JPS63267164A

JPS63267164A - シヨツトピ−ニングによる金属の表面処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPS63267164A
Application number: JP9823387A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Naito; 武志内藤
Original assignee: Tokyo Heat Treating Co
Current assignee: Tokyo Heat Treating Co
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1988-11-04
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH0757469B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は表面層の加工硬化と圧縮残留応力（以下単に「
残留応力」という。）によって疲労強度を向上させるシ
ョットピーニングによる金属の表面処理方法及びその装
置に関する。

〔従来の技術〕

繰返し荷重が作用する金属（製品）１例えば歯車あるい
はばね等（以下、被処理品という。）の疲労破壊を防止
する方法の一つとして、ショットピーニングによる表面
処理方法がある。

すなわち、ショット粒を高速度で放出させて被処理品に
衝突させ、これによって被処理品表面の加工硬化および
残留応力によって被処理品の疲労破壊強さを向上させる
ものである。

しかしながら、従来のショットピーニング方法及び装置
においては目的とする残留応力の付与について被処理品
にどのような残留応力が付与されているかをピーニング
中に計測することができないため目的とする所望の残留
応力を付与することが困難でさらに手数を要するもので
あった。

すなわち、従来は試験片にピーニングを施してそのたわ
み量０諷）を測定することによってどの条件で被処理品
に目的とする所望の残留応力が生じ′るかを検討してシ
ョットピーニングの処理条件を定めていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の試験片のたわみ量の測定は被処理品の残留応
力値の代表特性値にすぎず、直接的な値を示すものでは
なかった。

また、被処理品の形状が複雑な場合にはショット粒が表
面に均等に衝突することがないため。

被処理品の任意の位置における残留応力も均一にならず
、ショットピーニング後にそれぞれの位置をＸ線などで
測定する必要があり１手数を要するものであった。

本発明は上記のごとき欠点を除去しようとするもので、
ショットピーニング処理中に被処理品の任意の位置にお
ける残留応力を測定できるようにしたものであり、さら
にはその測定結果に基いて、ショットピーニングの処理
条件を制御し、目的とする所望の残留応力を付与できる
ことを特徴とするものである。

さらにまた、上記ショットピーニング処理に加えてさら
に急冷却等の過程を経て、残留応力の向上を図ろうとす
るものである。

・〔問題点を解決するための手段〕本発明は上記問題点を解決する方法及びその装置に関す
るもので、その方法の発明はピーニング中の被処理品の
表面温度を測定し、測定した表面温度から被処理品の残
留応力を演算してピーニングを行うものであり、方法の
発明の他の発明は上記処理後、被処理品を急冷すること
。

あるいはさらにその後に鋼の低温焼戻し温度以下に加熱
した後、冷却するものである。

また１本発明の装置の発明は被処理品に向けられたショ
ット粒放出部と、ピーニング中に被処理品の表面温度を
測定する温度測定部と２測定された表面温度から残留応
力値を演算する演算部と一残留応力値を確認できる残留
応力表示部とからなるものであり、装置の発明の他の発
明は上記装置に加えて、演算された残留応力値に応じて
ショット粒放出部を制御する制御部あるいは被処理品の
冷却部を設けたものである。

〔作　用〕

本発明でもショット粒放出部（２）からショット粒（Ｓ
）が高速度で放出させられる。そして、ショット粒放出
部（２）から放出されたショット粒（Ｓｌが被処理品０
ｏＶ−衝突させられると被処理品間の表面は永久変形を
起す。

その際の変形は圧縮を伴うため一気体、液体と同様に発
熱、温度上昇を招く。しかし−被処理品（３）の内部の
温度は変形部の温度上昇に比較して低い。

したがって、温度上昇した熱は内部に拡散して行く。し
かし、連続してショット粒（Ｓ）が被処理品（３）の表
面に当ることにより、常に表面温度は内部の温度より高
い状態に維持される。

その間の関係、すなわち、ショット粒（Ｓ）の運動エネ
ルギーと表面温度との間には後述するごとく比例関係が
ある。

さらに、上記のごとき被処理品間の表面温度と残留応力
間にも後述するごとく、比例関係がある。

したがって、被処理品囚の表面温度を測定することによ
り残留応力値を演算により求めることができる。

本発明の方法及び装置の発明は上記のごと（して求めら
れた残留応力値を残留応力表示部１５）で確認してショ
ットピーニングの処理条件（継続１条件変更−停止等）
をマニュアル操作し。

あるいは制御部（８）を通して自動制御して被処理品（
３）に目的とする所望の残留に力を付与することができ
るものである。

なお、上記ショットピーニング中の被処理品（３）の温
度測定は直接被処理品（３）に検出素子等を設けること
が困難であるため、非接触で測定する方法１例えば赤外
線が利用される。

すなわち、温度（上昇）変化と赤外線放射量が比例関係
にあることからショットピーニング中の被処理品間をレ
ンズを通して監視し、赤外線放射量から温度を測定する
装置等が採用されるものである（特開昭５７−９４６２
７号公報参照）。

〔実施例〕

オ１図１オ２図には本発明の構成が示されている。

図中閃は被処理品であり１図面実施例の場合。

浸炭処理したモジュール５の歯車が５個示され。

自転及び公転できる治具１１）上にセットされている。

１２）は上記被処理品（３）に向けられたショット粒放
出部、具体的にはショット粒放出機であり。

通常はインペラーを高速回転させ、その遠心力によって
ショット粒（Ｓ）に運動エネルギーを与えて上記被処理
品（３）に衝突させる構成となっている。

Ｃ３＋は赤外線を利用した温度測定部であり、被処理品
（３）をレンズを通して監視し、赤外線放射量から被処
理品間の表面温度を測定する機能を有している。

Ｃ４１は上記温度測定部（３）で測定された温度（信号
）を受けて、残留応力値を演算する演算部である。

（５）は上記演算された残留応力値を確認できる残留応
力表示部であり、ブラウン管あるいは液晶表示部である
。

また、Ｃ６）はショットピーニング処理後の被処理品（
Ｘ）を水冷あるいは油冷できる冷却部、（７）は被処理
品（３）に衝突させたショット粒（Ｓ）を再利用するた
め、ショット粒（Ｓ）をサイズ別に選別し。

必要とするサイズのショット粒（Ｓ）をショット粒放出
部（２）に供給する機能を有するショット粒回収部であ
る。

また、（８）は上記演算部（４）で演算された残留応力
値に基いてショット粒放出部（２）を自動制御等するた
めの制御部である。

才２図ＫＭいて、ショット粒＜８）の運動エネルギーは
ショット粒（Ｓ）の質量ｍ、ショット粒（Ｓ）の速度Ｖ
の場合１％ｍ”で示される。

そこで、ショット粒放出部Ｔ２１の回転速度を変化させ
ることによって、νを変化させ、ショット粒（Ｓ）のサ
イズを変化させることにより％ｍｔｙ’の値を変化させ
て実験を行った。

上記実験の範囲はショット粒（Ｓ）の運動エネルギーを
０．６〜９４．２”／−とした。その場合の被処理品間
の表面温度は５０〜３５０℃に変化した。

そして、上記運動エネルギーと表面温度の関係を図表に
表わすと矛３図示のごとくなり、比例関係が確認された
。

また、上記表面温度と残留応力の関係を求めると才４図
示のごとくなり、ここでも比例関係が確認された。

なお、実際の残留応力値は一１ｏＫ９／Ｑ−〜−１２０
に９Ａ−であった。

上記残留応力値に関して１本発明の温度測定部（３）及
び演算部（４）による測定結果と、従来の方法、すなわ
ち、ショットピーニング後、室温にてＸ線で測定した結
果との差異は３係程度であり１本発明が十分に実用的で
あることが確認されたものである。

上記構成の本発明は温度測定部（３）を可動自在とする
ことにより一ショットビーニング処理中の被処理品（３
）の任意の位置の残留応力値を残留応力表示部１５１で
確認することができる。

そして、残留応力表示部＋５１に表示された測定結果に
基いて、その後の処理条件（継続１条件変更、停止等）
をマニュアル操作し、あるいは制御部（８）により自動
制御等すればよいものであり、その結果、目的とする所
望の残留応力を被処理品（３）に付与できるものである
。

つぎに、上記ショットピーニング処理後の被処理品（Ｘ
）を２０℃の水にて急冷してみた。そして、同様のショ
ットピーニング処理後自然空冷したものとの残留応力を
比較した結果、急冷した方が自然空冷に比べて残留応力
が３０〜５０係向上していることが確認された。

さらにまた、上記急冷した被処理品（Ｘ）を１００〜１
３０℃の温度に加熱し、その温度に１〜３時間保持した
後、空冷してみた。その結果、さらに疲労強度を向上さ
せることが確認された。

上記各処理における疲労強度を表わした線図が、１７５
図である。

同図中曲線（Ａ）はショットピーニング処理を全くしな
いもの１曲線（Ｂ）はショットピーニング処理のみを行
ったもの１曲線（Ｃ）はショットピーニング処理の後、
水で急冷したもの１曲線（Ｄ）は上記水で急冷したもの
をさらに１２゛０℃に加熱。

保持した後、空冷したものの疲労強度を示すものであり
、順次疲労強度が向上させられているものである。

〔発明の効果〕

本発明によればショットピーニング処理中に被処理品の
任意の位置における残留応力を測定することができるた
め、被処理品に目的とすることができ、さらに上記残留
応力の一層の向上を図ることができる効果が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので１才１゛図は作用
及び系統を示すブロック図−才２図は概略斜視図、矛３
図は被処理品の表面温度とショット粒エネルギーの関係
を示す線図、、、ｌｉ図は残留応力と被処理品の表面温
度の関係を示す線図、矛５図は各処理における疲労強度
を示す線図である。１２＋・・・ショット粒放出部、（３）・・・温度測定
部。１４）・・・演算部、１５）・・・残留応力表示部、１
６）・・・冷却部、１８）・・・制御部、（Ｘ）・・・
被処理品、（Ｓ）・・・ショット粒。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ピーニング中の被処理品の表面温度を測定し、測
定した表面温度から被処理品の残留応力値を演算してピ
ーニングを行うことを特徴とするショットピーニングに
よる金属の表面処理方法。
（２）ピーニング中の被処理品の表面温度を測定し、測
定した表面温度から被処理品の残留応力値を演算してピ
ーニングを行い、その後、被処理品を急冷することを特
徴とするショットピーニングによる金属の表面処理方法
。
（３）ピーニング中に被処理品の表面温度を測定し、測
定した表面温度から被処理品の残留応力値を演算してピ
ーニングを行い、その後被処理品を急冷し、さらに鋼の
低温焼戻し温度以下に加熱した後、冷却することを特徴
とするショットピーニングによる金属の表面処理方法。
（４）被処理品に向けられたショット粒放出部と、ピー
ニング中に被処理品の表面温度を測定する温度測定部と
、測定された表面温度から残留応力値を演算する演算部
と、残留応力値を確認できる残留応力表示部とからなる
ことを特徴とするショットピーニングによる金属の表面
処理装置。
（５）被処理品に向けられたショット粒放出部と、ピー
ニング中に被処理品の表面温度を測定する温度測定部と
、測定された表面温度から残留応力値を演算する演算部
と、残留応力値を確認できる残留応力表示部と、演算さ
れた残留応力値に基いて、ショット粒放出部を制御する
制御部とからなることを特徴とするショットピーニング
による金属の表面処理装置。
（６）被処理品に向けられたショット粒放出部とピーニ
ング中に被処理品の表面温度を測定する温度測定部と、
測定された表面温度から残留応力値を演算する演算部と
、残留応力値を確認できる残留応力表示部と、被処理品
の冷却部とからなることを特徴とするショットピーニン
グによる金属の表面処理装置。