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内製機械の加工シャフト材質について考える
- 内製機械における加工シャフトの材質をS45CからSCM435Hに変更することを検討しています。SCM435Hのほうが靭性が高く、焼入れ特性も優れているためです。
- 焼入れ特性が高いとは焼入れ深さの違いによるもので、Φ25のシャフトの場合、高周波焼入れで適切な深さを入れることができます。
- SCM材の中で435を選択することが一般的ですが、455のほうがさらに優れた特性を持っています。ただし、コストも考慮する必要があります。
- 機械設計
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簡単な説明のURLは http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/index_j.html 第4章の4.1.～4.4.を確認下さい。
ここで言われている”焼入れ特性”は、焼入れの深度と硬度が どの程度表面から維持できるかを問われているのだと思いますが、 φ２５程度のSCM材を高周波焼入れすると、中心まで”焼き”が 入ってしまい。更に、焼き曲がりの発生も考えられます。 負荷量と使用状態に拠っては、材料だけで無く、サイズアップも 検討した方が、解決の近道かもしれませんね。 ・じん性を重視されるなら、 材質的には、SCM440の調質材を使用して、磨耗部分に クロムメッキ加工。 ・硬度が必要なら S45Cの調質材に、高周波焼入れを行い硬化層と母材層を 残してしまう。（硬化層で硬度、母材層でじん性確保） と考えますが。 返答遅れまして、 SCM440を薦めるのは、記載使用条件での必要硬度とじん性の バランスが良いと思われるからです。 一見、SCM435と440では、切り欠き耐性は435の方が良好な様ですが ｼｬﾌﾄ等の形状であれば、衝撃荷重よりじん性の有る方が長持ちし、 破断の心配が少ないと経験的に考えています。 ﾗｼﾞｱﾙ荷重が大きく無ければ、ｼｬﾌﾄのR形状で衝撃に対しては 耐性を持たせるられると思います。
ベアリングやブッシュは、それ自体を交換できるのも、メリットの一つです。 母材にダメージを与えないで。 それと、ベアリングは、焼入れした内輪 → ボール → 外輪で構成され、 その中で、ころがって回転して、耐久性を持たせています。 シャフトやハウジングには、焼入れ処理しないで。 シャフト＆内輪と、ハウジング＆外輪は、一体になる様にセットします。 シャフトは、径が小さいため、廻りやすく、圧入が一般的です。 ハウジングは、径が大きいため、シャフト程圧入にはしません。 そして、シャフトは、ハウジングに比べて、比較的分解し易く、 圧入品を引き抜く、引き抜き工具を使用して、取り外し時に取り外します。 が、一般的です。 プーリーには、モーメント荷重（横荷重）が、掛かっていると推測します。 倒れをカバーする、両サイドにカラーをいれ、シャフトにねじを切って、 確り止めましょう。 鋳物なので、面圧力を稼ぐために、カラーを入れます。 等を考慮して下さい。
お礼
ご回答ありがとうございます。 焼入れ処理の問題ではなく、やはり公差の問題によるわけですね。 シャフトの公差をｋ5くらいにしてみようかと思います。 また勘合部とは別でシャフト先端に焼入れする必要がありますので φ25くらいではSCM材では焼入れに適さないということから 回答（3）の方のおっしゃるとおりS45Cで進めていこうかと思います。 あとすみませんが「両サイドにカラー」とはどういうことでしょうか？ 標準仕様のテーパのブッシングをいれるのとはまた違うのでしょうか？
一度、これを読んで下さい。 http://www.netushori.co.jp/story/index.html そして、以下の表で物性等を確認して下さい http://www.osc21.co.jp/cgi-bin/news/whatnew1.htm 熱処理と材料別の特性と同じ材料の番号の違いでの特性が判ります。 S45C H材 ⇒ SCM435 H材 に変更ですか？ その前に、勘合部がヘタル原因を考えては、如何でしょうか？ ベアリングとプーリの勘合部が、シャフトに対して動くからヘタルので あって、『ベアリングは圧入』、『プーリはセットビス』で、完全に 固定して動かなくして下さい。 動く処は、 ＊ ベアリングは、内輪と外輪の間のボール部分 内輪と外輪の取付公差は、ベアリングのカタログに記載あり ＊ プーリは、ベルトとプーリ部分 シュパンリング、パワーロック等のメカで確り固定も良いでしょう
お礼
ご回答ありがとうございます。 そうですね、ベアリング内輪とシャフトはH7h7であったことが問題であったと 思います。 ｶﾀﾛｸﾞを参照するとやはりH7ｋ5くらいにすべきであろうと思っています。 しまりﾊﾞﾒにするとベアリング交換がとても大変になるような気がして心配ですが。。。 ちなみにしまりバメにしてしまうと勘合部に焼入れはいらないものでしょうか？ 前にそのような指摘をうけたことがあるのですが。 本来の目的としてはベアリングやシャフト交換は行いたくないので 次の交換時にはシャフト自体をS45Cより強い材料を用いて、かつ 焼入れ特性が高いものにした方がいいと思ったのでSCM435Hを検討しました。 S45Cは質量効果によりΦ20以上ではあまり焼きが入りにくいと聞いたものですから。 実際、しまりバメなら焼きいれは関係ないといわれるなら話は変わってきますが。。 ちなみにプーリはキー溝加工しておりシャフトにネジをきってベアリングﾅｯﾄを締め付けることによりベアリングに押し付けています。 公差はH7h7にしており、シャフトをベルト駆動かつｸﾗﾝｸ機構により激しく 回転かつ上下駆動させています。 そういう使い方をしていたのですが、プーリが鋳物品でありヘタリがでてきて ガタとなり穴が変形し、かつシャフトも磨り減ってしまいました。 キーは普通公差にしていましたが、セットビスでは固定していませんでした。 ｾｯﾄビスで固定しても緩むような気がしましたし、ベアリングﾅｯﾄで固定していればあえて必要ないと設計時に判断したので。 現在の機構上、プーリをﾒｶﾛｯｸ式にするのは厳しいので プーリ自体をSCM435Hからの削りだし品にしようかと考えています。 あくまでプーリのヘタリは鋳物品を用いていたことが一番の問題であったと 認識しています（嵌め合いの問題もあるとは思いますがプーリをシマリバメにするのはあまり良くないかと思いますので）。 またいろいろご教授いただけると大変たすかります。 よろしくおねがいいたします。 ちなみにhttp://www.osc21.co.jp/cgi-bin/news/whatnew1.htm のURLは見れませんでした。もう閉じられたのですかね。
補足
ちなみにベアリングとプーリはφ25のシャフトに嵌めるわけですが、 例えば嵌め合いのシャフト部の長さが50ｍｍあるとして、 同じ軸径上で奥側25ｍｍはベアリング、手前側25ｍｍにプーリをいれるとして 同軸上でベアリング側25ｍｍの公差をｋ5、プーリ側25ｍｍをｈ7という風にしてもいいものでしょうか？ こういうやり方はあまり一般的ではないでしょうか？ もしできるならば図面上では公差の境界線に2点鎖線で区切って明記したらよいでしょうか？ 初歩的なことばかりですみません。
お礼
ご回答ありがとうございます。 SCM440を薦められてますが一般的なSCM435ではなく440を薦められる理由を 教えていただけますでしょうか？