WO2013133118A1 - 溶射被膜面の仕上げ加工方法、及び、加工用工具 - Google Patents

溶射被膜面の仕上げ加工方法、及び、加工用工具 Download PDF

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cutting tool
cutting
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rotary
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孝文 渡辺
雅敏 井野口
精一 杉山
大輔 寺田
良次 熨斗
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention provides a method for finishing a sprayed coating surface by performing a finish processing on a sprayed coating formed on a roughened inner surface of a cylindrical member [cylindrical hollow member]. a method for a finishing work of a spray-coated surface] and a tool therefor.
  • Patent Document 1 discloses a surface roughening work on the inner surface of a cylinder bore.
  • a helical groove is formed on the inner surface using a cutting tool.
  • the adhesion of the thermal spray coating can be enhanced more than the surface roughening processing such as shot blasting.
  • a honing process is implemented as a finishing process with respect to a sprayed-coating surface.
  • the rough surface having the spiral groove is formed with a depressed portion corresponding to the thread groove in the inner screw thread and a projected portion corresponding to the crest. Is formed.
  • the thermal spray coating is formed by injecting the molten metal from the nozzle of the thermal spray gun. At this time, the molten metal is sprayed from the nozzle onto the rough surface while being moved in the axial direction while the thermal spray gun is rotated.
  • the thermal spray coating on the projections tends to have a higher hardness than the thermal spray coating on the depressions. That is, in the thermal spray coating, the high hardness portion on the convex portion and the low hardness portion on the concave portion are mixed. The high hardness portion and the low hardness portion are each formed in a spiral shape. However, if the finish coating (honing processing) is simply performed on the thermal spray coating in which the high hardness portion and the low hardness portion are mixed, the processing efficiency is poor.
  • An object of the present invention is to provide a method of finishing a thermally sprayed coating surface, and a processing tool, which can efficiently finish a thermally sprayed coating surface having uneven hardness.
  • a first feature of the present invention is a method of finishing a sprayed coating surface, wherein a helical groove is formed on the inner surface of a cylindrical member to roughen the surface, and the sprayed coating is formed on the roughened inner surface.
  • a method of finishing a sprayed coating surface is provided, which is formed and cut and finished by spraying the sprayed coating along a spiral of the groove with a cutting tool.
  • a second feature of the present invention is for finish processing of a sprayed coating surface, which is performed by cutting and finishing a sprayed coating formed on the inner surface of a roughened cylindrical member in which a spiral groove is formed.
  • a tool comprising: a cutting tool for cutting the thermal spray coating along a spiral of the groove; and a tool support on which the cutting tool is mounted and which can be rotated and linearly moved in the rotational axis direction.
  • a tool for finishing a sprayed coating surface is provided.
  • FIG. 1 is a side view showing a state in which a thermal spray coating on the inner surface of a cylinder bore is cut using a first embodiment of a finishing tool.
  • Fig.2 (a) is sectional drawing which shows the roughened cylinder bore inner surface before thermal spray coating formation
  • FIG.2 (b) is the state which forms the thermal spray coating on the roughened cylinder bore inner surface. It is a sectional view showing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the inner surface of the cylinder bore is roughened.
  • FIG. 4 is a side view showing a state in which the thermal spray coating on the inner surface of the cylinder bore is cut using the second embodiment of the finishing tool.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a rotary bit of the tool shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view showing a state in which the thermal spray coating on the inner surface of the cylinder bore is cut using the third embodiment of the finishing tool.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a thermal spray coated surface processing tool (finishing method).
  • a cylinder block (cylindrical member) 1 of an internal combustion engine processed by a processing tool is made of an aluminum alloy, and one or more cylinder bores 3 are formed. (Only one cylinder bore 3 is shown in FIG. 1). On the cylinder bore inner surface 3 a of the cylinder bore 3, a thermal spray coating 5 made of an iron-based metal material is formed.
  • the processing tool is a boring bar (tool support member) 7 capable of linear movement in the rotational axis direction while rotating, and a first cutting tool attached to the boring bar 7 (first cutting tool) 9 and a second cutting tool [second cutting tool] 11 are provided.
  • the cutting tools 9 and 11 of the present embodiment are tip tool bits and are fixed to the tip of the boring bar 7.
  • the thermal spray coating 5 has a high hardness portion and a low hardness portion, and in the finishing process, the first cutting tool 9 cuts the low hardness portion, and the second cutting tool 11 has a high hardness portion. Cut.
  • a cutting edge (rake edge) 9 a is provided at the tip of the first cutting tool (chip bit) 9, and a cutting edge 11 a is provided at the tip of the second cutting tool (tip bit) 11.
  • the inner surface 3a of the cylinder bore 3 before the thermal spray coating 5 is formed is roughened by forming a spiral groove 12.
  • the cylinder bore inner surface 3a is cut by a cutting tool (see the cutting tool 17 shown in FIG. 3) attached to a boring bar (not shown), and the cylinder bore inner surface 3a is roughened.
  • the concave portion 13 and the convex portion 15 adjacent to the concave portion 13 are formed by the spiral groove 12.
  • a cutting tool 17 for roughening as shown in FIG. 3
  • the top of the convex portion 15 is cut and crushed to form a [fractural face] 19.
  • the fractured surface 19 improves the adhesion of the thermal spray coating 5.
  • the cutting tool 17 is the same as the cutting tool described in Japanese Patent Application Publication No. 2006-159389 (International Publication WO 2006/061695 A1) filed by the applicant of the present application.
  • a recess 13 is formed by the cutting edge 17 a at the tip of the cutting tool 17.
  • a projection 17c is formed on the inclined surface 17b formed in the vicinity of the cutting edge 17a.
  • the inclined surface 17 b cuts and crushes the top of the protrusion 15 to form a fracture surface 19.
  • the sprayed metal 5 is sprayed from the thermal spray gun 21 shown in FIG. 2B on the rough surface formed by the concave portions 13 and the convex portions 15 (the fracture surface 19) to form the thermal spray coating 5.
  • the thermal spray gun 21 is rotated about the axis of the cylinder bore 3 and moved in the direction of the axis, the spray metal droplets 25 of the sprayed metal are sprayed from the nozzle 23 onto the cylinder bore inner surface 3a.
  • the sprayed droplets 25 adhere to the inner surface 3 a of the cylinder bore to form the thermal spray coating 5.
  • the sprayed metal oxidizes the sprayed metal, and as a result, the sprayed coating 5 on the convex portion 15 (the fracture surface 19) has higher hardness than the sprayed coating 5 on the recess 13. That is, in the thermal spray coating 5, the high hardness portion 27 on the convex portion 15 and the low hardness portion 29 on the concave portion 13 are mixed (see FIG. 2B).
  • the high hardness portion and the low hardness portion are each formed in a spiral shape (that is, the hardness of the thermal spray coating 5 is nonuniform).
  • the thermal spray coating 5 thus formed is subjected to finish processing using the boring bar 7 shown in FIG.
  • a first cutting tool 9 for low hardness and a second cutting tool 11 for high hardness are attached to the tip of the boring bar 7.
  • the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11 are fixed to the boring bar 7 at positions separated by 180 degrees with respect to the rotation axis of the boring bar 7.
  • the first cutting tool 9 for low hardness is a CBN tool containing cBN (cubic boron nitride) particles in a volume ratio of 40% or more and less than 90%. If the cBN particle content is less than 40%, the wear of the first cutting tool 9 is promoted at the time of cutting the low hardness portion 29, and if it is 90% or more, the component constituting the low hardness portion 29 is 1 It adheres to the cutting tool 9.
  • the second cutting tool 11 for high hardness is a CBN tool containing cBN particles at 85% or more by volume ratio. If the cBN particle content is less than 85%, the wear of the second cutting tool 11 is promoted when the high hardness portion 27 is cut.
  • the surface of the thermal spray coating 5 is cut.
  • the first cutting tool 9 cuts the low hardness portion 29 and the second cutting tool 11 cuts the high hardness portion 27, so that the boring bar 7 (that is, the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11).
  • the rotation speed and feed amount of) are adjusted.
  • the number of rotations and the amount of feed are matched to the number of rotations and the amount of feed of the cutting tool 17 (see FIG. 3) at the time of roughening processing, for example, the number of rotations is 3000 rpm and the feed amount is 0.25 mm / rev. It is.
  • the rotation direction of the boring bar 7 (that is, the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11) is also matched with the rotation direction of the cutting tool 17 at the time of roughening.
  • the first cutting tool 9 is reliably moved along the spiral of the low hardness portion 29 so that the low hardness portion 29 can be cut accurately.
  • the second cutting tool 11 is reliably moved along the spiral of the high hardness portion 27 so that the high hardness portion 27 can be cut accurately. That is, since the first cutting tool 9 continuously cuts the low hardness portion 29 having uniform hardness, machining efficiency can be improved, and its wear can be suppressed. Similarly, since the second cutting tool 11 continuously cuts the high hardness portion 27 having uniform hardness, machining efficiency can be improved and its wear can be suppressed.
  • honing is implemented as final finishing.
  • the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11 are fixed to the boring bar 7 at positions separated by 180 degrees with respect to the rotation axis of the boring bar 7. It is preferable that the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11 be separated by 180 degrees because the cutting forces are balanced.
  • the thermal spray coating 5 is cut along the spiral of the rough surface inside, and at this time, the low hardness portion 29 formed on the spiral recess 13 by the first cutting tool 9. Can be continuously cut, and the high hardness portion 27 formed on the helical convex portion 15 can be continuously cut by the second cutting tool 11 to perform finish processing efficiently.
  • the low hardness portion 29 having uniform hardness is continuously cut by the first cutting tool 9, and the high hardness portion 27 having uniform hardness is continuous by the second cutting tool 11. Cut.
  • the cutting object is respectively selected by the cutting tools (the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11) having strength and rigidity (hardness) adapted to the cutting objects (the low hardness portion 29 and the high hardness portion 27) having different hardnesses. Cutting can be done reliably, and processing efficiency can be improved. Furthermore, since the wear of the cutting tool is suppressed, the life of the cutting tool can be extended.
  • the low hardness portion 29 can be cut accurately by the first cutting tool 9, and The high hardness portion 27 can be cut accurately by the cutting tool 11. Furthermore, since the resistance force at the time of cutting the cylinder bore inner surface 3a is balanced, the rotation of the boring bar 7 is stabilized.
  • the first cutting tool 9 is a CBN tool including cBN particles in a volume ratio of 40% to less than 90%
  • the second cutting tool 11 includes cBN particles in an volume ratio of 85% or more Since it is a CBN tool, it is a cutting tool (first cutting tool 9 and second cutting tool 11) having strength and rigidity (hardness) adapted to cutting objects (low hardness portion 29 and high hardness portion 27) having different hardnesses.
  • the object to be cut can be reliably cut, and the processing efficiency can be improved. Furthermore, since the wear of the cutting tool is suppressed, the life of the cutting tool can be extended.
  • At least one of three conditions: rotational direction and axial direction feed amount, and (3) rotational speed, rotational direction and axial direction feed amount of the first and second rotary tools for the finishing process Two are matched with each other.
  • the low hardness portion 29 and the high hardness portion 27 are formed to exactly correspond to the spiral of the concave portion 13 and the convex portion 15, and the low hardness portion 29 and the high hardness are obtained by the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11.
  • the hard portion 27 is cut accurately.
  • the first cutting tool 9 and the second cutting tool 11 are fixed to the boring bar 7.
  • the low hardness portion 29 and the high hardness portion 27 can be simultaneously cut, which is preferable in terms of processing efficiency.
  • the high hardness portion 27 is cut using the boring bar to which only the second cutting tool 11 is attached. You may cut continuously.
  • the low hardness portion 29 is cut using the boring bar to which only the first cutting tool 9 is attached. You may cut continuously.
  • the rough surface of the cylinder bore inner surface 3a is formed of the spiral concave 13 and the convex 15 (broken surface 19), but the present invention is not limited to such a form.
  • the rough surface of the cylinder bore inner surface 3a may be formed as a spiral groove such as a mere inner screw in which the fracture surface 19 is not formed. That is, the rough surface of the cylinder bore inner surface 3a may be formed to have a spiral.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a thermal spray coated surface processing tool (finishing method).
  • a first cutting tool 90 is provided instead of the first cutting tool 9 in the first embodiment
  • a second cutting tool 110 is provided instead of the second cutting tool 11 in the first embodiment. .
  • the first cutting tool 90 of the present embodiment is a first rotary tool bit 90
  • the second cutting tool 110 is a second rotary bit 110.
  • the first rotary bit 90 and the second rotary bit 110 are attached to the tip of the boring bar 7 at a distance of 180 degrees.
  • the first rotary bit 90 (second rotary bit 110) is rotatably attached to a mount base 33 provided on a tool body 31 as shown in FIG. It is a throw-away type circular insert [throw-away type circular insert] which rotates around O.
  • the tool body 31 is detachably attached to the boring bar 7, but is not shown in FIG. 1.
  • the rake surface 9 a (11 a) of the first rotary tool 90 (second rotary tool 110) has a rake angle inclined with respect to the rotation axis of the boring bar 7.
  • a component of the cutting force with respect to the main component of the cutting force is generated on the annular cutting edge 9b (11b) on the periphery of the rake face 9a (11a).
  • this component force acts in the tangential direction of the peripheral edge to rotate the round tip, and cutting is performed on the entire circumference of the annular cutting edge 9b (11b).
  • the material of the first rotary cutting tool 90 is the same as the above-described material of the first cutting tool 9 of the first embodiment.
  • the material of the second rotary bit 110 is also the same as the above-described material of the second cutting tool 11 of the first embodiment.
  • the three processing conditions (1) to (3) described above are also controlled in the same manner as in the first embodiment.
  • the low hardness portion 29 is cut by the first rotary bit 90, and the high hardness portion 27 is cut by the second rotary bit 110. Therefore, since the entire circumference of the annular cutting edges 9b and 11b is used at the time of finishing, wear is further suppressed, and the life of the cutting tool can be further extended. As a result, the processing cost can also be reduced.
  • the boring bar to which only the second rotary bit 110 is attached is used.
  • the high hardness portion 27 may be cut continuously by using.
  • the low hardness portion 29 is cut using the boring bar to which only the first rotary bit 90 is attached. You may cut continuously.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a thermal spray coated surface processing tool (finishing method).
  • a first chip cutting tool 35 and a second chip cutting tool 37 for finishing are fixed to the boring bar 7 with respect to the processing tool of the second embodiment.
  • the first chip bit 35 and the second chip bit 37 are fixed to the boring bar 7 at a distance of 180 degrees.
  • the first chip cutting tool 35 is made of the same material as the first cutting tool 9 of the first embodiment.
  • the distance between the first chip cutting tool 35 and the first rotary cutting tool 90 along the rotation axis of the boring bar 7 is matched to the pitch of the recess 13 (the low hardness portion 29).
  • the first chip bit 35 is disposed on the rear side (following side) of the tool feed direction with respect to the first rotary bit 90.
  • the second chipping tool 37 is made of the same material as the second cutting tool 11 of the first embodiment.
  • the distance between the second chip cutting tool 37 and the second rotary cutting tool 110 along the rotation axis of the boring bar 7 is equal to the pitch of the projections 15 (the high hardness portion 27).
  • the second chipping tool 37 is disposed on the rear side (following side) of the second rotary cutting tool 110 in the tool feeding direction.
  • the positions of the first tip bit 35 and the first rotary bit 90 do not have to be identical when viewed from the direction of the rotation axis of the boring bar 7 if it is the rear side in the tool feed direction.
  • the positions of the second chip bit 37 and the second rotary bit 110 do not have to match when viewed from the direction of the rotation axis.
  • the low hardness portion 29 is continuously cut by the first rotary bit 90, and the high hardness portion 27 is continuously cut by the second rotary bit 110.
  • the low hardness portion 29 cut by the first rotary bit 90 is further precisely cut by the first chip bit 35, and the high hardness portion 27 cut by the second rotary bit 110 is also further precisely by the second chip bit 37. It is cut.
  • the low hardness portion 29 is cut by the first chip cutting tool 35 after being cut by the first rotary cutting tool 90, and the high hardness portion 27 is cut by the second rotary cutting tool 110 after the second chip cutting tool It is cut by 37.
  • the cutting surface by the rotary tool is rougher than the cutting surface by the chipping tool.
  • the cylinder bore inner surface 3a after finishing in the present embodiment is finally cut by the first chip cutting tool 35 and the second chip cutting tool 37, it becomes smoother. As a result, it is possible to shorten the processing time of the honing process (final finishing process) after the finishing process.
  • the distance between the first chip cutting tool 35 and the first rotary cutting tool 90 along the rotation axis of the boring bar 7 is matched to the pitch of the recess 13 (the low hardness portion 29) . Therefore, the low hardness portion 29 cut by the first rotary bit 90 is further smoothed by the first chip bit 35.
  • the distance between the second chip cutting tool 37 and the second rotary cutting tool 110 is matched to the pitch of the convex portion 15 (high hardness portion 27). Therefore, the high hardness portion 27 cut by the second rotary bit 110 is further smoothed by the second chip bit 37.
  • only the low hardness portion 29 is continuously cut using the boring bar to which only the first rotary bit 90 and the first tip bit 35 are attached.
  • the high hardness portion 27 may be continuously cut using a boring bar to which only the two-chip cutting tool 37 is attached.
  • only the first rotary bit 90 first chip bit 35 is attached.
  • the low hardness portion 29 may be continuously cut using the boring bar.

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Abstract

 溶射被膜面の仕上げ加工方法では、円筒状部材の内面上に螺旋状の溝が形成されて粗面化され、粗面化された前記内面に溶射被膜が形成され、切削工具によって前記溝の螺旋に沿って前記溶射被膜が切削されて仕上げ加工が行われる。上記仕上げ加工方法によれば、硬度が不均一な溶射被膜面に対する仕上げ加工を効率よく行える。

Description

溶射被膜面の仕上げ加工方法、及び、加工用工具
 本発明は、円筒状部材[cylindrical hollow member]の粗面化された内面[roughened inner surface]上に形成された溶射被膜に対して仕上げ加工を行う、溶射被膜面の仕上げ加工のための方法[a method for a finishing work of a spray-coated surface]、及び、そのための工具に関する。
 内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア内面に、溶融金属材料を噴射させて溶射被膜を形成する技術が知られている。溶射被膜を形成する前にシリンダボア内面を粗面化することで、シリンダボア内面への溶射被膜の密着力を高めることができる。
 下記特許文献1はシリンダボア内面の粗面化加工[surface roughening work]を開示している。当該粗面化加工では、切削工具[cutting tool]を用いて内面に螺旋状の溝[helical groove]が形成される。このような切削工具を用いた粗面化加工によれば、ショットブラストなどの粗面化加工よりも、溶射被膜の密着力を高めることができる。そして、溶射被膜面に対する仕上げ加工としてホーニング加工が実施されることも開示されている。
日本国特開2007-211307号公報
 螺旋状の溝が形成された粗面には、内ネジ[inner screw thread]におけるネジ溝[root]に対応する凹部[depressed portion]とネジ山[crest]に対応する凸部[protruded portion]とが形成される。また、一般的に、溶射被膜は、溶融金属を溶射ガンのノズルから噴射させることで形成される。この際、溶射ガンが回転されつつ軸方向に移動されながら、ノズルから溶融金属が粗面へと噴射される。
 特に、溶融金属を凸部に噴射する際には周囲の空気が巻き込まれやすい。巻き込まれた空気によって(鉄系金属材料からなる)溶融金属が酸化し、その結果、凸部上の溶射被膜は、凹部上の溶射被膜より高い硬度を有する傾向がある。即ち、溶射被膜には、凸部上の高硬度部と、凹部上の低硬度部とが混在ししている。高硬度部と低硬度部とは、それぞれ螺旋状に形成される。しかし、高硬度部と低硬度部とが混在する溶射被膜に対して仕上げ加工(ホーニング加工)を単純に行うと加工効率が悪い。
 本発明の目的は、硬度が不均一な溶射被膜面に対する仕上げ加工を効率よく行える、溶射被膜面の仕上げ加工方法、及び、加工用工具を提供することにある。
 本発明の第1の特徴は、溶射被膜面の仕上げ加工方法であって、円筒状部材の内面上に螺旋状の溝を形成して粗面化し、粗面化された前記内面に溶射被膜を形成し、切削工具によって前記溝の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削して仕上げ加工を行う、溶射被膜面の仕上げ加工方法を提供する。
 本発明の第2の特徴は、螺旋状の溝が形成されて粗面化された円筒状部材の内面上に形成された溶射被膜を切削して仕上げ加工を行う、溶射被膜面の仕上げ加工用工具であって、前記溝の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削する切削工具と、前記切削工具が取り付けられた、回転しつつ回転軸方向に直動可能な工具支持具とを備えている、溶射被膜面の仕上げ加工用工具を提供する。
図1は、仕上げ加工用工具の第1実施形態を用いてシリンダボア内面の溶射被膜を切削する状態を示す側面図である。 図2(a)は、溶射被膜形成前の粗面化されたシリンダボア内面を示す断面図であり、図2(b)は、粗面化されたシリンダボア内面に溶射被膜を形成している状態を示す断面図である。 図3は、シリンダボア内面を粗面化している状態を示す断面図である。 図4は、仕上げ加工用工具の第2実施形態を用いてシリンダボア内面の溶射被膜を切削する状態を示す側面図である。 図5は、図4に示される工具のロータリーバイトを示す斜視図である。 図6は、仕上げ加工用工具の第3実施形態を用いてシリンダボア内面の溶射被膜を切削する状態を示す側面図である。
 以下、図面を参照しつつ実施形態を説明する。図1は、溶射被膜面の加工用工具(仕上げ加工方法)の第1実施形態を示している。
 図1に示されるように、本実施形態の加工工具[work tool]で加工される、内燃機関のシリンダブロック(円筒状部材)1は、アルミニウム合金製であり、一つ又は複数のシリンダボア3を備えている(図1には一つのシリンダボア3のみが示されている)。シリンダボア3のシリンダボア内面3aには、鉄系金属材料からなる溶射被膜5が形成されている。加工工具は、回転しつつ回転軸方向に直動可能なボーリングバー[boring bar](工具支持具[tool support member])7と、ボーリングバー7に取り付けられた第1切削工具[first cutting tool]9及び第2切削工具[second cutting tool]11とを備えている。
 本実施形態の切削工具9及び11は、チップバイト[tip tool bits]であり、ボーリングバー7の先端に固定されている。上述したように、溶射被膜5は高硬度部と低硬度部とを有しており、仕上げ加工では、第1切削工具9は低硬度部を切削し、第2切削工具11は高硬度部を切削する。第1切削工具(チップバイト)9の先端には切刃[rake edge]9aが設けられ、第2切削工具(チップバイト)11の先端には切刃11aが設けられている。
 溶射被膜5が形成される前のシリンダボア内面3aは、図2(a)に示されるように、螺旋状の溝12が形成されて粗面化されている。粗面化加工では、ボーリングバー(図示せず)に取り付けられた切削工具(図3の切削工具17参照)によってシリンダボア内面3aが削られ、シリンダボア内面3aが粗面化される。この際、螺旋状の溝12によって、凹部13と当該凹部13に隣接する凸部15とが形成される。図3に示されるような粗面化加工用の切削工具17を用いることで、凸部15の頂部が削り潰されて[]破断面[fractural face]19が形成される。破断面19によって、溶射被膜5の密着力が向上する。
 切削工具17は、本願出願人による日本国特許出願の公開公報特開2006-159389号(国際公開公報WO2006/061695A1)に記載された切削工具と同じ物である。切削工具17の先端の切刃17aによって凹部13が形成される。また、切刃17a近傍に形成された傾斜面17bには、突起17cが形成されている。切刃17aが凹部13を形成するのと同時(直後)に、傾斜面17bが凸部15の頂部を削り潰して破断面19を形成する。
 凹部13及び凸部15(破断面19)によって構成された粗面に、図2(b)に示される溶射ガン21から溶融金属を噴射して、溶射被膜5が形成される。この際、溶射ガン21は、シリンダボア3の軸線を中心として回転されつつ軸線の方向に移動されながら、ノズル23から溶射金属の溶滴25がシリンダボア内面3aへと噴射される。噴射された溶滴25はシリンダボア内面3aに付着し、溶射被膜5が形成される。
 特に、溶滴25を凸部15に噴射する際には周囲の空気が巻き込まれやすい。巻き込まれた空気によって溶射金属が酸化し、その結果、凸部15(破断面19)上の溶射被膜5は、凹部13上の溶射被膜5より高い硬度を有する。即ち、溶射被膜5には、凸部15上の高硬度部27と、凹部13上の低硬度部29とが混在している(図2(b)参照)。高硬度部と低硬度部とは、それぞれ螺旋状に形成される(即ち、溶射被膜5の硬度は、不均一である)。高硬度部27の硬さは、例えばHv=700程度となり、低硬度部29の硬さは、例えばHv=350程度となる。
 このようにして形成された溶射被膜5に対して、図1に示されるボーリングバー7を用いて仕上げ加工が行われる。ボーリングバー7の先端には、低硬度用の第1切削工具9と、高硬度用の第2切削工具11とが取り付けられている。第1切削工具9と第2切削工具11とは、ボーリングバー7の回転軸に対して180度隔てられた位置で、ボーリングバー7に固定されている。
 低硬度用の第1切削工具9は、cBN(cubic boron nitride)粒子を体積比で40%以上90%未満含むCBN工具である。cBN粒子の含有率が40%未満であると、低硬度部29の切削時に第1切削工具9の磨耗が促進されてしまい、90%以上であると、低硬度部29を構成する成分が第1切削工具9に凝着してしまう。一方、高硬度用の第2切削工具11は、cBN粒子を体積比で85%以上含むCBN工具である。cBN粒子の含有率が85%未満であると、高硬度部27の切削時に第2切削工具11の磨耗が促進されてしまう。
 ボーリングバー7を回転させつつ軸方向に移動させることで、溶射被膜5の表面が切削される。このとき、第1切削工具9は低硬度部29を切削し、第2切削工具11は高硬度部27を切削するように、ボーリングバー7(即ち、第1切削工具9及び第2切削工具11)の回転数及び送り量が調整される。この回転数及び送り量は、粗面化加工時の切削工具17(図3参照)の回転数及び送り量に一致されており、例えば、回転数が3000rpmで、送り量が0.25mm/revである。また、ボーリングバー7(即ち、第1切削工具9及び第2切削工具11)の回転方向も、粗面化加工時の切削工具17の回転方向と一致されている。
 上述した仕上げ加工では、第1切削工具9は、低硬度部29の螺旋に沿って確実に移動され、低硬度部29を正確に切削できる。同様に、第2切削工具11は、高硬度部27の螺旋に沿って確実に移動され、高硬度部27を正確に切削加工できる。即ち、第1切削工具9は、硬度が均一な低硬度部29を連続的に切削するので、加工効率が向上し、かつ、その磨耗も抑制され得る。同様に、第2切削工具11は、硬度が均一な高硬度部27を連続的に切削するので、加工効率が向上し、かつ、その磨耗も抑制され得る。なお、上述した仕上げ加工の後に、最終仕上げ加工としてホーニング加工が実施される。
 なお、本実施形態では、第1切削工具9と第2切削工具11とが、ボーリングバー7の回転軸に対して180度隔てられた位置で、ボーリングバー7に固定されている。切削抵抗が均衡するので、第1切削工具9と第2切削工具11とが180度隔てられて配置されるのが好ましい。しかし、第1切削工具9と第2切削工具11とは、回転軸方向(図1中で上下方向)に沿って配置されてもよい。この場合、第1切削工具9と第2切削工具11との回転軸方向に沿った間隔は、図2(a)に示される凹部13と凸部15との間隔(=図2(b)に示される低硬度部29と高硬度部27との間隔)に一致される。即ち、第1切削工具9と第2切削工具11との回転軸方向に沿った間隔は、螺旋状の溝12のピッチの半分に一致される。
 本実施形態によれば、仕上げ加工では、内部の粗面の螺旋に沿って溶射被膜5が切削され、この際、第1切削工具9によって螺旋状の凹部13上に形成される低硬度部29を連続して切削し、第2切削工具11によって螺旋状の凸部15上に形成される高硬度部27を連続して切削して、仕上げ加工を効率よく行うことができる。
 また、本実施形態によれば、第1切削工具9によって、硬度が均一な低硬度部29が連続的に切削され、かつ、第2切削工具11によって、硬度が均一な高硬度部27が連続的に切削される。このため、硬度の異なる切削対象(低硬度部29及び高硬度部27)に合わせた強度や剛性(硬度)を有する切削工具(第1切削工具9及び第2切削工具11)でそれぞれ切削対象を確実に切削でき、加工効率化が向上する。さらに、切削工具の磨耗が抑制されるので、切削工具の寿命を延ばすことができる。
 また、本実施形態によれば、第1切削工具9と第2切削工具11とが180度隔てて配置されるので、第1切削工具9によって低硬度部29を正確に切削できるとともに、第2切削工具11によって高硬度部27を正確に切削できる。さらに、シリンダボア内面3a切削時の抵抗力が均衡するので、ボーリングバー7の回転が安定する。
 また、本実施形態によれば、第1切削工具9がcBN粒子を体積比で40%以上90%未満含むCBN工具であり、第2切削工具11がcBN粒子を体積比で85%以上を含むCBN工具であるので、硬度の異なる切削対象(低硬度部29及び高硬度部27)に合わせた強度や剛性(硬度)を有する切削工具(第1切削工具9及び第2切削工具11)でそれぞれ切削対象を確実に切削でき、加工効率化が向上する。さらに、切削工具の磨耗が抑制されるので、切削工具の寿命を延ばすことができる。
 また、本実施形態によれば、(1)前記溝を形成するための工具の回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、(2)前記溶射被膜を形成するための溶射ガンの回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、並びに、(3)前記仕上げ加工のための前記第1及び第2ロータリバイトの回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、の三条件のうち少なくとも二つを互いに一致される。この結果、低硬度部29及び高硬度部27が凹部13及び凸部15の螺旋に正確に一致して形成され、かつ、第1切削工具9及び第2切削工具11によって低硬度部29及び高硬度部27が正確に切削される。
 なお、本実施形態では、第1切削工具9と第2切削工具11とがボーリングバー7に固定された。このようにすれば、低硬度部29と高硬度部27とを同時に切削できるので加工効率上好ましい。しかし、第1切削工具9のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29のみを連続して切削した後、第2切削工具11のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27を連続して切削してもよい。あるいは、第2切削工具11のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27のみを連続して切削した後、第1切削工具9のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29を連続して切削してもよい。
 なお、本実施形態では、シリンダボア内面3aの粗面は、螺旋状の凹部13及び凸部15(破断面19)とで構成されたが、このような形態には限定されない。例えば、シリンダボア内面3aの粗面は、破断面19が形成されない単なる内ネジのような螺旋状の溝として形成されても良い。即ち、シリンダボア内面3aの粗面が、螺旋を有して形成されればよい。
 図4は、溶射被膜面の加工用工具(仕上げ加工方法)の第2実施形態を示している。以下、上述した第1実施形態と同一又は同等の構成要素には、同一の符号を付してそれらの詳しい説明を省略する。本実施形態では、第1実施形態おける第1切削工具9に代えて第1切削工具90が設けられ、第1実施形態おける第2切削工具11に代えて第2切削工具110が設けられている。
 図4に示されるように、本実施形態の第1切削工具90は、第1ロータリーバイト[rotatable tool bit]90であり、第2切削工具110は、第2ロータリーバイト110である。第1ロータリーバイト90及び第2ロータリーバイト110は、180度隔てられて、ボーリングバー7の先端に取り付けられている。第1ロータリーバイト90(第2ロータリーバイト110)は、図5に示されるように、工具本体[tool body]31に設けられた取付座[mount base]33に回転可能に取り付けられた、回転軸Oを中心に回転するスローアウェイタイプの丸チップ[throw-away type circular insert]である。工具本体31は、ボーリングバー7に着脱可能に取り付けられるが、図1では図示が省略されている。
 第1ロータリーバイト90(第2ロータリーバイト110)のすくい面[rake surface]9a(11a)は、ボーリングバー7の回転軸に対して傾斜するすくい角[rake angle]を有している。切削時には、すくい面9a(11a)の周縁の環状の切刃9b(11b)に、切削抵抗の主分力に対する分力が生じる。そして、この分力が周縁の接線方向に作用して丸チップが回転し、環状の切刃9b(11b)の全周で切削が行われる。なお、第1ロータリーバイト90の材質は、第1実施形態の第1切削工具9の上述した材質と同一である。第2ロータリーバイト110の材質も、第1実施形態の第2切削工具11の上述した材質と同一である。また、上述した(1)~(3)の三つの加工条件に関しても、第1実施形態と同様に制御される。
 第1実施形態によって得られた上述した効果は、本実施形態によっても同様に全て得られる。さらに、本実施形態によれば、第1ロータリーバイト90によって低硬度部29が切削され、第2ロータリーバイト110によって高硬度部27が切削される。このため、仕上げ加工時には環状の切刃9b,11bの全周が使用されるので、より一層、磨耗が抑制されるので、切削工具の寿命をさらに延ばすことができる。この結果、加工コストを削減することもできる。
 なお、第2実施形態においても、第1ロータリーバイト90のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29のみを連続して切削した後、第2ロータリーバイト110のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27を連続して切削してもよい。あるいは、第2ロータリーバイト110のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27のみを連続して切削した後、第1ロータリーバイト90のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29を連続して切削してもよい。
 図6は、溶射被膜面の加工用工具(仕上げ加工方法)の第3実施形態を示している。以下、上述した第1及び第2実施形態と同一又は同等の構成要素には、同一の符号を付してそれらの詳しい説明を省略する。本実施形態では、図6に示されるように、第2実施形態の加工用工具に対して、仕上げ用の第1チップバイト35及び第2チップバイト37が、ボーリングバー7に固定されている。第1チップバイト35及び第2チップバイト37は、180度隔てられて、ボーリングバー7に固定されている。
 第1チップバイト35は、第1実施形態の第1切削工具9と同じ材質で構成されている。ボーリングバー7の回転軸に沿った、第1チップバイト35と第1ロータリーバイト90との間隔は、凹部13(低硬度部29)のピッチに一致されている。ただし、第1チップバイト35は、第1ロータリーバイト90に対して、工具送り方向の後方側[following side]に配置されている。同様に、第2チップバイト37は、第1実施形態の第2切削工具11と同じ材質で構成されている。ボーリングバー7の回転軸に沿った、第2チップバイト37と第2ロータリーバイト110との間隔は、凸部15(高硬度部27)のピッチに一致されている。ただし、第2チップバイト37は、第2ロータリーバイト110に対して、工具送り方向の後方側[following side]に配置されている。なお、工具送り方向の後方側であれば、ボーリングバー7の回転軸の方向から見て、第1チップバイト35と第1ロータリーバイト90との位置が一致しなくても良い。同様に、回転軸の方向から見て、第2チップバイト37と第2ロータリーバイト110との位置が一致しなくても良い。
 仕上げ加工では、第1ロータリーバイト90によって低硬度部29が連続して切削され、第2ロータリバイト110によって高硬度部27が連続して切削される。第1ロータリーバイト90によって切削された低硬度部29は、第1チップバイト35によってさらに精密に切削され、第2ロータリーバイト110によって切削された高硬度部27も第2チップバイト37によってさらに精密に切削される。
 上述したように、低硬度部29は、第1ロータリーバイト90で切削された後に第1チップバイト35によって切削され、高硬度部27は、第2ロータリーバイト110で切削された後に第2チップバイト37によって切削される。通常、ロータリーバイトによる切削面は、チップバイトによる切削面よりも粗くなる。しかし、本実施形態での仕上げ加工後のシリンダボア内面3aは、最後に第1チップバイト35及び第2チップバイト37によって切削されるので、より平滑になる。この結果、仕上げ加工後のホーニング加工(最終仕上げ加工)の加工時間を短縮できる。
 第1実施形態及び第2実施形態によって得られた上述した効果は、本実施形態によっても同様に全て得られる。さらに、本実施形態によれば、ボーリングバー7の回転軸に沿った、第1チップバイト35と第1ロータリーバイト90との間隔は、凹部13(低硬度部29)のピッチに一致されている。従って、第1ロータリーバイト90によって切削された低硬度部29が、第1チップバイト35によってさらに平滑化される。同様に、第2チップバイト37と第2ロータリーバイト110との間隔は、凸部15(高硬度部27)のピッチに一致されている。従って、第2ロータリーバイト110によって切削された高硬度部27が、第2チップバイト37によってさらに平滑化される。
 なお、第3実施形態においても、第1ロータリーバイト90及び第1チップバイト35のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29のみを連続して切削した後、第2ロータリーバイト110及び第2チップバイト37のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27を連続して切削してもよい。あるいは、第2ロータリーバイト110及び第2チップバイト37のみが取り付けられたボーリングバーを用いて高硬度部27のみを連続して切削した後、第1ロータリーバイト90第1チップバイト35のみが取り付けられたボーリングバーを用いて低硬度部29を連続して切削してもよい。
 日本国特許出願第2012-49069号(2012年3月6日出願)及び日本国特許出願第2012-49068号(2012年3月6日出願)の全ての内容は、ここに参照されることで本明細書に援用される。本発明の実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。

Claims (15)

  1.  溶射被膜面の仕上げ加工方法であって、
     円筒状部材の内面上に螺旋状の溝を形成して粗面化し、
     粗面化された前記内面に溶射被膜を形成し、
     切削工具によって前記溝の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削して仕上げ加工を行う、溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  2.  前記溝の形成によって、前記溝に対応する凹部と当該凹部に隣接する凸部とが、前記内面上に螺旋状にそれぞれ形成され、
     前記仕上げ加工において、前記凹部の螺旋に沿って第1切削工具で前記溶射被膜を切削するとともに、前記凸部の螺旋に沿って第2切削工具で前記溶射被膜を切削する、請求項1に記載の溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  3.  (1)前記溝を形成するための工具の回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、(2)前記溶射被膜を形成するための溶射ガンの回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、並びに、(3)前記仕上げ加工のための前記切削工具の回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、の三条件のうち少なくとも二つを互いに一致させる、請求項1又は2に記載の溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  4.  前記第1切削工具が第1ロータリバイトであり、前記第2切削工具が第2ロータリバイトである、請求項2に記載の溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  5.  前記仕上げ加工において、前記第1ロータリーバイトによる切削面を第1チップバイトでさらに切削すると共に、前記第2ロータリーバイトによる切削面を第2チップバイトでさらに切削する、請求項4に記載の溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  6.  (1)前記溝を形成するための工具の回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、(2)前記溶射被膜を形成するための溶射ガンの回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、並びに、(3)前記仕上げ加工のための前記第1及び第2ロータリバイトの回転数、回転方向、及び、軸方向送り量、の三条件のうち少なくとも二つを互いに一致させる、請求項4又は5に記載の溶射被膜面の仕上げ加工方法。
  7.  螺旋状の溝が形成されて粗面化された円筒状部材の内面上に形成された溶射被膜を切削して仕上げ加工を行う、溶射被膜面の仕上げ加工用工具であって、
     前記溝の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削する切削工具と、
     前記切削工具が固定された、回転しつつ回転軸方向に直動可能な工具支持具とを備えている、溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  8.  前記切削工具が、前記溝に対応する凹部の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削する第1切削工具と、前記凹部に隣接する凸部の螺旋に沿って前記溶射被膜を切削する第2切削工具とを有している、請求項7に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  9.  前記第1切削工具と前記第2切削工具とが、前記回転軸に対して180度隔てられた位置で、前記工具本体にそれぞれ固定されている、請求項8に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  10.  前記第1切削工具が、cBN粒子を体積比で40%以上90%未満含むCBN工具であり、前記第2切削工具が、cBN粒子を体積比で85%以上含むCBN工具である、請求項7~9のいずれか一項に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  11.  前記第1切削工具が第1ロータリバイトであり、前記第2切削工具が第2ロータリバイトである、請求項8に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  12.  前記第1ロータリーバイトと前記第2ロータリーバイトとが、前記回転軸に対して180度隔てた位置で、前記工具本体にそれぞれ固定されている、請求項11に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  13.  前記第1ロータリーバイトによる切削面をさらに切削する第1チップバイトと、前記第2ロータリーバイトによる切削面をさらに切削する第2チップバイトとをさらに備えている、請求項11又は12に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  14.  前記第1チップバイトが、前記第1ロータリーバイトに対して、前記回転軸の方向に沿って前記溝の螺旋ピッチ分隔てられた位置で、前記工具本体に取り付けられており、かつ、
     前記第2チップバイトが、前記第2ロータリーバイトに対して、前記回転軸の方向に沿って前記溝の螺旋ピッチ分隔てられた位置で、前記工具本体に取り付けられている、請求項13に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
  15.  前記第1ロータリーバイトが、cBN粒子を体積比で40%以上90%未満含むCBN工具であり、前記第2ロータリーバイトが、cBN粒子を体積比で85%以上含むCBN工具である、請求項11~14のいずれか一項に記載の溶射被膜面の仕上げ加工用工具。
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