JPH0653348B2

JPH0653348B2 - 板状金属材料の強化方法

Info

Publication number: JPH0653348B2
Application number: JP63143304A
Authority: JP
Inventors: 勲松本; 誠二江原
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH01310868A

Description

【発明の詳細な説明】ａ．産業上の利用分野本発明は、ショットピーニング加工を施すことにより板
状金属材料の強度を向上させるようにした板状金属材料
の強化方法に関する。

ｂ．従来技術板状金属材料の強度の向上を図るために、板状金属材料
にショット粒を投射し、ショット粒投射部分を局部的に
圧縮して圧縮応力（残留応力）を付与せしめるようなシ
ョットピーニング加工方法が従来より広く用いられてい
る。

第５図及び第６図は従来より一般に用いられているショ
ットピーニング加工方法を示すものである。ショットピ
ーニング加工を行なうに当っては、板状金属材料10を垂
直状に立てた状態で固定支持すると共に、その上下左右
の縁部を覆う一対の遮蔽部材11a,11bを板状金属材料10
の表裏両面に取付ける。しかる後に、一対のショット粒
投射装置（図示せず）から金属材料10の強化すべき箇所
の両面の全域に向けてショット粒を矢印で示す如く投射
し、これによりショットピーニング加工を施すようにし
ている。

ｃ．発明が解決しようとする課題上述の如くショットピーニング加工を施した場合、金属
材料10から遮蔽部材11a,11bを取り外すと、それに伴っ
て金属材料10に変形（反り）が発生してしまうことが多
々ある。この変形が発生するのは、ショット粒投射前に
おいて金属材料10の有する残留応力が両面共に全く同じ
大きさとなることは非常に稀であり、両面の残留応力が
互いに異なることと、それに加えて初めから反りが存在
していることに起因する。そして、この変形の形状は、
異なる残留応力及び反りを有する両面に向って、両側よ
り同一速度のショット粒を投射した場合、どちらか一方
の側の面が湾曲状にへこみ、その反対側の面が湾曲状に
ふくらむ形状となる。また、金属材料10の変形量は、シ
ョット粒投射速度が高速であればあるほど大きくなる。

従って、この変形を小さく押えるためには、ショット粒
投射速度を比較的低速に抑えざるを得ない。しかしなが
ら、ショット粒投射速度を金属材料10に変形が発生しな
い程度の速度にてショット粒投射時間を長く設定するこ
とによって或る程度の圧縮応力を金属材料10に付与する
ことは可能であるが、材料強化に必要な程度の大きさの
圧縮応力値を得ることができない場合が多々ある。

本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、強化すべき領域の全面ではなくそれよ
りも狭い領域のみのショットピーニング加工であっても
板状金属材料に充分な圧縮応力を付与でき、しかも変形
を少く抑えることができ、その上に良好な衝撃吸収能を
付与し得るような板状金属材料の強化方法を提供するこ
とにある。

ｄ．課題を解決するための手段上述の目的を達成するために、本発明では、ショットピ
ーニング加工を施すことにより板状金属材料の強度を向
上させるようにした板状金属材料の強化方法において、
互いに直交するＸ方向及びＹ方向にそれぞれ沿って等間
隔にマトリックス状に配列された多数の散在箇所の両面
にショット粒を投射することにより、前記散在箇所に圧
縮応力を付与すると共に、整列方向に沿って互いに隣接
する散在箇所の間の中間領域における前記Ｘ方向の残留
応力を、これらの散在箇所の前記Ｘ方向の圧縮応力より
も大きな圧縮応力とし、前記中間領域における前記Ｙ方
向の残留応力を、これらの散在箇所の前記Ｙ方向の圧縮
応力よりも小さな圧縮応力としている。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第４図を参照し
て説明する。

第１図及び第２図は本発明に係る強化方法を説明するた
めのものであって、本例においては、被加工物である板
状金属材料１の外形寸法と同一の寸法を有する一対の遮
蔽部材2a,2bが用いられる。これら一対の遮蔽部材2a,2b
は矩形板に多数の円形開孔３を縦方向（Ｙ方向）及び
横方向（Ｘ方向）にそれぞれ沿って等間隔にマトリック
ス状に配列（整列配置）して成るものである。

次に、上述の遮蔽部材2a,2b を用いて板状金属材料１を
ショットピーニング加工する場合に付き説明する。

まず、一対の遮蔽部材2a,2b を板状金属材料１の両面に
外縁を合わせた状態で当てがって、これらの遮蔽部材2
a,2b 間に板状金属材料１を挾持する。そして、図外の
締付治具によって板状金属材料１及び遮蔽部材2a,2b を
三者一体の状態で固定すると共に、図外の保持手段にて
これを所定位置に保持する。

これにより、板状金属材料１は前記円形開孔３に対応す
る部分Ａが露出された状態で保持手段に取付けられ、か
つ第２図に示すように、表裏一対の遮蔽部材2a,2b の各
円形開孔３が互いに対向配置されている。

このようにして、板状金属材料１をセッティングした後
に、左右両側のショット粒投射装置を作動させて多数の
ショット粒を板状金属材料１の表裏両面に対してそれぞ
れ直角方向に投射し、前記円形開孔３に対応する散在箇
所Ａにショットピーニング加工（塑性加工）を施す。な
お、この際、板状金属材料１の表裏両面のうち前記円形
開孔３に対応する散在箇所Ａ以外の部分は、既述の如く
完全にマスキングされているのでショットピーニング加
工は全く施されない。以上のようにして、所定時間に亘
るショット粒の投射により塑性加工を完了した後、ショ
ット粒の投射を停止し、一連のショットピーニング加工
作業を終了する。

次に、上述の如きショットピーニング加工の具体例を以
下に示す。

具体例この具体例によって得られた板状金属材料の表面のう
ち、縦方向（Ｙ方向）に沿って配列された散在箇所Ａの
中心を結ぶ直線Ｌ（第１図参照）上の箇所の残留応力を
測定したところ第３図に示す如き結果となった。

第３図における実線は前記直線Ｌ上の箇所の横方向（Ｙ
方向と直交するＸ方向）の残留応力をプロットしたもの
であって、その測定結果から明らかなように、ショット
粒が投射された部分すなわちショットピーニング加工部
分Ａには符号ａで示されるような充分な圧縮応力（負の
応力）の発生が認められる。また、横方向に沿って互い
に隣接するショットピーニング加工部分Ａの間の中間領
域（ショットピーニング加工されていない箇所）の残留
応力は、符号ｂで示すように両側のショットピーニング
加工部分Ａの残留応力よりも更に大きな圧縮応力が生じ
ていることが認められる。しかして、ショット粒を投射
する部分が散在箇所であり、ショットピーニング加工領
域の面積が相対的に小さくても、板状金属材料１のＸ方
向には充分な圧縮応力が付与されてこの板状金属材料１
が充分に強化されていることが確認された。

また、第３図における破線は前記直線Ｌ上の箇所の縦方
向（前記Ｘ方向に直交するＹ方向）の残留応力をプロッ
トしたものであって、その測定結果から明らかなよう
に、Ｘ方向の残留応力よりも小さな値であり、しかもそ
の特性とほぼ逆の特性が付与されていることが認められ
る。すなわち、ショットピーニング加工部分ＡのＹ方向
の圧縮応力は、縦方向に沿って互いに隣接する散在箇所
Ａの間の中間領域の圧縮応力よりも大きな値となってい
ることが認められる。従って、比較的小さな値ではある
が、板状金属材料１のＹ方向にも圧縮応力が付与されて
この板状金属材料１が強化されていることが確認され
た。

なお、第４図はショットピーニング加工前の板状金属材
料１の残留応力が零であるとして実験データを修正した
結果を示すものである。

なお、上述のように縦横にマトリックス状に配列された
散在箇所Ａにショットピーニング加工を施すと、通常の
予測では、ショットピーニング加工にて衝撃を受けた部
分（散在箇所Ａ）の方がその周辺部分よりも大きな圧縮
応力が生じ、ショットピーニングしない部分には圧縮応
力は発生せず、逆に引張応力が発生するものと考えられ
る。これに反し、上述の如き現象が生じる理由を考察す
ると、次の如くである。まず、Ｘ方向に一列状に配列さ
れた散在箇所だけを考えてみると、ショットピーニング
による衝撃部分に対する衝撃力がそれらの衝撃部分（散
在箇所Ａ）の周辺に分散され、この分散された衝撃力が
互いに隣接する衝撃部分の中間箇所で相乗されて大きな
圧縮応力として発現するものと考察される。その一方、
Ｘ方向とは直交するＹ方向に一列状に配列された散在箇
所の間の領域については、その周囲の衝撃部分からそれ
ぞれ分散された衝撃力が複合され、その結果、散在箇所
Ａ及びＹ方向のこれらの間の部分の圧縮応力よりも値は
小さいもののＹ方向の散在箇所の中間部分に圧縮応力が
生じるものと考察される。かくして、Ｘ方向及びＹ方向
にそれぞれ沿って強弱が交互になるような圧縮応力が発
生すると共に、Ｘ方向に沿う圧縮応力のパターンとＹ方
向に沿う圧縮力のパターンとが第３図に示されるように
互いに逆の特性となる。

以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づいて各種の変更が可能である。

例えば、ショット粒投射方向，投射速度，投射時間，粒
径材質等の加工条件並びに円形開孔３の直径及びその間
隔等を適宜変更することによって、圧縮応力の調整を容
易に行なうことが可能である。さらに、板状金属材料１
を回転させつつショットピーニング加工するようにして
もよく、また板状金属材料１の片面のみを固定状態の下
でショットピーニング加工し、その後に１８０゜反転さ
せてもう一方の片面をショットピーニング加工するよう
にしてもよい。

さらに、遮蔽部材2a,2b に円形以外（四角形，楕円等）
の形状の開孔を設けてもよい。

また、既述の実施例では、板状金属材料１の表裏両面の
対向箇所を同時にショットピーニング加工するようにし
たが、金属材料１が薄板の場合には、片面のみショット
ピーニング加工するだけでもよい。

ｅ．発明の効果以上の如く、本発明は、互いに直交するＸ方向及びＹ方
向にそれぞれ沿って等間隔にマトリックス状に配列され
た多数の散在箇所の両面にショット粒を投射することに
より、前記散在箇所に圧縮応力を付与すると共に、整列
方向に沿って互いに隣接する散在箇所の間の中間領域に
おける前記Ｘ方向の残留応力を、これらの散在箇所の前
記Ｘ方向の圧縮応力よりも大きな圧縮応力となし（第３
図及び第４図の実線参照）、前記中間領域における前記
Ｙ方向の残留応力を、これらの散在箇所の前記Ｙ方向の
圧縮応力よりも小さな圧縮応力となすようにしたもので
あるから（第３図及び第４図の破線参照）、強化すべき
領域の全面をショットピーニング加工する場合よりも狭
い面積部分（散在箇所）に通常の強さのうショットピー
ニング加工を施すことによって充分に大きな圧縮応力を
付与することができ、板状金属材料の強化を図ることが
できる。さらに、このような作用効果を奏し得るにも拘
わらず、狭い領域（散在箇所）へのショットピーニング
加工すなわち全体としては比較的弱いショットピーニン
グ加工で済むため、板状金属材料の変形の程度もそれに
応じて少なく抑えることができる。

また、本発明に係る方法により得られた板状金属材料の
残留応力（圧縮応力）は、散在箇所（ショットピーニン
グ加工部分）の配列方向すなわち互いに直交するＸ及び
Ｙ方向に沿ってそれぞれ強弱が交互に生じると共に、そ
の強弱の繰り返しのパターンはＸ方向とＹ方向とでは逆
の特性となるため、強弱の平均値に相当する残留応力が
均一に付与されている場合に比べて、全ての方向に対し
てより効果的な衝撃吸収能を有することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を説明するためのも
のであって、第１図は板状金属材料に遮蔽部材を取付け
た状態を示す正面図、第２図は第１図におけるII−II線
断面図、第３図は本発明の強化方法にて板状金属材料を
強化した場合の残留応力の測定結果を示すグラフ、第４
図は残留応力の測定結果を修正したグラフ、第５図及び
第６図は従来例を説明するためのものであって、第５図
は第１図と同様の正面図、第６図は第５図におけるVI−
VI線断面図である。１……板状金属材料、2a,2b ……遮蔽部材、３……円形開孔、Ａ……散在箇所（ショットピーニング加工部分）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ショットピーニング加工を施すことにより
板状金属材料の強度を向上させるようにした板状金属材
料の強化方法において、互いに直交するＸ方向及びＹ方
向にそれぞれ沿って等間隔にマトリックス状に配列され
た多数の散在箇所の両面にショット粒を投射することに
より、前記散在箇所に圧縮応力を付与すると共に、整列
方向に沿って互いに隣接する散在箇所の間の中間領域に
おける前記Ｘ方向の残留応力を、これらの散在箇所の前
記Ｘ方向の圧縮応力よりも大きな圧縮応力とし、前記中
間領域における前記Ｙ方向の残留応力を、これらの散在
箇所の前記Ｙ方向の圧縮応力よりも小さな圧縮応力とし
たことを特徴とする板状金属材料の強化方法。