JP2018012124A

JP2018012124A - Manufacturing method of shaft

Info

Publication number: JP2018012124A
Application number: JP2016142977A
Authority: JP
Inventors: 真行三上; Maiku MIKAMI
Original assignee: Nittan Valve Co Ltd
Current assignee: Nittan Corp
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: JP6723103B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a shaft which can improve abrasion resistance and fatigue strength of a journal part easily without using laser beam irradiation.SOLUTION: A journal part 18 is formed by preparing a material having a journal corresponding part 27 on the outer peripheral surface of a shaft material body as a second shaft material 26 and performing hardening processing to the journal corresponding part 27. In this case, the material having an excessive thickness portion 28 in the journal corresponding part 27 compared with the journal part 18 by enlarging the outer diameter of the journal corresponding part 27 more than the outer diameter of the journal part 18 is prepared as the second shaft material 26, and as the hardening processing, the excessive thickness portion 28 is crushed toward the inner side in the radial direction of the journal corresponding part 27 over the whole periphery of the journal corresponding part 27.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、軸の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a shaft.

軸の製造方法には、特許文献１に示すように、軸素材本体の外周面にジャーナル相当部を形成し、該ジャーナル相当部表面に硬化処理を行うことによりジャーナル部を形成するものが提案されている。具体的には、硬化処理としてレーザ光照射が用いられ、そのレーザ光照射をジャーナル相当部に行うことにより、レーザ焼入れが行われたジャーナル部が形成される。
この軸の製造方法を用いれば、ジャーナル相当部に対してだけ硬化処理が的確に行われることになり、ジャーナル部において耐摩耗性や疲労強度を向上させることができる。 As shown in Patent Document 1, a method for manufacturing a shaft is proposed in which a journal equivalent portion is formed on the outer peripheral surface of a shaft material body, and a journal portion is formed by performing a curing process on the surface of the journal equivalent portion. ing. Specifically, laser beam irradiation is used as the curing process, and the laser beam irradiation is performed on the journal-corresponding portion, whereby the journal portion subjected to laser quenching is formed.
If this shaft manufacturing method is used, the curing process is accurately performed only on the journal equivalent portion, and the wear resistance and fatigue strength can be improved in the journal portion.

特開２００７−７７４２８号公報JP 2007-77428 A

しかし、上記軸の製造方法にあっては、レーザ光照射を行うために、複雑で高価なレーザ光照射設備が必要となるばかりか、レーザ光照射に伴うランニングコストをも考慮しなければならなくなる。
しかも、軸素材の材料として、焼入れによる硬化処理が期待できない金属材料が用いられる場合には、そもそも硬化処理としてレーザ光照射を用いることができず、ジャーナル部の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができない。 However, in the above-described shaft manufacturing method, in order to perform laser beam irradiation, not only complicated and expensive laser beam irradiation equipment is required, but also the running cost associated with laser beam irradiation must be taken into consideration. .
Moreover, when a metal material that cannot be expected to be hardened by quenching is used as the material of the shaft material, laser light irradiation cannot be used as a hardening process in the first place, and the wear resistance and fatigue strength of the journal portion are improved. I can't.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光照射を用いなくても、簡単にジャーナル部の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができる軸の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a shaft that can easily improve the wear resistance and fatigue strength of a journal portion without using laser light irradiation. There is to do.

前記目的を達成するために本発明にあっては、（１）〜（６）の構成とされている。すなわち、
（１）軸素材として、軸素材本体の外周面にジャーナル相当部を有するものを用意し、該ジャーナル相当部に硬化処理を行うことによりジャーナル部を形成する軸の製造方法において、
前記軸素材として、前記ジャーナル相当部の外径を前記ジャーナル部の外径よりも拡径することにより、該ジャーナル相当部に該ジャーナル部に比して余肉部分を有するものを用意し、
前記硬化処理として、前記余肉部分を、該ジャーナル相当部の全周に亘って該ジャーナル相当部の径方向内方に向けて押し潰す構成とされている。
この構成によれば、ジャーナル相当部における余肉部分の押し潰しによりジャーナル相当部の全周面を塑性変形させることができ、その塑性変形部分（全周面部分）を的確に加工硬化させることができる。
また、軸素材の材料として、焼入れによる硬化処理が期待できない金属材料が用いられる場合においても、硬化処理として、ジャーナル相当部を径方向内方に向けて押し潰すことにより、塑性変形を生じさせ、ジャーナル部を加工硬化させることができる。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as (1) to (6). That is,
(1) In the shaft manufacturing method of preparing a shaft portion having a journal equivalent portion on the outer peripheral surface of the shaft material main body and forming a journal portion by performing a curing process on the journal equivalent portion,
As the shaft material, by preparing the outer diameter of the journal equivalent part larger than the outer diameter of the journal part, the journal equivalent part having a surplus part as compared with the journal part is prepared,
As the curing process, the surplus portion is crushed toward the inside in the radial direction of the journal equivalent portion over the entire circumference of the journal equivalent portion.
According to this configuration, the entire peripheral surface of the journal equivalent portion can be plastically deformed by crushing the surplus portion in the journal equivalent portion, and the plastic deformation portion (total peripheral surface portion) can be accurately work-hardened. it can.
In addition, even when a metal material that cannot be expected to be hardened by quenching is used as the material of the shaft material, as a hardening process, plastic deformation is caused by crushing the journal equivalent part radially inward, The journal part can be work-hardened.

（２）前記（１）の構成の下において、
前記余肉部分を、前記ジャーナル相当部の全周に亘って該ジャーナル相当部の径方向内方に向けて押し潰すことが、一対のダイスにより、該ジャーナル相当部を挟持しつつ該ジャーナル相当部に対して転造加工を行うことである構成とされている。
この構成によれば、ジャーナル相当部に対してだけ、一対のダイスを用いて転造加工を行うことができることになり、簡単な転造設備を用いて、ジャーナル部だけを具体的に加工硬化させることができる。 (2) Under the configuration of (1),
Crushing the surplus portion over the entire circumference of the journal equivalent portion toward the inside in the radial direction of the journal equivalent portion, while sandwiching the journal equivalent portion by a pair of dies, the journal equivalent portion It is set as the structure which is performing a rolling process with respect to.
According to this configuration, only the journal equivalent portion can be rolled using a pair of dies, and only the journal portion is specifically processed and hardened using a simple rolling facility. be able to.

（３）前記（２）の構成の下において、
前記一対のダイスとして、互いに対向する対向面を有すると共に、該両対向面が相対移動するものを用い、
前記一対のダイスの両対向面の相対移動を利用することにより、前記ジャーナル相当部を該一対のダイス間に取り込んで、該ジャーナル相当部を転動させつつ該ジャーナル相当部に転造加工を行う構成とされている。
この構成によれば、一対のダイスにより、特別に、軸素材の取付け（セット）、取外しを行うことなく転造加工を行うことができるばかりか、一対のダイスの相対移動に伴い、軸素材を、その一対のダイスの相対移動方向一方側から取り込んで、その軸素材を一対のダイスの相対移動方向他方側から搬出することができる。このため、ジャーナル相当部に対する転造加工を、連続的な流れ作業の下で行うことができ、当該軸を迅速に製造できる。 (3) Under the configuration of (2),
As the pair of dies, there are used opposing surfaces that face each other, and the opposing surfaces move relative to each other,
By utilizing the relative movement of the opposing surfaces of the pair of dies, the journal equivalent part is taken between the pair of dies, and the journal equivalent part is rolled while rolling the journal equivalent part. It is configured.
According to this structure, the pair of dies can not only perform the rolling process without attaching (setting) and removing the shaft material, but also the shaft material can be moved along with the relative movement of the pair of dies. The shaft material can be taken in from the other side in the relative movement direction of the pair of dies and taken out from the other side in the relative movement direction of the pair of dies. For this reason, the rolling process for the journal equivalent portion can be performed under a continuous flow operation, and the shaft can be manufactured quickly.

（４）前記（１）の構成の下において、
前記ジャーナル相当部として、該ジャーナル相当部における前記軸素材の軸線方向内方側において環状溝を有するものを用いる構成とされている。
この構成によれば、一対のダイスによる押圧面積を、ジャーナル相当部に環状溝を有しない場合に比して減らすことができ、転造加工に要する押圧力を減少させることができる。このため、ジャーナル相当部に対する転造加工を的確に行うことができる。 (4) Under the configuration of (1),
As the journal equivalent portion, a portion having an annular groove on the inner side in the axial direction of the shaft material in the journal equivalent portion is used.
According to this configuration, the pressing area by the pair of dies can be reduced as compared with the case where the journal equivalent portion does not have the annular groove, and the pressing force required for the rolling process can be reduced. For this reason, the rolling process for the journal equivalent portion can be performed accurately.

（５）前記（１）の構成の下において、
前記軸素材として、溶体化処理を経たものを用いる構成とされている。
この構成によれば、焼入れ焼き戻し処理が行えない軸素材においても、溶体化処理により金属組織を均一にすることができ、軸素材における基本的硬さの向上を図ることができる。更に、余肉部分をジャーナル相当部の径方向内方に向けて押し潰すことにより(冷間加工時（転造時）)、加工硬化させ、ジャーナル部の硬さをより高めることができる。 (5) Under the configuration of (1),
As the shaft material, a material subjected to a solution treatment is used.
According to this configuration, even in a shaft material that cannot be quenched and tempered, the metal structure can be made uniform by the solution treatment, and the basic hardness of the shaft material can be improved. Furthermore, by crushing the surplus portion toward the inside of the journal in the radial direction (during cold working (rolling)), the work can be hardened to further increase the hardness of the journal portion.

（６）前記（１）の構成の下において、
ターボチャージャにおけるタービンシャフトを形成するために用いる構成とされている。
この構成によれば、ターボチャージャにおけるタービンシャフトを製造するために最適な製造方法を提供できる。 (6) Under the configuration of (1),
It is configured to be used for forming a turbine shaft in a turbocharger.
According to this configuration, it is possible to provide an optimum manufacturing method for manufacturing a turbine shaft in a turbocharger.

本発明によれば、レーザ光照射を用いなくても（レーザ焼入れを行わなくても）、簡単にジャーナル部の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができる。
また、軸素材の材料として、焼入れによる硬化処理が期待できない金属材料が用いられる場合であっても、ジャーナル部の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができる。 According to the present invention, the wear resistance and fatigue strength of the journal portion can be easily improved without using laser light irradiation (without laser quenching).
Further, even when a metal material that cannot be hardened by quenching is used as the material of the shaft material, the wear resistance and fatigue strength of the journal portion can be improved.

ターボチャージャで使用されるタービンシャフトを説明する説明図。Explanatory drawing explaining the turbine shaft used with a turbocharger. 図１のタービンシャフト（仕上げ加工後のタービンシャフト）を示す拡大正面図。The enlarged front view which shows the turbine shaft (turbine shaft after finishing) of FIG. 実施形態に係るタービンシャフトの製造工程（加工工程）を示す工程図。Process drawing which shows the manufacturing process (processing process) of the turbine shaft which concerns on embodiment. 素材成形工程において成形された第１軸素材を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the 1st axis | shaft raw material shape | molded in the raw material formation process. 荒加工工程において加工された第２軸素材を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the 2nd axis | shaft raw material processed in the roughing process. 第２軸素材を一対の丸ダイスにより転造加工することを説明する説明図。Explanatory drawing explaining rolling a 2nd shaft raw material with a pair of round die. 第２軸素材を一対の平ダイスにより転造加工することを説明する説明図。Explanatory drawing explaining rolling a 2nd axis | shaft raw material with a pair of flat die. 流れ作業の下で、第２軸素材を転造加工することを示す説明図。Explanatory drawing which shows rolling the 2nd axis | shaft raw material under a flow operation. 仕上げ加工工程を説明する説明図。Explanatory drawing explaining a finishing process.

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る軸の製造方法を、排気ガスのエネルギを利用した自動車用ターボチャージャに用いられるタービンシャフトを例にとって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The shaft manufacturing method according to the present embodiment will be described by taking a turbine shaft used in an automobile turbocharger using the energy of exhaust gas as an example.

１．先ず、軸としてのタービンシャフトについて説明する。
自動車には、図１に示すように、ターボチャージャ１を搭載したものが存在する。具体的に説明すれば、燃焼室２には、排気通路３、吸気通路４がそれぞれ連なっており、排気通路３にはタービンハウジング５が設けられ、吸気通路４にはコンプレッサハウジング６が設けられている。そのタービンハウジング５内にはタービンホイール７が収容され、コンプレッサハウジング６内にはコンプレッサインペラ８が収容されている。
前記タービンハウジング５と前記コンプレッサハウジング６との間には、ベアリングハウジング９が介在されている。そのベアリングハウジング９には、その内部において２つの軸受け（ジャーナル軸受け）１０，１１が取付けられており、その２つの軸受け１０，１１にタービンシャフト１２が回転可能に支持されている。このタービンシャフト１２は、その一端部がタービンハウジング５を貫通してタービンホイール７に連結され、その他端部は、コンプレッサハウジング６を貫通してコンプレッサインペラ８に連結されている。
これにより、タービンホイール７が排気ガスにより回転されると、その回転は、タービンシャフト１２を介してコンプレッサインペラ８に伝達され、コンプレッサインペラ８は、吸気を圧縮して燃焼室２に送り出す。この際、タービンシャフト１２は、１０万rpm以上の回転数をもって回転することになり、タービンシャフト１２は、高温度環境下で使用される。 1. First, a turbine shaft as a shaft will be described.
Some automobiles are equipped with a turbocharger 1 as shown in FIG. Specifically, an exhaust passage 3 and an intake passage 4 are connected to the combustion chamber 2, a turbine housing 5 is provided in the exhaust passage 3, and a compressor housing 6 is provided in the intake passage 4. Yes. A turbine wheel 7 is accommodated in the turbine housing 5, and a compressor impeller 8 is accommodated in the compressor housing 6.
A bearing housing 9 is interposed between the turbine housing 5 and the compressor housing 6. Two bearings (journal bearings) 10 and 11 are attached to the bearing housing 9 inside, and a turbine shaft 12 is rotatably supported by the two bearings 10 and 11. One end of the turbine shaft 12 passes through the turbine housing 5 and is connected to the turbine wheel 7, and the other end passes through the compressor housing 6 and is connected to the compressor impeller 8.
Thereby, when the turbine wheel 7 is rotated by the exhaust gas, the rotation is transmitted to the compressor impeller 8 via the turbine shaft 12, and the compressor impeller 8 compresses the intake air and sends it to the combustion chamber 2. At this time, the turbine shaft 12 rotates at a rotation speed of 100,000 rpm or more, and the turbine shaft 12 is used in a high temperature environment.

このようなタービンシャフト１２は、図２に示すように、軸状に形成されている。そのタービンシャフト１２の一端部には、他の軸状部分よりも拡径された拡径部１３が形成され、その拡径部１３には、その先端からタービンシャフト１２の軸線方向内方向けて順に、タービンホイール７を取付けるための取付け部１４、環状のシール材等を取付けるためのシール構造部１５が設けられている。タービンシャフト１２の他端部には、雄ねじ部１６が形成されており、この雄ねじ部１６には、コンプレッサインペラ８にタービンシャフト１２の他端部を貫通させた状態でナットが螺合される（コンプレッサインペラ８とタービンシャフト１２との連結）。タービンシャフト１２の一端部と他端部とは、軸本体部１７により連なっており、その軸本体部１７の外周面には、軸本体部１７の径よりも多少、拡径されたジャーナル部１８が設けられている。ジャーナル部１８には、その軸線方向中央部において、幅広の環状溝１９が形成されており、ジャーナル部１８は、この環状溝１９を基準として両側に第１ジャーナル部分２０と第２ジャーナル部分２１とを有するように構成されている。第１ジャーナル部分２０は、細幅の溝４５を介して前記シール構造部１５に隣合っており、第２ジャーナル部分２１は、第１部分２０よりもタービンシャフト１２の軸線方向内方側に配置されている。この第１、第２ジャーナル部分２０、２１が前記軸受け１０，１１に回転可能にそれぞれ支持される。 Such a turbine shaft 12 is formed in an axial shape as shown in FIG. A diameter-expanded portion 13 having a diameter larger than that of the other shaft-shaped portion is formed at one end portion of the turbine shaft 12. In order, an attachment portion 14 for attaching the turbine wheel 7 and a seal structure portion 15 for attaching an annular sealing material or the like are provided. A male screw portion 16 is formed at the other end portion of the turbine shaft 12, and a nut is screwed into the male screw portion 16 with the other end portion of the turbine shaft 12 passing through the compressor impeller 8 ( Connection of compressor impeller 8 and turbine shaft 12). One end portion and the other end portion of the turbine shaft 12 are connected by a shaft main body portion 17, and a journal portion 18 whose diameter is slightly expanded from the diameter of the shaft main body portion 17 on the outer peripheral surface of the shaft main body portion 17. Is provided. The journal portion 18 is formed with a wide annular groove 19 at the central portion in the axial direction. The journal portion 18 has a first journal portion 20 and a second journal portion 21 on both sides with respect to the annular groove 19. It is comprised so that it may have. The first journal portion 20 is adjacent to the seal structure portion 15 via a narrow groove 45, and the second journal portion 21 is disposed on the inner side in the axial direction of the turbine shaft 12 relative to the first portion 20. Has been. The first and second journal portions 20 and 21 are rotatably supported by the bearings 10 and 11, respectively.

２．次に、上記タービンシャフト１２の製造方法について説明する。
タービンシャフト１２は、図３に示す製造工程図（加工工程図）に従って製造される。 2. Next, a method for manufacturing the turbine shaft 12 will be described.
The turbine shaft 12 is manufactured according to a manufacturing process diagram (processing process diagram) shown in FIG.

（１）タービンシャフト１２の製造に当たり、先ず、図３に示すように、加工材料が予め準備される。
加工材料に基づき、要求特性を確保すると共に、後述の転造加工を適正に行うためである。この場合、上記加工材料を準備するに当たり、長尺な加工材料が一定長さに切断される。
加工材料としては、上記理由から、転造加工を行えるもの等が準備され、その加工材料の中には、焼入れによる硬化処理ができない金属材料としてのオーステナイト系ステンレスや、析出硬化系ステンレス、Ni基合金等の耐熱金属も含めることができる。特に、高温環境下で用いられ１０万rpm以上の回転数で回転しなければならないタービンシャフト１２の場合には、従来の軸材料であるＳＣＭ４３５等の構造用鋼に比してこれらの耐熱金属を用いることが好ましい。 (1) In manufacturing the turbine shaft 12, first, as shown in FIG. 3, a processing material is prepared in advance.
This is because the required characteristics are ensured based on the processing material and the rolling process described later is appropriately performed. In this case, in preparing the processing material, a long processing material is cut into a certain length.
As processing materials, materials that can be rolled for the above reasons are prepared, and some of the processing materials include austenitic stainless steel, precipitation hardening stainless steel, Ni-based metal materials that cannot be hardened by quenching. Refractory metals such as alloys can also be included. In particular, in the case of the turbine shaft 12 that is used in a high temperature environment and must be rotated at a rotation speed of 100,000 rpm or more, these refractory metals are used in comparison with structural steel such as SCM435 which is a conventional shaft material. It is preferable to use it.

（２）次に、図３、図４に示すように、前記加工材料から第１軸素材２５が加工される（素材成形工程）。
第１軸素材２５は、加工材料に対して塑性加工や除去加工を行うことにより形成され、その第１軸素材２５は、軸状に形成されると共に、その一端部において、他の部分よりも拡径された拡径部１３Ａが形成される。このとき、拡径部１３Ａには、未だ、取付け部１４、シール構造部１５は形成されていない。 (2) Next, as shown in FIGS. 3 and 4, the first shaft material 25 is processed from the processed material (material forming step).
The first shaft material 25 is formed by performing plastic processing or removal processing on the work material, and the first shaft material 25 is formed in a shaft shape, and at one end thereof than the other portions. An enlarged diameter portion 13A is formed. At this time, the attachment portion 14 and the seal structure portion 15 are not yet formed in the enlarged diameter portion 13A.

（３）次に、図３に示すように、前記第１軸素材２５に対して熱処理が行われる（熱処理工程）。
第１軸素材２５全体の基本的硬さを高めつつ、その基本的硬さの均一化を図るためである。
熱処理としては、焼入れ焼戻し処理、又は溶体化処理（好ましくは溶体化処理に続いて時効処理を行うもの）を用いることができる。
焼入れ焼戻し処理は、第１軸素材２５（加工材料）が焼入れ焼戻し可能材料である場合に用いることができ、溶体化処理は、第１軸素材２５がステンレス、Ni基合金、オーステナイト系ステンレス(SUS303、SUS304、SUS316等)等である場合に用いることができる。また、溶体化処理の好ましい態様として、溶体化処理とその溶体化処理に続く時効処理とを行う場合には（以下、溶体化処理及び時効処理）、時効処理により結晶粒を細かくできる限り、第１軸素材２５として、焼入れ焼戻し可能材料であるか否かにかかわらず種々の材料を用いることができる。
特に、熱処理として、溶体化処理及び時効処理を用いる場合には、第１軸素材２５として、析出硬化系ステンレス、Ni基合金等を用いたものが好ましい。
これは、第１に、第１軸素材２５が焼入れ焼き戻し処理を行えないものであっても、溶体化処理及び時効処理により結晶粒を細かくすることができることになり、溶体化処理及び時効処理を経た後に、第１軸素材２５における基本的硬さの均一化を図ることができるからである。第２に、後述する転造加工において、ジャーナル相当部２７における余肉部分２８をそのジャーナル相当部２７の径方向内方に向けて押し潰す際に、結晶粒を細かくできることに基づいて同じ圧力の下で塑性変形量を高めることができることになり、ジャーナル部１８の硬さをより高めることができるからである。第３に、析出硬化系ステンレス、Ni基合金等は加工硬化し易い材料であり、その観点から、転造加工において、加工率を高めることができるからである。 (3) Next, as shown in FIG. 3, the first shaft material 25 is subjected to heat treatment (heat treatment step).
This is because the basic hardness of the entire first shaft material 25 is increased while the basic hardness is made uniform.
As the heat treatment, a quenching and tempering treatment or a solution treatment (preferably an aging treatment followed by a solution treatment) can be used.
The quenching and tempering treatment can be used when the first shaft material 25 (processed material) is a material that can be quenched and tempered. The solution treatment can be performed by using the first shaft material 25 made of stainless steel, Ni-based alloy, austenitic stainless steel (SUS303). , SUS304, SUS316, etc.). In addition, as a preferred embodiment of the solution treatment, when performing the solution treatment and the aging treatment following the solution treatment (hereinafter referred to as solution treatment and aging treatment), as long as the crystal grains can be made fine by aging treatment, Various materials can be used as the uniaxial material 25 regardless of whether or not the material can be tempered and tempered.
In particular, when solution treatment and aging treatment are used as the heat treatment, it is preferable to use precipitation hardening stainless steel, Ni-based alloy, or the like as the first shaft material 25.
First, even if the first shaft material 25 cannot be quenched and tempered, crystal grains can be made finer by solution treatment and aging treatment, so that solution treatment and aging treatment are performed. This is because the basic hardness of the first shaft material 25 can be made uniform after passing through. Secondly, in the rolling process described later, when the excess portion 28 in the journal equivalent portion 27 is crushed toward the radially inner side of the journal equivalent portion 27, the same pressure is applied based on the fact that the crystal grains can be made finer. This is because the amount of plastic deformation can be increased below, and the hardness of the journal portion 18 can be further increased. Thirdly, precipitation hardening stainless steel, Ni-base alloy and the like are materials that are easy to work harden, and from this point of view, the processing rate can be increased in the rolling process.

（４）次に、図３、図５に示すように、前記熱処理を終えた第１軸素材２５に対して荒加工が行われて、第２軸素材２６が形成される（荒加工工程）。
第１軸素材２５の拡径部１３Ａ以外の部分において、ジャーナル相当部２７と軸本体部１７とを形成するためである。
上記ジャーナル相当部２７は、第１軸素材２５において、拡径部１３Ａに隣合った領域を加工することにより形成され、本実施形態においては、その本体１３Ａとジャーナル相当部２７との間に細幅の溝４５が介在される。このジャーナル相当部２７の径は、ジャーナル部１８（図５中、仮想線参照）の径よりも拡径されており、ジャーナル相当部２７は、その径方向外方において、ジャーナル部１８に比して余肉部分２８を有している。
このジャーナル相当部２７には、本実施形態においては、その第２軸素材２６の軸線方向中央部において環状溝１９が形成される。このため、ジャーナル相当部２７は、第２軸素材２６の軸線方向において、環状溝１９を基準として両側に、第１部分４０と第２部分４１とを有することになる。
上記軸本体部１７は、上記ジャーナル相当部２７よりも第１軸素材２５の軸線方向他端側を加工することにより形成され、その径が所定径とされる。
尚、図５中、符号２９は、切削加工具である。 (4) Next, as shown in FIGS. 3 and 5, the first shaft material 25 that has been subjected to the heat treatment is subjected to roughing to form the second shaft material 26 (roughing process). .
This is because the journal equivalent portion 27 and the shaft main body portion 17 are formed in a portion of the first shaft material 25 other than the enlarged diameter portion 13A.
The journal equivalent portion 27 is formed by processing a region adjacent to the enlarged diameter portion 13A in the first shaft material 25. In the present embodiment, the journal equivalent portion 27 is formed between the main body 13A and the journal equivalent portion 27. A width groove 45 is interposed. The diameter of the journal equivalent portion 27 is larger than the diameter of the journal portion 18 (see the phantom line in FIG. 5), and the journal equivalent portion 27 is more radially outward than the journal portion 18. And has a surplus portion 28.
In the journal equivalent portion 27, in the present embodiment, an annular groove 19 is formed in the central portion in the axial direction of the second shaft material 26. For this reason, the journal equivalent portion 27 has the first portion 40 and the second portion 41 on both sides with respect to the annular groove 19 in the axial direction of the second shaft material 26.
The shaft main body portion 17 is formed by processing the other axial end side of the first shaft material 25 than the journal equivalent portion 27, and the diameter thereof is set to a predetermined diameter.
In FIG. 5, reference numeral 29 denotes a cutting tool.

（５）次に、図３に示すように、第２軸素材２６に対して歪み取り焼鈍が行われる。
前記荒加工（切削加工）に基づく歪みを取るためである。このため、前述の熱処理工程において、焼入れ焼戻し処理が行われた場合には、焼戻し処理温度以下の温度で熱処理され、溶体化処理の好ましい態様として、溶体化処理及び時効処理が行われた場合には、時効処理温度以下の温度で熱処理される。 (5) Next, as shown in FIG. 3, the second shaft material 26 is subjected to strain relief annealing.
This is for removing distortion based on the roughing (cutting). For this reason, when the quenching and tempering treatment is performed in the above-described heat treatment step, the heat treatment is performed at a temperature equal to or lower than the tempering treatment temperature, and as a preferable aspect of the solution treatment, the solution treatment and the aging treatment are performed. Is heat-treated at a temperature below the aging treatment temperature.

（６）次に、前記第２軸素材２６におけるジャーナル相当部２７に対して、図３に示すように、転造加工が行われる（転造加工工程）。
ジャーナル相当部２７における余肉部分２８を塑性変形させて、ジャーナル部１８として、加工硬化を生じたものを得るためである。勿論この場合、ジャーナル相当部２７だけを転造加工することから、軸本体部１７の軸歪を抑制できる。またこの場合、ジャーナル相当部２７が拡径部１３Ａに溝４５を介して離間されており、転造加工に際して、転造加工に使用するダイスの配置自由度を高めることができると共に、余肉を逃げ易くして転造加工時の変形性を高め、加工硬化し易くすることができる。
転造加工においては、丸ダイス転造盤、平ダイス転造盤、プラネタリ転造盤等を用いることができる。例えば、丸ダイス転造盤Ｄ１を用いてジャーナル相当部２７を転造する場合には、図６に示すように、その一対の丸ダイス３０，３０間に第２軸素材２６のジャーナル相当部２７だけを挟持し、その状態で、一対の丸ダイス３０，３０を同速度で同一方向に回転させながら互いの距離を狭めることが行われる。これにより、余肉部分２８が、そのジャーナル相当部２７の全周に亘ってそのジャーナル相当部２７の径方向内方に向けて押し潰され、その押し潰しに基づく塑性変形により、圧縮残留応力が生成されたジャーナル部１８が形成される。 (6) Next, as shown in FIG. 3, a rolling process is performed on the journal equivalent portion 27 in the second shaft material 26 (a rolling process step).
This is because the surplus portion 28 in the journal equivalent portion 27 is plastically deformed to obtain the journal portion 18 that has undergone work hardening. Of course, in this case, since only the journal equivalent portion 27 is rolled, the shaft distortion of the shaft main body portion 17 can be suppressed. Further, in this case, the journal equivalent portion 27 is separated from the enlarged diameter portion 13A via the groove 45, and at the time of rolling processing, it is possible to increase the degree of freedom in arranging the dies used for the rolling processing, and to reduce the surplus thickness. It is possible to make it easier to escape, to improve the deformability during the rolling process, and to facilitate work hardening.
In the rolling process, a round die rolling machine, a flat die rolling machine, a planetary rolling machine, or the like can be used. For example, when the journal equivalent part 27 is rolled using the round die rolling machine D1, as shown in FIG. 6, the journal equivalent part 27 of the second shaft material 26 is interposed between the pair of round dies 30,30. In this state, the pair of round dies 30 and 30 are rotated in the same direction at the same speed to reduce the distance between them. As a result, the surplus portion 28 is crushed over the entire circumference of the journal equivalent portion 27 toward the radially inner side of the journal equivalent portion 27, and the compressive residual stress is reduced by plastic deformation based on the crushing. The generated journal part 18 is formed.

平ダイス転造盤Ｄ２を用いてジャーナル相当部２７を転造する場合には、図７に示すように、一対の平ダイス３９，３９間に第２軸素材２６のジャーナル相当部２７だけを挟持し、その状態で、一対の丸ダイス３９，３９を相対移動させながら互いの距離を狭めることが行われる。この場合においても、丸ダイス転造盤とＤ１同様、ジャーナル相当部２７の押し潰しに基づく塑性変形により、圧縮残留応力が生成されたジャーナル部１８が形成される。 When the journal equivalent portion 27 is rolled using the flat die rolling machine D2, only the journal equivalent portion 27 of the second shaft material 26 is sandwiched between a pair of flat dies 39, 39 as shown in FIG. In this state, the distance between the pair of round dies 39 is reduced while relatively moving the pair of round dies 39. Also in this case, the journal portion 18 in which the compressive residual stress is generated is formed by plastic deformation based on the crushing of the journal equivalent portion 27 as in the case of the round die rolling machine D1.

転造加工を連続的な流れ作業の下で行う観点からは、転造加工装置としてプラネタリ転造盤を用いることが好ましい。プラネタリ転造盤Ｄ３は、図８に示すように、円弧状の内周面を有するセグメントダイス３１と、セグメントダイス３１の内周側に一定間隔の隙間３３をあけた状態で配置されてその軸線を中心として回転する丸ダイス３２とを備えている。このプラネタリ転造盤Ｄ３においては、セグメントダイス３１と丸ダイス３２との間の一方側（進入側）の隙間開口３４から第２軸素材２６が隙間３３内に供給（進入）され、その第２軸素材２６のジャーナル相当部２７だけがセグメントダイス３１の内周面と丸ダイス３２の外周面とに挟持される。そのジャーナル相当部２７は、丸ダイス３２の回転に伴い、転動しつつセグメントダイス３１と丸ダイス３２とにより押し潰され、これにより、ジャーナル相当部２７はジャーナル部１８として転造加工される。そしてこの後、この転造加工された第２軸素材２６は、その転動に伴い、セグメントダイス３１と丸ダイス３２との間の他方側（退出側）の隙間開口３５から外部に搬出される。これにより、ジャーナル相当部２７に対する転造加工を、連続的な流れ作業の下で行うことができ、短時間で多くの第２軸素材２６に対して転造加工処理を行うことができる。 From the viewpoint of performing the rolling process under a continuous flow operation, it is preferable to use a planetary rolling machine as the rolling processing apparatus. As shown in FIG. 8, the planetary rolling machine D3 is arranged with a segment die 31 having an arcuate inner peripheral surface and a gap 33 having a predetermined interval on the inner peripheral side of the segment die 31 and its axis line. And a round die 32 rotating around the center. In this planetary rolling machine D3, the second shaft material 26 is supplied (entered) into the clearance 33 from the clearance opening 34 on one side (entrance side) between the segment die 31 and the round die 32, and the second Only the journal equivalent portion 27 of the shaft material 26 is sandwiched between the inner peripheral surface of the segment die 31 and the outer peripheral surface of the round die 32. The journal equivalent portion 27 is crushed by the segment die 31 and the round die 32 while rolling as the round die 32 rotates, whereby the journal equivalent portion 27 is rolled as the journal portion 18. Thereafter, the rolled second shaft material 26 is carried out to the outside through the gap opening 35 on the other side (retreat side) between the segment die 31 and the round die 32 along with the rolling. . Thereby, the rolling process with respect to the journal equivalent part 27 can be performed under continuous flow work, and the rolling process process can be performed with respect to many second shaft materials 26 in a short time.

また、本実施形態においては、転造加工に際して、ジャーナル相当部２７として、第１部分４０と第２部分４１との間に環状溝１９を有するものに対して、転造加工が行われる。このため、転造時の一対のダイスによる押圧面積を、ジャーナル相当部２７に環状溝１９を有しない場合に比して減らすことができ、転造加工に要する押圧力を減少させることができる。これにより、ジャーナル相当部２７に対する転造加工を的確に行えることになる。
加えて、拡径部１３Ａと第１部分４０の間に溝４５が設けられており、転造時に余肉を逃げ易くして、塑性変形を促すことができる。 In the present embodiment, the rolling process is performed on the journal corresponding portion 27 having the annular groove 19 between the first portion 40 and the second portion 41 during the rolling process. For this reason, the pressing area by the pair of dies at the time of rolling can be reduced as compared with the case where the journal equivalent portion 27 does not have the annular groove 19, and the pressing force required for the rolling process can be reduced. Thereby, the rolling process with respect to the journal equivalent part 27 can be performed exactly.
In addition, a groove 45 is provided between the enlarged-diameter portion 13A and the first portion 40, and it is possible to easily escape the surplus during rolling and promote plastic deformation.

（７）前記転造加工を終えた第２軸素材２６に対して、図３、図９に示すように、仕上げ加工が行われる。（仕上げ加工工程）。
タービンシャフト１２の仕上げ精度高めると共に、タービンシャフト１２としての完成形状を得るためである。
このため、ジャーナル部１８の外周面、端面が必要な精度の範囲で除去加工され、拡径部１３Ａに取付け部１４及びシール構造部１５が加工され、第２軸素材２６の他端部に雄ねじ部１６が加工される。勿論この場合、ジャーナル部１８については、必要な加工精度の範囲内であれば、除去加工をする必要はない。
尚、図９中、符号３６は切削加工具を示す。 (7) As shown in FIGS. 3 and 9, the finishing process is performed on the second shaft material 26 that has been subjected to the rolling process. (Finishing process).
This is to increase the finishing accuracy of the turbine shaft 12 and to obtain a complete shape as the turbine shaft 12.
For this reason, the outer peripheral surface and end surface of the journal portion 18 are removed and processed within a necessary accuracy range, the mounting portion 14 and the seal structure portion 15 are processed in the enlarged diameter portion 13A, and the other end portion of the second shaft material 26 is externally threaded. The part 16 is processed. Of course, in this case, the journal portion 18 does not need to be removed as long as it is within the required processing accuracy.
In FIG. 9, reference numeral 36 denotes a cutting tool.

（８）したがって、このようなタービンシャフト１２の製造方法の下で、タービンシャフト１２を製造すれば、レーザ光照射を用いなくても（レーザ焼入れを行わなくても）、簡単にジャーナル部１８の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができる。
特に、加工材料として、焼入れによる硬化処理が期待できないオーステナイト系ステンレス、析出硬化系ステンレス、Ni基合金等の耐熱金属が用いられる場合であっても、タービンシャフト１２全体の基本的強度を高めつつ、ジャーナル部１８の耐摩耗性や疲労強度を向上させることができ、高温環境下において用いられるタービンシャフト１２として、好ましいものを提供できる。 (8) Therefore, if the turbine shaft 12 is manufactured under such a manufacturing method of the turbine shaft 12, the journal portion 18 can be easily obtained without using laser light irradiation (without laser hardening). Abrasion resistance and fatigue strength can be improved.
In particular, even when a heat-resistant metal such as austenitic stainless steel, precipitation hardened stainless steel, and Ni-based alloy, which cannot be expected to be hardened by quenching, is used as a processing material, while enhancing the basic strength of the entire turbine shaft 12, The wear resistance and fatigue strength of the journal portion 18 can be improved, and a preferable turbine shaft 12 used in a high temperature environment can be provided.

３．以上実施形態について説明したが本発明においては、次の態様を包含する。
（１）荒加工工程を熱処理工程に先立って行うこと。
（２）加工材料として、焼入れ処理ができるものを用いる場合には、熱処理工程において、焼入れ・焼き戻しによる調質処理を行ってもよいこと。
（３）丸ダイス転造盤としては、３つ以上の丸ダイスを有するものを用いてもよいこと。 3. Although the embodiments have been described above, the present invention includes the following aspects.
(1) The roughing process is performed prior to the heat treatment process.
(2) When a material that can be quenched is used as the processing material, a tempering treatment by quenching / tempering may be performed in the heat treatment step.
(3) A round die rolling machine having three or more round dies may be used.

１ターボチャージャ
１２タービンシャフト（軸）
１８ジャーナル部
１９環状溝
２６第２軸素材（軸素材）
２７ジャーナル相当部
２８余肉部分
３０丸ダイス
３１セグメントダイス
３２丸ダイス
３９平ダイス 1 Turbocharger 12 Turbine shaft (shaft)
18 Journal part 19 Annular groove 26 Second shaft material (shaft material)
27 Equivalent part of journal 28 Extra portion 30 Round die 31 Segment die 32 Round die 39 Flat die

Claims

In the shaft manufacturing method of preparing a shaft part having a journal equivalent part on the outer peripheral surface of the shaft material main body as a shaft material, and forming a journal part by performing a curing process on the journal equivalent part,
As the shaft material, by preparing the outer diameter of the journal equivalent part larger than the outer diameter of the journal part, the journal equivalent part having a surplus part as compared with the journal part is prepared,
As the curing treatment, the surplus portion is crushed toward the radially inner side of the journal equivalent portion over the entire circumference of the journal equivalent portion.
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.

In claim 1,
Crushing the surplus portion over the entire circumference of the journal equivalent portion toward the inside in the radial direction of the journal equivalent portion, while sandwiching the journal equivalent portion by a pair of dies, the journal equivalent portion The rolling process for
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.

In claim 2,
As the pair of dies, there are used opposing surfaces that face each other, and the opposing surfaces move relative to each other,
By utilizing the relative movement of the opposing surfaces of the pair of dies, the journal equivalent part is taken between the pair of dies, and the journal equivalent part is rolled while rolling the journal equivalent part. ,
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.

In claim 1,
As the journal equivalent portion, a material having an annular groove on the inner side in the axial direction of the shaft material in the journal equivalent portion is used.
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.

In claim 1,
As the shaft material, a material that has undergone solution treatment is used.
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.

In claim 1,
Used to form a turbine shaft in a turbocharger,
A method of manufacturing a shaft characterized by the above.