(57)【要約】【課題】ブラスト処理による表面の粗面化でグリップ力を確保している転造平ダイスにおいて、粗面化によって形成されるノッチ部分の応力集中を緩和して欠けや割れを抑制し、耐久性を向上させる。【解決手段】転造成形面２２の食付き前側部分３４ｆに粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の比較的大きなブラスト砥粒４４を用いてブラスト処理が行われるため、大きな面粗さで粗面化され、転造加工を行う際に優れたグリップ力が得られるようになり、加工歯２０が被加工物１４に食い込む際の滑りが適切に防止される。また、ブラスト処理の後に粒径が５０〜１００μｍの範囲内の微小のショット５０を用いてショットピーニングが行われるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持しつつノッチ４６の底に丸みが付けられて応力集中が緩和され、欠けや割れの発生が抑制されて耐久性が向上する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の表面に食い込んで転造加工を行う多数の加工歯を有する転造成形面を備えている転造平ダイスの表面改質方法であって、
前記転造成形面に粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の非球形のブラスト砥粒を投射するブラスト処理工程と、
該ブラスト処理が施された前記転造成形面に粒径が５０〜１００μｍの範囲内の球形のショットを投射するショットピーニング工程と、
を有することを特徴とする転造平ダイスの表面改質方法。
【請求項２】
前記転造平ダイスは、ロックウェル硬さＨＲＣが６１以上のダイス鋼またはハイスにて構成されており、
前記ブラスト処理工程では０．５〜０．９ＭＰａの範囲内の噴射圧で前記ブラスト砥粒を噴射してブラスト処理が行われ、
前記ショットピーニング工程では０．１〜０．５ＭＰａの範囲内の噴射圧で前記ショットを噴射してショットピーニングが行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の転造平ダイスの表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転造平ダイスに係り、特に、ブラスト処理による表面の粗面化でグリップ力を確保しつつ応力集中による欠けや割れを抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の表面に食い込んで転造加工を行う多数の加工歯を有する転造成形面を備えている転造平ダイスが、ねじや歯車、スプライン等を加工する際に広く用いられている。特許文献１に記載の転造平ダイスはその一例で、転造成形面にブラスト処理が施されることによって粗面化され、加工歯が被加工物の表面に食い込む際のグリップ力を確保するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、十分なグリップ力を確保するために大きな粒径のブラスト砥粒を用いて面粗さを大きくすると、ブラスト処理によって削られた部分にＶ字形のノッチが形成されるため、そのノッチ部分に応力集中が生じ易くなる。このため、例えばロックウェル硬さＨＲＣが６１以上の高硬度のダイス鋼やハイスにて構成されている転造平ダイスの場合、ノッチ部分に生じる応力集中によって加工歯に欠けや割れが発生し、十分な耐久性が得られないことがあった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ブラスト処理による表面の粗面化でグリップ力を確保している転造平ダイスにおいて、粗面化によって形成されるノッチ部分の応力集中を緩和して欠けや割れを抑制し、耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、被加工物の表面に食い込んで転造加工を行う多数の加工歯を有する転造成形面を備えている転造平ダイスの表面改質方法であって、(a) 前記転造成形面に粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の非球形のブラスト砥粒を投射するブラスト処理工程と、(b) そのブラスト処理が施された前記転造成形面に粒径が５０〜１００μｍの範囲内の球形のショットを投射するショットピーニング工程と、を有することを特徴とする。
なお、粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内とは、０．５ｍｍの目開き（目の大きさ）のふるいは通過するが、０．１ｍｍの目開きのふるいは通過しない大きさを意味する。また、粒径が５０〜１００μｍの範囲内とは、１００μｍの目開きのふるいは通過するが、５０μｍの目開きのふるいは通過しない大きさを意味する。
【０００７】
第２発明は、第１発明の転造平ダイスの表面改質方法において、(a) 前記転造平ダイスは、ロックウェル硬さＨＲＣが６１以上のダイス鋼またはハイスにて構成されており、(b) 前記ブラスト処理工程では０．５〜０．９ＭＰａの範囲内の噴射圧で前記ブラスト砥粒を噴射してブラスト処理が行われ、(b) 前記ショットピーニング工程では０．１〜０．５ＭＰａの範囲内の噴射圧で前記ショットを噴射してショットピーニングが行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このような転造平ダイスの表面改質方法においては、転造成形面に粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の比較的大きなブラスト砥粒を用いてブラスト処理が行われるため、大きな面粗さで粗面化され、転造加工を行う際に優れたグリップ力が得られるようになり、加工歯が被加工物に食い込む際の滑りが適切に防止される。また、上記ブラスト処理の後に粒径が５０〜１００μｍの範囲内の微小のショットを用いてショットピーニングが行われるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持しつつノッチ部分に丸みが付けられて応力集中が緩和され、欠けや割れの発生が抑制されて耐久性が向上する。
【０００９】
第２発明は、ロックウェル硬さＨＲＣが６１以上の高硬度のダイス鋼またはハイスにて転造平ダイスが構成されている場合で、ノッチ部分の応力集中に起因して欠けや割れが発生し易いが、ショットピーニングにより丸みが付けられて応力集中が緩和されることにより、その欠けや割れが適切に抑制される。また、０．５〜０．９ＭＰａの範囲内の噴射圧でブラスト砥粒を噴射してブラスト処理が行われるため、転造平ダイスの加工歯形状を損なうことなく転造成形面を適切に粗面化できるとともに、０．１〜０．５ＭＰａの範囲内という比較的低い噴射圧でショットを噴射してショットピーニングが行われるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持してグリップ力を確保しつつ、ノッチ部分に丸みを付けて応力集中を適切に緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の表面改質処理が施された転造平ダイスの一例を説明する概略正面図である。
【図２】図１の転造平ダイスを用いて転造加工を行う際の転造加工方法の一例を説明する斜視図である。
【図３】図１におけるIII −III 矢視部分、すなわち仕上げ部における加工歯の断面図である。
【図４】図１におけるIV−IV矢視部分、すなわち食付き部の前端側部分における加工歯の歯先部分の拡大断面図で、その一部を更に拡大した部分拡大図を併せて示した図である。
【図５】図１の転造平ダイスの製造に際して、食付き部の前端側部分に表面改質処理を行う際の工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の表面改質方法を適用した転造平ダイスは、例えば一対の固定側ダイスと移動側ダイスとの間で円柱形状の被加工物を挟圧して転動させることにより、その外周面にねじ等を転造加工することができるが、軸心まわりに回転可能に支持された被加工物の両側に互いに平行に配設された一対の平ダイスを対称的に直線移動させることにより、その一対の平ダイスの間で被加工物を挟圧しながら回転させて転造加工することもできる。本発明は、例えばねじや歯車、スプライン等を転造加工する種々の転造平ダイスに適用される。
【００１２】
転造平ダイスの材質としては、ロックウェル硬さＨＲＣが６１以上のダイス鋼（ＪＩＳの規定によるＳＫＤ等）やハイス（ＪＩＳの規定によるＳＫＨ等）などの工具鋼が好適に用いられる。特に、ロックウェル硬さＨＲＣが６３以上になると、ノッチ部分の応力集中による欠損が顕著になるため、本発明の表面改質処理による欠損抑制効果が一層適切に得られるとともに、ブラスト砥粒との硬度差が小さくなるため、ブラスト処理の際の加工歯の形状変形が抑制される。この転造平ダイスの転造成形面には、ブラスト処理およびショットピーニングの表面改質処理の他、必要に応じて潤滑性付与のために酸化膜を設けたり、窒化等の表面硬化処理を行ったりすることができる。本発明の表面改質処理は、グリップ力を確保しつつ応力集中による欠け等を防止するためのもので、転造成形面全体に行うこともできるが、転造成形面の一部、例えば食付き部のみに行うだけでも良いし、食付き部のうちの食付き開始部分（例えば転造方向の前端から食付き部の３０〜６０％程度までの部分など）に行うだけでも良い。
【００１３】
多数の加工歯が設けられた転造成形面は、転造方向と平行な基準平面（平ダイスの底面など）と平行な平面内に加工歯が設けられた仕上げ部と、その仕上げ部から前端側へ向かうに従って少なくとも歯先が徐々に低くなる食付き部とを有して構成される。食付き部は、仕上げ部と同一の断面形状の加工歯が全体的に低くなるものでも良いが、加工歯の歯先側のみを斜めに切除したものでも良い。仕上げ部の後端側、すなわち転造方向において食付き部と反対側には、食付き部よりも大きな傾斜角度で低くなる逃げ部を設けることが望ましい。
【００１４】
ブラスト処理では、ブラスト砥粒の粒径が０．１ｍｍよりも小さいと、面粗さが小さくなって十分なグリップ力を確保できない一方、粒径が０．５ｍｍよりも大きくなると、転造平ダイスの加工歯の形状が変形する可能性があるため、０．１〜０．５ｍｍの範囲内が適当である。噴射圧については、０．５ＭＰａよりも低いと、転造平ダイスの材質（硬度）によっては適切に面粗し加工を行うことができない一方、０．９ＭＰａを超えると転造平ダイスの加工歯の形状が変形する可能性があるため、０．５〜０．９ＭＰａの範囲内が望ましい。非球形のブラスト砥粒としては、スチールグリットやジルコングリット、カットワイヤ、コランダムなどの多角形状や円柱形状等の種々の金属、無機物等を用いることができる。
【００１５】
ショットピーニングでは、ショットの粒径が５０μｍよりも小さくなると、ブラスト処理で形成されたノッチ内にショットが多数残存するようになり、潤滑油の保持性能等に悪影響を及ぼす一方、粒径が１００μｍを超えるとノッチの丸み付けが適切に行われなくなるため、５０〜１００μｍの範囲内が適当である。噴射圧については、０．１ＭＰａよりも低いと、転造平ダイスの材質（硬度）によってはノッチの丸み付けを適切に行うことができない一方、０．５ＭＰａを超えるとブラスト処理された表面が平坦化したり突出部分のエッジが丸くなったりして転造加工時のグリップ力が低下する可能性があるため、０．１〜０．５ＭＰａの範囲内が望ましい。球形のショットとしては、スチールビーズやジルコンビーズなどの種々の金属、無機物等を用いることができる。このショットは完全な球である必要はなく、ラグビーボールのような楕円形状などでも良い。非結晶のアモルファス粒子を用いることも可能で、高硬度で且つ欠け難いため、回収して繰り返し用いてショットピーニングを行う場合でも粒径の変化が少なく、略一定の表面改質処理を長期間に亘って安定して行うことができるとともに、破砕によって生じる残渣が少ない。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の表面改質方法を適用して製造されたねじ加工用の転造平ダイス１０を説明する概略正面図である。この転造平ダイス１０は、図２に示すように一対のセンタ１２により軸心まわりに回転可能に支持された円柱形状の被加工物１４の両側に互いに平行に一対配設され、上下方向へ連動して対称的に相対移動させられることにより、その被加工物１４を両側から挟圧しながら軸心まわりに回転させておねじを転造加工する。図１、図２の矢印Ｆは、転造加工する際の移動方向である転造方向を表している。なお、図１、図２における各部の寸法や角度、寸法の比率は正確なものではなく、特に図２では被加工物１４の径寸法が転造平ダイス１０に比較して大きく図示されている。
【００１７】
上記転造平ダイス１０は、ロックウェル硬さＨＲＣが６３以上のダイス鋼にて構成されているとともに、おねじのねじ山を転造加工するための多数の加工歯２０が設けられた転造成形面２２を備えている。図３および図４は加工歯２０の断面図で、図３は図１における III−III 矢視部分すなわち仕上げ部３２における断面図であり、図４は図１におけるIV−IV矢視部分すなわち食付き前側部分３４ｆにおける加工歯２０の歯先部分の拡大断面図である。加工歯２０は、加工すべきおねじのねじ溝に対応する断面形状の凸条で、ねじ山のリード角に対応する傾斜角度で転造方向Ｆから傾斜するように設けられており、この加工歯２０の歯溝の部分に被加工物１４が入り込むように塑性変形（メタルフロー）させられて盛り上げられることにより、目的とするおねじのねじ山が転造加工される。すなわち、加工歯２０の歯先面２４が被加工物１４の外周面に食い込むことにより、押し退けられた被加工物１４のメタルフローが加工歯２０の側面２６に沿って歯底面２８側へ流動し、ねじ山形状に盛り上げられるのである。加工歯２０の側面２６の傾斜角はねじ山のフランク角に応じて定められ、本実施例ではフランク角＝３０°で、側面２６の傾斜角も約３０°とされている。
【００１８】
図１に戻って、転造成形面２２は、転造方向Ｆと平行な基準平面である底面３０と平行な平面内に加工歯２０が設けられた仕上げ部３２と、その仕上げ部３２から転造方向Ｆの前端３８へ向かうに従って底面３０側へ直線的に傾斜している食付き部３４とを備えている。また、仕上げ部３２の後端側すなわち食付き部３４と反対側には、食付き部３４よりも大きな傾斜角度で底面３０側へ傾斜している逃げ部３６が設けられている。上記食付き部３４では、加工歯２０の側面２６および歯底面２８を含めて仕上げ部３２と同一の断面形状、すなわち図３と同一の断面形状で加工歯２０が設けられており、前端３８へ向かうに従って加工歯２０が全体的に低くされている。
【００１９】
上記転造成形面２２のうち食付き前側部分３４ｆには、図５に示す表面改質処理が施され、図４に示されるように表面が粗面化されている。食付き前側部分３４ｆは、転造方向Ｆにおいて前端３８から食付き部３４の３０〜６０％までの範囲で、被加工物１４に最初に接して転造加工を開始する食付き開始部分を含むように、各部の誤差等を考慮して適宜定められ、本実施例では約５０％までの範囲が粗面化されている。このように食付き開始部分における加工歯２０の表面が粗面化されることにより、加工歯２０と被加工物１４との間の滑りが抑制されて転造加工が適切に開始されるようになり、転造加工精度が向上するとともに、滑りに起因して加工歯２０に過大な負荷が作用して欠損等が生じることが防止される。粗面化の範囲が３０％よりも少ないと、食付き開始部分が外れて食付き性の向上効果が適切に得られない可能性がある一方、６０％を超えると、粗面化によりメタルフローが阻害されて転造加工精度が損なわれる可能性がある。
【００２０】
図５の表面改質処理は、(b) のブラスト処理および(c) のショットピーニングによって行われる。(b) のブラスト処理は、粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の非球形のブラスト砥粒４４を０．５〜０．９ＭＰａの噴射圧で転造成形面２２に対して略垂直に投射することによって行われる。ブラスト砥粒４４としては、例えばスチールグリットやジルコングリット、カットワイヤ、コランダムなどが用いられる。そして、このように比較的大きなブラスト砥粒４４を用いてブラスト処理が行われると、加工歯２０の表面に比較的大きな多数のノッチ４６が形成されて粗面化され、転造加工時にそのノッチ４６内に被加工物１４が食い込むことで優れたグリップ力が得られるようになる。ブラスト砥粒４４の粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内で、且つ噴射圧が０．５〜０．９ＭＰａの範囲内であるため、ブラスト処理に伴って加工歯２０の形状が変形することを抑制しつつ、高硬度の転造平ダイス１０に対して面粗し加工を適切に行うことができる。このブラスト処理は、グリップ力を増す上で少なくとも歯先面２４に対して行われれば良いが、本実施例では側面２６や歯底面２８もブラスト砥粒４４によって粗面化される。なお、投射されたブラスト砥粒４４は、自動的に回収されて繰り返し用いられるようになっており、新品のブラスト砥粒４４としては例えば０．２〜０．５ｍｍ程度の粒径のものが用いられる。
【００２１】
ここで、上記ブラスト処理で比較的大きなノッチ４６が形成されると、そのノッチ４６の底（Ｖ字部分）に応力集中が生じ易くなるため、高硬度の転造平ダイス１０においては、その応力集中によって欠けや割れが発生し易くなる。このため、本実施例では上記ブラスト処理に続いてショットピーニングを行い、そのノッチ４６の底を丸めて応力集中が緩和されるようにしている。このショットピーニングは、粒径が５０〜１００μｍの範囲内の球形のショット５０を０．１〜０．５ＭＰａの噴射圧で転造成形面２２に対して略垂直に投射することによって行われる。ショット５０としては、例えば金属製のアモルファス粒子が用いられる。そして、このように微小で球形のショット５０を用いて加工歯２０の表面にショットピーニングが行われると、上記ノッチ４６の底に丸みが付けられて応力集中が緩和され、欠けや割れの発生が抑制される。ショット５０の粒径が５０〜１００μｍの範囲内で、且つ噴射圧が０．１〜０．５ＭＰａの範囲内であるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持しつつ、ノッチ４６の底に丸みを付けて応力集中を適切に緩和することができる。なお、投射されたショット５０は、自動的に回収されて繰り返し用いられるようになっており、新品のショット５０としては例えば７０〜１００μｍ程度の粒径のものが用いられる。
【００２２】
このように、本実施例の転造平ダイス１０においては、転造成形面２２の食付き前側部分３４ｆに粒径が０．１〜０．５ｍｍの範囲内の比較的大きなブラスト砥粒４４を用いてブラスト処理が行われるため、大きな面粗さで粗面化され、転造加工を行う際に優れたグリップ力が得られるようになり、加工歯２０が被加工物１４に食い込む際の滑りが適切に防止される。また、ブラスト処理の後に粒径が５０〜１００μｍの範囲内の微小のショット５０を用いてショットピーニングが行われるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持しつつノッチ４６の底に丸みが付けられて応力集中が緩和され、欠けや割れの発生が抑制されて耐久性が向上する。
【００２３】
特に、本実施例の転造平ダイス１０はロックウェル硬さＨＲＣが６３以上の高硬度のダイス鋼にて構成されているため、ノッチ４６の応力集中に起因して欠けや割れが発生し易いが、ショットピーニングによりノッチ４６に丸みが付けられて応力集中が緩和されることにより、その欠けや割れの発生が適切に抑制される。また、０．５〜０．９ＭＰａの範囲内の噴射圧でブラスト砥粒４４を噴射してブラスト処理が行われるため、転造平ダイス１０の加工歯２０の形状を損なうことなく適切に粗面化できるとともに、０．１〜０．５ＭＰａの範囲内という比較的低い噴射圧でショット５０を噴射してショットピーニングが行われるため、ブラスト処理による大きな面粗さを維持してグリップ力を確保しつつ、ノッチ４６に丸みを付けて応力集中を適切に緩和することができる。
【００２４】
また、本実施例ではブラスト処理およびショットピーニングによる表面改質処理が食付き前側部分３４ｆのみに行われ、それ以外の部分は図５の(a) に示すように平坦な表面形状のままであるため、被加工物１４に最初に接して転造加工を開始する際の滑りを確実に抑制しつつ、食付き部３４の後半部分以後はメタルフローを阻害することなく適切に高い精度で転造加工が行われる。
【００２５】
また、本実施例ではショットピーニングを行う際のショット５０として、高硬度で且つ欠け難いアモルファス粒子が用いられているため、そのショット５０を回収して繰り返し用いてショットピーニングを行う場合でも粒径の変化が少なく、略一定の表面改質処理を長期間に亘って安定して行うことができるとともに、破砕によって生じる残渣が少ない。
【００２６】
因に、以下の表面改質処理を行った本発明品および比較品を用意し、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳの規定によるステンレス鋼）の被加工物１４に対しておねじの転造加工を行って工具の耐久性を調べたところ、本発明品では２０万３千個加工できたのに対して比較品は１８万個であり、耐久性が１０％以上向上した。使用した転造平ダイスの材質は、何れもロックウェル硬さＨＲＣが６５のダイス鋼で、加工おねじはＭ３×０．５である。また、耐久限界は、何れも加工歯２０の欠損であった。
（本発明品）
ブラスト処理：粒径０．４５ｍｍ、噴射圧０．６ＭＰａ
ショットピーニング：アモルファス粒子、粒径８０μｍ、噴射圧０．２ＭＰａ
（比較品）
ブラスト処理：サンドブラスト
ショットピーニング：無し
【００２７】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０：転造平ダイス    １４：被加工物    ２０：加工歯    ２２：転造成形面    ４４：ブラスト砥粒    ５０：ショット
【図１】
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【図２】
2015009335.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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