機械加工零件的制造方法及機械加工零件的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種可以利用簡單的結構容易并且廉價地高精度制造強度優異的機械加工零件的方法。本發明的機械加工零件的制造方法，通過噴丸，只在原材料(1)的要進行機械加工的部位(1a)的表面層部分地導入位錯(S3)，通過加熱使石墨只在該進行機械加工的部位(1a)的表層部分地析出(S4)，之后，通過機械加工(S5)將部位(1a)的石墨析出的表層除去相當于加工余量(1c)的量，制造機械加工零件(1′)。
【專利說明】機械加工零件的制造方法及機械加工零件
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械加工零件的制造方法及機械加工零件，特別是，涉及通過在原材 料的規定部位進行機械加工，例如，制造齒輪或無級變速器用的皮帶輪軸（下面，稱之為 CVT軸）等機械加工零件用的方法，以及利用這種方法制造的機械加工零件。
【背景技術】
[0002] 作為制造機械加工零件用的現有技術，如圖6所示，一般地，進行下述工序：熱鍛 造原材料100 (S12);通過對該原材料100進行冷鍛造，將位錯導入到其整體，形成石墨析 出核（S13);將加熱到規定溫度的狀態保持規定的時間，使得在整個原材料100上析出石 墨，進行石墨化處理（S14);之后，例如，在通過切削加工等形成齒槽以成形齒輪等，在規 定的部位l〇〇a進行機械加工（S15);以規定的時間和規定溫度對其加熱，使石墨再次固溶 (S16);制造機械加工零件100'。作為制造這樣的機械加工零件100'用的原材料，優選地 為通過石墨化處理而析出石墨的原材料。由于通過石墨化處理使石墨析出，原材料的碳濃 度相對地變低，所以，可以提高機械加工時的切削性。
[0003] 另外，作為另外的現有技術，已知有專利文獻1。專利文獻1涉及冷加工性優異的 機械結構用鋼材及其制造方法。在專利文獻1中，公開了在熱加工之后進行恰當的斷面收 縮率的冷加工，進行成為層狀滲碳體的截斷和石墨的析出核的應變位錯的導入，通過之后 的退火處理，使石墨均勻微細并且迅速地析出等（0025)。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開平9 一 279300號公報
【發明內容】
[0007] 發明所以解決的課題
[0008] 但是，在圖6所示的技術中，由于通過冷鍛造（S13)將位錯導入到整個原材料100 中，形成石墨析出核，在爐內等將整個原材料100以規定的溫度加熱規定的時間，所以，石 墨化處理（S14)所需要的時間變長，設備成本也增加，所以，在實用化方面存在問題。進而， 在通過石墨化處理（S14)在在原材料100中析出了石墨的狀態下，硬度低。因此，在圖6所 示的現有技術中，在機械加工（S15)之后，有必要通過進行再固溶工序（S16)，使石墨溶入 到原材料中，將整個原材料的碳濃度恢復到石墨析出之前的狀態。另外，為了使石墨充分再 固溶，原材料1〇〇的加熱溫度、加熱時間等的管理是煩雜的，對于這種再固溶的工序（S16) 所需要的設備及勞力、時間成為必要的，所以，存在著成本增加等問題。
[0009] 另外，如圖6所示，由于使得在整個原材料中析出的石墨再固溶（S16)，在存在石 墨的部位殘留著空穴，存在著由于空穴而造成機械加工零件100'的強度降低的問題。
[0010] 另外，在專利文獻1中，還存在著由于通過冷鍛造在整個原材料中導入變成石墨 析出核的位錯而將整個原材料加熱，所以，不能縮短用于進行石墨化處理的時間的問題，以 及石墨化處理用的冷鍛造、加熱爐等比較大的大型設備成為必要的、成本增加的問題等。 [0011] 本發明是鑒于上述問題完成的，其目的是提供一種能夠利用簡單的結構，容易并 且廉價地高精度制造強度優異的機械加工零件的方法。
[0012] 另外，本發明是鑒于上述問題完成的，其目的是，提供一種能夠以簡單的結構，強 度優異、容易并且廉價地高精度制造的機械加工零件。
[0013] 解決課題的手段
[0014] 為了達到上述目的，本發明的機械加工零件的制造方法是一種在原材料的規定部 位進行機械加工的機械加工零件的制造方法，其特征在于，在進行所述機械加工之前，在要 進行所述機械加工的部位導入位錯，通過加熱，在所述部位使石墨部分地析出。
[0015] 另外，為了達到上述目的，本發明的機械加工零件是通過在原材料的規定部位進 行機械加工制造而制成的，其特征在于，所述機械加工零件為，在要進行機械加工的部位導 入位錯，通過加熱，石墨在所述部位被部分地析出，該石墨被部分地析出的部位被機械加工 的零件。
[0016] 發明的效果
[0017] 根據本申請的權利要求1所述的發明，在原材料的要進行機械加工的規定的部位 導入位錯后，將該原材料加熱使石墨在相關的部位部分地析出，之后，通過對相關的部位進 行機械加工成形為規定的形狀并且除去。由于石墨在機械加工的部位析出，所以，通過機 械加工可以容易地成形為規定的形狀，而且，由于通過機械加工將石墨析出的部位除去，所 以，不會通過石墨析出而在機械加工零件中殘留空穴，另外，沒有必要向現有技術中那樣使 析出的石墨再次固溶，從而，可以提供一種能夠容易并且廉價地制造強度優異的機械加工 零件的方法。
[0018] 根據本申請的權利要求9所述的發明，可以提供一種能夠利用簡單的結構，強度 優異、容易并且廉價地制造的機械加工零件，所述簡單的結構為，在要進行機械加工的規定 的部位導入位錯，石墨在進行所述機械加工的部位被部分地析出，對該部分進行機械加工， 成形為規定的形狀，并且將析出的石墨除去。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示根據本發明的機械加工零件的制造方法的工序的一種實施方式的框 圖，是各個工序的原材料的說明圖。
[0020] 圖2是作為疲勞強度試驗表示出輥子點蝕試驗的說明圖。
[0021] 圖3是表示基于本發明制造的試樣和利用現有技術制造的試樣的硬度相對于從 表面起的深度的分布（a)，以及圖3所示的輥子點蝕試驗的各自的結果的曲線圖。
[0022] 圖4是表示利用本發明在原材料的規定部位通過機械加工形成齒形的情況的說 明圖。
[0023] 圖5是作為彎曲疲勞強度試驗表示出液壓拉伸壓縮疲勞試驗（pulsator)的說明 圖（a)，以及基于本發明制造的試樣及利用現有技術制造的試樣的液壓拉伸壓縮疲勞試驗 的結果的曲線圖（b)。
[0024] 圖6是表示根據現有技術的機械加工零件的制造方法的工序的一種實施方式的 框圖，以及各個工序的原材料的說明圖。
【具體實施方式】
[0025] 首先，基于圖1詳細地說明本發明的機械加工零件的制造方法的基本結構。另外， 在圖中，將相同的標記賦予同樣的部分或者相當的部分。
[0026] 本發明的機械加工零件的制造方法，概略地說，是在原材料1的規定部位la進 行機械加工的方法，在進行機械加工（S5)之前，將位錯導入到要進行該機械加工的部位 la(S3)，通過加熱，使石墨在進行該機械加工的部位la部分地析出（S4)。另外，在該實施方 式中，利用為了將位錯導入到要進行機械加工的部位la，而進行噴丸硬化的情況進行說明。
[0027] 原材料1是被成形為具有規定直徑的圓柱狀或者棒狀（在本發明中，包含棒狀在 內，統稱為圓柱狀）的材料，例如，可以使用碳（C)為0.3?0.8重量％的通過石墨化處理 將石墨析出的原材料。在利用這種原材料1制造機械加工零件1'時，在該實施方式中，如 圖1所示，最初，通過將圓柱狀的原材料1加熱到規定溫度并進行熱鍛造（S2)，進行接近于 要制造的機械加工零件的形狀的預成型。
[0028] 其次，只在被預成形的原材料1的以后要機械加工的部位la，進行投射具有規定 的粒徑的投射材料的噴丸硬化。借此，如圖1(a)所示，原材料1只在以后要被機械加工的 部位la部分地并且只在該部位la的表層產生殘留應力（應變），導入成為石墨析出核的位 錯。在該原材料1中導入位錯的深度，例如，從表面起為0. 2?0. 4mm的程度等，可以任意 設定。這樣，可以通過適當地使噴丸的投射材料的粒徑、硬度、投射壓力或者有效區域變化 來調整導入位錯的深度的設定。
[0029] 其次，在規定的時間期間以規定的溫度加熱完成了噴丸的原材料1，進行使石墨在 導入了位錯的部位la析出的石墨化處理（S4)。如上所述，由于成為石墨析出核的位錯在要 進行原材料1的機械加工的部位la且只在該部位la的表層被部分地導入，所以，如圖1 (b) 所示，石墨也在之后要被機械加工的部位la且只在該部位la的表層部分地析出。
[0030] 之后，在被石墨化處理過的原材料1的規定的部位la，例如，進行切削加工等 (S5)。借此，如圖1(c)所示，由于石墨在原材料1的要被機械加工的部位la析出，所以，該 部位la的切削性良好，另外，由于析出的石墨通過機械加工而被除去，所以，不會殘在作為 制品的機械加工零件P上。從而，由于不需要現有技術中的再固溶的工序（S16)，所以，可 以進行廉價、容易并且1?精度的切削等除去加工。
[0031] 另外，本發明并不被本實施方式所限定。為了將位錯導入到原材料1的要被機械 加工的部位la的表層，除了噴丸之外，例如，也可以通過對于原材料1的要被實施機械加工 的規定部位la在冷態下依次施加表面壓力的逐次冷加工，或者利用立方晶體氮化硼的燒 結體（CBN燒結體）切削原材料的部位la的表面而進行預成形，并且通過進行施加表面壓 力的CBN切削等，使原材料的要被實施機械加工的規定部位la的表面塑性流動，產生殘留 應力。另外，在本發明的方法中，可以根據需要進行熱鍛造（圖1中的S2)，但是，這種工序 S2并不是必需的，可以省略。
[0032] 其次，基于圖2及圖3,對于利用上述方式構成的本發明的方法制造的機械加工零 件與利用現有技術（參照圖6)制造的機械加工零件的疲勞強度進行比較用的實驗例進行 說明。
[0033] 在圖2所示的輥子點蝕試驗中，作為利用本發明和現有技術制造的機械加工零件 的試樣r、10(V，被成形為各自的中央的評價部（相當于要被實施機械加工的部分）la 的直徑為26mm、軸向方向長度為28mm，兩端的軸部lb的直徑分別為24mm、軸向方向長度為 51mm，支承該試樣的軸部lb，將直徑130mm的大棍子R，例如以200?3000Mpa的表面壓力 推壓到評價部la上，使之圍繞軸線旋轉，研究直到由于疲勞而使試樣Γ、100'破損為止 的旋轉次數。
[0034] 在進行輥子點蝕試驗之前，分別測定對于分別根據本發明和現有技術制作的試樣 Γ、10(V的硬度相對于從表面起的深度的的分布。如圖3(a)所示，從其結果看出，在分 別根據本發明和現有技術制作的試樣P、l〇(V中，硬度相對于從表面起的深度的分布大 致相同。并且，如圖3(b)所示，利用這些試樣1'、100'進行輥子點蝕試驗的結果表明， 根據本發明制造的試樣（本發明）廣的點蝕壽命是根據現有技術制造的試樣（現有技 術）l〇(V的點蝕壽命的約2倍。由此，根據本發明，可以獲得與現有技術相同的硬度分布， 而且，可以制造其點蝕強度優異的機械加工零件1'。
[0035] 這樣，將位錯導入到部位la，通過加熱使石墨在部位la部分地析出，通過機械加 工除去使石墨部分地析出的部位la，由此，制造本發明的機械加工零件1'。因此，作為根 據本發明的制品，機械加工結束后的機械加工零件Γ不會像現有技術那樣通過使石墨再 次固溶而在內部生成空穴，從而，具有與現有技術同樣的硬度分布，并且與現有技術相比 較，具有非常優異的疲勞強度。另外，在進行機械加工時，由于石墨在原材料1的規定部位 la析出，所以，該部分la容易高精度地被機械加工。進而，由于通過除去石墨析出的部位 la，不需要現有技術中的再次固溶的工序（S16)，所以，可以廉價并且容易地制造機械加工 零件廣。
[0036] 其次，作為本發明進一步的具體的實施方式，主要基于圖4說明在原材料10的規 定部位10a具有形成齒形lOg'的齒輪齒G的機械加工零件10'的情況。另外，對于和上 面說明的相同或者相當的結構，賦予相同的附圖標記，省略其說明，只說明其不同的部分。
[0037] 本發明的該實施方式中的機械加工零件1(V的制造方法，概略地說，在圓柱狀的 原材料1上通過熱鍛造預成形出齒輪形狀的齒形l〇g，將位錯導入到該預成形的齒形l〇g的 表層，通過加熱，使石墨在預成形的齒輪形狀的齒形l〇g的表層析出，對齒形l〇g進行機械 加工，除去石墨析出的表層，形成齒槽，成形齒輪齒G的齒形10g'。
[0038] 在制造具有齒輪齒G的機械加工零件10'時，最初，準備具有規定的直徑的圓筒 狀的原材料10 (參照圖1的S1)。并且，通過熱鍛造（參照圖1的S2)，將之后要通過機械 加工成形齒輪齒G的部位預成形出接近于作為該齒輪齒G的最終制品的齒形10g<的形狀 的齒形l〇g。這時預成形的齒形l〇g的形狀，可以設定成在后面將要描述的成形的齒輪齒G 的齒形l〇g<的形狀上加上加工余量（參照圖4(c)) 10c的形狀。
[0039] 其次，如圖4(a)所示，將位錯只導入到被預成形的齒形10g的表層（參照圖1的 S3)。如上所述，為了導入該位錯，可以采用噴丸加工，逐次冷加工以及CBN切削中的任一種 加工等。另外，導入位錯的表層的深度可以設定為加工余量l〇c的深度。由于在接近于要 成形的齒輪齒G的齒形lOg'的形狀的原材料10的規定部位成形預成形的齒形10g，所以， 可以分別以正確的深度將位錯導入到齒輪齒G的各個齒形10g的齒頂、齒面、齒根、齒底的 表層上。
[0040] 接著，將在要被機械加工的部位預成形的齒形l〇g的表層導入了位錯的原材料1， 以規定的時間期間保持在規定的溫度進行加熱，以進行石墨化處理（參照圖1的S4)，如圖 4(b)所示，只使石墨在預成形的齒形10的表層析出。
[0041] 之后，在被石墨化處理過的原材料1的預成形的部位，通過進行切削加工等機械 加工，如圖4(C)中虛線所示，除去規定的加工余量10c，形成齒槽，成形出具有規定形狀的 齒形10G'的齒輪齒G。在通過這種切削加工進行的齒槽的形成過程中，由于只除去石墨析 出的齒形l〇g的表層，可以切削性良好地、容易并且高精度地成形齒形lOg'。
[0042] 當通過切削加工等機械加工成形齒輪齒G的齒形10g'時，對該齒輪齒G的齒形 l〇g<實施高頻輪廓淬火等，調整齒形l〇g<的硬度。
[0043] 其次，基于圖5對于用于利用如上所述構成的本實施方式中的方法及現有技術 (參照圖6)制造的具有齒輪齒G的機械加工零件10'、100'的疲勞強度進行比較的實驗 結果進行說明。
[0044] 在圖5(a)中，作為成形的齒形的疲勞強度，表示了液壓拉伸壓縮疲勞試驗的說明 圖，在圖5(b)中，表示了利用本發明和現有技術制造的機械加工零件10'、100'的齒輪的 試驗結果。如圖5(a)所示，液壓拉伸壓縮疲勞試驗是使夾具J與被成形的齒形10g'接觸， 經由該夾具J利用油壓伺服機構等對齒形l〇g<反復施加負荷的試驗。對該齒形l〇g<的 反復的負荷，例如，可以設定在頻率為60Hz，試驗載荷14?28kN的范圍內。
[0045] 由于在根據本發明成形的齒形10g'上不析出石墨，所以，不會形成由再次固溶 處理導致的空穴。另一方面，在根據現有技術成形的機械加工零件100'中，由于石墨在 其整體上析出，所以，通過再次固溶處理，在包含齒根在內的整個零件中形成空穴（參照圖 6(d))，由于這種不同，根據本發明的機械加工零件10'，與利用現有技術制造的機械加工 零件100'相比較，可以提高疲勞極限（即，齒形l〇g'的齒根彎曲疲勞強度）。
[0046] 這樣，通過對圓柱狀的原材料10進行熱鍛造，預成形齒形10g，只在該預成形的齒 形l〇g的表層導入位錯，通過加熱，石墨只在預成形的齒形l〇g的表層析出，通過機械加工 除去析出了石墨的齒形l〇g的表層，成形齒形l〇g'，進而，通過淬火來制造。因此，作為根 據本發明的制品的機械加工零件1(V，由于不會像現有技術那樣通過使石墨再次固溶而在 內部生成空穴，通過機械加工后的淬火而具有馬氏體的淬火組織，所以，齒形l〇g<的表面 具有規定的硬度，并且，與現有技術相比較，疲勞極限非常優異。另外，在機械加工時，為了 除去石墨析出的齒形l〇g的表層，所以，切削性優異，而且，由于沒有必要像現有技術那樣 使析出的石墨再次固溶，所以，可以廉價、容易地成形齒形log'。
[0047] 工業上的利用可能性
[0048] 本發明作為在原材料的規定的部位進行的機械加工，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層析出的石墨的加工，則也可以應用于進行其它的 除去加工的情況。另外，本發明，只要是對原材料的規定的部位通過機械加工成形的制品， 也可以應用于齒輪之外的制品。
[0049] 附圖標記說明
[0050] 1 :原材料，la :在之后被實施機械加工的部位，1':機械加工零件，10 :原材料， l〇g:被預成形的齒形，10c:加工余量，1(V :機械加工零件，10g':機械加工零件的齒形， 100 :現有技術的原材料，l〇(V :利用現有技術制造的機械加工零件
【權利要求】
1. 一種機械加工零件的制造方法，在原材料的規定部位進行機械加工，其特征在于， 在進行所述機械加工之前，在要進行所述機械加工的部位導入位錯，通過加熱，在所述 部位使石墨部分地析出。
2. 如權利要求1所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，在導入所述位錯之前， 對所述部位進行預成形。
3. 如權利要求1或2所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，在機械加工之后， 進行淬火。
4. 如權利要求1?3中任一項所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，通過噴 丸，在所述部位的表層導入位錯。
5. 如權利要求4所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，通過使噴丸的投射材 料的粒徑變化，控制在所述部位的表層導入位錯的深度。
6. 如權利要求1?5中任一項所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，通過機械 加工，在所述部位形成齒輪齒。
7. 如權利要求6所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，通過熱鍛造將圓柱狀 的原材料預成形，在所述部位的表層導入位錯，通過加熱在所述表層使石墨析出，通過機械 加工形成齒輪齒。
8. 如權利要求6所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，通過熱鍛造將圓柱狀 的原材料預成形為齒輪形狀，在該預成形的齒輪的齒形的表層導入位錯，通過加熱，在所述 預成形的齒輪形狀的齒形的表層使石墨析出，進行機械加工以形成齒輪齒。
9. 一種機械加工零件，是通過在原材料的規定部位進行機械加工制造而制成的，其特 征在于， 機械加工零件為，在要進行所述機械加工的部位導入位錯，通過加熱，石墨在所述部位 被部分地析出，該石墨被部分地析出的部位被機械加工的零件。
10. 如權利要求9所述的機械加工零件，其特征在于，在所述位錯被導入之前，將所述 部位預成形。
11. 如權利要求9或10所述的機械加工零件的制造方法，其特征在于，對被機械加工了 的部位進行淬火。
12. 如權利要求9?11中任一項所述的機械加工零件，其特征在于，通過機械加工，在 所述部位形成有齒輪齒。
13. 如權利要求12所述的機械加工零件，其特征在于，通過熱鍛造將圓柱狀的原材料 預成形，在所述部位的表層導入位錯，通過加熱，石墨在所述表層被析出，通過機械加工形 成有齒輪齒。
14. 如權利要求12所述的機械加工零件，其特征在于，通過熱鍛造將圓柱狀的原材料 預成形為齒輪形狀，在該預成形的齒輪形狀的齒形的表層導入位錯，通過加熱，石墨在所述 預成形的齒輪形狀的齒形的表層被析出，對該石墨被析出的齒輪形狀的齒形進行機械加 工，而形成有齒輪齒。
【文檔編號】F16H55/17GK104145032SQ201280071100
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年3月5日 優先權日:2012年3月5日
【發明者】稻垣功二, 三林雅彥, 金澤孝明, 田和久佳 申請人:豐田自動車株式會社