(57)【要約】【課題】穴加工部における疲労特性を余計な工程を付加することなしに改善する。【解決手段】旋削工程にて金属部材に対して荒・中加工を施し、次いで、熱処理工程にて該金属部材の少なくとも表層を硬化させ、前記熱処理工程の後、金属部材に予め形成した穴部に対しピンツールをその回転下に押し当てて該穴の拡張加工を施す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋削工程にて金属部材に対して荒・中加工を施し、次いで、熱処理工程にて該金属部材の少なくとも表層を硬化させ、前記熱処理工程の後、金属部材に予め形成した穴部に対しピンツールをその回転下に押し当てて該穴部の拡張加工を施すことを特徴とする金属部材の加工方法。
【請求項２】
前記熱処理が、浸炭、高周波又は焼入れ焼き戻しである請求項１記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の加工方法に関するものであり、該金属部材の穴加工部分に加工硬化による硬さの向上とともに大きい圧縮残留応力を付加してその部位における疲労特性の改善を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の変速機に使用される伝動軸のような機械加工部品は、通常は、荒・中加工（油路等を形成するための穴加工を含む）を施す旋削工程と、外表面に硬化層を形成する浸炭熱処理工程と、さらに所望の寸法に仕上げる研削工程を経て製造されるが、とくに、穴加工を施した部位は応力が集中しやすくそこを起点にして疲労破壊を起こすことが懸念されることから、この種の機械加工部品は研削工程のあとに穴部に対し加工硬化による硬さの向上とともに大きい圧縮残留応力を付加してその部位の強化を図るべくショットピーニングが施されている。
【０００３】
ところで、上記のような従来の加工方法においてはショットピーニングを施すための専用機が必要になるうえ、ショットピーニングを施す対象が直径２mm程度の小さな穴になることから、穴の内面を強化するのが困難な状況にあった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第3212433号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、金属部材に機械加工を施すに当たってショットピーニングを施すための専用機を必要とせずに穴加工部分に対して加工硬化による硬さの向上とともに大きい圧縮残留応力を付加できる新規な加工方法を提案するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、旋削工程にて金属部材に荒・中加工を施し、次いで、熱処理工程にて該金属部材の少なくとも表層を硬化させ、前記熱処理工程の後、金属部材に予め形成した穴部に対しピンツールをその回転下に押し当てて該穴部の拡張加工を施すことを特徴とする金属部材の加工方法である。
【発明の効果】
【０００６】
旋削工程で加工を施した金属部材の少なくとも表層を硬化させた後に10〜20μmの拡張代を有するピンツールにて穴部の拡張加工を施すと、その部位には加工硬化による硬さの向上とともに大きい圧縮残留応力が付加されることとなり、その後にショットピーニングを行わなくとも穴部の疲労特性は著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は従来の要領に従って金属部材を加工する場合の手順を示した図であり、図２は本発明に従って金属部材を加工する場合の手順を示した図である。
【０００８】
従来、荒・中加工を対象とする旋削加工においては油路等を形成するための穴加工も併せて行なわれており、その後に表層を硬化させる浸炭処理、所望の寸法に仕上げる研削加工が行なわれ、最後に穴加工を施した部分の疲労特性を改善するためにその部位にショットピーニングを施す合計５工程を経ることにより完成品としていたが、本発明においては図２に示すように、浸炭熱処理後に図３に示すようなピンツールを用いて穴部の拡張加工を施すものであり、この拡張加工を行うだけでその部位の疲労特性が改善され、ショットピーニングなしに完成品を得ることができる。
【０００９】
金属部材を硬化させる熱処理を施した後に穴の拡張加工を行うと、この穴の部位で塑性流動を伴う加工が施されることとなり、ピンツールが接触する表面層には加工硬化による硬さの向上と大きなひずみが導入され、これによって穴部の内面近傍域には極めて大きい圧縮残留応力が付加されることとなる。
【００１０】
ピンツールによる穴の拡張加工において該ピンツールの回転数は6000〜12000min-１とする。ピンツールの回転数が6000min-１未満では穴部の効率的な拡張が行なえず、回転数が12000min-１を超えると、それにつれ接触部位の温度が上昇し加工表面に付加される圧縮残留応力は小さくなる。穴部の拡張加工を行うに際してはピンツールの回転数を調整して切削温度を抑えることで穴部の内面に付加される圧縮残留応力を任意に変化させ得る。
【００１１】
ピンツールの拡張に係わる部位の径ｄ（図３参照）は、拡張すべき穴の径に対して10〜20μmの範囲で大きく設定するのがよい。
【実施例】
【００１２】
直径1．8mm（熱処理により膨張、収縮するので実際には1．8mmよりも若干小さくなる）の穴加工を施した外径32.5mm、内径10mmになる図４に示すような中空丸棒（クロムモリブデン鋼（SCM420H））に浸炭焼入れ焼き戻し処理を行った。熱処理後の中空丸棒は外表面の硬さHRC：62程度、内部（母層）の硬さHRC：30〜40程度、内表面の硬さHRC：50程度であった。次に、この中空丸棒の穴に対し図３に示したようなピンツール（ｄ：1．800（0〜＋0．01）mm、ｄ１：1mm  Ｌ：2mm）を適合させて回転数を2000min-１、6000 min-１、12000min-１  としてそれぞれ穴部の拡張加工を行ない、その部位における断面組織観察及びSEM観察を行った。
【００１３】
その結果を図５（a）（b）〜図１２（a）（b）に示す。なお、断面組織観察は、拡張加工後の金属部材の穴部周辺を切断し、前処理として樹脂包埋、研磨、腐食（ナイタル）したものを観察試料として用い、金属組織顕微鏡（Nikon製  TME300U-NR）により行った。
【００１４】
図５（a）（b）はピンツールの回転数を6000 min-1 に設定して加工を行った場合における穴の左側（A）、右側（B）の断面組織を示したものであり、図６（a）（b）〜図８（a）（b）は図５中の矢印Ａ〜Ｆ部を拡大して示した図であり、図９（a）（b）はピンツールの回転数を12000min-1に設定して加工を行った場合における穴の左側（a）、右側（b）の断面組織を示したものであり、図１０（a）（b）〜図１２（a）（b）は図９中の矢印Ｇ〜Ｌ部を拡大して示した図である。
【００１５】
図５（a）（b）〜図１２（a）（b）より明らかなように、本発明に従う加工方法においては、ショットピーニングを施さなくとも加工穴の周辺に微細な白色マルテンサイト層が形成されており（硬度が高い）、疲労特性が改善される傾向にあることが確認された。
【００１６】
上記の実施例では、金属部材としてクロムモリブデン鋼を用いた場合について説明したが、熱処理によってその少なくとも表層を硬化させ得る金属部材であれば適用可能であり、上記の金属部材にのみに限定はされない。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
余計な工程を経ることなしに穴加工を施した部分に加工硬化による硬さの向上とともに大きい残留圧縮応力を付加することが可能となり、加工工程の簡素化、製造コストの削減を図り得る加工方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の加工要領を示した図である。
【図２】本発明に従う加工要領を示した図である。
【図３】穴部の拡張加工を施すのに用いるピンツールの外観斜視図である。
【図４】中空丸棒の外観斜視図である。
【図５】（a）（b）はピンツールの回転数を6000min-1 に設定して加工を行った場合における穴の左右の断面組織を示した図である。
【図６】（a）は図５のＡ部を拡大して示した図であり、（b）は図５のＢ部を拡大して示した図である。
【図７】（a）は図５のＣ部を拡大して示した図であり、（b）は図５のＤ部を拡大して示した図である。
【図８】（a）は図５のＥ部を拡大して示した図であり、（b）は図５のＦ部を拡大して示した図である。
【図９】（a）（b）はピンツールの回転数を12000min-1 に設定して加工を行った場合における穴の左右の断面組織を示した図である。
【図１０】（a）は図９のＧ部を拡大して示した図であり、（b）は図９のＨ部を拡大して示した図である。
【図１１】（a）は図９のＩ部を拡大して示した図であり、（b）は図９のＪ部を拡大して示した図である。
【図１２】（a）は図９のＫ部を拡大して示した図であり、（b）は図９のＬ部を拡大して示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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