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2024-03-30点击量：555
【专利摘要】本发明提供一种可以利用简单的结构容易并且廉价地高精度制造强度优异的机械加工零件的方法。本发明的机械加工零件的制造方法，通过喷丸，只在原材料(1)的要进行机械加工的部位(1a)的表面层部分地导入位错(S3)，通过加热使石墨只在该进行机械加工的部位(1a)的表层部分地析出(S4)，之后，通过机械加工(S5)将部位(1a)的石墨析出的表层除去相当于加工余量(1c)的量，制造机械加工零件(1′)。
[0001] 本发明涉及机械加工零件的制造方法及机械加工零件，特别是，涉及通过在原材 料的规定部位进行机械加工，例如，制造齿轮或无级变速器用的皮带轮轴（下面，称之为 CVT轴）等机械加工零件用的方法，以及利用这种方法制造的机械加工零件。
[0002] 作为制造机械加工零件用的现有技术，如图6所示，一般地，进行下述工序：热锻 造原材料100 (S12);通过对该原材料100进行冷锻造，将位错导入到其整体，形成石墨析 出核（S13);将加热到规定温度的状态保持规定的时间，使得在整个原材料100上析出石 墨，进行石墨化处理（S14);之后，例如，在通过切削加工等形成齿槽以成形齿轮等，在规 定的部位l〇〇a进行机械加工（S15);以规定的时间和规定温度对其加热，使石墨再次固溶 (S16);制造机械加工零件100。作为制造这样的机械加工零件100用的原材料，优选地 为通过石墨化处理而析出石墨的原材料。由于通过石墨化处理使石墨析出，原材料的碳浓 度相对地变低，所以，可以提高机械加工时的切削性。
[0003] 另外，作为另外的现有技术，已知有专利文献1。专利文献1涉及冷加工性优异的 机械结构用钢材及其制造方法。在专利文献1中，公开了在热加工之后进行恰当的断面收 缩率的冷加工，进行成为层状渗碳体的截断和石墨的析出核的应变位错的导入，通过之后 的退火处理，使石墨均匀微细并且迅速地析出等（0025)。
[0008] 但是，在图6所示的技术中，由于通过冷锻造（S13)将位错导入到整个原材料100 中，形成石墨析出核，在炉内等将整个原材料100以规定的温度加热规定的时间，所以，石 墨化处理（S14)所需要的时间变长，设备成本也增加，所以，在实用化方面存在问题。进而， 在通过石墨化处理（S14)在在原材料100中析出了石墨的状态下，硬度低。因此，在图6所 示的现有技术中，在机械加工（S15)之后，有必要通过进行再固溶工序（S16)，使石墨溶入 到原材料中，将整个原材料的碳浓度恢复到石墨析出之前的状态。另外，为了使石墨充分再 固溶，原材料1〇〇的加热温度、加热时间等的管理是烦杂的，对于这种再固溶的工序（S16) 所需要的设备及劳力、时间成为必要的，所以，存在着成本增加等问题。
[0009] 另外，如图6所示，由于使得在整个原材料中析出的石墨再固溶（S16)，在存在石 墨的部位残留着空穴，存在着由于空穴而造成机械加工零件100的强度降低的问题。
[0010] 另外，在专利文献1中，还存在着由于通过冷锻造在整个原材料中导入变成石墨 析出核的位错而将整个原材料加热，所以，不能缩短用于进行石墨化处理的时间的问题，以 及石墨化处理用的冷锻造、加热炉等比较大的大型设备成为必要的、成本增加的问题等。 [0011] 本发明是鉴于上述问题完成的，其目的是提供一种能够利用简单的结构，容易并 且廉价地高精度制造强度优异的机械加工零件的方法。
[0012] 另外，本发明是鉴于上述问题完成的，其目的是，提供一种能够以简单的结构，强 度优异、容易并且廉价地高精度制造的机械加工零件。
[0014] 为了达到上述目的，本发明的机械加工零件的制造方法是一种在原材料的规定部 位进行机械加工的机械加工零件的制造方法，其特征在于，在进行所述机械加工之前，在要 进行所述机械加工的部位导入位错，通过加热，在所述部位使石墨部分地析出。
[0015] 另外，为了达到上述目的，本发明的机械加工零件是通过在原材料的规定部位进 行机械加工制造而制成的，其特征在于，所述机械加工零件为，在要进行机械加工的部位导 入位错，通过加热，石墨在所述部位被部分地析出，该石墨被部分地析出的部位被机械加工 的零件。
[0017] 根据本申请的权利要求1所述的发明，在原材料的要进行机械加工的规定的部位 导入位错后，将该原材料加热使石墨在相关的部位部分地析出，之后，通过对相关的部位进 行机械加工成形为规定的形状并且除去。由于石墨在机械加工的部位析出，所以，通过机 械加工可以容易地成形为规定的形状，而且，由于通过机械加工将石墨析出的部位除去，所 以，不会通过石墨析出而在机械加工零件中残留空穴，另外，没有必要向现有技术中那样使 析出的石墨再次固溶，从而，可以提供一种能够容易并且廉价地制造强度优异的机械加工 零件的方法。
[0018] 根据本申请的权利要求9所述的发明，可以提供一种能够利用简单的结构，强度 优异、容易并且廉价地制造的机械加工零件，所述简单的结构为，在要进行机械加工的规定 的部位导入位错，石墨在进行所述机械加工的部位被部分地析出，对该部分进行机械加工， 成形为规定的形状，并且将析出的石墨除去。
[0019] 图1是表示根据本发明的机械加工零件的制造方法的工序的一种实施方式的框 图，是各个工序的原材料的说明图。
[0021] 图3是表示基于本发明制造的试样和利用现有技术制造的试样的硬度相对于从 表面起的深度的分布（a)，以及图3所示的辊子点蚀试验的各自的结果的曲线是表示利用本发明在原材料的规定部位通过机械加工形成齿形的情况的说 明图。
[0023] 图5是作为弯曲疲劳强度试验表示出液压拉伸压缩疲劳试验（pulsator)的说明 图（a)，以及基于本发明制造的试样及利用现有技术制造的试样的液压拉伸压缩疲劳试验 的结果的曲线是表示根据现有技术的机械加工零件的制造方法的工序的一种实施方式的 框图，以及各个工序的原材料的说明图。
[0025] 首先，基于图1详细地说明本发明的机械加工零件的制造方法的基本结构。另外， 在图中，将相同的标记赋予同样的部分或者相当的部分。
[0026] 本发明的机械加工零件的制造方法，概略地说，是在原材料1的规定部位la进 行机械加工的方法，在进行机械加工（S5)之前，将位错导入到要进行该机械加工的部位 la(S3)，通过加热，使石墨在进行该机械加工的部位la部分地析出（S4)。另外，在该实施方 式中，利用为了将位错导入到要进行机械加工的部位la，而进行喷丸硬化的情况进行说明。
[0027] 原材料1是被成形为具有规定直径的圆柱状或者棒状（在本发明中，包含棒状在 内，统称为圆柱状）的材料，例如，可以使用碳（C)为0.3?0.8重量％的通过石墨化处理 将石墨析出的原材料。在利用这种原材料1制造机械加工零件1时，在该实施方式中，如 图1所示，最初，通过将圆柱状的原材料1加热到规定温度并进行热锻造（S2)，进行接近于 要制造的机械加工零件的形状的预成型。
[0028] 其次，只在被预成形的原材料1的以后要机械加工的部位la，进行投射具有规定 的粒径的投射材料的喷丸硬化。借此，如图1(a)所示，原材料1只在以后要被机械加工的 部位la部分地并且只在该部位la的表层产生残留应力（应变），导入成为石墨析出核的位 错。在该原材料1中导入位错的深度，例如，从表面起为0. 2?0. 4mm的程度等，可以任意 设定。这样，可以通过适当地使喷丸的投射材料的粒径、硬度、投射压力或者有效区域变化 来调整导入位错的深度的设定。
[0029] 其次，在规定的时间期间以规定的温度加热完成了喷丸的原材料1，进行使石墨在 导入了位错的部位la析出的石墨化处理（S4)。如上所述，由于成为石墨析出核的位错在要 进行原材料1的机械加工的部位la且只在该部位la的表层被部分地导入，所以，如图1 (b) 所示，石墨也在之后要被机械加工的部位la且只在该部位la的表层部分地析出。
[0030] 之后，在被石墨化处理过的原材料1的规定的部位la，例如，进行切削加工等 (S5)。借此，如图1(c)所示，由于石墨在原材料1的要被机械加工的部位la析出，所以，该 部位la的切削性良好，另外，由于析出的石墨通过机械加工而被除去，所以，不会残在作为 制品的机械加工零件P上。从而，由于不需要现有技术中的再固溶的工序（S16)，所以，可 以进行廉价、容易并且1?精度的切削等除去加工。
[0031] 另外，本发明并不被本实施方式所限定。为了将位错导入到原材料1的要被机械 加工的部位la的表层，除了喷丸之外，例如，也可以通过对于原材料1的要被实施机械加工 的规定部位la在冷态下依次施加表面压力的逐次冷加工，或者利用立方晶体氮化硼的烧 结体（CBN烧结体）切削原材料的部位la的表面而进行预成形，并且通过进行施加表面压 力的CBN切削等，使原材料的要被实施机械加工的规定部位la的表面塑性流动，产生残留 应力。另外，在本发明的方法中，可以根据需要进行热锻造（图1中的S2)，但是，这种工序 S2并不是必需的，可以省略。
[0032] 其次，基于图2及图3,对于利用上述方式构成的本发明的方法制造的机械加工零 件与利用现有技术（参照图6)制造的机械加工零件的疲劳强度进行比较用的实验例进行 说明。
[0033] 在图2所示的辊子点蚀试验中，作为利用本发明和现有技术制造的机械加工零件 的试样r、10(V，被成形为各自的中央的评价部（相当于要被实施机械加工的部分）la 的直径为26mm、轴向方向长度为28mm，两端的轴部lb的直径分别为24mm、轴向方向长度为 51mm，支承该试样的轴部lb，将直径130mm的大棍子R，例如以200?3000Mpa的表面压力 推压到评价部la上，使之围绕轴线旋转，研究直到由于疲劳而使试样Γ、100破损为止 的旋转次数。
[0034] 在进行辊子点蚀试验之前，分别测定对于分别根据本发明和现有技术制作的试样 Γ、10(V的硬度相对于从表面起的深度的的分布。如图3(a)所示，从其结果看出，在分 别根据本发明和现有技术制作的试样P、l〇(V中，硬度相对于从表面起的深度的分布大 致相同。并且，如图3(b)所示，利用这些试样1、100进行辊子点蚀试验的结果表明， 根据本发明制造的试样（本发明）广的点蚀寿命是根据现有技术制造的试样（现有技 术）l〇(V的点蚀寿命的约2倍。由此，根据本发明，可以获得与现有技术相同的硬度分布， 而且，可以制造其点蚀强度优异的机械加工零件1。
[0035] 这样，将位错导入到部位la，通过加热使石墨在部位la部分地析出，通过机械加 工除去使石墨部分地析出的部位la，由此，制造本发明的机械加工零件1。因此，作为根 据本发明的制品，机械加工结束后的机械加工零件Γ不会像现有技术那样通过使石墨再 次固溶而在内部生成空穴，从而，具有与现有技术同样的硬度分布，并且与现有技术相比 较，具有非常优异的疲劳强度。另外，在进行机械加工时，由于石墨在原材料1的规定部位 la析出，所以，该部分la容易高精度地被机械加工。进而，由于通过除去石墨析出的部位 la，不需要现有技术中的再次固溶的工序（S16)，所以，可以廉价并且容易地制造机械加工 零件广。
[0036] 其次，作为本发明进一步的具体的实施方式，主要基于图4说明在原材料10的规 定部位10a具有形成齿形lOg的齿轮齿G的机械加工零件10的情况。另外，对于和上 面说明的相同或者相当的结构，赋予相同的附图标记，省略其说明，只说明其不同的部分。
[0037] 本发明的该实施方式中的机械加工零件1(V的制造方法，概略地说，在圆柱状的 原材料1上通过热锻造预成形出齿轮形状的齿形l〇g，将位错导入到该预成形的齿形l〇g的 表层，通过加热，使石墨在预成形的齿轮形状的齿形l〇g的表层析出，对齿形l〇g进行机械 加工，除去石墨析出的表层，形成齿槽，成形齿轮齿G的齿形10g。
[0038] 在制造具有齿轮齿G的机械加工零件10时，最初，准备具有规定的直径的圆筒 状的原材料10 (参照图1的S1)。并且，通过热锻造（参照图1的S2)，将之后要通过机械 加工成形齿轮齿G的部位预成形出接近于作为该齿轮齿G的最终制品的齿形10g的形状 的齿形l〇g。这时预成形的齿形l〇g的形状，可以设定成在后面将要描述的成形的齿轮齿G 的齿形l〇g的形状上加上加工余量（参照图4(c)) 10c的形状。
[0039] 其次，如图4(a)所示，将位错只导入到被预成形的齿形10g的表层（参照图1的 S3)。如上所述，为了导入该位错，可以采用喷丸加工，逐次冷加工以及CBN切削中的任一种 加工等。另外，导入位错的表层的深度可以设定为加工余量l〇c的深度。由于在接近于要 成形的齿轮齿G的齿形lOg的形状的原材料10的规定部位成形预成形的齿形10g，所以， 可以分别以正确的深度将位错导入到齿轮齿G的各个齿形10g的齿顶、齿面、齿根、齿底的 表层上。
[0040] 接着，将在要被机械加工的部位预成形的齿形l〇g的表层导入了位错的原材料1， 以规定的时间期间保持在规定的温度进行加热，以进行石墨化处理（参照图1的S4)，如图 4(b)所示，只使石墨在预成形的齿形10的表层析出。
[0041] 之后，在被石墨化处理过的原材料1的预成形的部位，通过进行切削加工等机械 加工，如图4(C)中虚线所示，除去规定的加工余量10c，形成齿槽，成形出具有规定形状的 齿形10G的齿轮齿G。在通过这种切削加工进行的齿槽的形成过程中，由于只除去石墨析 出的齿形l〇g的表层，可以切削性良好地、容易并且高精度地成形齿形lOg。
[0042] 当通过切削加工等机械加工成形齿轮齿G的齿形10g时，对该齿轮齿G的齿形 l〇g实施高频轮廓淬火等，调整齿形l〇g的硬度。
[0043] 其次，基于图5对于用于利用如上所述构成的本实施方式中的方法及现有技术 (参照图6)制造的具有齿轮齿G的机械加工零件10、100的疲劳强度进行比较的实验 结果进行说明。
[0044] 在图5(a)中，作为成形的齿形的疲劳强度，表示了液压拉伸压缩疲劳试验的说明 图，在图5(b)中，表示了利用本发明和现有技术制造的机械加工零件10、100的齿轮的 试验结果。如图5(a)所示，液压拉伸压缩疲劳试验是使夹具J与被成形的齿形10g接触， 经由该夹具J利用油压伺服机构等对齿形l〇g反复施加负荷的试验。对该齿形l〇g的 反复的负荷，例如，可以设定在频率为60Hz，试验载荷14?28kN的范围内。
[0045] 由于在根据本发明成形的齿形10g上不析出石墨，所以，不会形成由再次固溶 处理导致的空穴。另一方面，在根据现有技术成形的机械加工零件100中，由于石墨在 其整体上析出，所以，通过再次固溶处理，在包含齿根在内的整个零件中形成空穴（参照图 6(d))，由于这种不同，根据本发明的机械加工零件10，与利用现有技术制造的机械加工 零件100相比较，可以提高疲劳极限（即，齿形l〇g的齿根弯曲疲劳强度）。
[0046] 这样，通过对圆柱状的原材料10进行热锻造，预成形齿形10g，只在该预成形的齿 形l〇g的表层导入位错，通过加热，石墨只在预成形的齿形l〇g的表层析出，通过机械加工 除去析出了石墨的齿形l〇g的表层，成形齿形l〇g，进而，通过淬火来制造。因此，作为根 据本发明的制品的机械加工零件1(V，由于不会像现有技术那样通过使石墨再次固溶而在 内部生成空穴，通过机械加工后的淬火而具有马氏体的淬火组织，所以，齿形l〇g的表面 具有规定的硬度，并且，与现有技术相比较，疲劳极限非常优异。另外，在机械加工时，为了 除去石墨析出的齿形l〇g的表层，所以，切削性优异，而且，由于没有必要像现有技术那样 使析出的石墨再次固溶，所以，可以廉价、容易地成形齿形log。
[0048] 本发明作为在原材料的规定的部位进行的机械加工，乐鱼app并不局限于切削加工，在磨 削加工等，只要是除去只在原材料的表层析出的石墨的加工，则也可以应用于进行其它的 除去加工的情况。另外，本发明，只要是对原材料的规定的部位通过机械加工成形的制品， 也可以应用于齿轮之外的制品。
[0050] 1 :原材料，la :在之后被实施机械加工的部位，1:机械加工零件，10 :原材料， l〇g:被预成形的齿形，10c:加工余量，1(V :机械加工零件，10g:机械加工零件的齿形， 100 :现有技术的原材料，l〇(V :利用现有技术制造的机械加工零件
1. 一种机械加工零件的制造方法，在原材料的规定部位进行机械加工，其特征在于， 在进行所述机械加工之前，在要进行所述机械加工的部位导入位错，通过加热，在所述 部位使石墨部分地析出。
2. 如权利要求1所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，在导入所述位错之前， 对所述部位进行预成形。
3. 如权利要求1或2所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，在机械加工之后， 进行淬火。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，通过喷 丸，在所述部位的表层导入位错。
5. 如权利要求4所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，通过使喷丸的投射材 料的粒径变化，控制在所述部位的表层导入位错的深度。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，乐鱼app通过机械 加工，在所述部位形成齿轮齿。
7. 如权利要求6所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，通过热锻造将圆柱状 的原材料预成形，在所述部位的表层导入位错，通过加热在所述表层使石墨析出，通过机械 加工形成齿轮齿。
8. 如权利要求6所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，通过热锻造将圆柱状 的原材料预成形为齿轮形状，在该预成形的齿轮的齿形的表层导入位错，通过加热，在所述 预成形的齿轮形状的齿形的表层使石墨析出，进行机械加工以形成齿轮齿。
9. 一种机械加工零件，是通过在原材料的规定部位进行机械加工制造而制成的，其特 征在于， 机械加工零件为，在要进行所述机械加工的部位导入位错，通过加热，石墨在所述部位 被部分地析出，该石墨被部分地析出的部位被机械加工的零件。
10. 如权利要求9所述的机械加工零件，其特征在于，在所述位错被导入之前，将所述 部位预成形。
11. 如权利要求9或10所述的机械加工零件的制造方法，其特征在于，对被机械加工了 的部位进行淬火。
12. 如权利要求9?11中任一项所述的机械加工零件，其特征在于，通过机械加工，在 所述部位形成有齿轮齿。
13. 如权利要求12所述的机械加工零件，其特征在于，通过热锻造将圆柱状的原材料 预成形，在所述部位的表层导入位错，通过加热，石墨在所述表层被析出，通过机械加工形 成有齿轮齿。
14. 如权利要求12所述的机械加工零件，其特征在于，通过热锻造将圆柱状的原材料 预成形为齿轮形状，在该预成形的齿轮形状的齿形的表层导入位错，通过加热，石墨在所述 预成形的齿轮形状的齿形的表层被析出，对该石墨被析出的齿轮形状的齿形进行机械加 工，而形成有齿轮齿。
【发明者】稻垣功二, 三林雅彦, 金泽孝明, 田和久佳 申请人:丰田自动车株式会社
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