JP6111138B2 - Flat die for worm rolling and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は転造用平ダイスに係り、特に、ウォームのねじ山を転造加工するウォーム転造用平ダイスに関するものである。 The present invention relates to a flat die for rolling, and more particularly to a flat die for worm rolling for rolling a thread of a worm.
ウォームギヤのウォームを製作する技術として、多数の加工歯を有するウォーム転造用平ダイスを用いてウォームのねじ山(歯)を転造加工する方法が知られている(特許文献1参照)。また、このような転造ダイスに関し、加工歯が設けられた転造成形面の表層部を窒化によって硬化させるとともに、その表面に酸化膜を設けて潤滑油剤の保持性能を高めることにより、耐摩耗性や耐焼付き性を向上させる技術が知られている(特許文献2参照)。酸化膜が設けられることにより、ワーク(ウォーム素材)が塑性変形させられて加工歯に沿って流動する転造加工性が向上し、例えば加工歯の歯底面に沿ってウォームのねじ山の山頂を成形するトップロール転造も可能である。 As a technique for manufacturing a worm of a worm gear, a method of rolling a worm thread (teeth) using a worm rolling flat die having a large number of machining teeth is known (see Patent Document 1). In addition, with respect to such a rolling die, the surface layer portion of the rolling molding surface provided with the processing teeth is hardened by nitriding, and an oxide film is provided on the surface thereof to improve the retention performance of the lubricant, thereby improving the wear resistance. A technique for improving heat resistance and seizure resistance is known (see Patent Document 2). By providing the oxide film, the workability (worm material) is plastically deformed and the rolling processability of flowing along the machining teeth is improved. For example, the top of the worm screw thread is formed along the tooth bottom surface of the machining teeth. Top roll rolling to form is also possible.
しかしながら、このように酸化膜を設けた転造ダイスは、ワークに加工歯が食い込む際に潤滑油剤を含んだ酸化膜によってワークが滑り易いため、食付き性が悪くなって転造加工精度が損なわれる。これを防止するためには、転造ダイスをワークに押し付ける転造圧力を高くする必要があるが、転造ダイスの加工歯に大きな負荷が掛かるため、その負荷や転造加工時のこすり摩擦によって酸化膜の剥離や摩耗が促進し、期待通りの耐久性が得られない。 However, the rolling die provided with the oxide film in this way is easy to slip due to the oxide film containing the lubricant when the processing teeth bite into the workpiece, so that the biting property is deteriorated and the rolling processing accuracy is impaired. It is. In order to prevent this, it is necessary to increase the rolling pressure that presses the rolling die against the workpiece. However, since a large load is applied to the processing teeth of the rolling die, it is caused by the load and rubbing friction during the rolling process. Peeling and abrasion of the oxide film are accelerated, and the expected durability cannot be obtained.
これに対し、未だ公知ではないが、食付き部の前端側部分の酸化膜を研磨で除去したり、酸化処理の際にマスキングしたりすることが考えられるが、何れも作業が面倒で時間が掛かり、コスト面で不利である。 On the other hand, although not yet known, it is conceivable to remove the oxide film on the front end side portion of the chamfered portion by polishing or mask it during the oxidation treatment, but both are troublesome and time consuming. This is disadvantageous in terms of cost.
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、転造成形面に酸化膜が設けられているウォーム転造用平ダイスにおいて、転造圧力を抑制しつつ食付き性を向上させて優れた転造加工精度および耐久性が得られるようにすることにある。 The present invention has been made against the background of the above circumstances. The object of the present invention is to use a flat die for warm rolling in which an oxide film is provided on the rolling molding surface while suppressing rolling pressure. It is to improve the sticking property so that excellent rolling processing accuracy and durability can be obtained.
かかる目的を達成するために、第1発明は、多数の加工歯によってウォームのねじ山を転造加工する転造成形面を備えており、且つ、その転造成形面に酸化膜が設けられているウォーム転造用平ダイスの製造方法において、前記転造成形面の食付き部のうち前記転造加工が開始される食付き開始部分にはショットピーニング処理が施され、前記加工歯の歯先面に設けられた前記酸化膜が除去されていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the first invention includes a rolling molding surface that rolls a thread of a worm with a large number of processing teeth, and an oxide film is provided on the rolling molding surface. In the manufacturing method of a flat die for worm rolling, a shot peening process is performed on a biting start portion of the biting portion of the rolling molding surface where the rolling process is started, and the tip of the processed tooth The oxide film provided on the surface is removed.
第2発明は、第1発明のウォーム転造用平ダイスの製造方法において、前記ショットピーニング処理は、前記食付き部における転造方向の前端からその食付き部の30〜50%までの範囲に施されていることを特徴とする。 2nd invention is the manufacturing method of the flat die | dye for worm rolling of 1st invention, The said shot peening process is in the range from 30 to 50% of the biting part from the front end of the rolling direction in the said biting part. It is characterized by being given.
第3発明は、第1発明または第2発明のウォーム転造用平ダイスの製造方法において、前記ショットピーニング処理が施された部分の前記加工歯の歯底面およびフランク(加工歯の側面)には前記酸化膜が残存しており、その歯底面におけるその酸化膜は、そのショットピーニング処理が施されていない部分との膜厚比が0.8以上の膜厚を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flat die for worm rolling according to the first or second aspect of the present invention, the bottom surface and flank (side surface of the processed tooth) of the processed tooth of the portion subjected to the shot peening treatment The oxide film remains, and the oxide film on the tooth bottom surface has a film thickness ratio of 0.8 or more with respect to the portion not subjected to the shot peening treatment.
第4発明は、第1発明〜第3発明の何れかのウォーム転造用平ダイスの製造方法において、前記ショットピーニング処理で前記酸化膜が除去された前記加工歯の歯先面には0.01〜0.1mmの深さで多数の凹みが設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a flat die for worm rolling according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein a tooth tip surface of the processed tooth from which the oxide film has been removed by the shot peening treatment is set to a surface diameter of 0.00. A large number of recesses are provided at a depth of 01 to 0.1 mm.
第5発明は、第1発明〜第4発明の何れかのウォーム転造用平ダイスの製造方法であって、前記ショットピーニング処理は、80〜200μmの範囲内の粒子径のアモルファス粒子を0.2〜6MPaの噴射圧で前記転造成形面に対して垂直に噴射して行われることを特徴とする。 The fifth invention is a method for producing a flat die for worm rolling according to any one of the first invention to the fourth invention, wherein the shot peening treatment is performed by using amorphous particles having a particle diameter in the range of 80 to 200 μm as a. It is characterized by being carried out by injecting perpendicularly to the rolling molding surface at an injection pressure of 2 to 6 MPa.
このようなウォーム転造用平ダイスの製造方法においては、転造成形面の食付き部のうち転造加工が開始される食付き開始部分にショットピーニング処理が施され、加工歯の歯先面の酸化膜が除去されているため、転造加工の開始時に加工歯がワークに食い込み易くなり、転造圧力を抑制しつつ食付き性を向上させることができる。これにより、ワークの滑りが抑制されるとともに、食付き開始部分以外は酸化膜をそのまま残して酸化膜による耐焼付き性や転造加工性を維持できるため、優れた転造加工精度が得られる。また、転造圧力を低減できることで工具の耐久性が向上する。 In such a manufacturing method of a flat die for worm rolling, shot peening treatment is performed on the biting start portion where rolling processing is started out of the biting portion of the rolling molded surface, and the tooth tip surface of the processed tooth Since the oxide film is removed, the processing teeth can easily bite into the workpiece at the start of the rolling process, and the biting property can be improved while suppressing the rolling pressure. Thereby, the slip of the workpiece is suppressed, and the oxide film is left as it is except for the portion where the start of biting occurs, and the seizure resistance and the rolling processability by the oxide film can be maintained, so that excellent rolling process accuracy can be obtained. Moreover, durability of a tool improves because rolling pressure can be reduced.
一方、上記酸化膜はショットピーニング処理によって除去されているため、研磨で除去したり、酸化処理の際にマスキングしたりする場合に比較して、簡便で且つ安価に酸化膜を除去できる。また、ウォームのねじ山の圧力角は一般に14°〜25°程度の範囲内で比較的急であり、転造ダイスの加工歯のフランクもそのねじ山に対応して比較的急斜面とされるため、そのフランクに対するショット(粒子)の投射角度が小さくなって酸化膜の除去性能が低下する。これにより、ショットピーニング処理により歯先面の酸化膜を除去しつつフランクの酸化膜を残存させることが可能で、その酸化膜による耐焼付き性や転造加工性を適切に確保できる。 On the other hand, since the oxide film is removed by the shot peening process, the oxide film can be easily and inexpensively removed as compared with the case where it is removed by polishing or masked during the oxidation process. In addition, the pressure angle of the worm screw thread is generally steep within a range of about 14 ° to 25 °, and the flank of the processing teeth of the rolling die is relatively steep according to the screw thread. The shot (particle) projection angle with respect to the flank is reduced, and the oxide film removal performance is lowered. Thereby, it is possible to leave the oxide film of the flank while removing the oxide film on the tooth tip surface by the shot peening process, and it is possible to appropriately ensure the seizure resistance and the rolling processability by the oxide film.
第2発明では、転造成形面の食付き部のうち転造方向の前端から30〜50%までの範囲にショットピーニング処理が施され、その範囲の加工歯の歯先面の酸化膜が除去されるため、第1発明の効果が適切に得られる。すなわち、一般に平ダイスは、各部の寸法誤差や組付誤差に拘らず食付き部の前端から30〜50%までの範囲内で食付きが開始するように構成されるため、食付き開始部分における歯先面の酸化膜を確実に除去して食付き性を向上させつつ、それ以外の部分の酸化膜を残存させて耐焼付き性や転造加工性を適切に確保できるのである。 In the second invention, shot peening treatment is applied to the range of 30 to 50% from the front end in the rolling direction of the biting portion of the rolling molded surface, and the oxide film on the tooth tip surface of the processed tooth in that range is removed. Therefore, the effects of the first invention can be obtained appropriately. That is, in general, the flat die is configured to start biting within a range of 30 to 50% from the front end of the biting portion regardless of the dimensional error or assembly error of each portion. While the oxide film on the tooth tip surface is surely removed to improve the biting property, the oxide film of the other part is left and the seizure resistance and the rolling workability can be appropriately ensured.
第3発明では、ショットピーニング処理が施された部分の加工歯の歯底面およびフランクに酸化膜が残存しているとともに、歯底面の酸化膜は、ショットピーニング処理が施されていない部分との膜厚比が0.8以上の膜厚を有するため、その酸化膜によって耐焼付き性および転造加工性が適切に確保される。食付き部の前端側部分では、ワークが加工歯の歯底部分まで達することは無いが、フランクに所定の膜厚の酸化膜が残存することで、耐焼付き性や転造加工性を適切に確保できる。すなわち、歯底面には、フランク等で跳ね返ったショットが比較的低速で衝突するとともに、その歯底部分にショットが集まって滞留し易いため、歯底面の酸化膜は最も除去され難く、フランクについても歯底側程大きな膜厚で酸化膜が残存する。このため、歯底面に0.8以上の膜厚比で酸化膜を残存させることにより、フランクに所定の耐焼付き性および転造加工性を確保できる膜厚の酸化膜を残存させることができるのである。 In the third invention, the oxide film remains on the bottom surface and the flank of the processed tooth in the portion subjected to the shot peening treatment, and the oxide film on the bottom surface is a film formed with the portion not subjected to the shot peening treatment. Since the thickness ratio is 0.8 or more, the oxide film appropriately secures seizure resistance and rolling processability. At the front end side portion of the chamfered part, the workpiece does not reach the bottom of the processed tooth, but the oxide film with a predetermined film thickness remains on the flank, so that seizure resistance and rolling workability are properly achieved. It can be secured. In other words, shots bounced off by flank and the like collide with the tooth bottom surface at a relatively low speed, and shots are likely to collect and stay on the tooth bottom portion, so that the oxide film on the tooth bottom surface is the most difficult to remove. An oxide film remains with a larger film thickness on the tooth bottom side. For this reason, by leaving an oxide film at a thickness ratio of 0.8 or more on the tooth bottom, it is possible to leave an oxide film with a film thickness that can ensure predetermined seizure resistance and rolling processability on the flank. is there.
第4発明では、ショットピーニング処理で酸化膜が除去された加工歯の歯先面に、0.01〜0.1mmの深さで多数の凹みが設けられているため、この凹みにワークが食い込むことで加工歯とワークとの滑りが一層適切に抑制され、ウォームのねじ山を更に高い精度で転造加工することができる。 In the fourth aspect of the invention, since the tip of the processed tooth from which the oxide film has been removed by the shot peening process is provided with a large number of recesses having a depth of 0.01 to 0.1 mm, the workpiece bites into the recesses. As a result, slippage between the processing teeth and the workpiece is more appropriately suppressed, and the thread of the worm can be rolled with higher accuracy.
第5発明では、80〜200μmの範囲内の粒子径のアモルファス粒子を0.2〜6MPaの噴射圧で転造成形面に対して垂直に噴射することで、前記食付き部に対するショットピーニング処理が施されるため、その食付き部における加工歯の歯先面の酸化膜を適切に除去することが可能である。加えて、アモルファス粒子は高硬度で且つ欠け難いため、その粒子を繰り返し用いてショットピーニング処理を行う場合でも粒子径の変化が抑制され、酸化膜の除去性能が長期間に亘って略一定に維持されることにより、フランクに所定膜厚の酸化膜を残存させたり歯先面に所定の凹みを設けたりすることを含めて安定したダイス品質が得られる。 In the fifth aspect of the invention , the shot peening treatment for the biting portion is performed by injecting the amorphous particles having a particle diameter in the range of 80 to 200 μm perpendicularly to the rolling molding surface at an injection pressure of 0.2 to 6 MPa. Therefore, it is possible to appropriately remove the oxide film on the tooth tip surface of the processed tooth in the biting portion . In addition, since the amorphous particles are hard and difficult to chip, even when shot peening is performed repeatedly using the particles, the change in particle diameter is suppressed, and the removal performance of the oxide film is maintained substantially constant over a long period of time. As a result, stable die quality can be obtained, including the fact that an oxide film having a predetermined thickness is left on the flank and a predetermined recess is provided on the tooth tip surface.
本発明方法に従って製造されるウォーム転造用平ダイスは、例えば一対の固定側ダイスと移動側ダイスとの間で歯車素材を挟圧して転動させることにより、その外周面にウォーム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歯車素材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歯車素材を挟圧しながら回転させてウォームを転造加工することもできる。本発明は、外形が円筒形状の円筒ウォームを転造加工する平ダイスに好適に適用されるが、外形が鼓形状の鼓形ウォームを転造加工する平ダイスにも適用できる。また、ウォームのねじ山の断面形状は種々の態様が可能で、例えば歯先(ねじ山の山頂)や歯底(ねじ溝の底)は直線でも円弧等の曲線でも良く、平ダイスの加工歯の断面形状は、このねじ山の断面形状(直接的にはねじ溝部分の断面形状)に応じて適宜定められる。 The flat die for worm rolling manufactured in accordance with the method of the present invention is formed by rolling a worm on its outer peripheral surface by, for example, pressing and rolling a gear material between a pair of fixed and moving dies. The pair of flat dies arranged parallel to each other on both sides of the gear material supported rotatably about the axis can be moved linearly between the pair of flat dies. It is also possible to roll the worm by rotating it while pinching the gear material. The present invention is preferably applied to a flat die for rolling a cylindrical worm having a cylindrical outer shape, but can also be applied to a flat die for rolling a drum-shaped worm having an outer shape. In addition, the cross-sectional shape of the thread of the worm can take various forms. For example, the tooth tip (the top of the thread) or the bottom (the bottom of the thread groove) may be a straight line or a curved line such as an arc. The cross-sectional shape is appropriately determined according to the cross-sectional shape of this screw thread (directly, the cross-sectional shape of the thread groove portion).
ウォーム転造用平ダイスの工具基材としては、一般にJISに規定のSKD(合金工具鋼)やSKH(高速度工具鋼)などの工具鋼が好適に用いられる。酸化膜を形成するための酸化処理については、例えば水蒸気酸化処理が好適に用いられるが、他の酸化処理方法を採用することもできる。また、酸化膜を形成する前に窒化等によって硬化層を設けることが望ましい。硬化層として窒化層を設ける場合、例えばイオン窒化処理や塩浴窒化処理、ガス窒化処理などの種々の窒化方法が可能である。これ等の硬化層および酸化膜は、加工歯の歯先面、フランク、歯底面を含めて転造成形面の全域に設けることが望ましい。 In general, tool steels such as SKD (alloy tool steel) and SKH (high-speed tool steel) defined in JIS are suitably used as the tool base of the flat die for worm rolling. As the oxidation treatment for forming the oxide film, for example, a steam oxidation treatment is preferably used, but other oxidation treatment methods may be employed. Further, it is desirable to provide a hardened layer by nitriding or the like before forming the oxide film. When a nitride layer is provided as the hardened layer, various nitriding methods such as ion nitriding, salt bath nitriding, and gas nitriding are possible. These hardened layers and oxide films are desirably provided over the entire roll-formed surface including the tip surface, flank, and bottom surface of the processed teeth.
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。 The rolling forming surface provided with a large number of machined teeth consists of a finished part provided with machined teeth in a plane parallel to a reference plane (such as the bottom of a flat die) parallel to the rolling direction, and a front end from the finished part. It has a chamfered portion where the tooth tip gradually lowers toward the side. The chamfered portion may be one in which the processed teeth having the same cross-sectional shape as the finished portion are generally lowered, but may be one in which only the tooth tip side of the processed teeth is cut obliquely. It is desirable to provide a relief portion that becomes lower at a larger inclination angle than the chamfered portion on the rear end side of the finished portion, that is, on the side opposite to the chamfered portion in the rolling direction.
そして、上記食付き部のうちワークに最初に接して食い込む食付き開始部分にはショットピーニング処理が施され、加工歯の歯先面の酸化膜が除去される。歯先面の酸化膜は完全に除去することが望ましいが、一部が残存していても良い。食付き開始部分は、各部の寸法誤差や転造加工機に対する組付誤差等によりばらつく可能性があるため、それ等の誤差に拘らず食付き開始部分を確実に含むようにショットピーニング処理領域を設定することが望ましい。第2発明のように、転造方向の前端から食付き部の30〜50%までの範囲にショットピーニング処理を施せば、通常は上記誤差に拘らず食付き開始部分を含めて酸化膜を除去することができる。酸化膜を除去する範囲が30%よりも少ないと、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、50%を超えると、酸化膜による耐焼付き性や転造加工性が阻害されて転造加工精度が損なわれる可能性がある。但し、平ダイスによっては、食付き開始部分が上記50%までの範囲を超えた位置になる可能性もあり、第1発明の実施に際しては、例えば食付き部の50%を超える範囲にショットピーニング処理を施して酸化膜を除去するようにしても良い。 And the shot peening process is performed to the biting start part which touches a workpiece | work first among the said biting parts, and the oxide film of the tooth-tip surface of a process tooth is removed. Although it is desirable to completely remove the oxide film on the tooth tip surface, a part of the oxide film may remain. Since the start portion of biting may vary due to dimensional errors in each part or assembly errors for the rolling processing machine, the shot peening processing area should be included to ensure that the biting start portion is included regardless of these errors. It is desirable to set. If shot peening is applied in the range from the front end in the rolling direction to 30 to 50% of the biting portion as in the second invention, the oxide film including the biting start portion is usually removed regardless of the above error. can do. If the removal range of the oxide film is less than 30%, the effect of improving the corrosion resistance may not be obtained properly. On the other hand, if it exceeds 50%, the seizure resistance and the rolling processability by the oxide film may be reduced. There is a possibility that the rolling processing accuracy is impaired due to the inhibition. However, depending on the flat die, there is a possibility that the biting start portion will be in a position exceeding the range up to the above 50%. For example, when carrying out the first invention, shot peening is performed in the range exceeding 50% of the biting portion. A treatment may be performed to remove the oxide film.
第3発明では、歯底面の酸化膜の膜厚が、ショットピーニング処理が施されていない部分の膜厚に対して0.8以上の膜厚比を有するが、第1発明の実施に際しては膜厚比が0.8未満になるまでショットピーニング処理を施すことも可能である。この膜厚は、それぞれの平均膜厚で比較すれば良い。 In the third invention, the film thickness of the oxide film on the tooth bottom surface has a film thickness ratio of 0.8 or more with respect to the film thickness of the portion not subjected to the shot peening treatment. Shot peening may be performed until the thickness ratio is less than 0.8. What is necessary is just to compare this film thickness by each average film thickness.
第4発明では、ショットピーニング処理により加工歯の歯先面に0.01〜0.1mmの深さの多数の凹みが設けられるが、これよりも浅い凹みや深い凹みが存在していても差し支えない。多数の凹みの80%以上が0.01〜0.1mmの範囲内の深さであることが望ましい。凹みの形状はショットの形状に応じて定まり、例えば球形のショットであれば球面状(断面円弧状)の凹みが設けられる。 In the fourth invention, many dents having a depth of 0.01 to 0.1 mm are provided on the tip surface of the processed tooth by the shot peening process. However, there may be a dent shallower or deeper than this. Absent. It is desirable that 80% or more of the many recesses have a depth in the range of 0.01 to 0.1 mm. The shape of the dent is determined according to the shape of the shot. For example, in the case of a spherical shot, a spherical (cross-sectional arc) dent is provided.
第5発明では、80〜200μmの範囲内の粒子径のアモルファス粒子を0.2〜6MPaの噴射圧で噴射するが、超硬合金や鉄等のアモルファス粒子以外の材質のショットを用いてショットピーニング処理を行うこともできる。粒子径や噴射圧についても、ショットの材質や形状等に応じて適宜変更することが可能である。アモルファス粒子としては、例えば特許第4317930号に記載の合金粒子など、非結晶の種々のショットを用いることができる。 In the fifth invention, amorphous particles having a particle diameter in the range of 80 to 200 μm are injected at an injection pressure of 0.2 to 6 MPa, and shot peening is performed using shots of materials other than amorphous particles such as cemented carbide and iron. Processing can also be performed. The particle diameter and the injection pressure can be appropriately changed according to the material and shape of the shot. As amorphous particles, various amorphous shots such as alloy particles described in Japanese Patent No. 4317930 can be used.
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、本発明の製造方法に従って製造されたウォーム転造用平ダイス10(以下、単に平ダイス10という)を説明する概略正面図である。この平ダイス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ワーク(ウォーム素材)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、そのワーク14を両側から挟圧しながら軸心まわりに回転させて、例えば図7に示すようなウォーム50のねじ山52を転造加工する。ウォーム50は、多条の円筒ウォームの例である。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ではワーク14の径寸法が平ダイス10に比較して大きく図示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic front view for explaining a worm rolling flat die 10 (hereinafter simply referred to as a flat die 10) manufactured according to the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 2, a pair of flat dies 10 are arranged in parallel with each other on both sides of a columnar workpiece (worm material) 14 rotatably supported around a shaft center by a pair of
上記平ダイス10は、SKD等の工具鋼にて構成されているとともに、ウォーム50のねじ山52を転造加工する多数の加工歯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の拡大断面図で、図3は図1における III−III 矢視部分すなわち仕上げ部32における加工歯20の断面図であり、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の断面図である。加工歯20は、ウォーム50のねじ溝に対応する断面形状の凸条で、ウォーム50のねじ山52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の歯溝の部分にワーク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、目的とするウォーム50のねじ山52が転造加工される。本実施例では、加工歯20の歯先面24がワーク14の外周面に食い込むことにより、押し退けられたワーク14のメタルフローが加工歯20のフランク26に沿って流動し、歯底面28に達するまで盛り上げられることにより、その歯底面28に沿ってねじ山52の山頂が成形されるトップロール転造が行われる。加工歯20のフランク26の傾斜角はウォーム50のねじ山52の圧力角に応じて定められ、本実施例では圧力角=20°で、フランク26の傾斜角も約20°とされている。
The
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は、前記図3および図4から明らかなように、加工歯20が仕上げ部32と同一の断面形状を有しており、加工歯20がフランク26および歯底面28を含めて全体的に低くされている。
Returning to FIG. 1, the
上記転造成形面22には、イオン窒化処理により硬化層として窒化層40が設けられているとともに、その窒化層40の上には水蒸気酸化処理によって酸化膜42が形成されている。これ等の窒化層40および酸化膜42は、加工歯20の歯先面24、フランク26、および歯底面28を含めて転造成形面22の全面に設けられるが、図4の食付き前側部分34fでは、その後に図5に示すショットピーニング処理が施されることにより、歯先面24上の酸化膜42が除去されている。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30〜50%までの範囲で、ワーク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る。このように食付き開始部分における加工歯20の歯先面24の酸化膜42が除去されることにより、加工歯20とワーク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。酸化膜42を除去する範囲が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、50%を超えると、酸化膜42による耐焼付き性や転造加工性が阻害されて転造加工精度が損なわれる可能性がある。
A
上記ショットピーニング処理は、80〜200μmの範囲内の粒子径の球形の金属製のショット(本実施例ではアモルファス粒子)44を0.2〜6MPaの噴射圧で転造成形面22に対して略垂直に噴射することによって行われる。このショットピーニング処理は、少なくとも食付き前側部分34fにおける歯先面24の酸化膜42を完全に除去できるとともに、歯底面28に、ショットピーニング処理が施されていない部分における酸化膜42の膜厚に対して0.8以上の膜厚比で酸化膜42が残存するように、上記粒子径や噴射圧、処理時間等が定められる。転造成形面22に投射されたショット44は、自動的に回収されてショットピーニング処理に繰り返し用いられる。
The shot peening treatment is performed on the rolling
図5の(b) に示すように、歯底面28にはフランク26等で跳ね返ったショット44が比較的低速で衝突するとともに、その歯底部分にはショット44が集まって滞留し易いため、歯底面28の酸化膜42は最も除去され難い。したがって、図5の(c) に示すように、歯底面28には最も大きい膜厚で酸化膜42が残存するとともに、フランク26にも歯底側程大きな膜厚で酸化膜42が残存する。このため、歯底面28に0.8以上の膜厚比で酸化膜42を残存させることにより、フランク26に所定の耐焼付き性および転造加工性を確保できる膜厚の酸化膜42を残存させることができる。食付き前側部分34fでは、ワーク14の塑性変形によるメタルフローが加工歯20の歯底部分まで達することは無いが、フランク26に所定の膜厚の酸化膜42が残存することで、耐焼付き性および転造加工性を適切に確保できる。
As shown in FIG. 5 (b), the
また、このようにショットピーニング処理が施されると、食付き前側部分34fにおける加工歯20の歯先面24の酸化膜42は完全に除去されるとともに、図4に併せて示した部分拡大図から明らかなように、その歯先面24にはショットピーニング処理によって多数の凹み46が形成される。この凹み46の深さは0.01〜0.1mm程度、すなわち多数の凹み46の80%以上が、0.01〜0.1mmの範囲内の深さであり、これらの凹み46にワーク14が食い込むことにより、転造加工開始時のワーク14の滑りが一層確実に防止される。
In addition, when the shot peening process is performed in this manner, the
このように、本実施例の平ダイス10においては、窒化層40および酸化膜42が設けられた転造成形面22のうち、転造加工が開始される食付き開始部分を含む食付き前側部分34fにショットピーニング処理が施され、加工歯20の歯先面24の酸化膜42が除去されているため、転造加工の開始時に加工歯20がワーク14に食い込み易くなり、転造圧力を抑制しつつ食付き性を向上させることができる。これにより、ワーク14の滑りが抑制されるとともに、食付き前側部分34f以外は酸化膜42がそのまま残存しており、その酸化膜42による耐焼付き性および転造加工性が維持されるため、優れた転造加工精度が得られる。また、転造圧力を低減できることで工具の耐久性が向上する。
As described above, in the
一方、上記酸化膜42はショットピーニング処理によって除去されているため、研磨で除去したり、酸化処理の際にマスキングしたりする場合に比較して、簡便で且つ安価に酸化膜42を除去できる。また、加工歯20のフランク26は、ウォーム50のねじ山52の圧力角に対応して比較的急斜面とされており、本実施例では傾斜角が約20°であるため、そのフランク26に対するショット44の投射角度が小さくなって酸化膜42の除去性能が低くなる。このため、ショットピーニング処理により歯先面24の酸化膜42を除去しつつフランク26の酸化膜42を残存させることが可能で、その酸化膜42による耐焼付き性および転造加工性を適切に確保できる。
On the other hand, since the
また、ショットピーニング処理が施される食付き前側部分34fは、食付き部34のうち前端38から30〜50%までの範囲であり、その部分の加工歯20の歯先面24の酸化膜42が除去されるため、各部の寸法誤差や組付誤差に拘らず食付き開始部分がその食付き前側部分34に含まれる。これにより、その食付き開始部分における加工歯20の歯先面24の酸化膜42を確実に除去して食付き性を向上させつつ、それ以外の部分の酸化膜42を残存させて耐焼付き性および転造加工性を適切に確保できる。
Further, the
また、ショットピーニング処理が施された食付き前側部分34fの加工歯20の歯底面28およびフランク26には酸化膜42が残存しているとともに、歯底面28の酸化膜42は、ショットピーニング処理が施されていない部分との膜厚比が0.8以上の膜厚を有するため、その酸化膜42によって耐焼付き性および転造加工性が適切に確保される。食付き前側部分34fでは、ワーク14のメタルフローが加工歯20の歯底部分まで達することは無いが、フランク26に所定の膜厚の酸化膜42が残存することで、耐焼付き性および転造加工性を適切に確保できる。
In addition, the
また、ショットピーニング処理で酸化膜42が除去された加工歯20の歯先面24には、0.01〜0.1mmの深さで多数の凹み46が設けられているため、この凹み46にワーク14が食い込むことで加工歯20とワーク14との滑りが一層適切に抑制され、ウォーム50のねじ山52を更に高い精度で転造加工することができる。
Further, since the
また、本実施例ではショットピーニング処理を行う際のショット44として、80〜200μmの範囲内の粒子径のアモルファス粒子が用いられ、0.2〜6MPaの噴射圧で転造成形面22に対して略垂直に噴射されるため、加工歯20の歯先面24の酸化膜42を適切に除去することができる。加えて、アモルファス粒子は高硬度で且つ欠け難いため、そのショット44を回収して繰り返し用いてショットピーニング処理を行う場合でも粒子径の変化が抑制され、酸化膜42の除去性能が長期間に亘って略一定に維持されることにより、フランク26に所定膜厚の酸化膜42を残存させたり歯先面24に所定の凹み46を設けたりすることを含めて安定したダイス品質が得られる。
Further, in this embodiment, amorphous particles having a particle diameter in the range of 80 to 200 μm are used as the
ここで、ショットピーニング処理により食付き前側部分34fの酸化膜42を除去した本発明品(平ダイス10)と、このようなショットピーニング処理が行われず、食付き前側部分34fを含めて転造成形面22の全域に酸化膜42が設けられている従来品とを用いて、以下の加工条件で耐久性試験を行ったところ、図6に示す結果が得られた。ウォーム諸元の「φ」は呼び、「Z」はウォーム50と噛み合うウォームホイールの歯数、「m」はモジュール、「PA」は圧力角である。平ダイス10のサイズの「W」は幅、「T」は高さ、「L」は全長である。ワーク14の「S25C」は、JISに規定の機械構造用炭素鋼の種類の記号で、「HRB」はJISに規定のロックウェル硬さの硬さ記号である。また、耐久性の寿命判定は、転造されたウォーム50のねじ山52が寸法許容差を超えるゲージアウトか否かで判定した。
(加工条件)
ウォーム諸元:φ13.4×Z25×m0.5×PA20°
平ダイス10のサイズ:W25mm×T40mm×L400mm
食付き部34の長さ:165mm
食付き前側部分34fの長さ:63mm(38%)
ワーク14:S25C(80HRB)
Here, the product of the present invention (flat die 10) from which the
(Processing conditions)
Warm specifications: φ13.4 × Z25 × m0.5 × PA20 °
Flat die 10 size: W25mm x T40mm x L400mm
Length of chamfered
Work 14: S25C (80HRB)
図6の試験結果から明らかなように、本発明品によれば従来品に比較して約1.5倍の耐久性が得られた。また、工具寿命とは別に、転造したウォーム50のねじピッチ精度を調べたところ、従来品は±10%程度であったのに対して本発明品は±8%程度であり、転造加工精度も向上した。
As is apparent from the test results of FIG. 6, according to the product of the present invention, durability about 1.5 times that of the conventional product was obtained. In addition to the tool life, when the thread pitch accuracy of the rolled
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。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, this is an embodiment to the last, and this invention is implemented in the aspect which added various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. Can do.
10:ウォーム転造用平ダイス 20:加工歯 22:転造成形面 24:歯先面 26:フランク 28:歯底面 34:食付き部 34f:食付き前側部分(食付き開始部分) 38:前端 42:酸化膜 44:ショット(アモルファス粒子) 46:凹み 50:ウォーム 52:ねじ山 F:転造方向
10: Flat die for worm rolling 20: Processing teeth 22: Rolling molding surface 24: Tip surface 26: Frank 28: Tooth bottom 34:
Claims (5)
前記転造成形面の食付き部のうち前記転造加工が開始される食付き開始部分にはショットピーニング処理が施され、前記加工歯の歯先面に設けられた前記酸化膜が除去されている
ことを特徴とするウォーム転造用平ダイスの製造方法。 In a method for producing a flat die for worm rolling, which has a rolling molding surface that rolls a thread of a worm with a large number of processing teeth, and an oxide film is provided on the rolling molding surface.
A shot peening process is performed on a biting start portion where the rolling process is started in a biting portion of the rolling molding surface, and the oxide film provided on the tooth tip surface of the processed tooth is removed. A method for producing a flat die for worm rolling, characterized by comprising :
ことを特徴とする請求項1に記載のウォーム転造用平ダイスの製造方法。 2. The worm rolling flat according to claim 1, wherein the shot peening treatment is performed in a range of 30 to 50% of the biting portion from a front end of the biting portion in a rolling direction. Dies manufacturing method.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のウォーム転造用平ダイスの製造方法。 The oxide film remains on the bottom surface and the flank of the processed tooth of the portion subjected to the shot peening treatment, and the oxide film on the bottom surface of the portion with the portion not subjected to the shot peening treatment The method for producing a flat die for worm rolling according to claim 1 or 2, wherein the film thickness ratio is 0.8 or more .
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のウォーム転造用平ダイスの製造方法。 The dent surface of the processed tooth from which the oxide film has been removed by the shot peening treatment is provided with a number of recesses having a depth of 0.01 to 0.1 mm. The manufacturing method of the flat die | dye for worm rolling of any one of these .
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のウォーム転造用平ダイスの製造方法。 Before SL shot peening, claims, characterized in that is carried out by injecting perpendicular to the rolling shaping surface of amorphous particles having a particle size in the range of 80~200μm in injection pressure of 0.2~6MPa Item 5. The method for producing a flat die for worm rolling according to any one of Items 1 to 4 .
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