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機械加工部品の残留引張応力緩和方法 - 石川島播磨重工業株式会社
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発明の名称 機械加工部品の残留引張応力緩和方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−58213
公開日 平成11年(1999)3月2日
出願番号 特願平9−221632
出願日 平成9年(1997)8月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
発明者 稲葉 公洋
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 機械加工部品をメディアが混入された液中に浸漬し、上記メディアを、上記機械加工部品に対し相対移動させて上記機械加工部品に衝突させることを特徴とする機械加工部品の残留引張応力緩和方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械等に用いられる機械加工部品の残留引張応力緩和方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】表面が機械的に切削、旋削加工される機械加工部品においては、加工条件によっては加工面に残留引張応力を生じることがある。これがあると、引張荷重を受けた際に破損しやすくなり強度上不利であるので、従来よりこの残留引張応力を緩和ないし除去することが行われている。従来の緩和方法として代表的なものにショットピーニングがある。これは部品に鋼球、ガラス球、セラミック球等を撃ち付け、それらの衝突により圧縮応力を与え、残留引張応力を緩和させるものである。なおこのような機械加工部品としては、回転機械例えばコンプレッサに用いられる羽根、ディスク、ケーシングフランジ等がある。これらは回転時に遠心力を受けて引っ張られるので、組付け前に残留引張応力を緩和しておくことが必須である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ショットピーニングによると、■装置が複雑、高価となる、■球を撃ち付けるガンのセットが煩雑であり、狙った箇所に正確に撃ち付けるには技量を要する、■複雑形状の部品に適さず、隠れた位置への撃ち付けが難しい、といった欠点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係る機械加工部品の残留引張応力緩和方法は、機械加工部品をメディアが混入された液中に浸漬し、上記メディアを、上記機械加工部品に対し相対移動させて上記機械加工部品に衝突させるものである。
【0005】これにおいては、液中においてメディアがランダムに機械加工部品に衝突するようになる。これにより機械加工部品に圧縮応力が与えられ、残留引張応力が緩和される。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0007】図1は、本発明の方法を実施するための残留引張応力緩和装置を示す概略図である。図示するように、本装置には液槽としてのバレル1が設けられ、これに液としての水2が受容され、水2中にはメディア(研磨材)3が混入されている。メディア3は、比較的硬質の材料で作られた石ころの如きもので、機械加工部品4の残留引張応力の値、材質、大きさ、表面粗さ等に応じて任意に選択できる。一例としては、材質をセラミック(SiO2 ) とし、形状を多角形とし、粒径を5mm程度とすることができる。一般的には粒径は15メッシュ(1インチを15で分割した大きさ)以上とするのが好ましい。また水2とメディア3との比率は1:1程度とするのがよい。
【0008】水2中には機械加工部品4の全体が浸漬される。機械加工部品4はここでは円筒状のものとされ、その表面全体が機械的に切削されて機械加工面5となっている。機械加工部品4は、回転軸6に同軸に取り付けられて、ここでは軸回りに反転駆動されるようになっている。即ち、機械加工部品4は、一方向の所定角度の回転と、反対方向の所定角度の回転とを交互に繰り返す。
【0009】バレル1の底部には加振装置7が設けられる。加振装置7はバレル1を底部から支えるスプリング8と、スプリング8を介してバレル1に上下の振動を与えるアンバランスモータ9とから主に構成されている。
【0010】これによれば、機械加工部品4の回転により水2が引き摺られて回転し、バレル1の振動により水2も振動する。これにより、機械加工部品4と水2との相対移動が生じる。水2の移動に伴い、メディア3も引き摺られて移動するようになり、結局、機械加工部品4とメディア3との間でも相対移動が生じる。特に、このときメディア3が機械加工部品4の機械加工面5にランダムに衝突するようになる。これによって機械加工面5に一様に圧縮応力が与えられ、機械加工面5の残留引張応力が緩和ないし除去される。
【0011】このように本方法によれば簡単な装置で残留引張応力の緩和が図れる。またショットピーニングと異なり、所定時間装置の運転を続けるだけで、機械加工面5の全面に対し十分な衝突が行え、残留引張応力の緩和を容易に行える。またメディア3が、機械加工部品4の狭い部位、隠れた部位(ここでは筒の内面)にも回り込んで衝突するので、複雑形状の部品4にも十分対処することができる。
【0012】さらに、メディア3が機械加工面5上を擦り動くため、これによっても残留引張応力が緩和され、同時に機械加工面5の表面粗さを向上し、表面欠陥(バリ、傷等)の除去も行える利点がある。また、機械加工部品4を反転駆動したので、メディア3の慣性を利用して相対速度を高められ、衝突を強力とし、残留引張応力の緩和を効率的に行える。
【0013】図2は、X線による残留応力測定結果を示している。測定は機械加工面5の周方向の対向位置、即ち0°の位置と 180°の位置とで行っている。機械加工部品4の軸方向の残留応力をσx (MPa) 、周方向の残留応力をσy (MPa) とし、引張りを正の値、圧縮を負の値として表示している。a)の値は加工後の残留応力値、b)の値は本方法実施後の残留応力値、c)の値は本方法実施後さらにショットピーニングを行った後の残留応力値である。カッコ内の値は信頼値である。なお本方法による処理時間は30分、機械加工部品4の材質はインコネル718 、メディア3は先に例示したものを使用している。これに示すように、本方法によれば、残留引張応力を実用に供する値まで十分低減することができる。そしてさらにショットピーニングを行えば、残留引張応力を残留圧縮応力まで変えられ、強度上大変有利なものにできる。ちなみに、本方法を実施せずショットピーニングのみ行った場合だと、残留応力値は-180(MPa) 程度までしか低減されない。
【0014】なお、本発明は他の実施の形態を採ることも可能である。例えば、上記実施の形態では機械加工部品4の回転により水2、メディア3を回転させるようにしたが、逆に機械加工部品4を固定し、バレル1を回転させて水2、メディア3を回転させてもよい。また、機械加工部品4を水2中でふり子の如く往復運動させて、機械加工部品4にメディア3を衝突させるようにしてもよい。さらに、水2、メディア3を別の撹拌装置で撹拌することもできるし、機械加工部品4を水路中に置き、水2、メディア3を流すようにしてもよい。水2以外の液体も可能であり、機械加工部品4は回転機械の部品に限らずあらゆる部品が可能である。また機械加工部品4の内部の残留引張応力の緩和にも本発明は使用できる。
【0015】
【発明の効果】以上要するに本発明は、残留引張応力の緩和を簡単な装置で容易に行えるという、優れた効果を発揮する。




 

 


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