転造と超音波振動押出しによる焼結合金歯車高強度化のための複合加工システムの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555034
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 竹増 光家 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (40207006)
• 研究分担者: 横井 道治 アイシン精機(株), 生産技術部・係長(研究職) ; 穂屋下 茂 佐賀大学, 理工学部, 助教授 (70109221) ; 山崎 進 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (70037993)
• キーワード: 焼結合金 / 歯車 / 仕上げ転造 / 超音波振動 / 緻密化 / 高強度化 / 高精度化 / クラウニング

研究概要

本研究の目的は,乗用車トランスミッション用歯車の加工コストを大幅に低減するために,歯車の仕上げ転造法と超音波振動押出し加工法とを組み合わせ,高強度で高精度な鉄系焼結合金歯車(以後P/M歯車と呼ぶ)を高能率に生産できる複合加工システムを開発することである.ところがこれまでの研究から,超音波振動押出しは焼結材表面層の緻密化に劇的な効果は及ぼさず,仕上げ転造のみで十分な緻密化と高精度化を達成できることが分かった.また昨年度までにねじ状工具を用いるCNC軸交差式仕上げ転造盤を完成させた.そこで本年度は,上記装置とさらに2ダイスプランジ式転造盤の2種類の加工法によりP/M歯車の転造加工性実験を行い,両者の結果を比較検討した.さらに修整工具歯形の最適化を目的としてFEMによる数値歯形解析も行った.それらの結果を以下に示す.
1.CNC軸交差式転造盤を用いてねじ状工具よるP/Mはすば歯車の仕上げ転造実験を行い,これまでの平歯車同様,歯面・歯元の同時転造により歯表面層の十分な緻密化が達成され,歯形および歯すじ精度も目標値を満足する結果が得られた.
2.三次元の弾塑性有限要素法によりねじ状工具によるP/M歯車の仕上げ転造プロセスにおける数値歯形解析を行い,実験を非常に良く再現する結果が得られると同時に,数値シミュレーションにより修整工具歯形の最適化に関する基本的な指針を得られるようになった.
3.2ダイスプランジ式転造盤によるP/MローラおよびP/M歯車の仕上げ転造実験を行い,基本的な転造特性を調査した.その結果,ローラおよび歯車のいずれの加工においても素材表面層は軸交差転造の場合と同等もしくはそれ以上によく緻密化されることが分かった.
4.二次元の弾塑性有限要素法によりP/M歯車の2ダイスプランジ式転造プロセスにおける数値歯形解析を行い,実験をよく再現する結果が得られた.

研究成果

• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Form Rolling for Finishing Powder Metal Gears"Gear Solutions. 32-39 (2004)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "鉄系焼結合金歯車のねじ式仕上げ転造法によるクラウニング加工"塑性と加工. 45・517. 118-122 (2004)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Crowning Process of P/M Gears for Automotive Transmissions by Finish Rolling Using Screw-Shaped Tool"JSME International Journal Series A. 46・3. 196-201 (2003)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "ねじ状工具による鉄系焼結合金歯車の精密仕上げ転造(第1報,標準歯形工具による転造実験)"日本機械学会論文集(C編). 68・675. 3396-3401 (2002)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Numerical Control Finish Rolling Process of Automotive Transmission Gears Using Screw-Shaped Tool"Advanced Technology of Plasticity 2002. Vol.1. 1405-1410 (2002)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Crowning Process of P/M Gears for Automotive Transmissions by Finish Rolling Using Screw-Shaped Tool"Proceedings of JSME/ASME International Conference on Material and Processing. Vol.1. 533-538 (2002)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "軸交差式仕上げ転造プロセスの三次元FEM解析"第9回機械材料・材料加工技術講演会. 149-150 (2001)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "修整歯車の転造と修整工具による転造の比較(第4報:ねじ状工具による焼結合金歯車の仕上げ転造)"第52回塑性加工連合講演会講演論文集. 297-298 (2001)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "鉄系焼結合金ローラの軸交差式仕上げ転造による表面高密度化と面圧強度向上に関する研究"塑性と加工. 42・491. 1208-1212 (2001)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Consolidation of Surface Layer of P/M Gears by Finish Rolling with Screw-Shaped Tool"Proceedings of The JSME International Conference on Motion and Power Transmissions MPT2001-Fukuoka, Vol.I. 404-409 (2001)
• [文献書誌] 穂屋下茂 et al.: "鉄系焼結合金の面圧強度向上に関する研究(第1報,バシニ転造の効果)"日本機械学会論文集(C編). 67・661. 2953-2960 (2001)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "Consolidation of Surface Layer of P/M Roller and Gears by Finish Rolling"3^<rd> International Conference on Industrial Tools. 203-206 (2001)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "有限要素法による歯形解析(第3報:ねじ状工具による焼結合金歯車の仕上げ転造)"第51回塑性加工連合講演会講演論文集. 75-76 (2000)
• [文献書誌] 穂屋下茂 et al.: "鉄系焼結合金の面圧強度向上に関する研究(第1報,バニシ転造の効果)"日本機械学会九州支部講演論文集. 25-26 (2000)
• [文献書誌] 竹増光家 et al.: "修整歯形工具による転造実験(第2報:ねじ状工具による焼結合金歯車の仕上げ転造)"平成12年度塑性加工春季講演会講演論文集. 105-106 (2000)