JP7220483B2 - 金属製品表面部材及びそのバニシング加工方法 - Google Patents
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Description
表面に無数の微細な凹部を形成した金属製品であって,バニシング加工により,形成された凹凸の略半円弧状の凹部の幅(凹部の輪郭を画定する周縁の直径)が,0.1~12μmの範囲で,平均約5~6μmであり,前記金属製品の表面に形成された凹凸のうちの凸部が選択的に押し潰され,表面粗さ(Ra)が0.196~0.060μmであることを特徴とする(請求項1)。
ブラスト加工によって表面に凹凸が形成された金属製品を処理対象とし,
前記金属製品の表面硬度よりも低硬度で,かつ,前記凹凸の略半円弧状の凹部の幅(凹部の輪郭を画定する周縁の直径)よりも粒径が大きいと共に前記ブラスト加工で使用された投射材よりも大きな粒径を有する球状のショットを圧潰用ショットとして前記金属製品の表面に対し噴射すると共に衝突させて,前記金属製品の表面に形成された凹凸のうちの凸部を選択的に押し潰すことで,前記金属製品の表面粗さを改善することを特徴とする(請求項4)。
処理対象とする前記金属製品の母材と同等以上の硬度を有し,♯100~♯800(平均粒径149μm~20μm)の範囲から選択された球状ショットである凹凸形成用ショットを前記金属製品の表面に噴射することにより表面に凹凸が形成された前記金属製品を処理対象とし,
前記圧潰用ショットとして,前記凹凸形成用ショットよりも大きな粒径を有する,♯24~♯700(平均粒径840μm~24μm)の範囲から選択されたショットを使用することを特徴とする(請求項6)。
本発明のバニシング加工方法は,ブラスト加工によって表面に凹凸が形成された金属製品全般を処理対象とすることができ,図1を参照して説明したように,金属製品の母材硬度よりも高硬度の微細な球状のショットを噴射して行う,所謂「微粒子ピーニング」によって半円弧状の無数の凹部(ディンプル)が形成された金属製品の他,砥粒やグリッド等の切削性を有する粒体を使用したブラスト加工によって表面を切削して形成した例えば鋸歯状の凹凸が表面に形成された金属製品のいずれも対象とすることができる。
本発明のバニシング処理方法では,前述したようにブラスト加工によって凹凸が形成された金属製品を処理対象とし,この金属製品の表面に対し,球状の圧潰用ショットを噴射すると共に衝突させて,圧潰用ショットによって金属製品の表面に生じた凹凸中の凸部を選択的に押し潰すことにより,凹部を残しつつ,凸部の高さを減じて表面粗さを改善する。
ブラスト加工によって表面に凹凸が形成された金属製品の表面に対し,図2に示すように,金属製品の表面に形成された略円弧状の凹部の幅(凹部の輪郭を画定する周縁の直径)よりも大きい粒径を有する圧潰用ショットを噴射すると,圧潰用ショットは,金属製品の表面に形成された凹凸のうちの凸部に対し真っ先に衝突する。
(1)試験の目的
球状ショットを使用したブラスト加工によって凹凸を形成した金属製品の表面に対し,凹凸の形成に使用したショット(凹凸形成用ショット)と同程度の粒径を有するショットを使用したブラスト加工(後続処理:本発明のバニシング加工方法に該当しない加工)を行った場合に,表面粗さの改善(バニシングの効果)が得られるか否かを確認する。
(2-1) 試験片
ガス浸炭されたクロムモリブデン鋼(SCM415)製の試験片(30mm×30mm×3mm)を,研磨紙(♯500)で研磨した後,後述の凹凸形成処理,及び後続処理をそれぞれ行った。
なお,未処理の試験片の表面状態は,下記の表1に示す通りである。
上記の試験片(未処理)に対し,下記の表2に示すブラスト加工条件でブラスト加工を行い表面に凹凸を形成した。
なお,形成された凹凸の略円弧状の凹部の幅(凹部の輪郭を画定する周縁の直径)は,0.1~12μm,平均約5~6μmであった。
上記凹凸形成処理後の試験片に対し,下記の表3に示すブラスト加工条件で後続処理を行った。
未処理の状態,凹凸形成処理後,及び後続処理後の各試験片の表面状態の変化を下記の表4に示すと共に,各工程における試験片表面の粗さ曲線を図3(未処理),図4(凹凸形成処理後),及び図5(後続処理後)にそれぞれ示す。
以上の試験結果から,凹凸形成処理で使用したショットと,その後の後続処理で使用するショットの粒径を同程度のものとした場合でも,金属製品の表面硬度や圧縮残留応力は,凹凸形成処理後に対し後続処理後において向上させることができていることが確認できた。
しかし,表面粗さについては,未処理の表面粗さに対し,凹凸形成処理後,後続処理後と,処理が進むにつれて粗さが増大した。
(1)試験の目的
球状ショットを使用したブラスト加工によって凹凸を形成した金属製品の表面に対し,凹凸形成用ショットよりも粒径が大きく,凹凸が形成された金属製品の表面硬度よりも低硬度のショットを使用したブラスト加工(本発明のバニシング加工方法)を行うことで,表面粗さの改善が得られることを確認すると共に,バニシング処理で使用するショット(圧潰用ショット)の粒径を変化させた場合に,バニシング処理後の金属製品の表面粗さがどのように変化するかを確認する。
(2-1) 試験片
アルメンストリップA片(19mm×76mm×1.295±0.025mm:JIS B 2711 2013)である炭素工具鋼製の帯板(SK材:JIS G 3311 2016のみがき特殊帯鋼の焼入・焼戻し品)を試験片とし,後述の凹凸形成処理により凹凸を形成した試験片の表面に対し,異なる粒径のショットを使用して,エア(重力)式ブラスト加工装置により本発明の方法によるバニシング処理を行った。
なお,凹凸形成処理前の試験片(未処理)の表面状態を表5に示す。
上記の試験片(未処理)に対し,下記の表6に示す凹凸形成処理条件で試験片の表面に凹凸を形成した。
なお,形成された凹凸の略円弧状の凹部の幅(凹部の輪郭を画定する周縁の直径)は,1~10μm,平均約4~5μmであった。
上記条件で凹凸形成処理を行った後の試験片に対し,下記の表7に示す条件1~3のブラスト加工条件で本発明の方法によるバニシング処理をそれぞれ行った。
凹凸形成処理後の試験片の表面状態と,バニシング処理後の試験片の表面状態の変化を下記の表8に示す。
また,未処理(図6),凹凸形成処理後(図7),条件1~3のバニシング処理後(図8~図10)の各試験片表面の粗さ曲線を図6~図10にそれぞれ示す。
以上の試験結果から,凹凸形成処理に使用したショット(凹凸形成用ショット)よりも粒径が大きく,かつ,凹凸形成後の金属製品の表面硬度よりも低硬度の圧潰用ショットを使用して行う本発明のバニシング処理では,凹凸形成処理によって上昇した試験片の表面硬度や圧縮残留応力が失われていないだけでなく,これらを更に向上させつつ,更に,試験片の表面粗さについても改善できることが確認できた。
(1)試験の目的
球状ショットを使用したブラスト加工によって凹凸を形成した金属製品の表面に対し,凹凸形成用ショットよりも粒径が大きく,凹凸が形成された金属製品の表面硬度よりも低硬度のショットを使用したブラスト加工(本発明のバニシング加工方法)を行うことで表面粗さの改善が得られ,摺動性,耐摩耗性が向上し,寿命を向上させることが出来るか否かを確認する。
(2-1) 試験片
SCM440H(調質材)製のシャフト(研磨品:φ6.6mm×123L)を試験片とし,後述の凹凸形成処理により凹凸を形成した試験片の表面に対し,凹凸形成用ショットよりも粒径が大きく,凹凸が形成された金属製品の表面硬度よりも低硬度のショット(圧潰用ショット)を使用してエア(直圧)式ブラスト加工装置により本発明の方法によるバニシング処理を行った。
なお,凹凸形成処理前の試験片(未処理)の表面状態を表9に示す。
上記の試験片に対し,下記の表10に示すブラスト加工条件でブラスト加工を行い表面に凹凸を形成した。
上記凹凸形成処理後の試験片に対し,下記の表11に示すブラスト加工条件でバニシング処理を行った。
未処理の状態,凹凸形成処理後,及びバニシング処理後の各試験片の表面状態の変化を下記の表12に示すと共に,各工程における試験片表面の粗さ曲線を図11(未処理),図12(凹凸形成処理後),及び図13(バニシング処理後)にそれぞれ示す。
以上の試験結果から凹凸形成処理に使用したショット(凹凸形成用ショット)よりも粒径が大きく,かつ,凹凸形成後の金属製品の表面硬度よりも低硬度の圧潰用ショットを使用して行う本発明のバニシング処理では,凹凸形成処理によって上昇したシャフトの表面硬度や圧縮残留応力が失われていないだけでなく,これらを更に向上させつつ,表面粗さについても改善でき,摺動性,耐摩耗性が向上し,寿命延長効果が得られることが確認できた。
Claims (7)
- 表面に無数の微細な凹部を形成した金属製品であって,バニシング加工により,形成された凹凸の凹部の幅が,0.1~12μmの範囲で,平均約5~6μmであり,前記金属製品の表面に形成された凹凸のうちの凸部が選択的に押し潰され,表面粗さ(Ra)が0.196~0.060μmであることを特徴とする金属製品表面部材。
- 前記表面部材が,摺動表面である請求項1記載の金属製品表面部材。
- 前記表面部材が,樹脂成型用金型の成型面である請求項1記載の金属製品表面部材。
- ブラスト加工によって表面に凹凸が形成された金属製品を処理対象とし,
前記金属製品の表面硬度よりも低硬度で,かつ,前記凹凸の凹部の幅より粒径が大きいと共に前記ブラスト加工で使用された投射材よりも大きな粒径を有する球状のショットを圧潰用ショットとして前記金属製品の表面に対し噴射すると共に衝突させて,前記金属製品の表面に形成された凹凸のうちの凸部を選択的に押し潰すことで,前記金属製品の表面粗さを改善することを特徴とする金属製品表面部材のバニシング加工方法。 - 前記圧潰用ショットの噴射を0.1~0.7MPaの噴射圧力,又は,30~300m/secの噴射速度で行うことを特徴とする請求項4記載の金属製品表面部材のバニシング加工方法。
- 処理対象とする前記金属製品の母材と同等以上の硬度を有し,♯100~♯800(平均粒径149μm~20μm)の範囲から選択された球状ショットである凹凸形成用ショットを前記金属製品の表面に噴射することにより表面に凹凸が形成された前記金属製品を処理対象とし,
前記圧潰用ショットとして,前記凹凸形成用ショットよりも大きな粒径を有する,♯24~♯700(平均粒径840μm~24μm)の範囲から選択されたショットを使用することを特徴とする請求項4又は5記載の金属製品表面部材のバニシング加工方法。 - 前記圧潰用ショットの粒径を,前記凹凸形成用ショットの粒径の1.2倍~8.3倍の範囲としたことを特徴とする請求項6記載の金属製品表面部材のバニシング加工方法。
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