CN102076964A - 转子坯料锻造用模具和转子坯料的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

高效率地制造转子坯料。本发明以具备下部模具10和施加成形用的负载的上部模具30、锻造具有中心孔3并且在外周部具有与轴线平行的叶片槽4的圆柱状的转子坯料的模具为对象。下部模具10具有在成形孔内突出的叶片槽成形用的叶片部13和配置在成形孔的中心的中心孔成形用的中心销16。上部模具30具有对下部模具10的中心销(16)和叶片部13以外的部分施加主负载的上部模具本体31、自由进退地嵌入于贯穿设置在模具本体31的中心销对应孔35且对中心销16施加第1副负载的背压销40、自由进退地嵌入于贯穿设置在上模具本体(31)的叶片部对应孔36且对叶片部13施加第2副负载的背压板41。在合模时，使叶片部13的顶端面相对于叶片部对应孔36的开口面一致或分离。

Description

转子坯料锻造用模具和转子坯料的锻造方法
技术领域
本发明涉及用于制造在外周部具有叶片槽的转子坯料的转子坯料锻造用模具和转子坯料的锻造方法。
背景技术
压缩机的转子和/或制动控制用的旋转式真空泵的转子，一般为在外周部沿周向隔着相等的间隔形成有多个相对于轴心平行的叶片槽的转子。另外，搭载在汽车的空调用旋转式压缩机的转子和/或制动控制用的旋转式真空泵的转子以轻量化为目的而使铝合金制成为主流，一般使用锻造加工来制造。
例如，在下述专利文献1所示的转子制造方法，在下部模具的成形孔形成有叶片槽形成用的叶片部，通过上部模具对安放在下部模具的成形孔上的圆柱形的锻造材料向下方加压，将锻造材料填充到成形孔内。由此，得到从下端面到上端面附近形成有叶片槽的圆柱状的转子坯料。而且，沿相对于轴心正交的面通过切削加工切除该转子坯料的上端部(多余厚度部(多余材料部))，打开叶片槽的一端侧(上端侧)，由此，打开叶片槽的两端，构成转子坯料。
另外，下述专利文献2所示的转子制造方法，在上部模具的成形面设置有叶片槽形成用的带槽冲头，通过将上部模具的带槽冲头冲入安放在下部模具的成形孔内的锻造材料，从上端面到下端面附近形成叶片槽。其后通过继续冲入带槽冲头，冲裁除去封闭叶片槽的下端部的多余厚度部，由此，使叶片槽的两端打开。
专利文献1：日本特开平11-230068号公报
专利文献2：日本特开2000-220588号公报
发明内容
上述专利文献1所示的以往的转子制造方法为切除通过锻造加工得到的转子坯料的多余厚度部的方法，但多余厚度部的除去作业困难，有可能使生产效率降低。
另外，上述专利文献2中所示的以往的转子制造方法为通过带槽冲头冲裁除去封闭叶片槽的下端部的多余厚度部的方法，但一般来说，冲裁加工，难以准确控制断裂位置，产生非预期的裂纹和/或缺口的可能性高，有不能准确地除去多余厚度部这样的问题。
本发明的优选的实施方式是鉴于相关技术中的上述的和/或其他的问题而做成的。本发明的优选实施方式可以显著提高现存的方法和/或装置。
本发明为鉴于上述的课题而做成的，其目的是提供一种可以确保高的生产效率并且准确地除去多余厚度部的转子坯料锻造用模具和转子坯料的锻造方法。
本发明的其他的目的和优点从以下的优选的实施方式得以明确。
为了达成上述的目的，本发明具备以下的构成。
(1)一种转子坯料锻造用模具，为具备下部模具和施加成形用的负载的上部模具，锻造具有中心孔并且在外周部具有与轴线平行的叶片槽的大致圆柱形状的转子坯料的模具，其特征在于，
上述下部模具具有向其成形孔内突出的叶片槽成形用的叶片部和配置在成形孔的中心的中心孔成形用的中心销；
上述上部模具具有对上述下部模具的中心销和叶片部以外的部分施加主负载的上部模具本体、自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的中心销对应孔且对上述中心销施加第1副负载的背压销、和自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的叶片部对应孔且对上述叶片部施加第2副负载的背压板；
使合模时的上述叶片部的顶端面相对于上述叶片部对应孔的开口面一致或分离。
(2)根据上述1所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以合模时的上述叶片部的顶端面和上述叶片部对应孔的开口面的间隔为叶片槽侧的端面差时，该叶片槽侧的端面差被设定为0～2mm。
(3)根据上述1或2所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以上述叶片部的外周面和上述叶片部对应孔的内周面之间的间隔为叶片槽侧的间隙时，该叶片槽侧的间隙被设定为0.01～0.1mm。
(4)根据上述3所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述叶片槽侧的间隙局部不同。
(5)根据上述3或4所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述叶片槽侧的间隙中的内周侧端部和外周侧端部的至少任何一方的间隙相对于中间部的间隙被设定得较大。
(6)根据上述1～5中任一项所述的转子坯料锻造用模具，其中，使合模时的上述中心销的顶端面相对于上述中心销对应孔的开口面一致或分离。
(7)根据上述6所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以合模时的上述中心销的顶端面和上述中心销对应孔的开口面的间隔为中心孔侧的端面差时，该中心孔侧的端面差被设定为0～2mm。
(8)根据上述6或7所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以上述中心销的外周面和上述中心销对应孔的内周面之间的间隔为中心孔侧的间隙时，该中心孔侧的间隙被设定为0.01～0.1mm。
(9)根据上述8所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述中心孔侧的间隙局部不同。
(10)根据上述1～9中任一项所述的转子坯料锻造用模具，其中，具备设置在上述背压销的上部用于施加第1副负载的副负载施加单元、和设置在上述背压板的上部用于施加第2副负载的副负载施加单元。
(11)根据上述10所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述副负载施加单元为气体缓冲器。
(12)一种转子坯料的锻造方法，为锻造具有中心孔并且在外周部具有与轴线平行的叶片槽的大致圆柱形状的转子坯料的方法，其特征在于，
准备下部模具：具有向其成形孔内突出的叶片槽成形用的叶片部和配置在成形孔的中心的中心孔成形用的中心销；
准备上部模具：具有对上述下部模具的中心销和叶片部以外的部分施加主负载的上部模具本体、自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的中心销对应孔且对上述中心销施加第1副负载的背压销、和自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上模具本体的叶片部对应孔且对上述叶片部施加第2副负载的背压板；
在合模时，使上述叶片部的顶端面相对于上述叶片部对应孔的开口面一致或分离。
(13)根据上述12所述的转子坯料的锻造用模具，其中，使合模时的上述中心销的顶端面相对于上述中心销对应孔的开口面一致或分离。
(14)根据上述12或13所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述第1副负载和第2副负载分别为29～89MPa。
(15)根据上述12～14中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，独立控制上述第1副负载和第2副负载。
(16)根据上述12～15中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述中心销的截面积越大，第1副负载变得越小。
(17)根据上述12～16中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述转子坯料为铝或铝合金制。
根据发明(1)的转子坯料锻造用模具，可以得到叶片槽的一端面被配置得比转子部的端面靠内侧的转子坯料，因此可以减小叶片槽内周面和多余厚度部外周面的直径差。因此，可以简单且准确地除去叶片槽侧的多余厚度部，可以提高生产效率。
根据发明(2)、(3)的转子坯料锻造用模具，可以可靠地得到上述的效果。
根据发明(4)、(5)的转子坯料锻造用模具，可以防止多余厚度部的非预期的脱落。
根据发明(6)的转子坯料锻造用模具，可以得到中心孔的一端面被配置得比转子部的端面靠内侧的转子坯料制成品，因此可以减小中心孔内周面与多余厚度部外周面的直径差。因此，可以简单且准确地除去中心孔侧的多余厚度部，可以进一步提高生产效率。
根据发明(7)、(8)的转子坯料锻造用模具，可以更加可靠地得到上述的效果。
根据发明(9)的转子坯料锻造用模具，可以防止多余厚度部的非预期的脱落。
根据发明(10)、(11)的转子坯料锻造用模具，可以抑制中心孔和叶片部的挠曲变形和扭曲变形。
根据发明(12)的转子坯料的锻造方法，与上述同样可以得到同样的作用效果。
根据发明(13)、(14)的转子坯料的锻造方法，可以更加可靠地得到上述的效果。
根据发明(15)的转子坯料的锻造方法，可以根据中心销和叶片部的形状和/或尺寸分别设定第1副负载和第2副负载，可以更加可靠地确保在中心孔成形时朝向外周的金属流动和使叶片部向内侧变形的力的均衡。
根据发明(16)的转子坯料的锻造方法，可以更加可靠地得到上述效果。
根据发明(17)所述的转子坯料的锻造方法，可以材料成品率高地锻造出尺寸精度优异的铝或铝合金的转子坯料。
附图说明
图1是分解表示作为本发明的实施方式的转子坯料锻造用模具的立体图。
图2A是在使用实施方式的锻造用模具进行的锻造加工的锻造准备阶段的示意剖视图。
图2B是在使用实施方式的锻造用模具进行的锻造加工的上部模具下降阶段的示意剖视图。
图2C是在使用实施方式的锻造用模具进行的锻造加工的加工完成阶段的示意剖视图。
图2D是在使用实施方式的锻造用模具进行的锻造加工的制成品取出阶段的示意剖视图。
图3是表示通过实施方式的锻造加工得到的转子坯料的立体图。
图4是表示通过实施方式的制造方法制造出的转子的立体图。
图5是表示转子坯料的叶片槽的偏置量的俯视图。
图6是以组装状态表示实施方式的锻造用模具的上部模具的立体图。
图7A是表示向锻造用模具的下部模具施加负载状态的局部省略立体图。
图7B是用于说明锻造用模具的锻造过程中的金属流动的图。
图8A是实施方式中的转子坯料的俯视图。
图8B是放大表示实施方式中的转子坯料的叶片槽部分的俯视图。
图9是表示实施方式的制造方法的工序顺序的流程图。
图10是以在中心孔部切开的方式表示实施方式的转子坯料的剖视图。
图11是以在叶片槽部切开的方式表示实施方式的转子坯料的剖视图。
图12是放大表示图10的由双点划线包围的部分的剖视图。
图13A是放大表示图11的由双点划线包围的部分的剖视图。
图13B是在除去了多余厚度部的状态下放大表示实施方式的转子坯料的叶片槽部周边的剖视图。
图14是概略表示用于实施方式的制造方法中的多余厚度部除去工序的冲裁装置的剖视图。
具体实施方式
<转子>
首先，对与本发明的实施方式相关的转子R的构成进行说明。如图4所示，转子R为在中心具有作为使轴贯通的轴孔的中心孔3的大致圆柱体，在外周面设置有槽底被扩大成圆形截面的5个叶片槽4。这些叶片槽4被设置成：与圆柱体的轴线平行地贯通两端面，向上述中心孔3偏心地切入内部。另外，如图5所示，上述叶片槽4的偏置量U由槽宽度方向的中心线L1和与该中心线L1平行地通过转子R的轴线的直线L2的距离来表示。
作为转子R的材料一般使用铝或铝合金，作为其一例子，可以举出含有Si：14～16质量％、Cu：4～5质量％、Mg：0.45～0.65质量％、Fe：0.5质量％以下、Mn：0.1质量％以下、Ti：0.2质量％以下且其余部分为Al和不可避免的杂质的铝合金。
<制造工序>
如图9所示，转子的制造工序主要包括切断工序、质量分选工序、锻造工序、冲裁工序、热处理工序、检查工序，在经过这些工序之后，作为转子制品出货。
切断工序和质量分选工序为用于得到锻造材料的工序，在切断工序中，通过将连铸材料切断成预定长度，在得到预定长度的连铸材料之后，根据质量(重量)分选各铸造材料，从而得到期望的锻造材料。
接着，在锻造加工中，对上述锻造材料进行锻造加工得到转子坯料，其后，在冲裁工序中，从转子坯料除去多余厚度部，得到转子R。
其后，在热处理工序中，对转子R进行加热处理和淬火处理，提高硬度和耐磨性，制成转子制品。而且，在检查工序中，进行最终检查，若没有异常就出货。
以下，对基于本实施方式的转子制造方法进行详细说明。
<锻造工序>
图1、2A～D是表示作为用于本实施方式的锻造加工的锻造装置的锻造用模具的图。图3是表示用该锻造用模具锻造出的转子坯料1的图。
如这些图所示，锻造用模具具有作为冲模(die)的下部模具10和作为施加成形用负载的冲头的上部模具30。作为它们的模具材料，可以使用众所周知的模具用钢材。
下部模具10被分割成：具有成形孔12的下部模具本体11、配置在下部模具本体11的下侧的基台15、和配置在下部模具本体11的上侧的衬套(bush)19。
在上述下部模具本体11的成形孔12内，从孔内周壁面突出有用于形成叶片槽4的5个叶片部13。上述叶片部13为与叶片槽4的截面形状对应且在端部具有圆形部的薄板状。上述基台15为板状，在中心固定有用于成形转子R的中心孔3的中心销16，以包围该中心销16的方式贯通设置有顶出杆17用的贯通孔。上述衬套19为具有与下部模具11的成形孔12相同直径且上下贯通的装填孔20的环状体。
组装上述基台15、下部模具本体11和衬套19，则在下部模具本体11的成形孔12内插入中心销16，成形孔12内部为转子R的反转形状，并且衬套19的装填孔20与成形孔12连通。另外，在图2A所示的锻造的准备阶段中，将顶出杆17插入基台15的贯通孔18，在顶端面成为与基台上面同一高度的位置待机。
上部模具30被分割成用于对锻造材料W施加主负载F的上部模具本体31和用于施加副负载F1、F2的圆形销40和扁平板41。
另外，在本实施方式中，用圆形销40构成背压销，用扁平板41构成背压板。
上述上部模具本体31，其下半体的冲头部32被形成为与上述衬套19的贯通孔20对应的外径的大致圆柱体，在大直径的上半体33，在上面形成有凹部34。在该凹部34形成有：与上述圆形销40的截面形状对应且可进退地嵌入该圆形销40的一个圆形孔35、和与上述扁平板41的截面形状对应且可进退地插入该扁平板41的5个扁平孔36。上述圆形孔35和扁平孔36都贯通冲头部32的顶端面，扁平孔36还在冲头部32的外周面开口。另外，上述圆形孔35和扁平孔35的位置与下部模具本体11的中心销16和尽可能13的位置对应。
另外，在本实施方式中，用圆形孔36构成中心销对应孔，用扁平孔35构成叶片部对应孔。
上述圆形销40为比下部模具本体11的中心销16直径大的圆形销，在上端一体形成有比上述圆形孔35直径大的防脱部42。上述扁平板41为与下部模具本体11的叶片部13同样在顶端具有圆形部的薄板状，但比叶片部13大一圈，在上端一体形成有截面积比上述扁平孔36大的防脱部43。
然后，如图2A和图6所示，在从上述上部模具本体31的凹部34将上述圆形销40嵌入圆形孔35，并且将上述扁平板41嵌入各扁平孔36时，将上部模具本体31、上述圆形销40和上述扁平板41组合起来，使冲头部31的顶端面和周面分别连续，形成一个圆柱体。
在上述的圆形销40和扁平板41的上方，设置有用于施加对它们所施加负载的气体缓冲器(gas cushion)45。在上述气体缓冲器45中，活塞杆47被可自由进退地插入气缸46，在对活塞杆47施加退入方向的力时，由封入内部的压缩气体产生与上述退入方向的力平衡的前进方向的力，随着退入距离的变大，上述前进方向的力也相应变大。上述各气体缓冲器45的气缸46被固定在安装盘48，使活塞杆47的顶端与圆形销40和扁平板41的上述防脱部42、43抵接，以对圆形销40和扁平板41施加了由活塞杆47的前进力所产生的初始负载的状态，组装起上部模具本体31和安装盘48。另外，在上述圆形销40和扁平板41上升，活塞杆47退入时，与退入距离相对应的负载被施加在圆形销40和扁平板41。因此，安装盘48与上部模具30一起升降，但施加在圆形销40和扁平板41的副负载F1、F2从主负载F独立出来，由气体缓冲器45控制。
上述第1副负载F1和第2副负载F2的值可以通过对气体缓冲器45的工作负载的设定来进行调节，并且在圆形销40和扁平板41分别装备有气体缓冲器45，因此，它们也可以独立进行负载控制。即，可以将施加在上述上部模具本体32的主负载F、施加在圆形销40的第1副负载F1、施加在5个扁平板41的5个第2副负载F2分别设定为独立的负载。
上述下部模具10和上部模具30被配置成：上述圆形销40和扁平板41存在于下部模具10的中心销16和叶片部13的对应位置。因此，如图7所示，第1副负载F1被施加在中心销16的正上方，第2副负载F2被施加在叶片部13的正上方。主负载F被施加在中心销16和叶片部13以外的部分。另外，在本发明中，上述第1副负载F1和第2副负载F2被设定为比主负载F小的值。
接着，参照图2A～D、图7、8，对使用上述锻造用模具为了制造图4的转子素材1而对锻造材料W进行锻造的方法进行说明。
如图2A所示，在下部模具20和上部模具30的所要求部分涂布润滑剂，将圆柱形的锻造材料49装填到衬套19的装填孔20。上述锻造材料W如已述的那样，为通过将连铸材料切断成预定长度等的方法制作出的材料，且根据需要被加热到预定的温度。作为上述润滑剂，可以例示水性石墨润滑剂、油性石墨润滑剂等，为了在锻造材料W和模具10、30之间不会产生磨伤(galling)，优选是并用水性石墨润滑剂和油性石墨润滑剂。涂布量分别为2～10g左右。另外，在锻造材料W为铝合金的情况下的预热温度优选是400～450℃。
从该状态，如图2B所示，在以主负载F使上模具30下降而对装填在下部模具10的锻造材料W进行锻造时，在锻造材料W填充到成形孔12内的过程中，被施加了比主负载F小的第1副负载F1的圆形销40和被施加了第2副负载F2的扁平板41被向上推起，使材料流入圆形孔35和扁平孔36内。随着上部模具30的下降，圆形销40和扁平板41上升，随着活塞杆47的退入距离变大，施加在圆形销40的第1副负载F1和施加在扁平板41的第2副负载F2增大。这样做，对于锻造材料W，对圆形销40和扁平板41以外的部分施加主负载F，相对于此，对与圆形销40和扁平板41对应的部分施加独立于主负载F的第1副负载F1和第2副负载F2。
如图2B所示，通过对上述圆形销40和扁平板41施加比主负载F小的第1副负载F1和第2副负载F2，圆形销40和扁平板41上升，使材料流入圆形孔35和扁平孔36内。由于材料流入圆形孔35和扁平孔36内，缓和了施加在下部模具10的中心销16和叶片部13的力。其结果，如图7B所示，缓和了成形孔12的壁面和叶片部13之间的金属流动α1和通过该金属流动α1使叶片部13向内部变形的力α2，而且，在中心孔3的成形时朝向外方的金属流动α3向与使叶片部13向内部变形的力α2相反方向起作用，因此，通过保持这些力α2、α3的均衡，可以抑制中心孔16和叶片部13的挠曲变形和扭曲变形。
上述第1副负载F1和第2副负载F2的适当值根据中心销16和叶片部13的体积适当设定。随着它们的体积的变大，材料的流失量增加，因此若叶片部13的体积变为一恒定值，则可以通过随着中心销16的体积的变大相应减小第1副负载F来增加向圆形孔35的流入量来保持均衡。
经过上述的过程，如图2C所示，上部模具30降到下止点，成形为转子坯料1的形状。
在此，在本实施方式中，在上部模具30下降到下止点的时刻(合模时)，使中心销16的顶端面(上端面)相对于圆形孔35的开口面(下端位置)一致或分离。
具体来说，在将中心销16的顶端面和圆形孔35的开口面之间的间隔设为中心孔侧的端面差D3时，将该中心孔侧的端面差D3设定为0～2mm(参照图12)。
另外，在合模时，使叶片部13的顶端面(上端面)相对于扁平孔36的开口面(下端位置)一致(对齐)或分离。
具体来说，将叶片部13的顶端面和扁平孔36的开口面的间隔设为叶片槽侧的端面差D4时，将该叶片槽侧的端面差D4与上述同样设定为0～2mm(参照图13A)。
另外，在本实施方式中，在将中心销16的外周面和圆形孔35的内周面的间隔设为中心孔侧的间隙D5时，将该中心孔侧的间隙D5设定为0.01～0.1mm，更加优选是，设定为0.05～0.1mm(参照图12)。
此外，在将叶片部13的外周面和扁平孔36的内周面的间隔设为叶片槽侧的间隙D6时，将该叶片槽侧的间隙D6与上述同样设定为0.01～0.1mm，更加优选是，设定为0.05～0.1mm(参照图13A)。
另外，不言而喻，在调整间隙D5、D6的情况下，惯例是通过改变圆形孔35和扁平孔36的内径来实行，
在上部模具30的冲入完成之后，如图2D所示，使上部模具30上升，使顶出杆17上升顶出锻造好的转子坯料1。圆形销40和扁平板41从转子材1离开，解除来自下方的力，使气体缓冲器45的活塞杆47复位到初始位置。
在上述的工序中，下部模具10的中心销16和叶片部13的挠曲变形和扭曲变形受到抑制，因此图3所示的转子坯料1变为中心孔3和叶片槽4的尺寸精度高的转子坯料，并且通过抑制变形使模具寿命变长。而且，没有必要为了防止叶片部13的变形而扩大转子坯料的外径，没有要在后序加工中切除的部分，从而不会产生材料的浪费。
另外，通过将第1副负载F1和第2副负载F2设定为比主负载F小的值，圆形销40和叶片部13挤出的材料变得容易流动，因此，可以使上部模具30下降到圆形销40和叶片部13进入圆形孔35和扁平孔36的高度。因此，通过中心孔3和叶片槽4的材料的移动，制作的转子坯料1，在转子部2的上端面(一端面2a)与中心孔3和叶片槽4的部分对应地形成多余厚度部5、6。
此外，由于分别施加第1副负载F1和第2副负载F2，因此分别形成中心孔3上的多余厚度部5和叶片槽4上的多余厚度部6，这些多余厚度部5、6的平面形状与圆形销40和扁平板41的截面形状对应。
在本实施方式中，在锻造加工时，施加由第1副负载F1、F2产生的背压，因此，可以可靠地防止多余厚度部5、6被从转子部2非预期地撕开或扯掉那样的不良情况，可以将后述的构成的多余厚度部5、6一体形成在转子坯料1。
在此，在本实施方式中，转子坯料1由转子部2和多余厚度部5、6构成，转子部2不包括多余厚度部5、6。
这样形成的多余厚度部5、6如图10、11所示，被设置成从转子部2的一端面2a向一端侧鼓出。
另外，如已经说明了的那样，在合模状态，中心销16和叶片部13的各前端面相对于圆形孔35和扁平孔36的各开口面一致或分离，因此转子坯料1的中心孔3和叶片槽4的一端面3a、4a没有到达多余厚度部5、6的内部，各一端面3a、4a被配置成比转子部2的一端面2a靠内侧。
另外，不言而喻，在转子坯料1的转子部2的另一端面(下端面2b)，中心孔3和叶片槽4都是开放的。
在此，如上述那样，中心孔侧的端面差D3和叶片槽侧的端面差D4被设定为0～2mm，因此转子坯料1的转子部2的一端面2a与中心孔3和叶片槽4的一端面3a、4a的各端面差(断裂长度D3、D4)也被设定为同样的值。
此外，中心孔侧的间隙D5和叶片槽侧的间隙D6被设定为00.01～0.1mm，优选是被设定为0.05～0.1mm，因此转子坯料1的多余厚度部5、6的外周面与中心孔3和叶片槽4的内周面的直径差D5、D6也被设定为同样的值。
另一方面，如图8B所示，在本实施方式中，多余厚度部6和叶片槽4的直径差D6中的转子部外周侧端部的直径差D61和内周侧端的直径差D62形成为比中间主要部的直径差D60厚。
另外，在本实施方式中，转子坯料1的中心孔3的内周面和一端面2a之间的曲率半径r3，优选是被设定为0.2～1mm。此外，叶片槽4的内周面和一端面4a之间的曲率半径r4，也同样优选是被设定为0.2～1mm。通过设定在该范围，在如图13B所示通过例如冲裁除去了多余厚度部5、6时，可以将残存在中心孔3和叶片槽4的内侧的内毛刺的从中心孔3和叶片槽4的内壁面起计的高度B1的平均值调整为优选的值。具体来说，可以将内毛刺的高度B1设定在1mm以下。另外，在该内毛刺的高度B1超过1mm的情况下，断裂位置变得不稳定，中心孔3和叶片槽4的内径尺寸的精度管理变得困难。
此外，在本实施方式中，优选是将转子坯料1的多余厚度部5、6的外周面和一端面2a之间的曲率半径r3a、r4a调整为多余厚度部5、6的上述内周面侧的曲率半径r3、r4以下。具体来说，优选是满足“r3a≤r3”、“r4a≤r4”的关系。通过设定在该范围，如图13B所示通过例如冲裁除去了多余厚度部5、6时，可以将残存在一端面2a的凸毛刺高度B2调整优选的值。具体而言，可以将凸毛刺的高度B2设定为1mm以下。此外，还可以使断裂位置稳定，其结果使凸毛刺的高度B2的偏差也变小，因此后述工序中的切削量管理变得容易，中心孔3和叶片槽4的尺寸精度管理变得容易。另外，在内毛刺的高度B2超过1mm的情况下，断裂位置变得不稳定，中心孔3和叶片槽4的内侧尺寸的精度管理变得困难。
本发明中使用的模具为成形具有这样的形状的转子坯料的模具，在上部模具的圆形孔35具有曲率半径r3a，在扁平孔36具有曲率半径r4a的反转形状，在下部模具的中心销16具有曲率半径r3的反转形状，在叶片部13具曲率半径r4的反转形状。
在本实施方式的锻造加工中，主负载F、第1副负载F1、第2副负载F2根据转子坯料1的形成和各部的尺寸、材料组成、加工温度等适当设定。例如，作为用铝或铝合金制造直径40～70mm、高度30～60mm的转子R的情况的设定值，可以例示：主负载F：270～325MPa、第1副负载F1和第2副负载F2：29～80MPa。
另外，若将第1副负载F1和第2副负载F2设定得过小，则多余厚度部5、6可能会被撕裂，反过来若设定得过大，则使施加在中心销16和叶片部13的力缓和的效果小，抑制歪斜变形和扭曲变形的效果变小。如上述那样，在锻造铝合金制转子R的情况下，优选是29～89MPa、更加优选是39～49MPa的范围。另外，在使用如气体缓冲器45那样的弹簧式的副负载施加单元的情况下，随着上部模具30的下降第1副负载F1和第2副负载F2增大，但上述优选范围的负载为初始负载。
另外，对用于施加第1副负载F1和第2副负载F2的副负载施加单元没有限定，但优选是可以追随上部模具30的升降地施加负载的副负载施加单元。基于该观点，优选是气体缓冲器那样的弹簧式的副负载施加单元，作为其他的副负载施加单元，可以例示机械式弹簧、油压机构、减震器(阻尼器)。
<冲裁工序>
图14是概略表示作为用于冲裁加工工序(多余厚度部除去工序)的多余厚度部除去装置的冲裁装置(成套冲模)的剖视图。如该图所示，该冲裁装置具备下部模具8和上部模具9，如后面详述的那样，通过冲裁处理从转子坯料1冲裁除去多余厚度部5、6。
下部模具8具备下板81和设置在该下板81的上面的下部模具本体85。
下板81，在其中央形成有在上下方向贯通的多余厚度部排出孔82。而且，在下板81的两侧部，沿垂直方向竖立设置有引导杆83。
下部模具本体85被固定成在下板81的上面封闭多余厚度部排出孔82。
在下部模具本体85，与下板81的多余厚度部排出孔82对应地设置有工件设置部86。工件设置部86构成为将上述转子坯料1设置成可以使其一端面2a侧朝向下侧。即，在该工件设置部86，与中心孔侧多余厚度部5对应地形成有中心孔侧起模孔87，并且与叶片槽侧多余厚度部6对应地形成有叶片槽侧起模孔88。该中心孔侧型起模孔87，其内周形状被形成为与中心孔侧多余厚度部5的外周形状对应，能以适当状态嵌合中心孔侧多余厚度部5。此外，叶片槽侧起模孔88，其内周形状被形成为与叶片槽测多余厚度部6的外周形状对应，能以适当状态嵌合叶片槽侧多余厚度部6。另外，各起模孔87、88在上下方向贯通，下端侧与下板81的多余厚度部排出孔82连通。
而且，通过将转子坯料1的多余厚度部5、6分别以适当的状态嵌合在起模孔87、88，将转子部2的一端面2a载置在工件设置部86上，可以将转子坯料1以定位状态安放在工件设置部86上。
上部模具9具备上板91和设置在该上板91的下面的上模具本体95。
上板91构成为沿上下方向自由升降，可以由未图示的油压缸等的升降驱动单元进行升降驱动。
此外，在上板91的两侧部，与下板83的引导件83对应地设置有引导孔93，如后述的那样，在上板91下降时，通过将引导杆83插入引导孔93，引导上板91的下降移动。
将上部模具本体95与下模具本体85相对向地固定在上板91的下面。
在上部模具本体95，分别与下部模具本体85的中心孔侧起模孔87和叶片槽侧起模孔88对应、即分别与设置在下部模具85的转子坯料1的中心孔3和叶片槽4对应地，将中心孔侧冲裁冲头97和叶片槽侧冲裁冲头98分别安装成向下方突出。
在本实施方式中，冲裁冲头97、98被构成为冲击部件。
接着，对使用上述构成的冲裁装置除去转子坯料1的多余厚度部5、6的方法进行说明。
首先，在冲裁装置的下部模具8的工件设置部86，以使其一端面2a侧朝下且使各多余厚度部5、6与对应的起模孔87、88相匹配的状态设置转子坯料1。在该设置状态下，将上部模具本体85的中心孔侧冲裁冲头97和叶片槽侧冲裁冲头98配置成与转子坯料1的中心孔3和叶片槽4的另一侧开口相对向。
在这样设置了转子坯料1的状态下，使上部模具85下降，上部模具85的冲头97、98从转子坯料1的上端面(另一端面2b)侧插入中心孔3和叶片槽4，各冲头97、98以加压状态冲压多余厚度部5、6，冲裁掉多余厚度部5、6。由此，从转子部2除去多余厚度部5、6，该被除去的多余厚度部5、6通过下板81的多余厚度部排出孔82被排出到下方侧。这样一来如图14所示，通过打开转子坯料1的中心孔3和叶片槽4的一端侧，可以得到中心孔3和叶片槽4的两端都开放的转子R。
在此，在本实施方式中，由于将多余厚度部5、6与中心孔3和叶片槽4的直径差D5、D6设定得小，因此可以在预定的位置高精度地可靠地除去多余厚度部5、6。
特别是在本实施方式中，由于将多余厚度部5、6的断裂长度D3、D4形成得薄，因此可以减少除去多余厚度部时的断裂区域，可以用低负载简单除去，可以提高生产效率。
而且，可以通过冲头97、98用低负载冲裁掉多余厚度部5、6，因此，可以有效地防止高负载为主要原因的在转子R发生有害的龟裂或断裂，可以制造高质量的转子制品。
此外，可以用低负载进行加工，因此还可以减轻冲头97、98自身的磨损，可以进一步提高冲头97、98的耐久性、进而可以进一步提高冲裁装置的耐久性。
另外，多余厚度部除去时的断裂区域少，因此，断裂痕迹(断裂面)也变小，可以避免由断裂痕迹所导致的不良影响，例如，在后序工序中，没有必要进行用于对断裂痕迹进行修整的精加工，通过工序数的削减，可以进一步提高生产率，并且可以降低成本。
而且，在本实施方式中，中心孔3和叶片槽4的一端面3a、4a被配置在比转子部2的一端面2a靠内侧，因此除去多余厚度部之后的断裂痕迹被配置在中心孔3和叶片槽4的内周面即转子R的内部，因此，在这一点上也可以防止由断裂痕迹所导致的不良影响，断裂痕迹的后序的精加工变得全部不需要了，可以进一步提高生产率。
另外，在本实施方式中，由于将多余厚度部6和叶片槽4的直径差D6中的转子部外周端侧的直径差D61和内周端侧的直径差D62形成为比中间主要部的直径差D60厚，因此可以防止在锻造加工后冲裁加工前多余厚度部6的非预期的脱落，可以可靠地防止例如多余厚度部6残存在锻造加工用模具内等的不良情况，可以维持高的生产率。
此外，在本实施方式中，由于将多余厚度部6的两端部的直径差D61、D62形成得厚，因此可以可靠地防止这部分的非预期的断裂，可以更加可靠地防止多余厚度部6的非预期的脱落。即，多余厚度部6的两端部在脱落时容易成为断裂开始点，通过将两端部部形成得厚，则变得难以发生断裂，可以更加可靠地防止非预期的脱落。
另外，虽然在本实施方式中，将叶片槽4侧的多余厚度部6的外周的直径差(间隙D6)局部设为较厚，但并非仅限于此，在本发明中，也可将中心孔3侧的多余厚度部5的外周的直径差D5局部设为较厚。
在此，在本实施方式中，在多余厚度部外周的直径差D5、D6或断裂长度D3、D4过大的情况下，在冲裁加工中，不能高精度地除去多余厚度部5、6，有可能产生由断裂痕迹所导致的不良影响。反过来，在直径差D5、D6过小的情况下，冲裁加工前多余厚度部5、6可能会非预期地脱落。
另外，在断裂长度D3、D4为负值的情况下，即，中心孔3和叶片槽4的一端面3a、4a在多余厚度部5、6的内部配置成比转子部2的一端面2a靠外侧那样的情况下，即使通过冲裁加工除去了多余厚度部5、6，多余厚度部5、6的周壁的一部分也会残存，残存部(断裂痕迹)被配置成突出到转子R的外部。因此，需要在后序工序中除去该突出断裂痕迹，因此工序数增加，有可能导致生产率的降低，不优选。
另外，本实施方式的冲裁加工，没有必要特别对转子坯料1进行加热，在冷间进行。当然，在本发明中，也可：在马上要进行冲裁加工之前，对转子坯料1进行加热，在热间进行冲裁加工。
<变形例>
在上述实施方式中，通过从中心孔3和叶片槽4的另一端侧插入的冲头97、98冲裁掉多余厚度部5、6，但在本发明中，在除去多余厚度部时，不限于采用冲头的冲裁加工。
即，也可：从转子坯料1的外侧，从例如与轴心方向正交的方向，撞击锤子等的冲击部件，通过该冲击，以打掉的方式除去多余厚度部，或者通过切断工具等的冲击部件，沿与轴心方向正交的面切断(剪切)多余厚度部5、6的根部(基端部)，切掉多余厚度部5、6。
实施例
(实施例1)
使用图1和图2所示的锻造用模具10、30，锻造出如图3所示的转子坯料1，上述转子坯料1为用于制造图4所示的铝合金制转子R的材料。
在上述转子R中，外径：52mm、高度：50mm、中心孔3的直径：10mm、叶片槽4的数量：5、槽宽度：3mm、槽深度：15mm、偏差尺寸U：10mm。此外，材料合金使用A390。
另外，如上述表1所示，在上述锻造用模具中，将下部模具10的中心销16和上部模具30的圆形孔35的间隙D5设为0.1mm，将下部模具10的叶片部13和上部模具30的扁平孔36的间隙D6也与上述同样设为0.1mm。
此外，将下部模具10的中心销16和上部模具30的圆形孔35的开口面的间隔(断裂长度D3)设为1.5mm，将下模具10的叶片部13和上部模具30的扁平孔36的开口面的间隔(断裂长度D4)也与上述同样设为1.5mm。
而且，将加热到400℃的锻造材料W装填到下部模具10，施加以下的成形负载，形成了转子坯料1。在该锻造中，第1副负载F1和第2副负载F2增大，最终负载为各自的初始负载的1.5倍。
主负载F＝325MPa
第1副负载F1的初始负载：32.9MPa(4.0kg/mm2)
第2副负载F1的初始负载：44.1MPa(4.5kg/mm2)
对这样得到的转子坯料1，使用上述图14所示的冲裁装置，除去多余厚度部5、6，制成转子R。
相对于锻造材料W的转子R的材料成品率(转子R的重量/锻造材料W的重量×100)为82.9％。
(表1)
  D3、D4   D5、D6   锻造时的断裂   断裂位置   断裂面积
 实施例1   1.5mm   0.1mm   无   内周面   小
 实施例2   0   0.1mm   无   内周面   小
 比较例1   -2mm   0.1mm   有   外周面   小
 比较例2   -2mm   2mm   无   外周面   大
(实施例2)
如表1所示，除了将多余厚度部5、6的断裂长度D3、D4设定为“0”之外，与上述实施例1同样地制作转子R。
(比较例1)
如表1所示，除了将多余厚度部5、6的断裂长度D3、D4设定为“-2mm”之外，与上述实施例同样地制作转子R。
(比较例2)
如表1所示，除了将多余厚度部5、6的断裂长度D3、D4设定为“-2mm”且将多余厚度部外周的间隙D5、D6设定为“2mm”之外，与上述实施例同样地制作转子R。
(评价)
如表1所示，在实施例1、2的制作方法中，在锻造加工时多余厚度部5、6没有非预期地断裂或脱落，从而可以无延迟地进行加工。
此外，实施例1、2的制作方法，冲裁加工后(多余厚度部除去后)的断裂面小，而且断裂痕迹(断裂面)形成在中心孔3和叶片槽4的内部，因此，可认为即使不对断裂痕迹进行精加工也没有任何问题。
与此相对，在比较例1的制作方法中，在锻造加工时，多余厚度部5、6非预期地断裂，不能顺利地进行加工。
另外，在比较例2的制作方法中，冲裁加工后的断裂面大，而且断裂痕迹(断裂面)被配置成突出到外部。因此，在实际使用的情况下，可认为有必要通过精加工除去该断裂痕迹。
(试验例1～7)
除了将中心孔3侧的曲率半径r3、r3a调整为表2所示的值之外，以与上述实施例1同样的条件，制作了转子。然后，进行对内毛刺、凸毛刺(参照图13B)的评价。将其结果一并表示在表2中。
(表2)
Figure BPA00001280091100201
Figure BPA00001280091100211
如从上表可明确的那样，曲率半径r3、r3a调整为特定的值的转子，其内毛刺和凸毛刺的状态稳定。
另外，对于叶片槽4侧的曲率半径r4、r4a也进行了与上述同样的试验，其结果，可以得到同样的评价。
本申请要求2008年6月24日提出申请的日本专利申请的专利2008-164327号和2009年2月26日提出申请的日本专利申请的专利2009-44372号的优先权，其公开内容原样构成本申请的一部分。
应该认识到：在此使用的术语和表述用于说明，而不用于限定性解释，也不排除在此公开且陈述的特征事项的任何均等物，也容许在本发明的请求保护的范围内的各种变形。
本发明可以以很多的不同方式来具体实现，该公开应被视为提供本发明的原理的实施例，在这些实施例并不意谓着将本发明限定于在此记载且/或图示的优选的实施方式这样的理解之下，在此记载了很多的图示实施方式。
在此记载了几个本发明的图示实施方式，但本发明不限于在此记载的各种优选实施方式，还包含基于该公开可由所谓的本领域技术人员认识到的、具有均等的要素、修正、删除、组合(例如跨越各种实施方式的特征的组合)、改良和/或变更的所有的实施方式。权利要求的限定事项应基于该权利要求中使用的术语做广义的解释，不应限定在本说明书或者本申请的程序中记载的实施例，这样的实施例应解释为非排它性的。
产业上的应用可能性
本发明的转子坯料用方法，可以适用于制造压缩机等的转子时。
附图标记说明：
1：转子坯料；3：中心孔(轴孔)；4：叶片槽；10：下部模具；12：成形孔；13：叶片部；16：中心销；30：上部模具；35：圆形孔(中心销对应孔)；36：扁平孔(叶片部对应孔)；40：圆形销(背压销)；41：扁平板(背压板)；D3：中心孔侧的端面差；D4：叶片槽侧的端面差；D5：中心孔侧的间隙；D6：叶片槽侧的间隙；R：转子；W：锻造材料。

Claims (17)

1.一种转子坯料锻造用模具，为具备下部模具和施加成形用的负载的上部模具，锻造具有中心孔并且在外周部具有与轴线平行的叶片槽的大致圆柱形状的转子坯料的模具，其特征在于，
上述下部模具具有向其成形孔内突出的叶片槽成形用的叶片部和配置在成形孔的中心的中心孔成形用的中心销；
上述上部模具具有对上述下部模具的中心销和叶片部以外的部分施加主负载的上部模具本体、自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的中心销对应孔且对上述中心销施加第1副负载的背压销、和自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的叶片部对应孔且对上述叶片部施加第2副负载的背压板；
使合模时的上述叶片部的顶端面相对于上述叶片部对应孔的开口面一致或分离。
2.根据权利要求1所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以合模时的上述叶片部的顶端面和上述叶片部对应孔的开口面的间隔为叶片槽侧的端面差时，该叶片槽侧的端面差被设定为0～2mm。
3.根据权利要求1或2所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以上述叶片部的外周面和上述叶片部对应孔的内周面之间的间隔为叶片槽侧的间隙时，该叶片槽侧的间隙被设定为0.01～0.1mm。
4.根据权利要求3所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述叶片槽侧的间隙局部不同。
5.根据权利要求3或4所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述叶片槽侧的间隙中的内周侧端部和外周侧端部的至少任何一方的间隙相对于中间部的间隙被设定得较大。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的转子坯料锻造用模具，其中，使合模时的上述中心销的顶端面相对于上述中心销对应孔的开口面一致或分离。
7.根据权利要求6所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以合模时的上述中心销的顶端面和上述中心销对应孔的开口面的间隔为中心孔侧的端面差时，该中心孔侧的端面差被设定为0～2mm。
8.根据权利要求6或7所述的转子坯料锻造用模具，其中，在以上述中心销的外周面和上述中心销对应孔的内周面之间的间隔为中心孔侧的间隙时，该中心孔侧的间隙被设定为0.01～0.1mm。
9.根据权利要求8所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述中心孔侧的间隙局部不同。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的转子坯料锻造用模具，其中，具备设置在上述背压销的上部的用于施加第1副负载的副负载施加单元、和设置在上述背压板的上部的用于施加第2副负载的副负载施加单元。
11.根据权利要求10所述的转子坯料锻造用模具，其中，上述副负载施加单元为气体缓冲器。
12.一种转子坯料的锻造方法，为锻造具有中心孔并且在外周部具有与轴线平行的叶片槽的大致圆柱形状的转子坯料的方法，其特征在于，
准备下部模具，该下部模具具有向成形孔内突出的叶片槽成形用的叶片部和配置在成形孔的中心的中心孔成形用的中心销；
准备上部模具，该上部模具具有对上述下部模具的中心销和叶片部以外的部分施加主负载的上部模具本体、自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的中心销对应孔且对上述中心销施加第1副负载的背压销、和自由进退地嵌入于贯穿设置在上述上部模具本体的叶片部对应孔且对上述叶片部施加第2副负载的背压板；
在合模时，使上述叶片部的顶端面相对于上述叶片部对应孔的开口面一致或分离。
13.根据权利要求12所述的转子坯料的锻造用模具，其中，使合模时的上述中心销的顶端面相对于上述中心销对应孔的开口面一致或分离。
14.根据权利要求12或13所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述第1副负载和第2副负载分别为29～89MPa。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，独立控制上述第1副负载和第2副负载。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述中心销的截面积越大，第1副负载变得越小。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的转子坯料的锻造方法，其中，上述转子坯料为铝或铝合金制。
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