さ)が減少するに従って増加するので、フレア基部の広がりが小さいと、根元の強度増加が小さいために、曲げモーメントが大きい本体側において高い応力が生じる。従って、応力最大位置は、ピン主部側から本体側へ移行し、図5においてはフレア基部の中間に近づく。図7のように、更に軸方向に長く径方向の広がりが小さいと、応力分布は更に幅広くなると共に全体としては本体側に偏向し、応力最大位置は、フレア基部の中間より本体側になる。従って、高密化層は、フレア基部のうちの本体側に偏向した領域に形成するとよい。 As shown in FIG. 5, when the flare base is formed so as to be elongated in the axial direction, the stress is widely dispersed, so the maximum value of the stress is lowered. On the other hand, since the bending moment increases as the distance (height) from the main body decreases, if the flare base spreads small, the increase in strength at the base is small, so that high stress is generated on the main body side where the bending moment is large. . Therefore, the stress maximum position shifts from the pin main part side to the main body side, and in FIG. 5, approaches the middle of the flare base part. As shown in FIG. 7, when the length is longer in the axial direction and the spread in the radial direction is smaller, the stress distribution is further widened and deflected toward the main body as a whole, and the maximum stress position is on the main body side from the middle of the flare base. Therefore, the densified layer may be formed in a region of the flare base that is deflected toward the main body.
図6に示すようにフレア基部を本体に向けて大きく広がるように形成する場合、フレア基部の半径及び径方向断面積が本体に向かって急激に大きくなるので、本体に近接する部分の強度が増加し、ピンにかかる応力は本体側において小さくなる。このような場合、応力最大位置は、ピン主部に近くなるので、高密化層は、ピン主部側に偏向させて形成すれば、太さが激増した本体側の領域に高密化層が形成されなくてもピンの折損は抑制できる。
このように、高密化層は、フレア基部及びその周辺の領域内において、応力最大位置を中心として、所定レベル以上の高い応力が作用する領域に帯状に形成する。高密化層を形成する帯状領域の幅は、ピンに求められる耐久性に応じて適宜変更することができ、ピンの形状から材料力学的に得られる応力分布に基づいて決定される。曲げ荷重がピンに負荷される方向に沿った耐久性を特に高めるために、高密化層を形成する帯状領域の負荷方向における幅を部分的に広げても良い。As shown in FIG. 6, when the flare base is formed so as to spread greatly toward the main body, the radius and the radial cross-sectional area of the flare base suddenly increase toward the main body, so that the strength of the portion adjacent to the main body increases. And the stress concerning a pin becomes small in the main body side. In such a case, the stress maximum position is close to the pin main part, so if the densified layer is formed by deflecting to the pin main part side, the densified layer is formed in the region on the main body side where the thickness has increased dramatically. Even if it is not done, the breakage of the pin can be suppressed.
As described above, the densified layer is formed in a band shape in a region where a high stress of a predetermined level or more acts around the maximum stress position in the flare base and its surrounding region. The width of the band-shaped region forming the densified layer can be appropriately changed according to the durability required for the pin, and is determined based on the stress distribution obtained from the pin mechanics in terms of material mechanics. In order to particularly enhance the durability along the direction in which the bending load is applied to the pins, the width in the load direction of the band-like region forming the densified layer may be partially expanded.
引っ張り応力は、フレア基部及びその周辺の領域内の最表面において最大となるので、高密化層は、最表面での密度比が最も高いことが好ましい。余肉の再圧縮によって高密化層を設ける手法では、このような最表面での密度比が最も高い状態の高密化層が形成されるので、好適な手法である。高密化層の形成においては、フレア基部及びその周辺の領域のうち、少なくとも応力最大位置の最表面における密度比が好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上となるように緻密化するとよい。勿論、ピンのうち高密化層以外の部分(つまりマトリクス)は密度比が80〜96%である。 Since the tensile stress is maximized at the outermost surface in the flare base and its surrounding area, the densified layer preferably has the highest density ratio at the outermost surface. The method of providing a densified layer by recompression of surplus is a preferable method because such a densified layer having the highest density ratio at the outermost surface is formed. In the formation of the densified layer, the densification may be performed so that the density ratio at least on the outermost surface at the maximum stress position in the flare base and its peripheral region is preferably 97% or more, more preferably 98% or more. Of course, the portion other than the densified layer (that is, the matrix) of the pins has a density ratio of 80 to 96%.
フレア基部の形状は、ピン側面と本体の作用面とが滑らかに連続する形状であれば特に限定されない。つまり、ピンの軸方向断面においてフレア基部の側面が曲線を示す形状(つまり、曲線回転体)であり、その曲線の両端において、ピン主部側面及び本体の作用面が示す直線が接線となるとよい。例えば、ピンの軸方向断面においてフレア基部の側面が、円弧、楕円弧等の凹状曲線を示す円弧回転体、楕円弧回転体などの形状が挙げられ、これらにおいては、フレア基部の側面は、円弧回転面、楕円弧回転面などの朝顔様の凹状曲面となる。フレア基部の形状が円弧回転体の場合、半径が小さい円弧であると、応力の集中が生じ易くなるので、半径が0.1mm以上の円弧となるような曲率であると好ましい。一方、フレア基部を過大に形成すると、ピンとしての機能が困難になるので、半径(フレア基部の高さ)がピンの高さの30%以下の円弧となるような曲率であることが好ましい。 The shape of the flare base is not particularly limited as long as the pin side surface and the action surface of the main body are smoothly continuous. That is, the side surface of the flare base has a curved shape (that is, a curved rotating body) in the axial cross section of the pin, and the straight line indicated by the pin main portion side surface and the working surface of the main body is tangent at both ends of the curve. . For example, in the axial cross section of the pin, the side surface of the flare base may have a shape such as an arc rotator or an elliptic arc rotator showing a concave curve such as an arc or an elliptical arc. In these, the side surface of the flare base is an arc rotation surface It becomes a morning glory-like concave curved surface such as an elliptical arc rotation surface. When the shape of the flare base is an arc rotating body, stress concentration is likely to occur when the arc has a small radius. Therefore, the curvature is preferably such that the radius becomes an arc of 0.1 mm or more. On the other hand, if the flare base is excessively formed, the function as a pin becomes difficult. Therefore, the curvature is preferably such that the radius (the height of the flare base) becomes an arc of 30% or less of the height of the pin.
又、他のフレア基部の形状として、図8のように、ピン主部と本体との間に一つ又は複数の円錐台部を含むように形成しても良い。円錐台は、軸方向断面において側面が直線を示す形状である。つまり、軸方向断面においてフレア基部の側面が1以上の直線部分を部分的に含む曲線を示すような形状のフレア基部であってもよい。但し、フレア基部の側面がピン主部の側面及び本体の作用面と連続するため、フレア基部の側面の上下両端部分は、軸方向断面において、ピン主部側面及び作用面と接する曲線として構成する。つまり、ピン主部と円錐台部との間、及び、円錐台部と本体との間は、ピンの軸方向断面において側面が円弧等の曲線になる凹状曲面部で滑らかに連続するようにフレア基部を構成して、ピン主部と円錐台部との間、及び、円錐台部と本体との間で応力の集中が生じないようにする必要がある。又、複数の円錐台部を含むように設ける場合、各円錐台部の間も応力集中が生じないように、軸方向断面において円弧等の曲線になる凹状曲面部で滑らかに接続する必要がある。従って、この場合のフレア基部は、1つ以上の円錐台の各々の上下を曲線回転体で挟んだ形状となる。尚、円錐台部を形成する場合、ピンに対する斜面の角度が過大になると、余肉の再圧縮によってピン主部側に高密化層を形成し難くなる。従って、斜面の角度は軸方向に対して45°以下とすることが好ましい。上記のような形状のフレア基部においては、曲げ荷重による応力は、フレア基部の上端部及びピン主部の首部付近において高く、応力最大位置は、ピン主部に隣接する曲線回転体上にある。
上述のように、様々な形状のフレア基部を有するピンの何れにおいても、応力最大位置は、フレア基部上に位置するので、高密化層の形成領域は必ずフレア基部の側面を含む。Further, as another flare base shape, as shown in FIG. 8, it may be formed so as to include one or a plurality of truncated cone parts between the pin main part and the main body. The truncated cone has a shape in which the side surface is a straight line in the axial cross section. That is, the flare base may have a shape such that the side surface of the flare base in the axial section shows a curve partially including one or more straight portions. However, since the side surface of the flare base portion is continuous with the side surface of the pin main portion and the action surface of the main body, the upper and lower end portions of the side surface of the flare base portion are configured as curves in contact with the side surface of the pin main portion and the action surface in the axial section. . That is, the flare between the pin main portion and the truncated cone portion and between the truncated cone portion and the main body is smoothly continuous with a concave curved surface portion having a curved surface such as an arc in the axial cross section of the pin. It is necessary to configure the base so that stress concentration does not occur between the pin main part and the truncated cone part and between the truncated cone part and the main body. In addition, in the case of providing a plurality of truncated cone parts, it is necessary to smoothly connect with a concave curved surface part that is a curved line such as an arc in the axial section so that stress concentration does not occur between the truncated cone parts. . Accordingly, the flare base in this case has a shape in which the upper and lower sides of each of the one or more truncated cones are sandwiched between curved rotating bodies. When the truncated cone portion is formed, if the angle of the inclined surface with respect to the pin becomes excessive, it becomes difficult to form a densified layer on the pin main portion side due to recompression of the surplus. Therefore, the angle of the slope is preferably 45 ° or less with respect to the axial direction. In the flare base having the above-described shape, the stress due to the bending load is high near the upper end of the flare base and the neck of the pin main part, and the maximum stress position is on the curved rotating body adjacent to the pin main part.
As described above, in any of the pins having various shapes of the flare base, the stress maximum position is located on the flare base. Therefore, the region where the densified layer is formed always includes the side surface of the flare base.
上述の構成において、フレア基部及びその周辺の表面のみが緻密化されるので、それ以外(本体及びピンの殆ど)の部分は、原料焼結体の焼結合金マトリクスで構成され、その密度は、原料焼結体の密度が保持される。 In the above-described configuration, only the flare base and its peripheral surface are densified, so the other parts (most of the main body and pins) are composed of a sintered alloy matrix of a raw material sintered body, and the density is The density of the raw material sintered body is maintained.
上記のようなピンの側面と本体の作用面とが滑らかに連続するフレア基部を有すると共に、応力が高くなる領域に高密化層が形成された焼結機械部品は、次のようにして製造することができる。 A sintered machine part having a flare base in which the side surface of the pin and the working surface of the main body as described above are smoothly continuous and having a densified layer formed in a region where stress is increased is manufactured as follows. be able to.
先ず、焼結機械部品のネットシェイプを規定する。つまり、作用面を有する本体と、根元で本体と一体に形成されて作用面から突出するピンとを有し、ピンの側面が根元付近で滑らかに湾曲して本体の作用面と連続になるように根元において拡大する軸状形状を有するピンとなるような形状として、ネットシェイプを規定する。そして、焼結機械部品の大部分を構成する焼結合金マトリクスで形成されて、ネットシェイプに高密化用の余肉を加えた形状を実質的に有する焼結体を用意する。つまり、この焼結体は、密度比80〜96%に調製され、予め、焼結機械部品のネットシェイプに高密化層形成用の余肉を加えた形状が付与されている。具体的には、焼結体は、本体と、本体の作用面に突出するピンとを有し、ピンは、ピン主部と、本体に向かって拡大するフレア基部とによって構成され、更に、フレア基部及びその周辺の側面は、ピン主部の側面と本体の作用面とが滑らかに連続する曲面に比べて、高密化層を形成する範囲において、形成する高密化層の深さに対応した余肉が設けられるように膨張する形状に成形されている(例えば、図9(b)参照)。余肉は、応力最大位置を含む、曲げ荷重による応力が高くなる領域に設けられ、余肉の厚さは、後続の再圧縮で形成される高密化層の深さが、少なくとも応力最大位置において0.3mm以上となるような厚さに設定される。形成される高密化層の深さ及び密度比は余肉の厚さによって変化するので、余肉の厚さは、密度比が96%以上に圧縮される部分が好適な深さになるように適宜設定され、概して、設ける高密化層の深さの30〜150%程度がよい。 First, the net shape of the sintered machine part is defined. In other words, it has a main body having a working surface and a pin that is formed integrally with the main body at the base and protrudes from the working surface so that the side surface of the pin is smoothly curved near the base and is continuous with the working surface of the main body. The net shape is defined as a shape that forms a pin having an axial shape that expands at the base. Then, a sintered body is prepared which is formed of a sintered alloy matrix that constitutes a large part of the sintered machine part and substantially has a shape in which a net shape is added with extra densification surplus. That is, this sintered body is prepared to a density ratio of 80 to 96%, and a shape obtained by adding a surplus for forming a densified layer to the net shape of the sintered machine part is provided in advance. Specifically, the sintered body has a main body and a pin protruding from the working surface of the main body, and the pin includes a pin main portion and a flare base that expands toward the main body, and further includes a flare base. In addition, the peripheral side surface has a surplus corresponding to the depth of the densified layer to be formed in the range where the densified layer is formed, as compared to a curved surface in which the side surface of the pin main part and the working surface of the main body are smoothly continuous. Is formed into a shape that expands (see, for example, FIG. 9B). The surplus is provided in a region including the stress maximum position where the stress due to the bending load increases, and the thickness of the surplus is determined so that the depth of the densified layer formed by subsequent recompression is at least at the stress maximum position. The thickness is set to be 0.3 mm or more. Since the depth and density ratio of the densified layer to be formed vary depending on the thickness of the surplus, the surplus thickness is set so that a portion where the density ratio is compressed to 96% or more has a suitable depth. It is appropriately set, and is generally about 30 to 150% of the depth of the densified layer to be provided.
次に、この焼結体の余肉を再圧縮して、ピンの側面と本体の作用面とが滑らかに連続する形状(つまりネットシェイプ)にフレア基部及びその周辺の側面を成形すると、余肉が焼結体の内部に向かって押し込まれるように塑性変形し、これにより、押圧された表面が圧縮され、マトリクスより緻密化して高密化層が形成される。再圧縮に用いる手段は、焼結体の余肉を押圧可能なものであればよい。金型装置の使用は、加工精度及び作業容易性において有利であるので、この場合、ネットシェイプを規定した際に、予め、ネットシェイプをキャビティ形状に反映させた金型(図10参照)を用意する。サイジング用金型は、ネットシェイプのキャビティを構成する金型であるので、余肉の再圧縮に適している。
このように、余肉を設けた焼結体を用意して、余肉の再圧縮を行うことによって、前述のような高密化層を有する焼結機械部品が得られる。焼結機械部品は、高密化層を除く全部分が焼結合金マトリクスで形成される金属組織構造となる。尚、焼結体の密度比が96%の場合、上記余肉の再圧縮によって緻密化した部分の密度比は焼結体の密度比96%より常に高くなるが、焼結体の密度比が96%未満の場合、余肉が薄いと、緻密化しても密度比は96%に満たない場合があり得る。つまり、出発焼結体の密度比が低いほど、設ける余肉の厚さは厚くなる。Next, when the surplus of the sintered body is recompressed to form the flare base and its peripheral side into a shape in which the side surface of the pin and the working surface of the main body are smoothly continuous (ie, net shape), Is plastically deformed so as to be pushed toward the inside of the sintered body, whereby the pressed surface is compressed and densified from the matrix to form a highly densified layer. The means used for recompression should just be what can press the surplus of a sintered compact. Since the use of the mold apparatus is advantageous in terms of machining accuracy and workability, in this case, when the net shape is defined, a mold (see FIG. 10) in which the net shape is reflected in the cavity shape is prepared in advance. To do. Since the sizing mold is a mold that constitutes a cavity of the net shape, it is suitable for recompression of excess wall.
In this way, by preparing a sintered body having a surplus and recompressing the surplus, a sintered machine part having the above-described densified layer can be obtained. The sintered machine part has a metal structure in which all parts except the densified layer are formed of a sintered alloy matrix. When the density ratio of the sintered body is 96%, the density ratio of the portion densified by re-compression of the surplus is always higher than the density ratio of the sintered body of 96%. In the case of less than 96%, if the surplus is thin, the density ratio may be less than 96% even when densified. That is, the lower the density ratio of the starting sintered body, the thicker the surplus thickness provided.
余肉の再圧縮によって、余肉表面は、高密化層の表面、つまり、フレア基部及びその周辺を含む領域の表面の少なくとも一部となる。この表面は、最も加工度が高く、最も緻密化した状態であるので、再圧縮により形成される高密化層は、曲げ荷重に抗する引っ張り強さの付加において極めて有効である。 By surplus recompression, the surplus surface becomes at least part of the surface of the densified layer, that is, the surface of the region including the flare base and its periphery. Since this surface has the highest degree of processing and is in the most dense state, the densified layer formed by recompression is extremely effective in adding tensile strength against bending loads.
上述の余肉を設けた焼結体を再圧縮加工する際、パンチを先ず余肉に当接させ、余肉を押圧して塑性変形により圧縮すると、パンチは焼結体の本体と当接する(図11参照)。つまり、再圧縮の初期と末期とでは、パンチが圧力を加える押圧面積が異なる。パンチによる単位面積当たりの圧力が小さくても、パンチの押圧面積が小さい時にはパンチ全体としてのプレス加重が小さい押圧面積に集中して加えられる。従って、面積の小さい余肉に集中的にプレス加重が加わる再圧縮の初期においては、単位面積当たりの圧力が50MPa程度の小さい圧力であっても、常温で余肉の塑性変形を十分に行うことができる。但し、パンチの最大押圧面積に比べて余肉の面積がさほど小さくなければ、余肉の塑性変形を行うために1200MPa程度の高い圧力が必要となる場合はある。 When recompressing the sintered body provided with the surplus, the punch is first brought into contact with the surplus, and when the surplus is pressed and compressed by plastic deformation, the punch comes into contact with the main body of the sintered body ( (See FIG. 11). That is, the pressing area to which the punch applies pressure differs between the initial stage and the final stage of recompression. Even if the pressure per unit area by the punch is small, when the punch pressing area is small, the press load as the whole punch is concentrated on the small pressing area. Therefore, at the initial stage of re-compression where the press load is intensively applied to the surplus wall with a small area, even if the pressure per unit area is a small pressure of about 50 MPa, the plastic deformation of the surplus is sufficiently performed at room temperature. Can do. However, if the surplus area is not so small compared to the maximum pressing area of the punch, a high pressure of about 1200 MPa may be required to perform plastic deformation of the surplus.
一般に、加工変形が大きい冷間鍛造に要する圧力は、1500〜2500MPaであり、これより低い圧力で部品全体を加工するのは、寸法矯正のような極めて小さい変形の加工に限られる。これに比べて、本発明におけるフレア基部付近の緻密化は、部分的な再圧縮加工であって、焼結体の一部に形成される余肉のみを局所的に塑性加工して緻密化層を形成するので、余肉付近の変形が大きくても、50〜1200MPa程度の低い圧力で実施することができる。焼結機械部品の製造においては、一般に、焼結工程後に、寸法矯正等のためのサイジング(0.1mm程度以下の変形)を含む冷間再圧縮が行われるので、本発明は、サイジング用の金型を用いて常温で簡便に実施可能であり、従来のような焼結体を加熱する設備や金型を加熱する設備は一切不要である。しかも、サイジング等の冷間圧縮を行う際に並行して実行可能である。 Generally, the pressure required for cold forging with a large deformation is 1500 to 2500 MPa, and machining the entire part at a pressure lower than this is limited to machining with extremely small deformation such as dimensional correction. In contrast, the densification in the vicinity of the flare base in the present invention is a partial recompression process, and only a surplus formed in a part of the sintered body is locally plastically processed to be a densified layer. Therefore, even if the deformation near the surplus is large, it can be performed at a low pressure of about 50 to 1200 MPa. In the manufacture of sintered machine parts, generally, after the sintering process, cold recompression including sizing (deformation of about 0.1 mm or less) for dimensional correction or the like is performed. It can be easily carried out at room temperature using a mold, and no conventional equipment for heating a sintered body or equipment for heating a mold is required. Moreover, it can be executed in parallel when performing cold compression such as sizing.
上述の自動二輪車の変速機構用のギヤチェンジ用カム部品の場合、焼結部品のサイジング工程において一般に用いられる200〜800MPa程度の低い圧力で余肉の再圧縮を実施することが可能であり、製造コストを極めて安価にすることができる。 In the case of the gear change cam part for the transmission mechanism of the motorcycle described above, it is possible to re-compress the surplus with a low pressure of about 200 to 800 MPa generally used in the sizing process of the sintered part. Cost can be extremely low.
上述の再圧縮工程は、余肉を設けた箇所のみ緻密化するので、高密化層を形成した箇所以外は、本体の焼結体密度と同じであり、ピン全体を加工する場合に比べて、手間及びコストが格段に少なくて済む。 Since the above-mentioned recompression process only densifies the location where the surplus is provided, except for the location where the densified layer is formed, it is the same as the sintered body density of the main body, compared to the case of processing the entire pin, There is much less labor and cost.
上述の余肉を常温で再圧縮する工程は、サイジング用金型を用いなくても実施でき、例えば、回転あるいは振動するローラー等を余肉に押圧して焼結体内部に向かって余肉を押し込むように加工しても良い。 The process of recompressing the above surplus at room temperature can be carried out without using a sizing mold. For example, the surplus is pushed toward the inside of the sintered body by pressing a rotating or vibrating roller or the like. You may process so that it may push.
焼結体を構成する材料組成としては、サイジング等の再圧縮加工が可能な各種機械構造部品用鉄系焼結材料の組成が好適である。例えば、日本工業規格(JIS)のZ2550に規定されるSMF1種(純鉄系)、SMF2種(鉄−銅系)、SMF3種(鉄−炭素系)、SMF4種(鉄−銅−炭素系)、SMF5種(鉄−ニッケル−銅−炭素系)、SMF6種(鉄−炭素(銅溶浸)系)、SMF7種(鉄−ニッケル系)、SMF8種(鉄−ニッケル−炭素系)、SMS1種(オーステナイト系ステンレス鋼)、SMS2種(フェライト系ステンレス鋼)等の他、アメリカ鉄鋼協会規格(AISI)の4100種(鉄−クロム−マンガン系)や4600種(鉄−ニッケル−モリブデン系)等の鉄系合金組成が挙げられる。 As a material composition which comprises a sintered compact, the composition of the iron-type sintered material for various machine structure components which can be recompressed, such as sizing, is suitable. For example, SMF type 1 (pure iron type), SMF type 2 (iron-copper type), SMF type 3 (iron-carbon type), SMF type 4 (iron-copper-carbon type) as defined in Japanese Industrial Standard (JIS) Z2550 , SMF5 (iron-nickel-copper-carbon), SMF6 (iron-carbon (copper infiltration)), SMF7 (iron-nickel), SMF8 (iron-nickel-carbon), SMS1 (Austenitic stainless steel), SMS2 (ferritic stainless steel), etc., 4100 (iron-chromium-manganese) and 4600 (iron-nickel-molybdenum) of American Iron and Steel Institute standard (AISI) Examples include iron-based alloy compositions.
焼結体の調製においては、先ず、上記材料組成を有する原料粉末を用意する。原料粉末は、単味金属粉末の混合物、単味金属粉末と合金粉末との混合物、及び、合金粉末の何れの形態でも良く、例えば、上記鉄系焼結材料が得られるように鉄粉末、各合金化元素の単味粉末、黒鉛粉末等を配合した混合粉末や、各合金化元素によって合金化した鉄合金の粉末、及び、鉄合金粉末に合金化元素の単味粉末及び黒鉛粉末を配合した混合粉末等を原料粉末として用いられる。 In preparing the sintered body, first, a raw material powder having the above material composition is prepared. The raw material powder may be in any form of a mixture of plain metal powder, a mixture of plain metal powder and alloy powder, and alloy powder, for example, iron powder, Single powder of alloying element, mixed powder mixed with graphite powder, etc., iron alloy powder alloyed with each alloying element, and simple powder of alloying element and graphite powder mixed with iron alloy powder A mixed powder or the like is used as a raw material powder.
上述の様な原料粉末を用いて、上述の焼結体の外観形状(ネットシェイプに余肉を加えた形状)に対応する形状の圧粉体を圧縮成形する。つまり、本体の作用面からピンが突出し、ピンの側面と本体の作用面とを滑らかに連続させるようにピン根元で拡大するフレア基部付近に余肉が加えられた形状の圧粉体を成形する。例えば、本体の外周形状を形成する型孔を有するダイスと、ピンの外周(側面)を成形する孔を有しダイスの型孔に嵌合されて本体の作用面を成形する下外パンチと、下外パンチの孔に摺動自在に嵌合されてピンの頂部を成形する下内パンチとによって形成される空間に原料粉末を充填し、作用面とは反対側の平らな背面を形成する上パンチと、内下パンチ及び外下パンチとによって原料粉末を圧縮することによって圧粉体の成形が行われる。この際の成形条件については、一般的な焼結機械部品の製造における成形条件と同様に、400〜800MPa程度の成形圧力で成形することができる。
圧粉体の焼結前後における寸法変化が実質的にないならば、圧粉体成形用の金型と焼結体再圧縮用の金型(サイジング用金型)とのキャビティにおける相違は、余肉に関連する部分のみとなる。この場合、圧粉体成形時の成形圧力は、焼結体を再圧縮する圧力とさほど大差はないので、余肉部分に関するパンチのみの交換による金型の併用が可能になる。Using the raw material powder as described above, a green compact having a shape corresponding to the external shape of the above-described sintered body (a shape obtained by adding extra thickness to the net shape) is compression-molded. That is, a green compact is formed in which a pin protrudes from the working surface of the main body, and a surplus is added in the vicinity of the flare base that expands at the base of the pin so that the side surface of the pin and the working surface of the main body are smoothly continuous. . For example, a die having a die hole that forms the outer peripheral shape of the main body, a lower outer punch that has a hole that molds the outer periphery (side surface) of the pin and is fitted into the die hole of the die to mold the working surface of the main body, The space formed by the lower inner punch that is slidably fitted into the hole of the lower and outer punches and forms the top of the pin is filled with the raw material powder to form a flat rear surface opposite to the working surface. The green compact is formed by compressing the raw material powder with the punch, the inner lower punch and the outer lower punch. About the molding conditions in this case, it can shape | mold with the shaping | molding pressure of about 400-800 MPa similarly to the molding conditions in manufacture of a general sintered machine component.
If there is substantially no dimensional change before and after sintering the green compact, the difference in the cavity between the green compact mold and the sintered compact recompression mold (sizing mold) Only meat related parts. In this case, since the molding pressure at the time of compacting is not so different from the pressure for recompressing the sintered body, it is possible to use the mold together by exchanging only the punch for the surplus portion.
一般に、原料粉末に加わる成形圧力が伝播する間に、原料粉末の再配列及び塑性変形を生じながら加圧エネルギーが消費されるので、成形体中央部で密度が低くなって、いわゆるニュートラルゾーンが生じ易くなる。本体の作用面から突出するピンを有する形状は、本体とピンを有する部分との高さが異なり、ピンの高さが高いことから、ピンの密度が本体に比べて小さくなり易い形状である。このため、ピンが突出する作用面とは反対側の背面において、ピンに対応する位置に凹部が形成されるように、突部を有する形状の上パンチを用いて圧粉体を成形すると、ピンの突出位置における本体の厚さが小さくなって、ピンの成形密度を上げることが可能になるので好ましい。尚、この背面の凹部の深さは、本体の厚さの10〜70%程度とすることが好ましい。 In general, while the molding pressure applied to the raw material powder propagates, pressure energy is consumed while the raw material powder is rearranged and plastically deformed, so the density is lowered at the center of the molded body and a so-called neutral zone occurs. It becomes easy. The shape having a pin protruding from the working surface of the main body is a shape in which the height of the main body and the portion having the pin are different and the height of the pin is high, so that the density of the pin is likely to be smaller than that of the main body. For this reason, when the green compact is formed using an upper punch having a shape having a protrusion so that a recess is formed at a position corresponding to the pin on the back surface opposite to the working surface from which the pin protrudes, This is preferable because the thickness of the main body at the protruding position is reduced and the molding density of the pins can be increased. The depth of the recess on the back surface is preferably about 10 to 70% of the thickness of the main body.
圧粉体の焼結は、一般的な焼結機械部品の製造における焼結条件と同様の条件で行うことができるが、焼結工程において酸化が起こると焼結体が硬くなって塑性変形し難くなるので、焼結機械部品の加工素材としては、非酸化性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気を焼結雰囲気とすることが好ましい。非酸化性ガスとしては、例えば、窒素ガス、窒素水素混合ガス、アンモニア分解ガス、ブタン変性ガス、アルゴン等の不活性ガス等が挙げられる。焼結温度は、1000〜1250℃程度に設定できる。 The green compact can be sintered under the same conditions as those used in the production of general sintered machine parts. However, when oxidation occurs in the sintering process, the sintered body becomes hard and plastically deforms. Since it becomes difficult, it is preferable to use a non-oxidizing gas atmosphere or a vacuum atmosphere as a sintering atmosphere as a processing material for sintered machine parts. Examples of the non-oxidizing gas include nitrogen gas, nitrogen-hydrogen mixed gas, ammonia decomposition gas, butane-modified gas, and inert gas such as argon. The sintering temperature can be set to about 1000 to 1250 ° C.
本発明の焼結機械部品の製造においては、冷間での再圧縮加工後に、通常の焼結機械部品において行われるように、必要に応じて、浸炭焼き入れや光輝焼き入れ等の焼き入れ処理、及び、それに続く焼き戻し等の熱処理を施すことができる。尚、焼き入れ処理を行う場合、焼結機械部品は、焼結材料のオーステナイト化温度領域以上に加熱されるので、塑性変形した高密化層において、閉塞した気孔周囲の密接粒子が冶金的に結合して更に強度を向上させることが可能である。 In the production of the sintered machine parts of the present invention, after cold recompression processing, quenching treatment such as carburizing quenching and bright quenching is performed as necessary, as is done in ordinary sintered machine parts. , And subsequent heat treatment such as tempering. When quenching is performed, the sintered machine parts are heated above the austenitizing temperature region of the sintered material, so that the close particles around the closed pores are metallurgically bonded in the plastically densified layer. Thus, the strength can be further improved.
(1)焼結機械部品の具体例
本発明の焼結機械部品の形状の一例を図2に示す。図2は、本体から突出するピンに高い荷重が作用する機械部品の一例として、自動二輪車の変速機構に用いられるギヤチェンジ部品への適用を示す。図2(a)及び(c)はピンが突出する本体の作用面を上側に配置した状態での上面図及び斜視図であり、図2(b)は、(a)のA−A線断面図である。図2(b)に示すように、焼結機械部品10は、頂角を丸めた略六芒星の形状を有すると共に、6つの頂角の内の1つの頂角が円弧状に欠損した形状の本体11と、6本のピン12とを有する部品であり、ピン12は、平板状の本体11の一側の平らな作用面13(上面)から垂直に突出する。本発明は、このような突出するピンを1つ以上有する機械部品に適用できる。本発明の焼結機械部品10は、ピン12の各々が、ピン12の側面14(外周面)と本体11の作用面13とが滑らかに連続するように根元において拡大する形状を有し、円柱状のピン主部12aと、根元において拡大するフレア基部12bとによって構成される。尚、本体11の作用面13と反対側の背面に有する凹部16は、圧粉成形時にニュートラルゾーンが生成するのを防止するためのものである。(1) Specific example of sintered machine part An example of the shape of the sintered machine part of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 shows application to a gear change part used in a transmission mechanism of a motorcycle as an example of a machine part in which a high load acts on a pin protruding from a main body. 2 (a) and 2 (c) are a top view and a perspective view in a state where the working surface of the main body from which the pin protrudes is arranged on the upper side, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. As shown in FIG. 2B, the
図3〜図7は、各々、図2(b)のB部の拡大断面図であり、高密化層の形成の様々な例を示す。これらの図において、(a)は気孔分布の模式図であり、(b)は密度比96%以上の高密化層(ハッチングで示す領域)の形成を示す模式図、(c)は、ピン12に曲げ加重を負荷した時のピン12の軸方向の距離xと断面の応力σxとの関係を示すグラフである。
3 to 7 are enlarged cross-sectional views of part B of FIG. 2B, and show various examples of formation of a densified layer. In these drawings, (a) is a schematic diagram of pore distribution, (b) is a schematic diagram showing formation of a densified layer (area indicated by hatching) having a density ratio of 96% or more, and (c) is a
図3は、本体11の作用面13とピン12の側面14とを連続させるフレア基部12bの一例として、フレア基部12bの側面14bがピン12の軸方向断面において半径R1の円弧を示す曲面である形態を示す。図3(a)に示すように、本体11及びピン12の大部分を構成する焼結体のマトリックスには気孔が分散するが、フレア基部12bに形成された高密化層15は、塑性変形によって気孔が縮小又は消滅して緻密化されている。但し、焼結体マトリックスと高密化層15とは連続しているので、高密化層15は、密度比96%を境目として図3(b)のように表わされる。
FIG. 3 shows an example of a
ピン12のフレア基部12bの側面14bが軸方向断面において楕円(ピンの軸方向の径をRa、ピンの径方向(作用面13方向)の径をRbとする)を示す曲面である場合、本体11からの軸方向距離Lの位置に曲げ加重Wが負荷された時の、本体11からの軸方向の距離xにおけるピン12の断面の応力σxは、下記式のように求めることができる(式中、x:本体11からの軸方向距離、r:ピンの半径)。
A) 0≦x<Raにおいて
応力σx=4W(L−x)/
π[r+Rb−Rb〔1−(x−Ra)2/Ra2〕1/2]3
B) Ra≦x≦Lにおいて
応力σx=4W(L−x)/πr3 When the
A) At 0 ≦ x <Ra Stress σx = 4 W (L−x) /
π [r + Rb−Rb [1- (x−Ra) 2 / Ra 2 ] 1/2 ] 3
B) At Ra ≦ x ≦ L, stress σx = 4 W (L−x) / πr 3
図3のように、側面が軸方向断面において半径R1の円弧を示す曲面となるようにフレア基部12bを形成した場合(上記式において、Ra=Rb=R1)、曲げ荷重による引っ張り応力(以下、単に応力という)が一定レベル以上に高くなる領域Sは、図3(b)のように、フレア基部12bの上半部及びピン主部12aの首部に分布し、フレア基部12bの本体11側の下端部分は領域Sから外れる。応力σxが最も高い応力最大位置P(図3(c)において距離x=Xpの位置)は、フレア基部12b上にあり、その位置は、フレア基部12b上端に近く、ピン主部12aとの境界より少し下側に位置する(0.5R1<Xp<R1)。
従って、少なくとも応力最大位置Pにおける高密化層15の表面からの深さがd(0.3mm)以上となるように、応力が高くなる領域Sの側面に密度比96%以上の高密化層15を形成すると、ピン12の根元の強度が向上し、ピン12の折損が抑制される。高密化層15の形成範囲は、図3(b)のように、フレア基部12b及びその周辺のうち、フレア基部12bの上側大部分と、ピン主部12aの下端部とを含む範囲の側面となる。図3(b)のように、応力が高い領域Sの全てにおいて高密化層15の深さがd以上となるように高密化層15を形成すると非常に良好であり、耐久性が更に向上する。As shown in FIG. 3, when the
Therefore, the densified
図4は、本体11の作用面13とピン12の側面14とを連続させるフレア基部12bの側面が、軸方向断面において図3の半径R1より小さい半径R2の円弧を示すように成形した一例であり、図4(b)における領域Sは、応力σxが図3の領域Sと同じレベルに達する領域である。
図4のようにフレア基部12bを形成した場合においても、応力最大位置Pは、フレア基部12b上にあり、その位置は、フレア基部12b上端に近く、ピン主部12aとの境界より少し下側に位置する(0.5R2<Xp<R2)。しかし、円弧の半径R2(つまり、フレア基部12bの高さ)が小さいので、応力最大位置P及びXpは、図3の場合より低く、応力分布はピン12の根元近くの狭い範囲に集中する。このため、最大応力σxは、大きくなり、応力が高くなる領域Sは、図3の場合より却って広くなって、図4(b)のように、フレア基部12bの全域及び首部に及ぶ。この場合においても、応力が高くなる領域Sの分布に対応して、少なくとも応力最大位置Pにおける高密化層15の表面からの深さがd(0.3mm)以上となるように高密化層15を形成することで、ピン12の根元の強度が向上し、ピン12の折損が抑制される。図4のフレア基部12bの形状に基づいて、高密化層15の形成によって図3(b)のピン12と同等の耐久性を付与するには、図4(b)のように、応力が高い領域Sの全てにおいて高密化層15の深さがd以上となるように高密化層15を形成し、高密化層15の範囲は、図3の場合より広く深くなる。FIG. 4 is an example in which the side surface of the
Even when the
図5及び図6は、フレア基部12bの側面14bが軸方向断面において楕円弧(長径R3/短径R4=3/2)を示すようにフレア基部12bを形成した例であり、ピン12の軸方向の楕円の径Ra(フレア基部12bの高さ)は、図5では長径R3であり、図6では短径R4である。図7は、フレア基部12bの側面14bが軸方向断面において図5より縦長の楕円弧(長径R3/短径R4=4/1)を示すようにフレア基部12bを形成した例である。図5〜図7における領域Sも、応力σxが図3の領域Sと同じレベルに達する領域である。
図5の場合、応力が高くなる領域Sは、図5(b)のように、下側(本体11側)の一部を除く上側部分のフレア基部12bに分布し、即ち、フレア基部12bの上側(ピン主部12a側)に偏って位置する。応力最大位置Pは、フレア基部12b上にあるが、その位置は、図3の場合に比べて本体11側へ下方に移行し、フレア基部12bの中間からピン主部12aとの境界(フレア基部12b上端)迄の範囲に位置する(つまり、0.5Ra≦Xp<Ra)。
図6の場合、応力が高くなる領域Sは、図6(b)のように、フレア基部12bの上側部分及びピン主部12aの首部に分布し、フレア基部12bの下側部分(本体11側部分)は領域Sから外れる。応力最大位置Pは、フレア基部12bの上端に近く、ピン主部12aとの境界の僅か下方に位置する(0.5Ra<Xp<Ra)。5 and 6 show an example in which the
In the case of FIG. 5, the region S in which the stress is increased is distributed in the
In the case of FIG. 6, the region S where the stress increases is distributed in the upper part of the
図7の場合、応力最大位置Pは、図5の場合に比べて更に下方に移行して、フレア基部12bの中間より下方に位置する(つまり、0<Xp<0.5Ra)。応力が高くなる領域Sは、フレア基部12bの中央付近に分布し、フレア基部12bの上側部分(ピン主部12a側)及び下側部分(本体11側)は領域Sから外れる。
In the case of FIG. 7, the maximum stress position P shifts further downward as compared with the case of FIG. 5, and is located below the middle of the
図5〜7から理解されるように、径Ra(フレア基部12bの軸方向高さ)が大きくなるに従って、応力最大位置Pは、フレア基部12b上端付近から本体11側へ移行し、ピン主部12aの下端部(首部)に高密化層を形成する必要性が減少する。又、径Rb(フレア基部12bの半径の増加分)が大きくなるに従って、応力最大位置Pはピン主部12a側へ移行し、本体11近くに高密化層を形成する必要性が減少する。つまり、応力最大位置Pは、フレア基部12bの範囲内において、径Ra,Rbのバランスによって定まる。図5〜図7のような場合においても、少なくとも応力最大位置Pにおいて、好ましくは応力が高くなる領域S全域において、高密化層15の表面からの深さがd(0.3mm)以上となるように、応力が高くなる領域Sに高密化層15を形成することによって、ピン12の根元の強度が向上し、ピン12の折損が抑制される。応力が高くなる領域Sは、ピン12に求められる耐久性に応じて、応力分布において応力が所望のレベル以上になる領域として、応力分布に基づいて定められる。
As understood from FIGS. 5 to 7, as the diameter Ra (the axial height of the
図8は、本体11とピン12とを連続させるフレア基部12bの側面14bが、軸方向断面において部分的に直線を含み全体として曲線を示す一例を示す。この例において、フレア基部12bは、円錐台部12cを部分的に含む形状であり、図8(a)のように、軸方向断面において側面14dが半径R5の円弧を示す上部12dと、円錐台部12cと、軸方向断面において側面14eが半径R6の円弧を示す下部12eとによって構成される。軸方向断面において、円錐台部12cの側面14cは直線を示し、円錐台部12cの側面14cとピン主部12aの側面14aとが半径R5の円弧状の側面14dを介して滑らかに連続し、円錐台部12cの側面14cと本体11の作用面13とが半径R6の円弧状の側面14eを介して滑らかに連続するように形成される。円錐台部12cの側面14cは、ピン12の軸方向に対して角度θで傾斜している。
FIG. 8 shows an example in which the
この形態において、本体11からの軸方向距離Lの位置に曲げ加重Wが負荷された時の、本体11からの軸方向の距離xにおけるピン12の断面の応力σxは、下記式のように求めることができる(式中、x:本体11からの軸方向の距離、r:ピン主部12aの半径、b:側面14cの伸長によって形成される円錐の底面(作用面13上)の半径とピン主部12aの半径rとの差、x1:下部12e上端の軸方向高さ、x2:円錐台部12c上端の軸方向高さ、x3:フレア基部12b上端の軸方向高さ)。応力分布は図8(c)のようになり、図8における領域Sも、応力σxが図3の領域Sと同じレベルに達する領域である。
In this embodiment, the stress σx of the cross section of the
a) 0≦x<x1において
σx=4W(L−x){R6(1−sinθ)/cosθ+
r+b−[R62−(x−R6)2]0.5}-3/π
b) x1≦x<x2において
σx=4W(L−x)[(−tanθ)x+r+b]-3/π
c) x2≦x<x3において
σx=4W(L−x){r+R5−〔R52−{x−
[R5(1−cosθ)+bcosθ]/sinθ}2〕-0.5}-3/π
d) x3≦x≦Lにおいて
σx=4W(L−x)/(πr3)a) When 0 ≦ x <x 1 σx = 4 W (L−x) {R 6 (1−sin θ) / cos θ +
r + b− [R6 2 − (x−R6) 2 ] 0.5 } −3 / π
b) When x1 ≦ x <x2, σx = 4 W (L−x) [(−tan θ) x + r + b] −3 / π
c) When x2 ≦ x <x3, σx = 4 W (L−x) {r + R5− [R5 2 − {x−
[R5 (1-cosθ) + bcosθ] / sinθ} 2 ] −0.5 } −3 / π
d) When x3 ≦ x ≦ L, σx = 4W (L−x) / (πr 3 )
図8の形態は、上記の円錐台部12cの側面14cが傾斜する角度θを30°として設計したものであり、この場合、図8(b),(c)のように、応力最大位置Pは、フレア基部12bの上端近くに位置し、応力が高くなる領域Sは、フレア基部12b(円錐台部12c、上部12d)及びピン主部12aの首部(フレア基部12bとの境界を含む下端部)に分布して、フレア基部12bの下側部分(下部12e、円錐台部12cの下側部分)は領域Sから外れる。このような形態においても、応力が高くなる領域Sについて、少なくとも応力最大位置Pにおける高密化層15の表面からの深さがd(0.3mm)以上となるように高密化層15を形成することによって、ピン12の根元の強度が向上し、ピン12の折損が抑制される。
The form of FIG. 8 is designed so that the angle θ at which the side surface 14c of the
上述のように、高密化層15は、少なくとも応力最大位置Pにおける深さがd(0.3mm)以上となるように、フレア基部12b及びその周辺の領域の全部又は一部、つまり、曲げ加重による応力が一定レベル以上に高くなる領域Sに形成される。本発明の焼結機械部品は、上述の実施形態に限定されないが、多くの場合、ピン主部12aとフレア基部12bとの境界を含むような範囲に高密化層15を形成することが有効であり、高密化層15をフレア基部12bの本体11付近に形成する必要があるのは、図4のようにフレア基部12bの高さが小さい場合である。従って、フレア基部12bの高さを1mm程度以上に設定すると、ピン主部12aの首部(境界から0.5mm迄の範囲)及びフレア基部12bの大部分に高密化層15を形成することによって概して対応でき、好適にピンの折損を抑制できる。尚、上述の実施形態は、ピン主部12aの形状が円筒形である場合について説明するが、楕円柱形や多角柱形のピンについても本発明を適用可能であり、根元付近を拡げてフレア基部を設けることによって、曲げ加重に対する耐久性を付与することができる。
As described above, the
(2)焼結機械部品の製造方法の具体例
先ず、焼結機械部品のネットシェイプを、前述したように、作用面を有する本体と、根元で本体と一体に形成されて作用面から突出するピンとを有し、ピンが、ピンの側面が根元付近で滑らかに曲がって本体の作用面と連続になるように根元において拡大する軸性形状を有するような形状として規定する。そして、ネットシェイプに高密化用の余肉20を加えた形状を実質的に有する焼結体10’を用意する。(2) Specific Example of Method for Manufacturing Sintered Machine Part First, as described above, the net shape of the sintered machine part is formed integrally with the main body having the action surface and the base at the base and protrudes from the action surface. The pin is defined as a shape having an axial shape that expands at the root so that the side surface of the pin bends smoothly in the vicinity of the root and is continuous with the working surface of the main body. Then, a
図9は、本発明の焼結機械部品の製造方法に素材として用いられる焼結体の形状の一例を示す。焼結体10’は、焼結機械部品10のマトリックスを形成する焼結合金によって全体に渡って形成され、焼結機械部品10のネットシェイプに高密化用の余肉20を加えた形状を実質的に有する。詳細には、焼結体10’は、焼結機械部品10の本体11と同様の本体11’の一側の平らな下面13’(作用面13に相当)にピン12’が突出する形状を有し、ピン12’は、ピン主部12a’及びフレア基部12b’と、ピン主部12a’の首部及びフレア基部12b’の側部に加えられた余肉20とを有する。ピン主部12a’及びフレア基部12b’は、高密化層を有しない単一構造である点を除いては焼結機械部品10のピン主部12a及びフレア基部12bと同じであり、図9(b)のように、ピン主部12a’及びフレア基部12b’の側面が余肉20の分だけ膨出する状態に成形されている。図9(b)において、点線は、余肉20を再圧縮した後の焼結機械部品のフレア基部12bの形状、つまり、ネットシェイプを示す。余肉20は、高密化層15を形成する位置に対応して、高密化層15の深さに応じた厚さに設けられる。尚、焼結体10’に関して、ネットシェイプは、サイジングによって修正可能な程度の微小な誤差を含み得るものと見なす。焼結体10’の上面は、焼結機械部品10の凹部16に対応する凹部16’を有する。
FIG. 9 shows an example of the shape of a sintered body used as a raw material in the method for manufacturing a sintered machine part of the present invention. The
図9のような形状の焼結体10’を再圧縮する金型装置の一例を図10(a)に示す。再圧縮用の金型装置は、サイジングに用いられる金型と同様の部品で構成することができる。具体的には、図10(a)のように、金型装置は、焼結体10’の外周形状を規定する型孔31を有するダイ30と、焼結体10’の本体11’の下面13’(作用面13に相当する)を規定するパンチ面41を有する下外パンチ40と、焼結体10’のピン12’の下端面(頂面)を規定するパンチ面46を有する下内パンチ45と、焼結体10’の中心孔の形状を規定する外周51を有するコアロッド50と、焼結体10’の本体11’の上面を規定するパンチ面61を有する上パンチ60とを有する。上パンチ60は、ダイ30の型孔31に摺動可能に嵌合される側面62を有し、パンチ面61には焼結機械部品10の凹部16を規定する凸部を有する。下外パンチ40は、ダイ30の型孔31と摺動可能に嵌合される外周面44を有し、更に、下内パンチ45が外周47において摺動可能に嵌合される孔42を有する。
An example of a mold apparatus for recompressing the
図10(a)の金型装置のキャビティは、焼結機械部品10のネットシェイプを形成し、下外パンチ40の孔42の上端部には、フレア基部12bの側面を規定するフレア基部成形面43を有する。図10(b)は、図10(a)においてフレア基部成形面43を有する部分Eの拡大図である。フレア基部成形面43は、冷間圧縮によって焼結体10’に焼結機械部品10のフレア基部12bの形状を付与するために、フレア基部12bに対応する形状に成形されている。つまり、焼結体10’のピン主部12a’の側面に接する円筒状の孔42が上端部において拡大して、孔42の内径面が、焼結体10’の下面に当接するパンチ面41と連続になるように上端付近で滑らかに湾曲してフレア基部成形面43を構成するように形成される。
10A forms a net shape of the
図10のような金型装置を用いて焼結体10’を冷間再圧縮する際の余肉20の変形を図11に示す。焼結体10’を金型装置のダイ30のキャビティに挿入すると、図11(a)に示すように、焼結体10’の余肉20が下外パンチ40のフレア基部成形面43に当接する。この状態の焼結体10’を上パンチ60及び下内パンチ45によって上下方向に加圧すると、下外パンチ40のフレア基部成形面43によって余肉20が押圧されて焼結体10’内部へ押し込まれるように塑性変形し、図11(b)のように、余肉20の側面がフレア基部12bの側面14bに成形されると共に、押圧された表面の密度が増加して、高密化層15を側部に有するフレア基部12b及び首部が形成される。これにより、焼結体10’から焼結機械部品10が得られ、高密化層15では、最表面において最も密度が高くなる。焼結機械部品10のフレア基部12bの側面形状は、下外パンチ40のフレア基部成形面43によって決定され、高密化層15が形成される範囲及び深さは、焼結体10’の余肉20が設けられる範囲及び大きさ(厚さ)に対応するので、焼結機械部品10のフレア基部12b及びその付近の状態は、フレア基部成形面43及び焼結体10’の余肉20によって任意に制御できる。
FIG. 11 shows a deformation of the
上述の製造方法は、サイジング工程を利用して余肉20の再圧縮を行う形態の一例であり、この形態は、追加の再圧縮工程が不要である点においてコストパフォーマンスの向上に寄与する。但し、本発明の製造方法は、上記形態に限定する必要はなく、例えば、回転又は振動するローラー等を余肉20に押しつけて余肉の塑性変形を生じさせる手法(いわゆる転造等)を用いて実施することができる。
The above-described manufacturing method is an example of a form in which the
以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
質量比で、Ni:2%、Mo:1.5%、残部:Fe及び不可避量の不純物からなる組成の鉄系合金粉末に、黒鉛粉末が全量の0.3%、ステアリン酸亜鉛粉末が全量の0.6%となるように黒鉛粉末及びステアリン酸亜鉛粉末を混合して原料粉末を調製した。Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
In an iron-based alloy powder having a composition consisting of Ni: 2%, Mo: 1.5%, balance: Fe and unavoidable impurities, the graphite powder is 0.3% of the total amount and the zinc stearate powder is the total amount. The raw material powder was prepared by mixing the graphite powder and the zinc stearate powder so as to be 0.6%.
ピン(長さ:6mm、ピン主部12aの半径r:2mm)のフレア基部12bが、図3のように、軸方向断面において側面が円弧(半径R1=2mm)を示す円弧回転体であるような形状を焼結機械部品のネットシェイプとして規定し、このネットシェイプに図9のように余肉20を加えた形状の圧粉体を調製するための圧粉用金型を、余肉20の厚さ(応力最大位置Pにおける)を0〜0.6mmの範囲で変えて5種類用意した。
各金型毎に、成形体密度が7.15Mg/m3になる量の上記原料粉末を秤量して充填し、圧粉して圧粉体を作製し、これを繰り返して試料番号1〜5の圧粉体を複数個ずつ用意した。得られた圧粉体を、H2:5体積%、N2:95体積%の雰囲気の焼結炉に投入し、1195℃で120分間加熱して焼結した後に、焼結炉を冷却して焼結体を取り出した。
The
For each die, the raw material powder in an amount that gives a compact density of 7.15 Mg / m 3 is weighed and filled, and compacted to produce a green compact, which is repeated to obtain sample numbers 1 to 5 A plurality of green compacts were prepared. The obtained green compact was put into a sintering furnace having an atmosphere of H 2 : 5% by volume and N 2 : 95% by volume, heated at 1195 ° C. for 120 minutes for sintering, and then the sintering furnace was cooled. The sintered body was taken out.
更に、ネットシェイプのキャビティを構成する再圧縮用金型装置として、図10に示すような構成の金型装置を用意し、これを用いて、上記で得られた試料番号1〜5の焼結体の余肉の冷間再圧縮を250MPaの圧力で行って、ピンの側面を成形すると共に高密化層を形成することにより、試料番号1〜5の焼結機械部品を各々複数個ずつ作製した。各試料について、1個の焼結機械部品を用いて、ピンの軸方向断面における気孔分布に基づいてフレア基部付近の密度比を求め、応力最大位置P(本体からの軸方向距離x=約1.6mm)における高密化層の深さを測定した。この結果、図11(b)に類似する高密化層が形成され、焼結機械部品の高密化層の深さは、表1に示すように、焼結体の余肉の大きさに応じて0〜1.0mmとなった。
又、各試料について別の焼結機械部品を用意し、オートグラフを用いてピン先端に荷重を加えて、ピンの破壊荷重を測定したところ、表1のような結果が得られた。
Furthermore, as a re-compression mold apparatus that constitutes the cavity of the net shape, a mold apparatus having a configuration as shown in FIG. 10 is prepared, and by using this, the sample numbers 1 to 5 obtained above are sintered. By performing cold recompression of the body surplus at a pressure of 250 MPa to form the side surfaces of the pins and forming a densified layer, a plurality of sintered machine parts of sample numbers 1 to 5 were produced respectively. . For each sample, using one sintered machine part, the density ratio in the vicinity of the flare base is obtained based on the pore distribution in the axial section of the pin, and the stress maximum position P (axial distance x from the body x = about 1). .6 mm), the depth of the densified layer was measured. As a result, a densified layer similar to FIG. 11B is formed, and the depth of the densified layer of the sintered machine part depends on the size of the surplus of the sintered body as shown in Table 1. It became 0-1.0 mm.
Moreover, when another sintered machine part was prepared for each sample, a load was applied to the tip of the pin using an autograph, and the breaking load of the pin was measured, the results shown in Table 1 were obtained.
(表1)
試料番号 高密化層の深さ(mm) ピンの破壊荷重(kN)
1 0.0 3.8
2 0.1 4.1
3 0.3 6.0
4 0.5 6.1
5 1.0 6.3
(Table 1)
Sample number Depth of densified layer (mm) Breaking load of pin (kN)
1 0.0 3.8
2 0.1 4.1
3 0.3 6.0
4 0.5 6.1
5 1.0 6.3
表1から、フレア基部の側面に高密化層を形成しない試料番号1の焼結機械部品は、ピンの破壊荷重が3.8kNであるが、試料番号2〜4のように高密化層の深さが増加するに従って破壊荷重が増加し、特に、高密化層の深さが0.1mmから0.3mmに増加すると破壊荷重が著しく増加することが判る。又、高密化層の深さが0.3mm以上の領域においては破壊荷重の増加は穏やかである。このことから、高密化層の深さが0.3mm以上の高密化層は、ピンの折損を抑制する上で非常に効果的であることが理解される。
From Table 1, the sintered machine part of sample number 1 that does not form a densified layer on the side surface of the flare base has a pin breaking load of 3.8 kN, but the depth of the densified layer as in
本発明の焼結機械部品は、自動二輪車の変速機構を構成するギヤチェンジ部品等のような、本体から突出するピンに高い荷重が作用する機械部品として利用した時に、ピンの折損が抑制されるので、耐久性に優れた機械部品の供給に寄与する。又、応力の高い部分のみに高密化層を形成して組織を緻密化するので、簡易に製造することができ、耐久性に優れた機械部品の安価な提供を可能とする。 When the sintered machine part of the present invention is used as a machine part in which a high load acts on a pin protruding from the main body, such as a gear change part constituting a transmission mechanism of a motorcycle, breakage of the pin is suppressed. Therefore, it contributes to the supply of machine parts with excellent durability. In addition, since the densified layer is formed only in a portion having high stress and the structure is densified, it can be easily manufactured, and an inexpensive mechanical component having excellent durability can be provided.
Claims (12)
前記ピンは、前記ピンの側面が根元付近で滑らかに湾曲して前記本体の作用面と連続するように、根元において拡大する軸性形状を有し、
前記焼結機械部品を構成する焼結合金は、密度比が80〜96%の焼結材マトリクスと、密度比が96%以上で前記焼結材マトリクスより高密度比である高密化層とを有する金属組織構造を有し、前記高密化層は、前記ピンに加えられる曲げ荷重から生じる応力が最大になる応力最大位置において深さが0.5mm以上になるように前記ピンの側面の前記応力最大位置を含む領域に局所的に設けられる焼結機械部品。 A sintered machine part comprising a substantially flat body made of a sintered alloy and having a flat working surface, and a pin integrally formed with the body and projecting from the working surface,
The pin has an axial shape that expands at the base so that the side surface of the pin is smoothly curved near the base and is continuous with the working surface of the main body,
The sintered alloy constituting the sintered machine part includes a sintered material matrix having a density ratio of 80 to 96% and a densified layer having a density ratio of 96% or more and a higher density ratio than the sintered material matrix. has a metallographic structure having the dense layer, the side surface of the pin so stresses resulting from bending loads applied to the pin depth is preferably 0.5 mm or more in the stress maximum position of maximum Sintered machine parts locally provided in the region including the maximum stress position .
前記応力最大位置は前記フレア基部の側面にあり、前記高密化層が形成される領域は、前記フレア基部の側面の少なくとも一部を含む請求項1に記載の焼結機械部品。 The pin protrudes perpendicularly from the working surface and is positioned between the pin main portion and the pin main portion and the main body so that the side surface of the pin main portion and the working surface are continuous. A flare base having a concavely curved side surface,
2. The sintered machine part according to claim 1, wherein the stress maximum position is on a side surface of the flare base, and the region where the densified layer is formed includes at least a part of the side surface of the flare base.
前記フレア基部は、前記ピンの軸方向断面において前記側面が曲線を示す曲線回転体の形状を有する請求項2に記載の焼結機械部品。 All parts excluding the densified layer are composed of the sintered material matrix, and the density ratio of the outermost surface of the densified layer is 97% or more,
3. The sintered machine part according to claim 2, wherein the flare base portion has a shape of a curved rotating body in which the side surface is curved in an axial section of the pin.
前記ネットシェイプにおいて前記ピンに加えられる曲げ荷重から生じる応力が最も高くなる応力最大位置を含む領域に余肉が加えられて前記ピンの側面が局所的に前記ネットシェイプより膨出する形状を有し、密度比が80〜96%の焼結合金で構成される焼結体を用意し、
前記焼結体の余肉を冷間で再圧縮して前記ネットシェイプに成形して、前記焼結体より高密度比で密度比が96%以上の高密化層を、前記応力最大位置において深さが0.5mm以上になるように前記ピンの側面の前記応力最大位置を含む領域に局所的に形成することを有する焼結機械部品の製造方法。 A main body having a working surface; and a pin formed integrally with the main body at the base and projecting from the working surface, the pin having an axial shape expanding at the base, and a side surface of the pin is rooted As a shape that smoothly curves in the vicinity and is continuous with the working surface of the main body, the net shape of the sintered machine part is defined,
In the net shape, the pin has a shape in which a side wall of the pin locally bulges from the net shape by adding surplus to a region including the maximum stress position where the stress generated from the bending load applied to the pin is highest. A sintered body composed of a sintered alloy having a density ratio of 80 to 96%,
The excess thickness of the sintered body is recompressed cold and formed into the net shape, and a dense layer having a density ratio of 96% or more than that of the sintered body is deepened at the maximum stress position. A method for manufacturing a sintered machine component, comprising locally forming a region including the maximum stress position on the side surface of the pin so that the thickness is 0.5 mm or more.
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