JP7221028B2 - Manufacturing method of sintered gear - Google Patents
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Description
本開示は、焼結歯車の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing sintered gears.
従来、金属製の歯車として、焼結体からなるもの(例、特許文献1)や溶製材からなるもの(例、特許文献2~4)がある。特許文献1は、焼結体からなる歯車(以下、焼結歯車と呼ぶ)として、焼結前の圧粉成形体に切削加工を施して歯を形成した後に焼結することを開示する(明細書[0059],[0060])。
Conventionally, as metal gears, there are those made of sintered bodies (eg, Patent Document 1) and those made of wrought materials (eg,
焼結歯車に対して、生産性の更なる向上が望まれている。
焼結歯車は、丸棒等の溶製材を切り出して歯車を製造する方法(特許文献2~4)に比較して、量産性に優れる。更に、特許文献1に記載されるように焼結前の圧粉成形体に歯を形成すれば、焼結後の焼結材に歯を形成する場合に比較して、切削加工を行い易い。この点で、焼結歯車の生産性を向上できる。
A further improvement in productivity is desired for sintered gears.
A sintered gear is superior in mass productivity compared to the method of manufacturing a gear by cutting out a molten material such as a round bar (
しかし、以下に説明するように、各歯のエッジが面取りされた焼結歯車を生産性よく製造することに関して、改善の余地がある。 However, as explained below, there is room for improvement in terms of productively manufacturing sintered gears with chamfered edges on each tooth.
ここで、歯車の各歯のエッジが鋭利なままであると、例えば焼結後に浸炭処理を施した場合に局所的に過度な浸炭がなされたり、歯車の使用時にエッジが欠けたりする恐れがある。そのため、各歯のエッジを面取りすることが望まれる。しかし、例えば焼結工程と浸炭工程との間に面取り工程を含むと、熱処理炉や面取り装置といった製造装置に対して、素材の入替を繰り返すことになる。詳しくは、焼結後に熱処理炉から素材を取出し、取出した素材を面取り装置に順次配置して、面取りを行う。面取り後、面取り装置から熱処理炉に素材を再配置して浸炭処理を行う。このような素材の入替は、生産性の低下を招く一要因といえる。 Here, if the edges of each tooth of the gear remain sharp, for example, when carburizing is performed after sintering, localized excessive carburization may occur, or the edges may be chipped during use of the gear. . Therefore, it is desirable to chamfer the edges of each tooth. However, if the chamfering process is included between the sintering process and the carburizing process, for example, the materials will be repeatedly replaced with respect to the manufacturing equipment such as the heat treatment furnace and the chamfering device. Specifically, after sintering, the raw materials are taken out from the heat treatment furnace, and the taken-out raw materials are sequentially arranged in a chamfering device to be chamfered. After chamfering, the material is rearranged from the chamfering device to the heat treatment furnace and carburized. Such replacement of materials can be said to be one of the factors that cause a decrease in productivity.
そこで、本開示は、生産性に優れる焼結歯車の製造方法を提供することを目的の一つとする。 Accordingly, one object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a sintered gear with excellent productivity.
本開示の焼結歯車の製造方法は、
複数の歯を備える歯車形状の圧粉成形体を用意する工程と、
前記各歯のエッジを面取りする工程と、
面取りされた前記圧粉成形体を焼結する工程とを備え、
前記各歯のエッジの面取りは、
前記歯車の軸回りに回転する前記圧粉成形体に対して、前記エッジを切削工具で切削することで行い、
前記切削工具は、切削時に回転不可に支持されると共に、弾性材によって前記エッジ側に付勢される。
The manufacturing method of the sintered gear of the present disclosure includes:
providing a gear-shaped powder compact comprising a plurality of teeth;
chamfering the edge of each tooth;
A step of sintering the chamfered green compact,
The edge chamfer of each tooth comprises:
By cutting the edge with a cutting tool with respect to the compacted body rotating around the axis of the gear,
The cutting tool is non-rotatably supported during cutting and is biased toward the edge by an elastic material.
本開示の焼結歯車の製造方法は、焼結歯車の生産性に優れる。 The method for manufacturing a sintered gear of the present disclosure is excellent in productivity of sintered gears.
[本開示の実施形態の説明]
本発明者らは、焼結歯車の生産性を向上するために、焼結前の圧粉成形体に対して、各歯のエッジを面取りすることを検討した。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
In order to improve the productivity of sintered gears, the present inventors studied chamfering the edges of each tooth of the powder compact before sintering.
従来、溶製材で製造された歯車に対して、各歯のエッジの面取りには、フレージング加工、各歯に対してバイトを高速で進退させる切削加工、エンドミル等の回転工具を用いた倣い加工が利用されている。フレージング加工では、エッジを押し潰すという塑性変形によって上記歯のエッジを無くす。バイトを高速で進退させる切削加工では、バイトを、バイトのシャンク部の軸方向に沿って進退させる駆動機構によって支持する。そして、歯車の軸回りに歯車を回転させつつ、バイトを各歯に向かって高速で進出させることで切刃を上記歯のエッジに接触させ、面取りする。バイトが退く間に歯車を回転させて、次の歯のエッジを面取り可能にする。倣い加工では、上記歯のエッジに沿って上記回転工具が追従するように上記回転工具を動かすことで上記歯のエッジを面取りする。 Conventionally, chamfering of the edges of each tooth of gears made from melted materials has been done by framing, cutting by moving a bit back and forth against each tooth at high speed, and profiling using rotary tools such as end mills. It's being used. In phrasing, the edges of the teeth are eliminated by plastic deformation that crushes the edges. In cutting work in which a cutting tool advances and retreats at high speed, the cutting tool is supported by a drive mechanism that advances and retreats along the axial direction of the shank portion of the cutting tool. Then, while rotating the gear around its axis, the cutting tool is advanced toward each tooth at high speed to bring the cutting edge into contact with the edge of the tooth to chamfer it. Rotate the gear while the bit is retracting to allow the next tooth edge to be chamfered. In profiling, the edges of the teeth are chamfered by moving the rotary tool so that the rotary tool follows along the edges of the teeth.
上述の倣い加工では、加工時間が長くなり易い。上記回転工具を歯車形状に追従させるためには、送り速度を速くできないからである。また、焼結前の圧粉成形体に上記倣い加工を適用する際には、加工速度を溶製材の場合よりも遅くする必要がある。焼結前の圧粉成形体は、溶製材に比較して機械的強度に劣る。そのため、上記回転工具が圧粉成形体に衝突することで、圧粉成形体に欠けが生じるからである。更に、上述の回転工具を追従させるための数値制御の設定時間も長くなり易い。歯車の設定形状が同じであっても、公差の範囲で形状誤差が生じる。従って、歯車ごとに追従条件を設定する必要があるからである。これらのことから、圧粉成形体に上記倣い加工を適用することは、設定時間を含めた加工サイクル時間が比較的長く(例、3分以上)、量産に不向きである。なお、加工サイクル時間は、一つの歯車について、歯のエッジの面取りが完了する時間である。 In the copying process described above, the processing time tends to be long. This is because the feed speed cannot be increased in order for the rotating tool to follow the shape of the gear. Moreover, when applying the above profiling processing to a green compact before sintering, it is necessary to make the processing speed slower than in the case of ingots. A green compact before sintering is inferior in mechanical strength to a wrought material. As a result, the rotary tool collides with the powder compact, causing chipping in the compact. Furthermore, the setting time of numerical control for following the rotary tool tends to be long. Even if the set shape of the gear is the same, a shape error occurs within the range of tolerance. Therefore, it is necessary to set follow-up conditions for each gear. For these reasons, applying the above profiling process to the powder compact requires a relatively long processing cycle time including the set time (for example, 3 minutes or more), and is not suitable for mass production. The machining cycle time is the time required to complete the chamfering of the tooth edges for one gear.
一方、上述のフレージング加工や上述のバイトによる切削加工は、通常、加工サイクル時間が比較的短く(例、30秒以下)、量産に適する。しかし、上述のフレージング加工や上述のバイトを高速で進退させる切削加工を焼結前の圧粉成形体に施せば、圧粉成形体に欠けが生じる。上述のように圧粉成形体は、溶製材に比較して機械的強度に劣る。そのため、フレージング加工の加工工具による押圧や高速で進出するバイトとの衝突によって、圧粉成形体に欠けが生じる。その結果、適切に面取りを行うことが難しい。 On the other hand, the above-described phrasing and cutting with a cutting tool generally require a relatively short processing cycle time (for example, 30 seconds or less) and are suitable for mass production. However, if the powder compact before sintering is subjected to the above-described phrasing process or the above-described cutting process in which the cutting tool is moved back and forth at high speed, chipping occurs in the powder compact. As described above, the powder compact is inferior in mechanical strength to ingot lumber. For this reason, chipping occurs in the powder compact due to pressing by a working tool for framing or collision with a cutting tool advancing at high speed. As a result, it is difficult to chamfer properly.
以上を踏まえて、焼結前の圧粉成形体に対して、各歯のエッジの面取りを適切に行える切削条件を見出し、本開示の焼結歯車の製造方法を完成するに至った。
以下、本開示の実施態様を列記して説明する。
Based on the above, the inventors have found cutting conditions under which the edge of each tooth can be chamfered appropriately for the powder compact before sintering, and have completed the manufacturing method of the sintered gear of the present disclosure.
Embodiments of the present disclosure are listed and described below.
(1)本開示の実施形態に係る焼結歯車の製造方法は、
複数の歯を備える歯車形状の圧粉成形体を用意する工程と、
前記各歯のエッジを面取りする工程と、
面取りされた前記圧粉成形体を焼結する工程とを備え、
前記各歯のエッジの面取りは、
前記歯車の軸回りに回転する前記圧粉成形体に対して、前記エッジを切削工具で切削することで行い、
前記切削工具は、切削時に回転不可に支持されると共に、弾性材によって前記エッジ側に付勢される。
(1) A method for manufacturing a sintered gear according to an embodiment of the present disclosure includes:
providing a gear-shaped powder compact comprising a plurality of teeth;
chamfering the edge of each tooth;
A step of sintering the chamfered green compact,
The edge chamfer of each tooth comprises:
By cutting the edge with a cutting tool with respect to the compacted body rotating around the axis of the gear,
The cutting tool is non-rotatably supported during cutting and is biased toward the edge by an elastic member.
ここでの各歯のエッジとは、歯車の端面(側面)と歯底面とがつくる稜線、歯車の端面と歯面とがつくる稜線、歯車の端面と歯先面とがつくる稜線が挙げられる。 Here, the edge of each tooth includes the ridge line formed by the end surface (side surface) of the gear and the bottom surface, the ridge line formed by the end surface and tooth surface of the gear, and the ridge line formed by the end surface and the tip surface of the gear.
本開示の焼結歯車の製造方法は、以下の理由により、焼結歯車の生産性に優れる。
(a)面取りに用いる切削工具を、切削時に回転させず、弾性材によって歯のエッジ側に付勢した状態で支持する。そのため、切削工具の切刃は、弾性材の弾性変形の範囲で歯のエッジに対して進退できる。このように支持した切削工具を回転する圧粉成形体に対して接触させることで、切削工具の切刃は各歯のエッジに自動的に追従する。圧粉成形体の回転速度をある程度速めても、圧粉成形体に欠け等が生じたり、局所的に削り過ぎたりすることを防止し易い。そのため、上記回転速度を速めても、各歯のエッジを適切に面取りできる。加工速度を速められることで、加工サイクル時間を短縮できる(後述の試験例参照)。加工サイクル時間の短縮によって、焼結歯車の生産性を向上できる。
(b)焼結後に浸炭処理を行う場合に、代表的には焼結工程と浸炭工程とを連続して行える。そのため、熱処理炉への素材の入替を不要にできる。入替時間の省略によって、製造時間を短縮できる。
The manufacturing method of the sintered gear of the present disclosure is excellent in productivity of the sintered gear for the following reasons.
(a) A cutting tool used for chamfering is not rotated during cutting, but is supported in a state of being biased toward the tooth edge side by an elastic material. Therefore, the cutting edge of the cutting tool can move back and forth with respect to the edge of the tooth within the range of elastic deformation of the elastic material. By bringing the cutting tool so supported into contact with the rotating compact, the cutting edge of the cutting tool automatically follows the edge of each tooth. Even if the rotation speed of the powder compact is increased to some extent, it is easy to prevent chipping or the like from occurring in the powder compact or excessive local shaving. Therefore, even if the rotation speed is increased, the edges of each tooth can be properly chamfered. By increasing the processing speed, the processing cycle time can be shortened (see the test example described later). By shortening the machining cycle time, the productivity of sintered gears can be improved.
(b) When the carburizing process is performed after sintering, typically the sintering process and the carburizing process can be performed continuously. Therefore, it is possible to eliminate the need to replace the material in the heat treatment furnace. By omitting the exchange time, the manufacturing time can be shortened.
(c)焼結前の圧粉成形体に施される切削加工は、圧粉成形体を構成する粉末粒子を分離して削り落とすような加工といえる。そのため、切削時に素材の塑性変形に起因するバリが実質的に生じない。従って、バリの除去作業も不要である。バリの除去時間の省略によって、製造時間を短縮できる。なお、溶製材や焼結材に切削加工を施すと、切削時に素材の塑性変形に起因するバリが生じる。バリが生じた場合、除去作業が必要である。
(d)面取りに伴う加工屑は、代表的には粉末状である。そのため、エアブロー等を用いて加工屑の除去を容易に、かつ短時間で行える。また、エアブローであれば、加工屑の除去時に圧粉成形体を損傷し難い。損傷による不良品の発生を低減できる点で、焼結歯車の生産性を向上できる。
(e)焼結前の圧粉成形体の切削抵抗が溶製材や焼結材に比較して低いことで、切削工具の寿命を長くできる。そのため、切削工具の交換頻度を低くできる。焼結歯車を量産する場合、切削工具の交換時間を短縮できる点で、製造時間を短縮できる。
(c) The cutting applied to the powder compact before sintering can be said to be a process of separating and scraping off the powder particles constituting the powder compact. Therefore, substantially no burrs are generated due to plastic deformation of the material during cutting. Therefore, no burr removal work is required. Omitting the burr removal time reduces the manufacturing time. Note that when a molten material or a sintered material is cut, burrs are generated due to plastic deformation of the material during cutting. If burrs occur, removal work is required.
(d) Processing waste accompanying chamfering is typically in the form of powder. Therefore, the processing waste can be easily removed in a short time by using an air blow or the like. Moreover, if it is an air blow, it is difficult to damage the powder compact when removing the processing waste. The productivity of sintered gears can be improved in that the production of defective products due to damage can be reduced.
(e) Since the cutting resistance of the powder compact before sintering is lower than that of the melted material or the sintered material, the life of the cutting tool can be extended. Therefore, the cutting tool replacement frequency can be reduced. When mass-producing sintered gears, the manufacturing time can be shortened in that the cutting tool replacement time can be shortened.
(2)本開示の焼結歯車の製造方法の一例として、
前記エッジの面取りは、
前記各歯について、前記圧粉成形体の回転方向の前方に位置する歯底エッジ、歯面エッジ、歯先エッジを順に連続して切削する処理を含む形態が挙げられる。
(2) As an example of a method for manufacturing a sintered gear of the present disclosure,
chamfering the edge,
For each tooth, there may be mentioned a form including a process of sequentially and continuously cutting a tooth bottom edge, a tooth surface edge, and a tooth top edge located forward in the rotational direction of the powder compact.
上記形態は、各歯の歯底エッジ、歯面エッジ、歯先エッジの面取りを連続して行わず、それぞれ分けて行う場合に比較して、面取り時間を短縮できる。この点で、上記形態は、焼結歯車の生産性により優れる。 In the above-described form, the chamfering time can be shortened compared to the case where the chamfering of the root edge, tooth surface edge, and tooth tip edge of each tooth is not performed continuously but performed separately. In this respect, the above embodiment is superior in productivity of sintered gears.
(3)本開示の焼結歯車の製造方法の一例として、
前記エッジの面取りは、
前記圧粉成形体を一方向に回転させて前記切削する処理を行った後、前記圧粉成形体を逆方向に回転させて前記切削する処理を行う形態が挙げられる。
(3) As an example of a method for manufacturing a sintered gear of the present disclosure,
chamfering the edge,
After rotating the powder compact in one direction to perform the cutting process, the powder compact is rotated in the opposite direction to perform the cutting process.
圧粉成形体が一方向に回転した際、各歯のエッジにおける回転方向の前方に位置する領域を第一の領域とし、後方に位置する領域を第二の領域とする。上記形態は、各歯のエッジにおける第一の領域を順に面取りした後に、圧粉成形体を逆回転させて第二の領域を順に面取りする。即ち、上記形態は、圧粉成形体の回転方向を正逆反転するという簡単な操作で、第一の領域の面取りと第二の領域の面取りとを連続して行う。第一の領域の面取りと第二の領域の面取りとの間で、圧粉成形体の配置を変更しなくてよい。この点で上記形態は、面取り加工時の作業性に優れて、焼結歯車の生産性をより高め易い。また、第一の領域の面取りと第二の領域の面取りとで歯先エッジや歯底エッジが重複して切削されても、歯先エッジ及びその近傍や歯底エッジ及びその近傍にバリが実質的に生じない。被削材が焼結前の圧粉成形体であるからである。バリの除去工程が不要であることからも、上記形態は、焼結歯車の生産性をより高め易い。なお、歯先エッジや歯底エッジに生じた加工屑は、上述のようにエアブロー等で容易に除去できる。 When the green compact rotates in one direction, the front region of each tooth edge in the direction of rotation is defined as a first region, and the rear region is defined as a second region. In the above-described form, after chamfering the first region in order on the edge of each tooth, the powder compact is reversely rotated to chamfer the second region in order. That is, in the above embodiment, the chamfering of the first region and the chamfering of the second region are continuously performed by a simple operation of reversing the direction of rotation of the powder compact. Between the chamfering of the first area and the chamfering of the second area, there is no need to change the arrangement of the compact. In this regard, the above-described form is excellent in workability during chamfering, and tends to increase the productivity of sintered gears. Moreover, even if the top edge and bottom edge are overlapped by the chamfering of the first region and the chamfering of the second region, burrs are substantially generated on the top edge and its vicinity and on the tooth bottom edge and its vicinity. does not occur This is because the work material is a green compact before sintering. Since the step of removing burrs is not necessary, the above-described configuration can easily improve the productivity of the sintered gear. It should be noted that the processing debris generated on the tooth top edge and the tooth bottom edge can be easily removed by air blowing or the like as described above.
(4)本開示の焼結歯車の製造方法の一例として、
前記圧粉成形体の平均相対密度が93%以上である形態が挙げられる。
(4) As an example of a method for manufacturing a sintered gear of the present disclosure,
A form in which the average relative density of the powder compact is 93% or more is exemplified.
上記形態は、被削材である圧粉成形体の相対密度が93%以上と高い。このような緻密な圧粉成形体は、機械的強度に優れており、面取り加工時に欠けや亀裂等が生じ難い。即ち、面取り加工を良好に行えて、不良品の発生を低減できる。歩留りが高いことからも、上記形態は、焼結歯車の生産性をより高め易い。 In the above-described mode, the relative density of the powder compact, which is the work material, is as high as 93% or more. Such dense powder compacts have excellent mechanical strength and are less likely to be chipped or cracked during chamfering. That is, the chamfering process can be performed satisfactorily, and the occurrence of defective products can be reduced. Also from the fact that the yield is high, the above-mentioned form tends to increase the productivity of the sintered gear.
(5)本開示の焼結歯車の製造方法の一例として、
前記圧粉成形体を構成する粉末は、鉄粉及び非鉄元素粉、鉄基合金粉及び非鉄元素粉、又は鉄基合金粉を含む形態が挙げられる。
(5) As an example of a method for manufacturing a sintered gear of the present disclosure,
Examples of the powder that constitutes the powder compact include a form containing iron powder and non-ferrous element powder, iron-based alloy powder and non-ferrous element powder, or iron-based alloy powder.
上記形態は、鉄基合金からなる焼結歯車を製造できる。鉄基合金は、機械的強度、剛性、耐摩耗性に優れる。従って、上記形態は、機械的特性に優れる焼結歯車を製造できる。 The above configuration can produce a sintered gear made of an iron-based alloy. Iron-based alloys are excellent in mechanical strength, rigidity, and wear resistance. Therefore, the above configuration can produce a sintered gear having excellent mechanical properties.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面を参照して、本開示の実施形態を具体的に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be specifically described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings indicate the same names.
[焼結歯車]
〈概要〉
主に図1を参照して、焼結歯車1を説明する。
図1Aに示す焼結歯車1は、はす歯外歯車である。焼結歯車1は、貫通孔2hを有する円筒状であり、外周面に複数の歯2を備える。焼結歯車1の軸方向(貫通孔2hの軸方向)の両側に位置する各端面(側面)2eは、平坦な平面である。貫通孔2hは、両端面2eの中央部を抜けるように設けられる。図1に示す歯車形状は例示であり、適宜変更できる。その他の形状として、平歯車、かさ歯車、ねじ歯車といった円筒状の歯車、ラックやヘリカルラックといった棒状歯車等が挙げられる。円筒状の歯車は、内歯車でもよい。
[Sintered gear]
<overview>
A
The
図1Bに拡大して示すように、焼結歯車1に備えられる各歯2は、主として、歯底面20、歯面21、歯先面22によって構成される。歯底面20は、隣り合う歯2の間に設けられる空間(歯溝)の底を構成する面である。歯先面22は、先端側の領域を構成する面である。歯底面20及び歯先面22は、焼結歯車1の軸と同軸に回転する面である。歯面21は、歯底面20と歯先面22との間の面である。歯面21には、焼結歯車1に噛み合う別の歯車(図示せず)の歯面が接触する。図1A,図1Bの歯面21は、平面を例示するが、インボリュート曲面でもよい。
As shown in an enlarged view in FIG. 1B, each
更に、焼結歯車1は、各歯2における端面2eとの境界近くに面取り箇所3を備える。面取り箇所3は、焼結歯車1の製造過程で、各歯2を構成する各面(歯底面20、歯面21、歯先面22)と端面2eとの稜線であるエッジ4(図2A)が面取りされることで形成される。なお、図1Aでは、面取り箇所3を省略する。
Furthermore, the
〈組成〉
焼結歯車1の主たる構成材料は、金属である。上記金属は、鉄基合金が好ましい。ここでの鉄基合金とは、Fe(鉄)を80質量%以上、好ましくは90質量%以上含む合金とする。このような鉄基合金は、機械的強度、剛性、耐摩耗性等に優れる。そのため、上記鉄基合金からなる焼結歯車1は、機械的特性に優れる。
<composition>
The main constituent material of the
鉄基合金の具体的な組成として、例えば、Cu(銅),Ni(ニッケル),Sn(錫),Cr(クロム),Mo(モリブデン),Mn(マンガン)及びC(カーボン)からなる群より選択される少なくとも1種の非鉄元素を含有し、残部がFe(鉄)及び不可避不純物からなるものが挙げられる。Cを含む鉄基合金の代表例として鋼(炭素鋼、合金鋼)が挙げられる。合金鋼、特にNi,Mo,Mnを含む合金鋼は機械的強度に優れて好ましい。 As a specific composition of the iron-based alloy, for example, from the group consisting of Cu (copper), Ni (nickel), Sn (tin), Cr (chromium), Mo (molybdenum), Mn (manganese) and C (carbon) Examples include those containing at least one selected nonferrous element and the balance being Fe (iron) and unavoidable impurities. A representative example of an iron-based alloy containing C is steel (carbon steel, alloy steel). Alloy steel, particularly alloy steel containing Ni, Mo and Mn is preferable because of its excellent mechanical strength.
Cu,Ni,Sn,Cr,Mo,Mn等の非鉄金属元素の含有量は、合計で0.5質量%以上5.0質量%以下が挙げられる。更に、上記含有量は、合計で1.0質量%以上3.0質量%以下としてもよい。 The total content of nonferrous metal elements such as Cu, Ni, Sn, Cr, Mo, and Mn is 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less. Furthermore, the total content may be 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less.
Cの含有量は、0.2質量%以上2.0質量%以下が挙げられる。更に、Cの含有量は0.4質量%以上1.0質量以下としてもよい。 The content of C is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less. Furthermore, the content of C may be 0.4% by mass or more and 1.0% by mass or less.
所望の組成の焼結歯車1となるように、原料粉末の組成を調整するとよい。
It is preferable to adjust the composition of the raw material powder so as to obtain the
〈相対密度〉
焼結歯車1は、その全体の平均相対密度が高く、緻密であることが好ましい。機械的強度や剛性、耐摩耗性に優れるからである。例えば、上記全体の平均相対密度は93%以上が挙げられる。上記全体の平均相対密度が93%以上であれば、気孔が非常に少なく緻密であり、機械的特性に優れる。上記全体の平均相対密度は、95%以上、更に96%以上、97%以上が好ましい。このような緻密な焼結歯車1は、例えば、製造過程で緻密な圧粉成形体を利用することで製造できる。
<Relative Density>
The
焼結歯車1の全体の平均相対密度は、以下のように求める。
焼結歯車1の歯2及び歯2以外の領域について、以下の三つの位置で断面をとり、各断面を画像解析し、この処理像を用いる。上記三つの位置とは、焼結歯車1の軸方向の中央近傍、一方の端面2e近傍、及び他方の端面2e近傍である。端面2e近傍とは、例えば焼結歯車1の端面2eから3mm以内の位置が挙げられる。上記断面は、上記軸方向に交差する平面、代表的には直交する平面で切断して採取する。
The average relative density of the
For the
より具体的な手順は以下の通りである。
(1)各断面において複数の観察視野の画像を採取する。例えば、各断面において500μm×600μm=300000μm2の面積を有する観察視野の画像を10個以上取得する。各観察視野の画像は、断面を例えば周方向や長手方向に均等に分割し、各分割領域から取得することが好ましい。
(2)取得した各観察視野の画像を二値化処理する。二値化処理像において、観察視野に占める金属粒子の面積割合を求める。この面積割合を観察視野の相対密度と見做す。
(3)各観察視野の相対密度を求めて平均する。この平均値を焼結歯車1の全体の平均相対密度とする。
More specific procedures are as follows.
(1) Collect images of a plurality of observation fields in each cross section. For example, 10 or more images of an observation field having an area of 500 μm×600 μm=300000 μm 2 in each cross section are acquired. The image of each observation field of view is preferably obtained from each divided area by equally dividing the cross section, for example, in the circumferential direction or the longitudinal direction.
(2) binarize the acquired image of each observation field of view; In the binarized image, the area ratio of the metal particles occupying the observation field is obtained. This area ratio is regarded as the relative density of the observation field.
(3) Find and average the relative density of each observation field. Let this average value be the average relative density of the
なお、焼結歯車1の製造過程において、圧粉成形体を成形するときの加圧方向は、代表的には貫通孔2hの軸方向に平行な方向が挙げられる。この場合、焼結歯車1の軸方向は、上述の加圧方向に実質的に等しい。
In the manufacturing process of the
焼結歯車1は、気孔の含有を許容する。しかし、上述のように気孔が少ないことが好ましい。上述の全体の平均相対密度が高いほど、気孔が少ないといえる。
The
〈面取り形状〉
焼結歯車1の面取り箇所3は、歯底面取り部30と、歯面面取り部31と、歯先面取り部32とを備える。歯底面取り部30は、端面2eと歯底面20との境界近くに設けられる。歯面面取り部31は、端面2eと歯面21との境界近くに設けられる。歯先面取り部32は、端面2eと歯先面22との境界近くに設けられる。
<Chamfer shape>
The chamfered
面取り箇所3の構成面の少なくとも一部は、平面を含むことが挙げられる。図1Bでは、面取り箇所3の構成面である歯底面取り部30、歯面面取り部31、及び歯先面取り部32がいずれも平面である場合を例示する。平面を含む面取り箇所3は、例えば製造過程で各歯2のエッジ4(図2A)を切削工具で切除することで形成できる。
At least a part of the configuration surface of the chamfered
歯底面取り部30と歯面面取り部31との間の角部、歯面面取り部31と歯先面取り部32との間の角部は、曲面26(図1(B))を含むことが挙げられる。上記角部が曲面26を含む面取り箇所3は、例えば製造過程で歯底エッジ40から歯面エッジ41に連続的に切削したり、歯面エッジ41から歯先エッジ42に連続的に切削したりすることで形成できる(エッジ4については図2A参照)。
A corner portion between the tooth flank chamfered
なお、図1Bの実線は、上記角部が隣り合う面取り部を構成する平面(例、歯底面取り部30の構成面と歯面面取り部31の構成面と)を繋ぐ稜線25を含む場合を例示する。図1Bの二点鎖線(図1Bの紙面右側に位置する歯2参照)は、上記角部が曲面26を含む場合を仮想的に示す。
The solid line in FIG. 1B does not include a
〈面取り量〉
図3を参照して、面取り量L1~L3を説明する。
図3は、焼結歯車1に備えられる歯2において、歯先面取り部32の近傍を焼結歯車1の軸方向に平行な平面で切断した状態を模式的に示す部分断面図である。以下の説明は、歯先面取り部32を例に挙げて行う。なお、歯先面取り部32の面取り量L1~L3に関する事項は、歯底面取り部30、歯面面取り部31についても同様に適用できる。
<Chamfering amount>
The chamfering amounts L1 to L3 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a state in which the vicinity of the chamfered
面取り箇所3における面取り量L1とは、面取り箇所3の構成面(図3では歯先面取り部32の構成面)において、沿面方向に沿った長さである。面取り量L2とは、面取り箇所3において、歯2の構成面(図3では歯先面22)に沿った長さである。面取り量L3とは、面取り箇所3において、端面2eに沿った長さである。
The chamfering amount L1 at the chamfered
詳しくは、面取り量L1とは、以下の交点P1と交点P2との間の距離である。面取り量L2とは、以下の交点P1と交点P3との間の距離である。面取り量L3とは、以下の交点P2と交点P3との間の距離である。
交点P1は、歯2の構成面(歯先面22)を延長した仮想面(図3では仮想面220)と面取り箇所3の構成面を延長した仮想面(図3では仮想面320)との交点である。
交点P2は、端面2eを延長した仮想面20eと上述の面取り箇所3の仮想面320との交点である。
交点P3は、上述の仮想面220と仮想面20eとの交点である。
Specifically, the chamfering amount L1 is the distance between the following intersection point P1 and intersection point P2. The chamfering amount L2 is the distance between the following intersection point P1 and intersection point P3. The chamfering amount L3 is the distance between the following intersection point P2 and intersection point P3.
The intersection point P1 is a virtual plane (
The intersection point P2 is the intersection point between the
The intersection point P3 is the intersection point between the above-described
面取り量L1~L3は、焼結歯車1の各歯2の大きさに応じて適宜選択できる。また、面取り量L2,L3のうち、小さい値を基準としたときの大きい値の比(以下、面取り比と呼ぶ)を1超としてもよい。図3では、面取り比は、面取り量L2に対する面取り量L3の比、即ちL3/L2である。更に上記面取り比を1.5以上、2以上、3以上としてもよい。基準値にもよるが、上記面取り比が大きいほど、面取り量L3が大きくなり易い。面取り量L3が大きいほど、端面2eと各歯2の構成面との境界近くの領域が欠け難い焼結歯車1にできる。製造過程で焼結前の圧粉成形体10を面取りして、面取り箇所3を形成する場合、面取り量L2,L3の比を1超にし易い。圧粉成形体10は、焼結後の焼結材に比較して切削抵抗が小さく、切削長さを長くし易いからである。面取り量L2,L3が実質的に等しくてもよい。即ち、上記面取り比を1としてもよい。
The chamfering amounts L1 to L3 can be appropriately selected according to the size of each
〈表面性状〉
焼結歯車1は、製造過程で焼結前の圧粉成形体10を面取りして、面取り箇所3を形成する場合、面取り箇所3の表面は比較的荒れている。面取りによって、圧粉成形体10を構成する粉末粒子が削り落とされることで、面取り後の加工面は、上記粉末粒子の大きさに基づく凹凸が生じ易い。このような荒れた加工面を有する圧粉成形体10を焼結することで、上記凹凸に起因して焼結歯車1の面取り箇所3の表面も荒れ易い。
<Surface texture>
When the
[焼結歯車の製造方法]
〈概要〉
図2を適宜参照して、実施形態の焼結歯車の製造方法を説明する。
上述の焼結歯車1は、例えば、以下の実施形態の焼結歯車の製造方法によって製造することが挙げられる。実施形態の焼結体の製造方法は、下記の各工程を備える。
工程S1:複数の歯2を備える歯車形状の圧粉成形体10を用意する。
工程S2:各歯2のエッジ4を面取りする。
工程S3:面取りされた圧粉成形体10(以下、加工体11と呼ぶ)を焼結する。
各歯2のエッジ4の面取りは、歯車の軸回りに回転する圧粉成形体10に対して、エッジ4を切削工具(図示せず)で切削することで行う。切削工具は、切削時に回転不可に支持される。かつ、切削工具は、弾性材によって歯2のエッジ4側に付勢される。
以下、各工程を詳細に説明する。
[Manufacturing method of sintered gear]
<overview>
A method for manufacturing a sintered gear according to the embodiment will be described with reference to FIG. 2 as appropriate.
For example, the
Step S1: A gear-shaped powder compact 10 having a plurality of
Step S2: Chamfer the
Step S3: Sinter the chamfered compacted body 10 (hereinafter referred to as the processed body 11).
The
Each step will be described in detail below.
〈工程S1〉
この工程では、歯車形状の圧粉成形体10を用意する。歯車形状の圧粉成形体10は、例えば、所定の形状の圧粉成形体にホブ加工等の歯切り加工を施して製造することが挙げられる。この場合、歯切り加工前の圧粉成形体を円筒状等の単純な形状にできる。そのため、歯切り加工前の圧粉成形体を形状精度よく、かつ寸法精度よく成形し易い。圧粉成形体の製造性に優れる点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。又は、歯車形状の圧粉成形体10を金型によって成形してもよい。
<Step S1>
In this step, a gear-shaped powder compact 10 is prepared. The gear-shaped powder compact 10 can be produced, for example, by subjecting a powder compact having a predetermined shape to gear cutting such as hobbing. In this case, the compacted body before gear cutting can be made into a simple shape such as a cylindrical shape. Therefore, it is easy to form a compacted body with good shape accuracy and high dimensional accuracy before gear cutting. The excellent manufacturability of the powder compact contributes to the improvement of the productivity of the
《圧粉成形体の作製》
圧粉成形体は、金属粉末を主体とする集合体である。詳しくは、圧粉成形体は、金属粉末の各粉末粒子が塑性変形することで互いに噛み合って一塊の状態を維持する。このような圧粉成形体は、金属粉末を主体とする原料粉末を所定の形状の金型に充填し、圧縮成形することで製造できる。圧粉成形体の製造には、一軸加圧のプレス装置といった公知のプレス装置を利用できる。上記プレス装置は、代表的には、貫通孔を有するダイと、貫通孔の上下の開口部に配置される上パンチ及び下パンチとを備える。筒状の圧粉成形体を製造する場合にはコアロッドを用いてもよい。
<<Preparation of powder compact>>
A powder compact is an aggregate mainly composed of metal powder. Specifically, in the compacted body, each powder particle of the metal powder is plastically deformed to mesh with each other to maintain a lump state. Such a compacted body can be produced by filling a raw material powder, which is mainly composed of metal powder, into a mold having a predetermined shape and compressing the compacted product. A known pressing device such as a uniaxial pressing device can be used to manufacture the powder compact. The press device typically includes a die having a through hole, and upper and lower punches arranged at upper and lower openings of the through hole. A core rod may be used when producing a cylindrical powder compact.
≪原料粉末≫
原料粉末の主成分である金属粉末の含有量は、例えば、原料粉末を100質量%として、90質量%以上とすることが挙げられる。上記金属粉末の含有量は95質量%以上、更に98質量%以上としてもよい。原料粉末における金属粉末の含有割合が高いほど、緻密な圧粉成形体を得易い。なお、ここでの金属粉末は、後述する鉄基合金に利用される非鉄元素粉であって非金属元素からなる粉末を含む。
≪Raw material powder≫
The content of the metal powder, which is the main component of the raw material powder, may be, for example, 90% by mass or more with respect to 100% by mass of the raw material powder. The content of the metal powder is 95% by mass or more, and may be 98% by mass or more. The higher the content of the metal powder in the raw material powder, the easier it is to obtain a compact powder compact. Here, the metal powder includes a powder made of a non-metal element which is a non-ferrous element powder used in an iron-based alloy described later.
原料粉末の組成は、焼結歯車1の組成に応じて調整すればよい。例えば、鉄基合金からなる焼結歯車1を製造する場合、圧粉成形体を構成する粉末は、鉄粉及び非鉄元素粉、鉄基合金粉及び非鉄元素粉、又は鉄基合金粉を含むことが挙げられる。この場合、上述のように機械的特性に優れる焼結歯車1を製造できる。鉄基合金の詳細は、上述した焼結歯車の〈組成〉の項を参照するとよい。
The composition of the raw material powder may be adjusted according to the composition of the
ここでの鉄粉は、純鉄からなる粉末である。純鉄は、代表的には、Fe及び不純物からなるものが挙げられる。純鉄における不純物の含有量は、例えば合計で1質量%以下が挙げられる。純鉄におけるCの含有量は0.02質量%以下である。非鉄元素粉は、Fe以外の金属元素からなる粉末、又は非金属元素からなる粉末である。Fe以外の金属元素は、上述のCu,Ni,Sn,Cr,Mo,Mn等が挙げられる。非金属元素は、C等が挙げられる。例えば、鉄粉と非鉄元素粉とを用いる場合、原料粉末の段階では鉄基合金ではないが、焼結によって合金化することで、鉄基合金からなる焼結歯車1を製造できる。所望の組成の鉄基合金が得られるように、鉄粉又は鉄基合金粉(以下、鉄系粉末と呼ぶ)と非鉄元素粉との配合量を調整するとよい。鉄系粉末と非鉄元素粉との配合割合(質量%)は、例えば鉄系粉末:非鉄元素粉が99以上:1以下が挙げられる。更に、鉄系粉末:非鉄元素粉を99.3以上:0.7以下、更に99.5以上:0.5以下としてもよい。
The iron powder here is a powder made of pure iron. Pure iron is typically composed of Fe and impurities. The content of impurities in pure iron is, for example, 1% by mass or less in total. The content of C in pure iron is 0.02% by mass or less. The non-ferrous element powder is a powder made of a metal element other than Fe, or a powder made of a non-metal element. Metal elements other than Fe include the aforementioned Cu, Ni, Sn, Cr, Mo, Mn, and the like. C etc. are mentioned as a nonmetallic element. For example, when iron powder and non-ferrous element powder are used, although they are not iron-based alloys at the stage of raw material powders, the
鉄基合金粉は、鉄基合金からなる粉末である。鉄基合金粉を用いる場合、原料粉末に含まれる金属粉末の組成と、焼結後の焼結歯車1の組成とは実質的に等しい。
An iron-based alloy powder is a powder made of an iron-based alloy. When iron-based alloy powder is used, the composition of the metal powder contained in the raw material powder is substantially the same as the composition of the
上述の鉄粉、非鉄金属元素からなる粉末、鉄基合金粉は、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、カルボニル法、還元法等によって製造できる。市販の粉末を用いてもよい。 The above-mentioned iron powder, powder composed of non-ferrous metal elements, and iron-based alloy powder can be produced by, for example, a water atomization method, a gas atomization method, a carbonyl method, a reduction method, or the like. A commercially available powder may be used.
上述の鉄粉、鉄基合金粉の平均粒径は、例えば10μm以上200μm以下が挙げられる。上記平均粒径が10μm以上200μm以下であれば、粉末を取り扱い易く、加圧成形し易い。また、上記平均粒径が10μm以上であれば、原料粉末が良好な流動性を有して、原料粉末を金型に充填し易い。上記平均粒径が200μm以下であれば、焼結性に優れ、緻密な焼結歯車1を得易い。上記平均粒径がより小さければ、上述の表面荒れを小さくし易い。成形性、緻密性、表面性状の向上等を望む場合には、上記平均粒径を40μm以上150μm以下としてもよい。複数種の粉末を用いる場合、各粉末の平均粒径は等しくてもよいし、異なってもよい。ここでの平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置によって測定した体積粒度分布における累積体積が50%となる粒径(D50)とする。
The average particle size of the above iron powder and iron-based alloy powder is, for example, 10 μm or more and 200 μm or less. When the average particle diameter is 10 μm or more and 200 μm or less, the powder is easy to handle and pressure-molded. Further, when the average particle size is 10 μm or more, the raw material powder has good fluidity and is easily filled into a mold. If the average grain size is 200 μm or less, the
緻密な圧粉成形体(例、後述する全体の平均相対密度が93%以上)を製造する場合には、上述のように原料粉末における金属粉末の含有割合が高いほど好ましい。そのため、原料粉末は、例えば実質的に金属粉末のみとしてもよい。又は、緻密な圧粉成形体が得られる範囲で潤滑剤及び有機バインダーの少なくとも一方を含んでもよい。潤滑剤を含むと、金型の焼き付き等を防止できる。潤滑剤の含有量は、原料粉末を100質量%として、0.2質量%以下が好ましい。有機バインダーを含むと、成形時に圧粉成形体の欠けや亀裂の発生を抑制し易い。潤滑剤や有機バインダーは公知のものが利用できる(特許文献1の明細書[0040],[0041]参照)。 In the case of producing a dense powder compact (for example, having an average relative density of 93% or higher, which will be described later), it is preferable that the metal powder content in the raw material powder is as high as described above. Therefore, the raw material powder may be, for example, substantially only metal powder. Alternatively, at least one of a lubricant and an organic binder may be included as long as a dense powder compact can be obtained. When the lubricant is included, it is possible to prevent seizure of the mold and the like. The content of the lubricant is preferably 0.2% by mass or less based on 100% by mass of the raw material powder. When the organic binder is included, it is easy to suppress the occurrence of chipping and cracking in the compact during molding. Known lubricants and organic binders can be used (see specifications [0040] and [0041] of Patent Document 1).
≪成形条件≫
圧粉成形体を成形する金型は、所定の形状、大きさの圧粉成形体を成形可能なものを適宜選択するとよい。
≪Molding conditions≫
As the mold for molding the powder compact, it is preferable to appropriately select a mold capable of molding a powder compact having a predetermined shape and size.
成形時の加圧圧力は、例えば600MPa以上が挙げられる。上記加圧圧力が600MPa以上であれば、圧粉成形体を緻密にし易い。上記加圧圧力が高いほど圧粉成形体を緻密化し易い。そのため、上記加圧圧力は、1000MPa以上、更に1500MPa以上が好ましい。上記加圧圧力の上限は特に設けないが、3000MPa以下であれば金型の破損等を防止し易い。 The pressure applied during molding is, for example, 600 MPa or higher. If the pressurizing pressure is 600 MPa or more, it is easy to make the powder compact compact. The higher the pressure, the easier it is to densify the powder compact. Therefore, the pressurization pressure is preferably 1000 MPa or more, more preferably 1500 MPa or more. Although there is no particular upper limit for the pressurizing pressure, if it is 3000 MPa or less, it is easy to prevent damage to the mold.
金型の内周面(上述のダイの内周面やパンチの押圧面)に潤滑剤を塗布することが好ましい。金型に潤滑剤を塗布することで、原料粉末に上述の潤滑剤を含まない場合でも、金型の焼き付き等を防止できつつ、原料粉末における金属粉末の含有割合を高められる。この潤滑剤には公知のものが利用できる(特許文献1の明細書[0044]参照)。 It is preferable to apply a lubricant to the inner peripheral surface of the mold (the inner peripheral surface of the die and the pressing surface of the punch described above). By applying a lubricant to the mold, even if the raw material powder does not contain the above-described lubricant, it is possible to prevent seizure of the mold and increase the content of the metal powder in the raw material powder. A known lubricant can be used (see specification [0044] of Patent Document 1).
≪圧粉成形体の相対密度≫
圧粉成形体の全体の平均相対密度は93%以上であることが好ましい。上記全体の平均相対密度が93%以上という緻密な圧粉成形体は、機械的強度に優れる。そのため、後述する面取り加工時、更に歯切り加工やその他の切削加工を行う場合にはこれらの切削加工時に、圧粉成形体に欠けや亀裂等が生じ難い。つまり、面取り加工等の切削加工を適切に行えて、不良品の発生を低減できる。歩留りの向上によって、焼結歯車1の生産性を向上できる。また、緻密な圧粉成形体を用いることで、緻密な焼結歯車1を製造できる。緻密な焼結歯車1は、上述のように機械的特性に優れて好ましい。
≪Relative Density of Compacted Body≫
The average relative density of the entire powder compact is preferably 93% or more. The dense green body having an average relative density of 93% or more as a whole has excellent mechanical strength. Therefore, chipping, cracking, and the like are less likely to occur in the powder compact during chamfering, which will be described later, and also during gear cutting and other cutting processes. That is, cutting such as chamfering can be performed appropriately, and the occurrence of defective products can be reduced. The productivity of the
圧粉成形体の全体の平均相対密度が高いほど、機械的強度に優れて好ましい。従って、上記全体の平均相対密度は、95%以上、更に96%以上、97%以上が好ましい。上記全体の平均相対密度を高めるには、原料粉末における金属粉末の含有割合を高めたり、成形圧力を大きくしたり、金属粉末を微粗混合にしたり、粒径が大きい粉末を用いたりすることが挙げられる。 The higher the average relative density of the entire green compact, the better the mechanical strength, which is preferable. Therefore, the overall average relative density is preferably 95% or more, more preferably 96% or more, or 97% or more. In order to increase the overall average relative density, it is possible to increase the content of the metal powder in the raw material powder, increase the molding pressure, finely and coarsely mix the metal powder, or use a powder with a large particle size. mentioned.
圧粉成形体の全体の平均相対密度は、基本的には、上述の焼結歯車1の全体の平均相対密度と同様にして求める。圧粉成形体から採取する断面の位置は、成形時の加圧方向の中央近傍、一方の端面2e近傍、及び他方の端面2eの近傍が挙げられる。歯車形状の圧粉成形体10については、歯2及び歯2以外の領域について、上述の三つの位置で断面を採取するとよい。上記断面は、上記加圧方向に交差する平面、代表的には直交する平面で切断して採取する。その他、焼結歯車1における全体の平均相対密度の求め方を参照すればよく、詳細な説明は省略する。
The average relative density of the entire compacted body is basically obtained in the same manner as the average relative density of the
≪歯切り加工≫
歯切り加工を行って歯車形状の圧粉成形体10を製造する場合、歯切り加工には公知の歯切り工具を利用できる。代表的な歯切り工具は、ホブ、ブローチ、ピニオンカッタ等が挙げられる。マシニングセンタを用いて歯切り加工を行ってもよい。
≪Gear cutting≫
When gear-cutting is performed to produce the gear-shaped powder compact 10, a known gear-cutting tool can be used for the gear-cutting. Typical gear cutting tools include hobs, broaches, pinion cutters, and the like. Gear cutting may be performed using a machining center.
歯切り加工に供する前に、以下の溶液を圧粉成形体の表面に塗布してもよい。又は以下の溶液に圧粉成形体の表面を浸漬してもよい。上記溶液は、有機バインダーを溶かした揮発性溶液、可塑性溶液等が挙げられる。圧粉成形体の表面に上記溶液が塗布される又は浸漬されることで、歯切り加工時に圧粉成形体の表層の欠けや亀裂を抑制できる。場合によっては、次の面取り加工時にも欠けや亀裂を抑制できることが期待される。そのため、上記溶剤の塗布又は上記溶剤への浸漬は、欠けや亀裂による不良品の低減に寄与して、歩留りを高められる。上記溶剤の塗布又は上記溶剤への浸漬は、面取り加工前や、歯切り加工及び面取り加工以外の切削加工前に行ってもよい。 The following solution may be applied to the surface of the green compact before subjecting it to gear cutting. Alternatively, the surface of the green compact may be immersed in the following solutions. Examples of the solution include a volatile solution in which an organic binder is dissolved, a plastic solution, and the like. By coating or immersing the surface of the green compact with the solution, chipping and cracking of the surface layer of the green compact can be suppressed during gear cutting. In some cases, it is expected that chipping and cracking can be suppressed during the next chamfering process. Therefore, the application of the solvent or the immersion in the solvent contributes to the reduction of defective products due to chipping and cracking, thereby increasing the yield. The application of the solvent or the immersion in the solvent may be performed before chamfering or before cutting other than gear cutting and chamfering.
上述の歯切り加工の他、後述の面取り加工前の圧粉成形体に対して、その他の切削加工を施してもよい。この切削加工は、転削加工、旋削加工のいずれでもよい。複数種の加工を自動的に行えるマシニングセンタを用いてもよい。具体的な加工として、例えば穴あけ加工等が挙げられる。 In addition to the gear cutting described above, other cutting processes may be applied to the powder compact before chamfering, which will be described later. This cutting may be either milling or turning. A machining center that can automatically perform multiple types of machining may be used. As a specific processing, for example, drilling processing and the like can be mentioned.
なお、上述の歯切り加工、後述の面取り加工、その他の切削加工による加工量は、焼結後の焼結材の寸法を測定し、この実測値をフィードバックさせて調整してもよい。実測値に即して上記加工量を調整することで、焼結後の焼結材の寸法と設定寸法との差を小さくし易い。その結果、焼結後の仕上げ加工等の加工時間を短縮し易い。この点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。
The above-mentioned gear cutting, chamfering, and other machining amounts may be adjusted by measuring the dimensions of the sintered material after sintering and feeding back the measured values. By adjusting the amount of processing according to actual measurements, it is easy to reduce the difference between the dimensions of the sintered material after sintering and the set dimensions. As a result, it is easy to shorten processing time such as finishing after sintering. This point contributes to improvement in productivity of the
上述の歯切り加工、後述の面取り加工、その他の切削加工によって生じた加工屑は、原料粉末に再利用するとよい。ここで、圧粉成形体を被削材とする場合、切削加工によって生じる加工屑は、主として、圧粉成形体を構成する粉末粒子が分離されてできた粉末状のものである。このような加工屑は、再溶解及び再固化することなく、そのままの状態で原料粉末に再利用できる。粉末粒子が固まった粒塊がある場合には、粒塊を適宜解砕してもよい。また、切削時に欠けや亀裂が生じた圧粉成形体も、適宜解砕して粉末化すれば、原料粉末に再利用できる。このように圧粉成形体を被削材とする場合には、焼結材を被削材とする場合に比較して、加工屑や不良品を再利用し易い。この点は、材料コストの低減に寄与する。また、加工屑が粉末状であるため、エアブロー等を利用して圧粉成形体から加工屑を容易に除去できる。更に、エアブローで加工屑を除去すれば、加工屑の除去時に圧粉成形体を損傷し難い。損傷による不良品の発生を低減でき、歩留りを高め易い点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。
Processing scraps generated by the above-mentioned gear cutting, the below-described chamfering, and other cutting processes may be reused as the raw material powder. Here, when a compacted body is used as a work material, the processing waste generated by cutting is mainly powdery particles formed by separating the powder particles that constitute the compacted body. Such processing waste can be reused as raw material powder as it is without being re-dissolved and re-solidified. If there are agglomerates of solidified powder particles, the agglomerates may be appropriately pulverized. In addition, the compacted body that has chipped or cracked during cutting can be reused as the raw material powder if it is suitably pulverized and pulverized. When the compacted body is used as the work material in this way, it is easier to reuse processing scraps and defective products than when a sintered material is used as the work material. This point contributes to a reduction in material costs. Further, since the processing waste is in the form of powder, the processing waste can be easily removed from the compact by using an air blower or the like. Furthermore, if the processing waste is removed by an air blow, the powder compact is less likely to be damaged when the processing waste is removed. The fact that the occurrence of defective products due to damage can be reduced and the yield can be easily increased contributes to the improvement of the productivity of the
〈工程S2〉
この工程では、歯車形状の圧粉成形体10(図2A)に備えられる各歯2のエッジ4に対して切削加工によって面取りして、加工体11(図2B)を作製する。各歯2のエッジ4は、代表的には、歯底エッジ40、一対の歯面エッジ41(41R,41L)、歯先エッジ42を有する。歯底エッジ40は、圧粉成形体10の端面2eと歯底面20とがつくる稜線である。各歯面エッジ41は、上記端面2eと各歯面21とがつくる稜線である。歯先エッジ42は、上記端面2eと歯先面22とがつくる稜線である。
<Step S2>
In this step, the
《加工体》
加工体11は、上述の焼結歯車1の形状に概ね等しい。この例の加工体11は、上述の焼結歯車1と同様にはす歯外歯車であり、一対の端面2eと、外周側に設けられる複数の歯2とを備える。また、この加工体11は、各歯2の構成面(歯底面20、歯面21、歯先面22)と端面2eとの境界近くに面取り箇所3を備える。面取り箇所3は、歯底面取り部30と、歯面面取り部31と、歯先面取り部32とを備える。
《Working body》
The
加工体11の全体の平均相対密度は、面取り前の圧粉成形体10の全体の平均相対密度を実質的に維持する。加工体11の全体の平均相対密度が93%以上と緻密であれば、上述のように焼結後も緻密な焼結歯車1にできる。また、加工体11がこのように緻密であれば、焼結時の収縮が均一的になり易い。そのため、加工体11の形状及び寸法と焼結歯車1の形状及び寸法との差を小さくし易い。その結果、焼結後の仕上げ加工等の加工時間を短縮し易い。この点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。
The overall average relative density of the
《面取り条件》
エッジ4の面取り条件は、焼結後の焼結材と比較して脆弱である圧粉成形体10に、欠けや亀裂等が生じない条件が望まれる。このような条件として、以下を満たすことが挙げられる。
(1)歯車形状の圧粉成形体10を歯車の軸回りに回転させた状態で、各歯2のエッジ4を切削工具で切削する。
(2)切削工具を、切削時に回転不可に支持する。
(3)切削工具を、弾性材によって圧粉成形体10のエッジ4側に付勢した状態で支持する。
《Chamfering conditions》
As for the chamfering condition of the
(1) Cutting the
(2) The cutting tool is non-rotatably supported during cutting.
(3) The cutting tool is supported while being biased toward the
上述の切削工具を特定の支持状態とすることで、以下の作用効果を奏する。
(1-1)各歯2のエッジ4を切削するため、各歯2のエッジ4を押し潰して塑性変形させる場合に比較して、圧粉成形体10に欠け等の不良が生じ難い。
By setting the above-described cutting tool in a specific supporting state, the following effects are obtained.
(1-1) Since the
(2-1)切削工具を回転不可に支持し、ワークを回転させる。ワークの回転速度(回転数)は例えば200rpm以下と小さくできる。そのため、ワークの回転機構として、容量が大きな駆動機構(例、モータ)が不要である。この点で、面取り装置に関するコストを低減できる。 (2-1) The cutting tool is supported so as not to rotate, and the workpiece is rotated. The rotation speed (number of rotations) of the work can be reduced to, for example, 200 rpm or less. Therefore, a drive mechanism (for example, a motor) with a large capacity is not required as a work rotation mechanism. In this respect, the costs associated with the chamfering device can be reduced.
(3-1)切削工具は、弾性材(例、圧縮コイルばね)によって圧粉成形体10のエッジ4側に付勢されることで、弾性材の弾性変形の範囲で変位可能である。そのため、歯底エッジ40から歯面エッジ41を経て歯先エッジ42に至るエッジ4の凹凸に沿って切削工具を追従させられる。また、圧粉成形体10を歯車の軸回りに回転させると、歯2のエッジ4に当接する切削工具の切刃は、歯2に押圧されるものの、上述の付勢力によって変位することでエッジ4に接した状態を維持できる。その結果、上記切刃は、圧粉成形体10の回転に伴って歯2のエッジ4に沿って変位しながら、エッジ4を切削できる。即ち、上記切刃は、圧粉成形体10の回転に伴う歯2の移動に自動的に追従して、エッジ4を面取りできる。
(3-1) The cutting tool is biased toward the
切削工具の切刃を歯2Aのエッジ4、例えば歯底エッジ40に接して配置した状態を例に挙げて、面取り動作を詳しく説明する。この配置状態で、圧粉成形体10が図2(A)の黒矢印の方向(時計回り)に回転すると、上記切刃は、代表的には歯2Aの歯底エッジ40から歯面エッジ41Rを経て歯先エッジ42に至って切削できる。圧粉成形体10が更に回転すると、上記切刃は、歯2Aの歯先エッジ42から離れる。しかし、圧粉成形体10の回転に伴って、上記切刃は、歯2Aに対して回転方向の後方に隣り合う歯2Bとの間の歯底エッジ40に配置され、歯2Bのエッジ4を切削する。従って、各歯2のエッジ4を順に切削できる。
The chamfering operation will be described in detail by taking as an example the state in which the cutting edge of the cutting tool is arranged in contact with the
また、切削工具を弾性材の弾性変形の範囲で変位させる。そのため、圧粉成形体の回転速度をある程度速めても、歯2のエッジ4に欠け等が生じたり、局所的に削り過ぎたりすることを防止できる。そのため、各歯2のエッジ4を良好に面取りできつつ、回転速度を速められる。結果として面取り時の加工速度を速められる。加工速度の高速化の点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。更に、弾性材によって切削工具を変位可能に支持すれば、各歯2のエッジ4に沿って追従させるための切削工具の駆動機構(例、モータ)も不要である。
Also, the cutting tool is displaced within the range of elastic deformation of the elastic material. Therefore, even if the rotational speed of the powder compact is increased to some extent, it is possible to prevent the
≪切削工具≫
上述の条件を満たす切削装置として、例えば、特許文献2~4に記載の装置を利用できる。この装置は、切刃を有する切削ツール(切削工具の一例)と、切削ツールを保持するホルダと、ワークである歯車をその軸回りに回転可能に保持する治具とを備える。切削ツールは、シャフト部と、シャフト部の先端に設けられた切刃とを備える棒状体である。切刃は、主として歯面エッジ41を切削する第一切刃と、主として歯底エッジ40を切削する第二切刃とを連続して備える。ホルダは、シャフト部の軸回りの回転不可にシャフト部を支持する。また、ホルダは、圧縮コイルばね(弾性材の一例)によって、シャフト部の軸方向に沿って切刃を歯車側に付勢した状態で支持する。
≪Cutting tool≫
For example, the devices described in
特許文献2,3の装置に備えられる切削ツールは、シャフト部の軸を中心として対称形状である。シャフト部の先端はT字状である。T字の縦棒がシャフトの軸に対応し、縦棒の先端から左右に延びる各横片に切刃を備える。また、この装置に備えられるホルダは、切削ツールを、歯車の回転軸に対して一定の角度に傾けた状態で支持する。
The cutting tools provided in the devices of
特許文献4の装置に備えられる切削ツールの先端部は、円錐状である。円錐の頂点近くがC字状に湾曲しており、この湾曲箇所を切刃とする。
The cutting tool provided in the device of
≪面取り方法≫
各歯2のエッジ4の面取りは、例えば、歯車形状の圧粉成形体10の一方の端面2e側のエッジ4について面取りした後、他方の端面2e側のエッジ4について面取りすることが挙げられる。また、各端面2e側のエッジ4の面取りは、例えば、各歯2のエッジ4において、歯底エッジ40、歯面エッジ41、歯先エッジ42の面取りをそれぞれ分けて行ってもよいが、連続して行うと、面取り時間を短縮し易い。面取り時間の短縮は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。
≪Chamfering method≫
The
ここで、圧粉成形体10が一方向、例えば図2Aの黒矢印の方向に回転した際、各歯2のエッジ4における回転方向の前方に位置する領域を第一の領域4Rとし、回転方向の後方に位置する領域を第二の領域4Lとする。図2Aでは、二点鎖線のハッチングを付して、歯2Aについて第一の領域4Rを仮想的に示す。また、二点鎖線のクロスハッチングを付して、第二の領域4Lを仮想的に示す。なお、図2Aでは両領域4R,4Lの境界を模式的に直線で示す。
Here, when the
圧粉成形体10が一方向、例えば図2Aの黒矢印の方向(時計回り)に回転する場合に、各歯2の第一の領域4Rの面取りを連続して行えば、効率的である。同様に、圧粉成形体10が逆方向(反時計回り)に回転する場合に、各歯2の第二の領域4Lの面取りを連続して行えば、効率的である。このような面取り方法の一例として、各歯2のエッジ4の面取りは、各歯2について、圧粉成形体10の回転方向の前方に位置する歯底エッジ40、歯面エッジ41、歯先エッジ42を順に連続して切削する処理(以下、連続処理と呼ぶことがある)を含むことが挙げられる。この面取り方法では、例えば圧粉成形体10が一方向(ここでは時計回り)に回転すれば、例えば歯2Aの歯底エッジ40、歯面エッジ41R、歯先エッジ42を順に面取りした後に、歯2Aに隣り合う別の歯2Bの歯底エッジ40、歯面エッジ41R、歯先エッジ42を順に面取りできる。
It is efficient to continuously chamfer the
更に、上述の第一の領域4Rの面取りと、第二の領域4Lの面取りとを連続して行うと、より効率的である。このような面取り方法の一例として、各歯2のエッジ4の面取りは、圧粉成形体10を一方向に回転させて上述の連続処理を行った後、圧粉成形体10を逆方向に回転させて上記連続処理を行うことが挙げられる。
Furthermore, it is more efficient to continuously perform the chamfering of the
上述の面取り方法では、例えば各歯2のエッジ4における第一の領域4Rの面取りから、第二の領域4Lの面取りに移行する際に、圧粉成形体10の回転方向を正逆反転させることで、両領域4R,4Lの面取りを連続して行う。そのため、第一の領域4Rの面取りと第二の領域4Lの面取りとの間で圧粉成形体10の配置の変更が不要である。圧粉成形体10の付替時間を省略できる点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。上述の面取り方法では、例えば圧粉成形体10を一方向に回転させた状態では、歯底エッジ40、歯面エッジ41R、歯先エッジ42を順に切削し、逆方向に回転させた状態では、歯底エッジ40、歯面エッジ41L、歯先エッジ42を順に切削するとよい。
In the chamfering method described above, for example, when shifting from the chamfering of the
各歯2のエッジ4における第一の領域4Rの面取りは、圧粉成形体10を一方向に一回転すれば行える。また、各歯2のエッジ4における第二の領域4Lの面取りは、圧粉成形体10を逆方向に一回転すれば行える。各回転方向の回転回数は一回でもよいが、複数回とすると、各歯2のエッジ4をより確実に面取りできる。回転回数を複数回とする場合、一方向の回転を複数回行ってから、逆方向の回転を複数回行うと、回転方向の変更回数が1回でよい。その結果、回転方向の変更に伴う時間を短くし易い。この点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。なお、回転回数が多過ぎると、面取り時間の増大を招く。そのため、一つの方向の回転回数は3回以下程度(正逆回転で合計6回以下)が好ましい。
Chamfering of the
上述の面取り方法では、上述の第一の領域4Rの面取りと第二の領域4Lの面取りとにおいて、歯先エッジ42や歯底エッジ40を重複して切削することを許容する。被削材が圧粉成形体10であるため、重複して切削しても、歯先エッジ42及びその近傍や歯底エッジ40及びその近傍にバリが実質的に生じない。従って、歯先エッジ42や歯底エッジ40の重複切削に伴うバリの除去工程を削減できる。このように工程数を低減できる点は、焼結歯車1の生産性の向上に寄与する。なお、上述の重複切削によって、歯先エッジ42や歯底エッジ40に加工屑が生じ得る。この加工屑は、上述のように粉末状であるため、エアブロー等で容易に除去できる。更に、エアブローを利用すれば、加工屑の除去時に面取り後の加工面の損傷も防止できる。
In the chamfering method described above, the
≪切削条件≫
切削工具の構成材料は、例えば、超硬合金等が挙げられる。
面取り加工の切削条件は、例えば、ワークの回転速度が10rpm以上200rpm以下、更に150rpm以下、切込み速度が0.1mm/rev.以上2.5mm/rev.以下が挙げられる。
≪Cutting conditions≫
Examples of the constituent material of the cutting tool include cemented carbide.
The cutting conditions for the chamfering are, for example, a workpiece rotational speed of 10 rpm or more and 200 rpm or less, further 150 rpm or less, and a cutting speed of 0.1 mm/rev. 2.5 mm/rev. These include:
《その他の面取り加工》
歯車形状の圧粉成形体10において、各歯2のエッジ4以外の箇所についても、面取りしてもよい。例えば、圧粉成形体10の貫通孔2hの内周エッジ4h(図1A参照)を面取りすることが挙げられる。内周エッジ4hの面取り加工は、各歯2のエッジ4の面取り工程で同時に行ってもよいし、エッジ4の面取り工程の前又は後に行ってもよい。
《Other chamfering》
In the gear-shaped powder compact 10, portions other than the
〈工程S3〉
この工程では、面取りされた圧粉成形体10(加工体11)を焼結する。加工体11を焼結することで、各歯2に面取り箇所3を備える焼結歯車1が得られる。
<Step S3>
In this step, the chamfered green compact 10 (processed body 11) is sintered. By sintering the
加工体11の焼結条件は、原料粉末の組成に応じて適宜調整するとよい。公知の焼結条件を参照できる。例えば、鉄基合金からなる焼結歯車1を製造する場合には、以下の焼結条件が挙げられる。
焼結温度は、1000℃以上1400℃以下が挙げられる。更に、焼結温度を1100℃以上1300℃以下としてもよい。
焼結時間は、10分以上150分以下が挙げられる。更に、焼結時間を15分以上60分以下としてもよい。
The sintering conditions for the processed
The sintering temperature is 1000° C. or higher and 1400° C. or lower. Furthermore, the sintering temperature may be 1100° C. or higher and 1300° C. or lower.
Sintering time is 10 minutes or more and 150 minutes or less. Furthermore, the sintering time may be 15 minutes or more and 60 minutes or less.
〈その他の工程〉
その他の工程として、例えば、焼結後の焼結材に浸炭処理を施す工程、浸炭処理後に仕上げ加工を行う工程等が挙げられる。浸炭処理の条件や仕上げ加工の条件等は公知の条件を参照できる。
<Other processes>
Other steps include, for example, a step of carburizing the sintered material after sintering, and a step of finishing after carburizing. Known conditions can be referred to for carburizing treatment conditions, finishing conditions, and the like.
〈主要な効果〉
実施形態の焼結歯車の製造方法は、焼結歯車1を生産性よく製造できる。主な理由は以下の通りである。
(a)面取りに用いる切削工具を上述の特定の支持状態とする。そのため、切削工具の切刃は、回転する圧粉成形体10の各歯2のエッジ4に自動的に追従できる。更に、圧粉成形体10の回転速度をある程度速めても、圧粉成形体10に欠け等が生じ難く、各歯2のエッジ4を良好に面取りできる。加工速度を速められることで、加工サイクル時間を短くできる(後述の試験例1参照)。いわば、高速の倣い加工を行える。
(b)焼結後に浸炭処理を行う場合に、代表的には焼結工程と浸炭工程とを連続して行える。そのため、熱処理炉への素材の入替、素材の再配列等を不要にできる。この入替時間を省略できることで、製造時間を短くできる。
<Main effect>
The sintered gear manufacturing method of the embodiment can manufacture the
(a) The cutting tool used for chamfering is placed in the specific support state described above. Therefore, the cutting edge of the cutting tool can automatically follow the
(b) When the carburizing process is performed after sintering, typically the sintering process and the carburizing process can be performed continuously. Therefore, replacement of the materials in the heat treatment furnace, rearrangement of the materials, and the like can be eliminated. By omitting this replacement time, the manufacturing time can be shortened.
(c)バリが実質的に生じない。従って、バリの除去時間を不要にできる。
(d)加工屑が主として粉末状であるため、エアブロー等によって容易に除去できる。従って、加工屑の除去時間を短くし易い。
(e)被削材である圧粉成形体10の切削抵抗が溶製材や焼結材に比較して低いことで、切削工具を長寿命にし易い。そのため、大量の焼結歯車1を連続して製造する場合には、切削工具の交換頻度を低くできる。従って、連続生産時における切削工具の交換時間を短くし易い。
(f)焼結前の圧粉成形体10は焼結材よりも切削加工性に優れる。そのため、歯切り加工等の加工速度も速められる。従って、切削時の加工時間を短くし易い。
上述の面取りを含めた切削加工の被削材を焼結前の圧粉成形体10とすれば、焼結歯車1をより生産性よく製造できる。
(c) Substantial burrs do not occur. Therefore, the burr removal time can be eliminated.
(d) Since the processing waste is mainly in the form of powder, it can be easily removed by an air blow or the like. Therefore, it is easy to shorten the time for removing processing waste.
(e) The cutting resistance of the
(f) The compacted
If the compacted
[試験例1]
以下の焼結歯車を作製し、各歯のエッジを面取りするときの加工サイクル時間を調べた。
[Test Example 1]
The following sintered gears were produced and the machining cycle time for chamfering the edges of each tooth was investigated.
ここでは、焼結歯車として、鉄基合金からなるはす歯外歯車を作製した。歯車の仕様は以下の通りである。
〈焼結歯車〉
外径:φ45mm、内径:φ20mm、厚さ20mm
モジュール:1.4
ねじれ角:15.8°
密度:7.71g/cm3
全体の平均相対密度:99.5%
Here, a helical external gear made of an iron-based alloy was produced as a sintered gear. The gear specifications are as follows.
<Sintered gear>
Outer diameter: φ45mm, inner diameter: φ20mm, thickness 20mm
Module: 1.4
Torsion angle: 15.8°
Density: 7.71g/ cm3
Overall average relative density: 99.5%
上記焼結歯車は、以下のように作製した。
原料粉末として、鉄系粉末とカーボン粉末との混合粉末を用意した。鉄系粉末の組成は、Fe-1.9Ni-0.2Mn-0.55Mo(添加元素の含有量:質量%)である。鉄系粉末の平均粒径は42μmである。カーボン粉末の平均粒径は8μmである。鉄系粉末とカーボン粉末との配合割合(質量比)は99.6:0.4である。上記混合粉末を用いて、一軸プレス装置によって、円筒状の圧粉成形体を作製した。成形圧力は、2000MPaである。圧粉成形体の密度は7.71g/cm3である。また、圧粉成形体の全体の平均相対密度は99.5%であり、93%以上である。なお、焼結歯車の全体の平均相対密度、及び圧粉成形体の全体の平均密度は、上述の〈相対密度〉の項で説明したように、三つの位置で断面をとり、各断面から10個以上の観察視野をとり、各観察視野を画像解析し、この処理像を用いて求める。各観察視野の大きさは、500μm×600μm=300000μm2とする。詳細は、上述の〈相対密度〉の項を参照するとよい。
The sintered gear was produced as follows.
A mixed powder of an iron-based powder and a carbon powder was prepared as a raw material powder. The composition of the iron-based powder is Fe-1.9Ni-0.2Mn-0.55Mo (additional element content: mass %). The average particle size of the iron-based powder is 42 μm. The average particle size of carbon powder is 8 μm. The mixing ratio (mass ratio) of the iron-based powder and the carbon powder was 99.6:0.4. Using the mixed powder, a cylindrical compact was produced by a uniaxial press. Molding pressure is 2000 MPa. The density of the green compact is 7.71 g/cm 3 . Moreover, the average relative density of the entire green compact is 99.5%, which is 93% or more. In addition, the average relative density of the entire sintered gear and the average density of the entire compacted compact were obtained by taking cross sections at three positions and measuring 10 At least one observation field of view is taken, image analysis is performed on each observation field of view, and this processed image is used to obtain the value. The size of each observation field is 500 μm×600 μm=300000 μm 2 . For details, refer to the above-mentioned <Relative Density> section.
上述の円筒状の圧粉成形体に歯切り加工を施して、歯車形状の圧粉成形体を作製した。歯切り加工には、公知のホブ盤を利用した。この歯切り加工によって、圧粉成形体に欠けや亀裂等が生じなかった。なお、加工屑は、粉末状であった。 A gear-shaped powder compact was produced by subjecting the above cylindrical compact to gear cutting. A known hobbing machine was used for gear cutting. This gear cutting process did not cause chipping or cracking in the powder compact. In addition, the processing waste was powdery.
上述の歯車形状の圧粉成形体について、各歯のエッジを面取りした。この面取りは、以下のように行った。上記圧粉成形体を歯車の軸回りに回転させる。この回転する圧粉成形体のエッジを切削工具で切削する。切削工具は、切削時に回転不可に支持する。かつ、切削工具は、弾性材によって、上記圧粉成形体の歯のエッジ側に付勢するように支持する。切削工具は、超硬合金からなるものを用いた。 The edges of each tooth were chamfered for the gear-shaped powder compact described above. This chamfering was performed as follows. The powder compact is rotated around the axis of the gear. A cutting tool is used to cut the edge of the rotating powder compact. The cutting tool is non-rotatably supported during cutting. In addition, the cutting tool is supported by an elastic material so as to be biased toward the tooth edge side of the powder compact. A cutting tool made of cemented carbide was used.
この試験では、上記圧粉成形体の一方の端面について各歯のエッジの面取りを行った後、他方の端面について各歯のエッジの面取りを行った。各端面についての面取りは、圧粉成形体を一方向に回転させて、以下の連続処理を行った後に、圧粉成形体を逆方向に回転させて連続処理を行った。上記連続処理とは、各歯について圧粉成形体の回転方向の前方に位置する歯底エッジ、歯面エッジ、歯先エッジを順に連続して切削する処理である。ここでは、一方向の回転を2回連続して行った後、逆方向の回転を2回連続して行った。また、圧粉成形体の回転速度は、100rpmとした。切込み速度は、1.0mm/rev.とした。 In this test, the edge of each tooth was chamfered on one end face of the powder compact, and then the edge of each tooth was chamfered on the other end face. Each end face was chamfered by rotating the powder compact in one direction and performing the following continuous treatment, and then rotating the powder compact in the opposite direction to perform continuous treatment. The above-mentioned continuous processing is a processing in which the root edge, the tooth surface edge, and the tooth top edge, which are located forward in the rotational direction of the powder compact, are continuously cut in order for each tooth. Here, rotation in one direction was performed twice in succession, and then rotation in the opposite direction was performed two times in succession. Moreover, the rotation speed of the powder compact was set to 100 rpm. The cutting speed was 1.0 mm/rev. and
以上のようにして、上記圧粉成形体の両端面についての面取りを行った。この両端面の面取りの開始から終了までの時間を加工サイクル時間として測定した。上記加工サイクル時間には、一方の端面についての面取りから他方の端面についての面取りを行う際に圧粉成形体の表裏を代えて、装置に付け替える時間を含む。 As described above, the chamfering was performed on both end surfaces of the powder compact. The time from the start to the end of the chamfering of both end faces was measured as the machining cycle time. The processing cycle time includes the time for changing the front and back of the powder compact and mounting it to the apparatus when performing the chamfering of one end face and the chamfering of the other end face.
試験の結果、加工サイクル時間は20秒であり、非常に短かった。この試験では、歯底エッジ、歯面エッジ、歯先エッジを順に連続して面取りしたことからも、加工サイクル時間を短くできたと考えられる。また、面取り加工によって、圧粉成形体に欠けや亀裂等が生じなかった。詳しくは、圧粉成形体の各歯において、面取り後の加工面、歯底面、歯面、及び歯先面における上記加工面の近傍のいずれも、欠けや亀裂等が生じなかった。面取り後の圧粉成形体について、各面取り部の面取り量L3(図3参照)を測定した。その結果、歯底面取り部の面取り量L3は0.2mm、歯面面取り部の面取り量L3は0.3mm、歯先面取り部の面取り量L3は0.5mmであった。 As a result of the test, the processing cycle time was 20 seconds, which was very short. In this test, the tooth root edge, tooth flank edge, and tooth tip edge were chamfered in order, and it is considered that the machining cycle time could be shortened. In addition, the chamfering process did not cause chipping or cracking in the powder compact. Specifically, in each tooth of the powder compact, chipping, cracking, or the like did not occur on any of the machined surface, tooth bottom surface, tooth surface after chamfering, and the vicinity of the machined surface on the tooth top surface. The chamfering amount L3 (see FIG. 3) of each chamfered portion was measured for the green compact after chamfering. As a result, the chamfering amount L3 of the tooth bottom chamfered portion was 0.2 mm, the chamfering amount L3 of the tooth chamfered portion was 0.3 mm, and the chamfering amount L3 of the tooth top chamfered portion was 0.5 mm.
面取りした圧粉成形体を焼結した。焼結条件は、焼結温度:1150℃、焼結時間:20分である。焼結後に得られた焼結歯車は、各歯のエッジ近くに面取り箇所を有していた。焼結歯車の面取り箇所は、上述の圧粉成形体における面取り箇所を実質的に維持していた。 The chamfered compact was sintered. The sintering conditions are sintering temperature: 1150° C. and sintering time: 20 minutes. The sintered gear obtained after sintering had chamfers near the edges of each tooth. The chamfered portions of the sintered gear substantially maintained the chamfered portions of the powder compact described above.
本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、試験例1において、焼結歯車(原料粉末)の組成、焼結歯車の仕様、各歯のエッジの面取り条件等を適宜変更できる。
The present invention is not limited to these examples, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalents of the scope of the claims.
For example, in Test Example 1, the composition of the sintered gear (raw material powder), the specifications of the sintered gear, the conditions for chamfering the edges of each tooth, etc. can be changed as appropriate.
1 焼結歯車
10 圧粉成形体、11 加工体
2,2A,2B 歯、2e 端面、2h 貫通孔
20 歯底面、21 歯面、22 歯先面、220,320,20e 仮想面
25 稜線、26 曲面
3 面取り箇所、30 歯底面取り部、31 歯面面取り部、32 歯先面取り部
4 エッジ、40 歯底エッジ、41,41R,41L 歯面エッジ、42 歯先エッジ
4h 内周エッジ、4R 第一の領域、4L 第二の領域
Claims (3)
前記各歯のエッジを面取りする工程と、
面取りされた前記圧粉成形体を焼結する工程とを備え、
前記各歯のエッジの面取りは、
前記歯車の軸回りに回転する前記圧粉成形体に対して、前記各歯について、前記圧粉成形体の回転方向の前方に位置する歯底エッジ、歯面エッジ、歯先エッジを順に連続して切削工具で切削する処理を含み、
前記圧粉成形体を一方向に回転させて前記切削する処理を行った後、前記圧粉成形体を逆方向に回転させて前記切削する処理を行い、
前記切削工具は、切削時に回転不可に支持されると共に、弾性材によって前記エッジ側に付勢される、
焼結歯車の製造方法。 providing a gear-shaped powder compact comprising a plurality of teeth;
chamfering the edge of each tooth;
A step of sintering the chamfered green compact,
The edge chamfer of each tooth comprises:
With respect to the powder compact that rotates about the axis of the gear, for each tooth, the tooth root edge, the tooth surface edge, and the tooth tip edge located forward in the rotation direction of the powder compact are connected in order. including cutting with a cutting tool,
After performing the cutting process by rotating the compacted body in one direction, performing the cutting process by rotating the compacted body in the opposite direction,
The cutting tool is non-rotatably supported during cutting and urged toward the edge by an elastic material.
A method for manufacturing sintered gears.
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