JP7271060B2

JP7271060B2 - ショットピーニング条件の設定方法

Info

Publication number: JP7271060B2
Application number: JP2019046107A
Authority: JP
Inventors: 幹夫寺田
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN111687755A; CN111687755B; JP2020146797A

Description

本発明は、ショットピーニング条件の設定方法に関する。

特許文献１には、ワークに最適な圧縮残留応力を付与するためにワークおよび投射材毎に、投射圧力、投射材流量、管理値を計測し、投射圧力を最低にする投射材流量を決定するショットピーニング条件の設定方法の技術が開示されている。

特開２００３－１５９６５１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、歯車やスプラインの歯をショットピーニングにて目標圧縮残留応力を付与する場合に、ノズルから投射された投射材と歯底付近で反射した投射材が衝突することで目標圧縮残留応力を付与できないことがある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、製品仕様の異なるものであっても、被処理製品に目標圧縮残留応力を安定的に付与することができるショットピーニング条件の設定方法を提供することを目的とする。

本発明のショットピーニング条件の設定方法では、歯車やスプラインの歯の歯たけとモジュールで決まる異なる歯形状の数種の被処理製品および粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎に、複数の投射圧力、投射時間における圧縮残留応力および投射材流量に対してピークを持つ非線形特性である圧縮残留応力を計測する工程と、数種の被処理製品および粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎に、複数の投射圧力、投射時間および投射材流量に対する圧縮残留応力の特性を取得する工程と、数種の被処理製品および粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎の圧縮残留応力の特性より、目標圧縮残留応力を達成する投射圧力および投射時間を決定し、決定した投射圧力および投射時間に対応する投射材流量の圧縮残留応力の特性のピークとなる領域の投射材流量を最適な値として決定する工程を有するようにしたことを特徴とする。

よって、本発明のショットピーニング条件の設定方法では、最適な投射材流量を決定することができるので、省エネを図ることができるとともに、安定的に目標圧縮残留応力を得ることができる。

実施形態１のショットピーニングマシンの構成を示す図である。実施形態１の計測する工程を示すフローチャートである。実施形態１の特性を取得する工程を示すフローチャートである。実施形態１の投射流量の最適値を算出する工程を示すフローチャートである。（ａ）は、実施形態１の投射圧力Ｐと圧縮残留応力σとの特性を示し、（ｂ）は、投射時間ｔと圧縮残留応力σとの特性を示し、（ｃ）は、投射材流量Ｖと圧縮残留応力σとの特性を示した図である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１のショットピーニングマシンの構成を示す図であり、本発明のショットピーニング条件の設定方法を実施する装置である。

[構成]
ショットピーニングマシン（ショットピーニング装置）１は、投射材αを回収して貯蔵する投射材貯蔵器２と、投射材貯蔵器２からの投射材αがショットゲート３を経由して供給される加圧タンク４と、目標とする投射材流量Ｖに調整する投射材流量調整器５と、投射室１２内にて投射材αを目標投射圧力に調整されたエアａ２とともに、歯形状の形態を有する歯車やスプライン等のワーク（被処理製品）Ｗに目標とする投射時間ｔの間、投射材αを投射するノズル１３と、投射材αを回収し投射材貯蔵器２へ戻す投射材回収室１４とを備えている。
投射材貯蔵器２は、投射材αが所定の粒径より小さくなると、すなわち、摩耗した投射材αを集塵機１５へ送り、廃棄する。
なお、加圧タンク４には、電動ポンプ６が供給する圧縮されたエアａを流量計７および所定圧力に調整する流量調整弁８を経由して、所定圧力のエアａ１が供給されており、エアａ１により加圧タンク４から投射材流量調整器５へ投射材αを送り込んでいる。
また、投射材流量調整器５から供給された投射材αは、投射圧力Ｐを調整する差圧弁１０から供給される目標とする投射圧力Ｐのエアａ２と合流してノズル１３へ供給される。
圧力計９、１１は、所定圧に調整されているか否かの確認のために、取付けられている。

図２は、実施形態１の計測する工程を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、数種のワークＷと、投射材αの粒径、硬度別に数種の投射材αを選択する。
なお、選択する数種のワークＷは、歯車やスプラインの歯の歯たけ（歯底と歯先の距離）とモジュールで決まる異なる歯形状の数種のワークＷを選択する。
この歯形状とは、大別すると伝達軸に形成したスプラインと遊星歯車のサンギヤやピニオンなどの外歯ギヤを表し、ともに動力伝達部位である。
スプラインは、軸周りにキー状の山と谷を等間隔に数条削り、または転造などで伝達軸に形成したものである。ボスには、これとはまり合うスプライン穴が切られ、動力を伝達する。なお、数条の歯で分担するため大きなトルクを伝達できる。
遊星歯車の外歯であるサンギヤ、ピニオンは、ギヤ諸元であるモジュール、歯たけなど歯のサイズ、歯間ピッチなどが異なる。ショットの投射の動作は、歯筋方向に移動しながら軸を回転させてショットピーニング加工を行う。
なお、投射範囲、投射距離が異なるため、あらかじめ実験、シュミレーションで投射材流量Ｖを計測し管理する。
ステップＳ２では、適用するショットピーニングマシン１の能力から、数種の投射圧力Ｐ、投射時間ｔ、投射材流量Ｖを選択する。
ステップＳ３では、選択した数種のワークＷと投射材α、投射圧力Ｐ、投射時間t、投射材流量Ｖのそれぞれの組み合わせにて、ワークＷに対し投射を行い、ワークＷの圧縮残留応力σを計測する。

図３は、実施形態１の特性を取得する工程を示すフローチャートである。

ステップＳ１１では、選択した数種のワークＷと投射材α、投射圧力Ｐ、投射時間ｔ、投射材流量Ｖのそれぞれの組み合わせにて計測した圧縮残留応力σの特性を取得する。

図４は、実施形態１の投射流量の最適値を算出する工程を示すフローチャートである。

ステップＳ２１では、選択したワークＷと投射材αの中で、使用するワークＷと投射材αの投射圧力Ｐの特性、および投射時間ｔの特性から、目標残留応力σａを達成する投射圧力Ｐ、投射時間ｔを決定し、この決定した投射圧力Ｐ、投射時間ｔに対応した投射流量Ｖの特性から、目標残留応力σａを達成する投射流量Ｖの最適値を算出する。

図５（ａ）は、実施形態１の投射圧力Ｐと圧縮残留応力σとの特性を示し、（ｂ）は、投射時間ｔと圧縮残留応力σとの特性を示し、（ｃ）は、投射材流量Ｖと圧縮残留応力σとの特性を示した図である。
すなわち、使用するワークＷと投射材αでの特性を示している。
投射圧力Ｐおよび投射時間ｔは、いずれも投射圧力Ｐおよび投射時間ｔが大きくなるに従い、圧縮残留応力σは比例して上昇する線形性を有している。
別のワークＷと投射材αでも、同様の特性を有している。
そこで、それぞれ目標圧縮残留応力σａを達成するために、投射圧力Ｐは１ＭＰａ、投射時間ｔは１５ｓｅｃに決定する。
図５（ｃ）に示すように、この決定した投射圧力Ｐ、投射時間ｔに対応した投射流量Ｖの特性は、線形性を有しておらず、目標圧縮残留応力σａを越える圧縮残留応力σｔを付与する投射流量Ｖが１．５ｋｇ／ｍｉｎでピークを持つ特性である。
別の投射圧力Ｐ、投射時間ｔでも、同様の特性を有している。
このため、投射流量Ｖの最適値として、１．５ｋｇ／ｍｉｎを決定する。

次に、作用効果を説明する。
実施形態１のショットピーニング条件の設定方法にあっては、以下に列挙する作用効果を奏する。

（１）ワークＷおよび投射材α毎に、投射圧力Ｐ、投射時間ｔおよび投射材流量Ｖを計測する工程と、ワークＷおよび投射材α毎に、投射圧力Ｐ、投射時間ｔおよび投射材流量Ｖの特性を取得する工程と、目標圧縮残留応力σａを達成するために、使用するワークおよび投射材の前記特性より、決定した投射圧力Ｐおよび投射時間ｔから非線形特性を有する投射材流量Ｖの最適な値を算出する工程を有するようにした。
よって、最適な投射材流量Ｖを算出することができるので、省エネを図ることができるとともに、安定的に目標圧縮残留応力σａを得ることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態を実施形態に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

１ショットピーニングマシン（ショットピーニング装置）
α 投射材
Ｐ投射圧力
ｔ投射時間
Ｖ投射材流量
σ 圧縮残留応力
σａ目標圧縮残留応力
Ｗワーク（被処理製品）

Claims

歯車やスプラインの歯の歯形状の形態を有する被処理製品をショットピーニング処理するショットピーニング装置のショットピーニング条件の設定方法であって、
前記歯車やスプラインの歯の歯たけとモジュールで決まる異なる歯形状の数種の被処理製品および粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎に、複数の投射圧力、投射時間における圧縮残留応力および投射材流量に対してピークを持つ非線形特性である圧縮残留応力を計測する工程と、
前記数種の被処理製品および前記粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎に、前記複数の投射圧力、投射時間および投射材流量に対する前記圧縮残留応力の特性を取得する工程と、
前記数種の被処理製品および前記粒径、硬度別に数種の投射材のそれぞれの組合わせ毎の前記圧縮残留応力の特性より、目標圧縮残留応力を達成する投射圧力および投射時間を決定し、前記決定した投射圧力および投射時間に対応する前記投射材流量の圧縮残留応力の特性の前記ピークとなる領域の投射材流量を最適な値として決定する工程と、を有する、
ことを特徴とするショットピーニング条件の設定方法。