金属焼き嵌め時における穴の収縮について

質問

基本的な質問です。
中央穴開きの素材に軸を入れて焼き嵌めする加工方法があります。

これについて調べると、穴開き素材を温めると中央の穴は大きくなり、それを利用して軸を入れて焼き嵌めを行うという説明です。
これは理解出来るのですが、一方で
「素材に対し穴が小さい場合は穴がより小さくなる方向に膨らみ、リング状など素材に対し穴が大きい場合は穴が大きくなる方向に膨らみます。」という説明も見つけてしまいまして。
こちらも検証もなく説明しているとは思えないのですが、どうしてこのような食い違いが出るのか教えて頂けないでしょうか。全体が均一に温まらないケースとかでしょうか？

実際作ってみて試せばいいと言うのはもちろん分かります。
しかし、大体こんなケースではこうだったというのがありましたら、参考にしたいと思っております。ご教示ください。

※OKWAVEより補足：「技術の森( 溶接・組立技術)」についての質問です。

回答No.8

kuroneko2020 · ベストアンサー

温度が均一なことが大前提です。

>均一加熱ではない
不均一な場合、穴径が小さくなることは大いにあり得ます。穴周囲だけが温度が高くなると、周囲から自由膨張が抑え込まれるので、膨張分は厚み方向及び内径方向に逃げるしかなくなります。

>特殊な形
温度が均一なら相似形に膨張するので、形状は無関係です。
ただ穴周辺とその周囲で肉厚が大きく異なるような場合は、加熱条件によっては穴周辺だけが先行して温度上昇するので、上記の温度不均一の状況が起こり得ます。

お礼

御解答ありがとうございます。

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回答No.7

ohkawa3

回答(6)再出
高温環境で穴の内面が酸化すれば、酸化物の厚さによって穴径が減少する可能性はあると思います。
この場合、穴径の絶対値が小さいほど、酸化物の厚さが相対的に大きくなる可能性があるので、穴径が小さくなると主張する方の根拠になるかもしれません。

お礼

ありがとうございます。 なるほど穴径がミリ単位なら、ありえそうと思えます。通常そんなサイズで焼き嵌めしようと考えないので探しても例が出てこないのかもしれません。 丁寧に御解答頂きありがとうございます。

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回答No.6

ohkawa3

＞仰る通り、まさに私もそう思っています。

＞ただ、ちゃんとした企業の方や、実際に試された方で例外もあるとおっしゃる方がいらっしゃいます。

例外もあるとおしゃる方が公表したエビデンスがあるでしょうか？
エビデンス以前の情報でも結構ですので、お心当たりがあればご教示くださるようにお願いします。
その内容を技術的に検証してみたいと思います。

例外もあるとおしゃる方が公表したエビデンスが「ない」のであれば、技術的根拠のない「うわさ話」として片付けておけばいいと思います。

回答No.5

kuroneko2020

この話題は昔から何度も出ています。
結論は、均一加熱では穴径は必ず大きくなり、小さくなることはありません。

補足

仰る通り、まさに私もそう思っています。

ただ、ちゃんとした企業の方や、実際に試された方で例外もあるとおっしゃる方がいらっしゃいます。
均一加熱では無いとか特殊な形とか、そういう事ではないかと思っていますが、具体的にどんな物でどんなやり方をした時に、それが起こるのか聞いてみたかったという事になります。

回答No.4

cyan3

実際の事例です
FC材　S45C　材で　内径30　厚さ　50　外径　150　の材料を加熱　酸素+アセチレン
バーナーで加熱　で　温度は測定していませんが母材の色が紫色に変わった当たりで万遍なく温め　ダイヤルゲージで測定　＋0.25mmで　挿入しています
挿入時点で＋0.1mmは厳守です
温めるとき母材全体を温めるのが必要と思います

軸径50ｍｍのベアリング部が摩耗したので先日焼き嵌めしました
内径50　外径　55　幅60　肉厚が薄いので　カセットバーナーで温めすぐに＋0.6mm迄大きくなりました
真っ赤にならないよう心掛けています
挿入の途中で止まるともうダメです

お礼

ありがとうございます。 どちらも温める事で穴サイズが大きくなる具体事例かと思います。 貴重な数字ありがとうございます。

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回答No.3

lumiheart

具体的に寸法を当てはめてみれば理解しやすい
例えば
Ａ：外径100mm、内径99mmの輪ゴムみたいな極細ドーナッツと
Ｂ：外径100mm、内径1mmの超極太ドーナッツ

Ａ：外径101mmになるように加熱したら、恐らく内径は100mmになるであろう
Ｂ：外径101mmになるように加熱したら、恐らく内径は2mmとはならないであろう
https://keisan.casio.jp/exec/user/1448592530#!
https://daiichis.work/heattreatment/16_trouble1.html

お礼

御解答ありがとうございます。

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回答No.2

kon555

>> どうしてこのような食い違いが出るのか
　まず理屈から考えてみましょう。そもそも論として、熱膨張するのは鉄なりアルミなりという物体であり『穴』ではありませんよね。
　もし紙に丸印を書き、この『丸』を形作る線を太くしたら、丸の中の空白は小さくなっていくハズです。
　つまり素直に熱膨張を考えると、物体が膨張すれば穴は小さくなるハズなのです。

　では何故リング状の物を熱すると穴が大きなるのか？　というと、細長い物の熱膨張は長さ方向に強く働くためです。
　丸の例で言うと線の太さより長さの影響が強いため『穴』が広がります。

　一方で、板材の真ん中に開いた穴などの場合には、熱膨張は板を叩いて伸ばすように全方向にはたらくので、穴を縮める事があるわけです。
　また厚み方向に力が働き、そり返った場合にも、実際の有効径が小さくなります。

　このようにして、熱した時に穴が広がるか、縮むかはケースバイケースで変化するわけです。

お礼

ありがとうございます。

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補足

知識として、SLの車輪サイズの物でもシャフトと車輪は焼き嵌めで締結するという事は知っております。五円玉でも穴は大きくなる方向のようです。
例えば、鋼で外形と穴がどのくらいのサイズ比以上になったら、または外形の形が丸ではなくて四角だったら、温めて穴が収縮するような事が起こるのか？という具体例が知りたかったところです。
それはノウハウのなのかもしれませんが、教えて頂ける範囲で。

回答No.1

118639

母材に対して何％の穴径ではそのような事が、発生するかは分かりませんが、多分最初から焼き嵌めしようと思うような形状寸法ではないように思われます

お礼

早速の回答ありがとうございます。

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