JPH08323626A

JPH08323626A - ショットピーニング方法および処理物品

Info

Publication number: JPH08323626A
Application number: JP13912595A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Rokutanda; 等六反田; Hitoshi Takeda; 仁竹田; Yoji Aoki; 洋二青木; Etsuichi Nagashima; 悦一長島; Masakazu Okubo; 昌和大久保; Takeshi Sadahiro; 孟史貞広
Original assignee: Sintokogio Ltd; Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd; Tungaloy Corp
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1996-12-10

Abstract

(57)【要約】【構成】比重が１１〜１６である実質的に球状の投射
材を、１０〜４０m/s の投射速度で金属被処理品に衝突
させることを特徴とするショットピーニング方法。【効果】複雑な工程を付加することなく、被処理品の
疲労強度を著しく向上させ、かつ、その表面の平滑度を
保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製品のショットピ
ーニング方法に関し、さらに詳しくは、金属製品の疲労
強度を向上させるためのショットピーニング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ショットピーニングは、小径の投射材を
高速に加速して金属に衝突させ、その表面に冷間加工を
施す加工技術である。そのような加工により、被処理品
に圧縮残留応力を付与したり、表面やその近傍を硬化さ
せて、疲労強度を向上させることができる。

【０００３】投射材としては、一般に、鋳鋼球、白銑球
のような金属球；およびガラス球、アルミナ球のような
非金属無機質球の少なくとも１種が用いられるほか；特
殊な形状のものとして、硬鋼線を切断したカットワイヤ
も用いられる。このうち、ガラス球などの非金属無機質
投射材は、高速で処理対象の金属に衝突させると破砕し
やすく、鋭角の破片によって被処理品の表面を荒らすと
いう問題がある。

【０００４】近年、金属部品の疲労強度をさらに向上す
ることが求められている。それに伴って、ショットピー
ニングにおける投射速度を従来以上に高速にしたり、投
射面の面積あたりの投射量を増やすなど、投射条件が過
酷になる傾向がある。たとえば特開平２−１４９６１６
号公報には、投射材を５０〜１２０m/s の速度で投射す
るショットピーニング方法が開示されている。しかし、
投射速度を上げるには、吹付け圧力を上げる必要があ
り、設備上の負担を生じるばかりでなく、このような過
酷な投射条件では、被処理品の表面が荒れるため、疲労
強度のバラツキが大きくなり、あるいは逆に疲労強度が
低下するという問題を生じる。

【０００５】そのため、ショットピーニング後に、特開
昭５９−２２７３６５号公報および特開昭６３−５２７
号公報に示されるように、表面に荒れた部分を削り取っ
たり、研摩するなど、新規の次工程を設ける必要を生
じ、製造工程が複雑になり、製造コストも高くつく。さ
らに、このような過酷な投射条件を用いると、投射材の
寿命、および処理された金属部品の耐用寿命が短くな
る。

【０００６】また、特開昭６１−２６５２７１号公報に
は、同一の処理対象に対して、投射条件を変えて２回以
上のショットピーニングを行うことにより、圧縮残留応
力の最大値が被処理品の表面の位置に生ずるようにし
て、疲労強度を向上させるために複数回ピーニングを行
う方法を開示している。しかし、この方法は、少なくと
も２台のピーニングマシンを用いるか、１台のマシンを
用いる場合には投射条件を切換えるための操作を行う必
要がある。そのため、装置の数を増やすか、大型・複雑
化させる必要を生じ、設備コストがかさむという問題が
ある。

【０００７】一方、特開昭５５−７７４７４号公報に
は、ビッカース硬さＨ_v が９００以上であり、密度が１
０g/cm³ 以上である投射材を用いるショットピーニング
方法を開示している。そのような条件を満たす投射材と
しては、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル
などの金属炭化物の１種以上を主成分とする超硬合金が
例示されている。しかし、同公報に例示されている吹付
圧力から投射速度を推測すると、前述の特開平２−１４
９６１６号公報に開示された投射速度に相当し、この吹
付圧力で密度１０g/cm³ 以上の投射材を金属被処理品に
衝突させると、ピーニング装置の部品が摩耗・損傷しや
すく、投射材の寿命が極端に短くなり、そのうえ、被処
理品の表面が荒れて疲労強度のバラツキが大きくなり、
品質が安定しないという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
のような従来技術のもつ欠点を克服して、被処理品の表
面を荒らさず、圧縮残留応力の最大値が被処理品の表面
に生じ、疲労強度のバラツキや低下をもたらさず、一方
ではそのための煩雑な工程やそれに伴うコストの上昇が
ない、新規なショットピーニング方法を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定範囲の
高比重の投射材を、特定範囲の低い投射速度で被処理品
に衝突させることにより、その課題を解決しうることを
見出して、本発明を完成させるに至った。

【００１０】すなわち、本発明は、比重が１１〜１６で
ある実質的に球状の投射材を、１０〜４０m/s の投射速
度で金属被処理品に衝突させることを特徴とするショッ
トピーニング方法に関する。

【００１１】本発明に用いられる投射材は、比重が１１
〜１６、好ましくは１３〜１６のものである。ここで比
重とは、真比重をいう。比重が１１未満では、十分な圧
縮残留応力が得られず、その最大値が表面でないので、
被処理品の疲労強度の向上はまったく望めない。また、
比重が１６を越えると、投射材に適する強度のものを得
ることが困難である。このような投射材としては、炭化
ハフニウム、炭化タンタル、炭化タングステンなどの炭
化物；窒化ハフニウム、窒化タンタルなどの窒化物；ホ
ウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化タングステン
などのホウ化物；これら相互の複合化合物、固溶体およ
びこれらを主成分とする超硬合金、サーメットなどが例
示され、強度および強靭さから、炭化タングステンを主
成分とする超硬合金が好ましい。

【００１２】投射材の形状は、金属被処理品の表面を平
滑に、極小の表面あらさにし、疲労強度を高めるために
は、実質的に球状であることが必要である。粒径は被処
理品の大きさ、形状、必要な表面平滑度などによって任
意に選択されるが、通常は０．０１〜０．８mmの範囲で
あり、０．０５〜０．３mmが好ましい。

【００１３】投射材の投射速度は、１０〜４０m/s であ
り、好ましくは１５〜３０m/s である。投射速度が１０
m/s 未満ではショットピーニングによって十分な圧縮残
留応力が得られず、また圧縮残留応力の最大値が表面に
ではなく、深部に現われるので、被処理品の疲労強度の
十分な向上が得られない。一方、投射速度が４０m/sを
越えると、被処理品の材質によっては表面あらさが大き
くなり、また投射材の寿命が短くなる。

【００１４】投射方式は、遠心投射方式、圧縮空気方式
など、ショットピーニングに通常用いられる方式を用い
ることができる。投射材の投射量や投射時間は、任意に
設定できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によって、複数回の投射を行った
り、またはショットピーニング後の表面の切削や研摩の
ような複雑な工程を付加することなく、比較的低い投射
速度によって、被処理品の表面に圧縮残留応力を与え、
しかもその最大値が表面に生じるので、被処理品の疲労
強度を著しく向上させることができる。そのうえ、被処
理品の表面を荒らすことがないので、表面の平滑度を保
つことができる。さらに、過酷な投射条件を用いないの
で、投射材の損耗も少なく、高価な装置を用いる要がな
く、その結果、加工コストが低い。

【００１６】本発明のショットピーニング方法は、上述
のような利点を有するので、各種の金属被処理品、特に
コイルばね、板ばねなどのばね部材用材料；歯車、ドラ
イブシャフトなどの浸炭材料の疲労強度の向上にきわめ
て有用である。

【００１７】

【実施例】以下、実施例によって、本発明をさらに詳細
に説明する。本発明は、これらの実施例によって限定さ
れるものではない。

【００１８】被処理品としては、主として表１に示すば
ね用材料ＳＵＰ９からなるコイルばねを用いた。コイル
ばねの寸法は、線径２mm、ばねの外径３０mm、長さ２５
０mmであった。ただし、実施例４および５には、表１に
示す浸炭材料ＳＣＭ４２０からなる歯車を用いた。歯車
は、外径１００mm、幅２５mmであった。

【００１９】

【表１】

【００２０】本発明のショットピーニング方法に用いら
れる投射材として、表２に示すような、比重１１．６〜
１５．６の３種類の超硬合金Ａ〜Ｃを用いた。また、比
較のために、表２に示す平均粒径の異なる比重７．８
の、従来から用いられている炭素鋼系のＤ〜Ｆを投射材
として用いた。

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例１〜５、比較例１〜３上記の投射材Ａ〜Ｃを用いて、表３に示すように、投射
速度１３〜３８m/s でショットピーニングを行った（実
施例１〜５）。ただし、被覆率（カバレージ）を２００
％とした。また、被処理品には後述の比較例を含めてＳ
ＵＰ９からなるコイルばねを用いたが、実施例４および
５はＳＣＭ４２０からなる歯車を用いた。比較のため
に、従来法を代表して、投射材Ｄを用いる投射速度８５
m/s の１段法（比較例１）、ならびに投射材ＥおよびＦ
を用いる投射速度７０m/s の２段法（比較例２）を行っ
た。さらに、従来の投射材Ｄを本発明の投射速度に適用
した実験（比較例３）を行った。

【００２３】ショットピーニングされた被処理品の圧縮
残留応力を、表面から内部にかけて測定して、その最大
値を求めた。表３に示すように、本発明による実施例１
〜５の被処理品は、いずれも高い圧縮残留応力を示し、
その最大値はいずれも表面にあった。それに対して、比
較例１〜３においては、その最大値はいずれも低く、被
処理品の内部に位置していた。代表例として、実施例１
および比較例１の圧縮残留応力曲線を図１に示す。

【００２４】また、ショットピーニングされた被処理品
の表面あらさは、表３に示すように、従来法による比較
例１、２および高速で投射を行った比較例４で著しく上
昇したのと対照的に、実施例１〜５ではショットピーニ
ング前とほぼ同等であった。

【００２５】

【表３】

【００２６】このようにしてショットピーニングされた
コイルばねまたは歯車を疲労試験にかけ、その疲労強度
を測定した。その結果、本発明による被処理品は、従来
法によるものに比べて、約２倍の疲労強度があることが
わかった。代表例として、実施例１、５および比較例１
の結果を図２に示す。

【００２７】さらに、ショットピーニングに用いられた
投射材の寿命を、ライフテスターによって測定した。代
表例として、実施例１、２および５ならびに比較例１の
値を表４に示す。その結果から得られた本発明の条件に
おける投射材の寿命は、比較例１に比べて３３０〜１，
１２０倍であった。

【００２８】

【表４】

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】ショットピーニング被処理品の圧縮残留応力曲
線である。

【図２】ショットピーニング処理されたコイルばねの疲
労試験結果である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田仁愛知県豊川市穂ノ原３−１新東工業株式会社内 (72)発明者青木洋二愛知県豊川市穂ノ原３−１新東工業株式会社内 (72)発明者長島悦一愛知県豊川市穂ノ原３−１新東工業株式会社内 (72)発明者大久保昌和神奈川県川崎市幸区塚越１−７東芝タンガロイ株式会社内 (72)発明者貞広孟史神奈川県川崎市幸区塚越１−７東芝タンガロイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比重が１１〜１６である実質的に球状の
投射材を、１０〜４０m/s の投射速度で金属被処理品に
衝突させることを特徴とするショットピーニング方法。
【請求項２】上記金属被処理品は、浸炭材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載のショットピーニング方
法。
【請求項３】上記金属被処理品は、ばね部材からなる
ことを特徴とする請求項１または２記載のショットピー
ニング方法。
【請求項４】上記金属被処理品は、ビッカース硬さ
（Hv）が６５０以上の金属からなることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか一項に記載のショットピーニング
方法。
【請求項５】金属被処理品の表面に、比重が１１〜１
６である実質的に球状の投射材を、１０〜４０m/s の投
射速度で衝突させて得られることを特徴とするショット
ピーニング処理物品。
【請求項６】上記金属被処理品は、浸炭材料、ばね部
材またはビッカース硬さ（Hv）が６５０以上の金属から
なることを特徴とする請求項５記載のショットピーニン
グ処理物品。