プラスト加工と溶射皮膜の密着性に関する研究
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(2) 博 士 学 位 論 文. ブ ラ ス ト加 工 と 溶射皮膜 の密着性 に関する研究. 平 成10年1月. 窪. 堀. 俊. 文.
(3) 目. 序. 次. 論. 1. 第1編. 第1章. 衝 突 圧 力,. 1.1緒. 言. ブ ラス ト加 工. ピ ー ニ ン グ効 果 お よび疲 労 挙動 7. 験 装 置 お よび 方 法. ・…. 7. 1.2.1ブ. ラ ス ト加 工 装 置. ・…. 7. 1.2.2ブ. ラ ス ト加 工 条 件. ・…. 8. 1。2.3衝. 突 圧 力 の測 定. …. 8. 1.2実. …. 1.2.4. 試験 片. 1.2.5. ア ー ク ハ イ トの 測 定. 1.3. 実 験 結 果 お よび 考 察. 9. … …. 10. ・. 11. …. 1.3.1. ブ ラ ス ト材 衝 突 圧 力 の 分布. 11. 1.3.2. 噴射距離 が衝 突圧力 にお よぼす影響. 12. 1.3.3. 噴 射 距 離 と加 工 半径 との 関係. 13. 1.3。4. 加 工 条件 が 最 大 衝 突 圧 力 にお よぼ す 影響. 14. 1.3.5. 衝 突 圧 力 に よ る試 験 片 の 変 形 状 態. 17. (1). ア ー クハ イ トの測 定. 17. (2). 有 限 要素 法 に よ る解 析. 19. 1.3.6. ブ ラス ト加 工 に よる試 験 片 の硬 さ変 化. 20. 1.3.7. ブ ラス ト加 工 に よ る試 験 片の 疲 労 挙 動. 22. (1). 応 カ ー繰返 し線 図. 22. (2). ブ ラ ス ト加 工 に よ る疲 労 限度 の変 化. 23. 1.4. 結. 1.5. 参 考文献. 24. 言. 24. 一i一.
(4) 研掃 作用. 第2章 2.1. 緒. 2.2. 実 験方法. 2.3. 実 験結 果 お よび 考 察 2.3.1ア. 言. ル メ ン ス ト リ ップ試 験 片 の 変形 挙 動. (1)プ. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 場 合. (2)混. 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合. 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. (2)混 2.3.3基. 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合 材 の 表 面 粗 さ. 2.4結. 言. 2.5参. 考 文 献. 第3章. 基 材 の 変 形. 3.1緒. ・…. と残 留 応 力. 言. 3.2実. 験 装 置 お よび 方 法. 3.2.1. ブ ラ ス ト加 工. 3.2.2. ア ー ク ハ イ ト,変. 3.2.3. 表 面 粗 さの 測 定. 3.2.4試 3.3実 3.3.1. 位 お よび ひ ず み の 測 定. 験 片 験 結 果 お よび 考 察. 正方形試 験 片の変形 挙動. (1>. 正方形試 験片 の変形 状態. (2). 噴射距離 が変位 にお よぼす影響. (3). 寸法 形状が変位 にお よぼす影響. (4). ブ ラ ス ト加 工 に よ る表 面 粗 さの 変 化. 3.3.2 (1). アル メ ン ス トリ ップ試 験 片 の 変 形 挙動 ア ル メ ン ス ト リ ッ プ 試 験 片 の マ ク ロ的 変 形. 一h一.
(5) (2)変. 形 お よび残 留 応 力 に お よぼす粒 度 の 影響. (3)変. 形 お よび 残 留 応 力 に お よ ぼ す 噴 射 距 離 の 影 響. 51. ・…1 ・. 53. (4). ア ー クハ イ トと残 留 応 力 の 関 係. (5). ア ル メ ン ス ト リ ッ プ 試 験 片 を保 持 具 に 固 定 し た 揚 合 の 変 形 と残 留 応 力 ・・ 57. (6). 噴 射 時 間 の 増 加 に と も な うカ バ レ ー ジ の 変 化. 3.3.3材. 55. 59. 質 に よ る ア ー ク ハ イ トの 変 化. 60. 3.4結. 首. 62. 3.5参. 考 文 献. 62. 第2編. 第1章. 基材 の 熱 変 形. 1.1緒 1.2. ブ ラス ト加 工 が溶射 皮 膜 の密 着 性 にお よぼ す 影 響. 言. 実 験 装 置 お よび 方 法. 1.2.1 1.2.2試 1.2.3. ブ ラ ス ト加 工 お よび 溶 射 加 工 験 片 ア ー ク ハ イ. 1.2.4温. 度 測 定. 1.2.5ひ. ず み 測 定. 13窯 1.3.1試. …. トの 測 定. …. ・・. 験 結 果 お よ て界老 察 験 片 の温 度. 1.3.2. プ ラ ズマ 溶 射 お よび 加 熱 に よ る変 形. 1.3.3. プ ラ ズ マ 溶 射 お よび 加 熱 に よ る ひ ず み. 1.3.4. ア ー クハ イ トとひ ず み との 関係. 1.4結. 目. 1.5参. 考 文 献. 第2章 2。1緒. 無負 荷 時 にお け る密 着 性 言. …. … … ・.
(6) 2.2測. 定 の 原 理. 2.3実. 験 方 法 お よび試 験 片. 2.3.1実. 験 方 法. 2.3.2試. 験 片. (D探. 傷 面 お よび 反 射 面 の粗 さ. (2)は. く離 検 出 用 試 験 片. (3)超. 音 波斜 角 探 傷 用試 験 片. 2.4実. …. …. ・. ・・. 験結 果 お よび 考 察. …. 2.4.1探. 傷 面 の 粗 さ の影 響. ・. 2.4.2反. 射 面 の 粗 さの 影 響. ・. 2.4.3溶. 射 皮 膜 膜 厚 の影 響. ・. 2.4.4は. く離 の 影 響. 2.4.5垂. 直 探 傷 法 に よ る は く離 面 積 の 推 定. 2.4.6超. 音 波 斜 角 探 傷 法 の適 用. 2.5結. 言. 2.6参. 考 文 献. 第3章. …. ・…. 負 荷 時 にお け る密 着 性. 3.1緒. 言. 3.2実. 験 装 置 お よび 方 法. …. ・. 3.2.1引. 張 試 験 に よ る は く離 の 検 出. 3.2.2疲. 労 試 験 に よ る は く離 の 検 出. 3.3実. 験 結 果 お よび 考 察. 3.3.1引. 張 試 験 に よ る は く離 の 検 出. ・…. 3.3.2疲. 労 試 験 に よ る は く離 の 検 出. ・…. 疲労過程 にお ける溶射皮膜の観察. 3.3.3 3.4. 結. 言. 3.5. 参 考文献. 一lv一.
(7) 第4章AE法. に よ る溶 射 皮膜 の は く離 挙 動. 4.1. 緒. 言. 4.2. 測 定の原理. 4.3. 実 験 装 置 お よび 方 法. 4.4. 実 験結 果 お よび 考 察. 4.4. 1引 (1). 張試 験. AEの. 発生. (2)AE法. に よ る溶 射 皮 膜 の は く離 の 検 出. (3)AE法. お よ び 超 音 波 検 査 法 に よ る は く離 の 検 出 状 態 の 比 較. 4.4.2疲. 労試 験. (1)AE法. に よ る 溶 射 皮 膜 の は く離 の 検 出. (2)AE法. お よ び 超 音 波 検 査 法 に よ る は く離 の 検 出 状 態 の 比 較. 4.5結. 言. 4.6参. 考 文 献. 第5章. 溶射皮 膜 の機械 的性質. 5.1. 緒. 言. 5.2. 実験方法. 5.2.1. 材料 お よび溶射 装置. 5.2.2. 溶射皮膜試 験片. 5.2.3. 密度測 定. 5.2.4. 試 験法. 5.3. 実験結果 お よび考察. 5.3.1. 密度. 5.3.2. 硬さ. 5.3.3. 引張特性. 5.4. 結. 言. 5.5. 参考 文献. ・・・….
(8) 第6章. 溶射皮 膜 の密 着性. 6.1. 緒. 言. 6.2. 実験方法. 6.2.1. 引張試 験. 6。2.2. ころ が り疲 労 試 験. 6.2。3. 曲げ疲 労試 験. 6.3実. 験 結 果 お よび 考 察. 6.3.1引. 張 試 験. 6.3.2こ. ろ が り疲 労 試 験. 曲げ疲 労試験. 6.3.3 6.4. 結. 6.5. 参考文 献. 総. 括. 謝. 辞. 言. ・….
(9) 序. ブ ラ ス ト加 工 の 起 源 は,サ. 論. ン ドブ ラ ス トで あ り,も. と も とは砂 漠 地 帯 で の 砂 あ ら し. で 各 種 の 構 造 物 が 侵 食 され て い る の に ヒ ン トを 得 て い る と い わ れ て い る1}。 近 年 、 ブ ラ ス ト加 工 は マ イ ク ロ ブ ラ ス トの 出 現 に よ っ て 、 よ り高 精 度 化 へ と進 む 一 方 、 ブ ラ ス ト加 工 を 用 い た 加 工 技 術 が ま す ま す 拡 大 しつ つ あ る。 ブ ラ ス ト加 工 は,球. 状 ま た は 砥 粒 状 の ブ ラ ス ト材(金. 縮 空 気 な ど を 用 い て 基 材 表 面 に 噴 射 させ,加 ブ ラ ス ト材 が 基 材 表 面 に 衝 突 す る た め,ピ な 変 形 挙 動 を 示 した り,機 究 と して は,ブ る の み で,基. 属 や セ ラ ミ ッ ク ス な ど)を. 工 す る技 術 で あ る,,こ の 場 合,高 ー ニ ン グ効 果21が 現 れ,ま. 械 的 性 質 が 変 化 し た りす る こ と も あ る,こ. た,基. 圧. 速 度の 材 が複 雑. れ ら に 関 す る研. ラ ス ト加 工 を 行 っ た と き の 加 工 面 の 観 察 に つ い て 数 例 報 告Dさ. れ てい. 材 の 変 形 あ る い は 残 留 応 力 に っ い て の 研 究 な らび に 基 材 と溶 射 皮 膜 の は. く離 問 題 に 関 す る研 究 は は ほ とん ど行 わ れ て い な い の が 現 状 で あ る。 ブ ラ ス ト加 工 の 特 徴 は,完. 全 な ドラ イ シ ス テ ム で あ り,廃. 液 公 害 は 生 じな い 。 部 分. 的 に 粗 面 化 あ る い は 清 浄 化 を 行 う こ とが で き る と と も に,大. 型 素 材 に 対 し て も加 工 が. 可 能 で あ る 。 ま た,ブ. ラ ス ト加 工 は 無 方 向 性 で あ り,応. 加 工 法 で あ る 。 さ ら に,ブ. 力 集 中 を さ け る に は す ぐれ た. ラ ス ト材 を 変 え る こ とに よ り種 種 の 目 的 の 加 工 を 行 う こ と. が で き る な ど の 利 点 も有 して い る 。 ブ ラ ス ト加 工 の 目的 は 基 材 表 面 の 粗 面 化3)あ 粗 面 化 処 理 され た 表 面 は,そ. る い は 清 浄 化41を 効 率 よ く 行 う こ と で,. の ま ま 使 用 され る 場 合 も あ る が,溶. 射 の 下 地 処 理 に も利. 用 され る 。 溶 射 は,溶. 融 あ る い は そ れ に 近 い 状 態 に ま で 加 熱 され た 溶 射 材 粒 子 を,高. 材 表 面 に 衝 突 させ て 皮 膜 を 形 成 させ,基 材 に 耐 食 性,耐 摩 耗 性,耐. 熱 性,電. 速 度 で基 気 絶縁 性 な. ど の 機 能 を 付 与 す る 表 面 改 質 技 術 の 一 つ で,多 く の 産 業 分 野 で 広 く利 用 さ れ て い る5)。 この 溶 射 皮 膜 の 密 着 性 は 主 に 基 材 表 面 へ の 投 錨 効 果6》に よ る も の で,溶 基 材 表 面 で 衝 突 ・変 形 して,基. 材 表 面 の 凹 凸 部 に 噛 み 付 き,皮. 密 着 して い る 。 こ の こ と か ら,溶 前 処 理 状 態 が 重 要 と な る.し. 射 材 粒 子 は,. 膜 は機 械 的 ・物 理 的 に. 射 皮 膜 に 高 い 密 着 性 を 与 え る た め に は,基. た が っ て,機. 一1一. 械 部 品 に 溶 射 を施 した 場 合,ブ. 材表面 の ラ ス ト加 工.
(10) が 十 分 で,欠. 陥 の 少 な い 良 好 な 溶 射 皮 膜 に み え て も,ブ. 皮 膜 と の 結 合 が 完 全 で な く,引. ラ ス ト面 に お け る 基 材 と溶 射. 張 あ る い は 疲 労 荷 重 を 受 け る と,皮. 膜 が は く離 し,溶. 射 部 材 の 信 頼 性 が 損 な わ れ る こ とが あ る 。 本 研 究 は,以. 上 の よ うな 現 状 に か ん が み,ブ. 着 性 に お よ ぼ す 影 響 を 解 明 し た も の で,本. ラ ス ト加 工 が 基 材 お よ び 溶 射 皮 膜 の 密. 論 文 は,そ. の 成 果 を2編. に 分 け て ま とめ た. も の で あ る。 第1編. は,ブ. の 内 容 は,ピ. ラ ス ト加 工 が 基 材 に お よ ぼ す 影 響 を3章 ー ニ ン グ 効 果,研. 掃 作 用,基. に 分 け て ま と め た も の で,そ. 材 の 変 形 と残 留 応 力 に っ い て 検 討 し た も の. で あ る。 ブ ラ ス ト加 工 に お け る,ビ らか に す る た め に,第1章. ー ニ ン グ効 果 に よ る基材 の加 工 硬 化 お よび 疲 労 挙 動 を明 で は.ブ. ラ ス ト材 が 基 材 に 衝 突 す る と き の 衝 突 圧 力 と,ブ. ラ ス ト加 工 を 施 した 基 材 の 加 工 面 か ら深 さ方 向 の 硬 さ 分 布 を 測 定 し,ピ に よ る 加 工 硬 化 層 を調 べ る と と も に,基. 材 の 疲 労 挙 動 を調 べ た 結 果 を ま と め た 。. ブ ラ ス ト加 工 に お け る 研 掃 処 理 で 要 求 され る こ と は,基 ず,っ. ぎ の 工 程 に 必 要 な 上 質 面 を 基 材 に 残 し,異. に は,ス が,目. ー ニ ン グ効 果. 材 に で き るだ け損 傷 を 与 え. 物 を除去 す る こ とで あ る。 そ の た め. チ ー ル を 用 い た ブ ラ ス ト加 工 よ り もプ ラ ス チ ッ ク を 用 い た ブ ラ ス ト加 工 の 方 的 に よ り合 致 す る と 思 わ れ る。. そ こで,第2章. で は,ブ. 加 工 を 行 い,ア. ラ ス ト材 に ナ イ ロ ン 樹 脂 とア ク リル 樹 脂 を 用 い て ブ ラ ス ト. ー ク ハ イ トお よび 研 掃 率 に お よ ぼ す 影 響 を 検 討 す る と と も に,プ. チ ッ ク と ス チ ー ル と の 混 合 ブ ラ ス ト材 に よ る加 工 に っ い て も,同. ラス. 様 に 検 討 した 結 果 を. ま とめた 、 ブ ラ ス ト加 工 に よ る 基 材 の 変 形 状 態 を 正 確 に 把 握 し,最 第3章. で は,大. き さ の 異 な る正 方 形 試 験 片 のAl,Cu,Feと. 適 加 工 条 件 を 求 め る た め に, ア ル メ ン ス トリ ップ試 験. 片 ア)に対 して,ス. チ ー ル シ ョ ッ トに よ る ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の 試 験 片 の 変 形 や. ひ ず み 挙 動 と,そ. れ に お よ ぼ す ブ ラ ス ト材 の 粒 度 や 噴 射 距 離 の 影 響 に っ い て 検 討 した. 結 果 を ま とめ た 、 第2編. は,ブ. ラ ス ト加 工 が 溶 射 皮 膜 の 密 着 性 に お よ ぼ す 影 響 と して,基. を調 べ た の ち,基 波 検 査 法,ア. 材 と溶 射 皮 膜 と の 密 着 性 を,負. 荷 お よび 無 負 荷 の 場 合 に つ い て 超 音. コ ー ス チ ッ ク エ ミ ッ シ ョ ン(AE;AcousticEmission)法8}・9'な. 一2一. 材の熱変形. どの非.
(11) 破 壊 検 査 法 に よ り検 討 す る と と も に,引 連 に つ い て,6章. 張 お よび 疲 労 試 験 と溶 射 皮 膜 の 密 着 性 と の 関. に 分 け て ま と め た も の で あ る。. ブ ラ ス ト加 工 に よ り生 じ た 残 留 応 力 や 試 験 片 の変 位 は,溶. 射 加 工 時 に基 材 の 変 形 に. 影 響 を お よ ぼ す こ と が 考 え られ る。 そ こ で,第1章. で は,ス. チ ー ル シ ョ ッ トを 用 い て,ブ. 片 の 変 位 お よび ひ ず み が,プ. ラ ス ト加 工 に よ り生 じた 試 験. ラ ズ マ 溶 射 に よ り どの よ うな 挙 動 を と る か に つ い て,プ. ラ ズ マ 単 独 加 熱 の 場 合 と比 較 ・検 討 した 結 果 を ま と め た 。 溶 射 部 材 は さ ま ざ ま な 機 械 部 品 等 に 用 い られ て い る 。 し か し,ブ 分 で あ っ た り,溶. 射 条 件 が 不 適 切 で あ る 場 合 に は,溶. とが あ る 。 溶 射 部 材 に 生 じた は く離 は,早 換 等 の 処 置 を と る 必 要 が あ る が,密 わ れ て き た1°)調。 し か し,破 能 な た め,非. ラ ス ト加 工 が 不 十. 射 皮 膜 が 基 材 か ら は く離 す る こ. 期 に 発 見 して 部 品 の 再 加 工 も し く は 部 品 交. 着 性 の 評 価 は,従. 来,主. と して 破 壊 試 験 に よ り行. 壊 試 験 で は溶 射部 材 を連 続 的 に保 守 検 査 す る こ とが 不 可. 破 壊 的 に 検 査 す る 技 術 へ の 要 求 が 強 ま り,非. 破 壊 検 査 法 が 必 要 とな っ て. きた。 第2章. で は,基. 材 と溶 射 皮 膜 の は く 離 を,無. 負 荷 時 の 揚 合 に っ い て,超. 音 波検 査 法. を 用 い て 検 討 した 結 果 を ま とめ た 。 機 械 部 品 に 溶 射 を 施 した 場 合,ブ. ラ ス ト加 工 お よ び 溶 射 が 適 切 に 行 わ れ,比. 陥 の な い 良 好 な 溶 射 で あ っ た と し て も,機 合 に は,皮. 較的欠. 械 部 品 が 引 張 あ るい は疲 労 荷 重 を受 け る場. 膜 が 基 材 か ら は く離 す る こ と が あ り,溶. 射 部材 の信 頼 性 が 損 な わ れ る こ と. が あ る。 そ こ で,第3章. で は,Feお. よ びAl基 材 にAl,0、溶 射 を 行 っ た 試 験 片 に 対 して,引. 張お. よび 曲 げ 疲 労 荷 重 を 負 荷 した 状 態 で の 基 材 と溶 射 皮 膜 と の は く離 挙 動 を 超 音 波 検 査 法 を 用 い て 検 討 す る と と も に,ブ 電 子 顕 微 鏡(SEM)に 第4章 AE法. で は,溶. ラ ス ト加 工 面 に お け る 溶 射 皮 膜 の は く離 状 態 を 走 査 形. よ り観 察 し た 結 果 を ま と め た 。 射 皮 膜 の は く離 挙 動 を 評 価 す る 方 法 と し て,最. を と り あ げ,引. 近,注. 目され て き た. 張 な らび に 疲 労 荷 重 を 受 け る 溶 射 試 験 片 に 適 用 した 結 果 を ま と. めた 。 ブ ラ ス ト加 工 面 に お け る 溶 射 皮 膜 の 密 着 性 を 評 価 す る場 合,溶 を把 握 して お く こ と が 重 要 で あ る12>。. 一3一. 射 皮 膜 の機 械 的 強 さ.
(12) そ こ で,第5章. で は,A1,Fe,Ni,顛o,13Cr,SUS304,SUS316の. らの 各 溶 射 皮 膜 に つ い て,密. 度 測 定,硬. さ試 験,引. 各 素 材 お よ び これ 張 試 験 お よび 破 面 観 察 を 行 い,そ. れ ら の 結 果 を 比 較 検 討 した 結 果 を ま と め た 。 第6章. で は,ブ. に 対 し て,引. ラ ス ト加 工 し たSS400基. 張,こ. ろ が り疲 労,曲. 材 表 面 にA1,0,プ ラ ズ マ 溶 射 を施 し た 試 験 片. げ 疲 労 の 各 動 的 荷 重 試 験 を 行 い,溶. 射 皮 膜 の密 着. 性 を評 価 した結 果 をま とめ た 。 以 下 に これ ら の 詳 細 を 記 述 す る。. 〈参 考 文 献> 1)長. 坂 秀 雄,石. 川 量 大,青. 木 茂:ブ. ラ ス. ト 技 術,p.1,コ. ー テ ッ ク(1985).. 2)DietmarDriesner,Horst-DieterTietz,ErhardSmejkal,MargitWozelund DetlefWeigt,Zwickau:MechanisheOberflachenverfestigungvonKiz-Blatt federndurchKugelstahlen,NeueHutte,29,104(1984). 3)植. 野 軍 二,佐. 野 忠 和:防. 食 溶 射 の ブ ラ ス. ト 工 程 の 管 理,溶. 射 技 術,7,187(1987),. 4)J.J.LennonandJ.Mallon:lnvestigationoftheeffectsofplasticmedia blasting(PMB)onadvancedcomposites,KeyEngineeringMaterials,72,323 (1992). 5)蓮. 井. 淳:新. 版 溶 射 工 学,p。55,産. 6)金. 属 表 面 技 術 協 会 編:金. 7)ば. ね 技 術 研 究 会 編:シ. 8)目. 本 非 破 壊 検 査 協 会 編:新. 9)加. 藤 一,・ 澤 達 美,高. 本 溶 射 協 会 編:溶. 11)蓮. 井. 淳,森. 垣. 属 表 面 技 術 便 覧(新. 版),p.1396,日. ョ ッ ト ピ ー ニ ン グ 作 業 標 準,日 非 破 壊 検 査 便 覧,p.336,日. 山 善 国,藤. 力 に お け るAE,第8回 10)日. 報 出 版(1996).. 沼 努:AZ91マ. 刊 工 業 新 聞 社(1967). 本 ば ね 工 業 会(1982). 刊 工 業 新 聞 社(1992).. グ ネ シ ウ ム 合 金 切 欠 き 材 の 繰 返 し応. ア コ ー ス チ ッ ク ・ エ ミ ッ シ ョ ン 論 文 集,147(1990). 射 ハ ン ド ブ ッ ク,新 脩:肉. 盛 溶 接. 技 術 開 発 セ ン タ ー(1986).. ・ 溶 射,p.179,産. 12)Hans-DieterSteffens,JoharlnesWilden,UlrichErning:Optimierender funktionalenEigenschaftenthermischgespritzterSchichtendurchsimultanesKugelstahlenininerterProzessat田osphare,SchweissenundSchneiden, 47,346(1995).. 一4一. 報 出 版(1978)..
(13) 第1編. ブ ラ ス ト加 工.
(14) 第1章. 1.1緒. 衝 突圧 力,ピ. ー ニ ン グ効 果 お よび 疲 労 挙 動. 言. ブ ラ ス ト加 工 は,球. 状 ま た は 砥 粒 状 の ブ ラ ス ト材(金 属 や セ ラ ミ ッ ク ス な ど)を 圧 縮. 空 気 な ど を 用 い て 基 材 表 面 に 噴 射 し,そ の 表 面 の 粗 面 化 あ る い は 清 浄 化 を 行 う表 面 処 理 法 で あ る1L2)。 す る た め,ピ. し か し,こ. の ブ ラ ス ト加 工 は 高 速 度 の ブ ラ ス ト材 が 基 材 表 面 に 衝 突. ー ニ ン グ効 果 が 現 れ る。. 本 章 で は,ブ. ラ ス ト加 工 に お け る ピ ー ニ ン グ 効 果 に よ る基 材 の 加 工 硬 化 お よ び 疲 労. 挙 動 を 明 ら か に す る た め に,ブ の ち,ブ. ラ ス ト加 工 を 施 した 基 材 の 加 工 面 か ら深 さ方 向 の 硬 さ 分 布 を 測 定 し,加. 化 層 を 調 べ る と と も に,基. 1.2実 1.2.1ブ. ラ ス ト材 が 基 材 に衝 突 す る と き の 衝 突 圧 力 を 測 定 した 工硬. 材 の 疲 労 強 度 を 求 め た 結 果 に っ き述 べ る 。. 験 装 置 お よび 方 法 ラ ス ト加 工 装 置. 本 実 験 に 用 い た ブ ラ ス ト加 工 装 置(厚. 地 鉄 工 製BA-1型)は. ブ ラ ス ト材 の 送 給 原 理 を 示 す 。 こ の 装 置 は,圧. 直 圧 式 で あ り,図1.1に. 縮 空 気 が 圧 力 タ ン ク と ノズ ル 側 に 同時. に 作 用 し て ブ ラ ス ト材 を 噴 射 す る方 式 の も の で あ る。. 路 ス 回 一 一ホ ア ト エ ス ル り ラ ズ 送 ブ ノ. ④ ③ ◎ ⑪ ⑪. 圧式の構造. ブ ブ ル ル 撫 バ バ 岬 圧 気 加 排. ウ. 図1.1直.
(15) 1.2.2ブ 表1.1は と 略 称)試. ラ ス ト加 工 条 件. 表1.1ブ. 圧 力 測 定 実 験 な ら び に 曲 げ 疲 労(疲. ラ ス ト加 工 条 件. 労. ス チ ー ル シ ョ ッ ト. ブ ラ ス ト材(粒 度). 験 片 に ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た と き の. ス チ ー ル グ リ ッ ド (G40,G70,G100). 条 件 で あ る 。 ブ ラ ス ト材 は ス チ ー ル シ ョ ッ ト ブ ラ ス. (粒 度 はS40,S70,S100で,以. ト材 流 量. 下 シ ョ ッ トと 略. 13. 0(kg/min). 称)お. よ び ス チ ー ル グ リ ッ ド(粒. G100で,以. 下 グ リ ッ ド と 略 称)で. ト材 流 量 は,13kg/min一. 度 はG40,G70,. た,圧. 測 定 実 験 に お い て 噴 射 圧 力 ξ は,400,500お び600kPaで,ノ. 加 工 時 間. あ る。 ブ ラス. 定 と し た.ま. よ び150mmで. ご(s). 4.7. 噴 射 圧 力 ξ(kPa). 力. 噴 射 角 度 θ(°). よ. 噴 射 距 離 建(mm). 400,500,600 90 10,50,100,150. ノ ズ ル 直 径 訳 田m). ズ ル か ら測 定 面 ま で の 噴 射 距 離. 虹 は,10,50,100お. ,. (S40,S70,S100). 表L2シ. あ る 。 な お,ノ. 4. ョ ッ トと グ リ ッ ドの 化 学 成 分 お よび 硬 さ. ズ ル ロ 径 は φ4mmで. あ る 。 表1.2は. シ ョ ッ トと グ. 化 C. リ ッ ドの 化 学 成 分 お よび 硬 さで あ る 。. Si. 08. 学. 成. 分(wt%). Mn. 08. 07. 硬. P 003以. S 下. 003以. 下. さ. HV(05)470. 1.2.3衝. 突 圧 力 の測 定. ブ ラ ス ト加 工 に よ る 試 験 片 へ の 衝 突 圧 力 を 測 定 す る た め に,図1.2に. 示す衝 突圧 力. 測 定 用 動 力 計 を試 作 し た 。 こ の 動 力 計 の 機 構 は,直. 径 φ92mmの. うな 両 持 梁 を 設 け,そ. の 先端 で 衝 突 圧 力 を測 定す る よ う. の 梁 の 中 心 か ら柱 を 立 て,そ. に し た も の で あ る 。 な お,衝 定 面 の 形 状 は 一 辺1。mmの. 質 は 超 硬 合 金P20で. パ イ プ 中 に図 に示 す よ. 突圧 力測. 正 方 形 で,材. ノ ズ ル. 、;X. あ る 。 測 定 原 理 は,. ノ ズ ル か ら 噴 射 さ れ た ブ ラ ス ト材 が 衝 突 圧 力 測 定 面 に 衝 突 し,両. 持 梁 を変 形. させ る。 そ の 変 形 を ひ ず み ゲ ー ジ に よ っ て 取 り 出 し,動 し た の ち,ペ. ひ ず み 計 に よ り増 幅. ン レ コー ダ ー で記 録 し. た 。 衝 突 圧 力 は 衝 突 圧 力 測 定 装 置 をX 方 向 に 一 定 の 間 隔 で 移 動 させ て測 定 を. 図L2衝. 行 った 。. 一8一. 突圧 力測定装 置.
(16) 1.2.4試. 験片. 図1.3は,ア. ル メ ン ス ト リ ッ プA型. る。 こ こ で,ア. 試 験 片(以. ル メ ン ス ト リ ッ プ試 験 片 とは,シ. に 用 い ら れ る 試 験 片 で,材. 質,硬. さ,平. 圧 延 バ ネ 鋼,青 色 焼 も ど し仕 上 げ,硬 ま た,本 で,以. 下Fe試 験 片 と略 称)と. 片 と 略 称)で,そ. 30mm)に. 験 片 と 略 称)の. 形状 寸法 であ. ョ ッ トピ ー ニ ン グ 加 工 の 程 度 の 判 定. 坦 度 の 等 しい こ と が 重 要 で あ り,材. さHRC44∼50に. 章 で 用 い た 試 験 片 の 材 質 は,調. に 示 すJIS2号. 下Am試. 統 一 され た 標 準 試 験 片 で あ る3)。. 質 され た 鉄 鋼(JISG3141規. ア ル ミ ニ ウ ム(JISH4000規. れ ら の 化 学 成 分 を ま と め て 表1.3に 疲 労 試 験 片 で あ る。 な お,ブ. 定0)SPCc-SA. 定 のAlO50Pで,以. 下A1試 験. 示 す 。 試 験 片 の 形 状 寸 法 は,図1.4. ラ ス ト加 工 は 図 中 の 斜 線 部(幅15m皿,長. 対 して 行 っ た 。. 図1.3Arn試. 験 片 の形 状 寸 法. 図1.4疲. 表L3試 試験片. sj. Mn. Am. 0,075. く0.35. く0.50. Fe*. 0,015. 0.0】51. 0.07. A1**. SilO.06,Fe:0.31,Cu'0.02,Tl:0. 1. 労 試 験 片(JIS2号). 験片 の化 学成 分 化. C. 質は冷 間. 学. Ip. 成 一 分(wt%) S. 〈0.030. 10,015 1. 1<0.030 IO. 1. I .021. Cu. Ni. く030. く0.251. 一9-一. く0.20 1. 一. 一. -. 1. .01,A1:9960. Note*:SPCC-SA(JISG314D. Cr. **:AIO50P(JISH4000). 1. さ.
(17) 1.2.5ア. ー ク ハ イ トの 測 定. ア ル メ ン ス ト リ ッ プ試 験 片 の ア ー ク ハ イ トHは,一 で,図1.5に. 示 す よ う に,欧. して 制 定 され て お り,こ ー ジ測 定 装 置 で あ る 棒 に す り寄 せ,4個. 定 の 測 定 間 距 離 に お け る変 形 量. 米 各 国 の 規 格 に な ら っ た 日本 ば ね 工 業 会(JSMA)規 の 規 格 に 基 づ い た 。 図1.6は,同. 。 こ の 測 定 装 置 は,ブ. 規格 に基 づ い た ア ル メ ン ゲ. ラ ス ト加 工 を 行 っ た 試 験 片 を2本. の 鋼 球 上 に 静 か に お い てHを. のガ イ ド. ダ イ ア ル ゲ ー ジ よ り読 み と る装 置 で. あ る。. 図1.5ア. 格3>と. ー ク ハ イ トの 測 定 原 理. 図L6ア. ル メ ンゲ ー ジ測 定 装 置.
(18) 1.3実. 験 結 果 お よび 考 察. 1.3.1ブ. ラ ス ト材 衝 突 圧 力 の 分 布. 図1.7は,ブ. ラ ス ト材 にS40を. 用 い,噴. 射 圧 力 ξを400kPaと. 分 布 図 で あ る 。 曲 線 は 最 小 自乗 法 で 求 め た 。 な お,Xは て い る。 一 般 に,ブ. ラ ス ト材 を 噴 射 す る場 合,測. 力 と空 気 の 圧 力 の 合 計 で あ る 。 し た が っ て,そ こ で,衝. 突 圧 力 は,ブ. した と き の 衝 突 圧 力Pの. ノ ズ ル 中 心 か らの 距 離 を 示 し. 定 され る 衝 突 圧 力 は ブ ラ ス ト材 の 圧 れ らの 圧 力 を 分 離 す る 必 要 が あ る。 そ. ラ ス ト材 と空 気 を 合 わ せ て 噴 射 した 場 合 の 圧 力 か ら 空 気 の み を. 噴 射 し た 場 合 の 圧 力 を 差 し 引 い て 求 め た.図 中 白抜 き 印 で 示 し た 曲 線 が ブ ラ ス ト材 の み の 圧 力 で あ る 。 同 図 に お い て,噴 き く な い 。 こ の 理 由 は,ブ た め,空. 射 距 離 虹に 関 係 な く,空 気 の み の 圧 力 は あ ま り大. ラ ス ト材 の 密 度(7.8Mg/m3)に. 比 較 し て 空 気 の 密 度 は 小 さい. 気 の も つ 運 動 エ ネ ル ギ ー は ブ ラ ス ト材 の もつ 運 動 エ ネ ル ギ ー に 比 較 して 著 し. 010203040 ノ ズ ル 中 心 か ら の 距 離X(mm). 図1・7S40に. よ る ノ ズ ル 中 心 か ら の 距 離Xと. 衝 突 圧 力 、Pとの 関 係.
(19) く小 さ い こ と に 基 づ く も の と思 わ れ る 。 した が っ て,本 し,実. 研 究 で は,空. 気 の圧 力 を無 視. 際 に ブ ラ ス ト材 と空 気 を 合 わ せ て 噴 射 して 測 定 され た 圧 力 を衝 突 圧 力 、Pとし た 。. 図1.7か. ら わ か る よ う に,免. 激 に 大 き く な る 。 一 方,嬉 る 。 例 え ば,皇=150mmの 図1.8は,ブ い て も,シ. が 小 さ く な る と加 工 面 積 が 小 さ く な る と と も に,、Pが. 急. の 増 加 に と も な っ て ブ ラ ス ト材 に よ る加 工 面 積 が 大 き くな と き に 加 工 面 は お よ そ 直 径70mmの. ラ ス ト材 にG40を. 用 い た 場 合 のPの. ョ ッ トの 場 合 と ほ ぼ 同 じ圧 力 で あ り,そ. 円 に な る。. 分 布 で あ る 。 グ リ ッ ドの 場 合 に っ の傾 向 も 同様 で あ っ た。. 0102030. 40. ノ ズ ル 中 心 か ら の 距 離X(mm). 図1.8G40に. よ る ノ ズ ル 中 心 か ら の 距 離Xと. 衝 突 圧 力 、Pとの 関 係. 1.3.2噴. 射 距 離 が 衝 突 圧 力 にお よぼ す影 響. 皇 の 増 加 に と も な うPの を 求 め た も の が 図1.9で. 損 失 を 調 べ た 。 図1.7に. あ る 。 式 中,Pは. Σ 、P=∫AP∂. お い て,式(1.1)か. 衝 突 圧 力(kPa),五. (1.1). 盃. 一12一. ら全 衝 突 力 」 ワP. は 加 工 面 積(m2)で. あ る。.
(20) 050100. 150. 噴射 距 離(㎜) 図L9全. 図1.9に. お い て ΣPの. 衝 突力 。 ΣPと 噴 射 距 離 班 と の 関 係. 低 下 量 は 圧 力 の 損 失 を 示 して い る。 同 図 か ら,鮎. も Σ、 ρは ほ と ん ど低 下 し て お らず,ブ い の が わ か る 。 こ の こ と は 式(1.1>に. が 増 加 して. ラ ス ト材 の 持 っ エ ネ ル ギ ー の 損 失 は ほ と ん どな お い て,￡. が 増 加 して も ブ ラ ス ト材 質 量(π. げ3. ρ)は 変 化 し な い こ と を 考 え る こ と に よ っ て 理 解 で き る。. 1.3.3噴. 射 距 離 と加 工 半 径 と の 関 係. 危を 変 化 させ て,ブ 1.10は,ブ. ラ ス ト材 を6=200s噴. 射 させ た 場 合 の 加 工 半 径rを 測 定 した 。 図. ラ ス ト加 工 に よ り試 験 片 表 面 で 測 定 され たr,す. 加 工 半 径 で あ り,カ. バ レ ∼ ジ0が50%の. な わ ち,圧. 痕 で 示 され た. 位 置 を 示 し た も の で あ る 。 な お,0は. ブ ラス. ト材 に よ る 単 位 面 積 当 り の く ぼ み の 総 面 積 と全 面 積 と の 比 率 で あ る 弔。 同 図 に お い て, rは,図1.7に. 示 した 線 図 のPが. ほ ぼOkPaと. 一13一. な る距 離 と比 較 的 一 致 し て い る 。.
(21) (目目)N 魍 升 H 尽 050100150 噴 射 星巨 離 図1.10加. 1.3.4加. 工 半 径rと. ￡(mm). 噴 射 距 離 皇 との 関 係. 工 条 件 が 最 大 衝 突 圧 力 に お よ ぼす 影 響. 図1.11は,X=0に. お け るP,す. ブ ラ ス ト材 と してS100を. な わ ち,最. 用 い,噴. 増 加 に と も な っ てP〃axも. 大 衝 突 圧 力P班axと2と. 射 圧 力 ξを変 化 させ た 場 合 で あ る。 同 図 か ら,ξ. 増 加 して い る の が わ か る 。 ま た,琵=150mmに. は ξに 関 係 な く,約200kPaに. 収 束 す る傾 向 を 示 し て い る 。. ( ￠象 )越・ 儀 R田 鰍 趣 翼 畷 UbUIUUlbO. 噴 射 距 離2(㎜) 図L11最. の 関 係 で あ る・. 大 衝 突 圧 力 ∫)%燕 と噴 射 距 離 皇 と の 関 係. ∼14一. 近 づ く とP幽. の κ.
(22) 図1.12は,￡. を 変 化 させ た 場 合 のPπ 副 と ξ と の 関 係 で あ る 。 本 実 験 内 で は,ど. 虹の 場 合 に っ い て も,ξ ま た,￡. の 増 加 に と も な っ て1効axも. の 増 加 に と もな い,P〃. 2ワ 、 齪a1° こ. ほ ぼ 正 比 例 して 増 加 して い る。. ∂1の傾 き が 減 少 して い る。 す な わ ち,￡. ば 小 さい ほ ど ξの 影 響 が 大 き く,こ. れ ら の 関係 は 式(1.2)で. ξexp(0.3704-0.0048・. の. ￡)・. が 小 さけれ. 示 され る 。. ・・…(1.2). ( おα函) ミ ミ R 出蝋 遡 釈 員}へ. uuu吐. しタuuuuouu. 'uu. 噴 射 圧 力 ξ(kPa) 図1.12最. 図1.13は,ξ=400kPaの. 大 衝 突 圧 力P%1と. 場 合 に つ い て,ブ. 噴 射 圧 力 ξ との 関 係. ラ ス ト 材 と し て シ ョ ッ ト(S40,S70,S100). を 用 い た と き の 、P〃∂∬と 皇 と の 関 係 で あ る 。 同 図 か ら,シ と ん ど な く,P澱1の. 値 は ほ ぼ 同 じで あ るの が わか る。. 図1.14は,ξ=400kPaの ド(G100)を と,ブ. ョ ッ トの 粒 度 に よ る 差 は ほ. 場 合 に つ い て,ブ. 用 い た と き のP加axと. ラ ス ト材 と し て シ ョ ッ ト(S100)と. 旦との 関係 で あ る。 シ ョ ッ トとグ リ ッ ドを比 較 す る. ラ ス ト材 の 種 類 を 変 え て も 、 ρ〃齪 は あ ま り 変 化 し て い な い 。 こ れ は,流. 定 に し て 実 験 を 行 っ た た め で,衝. グ リ ッ. 量 を 一. 突 圧 力 測 定 面 に 当 た る ブ ラ ス ト材 の 流 量 が 一 定 で あ. る こ と を 考 慮 す る と 妥 当 な 結 果 と い え る4)。 以 上 の こ と か ら,ブ 響 が ほ と ん ど な く,ξ,￡. ラ ス ト 加 工 に お い て,、Pは. ブ ラ ス ト材 の 種 類,粒. に よ る影 響 が 大 き い こ とが わ か っ た 。. 一15一. 度 に よ る影.
(23) ー イ ー玉. ( 邸象 ﹀. . ミ R 出蝋 遡 叙 曜. bり100. 噴 射 距 離 ゑ(mm) 図1.13最. 大 衝 突 圧 力P加axと. 噴 射 距 離 皇 との 関 係. 令曳 ). ・ ミ馬 R 出 縣 趣 ※ 嗜 噴 射 距 離 尼(mm) 図1、14最. 大 衝 突 圧 力.P忽 撚 と噴 射 距 離 嬉 と の 関 係. 一16一.
(24) 1.3.5衝. 突 圧 力 に よ る試 験 片 の変 形 状 態. (1)ア ー ク ハ イ トの 測 定 金 属 の 表 面 上 に 強 い 打 撃 を 加 え る と塑 性 変 形 が 起 こ る。 しか し,そ ご く表 層 の み に 限 る た め,そ 抗 し,結. の 影 響 を 受 け な い 内部 の 金 属 が,表. 果 と して 圧 縮 応 力 を 残 留 させ る。 した が っ て,こ. い て ア ー ク ハ イ トHで. 表 現 で き る5)。 図1.15は,噴. ョ ッ ト(S40,S70,S100)に. っ い て,図Ll6は. 面 に 生 じた 応 力 に 抵. の 残 留 応 力 はAm試 験 片 を 用. 射 時 間 孟の 増 加 に と も な うHを. グ リ ッ ド(G40,G70,G100)に. た も の で あ る。 こ れ ら の 結 果 か ら,粒 度 の 大 き い ほ ど,孟. リリ. エリ リ. リ リ. る しり . 噴 射 時 間'(s) 図1.15ア. ー ク ハ イ ト〃と 噴 射 時 間 オと の 関 係(シ. ョ ッ ト). 0.40. V●W■ 050100150200 噴 射 時 間 ∫(s) 図1・16ア. ー ク ハ イ ト〃と 噴 射 時 間 孟と の 関 係(グ. 一17一. リ ッ ド). シ. っ いて示 し. の 経 過 に と も な っ てHは. き くな っ てい るの が わ か る。. り. の 応 力 は金 属 の. 大.
(25) ま た,シ トの40%程. ョ ッ ト(SlOO)と. グ リ ッ ド(GlOO)の. 度 とな っ て い る. この 理 由 は つ ぎ の よ うに 考 え られ る. 粒 子 の 形 状 が 鋭 角 部 を 有 す る た め,そ 起 こ す の に 対 し.シ. ョ ッ トの 場 合 は.粒. ト材 が 衝 突 し た と き,角 な り,結. 〃 を 比 較 す る と,グ. リ ッ ドの 〃 は シ ョ ッ グ リ ッ ド の 場 合,. の鋭 角部 に 当た った箇 所 が 局 部 的 に塑性 変 形 を 子 の 形 状 が 球 形 で あ る た め,試. 験 片 に ブ ラ ス. 状 で あ る グ リ ッ ドよ り も よ り 多 く の 体 積 を押 しの け る こ と に. 果 と して この よ うな傾 向 が 現 れ た もの と思 わ れ る. 図1.17はAm試 ま た,図1.18は. 験 片 にS10,S70.SlOOで ブ ラ ス ト加 工 後 のAm試. ブ ラ ス ト加 工 し た 場 合 の 外 観 写 真 で あ る 験 片 の表 面 写 真 で あ る、. 一 (c}'`3(,s(d)'二90s 図1・18ブ. ラ ス ト加 工 後 の 試 験 片 表 面 写 真. 司8一.
(26) (2)有. 限 要 素 法 に よ る解 析. 有 限 要 素 法(FEM)を 19(a)に. 用 い て,ブ. 示 す よ う に,試. ラ ス ト加 工 を 施 し た 試 験 片 の 応 力 を 求 め た 。 図1.. 験 片 に 球 状 ブ ラ ス ト 材 が 衝 突 し,そ. の形 状 が試 験 片 に転 写 さ. れ た と こ ろ を 想 定 し た モ デ ル を 作 成 し た 。 図 中 の 矢 印 は 荷 重 を,拘 y両 方 向 拘 束,一. がx方. 向 拘 束 を 示 し て い る 。 な お,力. 束 条 件 は,+がx,. 点 は ブ ラ ス ト材 の 形 状 が 転 写 さ. れ た と仮 定 され る く ぼ み に お い た 。 一 方. ,ブ. ラ ス ト 加 工 時 に ブ ラ ス ト材 が も っ て い る エ ネ ル ギ ーEは. ス ト材 が 試 験 片 と 衝 突 す る と き の 衝 突 力Fは ρ は 密 度(Mg/m3),vは は 加 工 面 積(m2)で. 式(1.4)で. ブ ラ ス ト 材 の 速 度(m/s),Qは. 式(1.3)で,ブ. 表 さ れ る 。 式 中,ゴ. ラ. は 粒 径(mm),. ブ ラ ス ト材 の 流 量(kg/min),孟. あ る。 E=π(1000て1)3ρy2(1.3) F=ρQv・=ρ. 式(1.3),(1.4)よ Eは は,ブ S40を. 粒 径 の3乗. り,ブ. ノ4γ2(1.4). ラ ス ト材 の 流 速 が 一 定 と 仮 定 し た 場 合,ブ. に 比 例 し て 増 加 す る 。 し た が っ て,ブ. ラ ス ト材 の も つ. ラ ス ト材 が 試 験 片 に 作 用 す る カ. ラ ス ト 材 が 試 験 片 に 衝 突 す る と き の エ ネ ル ギ ー の 損 失 の 割 合 が 一 定 で あ る の で, 用 い た と き の 衝 突 力 をFと. と な る 。S40に. す る と,S70の. っ い て の 解 析 結 果 を 図1.19(b)に. (a)要 素 分 割 モ デ ル(b)解 図Ll9有. 場 合(7/4)3、F,S100の. 示 す 。 図 中 に示 す ● 印 が 最 大 の 圧 縮 応. 析結 果(S40). 限 要 素 法 に よ る 要 素 分 割 モ デ ル と解 析 結 果 の 一 例. 一19一. 場 合(10/4)3F.
(27) 力 が 作 用 して い る と こ ろ で あ る 。 シ ョ ッ トの 中 心 よ り少 し 下 の 部 分 で 最 大 の 圧 縮 応 力 が 作 用 して い る こ とが わ か る。 S40に 対 す る 圧 縮 応 力 を σ・と し,各 比 を 応 力 比 加Q=σ/σ 加 して お り,ゴ. ブ ラ ス ト材 に よ っ て 生 じ る最 大 圧 縮 応 力 σ と の. 。と し て 示 した も の が 図1.20で. あ る 。 ゴが 大 き く な る と加 。も増. の 増 加 に と もな っ て σ も増 加 す る の が わ か る 。. u O.30.40.50.60. .70.80.91.01.1. 粒 径 ゴ(mm) 図1.20有. 1.3.6ブ. 限 要 素 法 に よ る応 力 比 加 。 と粒 径 ♂ と の 関 係. ラ ス ト加 工 に よ る試 験 片 の 硬 さ変 化. 試 験 片 表 面 か ら深 さ方 向 の 硬 さ を調 べ る た め に,マ て 硬 さ試 験(荷 重509,負 に 示 す 。`が4sよ え ば,試. 荷 時 間15s)を. り7sの. 方 が,試. 行 っ た。S40,ξ=400kPaの. ど 大 き い 。 ま た,加. あ る 。 これ らの こ と か ら,加. 場 合 の 結 果 を 図1.21. 験 片 の 浅 い 箇 所 の硬 さが 高 い こ とが わ か る。. 験 片 表 面 か らの 距 離 ゴ が お よ そ40μmの. して 硬 さ が50ほ. イ ク ロ ビ ッカー ス硬 さ計 に よっ. と こ ろ で,F7sで. 工 変 質 層 は ご=4sで 約200μm,r7sで. は4sの 場 合 に 比 較 約3GOμmで. 工 時 間 が 長 い 方 が試 験 片 表 面 の 硬 さ が 大 き く,ま. 工 変 質 層 も 大 き く な る傾 向 に あ る と い え る。. 一20一. 例. た,加.
(28) 図1.22は,ブ. ラ ス ト材 にG40を. さ分 布 で あ る 。 図1.21に. 用 い,ξ=400kPaの. 示 し たS40の. が ら,試. 験 片 表 面 の 硬 さ はS40の. 由 は,前. 述 と同 様 で,グ. ッ トの 場 合 は,粒. 場 合 と ほ ぼ 同 様 な 傾 向 を 示 し て い る 。 しか し な. 場 合 に 比 較 して,お. リ ッ ドの 場 合,粒. よ そ80%に. 子 の 形 状 が 球 形 で あ る た め,試. 験 片 が 一 様 に加 工 され,全 場 合,F7sに. シ ョ ッ トに 比 較 して 小 さい 。 以 上 の こ とか ら,シ. ( ゆO. O)﹀寓 範隠 K - 駁 孤b. 表 面 か らの 距 離 ￠'(μm) ラス ト加工後 の基材 の硬 さ分布(S40). ( ゆO. O) ﹀寓 拍竪 厳 - 只 ム釦. 図1.22ブ. ラ ス ト加 工 後 の 基 材 の 硬 さ分 布(G40). 一21一. 体 的 に硬. ョ ッ トの 方 が グ リ ッ ドよ. vAvv臼VVUUV憶UU. 表 面 か らの 距 離 グ(μm). ョ. お け る加 工 変 質 層 は. り も加 工 硬 化 に お よ ぼ す 影 響 が 大 き い とい え る。. 図1.21ブ. 減 少 して い る。 この理. 子 の 形 状 が 鋭 角 部 を有 す る の に 対 し,シ. さが 上 昇 す る こ とに あ る と思 わ れ る 。 ま た,G40の 約200μmで. 場 合 に っ い て 試 験 片 表 面 か らの 硬.
(29) 1.3.7ブ. ラ ス ト加 工 に よ る試 験 片 の 疲 労 挙 動. (1)応 カ ー 繰 返 し線 図 ブ ラ ス ト加 工 を 施 し た 試 験 片 の 疲 労 挙 動 に っ い て 検 討 し た 。 な お,疲 て は 両 振 り 曲 げ 疲 労 試 験 機 を使 用 した,、図1.23は,Fe試 ス ト加 工 を 施 した 場 合 の 応 カ ー 繰 返 し(5一 度 σ ・は180MPaで. あ る の に 対 し,シ. 炉4sの 場 合 で230MPaと. 労試 験 機 と し. 験 片 に 図 中 に 示す 条 件 で ブ ラ. ノVノ線 図 で あ る 。 未 加 工 試 験 片 の 疲 労 限. ョ ッ トを 用 い て ブ ラ ス ト加 工 し た 試 験 片 の そ れ は,. な り,オ=7sで250MPaと. な って い る。. こ の こ と か ら,ブ ラ ス ト. 加 工 に よ っ て σfが 増 加 して い る の が わ か る。 ま た,本. 実 験 内 で は 加 工 時 間 が 長 けれ. ば 長 い ほ ど σ ・は 増 加 す る傾 向 が み られ る。 これ は,前. 述 し た よ う に,試. シ ョ ッ トが 衝 突 し,そ れ る。 ま た,グ. の 表 面 に圧 縮 残 留 応 力 お よび 加 工 硬 化 が 誘 起 され る た め と思 わ. リ ッ ドG40を 用 い た 場 合,未. 孟=4sの 加 工 で は200MPaと き と 比 較 す る と,シ. な り,σfが. 加 工 試 験 片 の σfは180鯉aで. 上 昇 して い る 。 これ をS40を. ョ ッ トを 用 い た 方 が,グ. され,そ. あ る の に 対 し,. 用 い て 加 工 した と. リ ッ ドを 用 い て 加 工 し た と き よ り σfが. 大 き く な っ て い る 。 こ の よ うな 傾 向 が み られ た 理 由 は,グ を 有 す る た め,加. 験 片表 面 に. リ ッ ドの 粒 子 形 状 が 鋭 角 部. 工 時 に そ の鋭 角部 が試 験 片 に転 写 され る こ とに よ っ て切 欠 きが 形成. の 切 欠 き 効 果 が 現 れ た こ とに よ る と思 わ れ る。. ( 邸αΣ )b R 煙 ⊥u境. ⊥UOlOり107. 108. 繰 返 し 回 数1V(回) 図1.23Fe試. 験 片 の5-1V線. 一22一. 図.
(30) 図1.24はAl試. 験 片 にS40Q=4s)お. よびG40C=4s)で. 線 図 で あ る 。Al試 験 片 に つ い て も,図1.23に る。 しか し,未. ブ ラ ス ト加 工 した と き の5-1V. 示 したFe試 験 片 と 同 様 の 傾 向 を示 し て い. 加 工 試 験 片 と 比 較 し た 場 合,Fe試. 験 片 の と き ほ ど σfが 上 昇 して い な. い 。 こ れ はAl試 験 片 の 方 がFe試 験 片 に 比 較 して 柔 ら か い た め に,シ ッ ドの 粒 子 の 形 状 が 試 験 片 に 転 写 され や す く,そ. の 転 写 され た 粒 形 状 が 切 欠 き と な り,. Fe試 験 片 ほ ど σfが 上 昇 し な か っ た も の と思 わ れ る。. ( ￠﹂Σ )b R 拍 民. 繰 返 し回 数N(回) 図1.24A1試. 験片のS-N線. 図. (2)ブ ラ ス ト加 工 に よ る疲 労 限 度 の 変 化. む . ( 而﹂Σ )、b認 魑 数 翼. 0. 246. 8. 噴 射 時 間 ∫(s) 図1.25. Feお. よ びA1試. 験 片 の 疲 労 限 度 σfと. 噴 射 時 間 孟と の 関 係. 一23一. ョ ッ トお よ び グ リ.
(31) 図1.25は. ブ ラ ス ト加 工 時 間`と. 疲 労 限 度 σfと の 関 係 を 示 した も の で あ る。 シ ョ ッ. ト と グ リ ッ ドに よ る加 工 を 比 較 した 場 合,シ. ョ ッ トに よ る 加 工 の 方 が σfが 大 き い の が. わ か る。. 1.4結. 言. ブ ラ ス ト材 が 試 験 片 に 衝 突 す る と き の 衝 突 圧 力 を 測 定 した の ち,試. 験 片 の 残 留 応 力,. 加 工 硬 化 お よび 疲 労 強 度 との 対 応 に つ い て 比 較 検 討 し た 。 得 られ た 結 果 を 要 約 す る と 以 下 の よ うに な っ た 。 (1)噴. 射 距 離 嬉が10∼150mmの. 大 に な っ た 。 ま た,昆 (2)・P盈axは,噴. 範 囲 で は,嬉=10mmの. と き に 最 大 衝 突 圧 力P四axは. 最. の増 加 に ともな っ て加 工面 積 は 大 き くな った。. 射 圧 力 ξが 増 加 す る に つ れ て 上 昇 し,琵. が 増 加 す る に つ れ て急 激. に 減 少 した 。 (3)衝. 突 圧 力Pは,ブ. ラ ス ト材 の 種 類,粒. 度 に よ る 影 響 は ほ と ん ど な く,ξ. お よび. 嬉に よ る影 響 が 大 き か っ た 。 (4)ス. チ ー ル シ ョ ツ トの 方 が ス チ ー ル グ リッ ドよ り もHは. 大 き か っ た。. (5)シ. ョ ツ トの 方 が グ リ ッ ドよ り も加 工 硬 化 に お よ ぼ す 影 響 が 大 き か っ た 。. (6)ブ. ラ ス ト加 工 に よ る ピー ニ ン グ効 果 に よ っ て,加. 工 硬 化 が 誘 起 さ れ,疲. 労強度. σfが 上 昇 し た 。 (7)シ. ョ ッ ト と グ リ ッ ドに よ る加 工 を 比 較 し た 場 合,グ. を 有 し て い る た め,そ た 。 ま た,Fe試. れ が 切 欠 き と な り,シ ョ ッ トに よ る 加 工 の 方 が σ ・が 大 き く な っ. 験 片 とAl試 験 片 を 比 較 した 場 合,Al試. ド粒 子 の 鋭 角 部 が 試 験 片 に 転 写 され る た め,Fe試. 1.5参. リ ッ ドの 粒 子 形 状 が 鋭 角 部. 験 片 の 方 が 硬 さが 低 く,グ. 験 片 の 方 が σ,が 大 き く な っ た 。. 考 文 献. 1)植. 野 軍 二,佐. 野 忠 和:防. 2)蓮. 井. 版 溶 射 工 学,p.55,産. 3)ば. ね 技 術 研 究 会 編:シ. 4)広. 瀬 正 吉:シ. 5)砥. 粒 加 工 研 究 会 編:砥. 淳:新. 食 溶 射 の ブ ラ ス ト 工 程 の 管 理,溶. 射 技 術,2,187(1987).. 報 出 版(1966).. ョ ッ ト ピ ー ニ ン グ 作 業 標 準,日. ョ ッ ト ピ ー ニ ン グ,P.113,P.157,誠 粒 加 工 技 術 便 覧,P.597,日. 一24一. リッ. 本 ば ね 工 業 会(1982)。 文 堂 新 光 社(1955).. 刊 工 業 新 聞 社(1965)..
(32) 第2章. 2.1緒. 研掃作用. 言. ブ ラ ス ト加 工 に お け る研 掃 処 理 で 求 め られ る こ と は,基 ず,つ. ぎ の 工 程 に 必 要 な 上 質 面 を 基 材 に 残 し,異. うな 観 点 か ら,プ. 材 にで き るだ け損 傷 を与 え. 物 を 除 去 す る こ と で あ るn。. この よ. ラ ス チ ッ ク 粒 子 を 用 い た ブ ラ ス ト加 工 を 試 み た 。 プ ラ ス チ ッ ク粒 子. を 用 い た ブ ラ ス ト加 工 は,ス. チ ー ル を 用 い た ブ ラ ス ト加 工 と異 な り,塗. の 除 去 等 の 研 掃 処 理 に有 効 で あ る と 思 わ れ る 。 本 章 で は,プ. 膜,ス. ケール. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト加 工. をナ イ ロ ン 樹 脂 とア ク リル 樹 脂 を 用 い て 行 っ た 場 合 の,ア. ー ク ハ イ トHお. よび 研 掃 率. Zに お よ ぼ す ブ ラ ス ト加 工 の 影 響 を 検 討 す る と と も に,プ. ラスチ ック とス チ ール の混. 合 ブ ラ ス ト材 を 用 い た 場 合 に っ い て も 同 様 の 検 討 を行 っ た 結 果 に つ い て ま と め た 。. 2.2実. 験方 法. ブ ラ ス ト加 工 に は 直 圧 式 ブ ラ ス ト加 工 機(厚 地 鉄 工 製BA-1型)を ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 に は ナ イ ロ ン樹 脂(TPN)お. 用 い た 。 な お,プ. よび ア ク リル 樹 脂(TPC)を. 用 い た.表2.1. に プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 と 比 較 の た め に 用 い た ス チ ー ル ブ ラ ス ト材(SBM)の 性 質 を,表2.2に. ブ ラ ス ト加 工 条 件 を 示 す 。 ま た,混. を混 合 し て 作 製 した もの と し,こ. ラ. 物理 的. 合 ブ ラ ス ト材 くMBM)は,TPNとSBM. れ ら の 混 合 割 合 レはMBM中. に お け るSBMの. 重量割合 と. した。 基 材 に はN型 ア ル メ ン ス ト リ ッ プ 試 験 片(76mm×19mm×tO.7mm,以 称)を 用 い て,Hお. よ びZを. 求 め た 。 な お,Hは. ン ゲ ー ジ2)・3)を 用 い て 求 め た 。 ま た,Zは,Am試 製 赤 色,塗. 膜 厚 さ0.1mm)を. 験 片 と略. 日本 ば ね 工 業 会 に 規 定 され た ア ル メ 験 片 に ラ ッカ ー 塗 料(カ. 塗 布 した も の に 対 し て ブ ラ ス ト加 工 を 行 い,こ. 材 表 面 を観 察 す る こ と に よ り求 め た 。 な お,Zは 積)×100%と. 下Am試. ンペ ハ ピ オ の もの の 基. くラ ッ カ ー 塗 料 の は く 離 面 積/基. 材 面. 定 義 した 。 表 面 粗 さRyの 測 定 に は 触 針 式 表 面 粗 さ測 定 器(小 坂 式SE-400. 型)を 用 い た 。 測 定 条 件 は,測. 定 速 度0.5mm/s,基. 倍 と した 。. 一25一. 準 長 さ2.5mm,縦. 倍 率100倍,横. 倍 率100.
(33) 表2.1物. 理 的性 質. 記. 号. TPN 400. TPN 600. TPN 800. 粒. 径d. 0.4. 0.6. 0.8. 皿m. 皿皿. 材. TPC30. 0.8mm. m揺. 2. ア ク リル 樹 脂. 料. ナ イ ロ ン 樹 脂. 耐 熱 温 度 丁・. 79℃. 60℃. 1.15Mg!m'. 1.15Mglm'. 密. 度. 硬. さ. 記. 号. S40. S70. SlOO. 粒. 径d. 0.4 mm. 0.7. 1.O. 材. 料. 密. 度. 硬. さ. ρ. HR瓢90. HRRll5. ス. 0.7mm. m皿. 皿皿. チ ー ル シ. G70. ョ ッ. ス チ ー ル グ リ ッ ド. ト. 7.5Mg/m,. 7.5Mglm'. HRC47. HRC47. ρ. 表2.2ブ ブ ラ ス ト材. ラ ス ト加 工 条 件 TPN400,TP牌600,TP麗800 TPC30,S40,S70,SlOO,G70. ブ ラ ス ト材 供 給 量Q. 13kg/min. 一 ノズル直径. δ. 噴射圧 力. ξ. 噴射 角度. θ. 4m 400∼600kPa go°. 噴 射 距 離2、. 150皿. 噴 射 時 間'. 2.3実. 0.5∼200s. 験 結 果 お よび 考 察. 2.3.1ア (1)プ. 皿. ル メ ンス ト リップ試 験 片 の変形 挙動 ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 場 合. 図2.1はTPNお. よ びTPCを. 用 い て ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 のHと. 噴 射 時 問 診との 関. 係 に お よ ぼ す ブ ラ ス ト材 の 粒 径 ゴの 影 響 を調 べ た 結 果 で あ る 。 加 工 条 件 は,噴 ξ;400kPa,噴. 射 距 離 ￡=150mmで. あ る。 な お,第1編. ラ ス ト加 工 残 留 応 力 σ と 対 応 し,κ 大 き い ほ どHも. 第1章. で 述 べ た よ う に,Hは. が 大 き い ほ ど σが 大 き い 。 図 か ら,TPNで. 大 き く な っ て い る。. 一26一. 射圧 力 ブ. は ゴが.
(34) こ の こ と は,一. 般 に,ブ. ラ ス ト材 粒 子 が 基 材 に衝 突 す る と き,衝. ブ ラ ス ト材 粒 子 の 速 度 が 一 定 で あ る と仮 定 した 場 合,Eは す る た め,Hも. ゴの3乗,ρ. の1乗. で 増加. 増 加 す る こ と と一 致 して い る 。. ま た,TPNとTPCを. 比 較 す る と,TPNよ. りTPCの 方 がHが. び ρ が ほ ぼ 同 じで あ っ て も,表2.1に. よ り硬 い も の の 方 が,粒. 大 き い 。 こ の 理 由 は,ゴ. 示 し た よ うに,TPCの. こ と に あ る と思 わ れ る。 す な わ ち,粒. して,Hが. 突 エ ネ ル ギ ーEは. 方 がTPNよ. 子 が 基 材 に衝 突 す る と き,粒. 子 形 状 が 変 形 しに く く,Eを. お よ. りは る か に硬 い. 子 が 軟 らか い もの. よ り有 効 に 基 材 に 与 え,結. 果 と. 大 き くな る こ とに あ る と思 わ れ る。. ObO⊥UU上ou∠uu. 噴 射 時 間`(s) 図2.1ア. ー ク ハ イ トHと 噴 射 時 間 孟と の 関 係 (TPNお よ びTPC). つ ぎ に,プ. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 比 較 と して,ス. た ブ ラ ス ト加 工 がHに. チ ー ル ブ ラ ス ト材(SBM)を. お よ ぼ す 影 響 を 検 討 した(図2.2)。. 図 に 示 す よ う に,S脳. 用 い のH. も ゴが 大 き い ほ ど大 き く な っ て い る。 図2.1と. 図2.2を. 比 較 す る と,プ. 相 当 小 さ い 。 一 方,プ. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材,SBMと. 増 加 し て い る 。 し か し,そ な っ て お り,SBMで. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 のHは,SBMのHに. の 増 加 の 割 合 は,プ. も に6の. 増 加 に と も な っ てHは. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 とSB蟹 と で は 異. は オの 初 期 で 急 激 に 増 加 し,そ. の 後,緩. や か に 増 加 す る の に 対 し,. プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 で は オの 増 加 に と も な っ て 徐 徐 に増 加 し て い る 。. 一27一. 比 較 して.
(35) (日霞)電 孟ヤくへート. 噴 射 時 間1(s) 図2.2ア そ こ で,図2.1お (図2.3)と,プ. よ び 図2.2に. ー ク ハ イ トHと 噴 射 時 間 哲と の 関 係(SBM) お け るt=200sで. のHと. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 お よ びSBMと. な っ て い る 。 ま た,同. 一 粒 径 で 比 較 し た 場 合,プ. ル ブ ラ ス ト 材 の そ れ よ り 著 し く 小 さ い 。 例 え ば,ゴ す る と,TPN400のHは0.021mmで,S40の. ゴ と の 関 係 を フ゜ロ ッ ト し て み る も げ が 大 き く な る ほ どHが. 大 き く. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 のHは. スチ ー. が0.4mmで. そ れ は0.82mmで. あ り,TPN400の. 較 し て か な り 小 さ い 。 す な わ ち,TPN400のHはS40の2.6%で ス ト材 に よ る ブ ラ ス ト加 工 は,Hに. あ り,プ. 方 がS40に. ー ク ハ イ トHと. 一28一. 粒 径 ゴとの 関係. 比 較 比. ラス チ ッ ク ブ ラ. ほ と ん ど影 響 を 与 え て い な い こ とが わ か る。. 粒 径d(皿m) 図2.3ア. あ るTPN400とS40を.
(36) 図2.4はTPN800に. つ い て ξ を 変 化 さ せ て ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 のHの. る 。 ξ の 大 き い ほ どHの. 値 が 大 き い 。 ま た,図2.5は,図2.4に. を 示 し た も の で あ る が,ξ kPaで. はH=0.055mmで. は ξ 二400kPaの. 約2倍. を 増 加 さ せ る とHは. あ る が,ξ=600kPaで. お け る 五=200sで. はH=0.ilmmと. な り,ξ=600kPaに. Av. 嚢o 冒0. 書。. 季・ 卜・0. 0 よ . リリ. ニ リ しロ. 噴 射 時 間1(s) 図2.4. ア ー ク ハ イ ト・ 厚 とブ ラ ス ト加 工 時 間 古との 関 係. A1つ. 噴 射圧 力 図2・5ア. のH. 急 激 に 増 加 し て い る 。 例 え ば,ξ=400. に な って い る。. り . 変 化 で あ. ξ(kPa). ー ク ハ イ トHと 噴 射 圧 力 ξ との 関 係. お け るH.
(37) (2)混. 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合. 混 合 ブ ラ ス ト材MBMを 2.6はTPN400にS40を. 用 い て ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 のHに. 混 合 し たMBMに. お け る 、Hと 孟 と の 関 係 で あ る 。HはS關. レ の 増 加 に と も な っ て 増 加 し て い る 。`=200sに で あ る 。 ま た,MBM中. にSBMが25%混. お い て,γ=0%のHは,レ. 入 さ れ る とHが. ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 密 度(ρ=1.15Mg/m3)よ か に 大 き く,MBMの. 平 均 密 度 が 増 加 し,衝. 図2.7はTPN800にS70を. りSBMの. 密 度(ρ=7.5Mg/m3)の. ラ. 方 が は る. ∫(s). 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). 混 合 し た と き の ∫∫と`と. 図2.8に. 示 し たBMに. 示 し た も の で あ る 。Hは,γ=25%ま 以 上 の 結 果 を 総 合 す る と,SBMと. の 関 係 で,図2.8はTPN800にG70を. 混. 同様 の 傾 向 を 示 して い る。. っ い て,`=200sに. お け るHと. γとの 関係 を. で 急 激 に 増 加 して い る 。 プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 を 比 較 す る と,SBMの. .Hが 一 定 値 に な る ま で の 時 間 が 短 い こ と か ら,MBMを ス ト 材 中 のSBMの. 「=100%の 約2.6%. 突 エ ネ ル ギ ー が 増 加 す る た め と思 わ れ る 。. 合 し た と き の そ れ で あ る 。 両 図 と も 図2.6と 図2.9は,図2.6∼. の 混 合 割 合. 急 激 に 増 加 し て い る 。こ れ は,プ. 噴 射 時 間 図2.6混. っ い て検 討 した。 図. ブ ラ ス ト効 果 が 現 れ,そ. の 後,プ. く もの と思 わ れ る。. 一30一. 使 用 し た 場 合,ま. ず,混. 方 が 合 ブ ラ. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 の 作 用 が 働.
(38) αoo050100150200. 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). 0. 0255075100 混 合 割 合 γ(%). 図2.9ア. ー ク ハ イ. トHと. 一31一. 研 掃 率1と. の 関 係.
(39) 2.3.2ブ (1)プ. ラ ス ト加 工 に よ る 研 掃 作 用 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. 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. の そ れ で あ る。. 9 8 7 6 5. ( 承)N 癬 転 応. 4 3 30U4UUOUUOUU4vし. 躍. 噴射 圧 力 図2.10研. ξ(kPa). 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係(オ=0.5s). ひ. (ぎ) こカ . コ . り ミ ノ. 噴射圧力 図2.11研. リ レ . ξ(kPa). 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係(ご=2,0s). 一32一. ロ り. ξの 関 係 で あ 孟二5.Osの. とき.
(40) 1. ( 承)N 辮 轄応 ム6. 400500600700. 00. 噴 射 圧 力 図2.12研 炉0.5sで. は,ど. 掃 率1と 噴 射 圧 力 ξ と の 関 係,(オ=5.Os). の ブ ラ ス ト 材 に つ い て も,Zは. る 傾 向 を 示 し て い る 。 例 え ば,TPN400に Z=35%,ξ=500kPaで に お い て,ブ. ラ ス ト材 の 種 類(の. 一 方. ,プ. はZ=50%と. ξ=400kPaに は,S40の 37%で は,プ. はZ=55%と. 約2.6%で. あ り,S40の. 低 い。. 対 応 さ せ て 比 較 し て み る と,例. 一 粒 径 ゴ=0.4mmで. あ る 。 一 方,図2。10に そ れ は64%で. 比 較 し てZは. あ るTPN400とS40を. は. そ こ で,図2.3に. え ば,図2.3に. 示 し お い て,. 比 較 す る と,TPN400のH. お け る 同 一 材 料 で 比 較 す る と,TPN400のZは. あ り,TPN400のZはS40の. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 に 比 較 し てZは. こ れ に 対 し て,プ. はZ=35%,TPN600で. な っ て い る。. 示 し たZを つ い て,同. は. な っ て い る,、 ま た,ξ=400kPa. を 変 化 さ せ た 場 合,TPN400で. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト 材 はSBMに. たEと,図2.10に. ξお よ び ゴが 大 き く な る と 増 加 す. つ い て ξ を 変 化 さ せ た 場 合,ξ=400kPaで. はZ=45%,ξ=600kPaで. Z=41%,TPN800で. ξ(kPa). 約58%で. 大 き い が,Hに. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 は,Hに. あ る 。 し た が っ て,SBM お よぼす 影 響 も大 きい 。. 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∼ 800を. 図2.12に. 示 し た よ う に,オ. 用 い て ξ=600kPaで. る と,Zは. が 大 き い ほ どZは. 加 工 し た 試 験 片 はZ=100%と. 大 き い。. 使 用 し た 場 合,孟. 場 合,TPN. な っ た 。 ま た,TPN400を. ξ の 増 加 に と も な っ て 増 加 す る が,ξ=500kPa以. い な い 。 ま た,SBM(S70,G70)を. 仁5.Osの. 使 用 す. 上 で は そ れ ほ ど増 加 して. 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. 一33一. っ い て. 孟の 増 加 に と も な うZを. 比較 した.
(41) も の で あ る 。`の 一方. ,dが. 初 期 でZは. 急 激 に 増 加 し,そ. 増 加 す る と,Zも. の 後,増. 加 割 合 は 少 な くな っ て い る。. 増 加 して い る。 これ は,dが. の も つ 衝 突 エ ネ ル ギ ー が 大 き く な る の と,♂. 大 き い ほ ど ブ ラ ス ト材1粒. 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 図2.13研. (2)混. 間'(s) オと の 関 係. 合 ブ ラ ス ト材 の 場 合 よ びTPN800とG70と. ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の γ とZの. は,ξ=400kPa,`=0.5sで が100%の. 時. 掃 率1と 噴 射 時 間. 図2.14は,TPN400とS40,TPN800とS70お て,ブ. 射. 増 加 に と も な い ほ ぼ 比 例 的 にZは の 場 合 式(2.1)の に 応 じ たZを. 関 係 を 示 し た も の で あ る 。 な お,加. あ る 。 同 図 に お い て,レ=0%と. と き で あ り,γ=100%と. を 混 合 さ せ たMBMを. はSBMが100%の. と き で あ る 。 ど の ブ ラ ス ト材 もyの. よ う に 表 さ れ る 。 し た が っ て,こ. Z=0.286}/+51.4(2.1). ∼34一. 工 条件. は プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材. 増 加 す る 。 例 え ば,TPN800とS70の. 選 ぶ こ とが で き る こ とに な る。. 用 い. 混 合 ブ ラ ス ト材. の 式 を 用 い る こ と に よ っ て 目的.
(42) u. O. 100. 20406080 混 合 割 合 γ(%) 図2.14研. 2.3.3基. 掃 率1と 混 合 率yと. の 関係. 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 粗 さRy(最. ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 とSBMを 大 高 さ)を. 工 し た と き のRyと. 用 い た ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の 表 面. 求 め た 。 図2.15は,ξ;400kPa,炉200sの. 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 径(ゴ=0.8mm)を. もっTPN800とTPC30で. こ れ は,TPC30の TPNお. 方 がTPN800よ. よ びSBMと. も,粒. 径dが. と思 わ れ る。 ま た,図2.1お. よ うに,Hは. 約5%と. な っ て い る 。 ま た,同. 加 工 した 場 合,TPC30の. 方 が 幾 分Ryが. じ粒. 大 きい 。. 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, 大 き い ほ どRyが. dが 大 き い ほ ど基 材 に 衝 突 し た と き のEが. い ほ どRyの. 条 件 で ブ ラ ス ト加. よ び 図2.2に. 大 き く な る 傾 向 が み られ る。 こ れ は,. 大 き く,基 示 し たHと. 材 に深 い圧 痕 が つ くた め で あ る あ る 程 度 対 応 し て お り,Hが. 大 き. 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 ゴ,ρ. お よ び 硬 さ が 大 き い ほ ど大 き く な る。 こ の 場 合,ブ. の 硬 さが 大 き け れ ば,粒. 子 形 状 が 変 形 しに くい た め,粒. 材 表 面 に よ り 大 き な 塑 性 変 形 が 起 こ り,そ え られ る 。. 一35一. の 結 果,Ryが. ラ ス ト材 粒 子. 子 が 基 材 に 衝 突 した と き,基 大 き く な る こ と に よ る と考.
(43) v.4v・.v●. げv●VV●JV●vv・. 粒 図2.15表. 2.4結. の 関係. 言 よびTPCを. 用 い た ブ ラ ス ト加 工 を 行 い,Hお. よ. 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 (2)ブ. 轟 ●v. ゴ(mm). 面 粗 さRyと 粒 径6と. プ ラ ス チ ッ ク ブ ラ ス ト材 と してTPNお びZを. 径. ノ. りTPCに. よ る ブ ラ ス ト加 工 の 方 が,Hが. ラ ス ト材 のdお. (3)SBMは. よび ξが 大 き い ほ ど,Hお. 大 き くな った。 よびZは. 大 き な 研 掃 効 果 を 得 る こ とが で き る が,Hに. も 大 き か っ た 。 そ れ に 対 し て,TPNあ. る い はTPCはHに. 大 き くな った 。 お よ ぼ す ブ ラ ス ト加 工 の 影 響. 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. :激に 増 加 し た 。 ま た ,MBM中. 2.5参. のSBMの. にSBMが. 少 量 で も 混 合 され る とHは. 混 合 割 合 が 増 加 す る と,Zは. 考 文 献. 1)J.J.LennonandJ.Mallon:Investigationoftheeffectsofplasticmedia blasting(PMB)onadvancedcomposites,KeyEngineeringMaterials,72, 323(1992).. 一36一. 急. 比 例 的 に増 加 した。.
(44) 2)ば. ね 技 術 研 究 会 編:シ. 3)砥 粒 加 工 研 究 会 編:砥. ョ ッ トピ ー ニ ン グ 作 業 標 準,日 粒 加 工 技 術 便 覧,P.587,日. 本 ば ね 工 業 会(1982). 刊 工 業 新 聞 社(1965)..
(45) 第3章. 3.1緒. ブ ラス ト加 工 に よ る基材 の変 形 挙 動. 言. ブ ラ ス ト加 工 に よ る ピ ー ニ ン グ 効 果 に よ り,基 す る こ と は 第1章 一方. ,ブ. 材 の加 工硬 化 お よび 疲 労 挙 動 が変 化. で 述 べ た。. 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. し て 基 材 が 変 形 す る1)。 し た が っ て,ブ. 果 と. 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. 条 件 を求 め る た め に,大 い て,ブ. 適加 工. 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. 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 3.2.1ブ. 験 装 置 お よび 方 法 ラ ス ト加 工. ブ ラ ス ト加 工 は 第1章 表3.1の. 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. 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. 粒. ス チ ー ル. 度. シ ョ ッ. 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. ト.
(46) 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)の. 試 験 片(Am. ア ー ク ハ イ トHは. (第1章)に. 図1.6. 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. ノ. 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 図3.1正. とき を破 損 と した。 残 留 応 力 の 測 定 法 と し て は,ひ ゲ ー ジ 法3),X線 が あ る が,X線. 方形試 験片 の測定位置. ず み. 応 力 測 定 法4)・5)な ど 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 ゲ ー ジ(共. 方 向 に箔 フ ェ ス テ ル. 和 電 業 製KFY-2-C1-11)を. 貼 り付 け て 行 っ た 。 な お,測 ひ ず み 計(共 3.2.3表. 図3.2ひ. 定 に は静. 和 電 業 製SDB-410C)を. 用 い た。. 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 速 度0.5mm/s,基 3.2.4試. ず みの測定位 置. 準 長 さ8.Omm,縦. 倍 率100,横. あ る 。 表 面 粗 さ の 測 定 条 件 は,測 倍 率10で. あ る。. 験 片. 正 方 形 試 験 片 は,Am試. 験 片(寸. 法 は76mm×19mm×t1.3mm)の. 一39一. 長 手 方 向 の 長 さ(76mm). 定.
(47) を 基 準 と し,一. 辺 が76,152,228田mの. 略 称 す る)で,板. 各 正 方 形 板(以. 厚 ゐ は0.6,1.3,2.4,3.2mmで. 下,□76,□152,□228試. あ る 。 ま た,表. 試 験 片 は,ブ. ラ ス ト 加 工 に よ る 変 形 の 影 響 を 防 ぐ た め,板. の 材 質 は,ア. ル メ ン ス ト リ ッ プ,鉄,銅,ア. 片 と 略 称 す る)と 定 に 用 い たAm試. し た 。 な お,正 験 片 は,規. 面 粗 さの測 定 に用 いた. 厚 は10mmを. ル ミ ニ ウ ム(以. 用 い た。 試 験 片. 下,Am,Fe,Cu,Al試. 方 形 試 験 片 の 材 質 は,鉄(Fe)で. 格 に 記 載 さ れ て い るSKH-6を. 験 片 と. 験. あ り,表. 面粗 さの 測. 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. 化. 試験 片. C. Am. Si. 0,075. 〈035. 学. 成. 分(wt%). IS. Mn. P. 〈0.50. く0,030. Cu. 〈0.030. NiI. 〈0.30. Cr. 〈0.251. 〈0.20. 一. 一. 1. Fe*. 0,Ol5. 0,Ol5. 0.07. 0,Ol5. A1**. Si.0.06,Fe:0.31,Cu:0.02,Tl:0.01,A1.99.60. Cu***. P:0.032Cu:99.968. 一. 0.02. ,. Note*:SPCC-SA(JISG3141)**:AlO50P(JISH4000)***:JISH3101. 3.3実. 験 結 果 お よび 考 察. 3.3.1正 (1)正. 方形試 験 片の変形挙動 方 形試 験 片 の変 形 状 態. 図3.3(a)お. よび(b)は,□152試. 同 図 よ り,x方. 向,y方. 向 に お け る δは,噴. が わ か る 。 ま た,孟=20sま る 。 し か し,そ. れ 以 降,x軸. 定 と な り,1=76mmで. 験 片(材 質:Fe)に. お け るx軸 お よ びy軸 上 の δで あ る 。. 射 時 間F20sま. で に 急 激 に 増 加 して い る の. で の δは 両 方 向 と も 同 様 に 変 化 し,試 上 の δは,x=0∼45mmで. は0に 近 づ く。 一 方,y軸. 験 片 は 球 状 に変 形 す. 徐 徐 に 増 加 し,x;60mmで. 上 で はF20sま. ほぼ一. 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.
(48) な っ た 変 形 を示 し,試. 験 片 は 中 央 で 曲 げ られ た 状 態 と な り,試. る た め と考 え られ る 。 ま た,y方. 向 の δは,X方. 験 片 端 部 の δが 減 少 す. 向 が 大 き く 変 形 す る こ と に よ り,y方. 向 の 変 形 が 拘 束 され る た め に 同 率 で 増 加 した と考 え られ る。. ". ω. 1向 間方. 時 x ラ 0射侮 廻噴. O OIOO200 噴 射. 時 間. (b)y方 図3.3x,y方. 図3.4は,オ=2COs時. ま た,両. 向 に お け る 変 位(口152試. に お け る ゐ=1.3m阻. した もの で あ る 。 同 図 よ り,試. ∫(s) 向 験 片). の □152試 験 片(Fe)に. つ い て,δ. の 状 態 を示. 験 片 はx方 向,γ方 向 と も対 称 に 変 形 す る の が わ か る 。. 方 向 と も試 験 片 の 変 形 は,確. 率 曲 線 に 類 似 し た 曲 線 で 示 され,前. な 中 央 で 曲 げ られ た 状 態 と な っ て い る。. 一41一. 述 した よ う.
(49) 一50050 -x,y(mm) 図3.4□152試. (2)噴. 験 片 の 変 位(炉1.3㎜,左200s). 射 距 離 が 変 位 に お よ ぼす 影響. 図3.5は,ゐ=0。6mmの. □152試. 験 片(Fe)に. つ い て,噴. 射 距 離 危を 変 化 させ た 場 合 の. 試 験 片 中 央 に お け る δの 変 化 を 示 した も の で あ る。 同 図 よ り,危 の 増 加 に と も な っ て δは 大 き く な っ て い る の が わ か る 。 し か し,免=20mmに 増 加 し,そ れ 以 降 は 減 少 し て い る。 一 方,愈=25伽mに 増 加 した の ち,ほ. ぼ 一 定 値 に 近 づ い て い る。 ま た,虹. 短 く な り,砲 一80mmで 旦=2伽. 加 工 し た 場 合,試. お け る δは,F30s付. 近 まで. お け る δは,F220s付. 近 まで. 験 片 は`=80s付. の減 少 に ともな って破 損 時 間 も 近 で 破 損 して い る 。 し か し,. 阻に お い て 加 工 した 試 験 片 は 破 損 せ ず に 負 の 変 位 に な っ て い る 。 こ の 理 由 は,. 嬉=20mmの. よ う に 噴 射 距 離 が 短 い 場 合,ブ. 噴 射 力 が 弱 く な り,試 図3.6は,ゐ. ニ3.2mmの. ラ ス ト材 が 圧 縮 空 気 の 流 速 に 追 従 で き ず,. 験 片 は 破 損 しな か っ た も の と考 え られ る 。 □152試. っ い て,建. を変 化 させ た 場 合 の 試 験 片 中央. に お け る δの 変 化 を 示 し た も の で あ る 。 同 図 よ り,晃. が 大 き く な る ほ ど δも 大 き く な. っ て い る の が わ か る 。 見=20mmに. で 増 加 した の ち,オ. も な っ て 減 少 して い き,く 合 と 同 様 で あ る が,δ. 験 片(Fe>に. お け る δはF20sま. の増加に と. ぼ ん だ 状 態 に な っ た 。 こ の よ う な 傾 向 は,ゐ=0.舳mの. の 値 は 異 な っ て い る。 こ れ は,ゐ. た め に そ れ 以 上 の 変 形 が 困 難 に な る か らで あ る 。. 一42一. が 大 き く,厚. 場. さ方 向 の 拘 束 の.
(50) り. 200. 100. 噴 射 時 聞 ∫(s) 図3.5噴. 射 距 離 を 変 化 させ た 場 合 の 中央 の 変 位 (口152,1FO.6㎜). 01uv・. 白vu 噴. 図3.6噴. 射. 時 間'(s). 射 距 離 を 変 化 させ た 場 合 の 中 央 の 変 位 (口152,炉3.2㎜). 図3.7は,ゐ=3.2mmの. □152試. 験 片(Fe)に. つ い て,旦. を 変 化 させ た 場 合 の試 験 片 中 央. に お け る εの 変 化 を 示 し た も の で あ る 。 同 図 よ り,晃 が 大 き い ほ ど εは 圧 縮 側 に 大 き く な っ て お り,ε の 変 化 は δの 変 化 と ほ ぼ 同 様 な 傾 向 を 示 し て い る 。 こ の こ と か ら,ゐ =3 .2mmに. お け る εは δ を 用 い て 推 定 が 可 能 で あ る こ とが わ か る 。. 一43一.
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