JPH0651888B2 - 高強度歯車の製造方法 - Google Patents

高強度歯車の製造方法

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JPH0651888B2
JPH0651888B2 JP59177236A JP17723684A JPH0651888B2 JP H0651888 B2 JPH0651888 B2 JP H0651888B2 JP 59177236 A JP59177236 A JP 59177236A JP 17723684 A JP17723684 A JP 17723684A JP H0651888 B2 JPH0651888 B2 JP H0651888B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高強度歯車の製造方法に関し、詳しくは、高
周波焼入歯車の製造において、切削加工性に優れた材質
・熱処理状態の歯車粗形材を用いて歯車の歯形形状を歯
切加工した後、高周波焼入により歯元部及び歯形形状表
面における高硬度を確保することによって、歯車を高強
度とすることのできる高強度歯車の製造方法にかかる。
〔従来の技術〕
従来、歯車は、歯車の歯形形状表面における耐摩耗性及
び歯車としての優れた強度を確保するために、通常、浸
炭焼入もしくは高周波焼入等の表面硬化熱処理を実施し
て使用されている。
例えば、歯車の歯形形状表面の耐摩耗性を重視し、歯車
の疲労強度は非熱処理歯車より若干向上させればよいよ
うな歯車においては、第5図に示すような、歯車の歯部
に歯部全体焼入硬化層Dを形成する熱処理が採用されて
いる。
また、歯車としての疲労強度を重視する歯車において
は、第6図に示すような、高周波焼入により歯車の歯形
形状に沿った焼入硬化層を有する輪郭焼入硬化層Aを形
成させる熱処理が採用されている。
なお、このような従来法により輪郭焼入硬化層Aを形成
させた歯車の歯元部断面においては、第7図に示すよう
な硬さ分布となっている。
そして、第6図及び第7図に示すような、高周波焼入に
よる従来の輪郭焼入硬化層Aを形成させる歯車において
は、材質としてはJIS規格S58Cの材料により製造
されているが、歯切加工性と高周波焼入性を考慮して、
歯切加工前に焼ならし処理を実施するのが通常である。
このため、このような高周波焼入による従来法により輪
郭焼入硬化層Aを形成させた歯車においては、歯元部硬
さがHv190〜230という低い硬さとなっているの
が通常である。
このような硬さの低い歯車粗形材を用いて、歯車の歯部
を高周波焼入により輪郭焼入硬化層Aを形成されたもの
(従来品)は歯元部硬さが低くなることから、第4図
のS−N曲線に示すように、従来品の浸炭焼入品に比
較して耐久限疲労強度は優れているものの、静的強度及
び1×10回以下の低サイクル側での時間強度はむし
ろ低下する傾向にある。
さて、この歯車の歯形形状に沿った焼入硬化層を有する
輪郭焼入硬化層Aを形成させるには、歯車の歯部に対し
て、適正な周波数のもとで高電力により短時間での高周
波焼入を実施する必要がある。
しかし、大容量の高周波電流発生装置がない場合には、
予め、所定の温度まで予熱した後に、高電力,短時間の
再加熱焼入することによって輪郭焼入硬化層Aを形成さ
せるのが一般的である。
ここで、高耐久限疲労強度の歯車を得るには、輪郭焼入
硬化層Aを形成させることが必須であるが、この輪郭焼
入硬化層Aを形成させるためには、大容量の高周波電流
発生装置、及び、材料的には変態点をできるだけ低温と
して焼入温度を低下させるために、中高炭素量の材質を
使用する必要がある。
しかし、高周波焼入工程の前工程である歯切加工等は、
歯車粗形材の硬さをHv250以下としないと、歯切加
工時において優れた刃具寿命を確保することが出来ない
という問題点があった。
このため、歯車の歯切加工前の熱処理としては、焼なら
し処理もしくは焼なまし処理が実施されるのが通常であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、上述の切削加工性の優れた材料・
熱処理状態の歯車粗形材を用いて、上述の「予熱焼入+
輪郭焼入硬化」、例えば、所定の予熱温度350〜50
0℃まで、低電力で昇温した後、高電力のもとで短時間
の高周波焼入により、歯車の歯形形状に沿った焼入硬化
層を有する輪郭焼入硬化層を形成させたり、或るいは、
高周波焼入性を改善するため、予め、低電力で一度オー
ステナイト化温度まで昇温後、所定の温度(350〜5
00℃)まで徐冷し、その温度に到達した後、直に、高
電力のもとで短時間の高周波焼入することにより製造し
た歯車においては、静的強度及び低サイクル時間強度に
必要な歯元硬さを確保することができず、このため、耐
久限疲労強度は優れているものの、優れた静的強度、及
び、低サイクル時間強度を確保することができないとい
う問題点があった。
従って、本発明の技術的課題とするところは、高周波焼
入による高強度歯車の製造において、切削加工性に優れ
た硬さの低い材質・熱処理状態の歯車粗形材を用いて、
歯車の歯形形状を歯切加工した後、まず、高周波焼入に
より歯車の歯部の全体焼入により歯元部硬さを高くし
て、歯車としての静的強度及び低サイクル時間強度を確
保するととともに、その歯部全体焼入時における残熱を
有する時期に高電力のもとで短時間の高周波焼入して、
歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層を形成させる高
周波焼入表面硬化熱処理を実施することによって、歯車
を優れた耐久限疲労強度,静的強度,低サイクル時間強
度とすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける、従来の技術の問題点を解決するための手段は、
歯車粗形材を歯切加工した後、歯車の歯部を高周波焼入
することにより歯元部及び歯形形状表面を高硬度状態と
して、歯車を高強度とする高強度歯車の製造方法であっ
て、 切削加工性に優れた硬さの低い材質・熱処理状態の歯車
粗形材を用いて、歯車の歯形形状を歯切加工する工程
と、 歯車の歯部全体を低電力により高周波加熱してオーステ
ナイト化温度以上の温度に加熱した後、300〜400
℃に冷却してビッカース硬さ350以上にする焼入工程
と、 前記歯車の歯部全体を高硬度とする高周波焼入後、30
0〜400℃に温度が下がった時期に、高電力による高
周波焼入により歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層
を形成させ、歯車の歯部に異なった硬度を有する2層か
らなる焼入硬化層を形成させる工程とからなることを特
徴とする高強度歯車の製造方法からなっている。
〔作用〕 以下、本発明の作用について説明する。
歯車を製造する素材を切削加工性に優れた材質・熱処理
状態とするのは、歯車粗形材の硬さを低くして歯切加工
における優れた刃具寿命を確保するためである。
ついで、歯車の歯部全体を低電力により高周波加熱して
オーステナイト化温度以上の温度に加熱した後、300
〜400℃に冷却してビッカース硬さ350以上に焼入
するのは、歯車の歯部全体を高周波焼入硬化することに
よって、歯元部を高硬度として歯車の静的強度,低サイ
クル時間強度を確保するためである。
次に、前記歯車の歯部全体を高硬度とする高周波焼入後
において、高周波焼入された歯車が残熱を有する時期
に、高電力による高周波焼入を実施して、歯車の歯形形
状に沿った輪郭焼入硬化層を形成させるのは、歯車の歯
形形状表面における優れた耐摩耗性及び歯車としての耐
久限疲労強度を確保するためである。
このように、異なる硬度からなる2層からなる焼入硬化
層を形成することとしているのは、歯元部における高硬
度化による歯車の静的強度,低サイクル時間強度、及
び、歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層の形成による歯車
の歯形形状表面における耐摩耗性及び耐久限疲労強度を
ともに確保するためである。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
第1図は、本発明法により製造した歯車の歯部における
焼入硬化層を示している。
また、第2図は、本発明法により製造した歯車の歯元部
における断面硬さ分布を示している。
上述の第1図及び第2図に示す本発明法により製造した
供試歯車においては、材質を従来法と同じJIS規格S
58Cとし、歯車粗形材に焼ならし熱処理を実施して、
歯切加工し易すい低硬度の材質・熱処理状態として歯切
加工した後、周波数;40KHzの高周波発振機を用い
て、まず、プレート電圧(Ep);6.5KV,プレート
電流(Ip);14A,加熱時間;3.5sec,供試歯車の
回転数;100rpmとして、所定の温度まで加熱した
後、冷却速度;35℃/secにて衝風冷却し、第1図に
示す歯部全体焼入硬化層Bにおける硬さをHv350以
上とした。
なお、この実施例において使用した供試歯車の諸元は下
表に示すとおりである。
ついで、歯車の歯部全体の高周波焼入後の冷却過程にお
いて、第1図の歯部全体焼入硬化層Bの部位における硬
さがHv350以上を確保し得る時期、即ち、350℃
±50℃となった時点で、再度、プレート電圧(E
p);11KV,プレート電流(Ip);26A,加熱
時間;0.35sec,供試歯車の回転数;100rpmで高周波
焼入を実施した。
この時の冷却条件は、水溶性冷却剤により冷却水流量;
60/minで20sec間の冷却を実施した。
上述のようにして実施した熱処理サイクルを第3図に示
す。
このような条件により高周波焼入を実施することによ
り、第1図に示す輪郭焼入硬化層A、及び歯部全体焼入
硬化層Bの2層の焼入硬化層と、非焼入部Cとを形成す
ることができるのである。
上述により明らかなように、本発明法における低電力に
よる高周波焼入と、高電力による高周波焼入を組合わせ
て熱処理することにより、第1図の焼入硬化層及び第2
図の歯車の歯元部断面硬さ分布に示すように、異なる硬
度を有する2層からなる焼入硬化層を形成することがで
きるのである。
上述のように、本発明法により製造した高周波焼入歯車
は、第4図から明らかなように、従来法による浸炭焼入
歯車(従来品)もしくは高周波輪郭焼入品(従来品
),歯部全体高周波焼入品等に比較して、静的強度,
低サイクル(1×10回以下)時間強度及び耐久限強
度が、ともに著しく向上していることが理解される。
なお、本発明者が種々の試験研究検討結果から、この異
なる硬度を有する2層からなる焼入硬化層の硬さ分布の
うち、静的強度及び低サイクル(1×10)時間強度
の確保に必要な、第1図の歯部全体焼入硬化層B部位に
おける硬さは、Hv350〜550とする必要があるこ
とが明らかとなっている。
そして、この硬さを確保するための冷却速度は材質によ
り異なるが、この実施例における材質(JIS規格S5
8C)においては、35℃/sec以上であった。
なお、この実施例における冷却方法は衝風冷却を採用し
た。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる高強度歯車
の製造方法によれば、高周波焼入による高強度歯車の製
造において、切削加工性に優れた硬さの低い材質・熱処
理状態の歯車粗形材を用いて、歯車の歯形形状を歯切加
工した後、まず、高周波焼入により歯車の歯部の全体焼
入により歯元部硬さを高くして、歯車としての静的強度
及び低サイクル時間強度を確保するとともに、その歯部
全体焼入時における残熱を有する時期に高電力のもとで
短時間の高周波焼入して、歯車の歯形形状に沿った輪郭
焼入硬化層を形成させる高周波焼入表面硬化熱処理を実
施することによって、歯車を優れた耐久限疲労強度,静
的強度,低サイクル時間強度とすることができる利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明法により製造した高強度歯車におけ
る、歯部断面の焼入硬化層を示す図, 第2図は、第1図に示す高強度歯車の歯元部断面硬さ分
布を示す図, 第3図は、本発明法により高強度歯車を製造するための
熱処理サイクルを示す図, 第4図は、本発明法により製造した高強度歯車の疲労強
度を従来法により製造した歯車と比較した図, 第5図は、従来法により製造した歯部全体を焼入硬化し
た歯部断面の焼入硬化層を示す図, 第6図は、従来法により製造した輪郭焼入硬化層を形成
させた歯車の歯部断面の焼入硬化層を示す図, 第7図は、従来法の高周波焼入により歯形形状に沿った
輪郭焼入硬化層を形成させた、歯車の歯元部断面硬さ分
布を示す図である。 A……輪郭焼入硬化層, B……歯部全体焼入硬化層, C……非焼入部, D……歯部全体焼入硬化層,

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】歯車粗形材を歯切加工した後、歯車の歯部
    を高周波焼入することにより歯元部及び歯形形状表面を
    高硬度状態として、歯車を高強度とする高強度歯車の製
    造方法であって、 切削加工性に優れた硬さの低い材質・熱処理状態の歯車
    粗形材を用いて、歯車の歯形形状を歯切加工する工程
    と、 歯車の歯部全体を低電力により高周波加熱してオーステ
    ナイト化温度以上の温度に加熱した後、300〜400
    ℃に冷却してビッカース硬さ350以上にする焼入工程
    と、 前記歯車の歯部全体を高硬度とする高周波焼入後、30
    0〜400℃に温度が下がった時期に、高電力による高
    周波焼入により歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層
    を形成させ、歯車の歯部に異なった硬度を有する2層か
    らなる焼入硬化層を形成させる工程とからなることを特
    徴とする高強度歯車の製造方法。
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