卜・0
0
図2.4
A1つ
り よ リ リ ニリ しロ
噴 射 時 間1(s)
ア ー ク ハ イ ト・厚 とブ ラ ス ト加 工 時 間 古との 関 係
噴 射 圧 力 ξ(kPa)
図2・5ア ー ク ハ イ トHと 噴 射 圧 力 ξ との 関 係
(2)混 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合
混 合 ブ ラ ス ト材MBMを 用 い て ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 のHに っ い て 検 討 し た 。 図 2.6はTPN400にS40を 混 合 し たMBMに お け る 、Hと 孟 と の 関 係 で あ る 。HはS關 の 混 合 割 合
レ の 増 加 に と も な っ て 増 加 し て い る 。̀=200sに お い て,γ=0%のHは,レ 「=100%の 約2.6%
で あ る 。 ま た,MBM中 にSBMが25%混 入 さ れ る とHが 急 激 に 増 加 し て い る 。こ れ は,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 密 度(ρ=1.15Mg/m3)よ りSBMの 密 度(ρ=7.5Mg/m3)の 方 が は る か に 大 き く,MBMの 平 均 密 度 が 増 加 し,衝 突 エ ネ ル ギ ー が 増 加 す る た め と 思 わ れ る 。
噴 射 時 間 ∫(s)
図2.6混 合 ブ ラ ス ト材 の ア ー ク ハ イ トHと 噴 射 時 間6 と の 関 係(TPN400+S40)
図2.7はTPN800にS70を 混 合 し た と き の ∫∫と̀と の 関 係 で,図2.8はTPN800にG70を 混 合 し た と き の そ れ で あ る 。 両 図 と も 図2.6と 同 様 の 傾 向 を 示 し て い る 。
図2.9は,図2.6〜 図2.8に 示 し たBMに っ い て,̀=200sに お け るHと γ と の 関 係 を 示 し た も の で あ る 。Hは,γ=25%ま で 急 激 に 増 加 し て い る 。
以 上 の 結 果 を 総 合 す る と,SBMと プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 を 比 較 す る と,SBMの 方 が .Hが 一 定 値 に な る ま で の 時 間 が 短 い こ と か ら,MBMを 使 用 し た 場 合,ま ず,混 合 ブ ラ ス ト 材 中 のSBMの ブ ラ ス ト効 果 が 現 れ,そ の 後,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 作 用 が 働 く も の と 思 わ れ る 。
一30一
αoo‑
050100150200噴 射 時 間f(s)
図2.7混 合 ブ ラ ス ト材 の ア ー ク ハ イ トHと 噴 射 時 間 オ と の 関 係(TPN800十S70)
U匙)U⊥UUlbU2二UU
噴 射 時 間!(s)
図2.8漉 合 ブ ラ ス ト材 の ア ー ク ハ イ トHと 噴 射 時 間̀
と の 関 係(TPN800+G40)
00255075100
混 合 割 合 γ(%)
図2.9ア ー ク ハ イ トHと 研 掃 率1と の 関 係
一31一
2.3.2ブ ラ ス ト加 工 に よ る 研 掃 作 用 (1)プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 場 合
図2.10〜12は ブ ラ ス ト材 の 種 類 を か え て ブ ラ ス ト加 工 し た と き のZと ξ の 関 係 で あ る 。 図2.10はrO.5sの と き の,図2.11は オ=2.Osの と き の,図2.12は 孟二5.Osの と き の そ れ で あ る 。
9876543
(承 ) N 癬 転 応
30U4UUOUUOUU4vし 躍
噴 射 圧 力 ξ(kPa)
図2.10研 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係(オ=0.5s)
ひ
(ぎ)
こカ コ り ミノ リ レ ロ り
噴 射 圧 力 ξ(kPa)
図2.11研 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係(ご=2,0s)
一32一
1
(承 ) N 辮 轄 応
ム6
00 400500600700
噴 射 圧 力 ξ(kPa)
図2.12研 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係,(オ=5.Os)
炉0.5sで は,ど の ブ ラ ス ト 材 に つ い て も,Zは ξ お よ び ゴ が 大 き く な る と 増 加 す る 傾 向 を 示 し て い る 。 例 え ば,TPN400に つ い て ξ を 変 化 さ せ た 場 合,ξ=400kPaで は
Z=35%,ξ=500kPaで はZ=45%,ξ=600kPaで はZ=55%と な っ て い る,、 ま た,ξ=400kPa に お い て,ブ ラ ス ト材 の 種 類(の を 変 化 さ せ た 場 合,TPN400で はZ=35%,TPN600で は
Z=41%,TPN800で はZ=50%と な っ て い る 。
一 方 ,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト 材 はSBMに 比 較 し てZは 低 い 。 そ こ で,図2.3に 示 し たEと,図2.10に 示 し たZを 対 応 さ せ て 比 較 し て み る と,例 え ば,図2.3に お い て,
ξ=400kPaに つ い て,同 一 粒 径 ゴ=0.4mmで あ るTPN400とS40を 比 較 す る と,TPN400のH は,S40の 約2.6%で あ る 。 一 方,図2。10に お け る 同 一 材 料 で 比 較 す る と,TPN400のZは 37%で あ り,S40の そ れ は64%で あ り,TPN400のZはS40の 約58%で あ る 。 し た が っ て,SBM は,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 に 比 較 し てZは 大 き い が,Hに お よ ぼ す 影 響 も 大 き い 。
こ れ に 対 し て,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 は,Hに ほ と ん ど 影 響 を お よ ぼ さ ず に 研 掃 す る こ と が で き る と い え る 。
図2.10〜 図2.12に 示 し た よ う に,オ が 大 き い ほ どZは 大 き い 。 仁5.Osの 場 合,TPN 800を 用 い て ξ=600kPaで 加 工 し た 試 験 片 はZ=100%と な っ た 。 ま た,TPN400を 使 用 す る と,Zは ξ の 増 加 に と も な っ て 増 加 す る が,ξ=500kPa以 上 で は そ れ ほ ど 増 加 し て い な い 。 ま た,SBM(S70,G70)を 使 用 し た 場 合,孟 と2.Os,ξ=400kPaで は100%と な り, 塗 布 し た 塗 料 が 完 全 に 基 材 か ら は く 離 し た 。
図2.13は,図2.10〜 図2.12に お け るTPNに っ い て 孟の 増 加 に と も な うZを 比 較 し た
一33一
も の で あ る 。̀の 初 期 でZは 急 激 に 増 加 し,そ の 後,増 加 割 合 は 少 な く な っ て い る 。 一 方,dが 増 加 す る と,Zも 増 加 して い る。 これ は,dが 大 き い ほ ど ブ ラ ス ト材1粒 の も つ 衝 突 エ ネ ル ギ ー が 大 き く な る の と,♂ の 増 加 に よ る衝 突 面 積 の 増 加 に よ る もの
と思 わ れ る 。
30
01.020ao4.05.0
噴 射 時 間'(s)
図2.13研 掃 率1と 噴 射 時 間 オと の 関 係
(2)混 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合
図2.14は,TPN400とS40,TPN800とS70お よ びTPN800とG70と を 混 合 さ せ たMBMを 用 い て,ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の γ とZの 関 係 を 示 し た も の で あ る 。 な お,加 工 条 件 は,ξ=400kPa,̀=0.5sで あ る 。 同 図 に お い て,レ=0%と は プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 が100%の と き で あ り,γ=100%と はSBMが100%の と き で あ る 。 ど の ブ ラ ス ト材 もyの 増 加 に と も な い ほ ぼ 比 例 的 にZは 増 加 す る 。 例 え ば,TPN800とS70の 混 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合 式(2.1)の よ う に 表 さ れ る 。 し た が っ て,こ の 式 を 用 い る こ と に よ っ て 目 的 に 応 じ たZを 選 ぶ こ と が で き る こ と に な る 。
Z=0.286}/+51.4(2.1)
〜34一
u
O 20406080
混 合 割 合 γ(%) 図2.14研 掃 率1と 混 合 率yと の 関 係
100
2.3.3基 材 の 表 面 粗 さ
基 材 の 表 面 を 観 察 す る と,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 を 用 い て ブ ラ ス ト加 工 した もの は 基 材 に 損 傷 を 与 え な い こ とが 明 確 に確 認 で き た 。
そ こ で,プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 とSBMを 用 い た ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の 表 面 粗 さRy(最 大 高 さ)を 求 め た 。 図2.15は,ξ;400kPa,炉200sの 条 件 で ブ ラ ス ト加 工 し た と き のRyと ゴ と の 関 係 で あ る 。 プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 に よ るRyは,SBMに よ る も の と比 較 し て 相 当 小 さ く,TPNのRyはSBMの 約5%と な っ て い る 。 ま た,同 じ粒 径(ゴ=0.8mm)を もっTPN800とTPC30で 加 工 した 場 合,TPC30の 方 が 幾 分Ryが 大 き い 。 こ れ は,TPC30の 方 がTPN800よ り硬 さ が 硬 い こ と に 起 因 して い る た め と 思 わ れ る 。 一一方, TPNお よ びSBMと も,粒 径dが 大 き い ほ どRyが 大 き く な る 傾 向 が み られ る。 こ れ は,
dが 大 き い ほ ど基 材 に 衝 突 し た と き のEが 大 き く,基 材 に 深 い 圧 痕 が つ く た め で あ る と思 わ れ る。 ま た,図2.1お よ び 図2.2に 示 し たHと あ る 程 度 対 応 し て お り,Hが 大 き い ほ どRyの 値 も 大 き く な っ て い る。 こ の 理 由 は つ ぎ の よ うに 考 え られ る 。 前 述 した よ うに,Hは ゴ,ρ お よ び 硬 さ が 大 き い ほ ど大 き く な る。 こ の 場 合,ブ ラ ス ト材 粒 子 の 硬 さが 大 き け れ ば,粒 子 形 状 が 変 形 しに くい た め,粒 子 が 基 材 に 衝 突 した と き,基 材 表 面 に よ り 大 き な 塑 性 変 形 が 起 こ り,そ の 結 果,Ryが 大 き く な る こ と に よ る と考 え られ る 。
一35一
v.4v・.v● げv●VV●JV●vv・ ノ 轟 ●v
粒 径 ゴ(mm)
図2.15表 面 粗 さRyと 粒 径6と の 関 係
2.4結 言
プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 と してTPNお よびTPCを 用 い た ブ ラ ス ト加 工 を 行 い,Hお よ びZを 求 め た 。 得 られ た 結 果 を 要 約 す る と以 下 の よ うに な る 。
(1)TPNよ りTPCに よ る ブ ラ ス ト加 工 の 方 が,Hが 大 き く な っ た 。
(2)ブ ラ ス ト材 のdお よび ξが 大 き い ほ ど,Hお よびZは 大 き く な っ た 。
(3)SBMは 大 き な 研 掃 効 果 を 得 る こ とが で き る が,Hに お よ ぼ す ブ ラ ス ト加 工 の 影 響 も 大 き か っ た 。 そ れ に 対 し て,TPNあ る い はTPCはHに ほ と ん ど影 響 を 与 え る こ と な く, 研 掃 す る こ と が で き た 。
(4)MBMを 用 い た ブ ラ ス ト加 工 に お い て,MBM中 にSBMが 少 量 で も 混 合 され る とHは 急 :激に 増 加 し た 。 ま た ,MBM中 のSBMの 混 合 割 合 が 増 加 す る と,Zは 比 例 的 に 増 加 し た 。
2.5参 考 文 献
1)J.J.LennonandJ.Mallon:Investigationoftheeffectsofplasticmedia
blasting(PMB)onadvancedcomposites,KeyEngineeringMaterials,72, 323(1992).
一36一
2)ば ね 技 術 研 究 会 編:シ ョ ッ トピ ー ニ ン グ 作 業 標 準,日 本 ば ね 工 業 会(1982) 3)砥 粒 加 工 研 究 会 編:砥 粒 加 工 技 術 便 覧,P.587,日 刊 工 業 新 聞 社(1965).
第3章 ブ ラス ト加 工 に よ る基材 の変 形 挙 動
3.1緒 言
ブ ラ ス ト加 工 に よ る ピ ー ニ ン グ 効 果 に よ り,基 材 の 加 工 硬 化 お よ び 疲 労 挙 動 が 変 化 す る こ と は 第1章 で 述 べ た 。
一 方,ブ ラ ス ト加 工 を 行 う と,高 速 度 の ブ ラ ス ト材 が 基 材 表 面 に 衝 突 し,結 果 と し て 基 材 が 変 形 す る1)。 し た が っ て,ブ ラ ス ト加 工 に よ る 変 形 挙 動 を 検 討 す る こ と は, 溶 射 の 前 処 理 と い う立 場 か ら も非 常 に 重 要 で あ る2)。
そ こ で,本 章 で は,ブ ラ ス ト加 工 に よ る基 材 の 変 形 状 態 を 正 確 に把 握 し,最 適 加 工 条 件 を求 め る た め に,大 き さの 異 な る正 方 形 試 験 片 と ア ル メ ン ス ト リ ッ プ 試 験 片 を 用 い て,ブ ラ ス ト加 工 に よ る 試 験 片 の 変 形 と残 留 応 力 を 求 め,ブ ラ ス ト材 の 粒 度 や 噴 射 距 離 の 影 響 に つ い て 検 討 し た 結 果 を ま と め た。
3.2実 験 装 置 お よ び 方 法 3.2.1ブ ラ ス ト加 工
ブ ラ ス ト加 工 は 第1章 と 同 じ直 圧 式 ブ ラ ス ト加 工 装 置 を 用 い て 行 っ た 。 加 工 条 件 は 表3.1の とお りで あ る 。
表3.1ブ ラ ス ト加 工 条 件
ブ ラ ス ト材 の 種 類 ス チ ー ル シ ョ ッ ト
粒 度 S40,S70,S100
ノ ズ ル 直 径 φ4.Om
噴 射 圧 力 294.2kPa
噴 射 角 度 90°
噴 射 距 離 50〜250皿m
噴 射 時 閲 1〜200s
一
一38一
3.2.2ア ー ク ハ イ ト,変 位 お よ び ひ ず み の 測 定 ア ル メ ン ス ト リ ッ プA形 試 験 片(Am
試 験 片)の ア ー ク ハ イ トHは 図1.6 (第1章)に 示 す ア ル メ ン ゲ ー ジ測 定 装 置 に よ っ て 行 っ た 。 ま た,図3.1は 正 方 形 試 験 片 の 測 定 位 置 を 示 した も の で あ る。 測 定 は,加 工 前 の 試 験 片 板 厚 方 向(z軸 方 向)の 変 位 δ を0と し,x 軸 上,y軸 上 に お け る δ を ダ イ ヤ ル ゲ ー ジ に よ り測 定 し て 行 っ た。 な お,ブ ラ ス ト加 工 に よ り試 験 片 に 孔 が 開 い た
と き を 破 損 と し た 。
残 留 応 力 の 測 定 法 と し て は,ひ ず み ゲ ー ジ 法3),X線 応 力 測 定 法4)・5)な ど が あ る が,X線 応 力 測 定 法 は 微 小 部 分 の 応 力 測 定 に は 有 効 で あ る が,広 が り を もっ 面 の 平 均 応 力 を 求 め る に は,む
し ろ,ひ ず み ゲ ー ジ 法 の 方 が 有 効 と思 わ れ る の で,本 実 験 で は ひ ず み ゲ ー ジ 法 を 用 い た 。 ひ ず み の 測 定 は,図3.2に 示 す よ うに,x軸 方 向 に 箔 フ ェ ス テ ル
ゲ ー ジ(共 和 電 業 製KFY‑2‑C1‑11)を
貼 り付 け て 行 っ た 。 な お,測 定 に は 静
ノ
図3.1正 方形試 験片 の測定位置
図3.2ひ ず み の 測 定 位 置 ひ ず み 計(共 和 電 業 製SDB‑410C)を 用 い た 。
3.2.3表 面 粗 さ の 測 定
実 験 に 用 い た 表 面 粗 さ 測 定 器 は 小 坂 式SE‑40Dで あ る 。 表 面 粗 さ の 測 定 条 件 は,測 定 速 度0.5mm/s,基 準 長 さ8.Omm,縦 倍 率100,横 倍 率10で あ る 。
3.2.4試 験 片
正 方 形 試 験 片 は,Am試 験 片(寸 法 は76mm×19mm×t1.3mm)の 長 手 方 向 の 長 さ(76mm)
一39一
を 基 準 と し,一 辺 が76,152,228田mの 各 正 方 形 板(以 下,□76,□152,□228試 験 片 と 略 称 す る)で,板 厚 ゐ は0.6,1.3,2.4,3.2mmで あ る 。 ま た,表 面 粗 さ の 測 定 に 用 い た 試 験 片 は,ブ ラ ス ト 加 工 に よ る 変 形 の 影 響 を 防 ぐ た め,板 厚 は10mmを 用 い た 。 試 験 片 の 材 質 は,ア ル メ ン ス ト リ ッ プ,鉄,銅,ア ル ミ ニ ウ ム(以 下,Am,Fe,Cu,Al試 験 片 と 略 称 す る)と し た 。 な お,正 方 形 試 験 片 の 材 質 は,鉄(Fe)で あ り,表 面 粗 さ の 測 定 に 用 い たAm試 験 片 は,規 格 に 記 載 さ れ て い るSKH‑6を 用 い た 。 表3.2は,本 実 験 に 用 い た す べ て の 試 験 片 の 主 な 化 学 成 分 で あ る 。
表3.2試 験 片 の 化 学 成 分
試験 片 化 学 成 分(wt%)
C Si Mn P IS
Cu NiI Cr
Am 0,075 〈035 〈0.50 く0,030 〈0.030 〈0.30 〈0.251 〈0.20
Fe* 0,Ol5 0,Ol5 0.07 0,Ol5 0.02
1
一 一 一
A1** Si.0.06,Fe:0.31,Cu:0.02,Tl:0.01,A1.99.60 Cu*** P:0.032Cu:99.968,
Note*:SPCC‑SA(JISG3141)**:AlO50P(JISH4000)***:JISH3101
3.3実 験 結 果 お よ び 考 察
3.3.1正 方 形 試 験 片 の 変 形 挙 動 (1)正 方 形 試 験 片 の 変 形 状 態
図3.3(a)お よび(b)は,□152試 験 片(材 質:Fe)に お け るx軸 お よ びy軸 上 の δで あ る 。 同 図 よ り,x方 向,y方 向 に お け る δは,噴 射 時 間F20sま で に 急 激 に 増 加 して い る の が わ か る 。 ま た,孟=20sま で の δは 両 方 向 と も 同 様 に 変 化 し,試 験 片 は 球 状 に 変 形 す る 。 し か し,そ れ 以 降,x軸 上 の δは,x=0〜45mmで 徐 徐 に 増 加 し,x;60mmで ほ ぼ 一 定 と な り,1=76mmで は0に 近 づ く。 一 方,y軸 上 で はF20sま で の 急 激 な 変 化 の の ち, 各 位 置 に お け る δ は ほ ぼ 一 定 の 割 合 で 増 加 して い る 。 こ の よ うな 現 象 が 現 れ る理 由 は,
ブ ラ ス ト材 が 特 に よ く 当 た っ て い る 範 囲 の δは,̀が 増 加 す る ほ ど大 き く な る が,そ れ 以 上 で は ブ ラ ス ト材 の 当 た る 量 が 少 な く な っ て,加 工 半 径 内 の み が 盛 り上 が る状 態
に な り,さ ら に 孟が 増 加 す る と,徐 徐 に 加 工 面 積 が 増 加 し てx方 向 とy方 向 の δは,異
一40一