冷やしバメ・焼きばめ(ひやしばめ・やきばめ)[h19]

【用語の意味】

冷やし嵌め・焼き嵌め、冷やしばめ・焼きバメなどと表示されます。

入れ子になる品物の中側を液化炭酸ガスや冷蔵庫などで冷やして嵌め合わせる方法が「冷やしばめ」で、これに対して、外側の品物を加熱して嵌め合わせるのが「焼きバメ」です。


【補足説明】
広がり方は膨張率で決まる

鉄鋼の線膨張率は11~12(x10のマイナス6乗)程度なので、温度差が100℃、品物が100mmであれば、0.11~0.12mm伸縮することになリます。(厳密に言えば温度域によって線膨張率が異なっていますが、熱処理用途では、厳密な数値はあまり必要ではありません)

この熱膨張・収縮を利用して2つのリング製品などを結合するのが冷やしバメ(または、焼バメ)です。

一般的に、ひやしばめ(焼きばめ)をした時に、品物の作用面に圧縮強さが高まるようにすると割れなどに強くなります。反対に働き面に引張力が加わると破損しやすくなリます。そのために、働き部分に引張応力が生じないように形状設計をしなければなりません

加工寸法には注意しなければなりません。冷やしバメの場合は内輪を大きく加工しておいて、内輪を冷やしますし、焼きバメは外輪を小さく加工しておいて外輪を加熱します。

焼きバメで大きな締め代を取る場合は、加熱して充分に広がってくれるのかどうか不安になるのですが、心配しないでも、膨張率の計算どおりになります。

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冷やしバメはドライアイスや液化炭酸ガス

冷やしバメは液化炭酸ガスやドライアイスが用いられることが多いのですが、それを用いると-70℃程度ですので、上記数字(100mmで0.1程度)と、締め付け強さや「締め代」は限定されますので、大きな締め代を取りたい場合は焼きばめが有利です。

ただし、締め代が大きいと品物の寸法が変わりますので、研磨加工などで修正しなければならない場合も出てきます。
また、比較的大きい締め代で焼き嵌めをすると、内径側部品の硬さが上昇することも確認できますので、圧縮強度の高まりを実感できます。

常温が30℃であれば、炭酸ガスを用いると温度差は110℃程度(液化炭酸ガス温度+室温)になリますが、これは、150℃程度(150℃-室温)の焼きバメをしても同等の寸法差が得られるということです。

この温度程度では焼きばめのための加熱をしても酸化被膜や着色もほとんどないのですが、冷やし嵌めのほうが焼きばめに比べて精密加工であるように考えられている感があります。

当社では焼戻し温度がわかっておれば、大きな締め代を得やすい「焼バメ」を利用することが多く、両方をやってみるとわかるのですが、冷やしバメをする場合は、品物に霜がつくので結構やりにくく、指定がなければ『焼きばめ』をするほうが簡単です。

また、俗にいう「口が開く」という現象にも注意します。締め代が大きくなると、円筒状の品物では、端面部の締め方が弱くなる傾向にあるので、「太鼓状」に加工するなどで対応しますが、(計算は可能ですが)これはノウハウの世界でしょう。

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注意する点もあります

冷やしバメをする場合に、焼入れ鋼などでは低温ぜい性の影響や残留オーステナイトのマルテンサイト化を注意する必要があリます。

品物を冷やすとじん性が低下したり組織変化を生じる可能性があって、品物が割れやすくなるなどの問題を考えないといけないのですが、機械関係技術者にはそれを知らない方も多いようですので注意しなければなりません。

これは「低温脆性」の影響と「組織変化による影響」があります。
ほとんどの工具鋼などでは、品物を室温以下に冷やすと、衝撃じん性が急激に低下します。また、例えば、冷間工具鋼のSKD11などの部品は、200℃程度の焼戻しで60HRC程度の硬い硬さで使用されるものが多いのですが、通常のSKD11では20%を超える残留オーステナイトがあって、この残留オーステナイトは、温度が下がることで、その一部が焼入れ組織などに変化することがあリます。

もしもそうなれば、一般的には品物の体積が膨張するので、変形したり、不均一な応力状態になったり、極端な場合は割れることもあるので注意をする必要があります。

このこともあって、当社では、冷やしバメより焼きバメを採用することが多いという理由の一つです。もちろん、この場合には、熱処理済みの品物は焼戻し温度以上に温度をあげないようにします。



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