JP6101668B2

JP6101668B2 - 被鍛造部材の表面処理方法

Info

Publication number: JP6101668B2
Application number: JP2014234350A
Authority: JP
Inventors: 幸人松原; 保中村; 早川　邦夫; 邦夫早川
Original assignee: Shizuoka University NUC; Macoho Co Ltd
Current assignee: Shizuoka University NUC; Macoho Co Ltd
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: US20160136722A1; JP2016097457A

Description

本発明は、被鍛造部材の表面処理方法に関するものである。

機械部品の製造方法として採用される冷間鍛造は、切削による製造に比し、製造できる形状が制約されるという点はあるものの、同形のものが量産でき、強度が得られ、加工時間が短く、材料が節減できるなどの数多くのメリットを有する。

ところで、従来から、冷間鍛造される加工素材としての円柱状の被鍛造部材の表面には、型離れを良くし、加工時に生じる熱や接触圧力による金型の破損、被鍛造部材そのものの破損を防止する目的で、潤滑処理（通称：ボンデ処理と言われ、潤滑皮膜付着処理）が施されており、被鍛造部材表面への潤滑膜の良好な定着が望まれている。

そこで、本出願人は、特開２００７−３８３０９号や特許第５５２３５０７号に開示されるワーク表面処理装置を提案している。これらの装置は、ワークとしての被鍛造部材の表面に潤滑皮膜を付着させる前に、液体と砥粒との混合物であるスラリを噴射して該被鍛造部材の表面をウエットブラスト処理するものである。

このウエットブラスト処理が施されることにより、被鍛造部材の表面に付着している酸化膜や油等の汚れの除去が確実且つ良好に行なわれ、被鍛造部材の表面に細かい凹凸が形成されることで潤滑皮膜が剥がれにくく良好に定着することになる。

特開２００７−３８３０９号公報特許第５５２３５０７号公報

本発明者は、上述したような被鍛造部材の表面処理について更なる研究開発を進め、その結果、従来にない作用効果を発揮する画期的な被鍛造部材の表面処理方法を開発した。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

クロムモリブデン鋼から成る被鍛造部材１の表面処理方法であって、前記被鍛造部材１の表面１ａに、液体２と平均粒径が約１５０μｍのステンレス砥粒３との混合物であるスラリ４を圧搾空気と混合して噴射し、前記被鍛造部材１の表面１ａに深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍの凹所５を無数に設けることを特徴とする被鍛造部材の表面処理方法に係るものである。

また、請求項１記載の被鍛造部材の表面処理方法において、前記凹所５の開口面積は０．００６〜０．０２３ｍｍ^２であることを特徴とする被鍛造部材の表面処理方法に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、被鍛造部材の表面に形成される潤滑皮膜が剥がれにくく良好に定着することになるなど、従来にない作用効果を発揮する画期的な被鍛造部材の表面処理方法となる。

本実施例に係る被鍛造部材の表面処理方法を実施する装置の説明図である。本実施例で表面処理した被鍛造部材の状態を示す説明図である。本実施例で表面処理した被鍛造部材の表面の部分拡大図である。本実施例の有効性を示す試験の条件を説明する説明図である。前方軸／後方缶押出し試験装置を用いた被鍛造部材の性能試験を示す説明図である。前方軸／後方缶押出し試験装置を用いた被鍛造部材の性能試験を示す説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。本実施例の有効性を示す試験結果を説明する説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、被鍛造部材１の表面に、液体２と砥粒３との混合物であるスラリ４を圧搾空気と混合して噴射し、被鍛造部材１の表面に深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍの凹所５を無数に設ける。

この凹所５を無数に備えた被鍛造部材１は潤滑処理を行った際の油切れが生じにくく、鍛造する素材として極めて秀れたものとなる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、搬送される円柱状の被鍛造部材１の表面１ａに表面処理を施す被鍛造部材１の表面処理方法である。尚、被鍛造部材１は金属製（クロムモリブデン鋼）の円柱状の被鍛造部材１であり、本書面で言う円柱状とは断面円形状の長さを有するものであって、内部が中空の円筒状のものも含む広義の意味である。

具体的には、本実施例に係る被鍛造部材１の表面処理方法は、特許第５５２３５０７号に開示される表面処理装置10を用いて行なわれる。

この表面処理装置10は、図１に図示したように基体11に円柱状の被鍛造部材１を搬送する搬送部12と、この搬送部12により搬送される被鍛造部材１にウエットブラスト処理及びその他の処理を行う表面処理部とを具備している。

具体的には、表面処理部は、ウエットブラスト処理部13と、図示省略のその他の処理部（洗浄処理部、湯洗部、潤滑処理部及び乾燥処理部）とで構成されている。

ウエットブラスト処理部13は、図１に図示したように円柱状の被鍛造部材１を通過せしめる基体11に設けられ、スラリ噴射部14と、下方位置に配設されるスラリ貯留部15と、このスラリ貯留部15からポンプ装置16を介してスラリ噴射部14へスラリ４を搬送するスラリ搬送部17とを具備し、スラリ噴射部14から噴射されたスラリ４はスラリ貯留部15へ送られて再利用される構成である。

スラリ噴射部14は、図１に図示したように円柱状の被鍛造部材１を搬送する搬送部12の上方に配される巾広の噴射ノズルで構成されている。

この噴射ノズルには前述したスラリ搬送部17が接続されるとともに、別回路で設けられ圧縮空気供給部18から延設される圧縮空気搬送部19が接続されており、スラリ搬送部17から供給されるスラリ４を圧縮空気搬送部19から供給される圧縮空気により加速して、所定の噴射速度で噴射ノズルから噴射されるように構成されている。

また、本実施例で使用するスラリ４は、液体２と微粒子砥粒３との混合物である。

以上の構成からなる表面処理装置10を使用した被鍛造部材１への表面処理について説明する。

搬送部12で搬送される円柱状の被鍛造部材１の表面１ａは表面処理部により適宜処理される。

具体的には、搬送部12で搬送される円柱状の被鍛造部材１はウエットブラスト処理部13を通過した際、スラリ４を噴射することで円柱状の被鍛造部材１の全表面１ａ（周面及び前後端面）はブラスト処理され、この全表面１ａ（周面及び前後端面）に細かい凹所５が無数に形成される。

続いて、ウエットブラスト処理部13でブラスト処理された円柱状の被鍛造部材１は、洗浄処理部を通過した際、洗浄液を噴射することで水洗処理（スラリや削り屑などが除去）される。

続いて、洗浄処理部で水洗処理された円柱状の被鍛造部材１は、湯洗処理部を通過した際、高温水を噴射することで水洗処理及び加熱処理される。

続いて、湯洗処理部で水洗処理及び加熱処理された円柱状の被鍛造部材１は、潤滑処理部を通過した際、潤滑剤（例えば金属セッケン）が付与されて潤滑処理される。

続いて、潤滑処理部で潤滑処理された円柱状の被鍛造部材１は、乾燥処理部を通過した際、熱風を当てることで乾燥処理（潤滑剤の固化）され、円柱状の被鍛造部材１の全表面１ａ（周面及び前後端面）には潤滑皮膜が形成される。

この乾燥処理部で乾燥処理された円柱状の被鍛造部材１は導出部で表面処理装置10の外部へ導出されることになる。この導出された円柱状の被鍛造部材１の全表面１ａ（周面及び前後端面）には潤滑皮膜が良好に定着している。

ところで、本実施例では、後述する素材及びサイズの被鍛造部材１の表面１ａには無数（約７４，０００個）に凹所５（角錐形状の凹部）が形成され、この凹所５は、深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍ，面積０．００６〜０．０２３ｍｍ^２であり、被鍛造部材１として極めて秀れることになる。

これは、以下の試験により確認している。

即ち、先ずは、砥粒Ａ（５０μｍステンレス砥粒），砥粒Ｂ（１５０μｍステンレス砥粒），砥粒Ｃ（２１０μｍステンレス砥粒），砥粒Ｄ（３２０μｍステンレス砥粒），砥粒Ｅ（２５０μｍアルミナ砥粒）及び砥粒Ｆ（３００μｍスチール砥粒）を用意し、これら砥粒Ａ〜Ｅを前述した表面処理装置10で被鍛造部材１（クロムモリブデン鋼／ＳＣＭ４２０径１９．９ｍｍ／長さ２０ｍｍ／表面積約１，０３０ｍｍ^２）の処理を行い（砥粒Ｆはショットブラストを行い）、この得られた被鍛造部材１を前方軸／後方缶押出し試験装置20を利用して前方押出し量及び後方押出し量を測定した（図４，５参照）。

図７は、砥粒Ａ〜Ｆと前方押出し量との関係を示し、図８は、砥粒Ａ〜Ｆと後方押出し量との関係を示している。

前方軸／後方缶押出しにおいてパンチストロークを一定とした時、前方押出し量が多く且つ後方押出し量が少ないほど表面の摩擦抵抗が少ないことになるが、前方押出し量及び後方押出し量ともに最良であり、表面の摩擦抵抗が少ないのは順に砥粒Ｂ、砥粒Ｃ、砥粒Ｄ、砥粒Ｅ、砥粒Ｆ、砥粒Ａの順になった。

即ち、砥粒Ｂで処理された被鍛造部材１は、他の砥粒で処理された被鍛造部材１に比し、前方への伸びが多く且つ後方への伸びが少なく、よって、砥粒Ｂで処理された被鍛造部材１の表面１ａにおける摩擦抵抗が少ないことが分かった。この結果により、使用する砥粒によって成型負荷に大きく影響することが明確になった。

また、図９は、冷間鍛造成型時の最大荷重と前方押出し量との関係を示している。

前述した砥粒Ｂで処理された被鍛造部材１は、その他の砥粒で処理された被鍛造部材１に比し、冷間鍛造成型時の最大荷重が小さい。

即ち、前方押出し量が多い結果を生じる表面１ａを備えた被鍛造部材１は、冷間鍛造成型時の最大荷重が小さく、この冷間鍛造成型時の最大荷重と押出し量とはほぼ反比例となるセオリー通りの結果となった。

また、図10は、砥粒Ａ〜Ｆを用いて被鍛造部材１の表面処理を行い、この被鍛造部材１の端面に生じた凹所５の深さ（Ｈ）と前方押出し量との関係、図11は、砥粒Ａ〜Ｆを利用して被鍛造部材１の表面処理を行い、この被鍛造部材１の端面に生じた凹所５の開口巾（Ｗ）と前方押出し量との関係を示している。

図10から分かるように、砥粒Ｂで処理して生じる凹所５の深さは、エアー圧が０．２ＭＰａだと０．５μｍ、エアー圧が０．４ＭＰａだと１．５μｍであり、また、図11から分かるように、砥粒Ｂで処理して生じる凹所５の開口巾は、エアー圧が０．２ＭＰａだと１５０μｍ、エアー圧が０．４ＭＰａだと１４０μｍである。

また、図12は、砥粒Ａ〜Ｆを用いて被鍛造部材１の表面処理を行い、この被鍛造部材１の側面に生じた凹所５の深さ（Ｈ）と前方押出し量との関係、図13は、砥粒Ａ〜Ｆを利用して被鍛造部材１の表面処理を行い、この被鍛造部材１の側面に生じた凹所５の開口巾（Ｗ）と前方押出し量との関係を示している。

図12から分かるように、砥粒Ｂで処理して生じる凹所５の深さは、エアー圧が０．２ＭＰａだと０．５μｍ、エアー圧が０．４ＭＰａだと２．００μｍであり、また、図13から分かるように砥粒Ｂで処理して生じる凹所５の開口巾は、エアー圧が０．２ＭＰａだと７５μｍ、エアー圧が０．４ＭＰａだと１２５μｍである。

以上の試験から、最適と判断された砥粒Ｂで処理した被鍛造部材１の表面１ａに生じる凹所５の深さは０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾は７５μｍ〜１５０μｍであり、この深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍの凹所５を無数に備えた被鍛造部材１は潤滑処理を行った際の油切れが生じにくく、冷間鍛造する素材として極めて秀れたものとなることが確認できた。

本実施例は上述のように構成したから、被鍛造部材１の表面に、液体２と砥粒３との混合物であるスラリ４を圧搾空気と混合して噴射して、被鍛造部材１の表面に深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍの凹所５を無数に設ける。

また、本実施例は、被鍛造部材１はクロムモリブデン鋼であるから、前述した作用効果を確実に発揮し得ることになる。

また、本実施例は、砥粒３として平均粒径が約１５０μｍのステンレス砥粒を採用したから、前述した作用効果を確実に発揮し得ることになる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１被鍛造部材
１ａ表面
２液体
３砥粒
４スラリ
５凹所

Claims

クロムモリブデン鋼から成る被鍛造部材の表面処理方法であって、前記被鍛造部材の表面に、液体と平均粒径が約１５０μｍのステンレス砥粒との混合物であるスラリを圧搾空気と混合して噴射し、前記被鍛造部材の表面に深さ０．５μｍ〜２．００μｍ，開口巾７５μｍ〜１５０μｍの凹所を無数に設けることを特徴とする被鍛造部材の表面処理方法。
請求項１記載の被鍛造部材の表面処理方法において、前記凹所の開口面積は０．００６〜０．０２３ｍｍ^２であることを特徴とする被鍛造部材の表面処理方法。