ギヤ処理における強力なショットピーニングプロセス
パワフルショットピーニングの役割
歯車歯の曲げ疲労強度と接触疲労強度を向上させる重要な方法は、ギアの抗けいれん能力を向上させ、歯車寿命を向上させる重要な方法です。
作業原理
強力なショットピーニングプロセスは、主に小さなスチールショットの高速ジェットを使用して室温でスプレーされるワークの表面に当たり、ワークの表面材料のエラストプラスチック変形を引き起こし、より高い残留圧縮応力を提示し、ワークの表面強度と疲労強度を向上させます。ショットピーニングは、部品の表面を弾性変形させるだけでなく、多数の双子と転位を生み出すため、材料の表面が処理され、強化されます。図 1 に示すように:
図1-a ショットブラスト後の部品の表面図1-b ショットブラストなしの部品の表面
ショットピーニングが表面の形態や性能に与える影響は、主に表面硬度、表面粗さ、応力耐食性、疲労寿命の変化に現れます。部品の材料表面は、スチールショットの衝撃の下で、周期的な塑性変形を受けます。材料の性質や状態に応じて、ショットピーニング後の材料の表面は、硬度変化、組織構造変化、相転移、表面残留応力場形成、表面粗さ変化等の変化を受けます。
ショットピーニング強度の測定方法
金属片が鋼ショットの流れにぶつかると、それは曲がります。飽和とショットピーニングの強さは、ショットピーニングプロセスにおける2つの重要な概念です。飽和状態とは、噴霧領域の機械的特性を変えることなく同じ条件下で噴霧が継続する状態をいう。いわゆるショットピーニング強度は、指定時間内に飽和状態の強度に達するためにそれを打つことによって事前に作られた特定の仕様(すなわちテストピース)の金属シートを作り、テストピースのアーク高さを使用してブラストを測定する。強度の程度。
現在、最も広く使用されている米国車両工学会のショットピーニング規格は、アルマンアーク高法によって提案されたショットピーニング試験方法を採用しています。この方法は、GM社のJOアルメン(アルメン)によって提案され、SAEJ442aによって開発され、SAE443規格で指定された測定方法の主なポイントは、ショットピーニング後の形状変化を検出することによってショットピーニング効果を反映するために、特定の仕様のスプリングスチール試験片を使用することです。薄板試験片で片面ショットピーニングを行うと、表面層はショットの作用で引張変形を受けるため、薄板はショット面に向かって球面に曲がります。通常、球面のアーク高さの値は、特定のスパン距離で測定され、ショットピーニングの強度を測定するために使用されます。アーク高さの値は、特殊なフィクスチャにアルメンのテストピースを固定し、ショットピーニング後にテストピースを取り除き、アルメンゲージを使用して片面ショットピーニング(つまりアーク高さの値)によって生成されたテストピースの引張り変形を測定することによって決定されます。試験片で測定したアーク高さが0.35mmの場合は、0.35Aとして記録されます。
ショットピーニング強度の別の検査方法は、残留応力検査、すなわち、強いショットピーニング後のワークの残留応力検査である。特定の検査方法はX線回折である。以下の方法は、米国のSAE J784a規格で推奨されています:X線の入射および回折ビームは、ギアの歯根に平行でなければならず、円筒形の拍車歯車と円筒状のらせん歯車の測定位置は歯根の幅の中央にあるべきであり、照射領域は歯に集中する必要があります。根のフィレットの中心は、歯根フィレット表面の深さの指定された測定点を超えて横方向に伸びることはできません。照射領域の大きさは、ビームを指示し、歯根表面を適切に覆うことによって制御することができる。検査対象の各歯車では、評価のために少なくとも2本の歯を選択する必要があり、2本の歯の間隔は180°である。歯の有効な歯のプロフィールが保護され、地面ではない場合、表面の下の残留応力を測定するための歯車根地が損傷しておらず、生産に使用できると考えることができる。
ショットピーニングが部品の疲労抵抗を改善する効果
表面冷間変形による材料表面強化の本質は、冷たい変形が材料の表面構造の変化、残留圧縮応力の導入、および表面形態の変化を引き起こすということです。
ショットピーニングは、材料の表面特性を向上させます
ショットピーニングを強化する過程で、小さな球状鋼ショットがスプレーされたワークの表面に高速で当たると、ワークの表面材料が弾性と塑性変形になります。衝撃部位は、塑性変形によるクレーターを生成します。この衝撃により、クレーター付近の表面材料が直径を発達させます。延長する。スプレーするワークの表面にスチールショットがヒットする量が増えると、ワークピースの表面の部分が高速可動鋼ショットの運動エネルギーを吸収し、プラスチックの変化による表面材料の放射状伸長を引き起こすプラスチックの学理を生み出す。面積が大きくなり、プラスチック変形した表面が徐々に部分に接続され、ワークの表面に均一な塑性変形層が形成されます。塑性変形層が形成された後、連続的なショットピーニングは連続的な伸展のためにプラスチック変形層を徐々に薄くする。同時に、塑性変形層の半径延長は隣接する領域によって制限され、重なり合う部分が破壊される。連続ショットピーニングとピーリング。したがって、ショットピーニングの時間は厳密に制御する必要があります。
吸引歯車表面の残留応力に及ぼすショットピーニングの影響
ショットピーニングによる加工物表面の残留応力の形成理由については、Al-Obaidらの視点によると:高速鋼ショットがサンプルの表面に当たると、衝撃部位で塑性変形が起こり、クレーターが残る。より多くのスチールショットサンプルの表面に当たると、均一な塑性変形層がサンプルの表面に形成されます。塑性変形層の体積膨張は、塑性変形のない隣接領域から制限されるため、塑性変形層全体が圧縮応力を受ける。
残留圧縮応力とその分布はギアの疲労寿命に大きな影響を与えるので、ショットピーニングプロセスの長所と短所は、残留応力とその分布に直接影響します。従って、噴霧された部品の表面上の残留応力の正確な判定は、ショットピーニングプロセスの長所と短所を評価する有効な方法である。
ショットピーニングが部品表面粗さに及ぼす影響
ショットピーニングを強化すると、パーツのスプレー面の塑性変形が発生し、パーツの表面粗さが変化します。表面粗さは、顕微鏡的な形状誤差の一種であり、顕微鏡的な不均一とも呼ばれます。表面粗さは、表面の波状や形状誤差と同じです。部品の幾何学的形状誤差に属します。表面粗さは機械部品の性能に重要な影響を与えます。ショットピーニングが材料の表面粗さに与える影響は、通常、Ra0.6-20mmの範囲内です。プロセスパラメータを変更することなく、材料の元の表面粗さが高いほど、ショットピーニング後のRa値が大きくなります。通常の環境下では、スプレー前の表面粗さが6.3mm以下であれば、ショットピーニングは元の表面粗さを増減または維持できることが証明されています。元の表面粗さが6.3mmを超える場合、ショットピーニング後の表面粗さが減少します。生産の練習では、より理想的なショットピーニング表面を得るために、我々は次の側面から始める必要があります:より良い元の表面を提供し、Ra値は6.3mm以下でなければなりません。合理的な鋼のショット径とショット圧力を選択します。直径のスチールショットがショットピーニングされた後、より良い表面粗さを達成するために、低圧で小さなスチールショット(ショットピーニング強度値を変更することはできません)で一度覆われます。
ショットピーニング後の部品の表面を軽く研磨し、表面の金属除去量を研磨中に制御する必要があります。これによりショットピーニングの強化効果が損なわれず、表面粗さが向上します。もちろん、これは多要素問題であり、どのような方法が採用されても、他の要因の影響を同時に考慮する必要があります。
プロセスパラメータがショットピーニング効果に及ぼす影響
ショットピーニングの品質に影響を与える主な要因は、ショット素材、ショット直径、ショット速度、ショットフローレート、ショット角度、ショット距離、ショット時間、カバレッジレートなどです。これらのパラメータのいずれかを変更すると、ショットピーニングの影響が変化する度合いに影響します。
鋼ショット材、硬度、サイズ、粒子径がショットピーニング効果に及ぼす影響
鋳鉄ショットと鋳鋼ショットは、通常、硬化ギアのショットピーニングに使用されます。鋳鉄ショットの欠点は、その低靭性です。ショットピーニング中に壊れやすく、大量の摩耗があります。壊れた鋼のショットは時間内に分離されなければならない、そうでなければ、それはショットの表面品質に影響を与える。しかし、鋳鉄ショットの利点は低価格で硬度が高く、噴霧面に高い残留圧縮応力を引き起こす可能性があります。鋳鉄ショットと比較して、鋳鋼ショットは壊れにくく、スプレーされた表面の幾何学に有益であるという利点を有する。しかし、鋳鋼ショットの硬さは鋳鉄ショットよりも低くなっています。他の条件下では、噴霧表面の残留圧縮応力は鋳鉄ショットのそれよりも低い。
ワークをスプレーする場合、スチールショットの品質とスチールショットの速度がショットピーニング効果の安定性を決定します。その中でも、鋼ショットの品質はショットピーニングの効果に大きな影響を与えます。一般的なルールは、鋼ショットの直径が小さく、ワークの表面の残留応力が高くなりますが、強化層は浅いです。鋼ショットの直径が大きいほど、ワークの表面の残留応力は低くなりますが、強化層は深くなります。鋼ショット硬度が高く、ショットピーニング強度も高いです。鋼のショット径が大きくなり、ショットピーニング強度も増加します。鋼のショット速度が増加し、ショットピーニング強度、表面圧縮応力および強化層の深さが増加します。
ショットピーニングパラメータの合理的な選択と制御は、良好なショットピーニング効果を達成することができます。通常の状況では、鋼ショットの直径は、スプレーされている部品によって影響を受けます。一般的に、鋼ショットの直径は、ギア遷移領域のフィレット直径の半分以下であってはなりません。大きすぎるスチールショットは、ギアの丸いコーナーにスプレーすることはできません。表面粗さが必要な場合は、できるだけ小さなスチールショットを使用する必要があります。カバレッジ要件を満たすために、スチールショットのサイズが大きくなるにつれてショットピーニング時間が急速に増加し、小さなスチールショットがカバレッジ要件を迅速に満たすことができます。したがって、鋼ショットの直径は大きすぎないようにしてください。実情に合わせて、直径φ0.6mm、φ0.8mmのスチールショットを選定し、得られる効果が理想的です。
同時に、鋼ショットの材料も非常に重要です。国内規格では、金属構造、化学組成、最小密度、および鋼ショットの硬度偏差範囲に関する厳しい仕様がすでに与えられています。適格な材料のスチールショットの品質は、均一な球形の形状とサイズ、および十分なスチールショットを確保するために厳密に制御する必要があります。鋼ショットの量の減少は、対応するショットピーニング強度を低下させます。したがって、スチールショットは一定の間隔でチェックする必要があり、無資格のスチールショットは時間内に取り除く必要があり、一定量のスチールショットを交換して増やす必要があります。それ以外の場合、変形したスチールショットのエッジとコーナーは、スプレーされた部品の表面にマイクロクラックを引き起こし、疲労源を引き起こす可能性があります。一般的に、認定スチールショットの数は80%以上でなければなりません。認定スチールショットの内容は、一般的に異なる仕様の画面によって制御されます
鋼ショットの硬さは、加工物材料の硬さを考慮する必要があります。鋼ショットの硬度がギヤ材の硬度に非常に近い場合、最大圧縮応力と圧縮深さはスチールショットの硬さに影響されません。したがって、鋼ショットを選択する際、鋼ショットの硬さは、ギアショットピーン表面の硬度以上でなければなりません。炭化ギヤの場合、55-65HRCの硬度のスチールショットを使用して、満足のいく圧縮応力効果を得るのが最善です。
鋼ショットの流量、速度、射出角度がショットピーニング効果に及ぼす影響
投げる頭部は可変周波数モーターによって直接運転され、投げる頭部の速度はモーターの頻度を変えることによって変えることができる。遠心力の作用の下で、鋼のショットは、インペラシャフトの穴からブレードにあふれ、その後、高速回転ブレードによって固定角度で投げられます。インペラの速度は、鋼のショットの初期速度を決定します。モーターの最高速度は3000r/分である。
ブラストヘッドが回転するにつれて、スチールショットは継続的に投げ出されるので、ブラストヘッドのインペラーシャフトに入るスチールショットの流れは、ブラストヘッドがショットブラストマシンのスチールショット回収システムの頻繁な補充を必要とするスチールショットの十分な供給を確実にする必要があります。ショットコントロールバルブを通って投げる頭に入るスチールショットの流れ。ショットブラスト機のスチールショットの入力量は、調整後に固定されます。通常の使用では、鋼ショット流量の変化は、ブラストヘッドの回転速度を調整することによって達成され、すなわち、鋼ショットの入力体積が変化しない場合に増加する。インペラが回転する場合、単位時間あたりの鋼ショットの流量は大きく、その逆も同様です。ショットブラスト機では、各ブラストヘッドにアンメーターが接続されており、スチールショットの流量が表示されます。ショットピーニングの品質が技術的な要件を満たさない場合は、モータ周波数を調整する必要があります。調整は、アンメーターに表示される測定値を通して調整の程度を決定することです。アンメーターの読み取り範囲は0-30Aです。
結論として
ショットピーニングプロセスでは、材料表面は、2つの効果を引き起こす変形硬化層を生成するために、鋼ショットの激しい衝撃を受けます。
まず、この構造はサブ結晶の微細化を引き起こし、転位密度が増加し、格子歪みが増加します。
2つ目は、高い巨視的な残留圧縮応力を導入する。
また、スチールショットの衝撃により表面粗さが大きくなり、切断時に発生する鋭利な工具マークが滑らかになりやすい。これらの変更は、材料の耐疲労性と耐応力性を大幅に向上させ、ギアの寿命を大幅に向上させます。
