NACHITECHNICALREPORT
Machining

24B2

Vol.

March/2012■ 新商品・適用事例紹介「Hyper Shot フォーミングラック」
マシニング事業"Hyper Shot Forming Rack"〈キーワード〉

転造・平ダイス・長寿命・ショットピーニング（Hyper Shot フォーミングラック）

精密工具製造所／技術部

木沢 敬生
Takao KIZAWA

「Hyper Shot フォーミングラック」

要旨

自動車・産業機械のスプライン部品の加工に広く用いられている加工方法に平ダイス（NACHI商
品名：フォーミングラック）による転造加工法がある。
スプラインやねじを高能率に加工できること、塑性加工のため切削加工されたワークより強度が20％程度向上するという利点があり、多くの部品加工に用

1. スプライン転造の

近年、部品の高硬度化やセミドライ加工の普及

加工環境の変化によりフォーミングラックの短寿命が問題となり、寿従来のスプライン転造加工は切削加工と比べていられている。

命向上が求められている。
NACHIは、新表面改質処理を適用した「HyperShotフォーミングラック」を開発した。

精度(ピッチ精度・歯形精度)が劣るため、転造加工部品の硬度や加工条件を調整して精度向上を図ってきた。加工部品の硬度は160〜200HBの転造しHyper Shotフォーミングラックは従来の表面処やすい範囲のものが主体となり、高硬度部品の転理であるSN処理（特殊窒化処理）と組み合わせる造ではワーク精度・工具寿命が悪化するため、使用ことで、SN処理比2倍以上の長寿命を実現した。

が限定されていた。

Hyper Shotの特性と加工事例について紹介する。

近年、高硬度部品の転造加工の増加を背景に、フォーミングラックの短寿命が問題となり、長寿命化

1Abstractが要望されてきた。

Roll forming with flat dies is a part of the machining and is widely used for the machining of splined
parts for automobiles and industrial machine. NACHI
has its own product for a flat die called Forming Rack.
Using the forming rack, the splines and threads canbe roll-formed with high efficiency. Since roll forming
improves the work strength by approximately 20 percent compared to cutting because of its being a typeof plastic forming, it is used for the machining ofmany parts.
Recently a short life of a forming rack has become
an issue because of parts with higher hardness andpopularity of semi-dry roll forming. Improvement ona life of a forming rack is being called for.
NACHI has developed Hyper Shot Forming Rack
to which a new shot peening is applied. Hyper Shot
Forming Rack is treated with shot peening and conventional surface treatment, SN treatment (Special Nitriding Treatment), doubling its life or longer in comparison to the one only treated with SN. The
characteristics of Hyper Shot Forming Rack and rollforming examples are introduced in this article.

応工具を提供してきたが、セミドライ加工での長寿命また、セミドライ転造加工法の開発にともない、対化の要望も増加している。
「Hyper Shotフォーミングラック」はこれらの要望に応えるために転造に最適な表面改質処理を開発し、従来のフォーミングラックに対して2倍以上の長寿命を達成した。

図1Hyper Shot フォーミングラック

2. スプライン転造工具の損傷形態
スプライン転造用フォーミングラックは図2に示す様に、食付き粗歯・調整歯・仕上歯の3種類の機能を持った歯部で構成されている。

食付き粗歯

食付き粗歯は転造ワークへの食付き性向上のたなどの起点となる微小クラックが発生しやすい状態になっている。また、転造加工の特徴として加工荷重（背分力）は食付き粗歯と調整歯の切り替わり部分が最大荷重となり、歯面には大きな負荷が発生している。図3に転造中の荷重曲線を示す。そのため、120100荷重（kN）めにサンドブラスト処理が施されており、割れや欠け

806040フォーミングラックは食付き粗歯の後半部分に最も大20きな損傷が生じる。損傷形態を図4に示す。この部

001位の損傷を抑制することがフォーミングラックの寿命

図3向上に大きく寄与する。

2
加工時間（sec）

34

転造時の荷重（背分力）

食付き粗歯
調整歯

仕上げ歯工作物

フォーミングラック

図2 フォーミングラックの概略図

調整歯

食付き粗歯

図4

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損傷形態

2

「Hyper Shot フォーミングラック」

3. 従来の表面処理（SN処理）
1400

来からSN処理を施したフォーミングラックを提供し1300てきた。
SN処理は特殊な窒化処理を行ない、図5に示すように表面硬度を1300HVまで上昇させて耐摩耗牲を向上させた表面処理である。

ビッカース硬度（HV）

セミドライ対応や高硬度ワーク加工向けとして従

油性・無処理加工品の寿命を100として、セミド

1200
1100
1000
900
800
0

ライ加工で無処理品を使用した場合、寿命が30〜50％低下する。SN処理はセミドライ加工での寿命20

図54060表面からの深さ（μm）

80

SN処理ラックの表面硬度分布低下を軽減して、油性・無処理加工と同等の寿命を維持することが可能である。
（図6）
しかしながら、高硬度ワークのセミドライ加工が増加してきたことに150

寿命比より、更なる寿命向上が要望されてきた。

100500

油性

セミドライ
無処理ラック図63セミドライ
SN処理ラック

油性とセミドライ加工の寿命100

4. Hyper Shotの特性
1600

ショットピーニング処理が広く使用されている。また、

1400

一部の加工工具でも寿命向上のためにショットピー

1200

ニング処理が実施されている。Hyper Shotは転造加工の破壊のメカニズムに合わせて最適化した表面改質処理である。
図7にHyper Shotによる圧縮残留応力を、図8に圧縮残留応力（MPa）

従来から自動車部品の疲労強度アップのために1000
800
600400硬度分布を示す。Hyper Shotによって約1500MPa200の圧縮残留応力が付与されている。また、SN処0理＋Hyper Shotの圧縮残留応力はやや低いが約Hyper Shot
SN処理＋Hyper Shot
0102030405060

表面からの深さ（μm）

1200MPaまで上昇した。これはSN処理によって表図7

面硬度が高くなっているため、ショット材との硬度差圧縮応力の分布が小さくなり、ピーニング効果が低下したためである。
1400

さが向上し、表面き裂の発生・伝播が抑制されて欠1300けに対する強度が向上することが知られている。フォーミングラックの損傷の多くは欠けによるものであるため、より高い圧縮残留応力を表面に与えることが寿命向上につながると考えられる。

ビッカース硬度（HV）

工具表面の圧縮残留応力が大きいほど、疲れ強Hyper Shot
SN処理＋Hyper Shot

120011001000900800
020406080100

表面からの深さ（μm）

図8

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硬度分布

4

「Hyper Shot フォーミングラック」

5. Hyper Shotの代用寿命試験（転がり疲れ試験）
図10に10万回転後の損傷状況写真を、図11にHyper Shotの性能評価のため、図9のような歯溝加工された試験材を用いて転がり疲れ試験を実摩耗量の比較を示す。
従来のSN処理のみでは大きな欠けが発生して施した。テストは試験材を回転させて鋼球と歯溝のいるが、SN処理＋Hpper Shotは欠けが発生せず、衝突回数10万回まで行なった。

摩耗も非常に小さい。摩耗量はSN処理の約1/6
回転荷重である。
これはSN処理による耐摩耗性の向上に加えて、Hyper Shotによる疲れ強さが向上したことで欠けが防止されたためである。
フォーミングラックの損傷の大部分が欠けに起因するため、Hyper Shotはフォーミングラックに最適な鋼球試験材
図9代用試験の概要

200

SN処理＋Hyper Shot

150-32摩耗量（×10 mm ）SN処理処理といえる。

図1010万回転後の損傷状況

100500SN処理

図115

SN処理
+Hyper Shot

10万回転後の摩耗量の比較

6. ユーザー加工事例
1）SN処理＋Hyper Shotの加工事例

2）Hyper Shotの加工事例

図12、13は、SN処理＋Hyper Shotフォーミングラッ

図14はHyper Shotフォーミングラックのユーザー

クのユーザーでの加工事例を示す。従来のSN処理での加工事例を示す。無処理の従来品に対してに対してSN処理＋Hyper Shotテスト品は寿命まで

Hyper Shotテスト品は寿命までの加工数が1.6倍にの加工数が2.5倍に向上した。SN処理と組み合わ向上した。Hyper Shotの効果により歯面強度が増せることで、大幅な寿命の向上が認められた。

加し、寿命の向上が認められた。

【転造ワーク諸元】【転造ワーク諸元】
m1×PA45°×NT28
転造長 40.5mm

m1×PA45°×NT28
転造長 40.5mm

材質 S53C
セミドライ加工

材質 S53C
油性加工

200,000

300,000

250,000

200,000

寿命までの加工数

寿命までの加工数

150,000

150,000

100,000

100,000

50,00050,000

0

図12

SN処理

SN処理
+Hyper Shot

SN処理＋Hyper Shotの加工事例

SN処理（従来品）

無処理

図14

Hyper Shot

Hyper Shotの加工事例

SN処理＋Hyper Shot

損傷大図130

損傷なし

SN処理＋Hyper Shot品の5万個加工後の損傷状態

NACHI TECHNICAL REPORTVol.

24B267. フォーミングラックの選定方法
図15に転造ワークの硬度別に最適なフォーミング

SN処理＋Hyper Shotは250HB以上の高硬度ラックの選定方法を示す。

ワークでの使用を推奨する。また、
セミドライ加工では標準品（無処理）はワーク硬度が230HB以上にワーク硬度が低い場合でも、早期歯欠けの発生によなると歯欠けが発生しやすく、急激に寿命が低下すり短寿命になるため、SN処理＋Hyper Shotの使用る傾向にあるため、150〜220HBの範囲での使用をが必要である。

推奨する。
Hyper Shotは標準品の寿命向上対策としての使用とワーク硬度260HB以下での使用を推奨する。

加工方法

フォーミングラック仕様

セミドライ

SN処理＋Hyper Shot

高SN処理＋Hyper Shot
油性性能

Hyper Shot

標準品
150200250300

ワーク硬度（HB）

図15 フォーミングラックの選定方法

参考文献１）
ショットビーニング技術協会編著：金属疲労とショットビーニング（2004）13〜18.

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March / 2012〈発行〉 2012年3月29日
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