Transcript 微細ショットピーニング加工

微細ショットピーニング加工による
金属部品の機械的特性の向上
塑性加工研究室 上杉 秀人
0.05
変位 / mm
通常サイズのショット
0
切り欠き効果
通常サイズのショット
(d = 0.6～1.0mm)
-0.05
0
2
4
測定距離 / mm
6
8
0.05
残留応力 / MPa
+
変位 / mm
微細ショット
微細ショット
(d = 0.1mm以下)
0
-0.05
0
d = 0.1mm以下
d = 0.6～1.0mm
-
圧縮残留応力
表面粗さ減少
のピーク値
2 浅
深
6
材料表面からの距離
測定距離 / mm
4
8
微細ショットピーニング
表面近傍のクラック発生を抑制し,疲労寿命の更なる向上
本研究
微細ショット
超硬合金製
ｱﾓﾙﾌｧｽ合金製
鋳鋼製
直径：d = 0.1 mm
比重：14.0
硬度：1405 HV
直径：d = 0.1 mm
比重：7.5
硬度：925 HV
直径：d = 1.0，0.1 mm
比重：7.5
硬度：490 HV
1.0mm
1.0mm
温間ピーニング
塑性変形量 大
圧縮残留応力 大
1.0mm
加工条件
圧縮空気
供試材料
投射圧力 ：p = 0.3，0.6，0.8 MPa
形状：φ25×10
低炭素鋼S25C
(硬度：176 HV)
浸炭鋼SCM420
(硬度：863 HV)
微細ショット
カバレージ
C = 100 ％
低炭素鋼におけるショット材質の影響
最大高さ Ry / μm
～表面粗さの変化～
50
加工温度 : 室温
40
鋳鋼(d=1.0mm)
30
微細ショット
20
表面粗さを
1/2に低減
超硬(d=0.1mm)
ｱﾓﾙﾌｧｽ(d=0.1mm)
鋳鋼(d=0.1mm)
10
0
0
0.2 0.4 0.6 0.8
投射圧力 p / MPa
1.0
投射圧力 : p = 0.6MPa
加工温度 : 室温
～残留応力分布～
0.1
未加工
残留応力 / GPa
0
-0.1
超硬(d=0.1mm)
ｱﾓﾙﾌｧｽ(d=0.1mm)
鋳鋼(d=0.1mm)
-0.2
-0.3
-0.4
鋳鋼(d=1.0mm)
-0.5
0
50
100
150
200
ショット加工面からの深さ / μm
浸炭鋼におけるショット材質の影響
最大高さ Ry / μm
～表面粗さの変化～
15
加工温度 : 室温
超硬(d=0.1mm)
10
ｱﾓﾙﾌｧｽ(d=0.1mm)
5
鋳鋼(d=0.1mm)
鋳鋼(d=1.0mm)
0
0
0.2 0.4 0.6 0.8
投射圧力 p / MPa
1.0
投射圧力 : p = 0.6MPa
加工温度 : 室温
～残留応力分布～
1.0
残留応力 / GPa
0.5
未加工
0
-0.5
-1.0
鋳鋼(d=1.0mm)
-1.5
超硬合金製ショット
超硬(d=0.1mm)
圧縮残留応力が
ｱﾓﾙﾌｧｽ(d=0.1mm)
約2倍に向上
鋳鋼(d=0.1mm)
-2.0
-2.5
0
50
100
150
200
ショット加工面からの深さ / μm
温間ショットピーニング加工
冷間加工（硬）
供試材料
加工量 少
被加工材
温間加工（軟）
加工量 多
被加工材
・ばね鋼ＳＵＰ9Ａ
硬度：546 HV
400 ℃ 高温焼戻
高温焼戻処理ばね鋼への温間ショットピーニング
～温度変化と残留応力分布の関係～
0.4
焼戻温度
0.2
未加工
0
残留応力 / GPa
応力測定位置 : 表面近傍
高温焼戻処理ばね鋼
-0.2
-0.4
超硬合金製
ｱﾓﾙﾌｧｽ合金製
鋳鋼製
-0.6
-0.8
加工温度300℃付近が最適
焼戻余熱の利用
消費エネルギの低減
-1.0
-1.2
0
100
200 300 400
加工温度 / ℃
500
冷間工具鋼への微細ショットピーニング加工
微細ショットピーング
加工硬化による
耐摩耗性の向上が期待
供試材料
・冷間工具鋼ＳＫＤ11
(硬度：766 HV)
投射圧力 : p = 0.6 MPa
加工温度 : 室温
～硬度分布～
1000
硬度 / HV
900
800
700
未加工
超硬
ｱﾓﾙﾌｧｽ
鋳鋼
600
0
100
200
300
400
ショット加工面からの深さ / μm
大越式摩耗試験
～摩耗試験結果～
試験片
比摩耗量 Ws / μm3(N・mm)-1
0.20
0.15
比摩耗量測定部
0.10
0.05
0
未加工
鋳鋼
ｱﾓﾙﾌｧｽ
超硬
まとめ
微細ショットを用いることで,表面粗さの低減と
材料表面近傍の圧縮残留応力が向上できた.
ばね鋼に対する温間ピーニングの最適温度300℃
付近であり,余熱を利用して加工することで消費
ｴﾈﾙｷﾞの削減が可能となる.
高硬度な超硬合金製,ｱﾓﾙﾌｧｽ合金製ショットにより,
冷間工具鋼の耐摩耗性が向上できた．