CN1282822C - Vgs型涡轮增压器中的可变叶片制造方法和可变叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现不仅单个可变叶片而且通过把可变叶片组装于其中实现VGS型涡轮增压器的批量生产的全新的制造方法，通过滚压而不是通过切削把轴部加工成所希望的直径，以便从可变叶片制造工序中最大限度地消除费时的切削加工，显著地抑制因滚压引起的轴部的伸长和锐边，消除以前为了纠正轴部的伸长和锐边所进行的切削工序。本发明的特征在于，将成为一体地具有叶片部(11)和轴部(12)的可变叶片(1)的原形的金属毛坯形成为尺寸及形状都接近所需可变叶片(1)的近精确成形的状态，材料的轴部形成部滚压成所希望的直径以便形成轴部(12)。

Description

VGS型涡轮增压器中的可变叶片制造方法和可变叶片

VGS型涡轮增压器中的可变叶片制造方法、用该方法所制造的可变叶片和运用该可变叶片的VGS型涡轮增压器的排气导管总成、以及装入该排气导管总成而成的VGS型涡轮增压器。

技术领域

本发明涉及汽车用发动机等中所用的VGS型涡轮增压器，特别是涉及在制造装入其中的可变叶片时，对成为可变叶片的原形的毛坯，极力不施行切削加工而得到成品的全新的制造方法。

背景技术

作为汽车用发动机的高功率化、高性能化的一种机构所用的增压器，涡轮增压器是公知的，这种机构是靠发动机的废气能量驱动涡轮，靠该涡轮的输出使压缩机旋转，给发动机带来自然吸气以上的增压状态的装置。可是这种涡轮增压器，在发动机低速旋转时，因排气流量的低下，排气涡轮几乎不动，因而在直到高转速区旋转的发动机中产生直到涡轮高效地旋转的迟钝感，和其后直到一举吹起的所需时间所谓涡轮滞后等的产生是不可避免的。此外在发动机转速本来就低的柴油发动机中，存在着不容易得到涡轮效果的缺点。

因此开发了即使在低转速区也高效地工作的VGS型的涡轮增压器。这种增压器靠可变叶片节流很少的排气流量，增加排气的速度，加大排气涡轮的做功量，借此即使在低转速时也可以发挥高功率。因此在VGS型的涡轮增压器中，有必要另外设置可变叶片的可变机构，周边的构成零件的形状也必须比现有技术更加复杂。

而且在制造这种VGS型的涡轮增压器中的可变叶片时，首先通过例如以失蜡铸造为代表的精密铸造法，或金属注射成形法等，形成整体形成叶片部与轴部的金属毛坯(成为可变叶片的原形的毛坯)，对该毛坯施行适当切削加工，最终把叶片部或轴部精加工成想要的形状或尺寸是一般的。

但是，在切削加工毛坯的方法中，存在着以下所示的问题。也就是说，因为这种涡轮装置，引入废气，利用其能量，故表面构件当然暴露于高温·废气气氛。而且，因为在该废气中，含有腐蚀金属材料的成分，故即使对可变叶片来说，也可以使用具有优秀的耐热性或耐氧化性等的SUS310S等耐热不锈钢。但是，这种材料，一般来说是难切削材料，因为切削需要很多时间，故存在着加工很费工夫这样的问题。另外因为一台涡轮增压器需要10～15个左右可变叶片，故在实际上月产汽车3万辆左右，批量生产的场合，可变叶片需要每月制造30万～45万个，用切削加工无论如何不能完成(切削加工中一天500个左右是极限)。因此在批量生产可变叶片时有必要尽可能从加工工序中消除切削加工，在轴部的加工中，专用滚压成为主流。

但是即使通过滚压加工可变叶片的轴部，例如如果滚压余量大了，则伴随滚压产生的轴伸长(轴部沿轴向伸长的现象)，或锐边(轴部前端部形成突出状态的锐角部位)等有变大的倾向，根据情况应该修正它们，在滚压后必须再次进行切削加工。当然用于这样修正的切削加工也如上所述是费时的作业，成为损及可变叶片的批量生产性的一个原因，故寻求可以极力抑制伴随滚压的轴伸长的制造方法。

此外近年来，特别是在柴油机车辆中，从环境保护的观点向大气中排放的废气受到严格限制是现状，在本来发动机转速就低的柴油发动机中，为了减少NO_x或颗粒状物质(PM)等也殷切期望从低转速区可以谋求发动机的高效的VGS型的涡轮增压器的批量生产化。

发明内容

即、技术方案1所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，所述可变叶片具有成为转动中心的轴部，和实质上调节废气的流量的叶片部，并装入VGS型的涡轮增压器中，适当节流从发动机所排出的比较少的废气，增大废气的速度，用废气的能量旋转排气涡轮，通过直接连结在该排气涡轮上的压缩机将自然吸气以上的空气送入发动机，即使在低速旋转时也使发动机发挥高功率，前述可变叶片一体地具有叶片部与轴部，以成为可变叶片的原形的金属的毛坯为原始毛坯，前述可变叶片的轴部具有转动自如地嵌入位于排气涡轮的外周的框架构件的承装孔的嵌合部分，该嵌合部分具有要滚压部、与比该要滚压部细些的非滚压部，对轴部的滚压仅对该要滚压部施行，，在形成可变叶片的轴部时，滚压毛坯的轴部形成部，加工到所希望的直径粗细度。

根据本发明，则加工中尽可能不用费工夫的切削或焊接加工等，可以制造VGS型涡轮增压器的可变叶片。因此可以降低可变叶片的制造成本，可以实现可变叶片的批量生产。并且，因为可变叶片仅对嵌合部分的要滚压部施行滚压，故与滚压包括嵌合部分的整个轴部的场合相比，可以显著抑制伴随滚压的轴伸长，可以高效地进行可变叶片的制造。

技术方案2所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了前述技术方案1所述的要件外，在形成前述可变叶片的毛坯时，通过精密铸造法或金属注射成形法或者将从具有一定的板厚的金属材料冲裁后的坯料造形成所希望的形状的方法得到，并且使形状和尺寸形成为接近所需可变叶片的近精确成形状态。

根据本发明，则因为毛坯形成为接近净形态(Near Net Shape)状态，故滚压余量被抑制得极小。因而，随着轴部的滚压产生的轴伸长也得到抑制，可以消除历来为了修正该轴伸长往往施行的切削加工，可以从可变叶片的制造工序中，排除更多的切削加工。此外作为最终制品的可变叶片，也可以高精度地得到，使可变叶片的批量生产更加现实。

技术方案3所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了前述技术方案1或2所述的要件外，前述可变叶片中的非滚压部位于前述嵌合部分的中间，在所述嵌合部分的两端部分上具有要滚压部。

根据本发明，则因为要滚压部夹着非滚压部地在嵌合部分的两侧构成，故滚压后，要滚压部在承装口的笔直内侧，担任维持顺利的滑动状态的作用。因此在调节废气的流量之际，通过可变叶片的转动稳定化，可以进行涡轮增压器的性能，也就是可靠的流量控制。

技术方案4所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了前述技术方案1或2所述的要件外，在前述毛坯上所形成的嵌合部分的要滚压部与非滚压部的级差尺寸设定成大于要滚压部的滚压余量，在滚压之际，使一部分滚压余量部位的金属材料，从要滚压部向小直径一侧的非滚压部流动。

根据本发明，则因为滚压时，使要滚压部的金属材料一部分沿着级差流动到非滚压部侧，故可以进一步抑制伴随滚压的轴伸长。也就是说在滚压之际，利用金属材料的塑性流动，可以进一步抑制轴伸长。

技术方案5所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了技术方案1或2所述的要件外，在滚压前述毛坯的轴部形成部时，靠一组滚压辊进行加工，此外，在选定滚压辊的转速、与使一组滚压辊接近的进给速度时，根据伴随滚压产生的轴伸长或锐边或者因滚压而蓄积于轴部的应变或滚压所需轧制力综合地判断滚压性的优劣，一边将该滚压性维持在近乎于所希望的值，一边极力提高生产率地设定加工条件。

根据本发明，则不降低滚压性，可以容易地进行极力提高生产率的加工条件(滚压辊的转速与进给速度)的设定。也就是一般来说，如果把滚压辊的转速与进给速度设定得高，则虽然可以提高生产率，但是必定不能实施精致的滚压加工，另一方面，如果把滚压辊的转速与进给速度设定得低，则虽然可以进行精致的滚压加工(滚压性优秀)，但是必然不能避免生产率降低。因此历来，同时使滚压性与生产率都良好的加工条件的设定是极其困难的，但是这里同时考虑它们，极力使轴部表面平滑的加工条件的设定，可以极其容易地进行。

技术方案6所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了前述技术方案5所述的要件外，在选定前述滚压辊的转速与进给速度时，在以滚压辊的转速与滚压性的程度为不同的二轴的曲线上，在由以滚压辊的进给速度为极限最小值Vmin之际的、表示滚压辊的转速与滚压性的关系的轨迹，以滚压辊的转速为极限最大值Rmax的直线，和以滚压性的程度为极限最小值Pmin的直线所包围的区域内，设定滚压辊的转速、与进给速度的加工条件。

根据本发明，则可以设定考虑滚压辊的进给速度的极限最小值Vmin、滚压辊的转速的极限最大值Rnax、滚压性的极限最小值Pnim的实用的加工条件。

技术方案7所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，除了前述技术方案6所述的要件外，在选定前述滚压辊的转速与进给速度时，在前述区域内，设定所希望的滚压性Pf(Pf＞Pmin)，在该想要的滚压性Pf的直线上，设定滚压辊的转速与滚压辊的进给速度。

根据本发明，则可以容易地进行既考虑滚压辊的进给速度的极限最小值Vnim、滚压辊的转速的极限最大值Rmax、滚压性的极限最小值Pmin，又可靠地保持所希望的滚压性Pf的，加工条件的设定。

附图说明

图1是表示根据本发明所制造的装入可变叶片的VGS型的涡轮增压器之一例的透视图(a)，和表示排气导管总成的分解透视图(b)。

图2是表示根据本发明所制造的可变叶片之一例的主视图和左侧视图。

图3是表示在第1、2实施方式中，滚压可变叶片的轴部之际的滚压余量与伴随该滚压余量的轴伸长的关系的曲线。

图4是装入具有要滚压部与非滚压部的第3实施方式的可变叶片而成的VGS型的涡轮增压器之一例的透视图(a)，和表示排气导管总成的分解透视图(b)。

图5是表示第3实施方式的可变叶片的主视图和左侧视图。

图6是在滚压前与滚压后比较地表示第3实施方式的可变叶片的说明图。

图7是表示在第3实施方式中，要滚压部的滚压余量与轴伸长的关系的曲线。

图8是分阶段地表示第4实施方式中的滚压装置的动作形式的概略的说明图。

图9是表示在第4实施方式中，滚压可变叶片的轴部之际，滚压性、滚压辊的转速、滚压辊的进给速度的相互关系的曲线。

具体实施方式

以下基于图示的实施方式说明本发明。在说明时一边就运用根据本发明的可变叶片1的VGS型的涡轮增压器中的排气导管总成A进行说明一边就可变叶片1进行说明，然后，就可变叶片1的制造方法进行说明。

排气导管总成A，特别是在发动机低速运行时适当节流废气G而调节排气流量，作为一个例子如图1中所示，具有设在排气涡轮T的外周并实质上设定排气流量的多个可变叶片1，转动自如地保持可变叶片1的涡轮框架2，和将要适当设定废气G的流量而使可变叶片1转动一定角度的可变机构3而成。以下就各构成部进行说明。

首先就可变叶片1进行说明。这种叶片作为一个例子如图1中所示沿着排气涡轮T的外周圆弧状地配置多个(对于一台的排气导管总成A大概10个至15个左右)，其各个叶片大致相同程度地转动来适当调节排气流量。而且各可变叶片1具有叶片部11与轴部12而成。

叶片部11主要根据排气涡轮T的宽度尺寸具有一定宽度地形成，其宽度方向上的剖面大致呈机翼状地形成，构成为废气G高效地流向排气涡轮T。再者这里为了方便起见把叶片部11的宽度尺寸取为叶片高度h。

此外轴部12与叶片部11整体地连续形成，是相当于转动叶片部11之际的转动轴的部位。

而且在叶片部11与轴部12的连接部位，连续形成从轴部12向叶片部11变窄的锥部13，和比轴部12直径大些的突缘部14。再者突缘部14的底面与叶片部11处的轴部12侧的端面，几乎在同一平面上形成，该平面成为把可变叶片1安装于涡轮框架2的状态下的滑动面，确保可变叶片1的圆滑的转动状态。进而在轴部12的前端部，形成成为可变叶片1的安装状态的基准的基准面15。该基准面15是通过铆接等对后述的可变机构3固定的部位，作为一个例子如图1、2中所示，对置地把轴部12切口的平面相对于叶片部11形成为几乎一定的倾斜状态而成。

再者根据本发明的可变叶片1，首先形成整体地具有完成状态以前的叶片部11与轴部12的金属毛坯(以下称为毛坯W)，对该毛坯W，施行滚压等适当的加工实现目标的形状或尺寸精度，得到作为成品的可变叶片1。这里把最终形成叶片部11或轴部12的毛坯W的各部分分别定义成叶片部形成部11a，轴部形成部12a。

接下来就涡轮框架2进行说明。这种框架作为旋转自如地保持多个可变叶片1的框架构件而构成，作为一个例子如图1中所示，由框架轮缘21与保持构件22夹着可变叶片1构成。而且框架轮缘21具有收入可变叶片1的轴部12的法兰部23，与把后述的可变机构3套在外周的轮毂部24而成。再者根据这种结构在法兰部23上，在周缘部分等间隔地形成与可变叶片1同数的收入孔25。此外保持构件22，如图1中所示形成为中央部分开口的圆板状。而且两构件间的尺寸维持成几乎恒定(大概可变叶片1的叶片宽度尺寸左右)，以便使靠这些框架轮缘21与保持构件22夹着的可变叶片1的叶片部11始终可以圆滑地转动，作为一个例子在收入孔25的外周部分，靠设置四处的铆钉26维持两构件间的尺寸。这里为了收入该铆钉26以在框架轮缘21和保持构件22上开口的孔为铆钉孔27。

再者在本实施方式中，框架轮缘21的法兰部23由与保持构件22几乎同一直径的法兰部23A，和比保持构件22直径稍大的法兰部23B两个法兰部分组成，虽然这些是由同一构件形成的，但是在同一构件上的加工变得复杂的场合等，分割直径不同的两个法兰部而形成，然后通过铆接加工或压制加工接合也是可能的。

接下来就可变机构3进行说明。这种机构设在涡轮框架2的轮毂部24的外周侧，为了调节排气流量使可变叶片1转动，作为一个例子如图1中所示，具有在总成内实质上产生可变叶片1的转动的转动构件31，和把该转动传递到可变叶片1的传动构件32而成。转动构件31，如图中所示形成为中央部分开口的大致圆板状，在其周缘部分等间隔地设有与可变叶片1同数的传动构件32。再者该传动构件32具有旋转自如地安装于转动构件31的驱动元件32A，和以固定状态安装于可变叶片1的基准面15的受动元件32B而成，在这些驱动元件32A与受动元件32B连接的状态下，转动被传递。具体地说把四边片状的驱动元件32A旋转自如地对转动构件31销止，并且把可以收入该驱动元件32A地形成为大致U字形的受动元件32B固定于可变叶片1的前端的基准面15，把四边片状的驱动元件32A插入U字形的受动元件32B，使双方接合地，把转动构件32安装于轮毂部24。

再者在安装了多个可变叶片1的初期状态下，在使这些叶片呈圆周状排列时，各可变叶片1与受动元件32B有必要以几乎恒定的角度安装，在本实施方式中，主要是可变叶片1的基准面15担任该作用。此外因为单单把转动构件31套在轮毂部24上，转动构件31与涡轮框架2稍微离开之际，传动构件32的接合被解除的担心，故应该防止这种情况，从涡轮框架2的对置侧夹着转动构件31地设置环33等，对转动构件31赋予向涡轮框架2侧推压的倾向。

通过用这种构成，在发动机进行低速旋转之际，使可变机构3的转动构件31适当转动，经由传动构件32传递到轴部12，如图1中所示使可变叶片1转动，适当节流废气G，调节排气流量。

运用根据本发明的可变叶片1的排气导管总成A之一例，像以上这样构成而成，下面就可变叶片1的制造方法进行说明。再者在本发明中，将要从可变叶片1的制造工序中，尽量排除需要很多时间的切削加工，对毛坯W的轴部形成部12a施行滚压加工形成目标的直径粗细。当然单单仅靠滚压轴部形成部12a，伴随滚压发生的轴伸长(轴部12在轴向上伸长的现象)或锐边(轴部12的前端部形成突出状态的锐角部位)等变得过大，因为用来修正这些的新的切削成为必要的，故在本发明中，在以下所示的各实施方式中，极力抑制这种轴伸长或锐边，此外可以排除用来修正的切削。

而且在制造方法的说明中，以通过精密铸造法形成毛坯W的形式为第1实施方式，以通过金属注射成形法形成毛坯W的形式为第2实施方式进行说明。进而，由要滚压部与非滚压部构成轴部12，以仅对要滚压部施行滚压的形态为第3实施方式，以合理地确定滚压辊的转速与使一组滚压辊接近的进给速度而进行的形式为第4实施方式进行说明。

(第1实施方式)

(i)毛坯的准备工序(铸造工序)

该工序是准备一体地具有叶片部形成部11a与轴部形成部12a，成为可变叶片1的原形的金属的毛坯W的工序，在本实施方式中可以运用以失蜡铸造为代表的精密铸造法。在该工序中所铸造的毛坯W虽然形成为比完成状态下的可变叶片1稍大，但是具有几乎接近于完成状态的形状或尺寸，形成所谓近精确成形(Near Net Shape)状态。再者虽然在失蜡方法本身中，可以忠实地再现比较复杂的形状者一般是公知的，但是在本实施方式中，在铸造之际，一并施行使浇铸材料的流动性提高，使毛坯W的形状和尺寸更接近于完成状态的可变叶片1(提高近精确率)的处理。

具体地说，在浇铸原料(作为一个例子SUS310S等耐热材料)中运用原生料，并且把该原生料中所含有的C(碳)量调节为0.05～0.5％，把Si(硅)量调节为0.5～1.5％，把O(氧)量调节为0.01～0.1％(各成分的添加量表示重量％)。再者由本申请人确认，通过像这样使C、Si、O量适当化，斯托克斯流的粘性流动性至少提高20～40％左右。

此外在铸造之际，采用通过急速冷却铸模或毛坯W当中的某一方或双方缩短直到模型破碎的时间，细化毛坯W的凝固组织的处理。具体地说例如在铸造前后向铸模喷水雾冷却，把直到铸模破碎的时间作为一个例子缩短到1小时以下(通常的空气冷却下需要1～4小时)。此时，在浇铸前的事前冷却中，仅冷却铸模，在浇铸后的冷却中，冷却铸模与毛坯W双方。当然在急速冷却时，在不引起铸模热应力开裂的范围内进行。再者如果没有必要在铸造前后两时期中冷却，则任何一方都可以，在希望更加提高冷却效果的场合，施加铸造前后两时期的冷却，对从铸模中取出的毛坯W喷雾冷却水也是可能的。而且通过像这样极力细化毛坯W的凝固组织，在以后的滚压加工之际，可以尽量抑制能产生的锐边，此外滚压加工等也更容易进行。

(ii)滚压工序

该工序是把所铸造的毛坯W的轴部形成部12a压靠于一对模具上，加工成想要的直径粗细的工序。再者本实施方式中的滚压余量，作为一个例子抑制到大约0.05～0.1mm左右，借此作为一个例子可以把伴随滚压产生的轴伸长抑制到0.05mm(考虑加工的离散的上限值)以下。顺便说一下如果是该程度的轴伸长，则可以排除现有技术为了修正轴伸长所进行的切削加工。这里滚压余量与轴伸长的关系示于图3，在该图中，通过滚压余量0.1mm时轴伸长为0.05mm的点的直线成为离散上限直线，在其下部的阴影部分中包括标准加工直线，示出离散的范围(图中，以标准加工直线为基准上下的离散范围用不同的阴影线表示)。

当然铸造后的轴部形成部12a的滚压余量可以抑制到上述尺寸内者，除了通过失蜡铸造方法铸造毛坯W外，可以举出起因于使浇铸原料的流动性提高等处理，可以得到毛坯W更接近于实际制品尺寸的状态。反过来说，无论怎样滚压远离实际制品尺寸的毛坯W，滚压余量越大则轴伸长越大，根据情况，为了修正轴伸长新的切削加工成为必要的，无法实现采用滚压加工的初衷。

(iii)叶片部端面的磨削(叶片高度磨削)

叶片部11如在上述排气导管总成A的说明中所述，虽然在安装状态下夹在框架轮缘21与保持构件22之间，但是是确保圆滑的转动状态的部位。因此在本工序中，磨削叶片部11中的框架轮缘21侧(轴部12侧)的端面，和与之对置的保持构件22侧的端面两面，把叶片高度h精加工成想要的尺寸精度。当然在可变叶片1的功能上，叶片部11的两端面当中，任何一方的端面的磨削都可以的场合，可以仅磨削一方。

(iv)滚筒抛光工序

该工序，是总体地表面研磨叶片部11的两端面被磨削，具有想要的叶片高度h的毛坯W的工序，例如把毛坯W与称为磨料的添加剂放入滚筒容器，使滚筒容器旋转或振动，借此使毛坯W与磨料碰撞，光饰毛坯W的表面，得到作为完成制品的可变叶片1。

(第2实施方式)

(i)毛坯的准备工序(金属注射成形工序)

该工序，与第1实施方式同样，是准备成为可变叶片1的原形的毛坯W的工序，在本实施方式中运用金属注射成形法，可以得到近精确成形状态。金属注射成形法，实质上，是与历来公知的一般的合成树脂(塑料)的注射成形同样的，例如在铁、钛等金属粉(原料)中混练粘接剂(主要是使金属粉彼此结合的添加剂，作为一个例子聚乙烯树脂蜡、邻苯二甲酸酯的混合物)，赋予可塑性后，注射到金属模内，固定成适当的形状。然后去除粘接剂后，进行烧结而得到想要形状的毛坯W。

再者，金属注射成形一般来说所成形的毛坯W的孔隙率比实心(熔化)材料要高，特别是在耐热高合金材料中，存在着体积密度不充分，或高温弯曲疲劳性差这样的缺点。这里所谓孔隙是金属材料等中的结晶中的空腔(空孔(空隙)的大量的集合体，如果这些连结集合则成为微观的(微)裂纹)的一种，如果该比例过高则对金属材料带来不良影响。因此在本实施方式中，应使独立空泡(金属颗粒间的球形间隙)少且均一地产生，进行费时间的烧结。具体地说，例如在运用熔点为1500℃的SUS310S的场合，在1300℃下进行大约2小时左右的比较长时间的烧结。

(ii)HIP工序

虽然通过进行这种烧结，谋求毛坯W孔隙率降低，体积密度的提高，但是注射成形的毛坯W进一步在该HIP(Hot Isostatic Pressing(绝热加压)的缩写)工序中，施行高温静水压制处理，谋求更高的高密度化。具体地说把毛坯W加热到大约1300℃，对毛坯W各向相等地施加大约100MPa(1000大气压)左右的压力。

再者本申请人确认，通过上述烧结或HIP处理等，烧结前大约100μm左右的独立空泡烧结后成为大约10μm左右，体积密度大约提高5％。而且通过该体积密度的提高，可以谋求毛坯W的强度的提高，并且尺寸精度提高，可以得到近精确率更高的毛坯W。

此外在本实施方式中，还施行把注射成形的金属粉弄成球状且微细化，使所成形的毛坯W的高温扭曲疲劳性提高的技术处理。这里在把金属粉弄成球状且微细化时，例如从喷嘴喷出熔融金属，对其作用空气或水等的高速流体，靠高速流体的冲击力把金属分割成多个液滴后，使之冷却、凝固而得到金属粉末，运用所谓空气粉化法或水粉化法。而且在这种粉化法中，通过适当变更喷出熔融金属的喷嘴的形状或尺寸，作用于熔融金属的空气或水等的喷出速度、冷却速度等，可以得到想要的大小的金属粉末。顺便说一下由本申请人确认，在SUS310S的金属粉细化到大约200μm左右进行烧结的场合，高温扭曲疲劳性大约提高20％。

(iii)滚压工序

该工序是把结束了HIP工序的毛坯W的轴部12压靠于一对模具上，加工成想要的直径粗细的工序。再者本实施方式中的滚压余量，与第1实施方式同样，作为一个例子抑制到大约0.05～0.1mm左右的极其小的尺寸，借此作为一个例子可以把伴随滚压产生的轴伸长抑制到0.05mm(考虑加工的离散的上限值)以下。当然如果是该程度的轴伸长，则不需要用来修正轴伸长的实质的后续加工，借此可以排除为了修正轴伸长往往进行的切削加工(参照图3)。

再者毛坯W的轴部形成部12a的滚压余量可以抑制到上述尺寸内，除了通过金属注射成形得到毛坯W外，可以举出起因于使毛坯W的体积密度提高等处理，可以形成毛坯W更接近于净精确成形状态。反过来说，无论怎样滚压远离实际制品尺寸的毛坯W，滚压余量越大则轴伸长越大，根据情况，为了修正轴伸长而需要新的切削加工，无法实现采用滚压加工的初衷。

然后，虽然毛坯W经过叶片部端面的磨削(叶片高度磨削)、滚筒抛光工序作为完成制品形成可变叶片1，但是由于关于这些工序，实质上与第1实施方式是同样的，所以这里省略。

(第3实施方式)

第3实施方式是通过轴部12本身的结构，抑制伴随滚压不可避免地产生的轴伸长等的形式。也就是说，在本实施方式中，不是整个地对轴部12施行滚压，作为一个例子如图4中所示，局部地滚压嵌入涡轮框架2(排气涡轮T的框架构件)的嵌合部分16。

首先就该嵌合部分16进行说明。嵌合部分16，作为一个例子如图5中一并所示，在其两端附近，构成滚压所施加的要滚压部17，并且在该要滚压部17间隔着滚压加工不施行的非滚压部18地构成。在本实施方式中，与仅对要滚压部17施行滚压的情况有关，特别是毛坯W时的要滚压部17比非滚压部18稍粗地形成，作为一个例子该要滚压部17与非滚压部的级差设定成0.1mm左右。再者通过使要滚压部17位于嵌合部分16的两端附近，可变叶片1成为在嵌合部分16的两端附近被保持，使可变叶片1的转动更稳定。

(i)毛坯的准备工序

该工序，与上述第1、2实施方式同样，是准备成为可变叶片1的原形的毛坯W的工序。再者在本实施方式中，因为对可变叶片1的滚压不是在轴部12全体，而是仅对要滚压部17施行，故在通过该工序所形成的毛坯W上，在要滚压部17与非滚压部18之间，形成使要滚压部17成为凸状态的级差(作为一个例子0.1mm左右)。而且虽然在准备这种毛坯W时，除了上述精密铸造法或金属注射成形法之外，可以举出坯料的冲裁等，但是这里关于精密铸造法、金属注射成形法省略，仅就冲裁坯料得到毛坯W的方法进行说明。

(a)坯料的冲裁

该方法作为一个例子从大约4mm左右的，具有几乎恒定的厚度的带钢等，冲裁成具有可以实现目标的可变叶片1的体积(金属材料的体积)的把坯料制成原始材料(毛坯W)的方法。当然因为冲裁加工，通常，冲裁方向是平直的，故仅靠冲裁工序，不可能把例如轴部形成部12a的剖面形成为几乎圆形，冲裁了的坯料一般呈大致方形剖面。因此在冲裁工序之后，直到过渡到滚压工序之间，例如对大致呈方形剖面的轴部形成部12a施行锻造加工或压印加工等造形加工，形成大致圆形剖面。也就是说实质上，靠冲裁工序与造形工序，得到与精密铸造或金属注射成形等同等程度的近精确成形状态的毛坯W。

再者，在造形工序中使剖面形状变化的场合，可以适当采用对冲裁了的坯料(毛坯W)的轴部形成部12a等的棱角部施行圆角R(圆角加工)或倒角加工，接近于圆形等完成形状的技术处理。借此防止金属材料的死区金属流动状态，在实质上的造形工序中促进金属材料的顺利的塑性流动。顺便说一下在造形工序中，叶片部11也同时形成为想要的形状是可能的。

(ii)轴部的滚压工序

在靠这种方法形成近精确成形状态的毛坯W后，通过滚压把该毛坯W的轴部形成部12a加工成想要的直径粗细。此时，作为一个例子如图6中所示，用一对模具(滚压辊)D压靠形成为比非滚压部18突出状态的要滚压部17，一边使毛坯W与模具D相对旋转一边实质上进行滚压。

再者也如图6中一并所示，在要滚压部17与非滚压部18的级差为大约0.1mm左右的场合，本工序中的要滚压部17的滚压余量，作为一个例子设定成大约0.05mm以下。因此即使在滚压后在要滚压部17与非滚压部18之间，从级差尺寸减去滚压余量的级差(大约0.05mm)依然存在，靠该级差，位于要滚压部17的表面的金属材料被向非滚压部18引导而流动，更加抑制伴随滚压的轴伸长。

这里作为一个例子要滚压部17的滚压余量与轴伸长的关系示于图7从该图可以明白，如果滚压余量大概为0.065mm以下，则实质上的轴伸长稳定于0，几乎不产生。因此在本实施方式中，考虑到留有余地，可以把滚压余量设定成0.05mm以下。再者在本图中，通过滚压余量0.1mm之时轴伸长约为0.015mm的点的直线，大致成为双方的关系的基准，在其上下的阴影部位中示出离散的范围。再者本图中所示的滚压余量与轴伸长的关系(基准)不通过原点，这起因于如上所述要滚压部17的金属材料通过滚压主要向非滚压部18挤退地流动，直到一定的滚压余量(在曲线图上，大约0.065mm)实质上轴伸长被抑制为0的缘故。

通过像这样仅在要滚压部17施行滚压加工，与滚压嵌合部分16或轴部12整体的场合相比，大大减少轴伸长，可以几乎稳定于0。因此，也可以排除历来，为了修正轴伸长，滚压后进行的切削加工，因而可以从可变叶片1的加工工序中几乎完全消除需要很多时间的切削加工，更加能够实现可变叶片1的批量生产。

此外从要滚压部17流动到非滚压部18侧的金属材料，微观地看，如图6中所示，正好形成重叠于要滚压部17与非滚压部18的锥形状态，特别把该部分的金属材料赋予标号成多余部e。而且从要滚压部17向非滚压部18流动，连接两部分地形成的多余部e根据其形成过程成为不比要滚压部17直径粗，因而在可变叶片1转动之际，多余部e完全不妨碍该转动。进而在本实施方式中，隔着非滚压部18，在嵌合部分16的两端附近构成要滚压部17，该要滚压部17接近框架轮缘21上所形成的承装孔25内侧，因为保持可变叶片1，故使可变叶片1的转动更可靠、且稳定。

然后，虽然毛坯W经过叶片部端面的磨削(叶片高度磨削)、滚筒抛光工序作为完成制品成为可变叶片1，但是因为关于这些工序，实质上与第1实施方式是同样的，故这里省略。

(第4实施方式)

第4实施方式示出在滚压轴部12之际，作为加工条件采纳滚压辊的转速，与一组使滚压辊接近的进给速度，在设定这些条件时，一边考虑轴伸长等的抑制，同时可以极力提高生产率的，合理的确定方法。

此外在本实施方式中滚压所施行的毛坯W对作为制品的可变叶片1，形成近精确成形状态，作为得到毛坯W的方法，可以运用前面所述的，精密铸造、金属注射成形、坯料的冲裁等，适当的方法。再者，在以下的说明中，省略毛坯的准备工序等，主要就轴部的滚压进行说明。

(i)轴部的滚压

(a)滚压装置的说明

首先就滚压装置6之一例进行说明。滚压装置6，作为一个例子如图8中所示，把工件(毛坯W)夹在一对滚压辊61(模具)之间，一边使滚压辊61与毛坯W相对地旋转一边进行滚压。而且在本实施方式中滚压辊61，一方为不动状态，另一方对不动状态的滚压辊接近离开自如地构成。此外这里不动状态的辊子设定成自由旋转状态，并且仅旋转驱动接近离开自如的辊子。再者上述一对滚压辊61当中，给设定成不动状态的辊赋予标号自由旋转辊61A，给设定成接近离开自如的辊赋予标号可动辊61B加以区别。

而且在滚压时，可动辊61B的旋转经由夹着的毛坯W传递到自由旋转辊61A，双方的滚压辊61实质上以同一的转速旋转。此外进行滚压前的一对滚压辊61，作为一个例子如图8(a)中所示，在充分离开的状态下等待，在把毛坯W就位于自由旋转辊61A(非旋转状态)附近后(参照图8(b))，在滚压时一边使可动辊61B旋转，一边使之慢慢接近(参照图8(b)～(d))。这里，把一对滚压辊61的接近，也就是可动辊61B接近于自由旋转辊61A称为‘进给’。再者在滚压加工中，把毛坯W保持在一对滚压辊61间时，根据需要运用支承用的夹具是可能的。

(b)关于加工条件与滚压性

有关毛坯W的轴部形成部12a的滚压像以上这样进行，作为滚压时的加工条件，可以举出例如滚压辊61的转速R，与滚压辊的进给速度V。另一方面，对于这种加工条件，举出将会综合地评价轴部12处的滚压的状态，或滚压加工本身的进行容易程度等，综合地考察轴伸长或锐边、滚压力(加工时滚压辊61作用于毛坯W的加压力)、累积变形(因滚压而在轴部12累积的变形)等种种因素的，滚压性P。因而例如所谓‘滚压性非常优秀的状态’(相当于图9中所示的纵轴的最上方部位)，是指加工后的轴部12上几乎没有轴伸长和锐边等的发生，此外滚压所需的滚压力少，轴部12的表面极其平滑，而且对轴部12的累积变形极小的状态。

再者虽然一般来说如果使滚压辊61高速旋转，而且以高速进给(转速R、进给速度V全都设定成高的状态)，则可以缩短滚压一个可变叶片1的时间，可以大批量地加工，但是单靠这种设定，滚压性P降低。也就是一般来说，如果把滚压辊61弄成高速旋转·高速进给状态，虽然可以大量加工(提高生产性)可变叶片1，但是滚压性P降低，例如轴伸长或锐边等变得容易发生。另一方面，一般来说如果把滚压辊61弄成低速旋转·低速进给状态，则虽然提高滚压性P，可以进行精度高的滚压加工，但是进行大批量进行滚压变得困难。在本实施方式中，共同考虑这种滚压性与批量生产性，既维持想要的滚压性，又极力提高生产率，以下，基于图9中所示的曲线图就这种加工条件的设定方法进行说明。

(c)关于曲线图

首先图9的曲线图的横轴表示滚压辊61的转速R(例如每单位时间的转数)，纵轴表示滚压性的优劣程度(程度)。这里横轴上的所谓‘Rmax’表示滚压辊61的转速极限的最大值，是根据希望保持的滚压性的程度(一般来说在特定的转速以上因为转速越高则滚压性越低，故根据希望确保的滚压性程度，可以允许的最高转速几乎被确定)，或者滚压装置6本身的能力而预先设定的转速R的最大极限值。此外，纵轴上的所谓‘Pmin’表示滚压性P的极限最小值，是根据作为功能部位对轴部12所要求的最低限度的品质(为要使可变叶片1圆滑且可靠地转动，最低限度必要的滚压性)，或者作为批量生产零件对轴部12所要求的最低限度的滚压性等预先设定的，滚压性P的允许极限值。

上述曲线图，为要像这样把转速R与滚压性P弄成不同的两个轴，使滚压辊61的进给速度V种种变化，示出转速R与滚压性P的关系，也就是转速R引起的滚压性P的变化的情形(轨迹)。这里，如果分别观察使进给速度V种种不同的各轨迹，则可以看出各个轨迹虽然滚压性P与转速R的增加一起提高，但是从某个阶段(使其为极大值)起滚压性P降低下去。此外如果综合观察各轨迹，则可以看出该极大值几乎位于一条直线上(令各个极大值几乎连成的线为直线L)。当然在综合观察各轨迹的场合，进给速度V小的一方位于曲线图的上方，可以查明进给速度V越慢，则滚压性P越好。再者所谓‘Vmin’表示滚压辊61的进给速度的极限最小值，是根据生产率(一般来说因为越降低进给速度生产率越降低，故根据希望维持的最低限度的生产率，可以允许的最小的进给速度几乎被确定)，或者滚压装置6本身的能力等预先设定的进给速度V的最小极限值。

因而滚压加工中的加工条件，也就是滚压辊61的转速R与进给速度V，在本图9中，在由把滚压辊的进给速度V设定成极限最小值Vmin之际的轨迹，滚压辊的转速的极限最大值Rmax、与滚压性的最小值Pmin所围成的区域AR内(图中的四边形ABCD内)设定。此外在本图中，使进给速度种种变化，示出转速引起的滚压性的变化的情形(轨迹)当中，对于通过上述区域AR内的直线赋予V1、V2、V3、V4的标号(V1＜V2＜V3＜V4)。

(d)具体的设计步骤

然后如果设定通过区域AR内的所希望的滚压性，例如Pf(当然Pf＞Pmin的关系成立)，则虽然在区域AR内只要是处于Pf的直线上的位置(例如图中的×号)，哪里都可以作为加工条件采用，但是在实际的现场中因为生产率主要优先，故将会把进给速度V与转速R极力设定得大些，把Pf的直线与直线L的交点设定成为极大值的进给速度V(这里是Vf)，和转速R(这里是Rf)。换句话说，在区域AR内设定以想要的滚压性Pf为滚压性的极大值的，进给速度V与转速R。

再者虽然这里在选定进给速度Vf与转速Rf的说明的情况下，轨迹(Vf的轨迹)举例表示了预先明白的滚压性Pf，但是在选定这些加工条件时，没有必要一定明确滚压性的轨迹。也就是说在本实施方式中，因为可知道像以上这样滚压性的极大值几乎在直线L上相连，故即使不明确滚压性的轨迹，不能从曲线图明确地读取进给速度，也可以从例如转速Rf的值，或其他的滚压性的轨迹等，几乎正确地推测进给速度Vf。

这样一来在本实施方式中，因为容易且正确地进行既维持想要的滚压性又可以极力提高生产率的加工条件的选定，而且可以平衡良好地设定滚压辊61的转速R与进给速度V，故在制品质量的稳定性或可靠性方面可以进行希望的作业，可以更现实地实现可变叶片1的高质量水平上的批量生产化。

然后，虽然施行了滚压的毛坯W经过叶片部端面的磨削(叶片高度磨削)、滚筒抛光工序作为完成制品成为可变叶片1，但是由于关于这些工序，与第1实施方式是同样的，故这里省略。

再者虽然在本实施方式中，靠两个滚压辊61进行可变叶片1的轴部12的滚压，但是不一定必须这样，运用三个以上的多个滚压辊61，进行轴部12的滚压是可能的。顺便说一下在运用三个滚压辊61的场合，不仅能够以一个为可动辊61B，以其余两个为自由旋转辊61A，以两个为可动辊61B，以其余一个为自由旋转辊61A的形式也是可能的。

以下就本发明的效果进行描述，首先，根据技术方案1或9所述的发明，则因为几乎不进行历来加工中需要很多时间的切削或焊接等，可以制造可变叶片1，故可以实现可变叶片的批量生产，可以向市场供应作为批量产品的可变叶片1。具体地说，通过从加工工序中极力排除切削加工而一天可以制造、供应5000个左右的可变叶片1。

根据技术方案2所述的发明，则因为滚压余量被抑制成极小尺寸，故伴随滚压的轴伸长可以抑制到不需要以后的切削的修正加工的程度。因此可以从可变叶片1的制造工序中几乎完全消除切削加工，使可变叶片1的批量生产更加能够实现。此外可变叶片1因为极力抑制伴随滚压的轴伸长，尺寸精度更高。

根据技术方案3所述的发明，则因为可变叶片1的轴部12(轴部形成部12a)仅对要滚压部17施行，故可以使实质上的轴伸长几乎为0。因此可以从可变叶片1的制造工序中排除更多的切削加工，使可变叶片1的批量生产更加现实。

根据技术方案4所述的发明，则因为要滚压部17在非滚压部18的两端形成，故靠该非滚压部18可以维持可变叶片1的圆滑的滑动状态。因此废气G的流量控制正确且可靠地进行，有助于可变叶片1的性能提高。

根据技术方案5所述的发明，则因为因滚压而流动的金属材料，滞留于要滚压部17与非滚压部18之间，形成多余部e，故多余部e可以抑制轴长度方向上的成长，可以有效地抑制轴伸长。

根据技术方案6所述的发明，则同时考虑生产率与滚压性P的，滚压辊61的转速R与进给速度V的设定容易进行。顺便说一下如果在短时间内高速地进行一个可变叶片1的滚压，则虽然生产率提高，但是滚压性降低，轴伸长或锐边等变得容易发生。虽然像这样同时使生产率与滚压性都良好的加工条件的设定，一般来说是极难的，但是这里可以极容易地进行这种加工条件的设定。

根据技术方案7所述的发明，则可以进行考虑滚压辊61的进给速度V的极限最小值Vmin、滚压辊61的转速R的极限最大值Rmax、滚压性P的极限最小值Pmin的加工条件的设定，可以进行更根据现实的选定。

根据技术方案8所述的发明，则因为预先设定极限最小值Pmin以上的想要的滚压性Pf，在该直线上(Pf值)选定滚压辊61的转速Rf与进给速度Vf，故很容易进行可靠地保持想要的滚压性Pf的设定。

根据技术方案10或11所述的发明，则使具有高耐热性，且精度高的排气导管总成A或VGS型涡轮增压器的批量生产成为现实。此外在高温·废气气氛下，可以正确且可靠地进行废气G的流量调节。

工业上的可利用性

象以上这样，本发明从VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造工序中排除花费时间的切削加工，在轴部的制造时，通过滚压将轴部形成目标的直径粗细，再者，大大抑制伴随滚压的轴伸长或锐边，还排除为了修正这些问题历来所进行的切削加工，适于使可变叶片进而装入这些而成的VGS型涡轮增压器等的批量生产成为现实的场合。

Claims (7)

1.一种VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，所述可变叶片(1)具有成为转动中心的轴部(12)，和实质上调节废气(G)的流量的叶片部(11)，并装入VGS型的涡轮增压器中，适当节流从发动机所排出的比较少的废气(G)，增大废气(G)的速度，用废气(G)的能量旋转排气涡轮(T)，通过直接连结在该排气涡轮(T)上的压缩机将自然吸气以上的空气送入发动机，即使在低速旋转时也使发动机发挥高功率，

前述可变叶片(1)一体地具有叶片部(11)与轴部(12)，以成为可变叶片(1)的原形的金属的毛坯(W)为原始毛坯，

前述可变叶片(1)的轴部(12)具有转动自如地嵌入位于排气涡轮(T)的外周的框架构件的承装孔(25)的嵌合部分(16)，

该嵌合部分(16)具有要滚压部(17)、与比该要滚压部(17)细些的非滚压部(18)，对轴部(12)的滚压仅对该要滚压部(17)施行，

在形成可变叶片(1)的轴部(12)时，滚压毛坯(W)的轴部形成部(12a)，加工到所希望的直径粗细度。

2.如权利要求1所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，在形成前述可变叶片(1)的毛坯(W)时，通过精密铸造法或金属注射成形法或者将从具有一定的板厚的金属材料冲裁后的坯料造形成所希望的形状的方法得到，

使形状和尺寸形成为接近所需可变叶片(1)的近精确成形状态。

3.如权利要求1或2所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，前述可变叶片(1)中的非滚压部(18)位于前述嵌合部分(16)的中间，在所述嵌合部分(16)的两端部分上具有要滚压部(17)。

4.如权利要求1或2所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，在前述毛坯(W)上所形成的嵌合部分(16)的要滚压部(17)与非滚压部(18)的级差尺寸设定成大于要滚压部(17)的滚压余量尺寸，在滚压时，使一部分滚压余量部位的金属材料，从要滚压部(17)向小直径一侧的非滚压部(18)流动。

5.如权利要求1或2所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，在滚压前述毛坯(W)的轴部形成部(12a)时，通过一组滚压辊(61)来进行加工，

此外，在选定滚压辊(61)的转速(R)、与使一组滚压辊(61)接近的进给速度(V)时，根据伴随滚压产生的轴伸长或锐边或者因滚压而蓄积于轴部(12)的应变或滚压所需轧制力，综合地判断滚压性(P)的优劣，一边将该滚压性(P)维持在近乎于所希望的值，一边极力提高生产率地设定加工条件。

6.如权利要求5所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，在选定前述滚压辊(61)的转速(R)与进给速度(V)时，在以滚压辊(61)的转速(R)与滚压性(P)的程度为不同的二轴的曲线图上，

在由以滚压辊(61)的进给速度(V)为极限最小值(Vmin)时的、表示滚压辊(61)的转速(R)与滚压性(P)的关系的轨迹，

以滚压辊(61)的转速(R)为极限最大值(Rmax)的直线，和以滚压性(P)的程度为极限最小值(Pmin)的直线所包围的区域(AR)内，设定滚压辊(61)的转速(R)、与进给速度(V)的加工条件。

7.如权利要求6所述的VGS型涡轮增压器中的可变叶片的制造方法，其特征在于，在选定前述滚压辊(61)的转速(R)与进给速度(V)时，在前述区域(AR)内，设定所希望的滚压性(Pf)，在该所希望的滚压性(Pf)的直线上，设定滚压辊(61)的转速(R)与滚压辊(61)的进给速度(V)。

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