JP3227492B2 - ばねのショットピ−ニング方法及びばね製品 - Google Patents
ばねのショットピ−ニング方法及びばね製品Info
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Description
−ニング方法及びばね製品に関する。
付与して機械的性質及び疲労寿命の向上を図るため,ス
チ−ルショットなどの投射材を材料に投射するショット
ピ−ニング加工は古くから用いられている。このショッ
トピ−ニング方法のなかで,圧縮残留応力の最大ピ−ク
位置を処理品表面のより近傍に生成し,通常の一段のシ
ョットピ−ニング処理より疲労強度及び寿命を高めるた
め,同一の処理物品に対して2段のピ−ニング加工する
方法はばねに適用されることも公知である。たとえば,
特開昭60−96717号には,ばねの表面にショット
ピ−ニングを施して圧縮残留応力を生じさせた後に,サ
ンドブラストを施して表面あらさを向上させるばねの表
面処理方法が開示されており,2段目のブラスト材とし
て細かい砂粒があげられている。また,特開昭63−7
6730号には,ばね鋼線をコイル巻きした弁ばねの表
面に窒化処理を施したのち,ショットの粒径を順次に小
さくした複数段階のショットピ−ニングを施すことを特
徴とする弁ばねの製造方法が開示されている。同公報に
は,2段目のショットピ−ニングは0.7mmのカット
ワイヤ,3段目のショットピ−ニングには0.2mmの
ガラスビ−ズでショットピ−ニングすることが記載され
ている。さらに,特開昭61−26571号には,浸炭
品を高いア−クハイトでショットピ−ニング処理したの
ち,該浸炭品を平均粒径0.5mm以下,比重5.0以
下のブラスト材でショットブラスト処理することを特徴
とする浸炭品のショットピ−ニング方法が開示されてい
る。同公報には,この方法は,2段目のショットブラス
ト処理の異常層を除去することができ,浸炭品に表面か
ら深くまで残留応力のを付与できることが開示されてお
り,2段目のブラスト材としてアルミナ,ジルコニア,
ガラス等の角のある粒子があげられている。このよう
に,従来の2段のショットピ−ニング及びブラストは,
従来の1段目のショットピ−ニング加工おいては,スチ
−ルショットを用い,2段目以降の投射材として,カッ
トワイヤ,アルミナ,ガラス,砂粒など比重の小さく粒
径の小さい投射材を用いている。
・寿命の高い製品が要求されるようになってくると,ば
ねの窒化処理により従来の高硬度の投射材に匹敵する高
い硬度を有するため,前述の2段目のピ−ニング方法で
は,ばねの最表面の微細化に時間がかかる問題がある。
特に,1段目のショットピ−ニングにより従来の投射材
以上に金属表面が加工硬化された場合には,実質的にば
ねの最表面の微細な塑性変形はできず,この結果,ばね
の疲労強度は十分ではなかった。このように,近年の高
疲労強度及び疲労寿命の向上に最適な2段のショットピ
−ニング方法は確立されていなかった。
のであり,本発明の目的は,ばねの疲労強度・寿命の高
い製品に好適な2段のショットピ−ニング方法を提供す
ることである。
本発明におけるばねのショットピ−ニング方法は,ばね
用鋼又はステンレス鋼で製作されたばねの表面に,投射
材の粒度径が0.5〜1.0mmのスチ−ルショットで
ピ−ニングする工程と,投射材の比重が12〜16,粒
径が0.05〜0.2mm,かつ硬度が1200〜16
00HVの投射材でピ−ニングする工程と,からなるこ
とを特徴とする。また,上記の目的を達成するための本
発明におけるばね品は,表面を硬化処理されたばねの表
面に,投射材の粒度径が0.5〜1.0mmのスチ−ル
ショットでピ−ニングする工程と,投射材の比重が12
〜16でかつ粒径が0.05〜0.2mmの投射材でピ
−ニングする工程により,表面に最大残留圧縮応力を発
生させたことを特徴とする。
により表面硬化された金属表面でも,迅速に表面を微細
化するとともに投射材の寿命を長くする。また,本発明
では,2段目以降の投射材として,従来の常識とは異な
り,硬度が非常に高くしかも比重の大きな投射材を用い
ていることにより,高強度材料にも疲労強度及び疲労寿
命を向上することができる。
00−1600HVの金属材料で製作されたばねをい
う。本発明において,これらの金属材料は,ばね用鋼又
はステンレス鋼系の合金鋼である。
される窒化熱処理には,イオン窒化,軟窒化等の窒化を
含むものである。窒化による表面硬化の場合,表面処理
後の表面硬度が850〜1400HVである場合に本発
明は好適である。
せることとしたのは,表面に破壊起点が生じる金属製品
の場合,表面に最高の残留応力があれば,残留圧縮応力
も有効に働くからである。ここで,最表面とは,表面か
ら0〜4μm程度である場合も含まれる。
ルショットの粒子径が0.5〜1.0mmの粒子とした
のは,あまり大きな表面粗さはマイクロクラックの原因
となり疲労寿命を要求される製品には適さないからであ
る。また,スチ−ルショットでピ−ニングする工程の
後,投射材の粒径が0.05〜0.2mmの投射材とし
たのは,最表面に残留圧縮応力を生成させること,か
つ,あまり大きな表面粗さはマイクロクラックの原因と
なり疲労寿命を要求される製品には適さないことからで
ある。投射材の形状として最も好適なのは球形である。
角のある投射材を用いると,製品表面を荒すことにな
り,破壊の起点となるからである。投射材の比重が12
〜16である場合には,投射速度が低くても充分な投射
エネルギが金属の表面に付与できる。投射材の硬度が1
200〜1600とは,例えば,WC−Coを主成分と
する超硬ショットなどが該当する。
する。弁ばね用窒化用鋼オイルテンパ−線(以下SWO
XX−Vという,化学成分は特開平2−107746号
に開示されている,線形φ3.2mm,コイル平均径φ
20.0mm,自由長47mm,総巻き数6.0,有効
巻き数4.0)を窒化処理をし,表面が高硬度(900
HV)の弁ばねを得た。また,ばね用ステンレス鋼線
(鈴木金属工業製,以下CRYO−S(商品名)とい
う,材質はSUS304,線形φ3.2mm,コイル平
均径φ21.2mm,自由長50mm,総巻き数6.
5,有効巻き数4.0)を窒化処理をし,表面が高硬度
(850HV)のばねを得た。これらのばねの諸元を表
1に示す。
−ニング加工した。
示す投射材の硬度が1400HVのWC−Coを主成分
とする粒径φ0.1mmの投射材で,ショットピ−ニン
グ処理した。なお,表3においては,従来の投射材で
ある。
様々な条件で,同様な実験を行った。この結果を,表4
に示す。尚,鋼種が異なる被処理品の疲労強度比は単純
に比較できない。
の残留圧縮応力の分布状態を示すグラフを図1に示す。
この結果,本発明法(実験符号A)は,従来法(実験符
号B)に比べ,ピ−ク残留圧縮応力値が約450MPa
高いことがわかった。また,該ばね製品の最表面に対し
て残留圧縮応力のピ−ク位置を発生していることがあき
らかになった。
YO−S)の残留圧縮応力の分布状態を示すグラフを図
2に示す。この結果,本発明法(実験符号C)は,従来
法(実験符号D)に比べ,ピ−ク残留圧縮応力値が約1
20MPa高いことがわかった。また,該ばね製品の最
表面に対して残留圧縮応力のピ−ク位置を発生している
ことがあきらかになった。なお,CRYO−Sでは,残
留応力は表面から15μmは測定できなかった。また,
残留圧縮応力は,X線回折応力測定装置のCrKα特性
X線を用いて計測した場合である。
試験を行った。この疲労試験では,本発明方法(実験符
号A)は,疲労強度比が従来法(実験符号B)よりも高
くなっていることが判った。これは,強度比は,10%
上昇したことを示す。疲労試験を行ったばねのSN線図
の一例を図3に示す。この例では,疲労強度を比較した
が,設定応力を小さくして試験を行えば疲労寿命が大幅
に向上することになる。尚,この実験のピ−ニング加工
は,圧縮エア−を用いノズル式でエア−圧力を所定の値
に変えて行った。
材を表2に示す投射材を用いたが,投射材の真比重が
7.8,硬度が600HV〜800HV,粒径が0.6
−0.8mmであれば,本発明の実施例と同様の効果が
生ずる。さらに投射材の粒径は0.5〜1.0mmでも
よい。
材を表3に示す投射材を用いたが,投射材の比重が1
2〜16,粒径が0.05〜0.2mm,かつ硬度が1
200〜1600HVの投射材であれば,本発明の実施
例と同様の効果が生ずる。
ングを施すことにより,表面硬化されたばね表面でも,
迅速に表面を微細化するとともに投射材の寿命を長くす
る。また,本発明によれば,最大圧縮応力のピ−クが最
表面に生じ,最大圧縮応力も大きくなるため,近年要求
されるばねの高疲労強度・長寿命のばね製品の製造に好
適な2段のショットピ−ニングができる。
−ニングされた後のばね製品(SWOXX−V)の残留
圧縮応力の分布状態を示すグラフである。
−ニングされた後のばね製品(CRYO−S)の残留圧
縮応力の分布状態を示すグラフである。
れたばね製品(SWOXX−V)のSN線図を示すグラ
フである。
れたばね製品(CRYO−S)のSN線図を示すグラフ
である。
Claims (3)
- 【請求項1】ばね用鋼又はステンレス鋼で製作されたば
ねの表面に,投射材の粒径が0.5〜1.0mmのスチ
−ルショットでピ−ニングする工程の直後,投射材の比
重が12〜16,粒径が0.05〜0.2mm,かつ硬
度が1200〜1600HVの投射材でばねの最表面の
微細化を迅速に行うためにピ−ニングする工程と,を含
むばねのショットピ−ニング方法。 - 【請求項2】 前記スチ−ルショットによるピ−ニング
前に,前記ばねの表面が,あらかじめ窒化処理により表
面硬化処理されていることを特徴とする請求項1に記載
のばねのショットピ−ニング方法。 - 【請求項3】 表面を硬化処理されたばねの表面に,投
射材の粒度径が0.5〜1.0mmのスチ−ルショット
でピ−ニングする工程と,その直後投射材の比重が12
〜16でかつ粒径が0.05〜0.2mmかつ硬度が1
200〜1600HVの投射材でばねの最表面の微細化
を迅速に行うためにピ−ニングする工程により,最表面
に最大残留圧縮応力を発生させたことを特徴とするばね
製品。
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