JP4065114B2

JP4065114B2 - Rolling method of shaft part of variable blade applied to exhaust guide assembly in VGS type turbocharger

Info

Publication number: JP4065114B2
Application number: JP2001235704A
Authority: JP
Inventors: 新二朗大石
Original assignee: Akita Fine Blanking Co Ltd
Current assignee: Akita Fine Blanking Co Ltd
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: JP2003048033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用エンジン等に用いられるターボチャージャに関するものであって、特にこのものに組み込まれる排気ガイドアッセンブリの可変翼を製造するにあたり、その軸部を高精度且つ高能率に仕上げる新規な転造方法に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
自動車用エンジンの高出力化、高性能化の一手段として用いられる過給機としてターボチャージャが知られており、このものはエンジンの排気エネルギによってタービンを駆動し、このタービンの出力によってコンプレッサを回転させ、エンジンに自然吸気以上の過給状態をもたらす装置である。ところでこのターボチャージャは、エンジンが低速回転しているときには、排気流量の低下により排気タービンがほとんど働かず、従って高回転域まで回るエンジンにあってはタービンが効率的に回るまでのもたつき感と、その後の一挙に吹き上がるまでの所要時間いわゆるターボラグ等が生ずることを免れないものであった。またもともとエンジン回転が低いディーゼルエンジンでは、ターボ効果を得にくいという欠点があった。
【０００３】
このため低回転域からでも効率的に作動するＶＧＳタイプのターボチャージャが開発されてきている。このものは、少ない排気流量を可変翼（羽）で絞り込み、排気の速度を増し、排気タービンの仕事量を大きくすることで、低速回転時でも高出力を発揮できるようにしたものである。このためＶＧＳタイプのターボチャージャにあっては、別途可変翼の可変機構等を必要とし、周辺の構成部品も従来のものに比べて形状等をより複雑化させなければならなかった。
【０００４】
そしてこのようなＶＧＳタイプのターボチャージャにおける可変翼を製造するにあたっては、例えばロストワックス鋳造に代表される精密鋳造法や、金属射出成形法等によって、翼部と軸部とを一体に形成した金属素材（可変翼の原形となる素形材）を形成し、その後、素形材の軸部に転造等の後加工を施し、所望の径太さに加工する手法がある。因みに素形材を適宜切削加工して行き、最終的に翼部や軸部を所望の形状や寸法に仕上げる手法もあるが、このような切削手法は専ら、製造数が極めて少ない試作段階等で採用される手法であった。
【０００５】
すなわち高い耐熱性や耐酸化性等が要求される可変翼は、素材そのものが難切削性の素材であり、切削に多大な時間を要するため、このような可変翼に切削加工を適用することは、必ずしも効率的な手法ではなかった。また可変翼は一基のターボチャージャについて１０〜１５個程度必要となるため、実際に自動車が月産３万台程度、量産される場合、可変翼は月に３０万〜４５万個製造する必要があり、切削加工では到底対応し切れるものではなかった（切削加工では、一日に５００個程度が限度であった）。このようなことから可変翼を量産するにあたっては、加工工程から切削加工を可能な限り削除する必要があり、本発明者は、軸部の加工において新知見に基づいた非切削の転造技術の採用を前提とし、関連技術の開発を鋭意進めている。
【０００６】
そして上述した転造を行うにあたっては、素形材の軸部（軸部形成部）を一組の転造ローラで挟み込み、軸部形成部とローラとを相対的に回転させて、所望の径太さに加工するものである。この際、ローラの接近速度（以下これを送り速度とする）と、ローラの回転数とが、転造時の加工条件として挙げられ、例えば短時間で多くの可変翼の転造を行いたい場合には、一般にローラの送り速度と回転数とを共に大きく設定すれば、一品あたりの転造に要する時間が短くなり、量産できることになる。しかしながら、ローラの送り速度とその回転数とを単に大きく設定するだけでは、転造に伴う軸伸び（軸部が軸方向に伸びる現象）や、シャープエッジ（軸部先端部が突出状態に形成される鋭角部位）等の不都合が生じ易く、転造性は必ずしも向上せず、一般的にはむしろ、ローラの送り速度と回転数を、共に低く設定し、ゆっくりとした加工速度で時間をかけた転造を行う方が、転造性は向上するものである。
【０００７】
このため、転造性を適度に維持しながら、なお且つ生産性を可及的に向上させる加工条件、すなわち転造性と生産性を共に考慮した加工条件を選定することは極めて難しく、従来では例えば複数回のトライによって試行錯誤的に適度と考えられる加工条件を割り出したり、あるいは転造性または生産性のうちの、どちらか一方を優先させた加工手法が採られたりすることが多かった。
しかしながら試行錯誤的なトライによって加工条件を割り出す手法は、極めて時間がかかるという問題があり、また転造性を主に優先させる手法では、加工に多大な時間を要するという不都合が生じ、また生産性を主に優先させる手法では、高い精度での転造が行えず、軸伸びやシャープエッジ等の不良を生じる場合があった。
【０００８】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、可変翼の軸部を転造するにあたり、所望の転造性を維持しながら、生産性をも極力、向上させる加工条件を、極めて容易に設定できるようにした、新規な転造手法の開発を試みたものである。
なお近年、特にディーゼル車においては、環境保護等の観点から大気中に放出される排気ガスが強く規制される現状にあり、元来エンジン回転が低いディーゼルエンジンにおいては、ＮＯ_X や粒子状物質（ＰＭ）等を低減するためにも低回転域からエンジンの効率化が図れるＶＧＳタイプのターボチャージャの量産化（切削を要しない転造手法）が、切望されていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の軸部の転造方法は、
回動中心となる軸部(12)と、実質的に排気ガス(G) の流量を調節する翼部(11)とを具え、
エンジンから排出された比較的少ない排気ガス(G) を適宜絞り込み、排気ガス(G) の速度を増幅させ、排気ガス(G) のエネルギで排気タービン(T) を回し、この排気タービン(T) に直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプのターボチャージャに組み込まれる可変翼(1) を製造するにあたり、
前記可変翼(1) は、翼部(11)と軸部(12)とを一体に具えた、可変翼(1) の原形となる金属の素形材(W) を出発素材とし、この素形材(W) の軸部形成部(12a) に、一組の転造ローラ(61)による転造加工を施し、所望の径太さに形成するものであり、
生産性を向上させるために、単に、前記転造ローラ(61)の回転数(R) と、一組の転造ローラ(61)を接近させる送り速度(V) とを高く設定するだけでは、転造に伴って生ずる軸伸びやシャープエッジあるいは転造によって軸部(12)に蓄積される歪みや転造に要する圧造力から総合的に判断され、転造後の軸部 (12) の状態と転造加工そのものの行い易さの指標となる転造性 (P) は低下してしまうため、
転造ローラ (61) の回転数 (R) と送り速度 (V) との加工条件を選定するにあたっては、回転数 (R) と、転造性 (P) の程度とを、異なる二軸としたグラフ上において、
転造ローラ (61) の送り速度 (V) を限界最小値Ｖ min とした際の、転造ローラ (61) の回転数 (R) と転造性 (P) との関係を示す軌跡と、
転造ローラ (61) の回転数 (R) を限界最大値Ｒ max としたラインと、
転造性 (P) の程度を限界最小値Ｐ min としたラインとによって囲まれるエリア (AR) 内で、
転造ローラ (61) の回転数 (R) と、送り速度 (V) との加工条件を設定するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、転造性を低下させることなく、極力、生産性を向上させる加工条件（転造ローラの回転数と送り速度）の設定が容易に行える。すなわち一般的には、転造ローラの回転数と送り速度とを高く設定すれば、生産性を向上させることはできるものの、必ずしも精緻な転造加工が実施できず、一方、転造ローラの回転数と送り速度とを低く設定すれば、精緻な転造加工は行える（転造性に優れる）が、必然的に生産性が低下することは避けられないものであった。このため従来は、転造性と生産性とを共に両立させる加工条件の設定は、極めて難しいものであったが、本発明ではこれらを共に考慮した加工条件の設定が容易に行えるものである。
また、転造ローラの送り速度の限界最小値Ｖmin 、転造ローラの回転数の限界最大値Ｒmax 、転造性の限界最小値Ｐmin を考慮した実用的な加工条件が設定できる。
【００１０】
更にまた請求項２記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の軸部の転造方法は、前記請求項１記載の要件に加え、
前記加工条件を選定するにあたっては、前記エリア(AR)内において、所望の転造性Ｐf （Ｐf ＞Ｐmin ）を設定し、この所望の転造性Ｐf のライン上において、転造ローラ(61)の回転数(R) と、転造ローラ(61)の送り速度(V) とを設定するようにしたことして成るものである。
この発明によれば、転造ローラの送り速度の限界最小値Ｖmin 、転造ローラの回転数の限界最大値Ｒmax 、転造性の限界最小値Ｐmin を考慮しながら、所望の転造性Ｐf を確実に保持した、加工条件の設定が容易に行える。
【００１１】
原[0012]
また請求項３記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の軸部の転造方法は、前記請求項２記載の要件に加え、
前記加工条件を選定するにあたっては、量産性を最大にすべく、前記エリア(AR)内において設定された転造性(P) の所望値Ｐf が、転造性(P) の極大値となるように、転造ローラ(61)の回転数(R) と、転造ローラ(61)の送り速度(V) とを、加工条件として設定するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、所望の転造性Ｐf を確実に確保しながら、転造ローラの回転数と送り速度とをバランス良く、且つ極力大きく設定することができる。従って本設定によって加工条件を選定すれば、品質の安定性や信頼性の高い操業（転造）が行える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。説明にあたっては本発明によって製造される可変翼１を適用したＶＧＳタイプのターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリＡについて説明しながら、併せて可変翼１について説明し、その後、本発明である可変翼の軸部の転造方法について説明する。
排気ガイドアッセンブリＡは、特にエンジンの低速回転時において排気ガスＧを適宜絞り込んで排気流量を調節するものであり、一例として図１に示すように、排気タービンＴの外周に設けられ実質的に排気流量を設定する複数の可変翼１と、可変翼１を回動自在に保持するタービンフレーム２と、排気ガスＧの流量を適宜設定すべく可変翼１を一定角度回動させる可変機構３とを具えて成るものである。以下各構成部について説明する。
【００１３】
まず可変翼１について説明する。このものは一例として図１に示すように排気タービンＴの外周に沿って円弧状に複数（一基の排気ガイドアッセンブリＡに対して概ね１０個から１５個程度）配設され、そのそれぞれが、ほぼ同程度づつ回動して排気流量を適宜調節するものである。そして各可変翼１は、翼部１１と、軸部１２とを具えて成る。翼部１１は、主に排気タービンＴの幅寸法に応じて一定幅を有するように形成されるものであり、その幅方向における断面が概ね翼状に形成され、排気ガスＧが効果的に排気タービンＴに向かうように構成されている。なおここで翼部１１の幅寸法を便宜上、羽根高さｈとする。
また軸部１２は、翼部１１と一体で連続するように形成されるものであり、翼部１１を動かす際の回動軸に相当する部位となる。
【００１４】
そして翼部１１と軸部１２との接続部位には、軸部１２から翼部１１に向かって窄まるようなテーパ部１３と、軸部１２より幾分大径の鍔部１４とが連なるように形成されている。なお鍔部１４の底面は、翼部１１における軸部１２側の端面と、ほぼ同一平面上に形成され、この平面が、可変翼１をタービンフレーム２に取り付けた状態における摺動面となり、可変翼１の円滑な回動状態が確保される。更に軸部１２の先端部には、可変翼１の取付状態の基準となる基準面１５が形成される。この基準面１５は、後述する可変機構３に対しカシメ等によって固定される部位であり、一例として図１、２に示すように、軸部１２を対向的に切り欠いた平面が、翼部１１に対してほぼ一定の傾斜状態に形成されて成るものである。
【００１５】
なお本発明によって製造される可変翼１は、完成状態以前の翼部１１と軸部１２とを一体に具えた金属素材（以下素形材Ｗとする）をまず形成し、この素形材Ｗに対し、転造加工を含む適宜の加工を施して目的の形状や寸法精度を実現させ、完成品としての可変翼１を得るものである。ここで素形材Ｗに形成される完成状態以前の翼部１１や軸部１２の各部分を、それぞれ翼部形成部１１ａ、軸部形成部１２ａと定義する。そして本発明では可変翼１のうち特に軸部形成部１２ａ（軸部１２）を、転造によって所望の径太さに加工するものである。
【００１６】
次にタービンフレーム２について説明する。このものは、複数の可変翼１を回動自在に保持するフレーム部材として構成されるものであって、一例として図１に示すように、フレームセグメント２１と保持部材２２とによって可変翼１を挟み込むように構成される。そしてフレームセグメント２１は、可変翼１の軸部１２を受け入れるフランジ部２３と、後述する可変機構３を外周に嵌めるボス部２４とを具えて成る。なおこのような構造からフランジ部２３には、周縁部分に可変翼１と同数の受入孔２５が等間隔で形成されるものである。また保持部材２２は、図１に示すように中央部分が開口された円板状に形成されている。そしてこれらフレームセグメント２１と保持部材２２とによって挟み込まれた可変翼１の翼部１１を、常に円滑に回動させ得るように、両部材間の寸法は、ほぼ一定（概ね可変翼１の翼幅寸法程度）に維持されるものであり、一例として受入孔２５の外周部分に、四カ所設けられたカシメピン２６によって両部材間の寸法が維持されている。ここでこのカシメピン２６を受け入れるためにフレームセグメント２１及び保持部材２２に開口される孔をピン孔２７とする。
【００１７】
なおこの実施の形態では、フレームセグメント２１のフランジ部２３は、保持部材２２とほぼ同径のフランジ部２３Ａと、保持部材２２より幾分大きい径のフランジ部２３Ｂとの二つのフランジ部分から成るものであり、これらを同一部材で形成するものであるが、同一部材での加工が複雑になる場合等にあっては、径の異なる二つのフランジ部を分割して形成し、後にカシメ加工やブレージング加工等によって接合することも可能である。
【００１８】
次に可変機構３について説明する。このものはタービンフレーム２のボス部２４の外周側に設けられ、排気流量を調節するために可変翼１を回動させるものであり、一例として図１に示すように、アッセンブリ内において実質的に可変翼１の回動を生起する回動部材３１と、この回動を可変翼１に伝える伝達部材３２とを具えて成るものである。回動部材３１は、図示するように中央部分が開口された略円板状に形成され、その周縁部分に可変翼１と同数の伝達部材３２を等間隔で設けるものである。なおこの伝達部材３２は、回動部材３１に回転自在に取り付けられる駆動要素３２Ａと、可変翼１の基準面１５に固定状態に取り付けられる受動要素３２Ｂとを具えて成るものであり、これら駆動要素３２Ａと受動要素３２Ｂとが接続された状態で、回動が伝達される。具体的には四角片状の駆動要素３２Ａを、回動部材３１に対して回転自在にピン止めするとともに、この駆動要素３２Ａを受け入れ得るように略Ｕ字状に形成した受動要素３２Ｂを、可変翼１の先端の基準面１５に固定し、四角片状の駆動要素３２ＡをＵ字状の受動要素３２Ｂに嵌め込み、双方を係合させるように、回動部材３１をボス部２４に取り付けるものである。
【００１９】
なお複数の可変翼１を取り付けた初期状態において、これらを周状に整列させるにあたっては、各可変翼１と受動要素３２Ｂとが、ほぼ一定の角度で取り付けられる必要があり、本実施の形態においては、主に可変翼１の基準面１５がこの作用を担っている。また回動部材３１を単にボス部２４に嵌め込んだままでは、回動部材３１がタービンフレーム２と僅かに離反した際、伝達部材３２の係合が解除されてしまうことが懸念されるため、これを防止すべく、タービンフレーム２の対向側から回動部材３１を挟むようにリング３３等を設け、回動部材３１に対してタービンフレーム２側への押圧傾向を賦与するものである。
このような構成によって、エンジンが低速回転を行った際には、可変機構３の回動部材３１を適宜回動させ、伝達部材３２を介して軸部１２に伝達し、図１に示すように可変翼１を回動させ、排気ガスＧを適宜絞り込んで、排気流量を調節するものである。
【００２０】
本発明によって製造される可変翼１を適用した排気ガイドアッセンブリＡの一例は、以上のように構成されて成り、以下、可変翼１の製造方法について説明しながら、併せて本発明の可変翼の軸部の転造方法について説明する。
（１）素形材の準備工程
この工程は、翼部形成部１１ａと軸部形成部１２ａとを一体に具え、可変翼１の原形である金属の素形材Ｗを準備する工程である。そしてこのような素形材Ｗを準備するにあたっては、精密鋳造、金属射出成形、ブランク材の打ち抜き等、適宜の手法が適用可能であり、以下これらの手法について概略的に説明する。
【００２１】
（ａ）精密鋳造
例えば精密鋳造法を代表するロストワックス法は、目的の製品（ここでは可変翼１）を形状、大きさ共に、ほぼ忠実にろう模型で再現し、このろう模型のまわりを耐火物で被覆した後、中のろう部分を溶かし出して、耐火物（被覆物）のみを得、これを鋳型として鋳造を行う手法である。このように精密鋳造では、鋳型を目的の製品通りに、ほぼ忠実に形成することによって、鋳造品（素形材Ｗ）を高精度に再現し得るものである。しかしながら本実施の形態では、鋳造にあたって、耐熱鋼（合金）を主要母材とした処女材を適用するとともに、含有されるＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｏ（酸素）量を適正化、例えばＣ、Ｓｉ、Ｏの各々の重量％を０．０５〜０．５％、０．５〜１．５％、０．０１〜０．１％とすることで、溶融金属の湯流れ性を向上させて、鋳造品の寸法精度を、より一層向上させることが可能である。また例えば、注湯後、鋳込んだ金属素材を、鋳型とともに急冷することによって、型破砕までの時間を短縮し、素形材Ｗの凝固粒の微細化を図り、その後の転造加工において、シャープエッジ（軸部１２の転造によって、軸部１２表面の金属素材が塑性流動を起こし、軸部１２の先端部から突出状態に形成される鋭角部位）を発生させ難くする技術的工夫も適宜採り得るものである。
【００２２】
（ｂ）金属射出成形
この手法は、材料となる金属粉にバインダ（主に金属粉どうしを結合させる添加剤であり、一例としてポリエチレン樹脂、ワックス、フタル酸エステルの混合物）を混練し、可塑性を賦与した後、金型内に射出し所望の形状に形成して、バインダを除去した後、焼結する手法であり、精密鋳造とほぼ同様に、高精度に金属製の成形品（素形材Ｗ）が得られるものである。この際、独立泡（金属粒子間の球状間隙）を小さく且つ均一に生じさせるべく、３０分から２時間程度の時間をかけた焼結を行ったり、成形品にＨＩＰ（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇの略；熱間静水圧プレス）処理を施し、成形品の嵩密度を向上させることが可能である。また金属粉の形状を空気アトマイズや水アトマイズ等によって極力、球状且つ微細化し、素形材Ｗの高温回転曲げ疲労性を向上させる技術的工夫も適宜採り得るものである。
【００２３】
（ｃ）ブランク材の打ち抜き
この手法は、ほぼ一定の厚さ（一例として約４ｍｍ程度）を有した帯鋼等から、目的の可変翼１を実現し得るボリューム（金属素材の体積）を有するように打ち抜いたブランク材を素形材Ｗとする手法である。もちろん打ち抜き加工は、通常、打ち抜き方向がストレートであるため、打ち抜き工程のみで、例えば軸部１２の断面を、ほぼ円状に形成することは不可能であり、打ち抜かれたブランク材の軸部形成部１２ａは、ほぼ四角断面状を呈するのが一般的である。このため打ち抜き工程の後、転造工程に移行するまでの間に、例えばほぼ四角断面状を呈した軸部形成部１２ａに、鍛造加工や圧印加工等を施して、ほぼ円形状の断面に造形するものである。すなわち実質的には、打ち抜き工程と造形工程とによって、精密鋳造や金属射出成形等と同程度の素形材Ｗを得るものである。なお、造形工程で断面形状を変化させるような場合には、打ち抜かれたブランク材（素形材Ｗ）の軸部形成部１２ａ等の隅角部にコーナＲ（フィレット加工）や面取り加工を施し、円形状等の完成形状に近づけておく技術的工夫が適宜、採り得る。これによって金属素材のデッドメタルフロウ状態が防止され、実質的な造形工程において金属素材の円滑な塑性流動が促進されるものである。因みに造形工程では、翼部１１も同時に所望の形状に形成することが可能である。
【００２４】
（２）軸部の転造工程
このように適宜の手法によって可変翼１の原形となる素形材Ｗを形成した後、この素形材Ｗの軸部形成部１２ａが転造によって所望の径太さに加工される。
(i) 転造装置の説明
まず本発明の転造方法を実施し得る転造装置６の一例について説明する。このものは、一例として図３に示すように、一対の転造ローラ６１（ダイス）の間にワーク（素形材Ｗ）を挟み込み、転造ローラ６１と素形材Ｗとを相対的に回転させながら転造を行うものである。そしてこの実施の形態では転造ローラ６１は、一方が不動状態、もう一方が、不動状態のローラに対して接近離反自在に構成されている。またここでは、不動状態のローラが、フリー回転状態に設定されるとともに、接近離反自在のローラのみが回転駆動されるものである。なお上記一対の転造ローラ６１をフリー回転ローラ６１Ａ及び、可動ローラ６１Ｂと符号を付して区別する。
【００２５】
そして転造時には、可動ローラ６１Ｂの回転が、挟み込んだ素形材Ｗを介してフリー回転ローラ６１Ａに伝達され、双方の転造ローラ６１が実質的に同一の回転数で回転するものである。また転造を行う前の一対の転造ローラ６１は、一例として図３（ａ）に示すように、充分離反した状態で待機しており、フリー回転ローラ６１Ａ（非回転状態）の近傍に素形材Ｗをセットした後（図３（ｂ）参照）、転造時に可動ローラ６１Ｂを回転させながら、徐々に接近させて行くものである（図３（ｂ）〜（ｄ）参照）。ここで一対の転造ローラ６１の接近、すなわち可動ローラ６１Ｂがフリー回転ローラ６１Ａに接近することを「送り」と称するものである。なお転造加工中、素形材Ｗを一対の転造ローラ６１間に保持するにあたっては、必要に応じて支持用の治具を適用することが可能である。
【００２６】
(ii)加工条件と転造性について
可変翼１の軸部形成部１２ａの転造が以上のように行われることに因み、転造時の加工条件としては、例えば転造ローラ６１の回転数Ｒと、転造ローラの送り速度Ｖとが挙げられる。一方、このような加工条件に対して、軸部１２における転造の状態や、転造加工そのものの行い易さ等を総合的に評価すべく、軸伸びやシャープエッジ、圧造力（加工時に転造ローラ６１が素形材Ｗに及ぼす加圧力）、蓄積歪み（転造によって軸部１２に蓄積される歪み）等の種々の要素を総括的に勘案した、転造性Ｐを挙げるものである。従って例えば「転造性が非常に優れた状態」（図４に示す縦軸の最上部位に相当する）とは、加工後の軸部１２に軸伸び及びシャープエッジの発生がほとんどなく、また転造に要する圧造力が少なく、且つ軸部１２への蓄積歪みが極めて小さい状態を意味するものである。
【００２７】
なお一般的に転造ローラ６１を高回転させ、且つ高速で送るようにすれば、（回転数Ｒ、送り速度Ｖともに高い状態に設定）一つの可変翼１を転造するのに要する時間を短縮でき、大量に加工できることになるが、単にこのような設定にするだけでは、転造性Ｐは低下するのが一般的である。すなわち一般的には、転造ローラ６１を高回転・高速送り状態とすれば、可変翼１を大量に加工できる（生産性を向上させる）ものの、転造性Ｐは低下し、例えば軸伸びやシャープエッジ等が発生し易くなるものである。一方、一般的に転造ローラ６１を低回転・低速送り状態とすれば、転造性Ｐを向上させ、精度の高い転造加工が行えるものの、大量に転造を行うのは難しくなる。本発明は、量産性と転造性とを共に考慮し、所望の転造性を維持しながら、極力、量産性を向上させ得るように加工条件を設定できるようにしたものであり、以下、加工条件の設定手法について図４に示すグラフに基づいて説明する。
【００２８】
(iii) グラフについて
まず図４のグラフの横軸は、転造ローラ６１の回転数Ｒ（例えば単位時間当たりの回転数）を示すものであり、縦軸は、転造性Ｐの優劣の程度（度合い）を示すものである。ここで横軸上の「Ｒmax 」とは、転造ローラ６１の回転数の限界最大値を示すものであり、保持したい転造性の度合い（一般に特定の回転数以上では回転数を上げるほど転造性は低下するため、確保したい転造性の程度に応じて、許容できる最大の回転数がほぼ決定される）、あるいは転造装置６そのものの能力などによって予め設定される回転数Ｒの最大限界値である。また、縦軸上の「Ｐmin 」とは、転造性Ｐの限界最小値を示すものであり、機能部位として軸部１２に要求される最低限の品質（可変翼１を円滑且つ確実に回動させるのに、最低限必要な転造性）、あるいは量産部品として軸部１２に要求される最低限の転造性などによって予め設定される、転造性Ｐの許容限界値である。
【００２９】
上記グラフは、このように回転数Ｒと転造性Ｐとを異なる二軸としたものに、転造ローラ６１の送り速度Ｖを種々変えて、回転数Ｒと転造性Ｐとの関係、すなわち回転数Ｒによる転造性Ｐの変化の様子（軌跡）を示したものである。ここで送り速度Ｖを種々異ならせた各軌跡を、個々に見て行くと、それぞれの軌跡は、回転数Ｒの増加とともに転造性Ｐが向上して行くが、ある段階（これを極大値とする）からは転造性Ｐが低下して行くことが分かる。また各軌跡を全体的に見て行くと、この極大値が、ほぼ一直線上に位置するという知見が得られる（各々の極大値が、ほぼ連なる線を、ラインＬとする）。もちろん各軌跡を全体的に見た場合、送り速度Ｖの小さいものの方が、グラフの上方に位置し、送り速度Ｖが遅い程、転造性Ｐが良好であることも見て取れる。なお「Ｖmin 」とは、転造ローラ６１の送り速度の限界最小値を示すものであり、生産性（一般に送り速度を下げるほど生産性は低下するため、維持したい最低限の生産性の程度に応じて、許容できる最小の送り速度がほぼ決定される）、あるいは転造装置６そのものの能力などによって予め設定される送り速度Ｖの最小限界値である。
【００３０】
従って転造加工における加工条件、すなわち転造ローラ６１の回転数Ｒと送り速度Ｖとは、本図４において、ローラの送り速度Ｖを限界最小値Ｖmin に設定した際の軌跡と、ローラの回転数の限界最大値Ｒmax と、転造性の最小値Ｐmin とによって囲まれるエリアＡＲ内（図中の四角形ＡＢＣＤ内）において設定される。また本図においては、送り速度Ｖを種々変えて、回転数による転造性の変化の様子（軌跡）を示したもののうち、上記エリアＡＲ内を通過するものに対して、Ｖ1 、Ｖ2 、Ｖ3 、Ｖ4 の符号を付している（Ｖ1 ＜Ｖ2 ＜Ｖ3 ＜Ｖ4 ）。
【００３１】
(iv)具体的な設定手順
そしてエリアＡＲ内を通過するような所望の転造性、例えばＰf （もちろんＰf ＞Ｐmin の関係が成立）を設定すると、エリアＡＲ内においてＰf のライン上に乗る位置（例えば図中における×印）なら、どこでも加工条件として採用し得るものであるが、実際の現場においては生産性が主に優先されるため、極力、送り速度Ｖと回転数Ｒとを共に大きく設定すべく、Ｐf のラインと、ラインＬとの交点を、極大値とするような送り速度Ｖ（ここではＶf ）と、回転数Ｒ（ここではＲf ）を設定するものである。言い換えれば、エリアＡＲ内において所望の転造性Ｐf を、転造性の極大値とする、送り速度Ｖと回転数Ｒとを設定するものである。
【００３２】
なおここでは送り速度Ｖf と回転数Ｒf とを選定する説明の都合上、軌跡（Ｖf の軌跡）が予め分かっていた転造性Ｐf を例示したが、これらの加工条件を選定するにあたっては、必ずしも転造性の軌跡が明確にされている必要はない。すなわち本実施の形態にあっては、上述したように転造性の極大値が、ほぼラインＬ上に連なる、という知見を得ているため、転造性の軌跡が明確でなく、送り速度がグラフから明確に読み取れなくても、例えば回転数Ｒf の値や、他の転造性の軌跡等から、ほぼ正確に送り速度Ｖf が推測できるものである。
このように本実施の形態では、所望の転造性を維持しながら生産性を極力向上させ得る加工条件の選定が、容易に且つ正確に行え、しかも転造ローラ６１の回転数Ｒと送り速度Ｖとをバランス良く設定できるため、製品品質の安定性や信頼性の点で望ましい操業が行えるものであり、可変翼１の高品質レベルでの量産化を、より現実的なものにできる。
【００３３】
（３）翼部や可変翼全体の加工
なお転造加工が施された素形材Ｗ（この状態で素形材Ｗは、ほぼ可変翼１の完成状態を呈している）は、適宜、翼部高さｈが研磨されたり、全体的なバレル研磨等が施され、所望の形状及び寸法精度が実現される。
なお本実施の形態では、二つの転造ローラ６１によって、可変翼１の軸部１２の転造を行うものであったが、必ずしもその必要はなく、三つ以上の複数の転造ローラ６１を適用し、軸部１２の転造を行うことが可能である。因みに三つ転造ローラ６１を適用した場合には、一つを可動ローラ６１Ｂとし、残りの二つをフリー回転ローラ６１Ａとする形態だけでなく、二つを可動ローラ６１Ｂとし、残りの一つをフリー回転ローラ６１Ａとする形態が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
まず請求項１記載の発明によれば、生産性と転造性Ｐとを共に考慮した、転造ローラ６１の回転数Ｒと送り速度Ｖとの設定が、容易に行える。因みに短時間で一個の可変翼１の転造を高速で行えば、生産性は向上するが、転造性は低下し、軸伸びやシャープエッジ等が生じ易くなる。このように生産性と転造性とを共に両立させる加工条件の設定は、一般に極めて難しいものであったが、本願においては、これが容易に行えるものである。
また、転造ローラ６１の送り速度Ｖの限界最小値Ｖmin 、転造ローラ６１の回転数Ｒの限界最大値Ｒmax 、転造性Ｐの限界最小値Ｐmin を考慮した加工条件の設定が行え、より現実に即した選定が行える。
【００３５】
更にまた請求項２記載の発明によれば、予め限界最小値Ｐmin 以上の所望の転造性Ｐf を設定し、このライン上において転造ローラ６１の回転数Ｒf と送り速度Ｖf とを選定するため、所望の転造性Ｐf を確実に保持した設定が容易に行える。
【００３６】
また請求項３記載の発明によれば、所望の転造性Ｐf を確保しながら、転造ローラ６１の回転数Ｒ及び送り速度Ｖを、バランス良く、極力大きく設定することができる。このため可変翼１の軸部１２の転造を高精度、高能率に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって製造される可変翼を組み込んだＶＧＳタイプのターボチャージャを示す斜視図（ａ）、並びに排気ガイドアッセンブリを示す分解斜視図（ｂ）である。
【図２】本発明によって製造される可変翼を示す正面図並びに左側面図である。
【図３】転造装置の作動態様を段階的に示す骨格的説明図である。
【図４】可変翼の軸部を転造する際において、転造性、転造ローラの回転数、転造ローラの送り速度の相互関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１可変翼
２タービンフレーム
３可変機構
６転造装置
１１翼部
１１ａ翼部形成部
１２軸部
１２ａ軸部形成部
１３テーパ部
１４鍔部
１５基準面
２１フレームセグメント
２２保持部材
２３フランジ部
２３Ａフランジ部（小）
２３Ｂフランジ部（大）
２４ボス部
２５受入孔
２６カシメピン
２７ピン孔
３１回動部材
３２伝達部材
３２Ａ駆動要素
３２Ｂ受動要素
３３リング
６１転造ローラ
６１Ａフリー回転ローラ
６１Ｂ可動ローラ
Ａ排気ガイドアッセンブリ
ＡＲエリア
Ｇ排気ガス
ｈ羽根高さ
Ｌライン（転造性の極大値を連ねた）
Ｐ転造性
Ｒ回転数（転造ローラ６１の）
Ｔ排気タービン
Ｖ送り速度（転造ローラ６１の）
Ｗ素形材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbocharger used for an automobile engine or the like, and in particular, when manufacturing a variable blade of an exhaust guide assembly incorporated in the turbocharger, a novel rolling method for finishing the shaft portion with high accuracy and high efficiency. It concerns the method.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  A turbocharger is known as a turbocharger that is used as a means to increase the output and performance of an automobile engine. This turbocharger drives the turbine by the exhaust energy of the engine, and rotates the compressor by the output of the turbine. It is a device that brings the engine to a supercharged state that is higher than natural intake. By the way, in this turbocharger, when the engine is rotating at a low speed, the exhaust turbine hardly works due to a decrease in the exhaust flow rate. Therefore, in an engine that rotates to a high rotation range, a feeling of stickiness until the turbine rotates efficiently, It was inevitable that the so-called turbo lag, etc. would be required for the subsequent blow-up. In addition, the diesel engine with low engine speed originally has a drawback that it is difficult to obtain a turbo effect.
[0003]
  For this reason, VGS type turbochargers have been developed that operate efficiently even in the low rotation range. In this system, a small exhaust flow rate is narrowed down with variable blades (blades), the exhaust speed is increased, and the work of the exhaust turbine is increased so that a high output can be exhibited even at a low speed. For this reason, in the VGS type turbocharger, a variable mechanism of a variable blade is required separately, and the peripheral components have to be more complicated in shape and the like than the conventional one.
[0004]
  In manufacturing a variable blade in such a VGS type turbocharger, for example, a metal in which a blade portion and a shaft portion are integrally formed by a precision casting method represented by lost wax casting or a metal injection molding method. There is a method of forming a raw material (a base material that is the original shape of the variable blade), and then subjecting the shaft portion of the base material to post-processing such as rolling to process it to a desired diameter. Incidentally, there is also a method of cutting the raw material appropriately and finally finishing the wings and shafts to the desired shape and dimensions, but such cutting methods are exclusively at the trial production stage etc. where the number of production is extremely small It was the method adopted.
[0005]
  In other words, variable blades that require high heat resistance, oxidation resistance, etc., are difficult to cut materials and require a lot of time for cutting. It was not always an efficient technique. In addition, about 10 to 15 variable blades are required for one turbocharger, so if the car is actually mass-produced about 30,000 units per month, 300,000 to 450,000 variable blades must be manufactured per month. However, it was not completely compatible with the cutting process (the limit was about 500 per day in the cutting process). For this reason, in mass production of variable blades, it is necessary to eliminate cutting as much as possible from the machining process, and the present inventor has developed non-cutting rolling technology based on new knowledge in shaft processing. Based on the premise of adoption, we are eagerly developing related technologies.
[0006]
  When performing the rolling described above, the shaft portion (shaft portion forming portion) of the base material is sandwiched between a pair of rolling rollers, and the shaft portion forming portion and the roller are relatively rotated to obtain a desired diameter. It is processed into a thickness. At this time, the approach speed of the roller (hereinafter referred to as the feed speed) and the rotation speed of the roller are listed as processing conditions at the time of rolling. For example, when many variable blades are to be rolled in a short time In general, if both the roller feed speed and the rotation speed are set to be large, the time required for rolling per product is shortened and mass production is possible. However, by simply setting the roller feed speed and the number of rotations to a large value, shaft elongation (a phenomenon in which the shaft portion extends in the axial direction) due to rolling or sharp edges (shaft tip portion is formed in a protruding state). The rollability is not necessarily improved. Generally, rather, both the feed speed and the rotational speed of the roller are set low, and the processing speed is slow. Rolling performance is improved by rolling.
[0007]
  For this reason, it is extremely difficult to select a processing condition that can improve productivity as much as possible while maintaining a suitable rollability, that is, a processing condition that considers both rollability and productivity. For example, it is often the case that a processing condition that is considered to be appropriate by trial and error is determined by a plurality of trials, or a processing method in which one of rolling property and productivity is prioritized is employed.
  However, the method of determining the processing conditions by trial and error has the problem that it takes a very long time, and the method that gives priority to the rollability has the disadvantage that it takes a lot of time for processing, and the productivity. In the method in which priority is mainly given, rolling with high accuracy cannot be performed, and defects such as axial elongation and sharp edges may occur.
[0008]
[Technical issues for which development was attempted]
  The present invention has been made in view of such a background. In rolling the shaft portion of the variable blade, the processing conditions for improving the productivity as much as possible while maintaining the desired rollability are set. This is an attempt to develop a new rolling method that can be set very easily.
  In recent years, especially in diesel vehicles, exhaust gas released into the atmosphere is strongly regulated from the viewpoint of environmental protection and the like._X In order to reduce the amount of particulate matter (PM) and the like, mass production of a VGS type turbocharger (a rolling method that does not require cutting) that can improve the efficiency of the engine from a low rotation range has been desired.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  That is, according to claim 1,The rolling method of the shaft portion of the variable blade applied to the exhaust guide assembly in the VGS type turbocharger is as follows:
  Shaft that is the center of rotation(12)And substantially exhaust gas(G)Wings that regulate the flow rate of(11)And
  Relatively little exhaust gas emitted from the engine(G)Narrow down the exhaust as appropriate(G)Amplifies the speed of the exhaust gas(G)Exhaust turbine with energy(T)Turn this exhaust turbine(T)A variable wing built into a VGS type turbocharger that sends air above natural aspiration to the engine with a compressor directly connected to the engine, so that the engine can deliver high output even at low speeds.(1)In manufacturing
  The variable wing(1)The wings(11)And shaft(12)Variable wing(1)Metal base material that is the original form of(W)This raw material is the starting material(W)Shaft forming part(12a)A set of rolling rollers(61)Is subjected to a rolling process to form a desired diameter and thickness,
  To improve productivity, simplyThe rolling roller(61)Rotation speed(R)And a set of rolling rollers(61)Feeding speed to approach(V)WhenJust set theShaft part due to shaft elongation, sharp edge or rolling caused by rolling(12)Comprehensive from the strain accumulated in the steel and the forging force required for rollingJudged and rolled shaft (12) Formability and rollability as an index of the ease of rolling process itself (P) Will drop,
  Rolling roller (61) Rotation speed (R) And feeding speed (V)In selecting the processing conditions,Rotational speed (R) And rollability (P) On a graph with different degrees of
  Rolling roller (61) Feeding speed (V) Is the minimum limit V min Rolling roller when (61) Rotation speed (R) And rollability (P) A trajectory showing the relationship between
  Rolling roller (61) Rotation speed (R) Limit maximum value R max And the line
  Rollability (P) The degree of limit P min The area surrounded by the line (AR) At the inner,
  Rolling roller (61) Rotation speed (R) And feed speed (V) WithThis is characterized in that machining conditions are set.
  According to the present invention, it is possible to easily set processing conditions (the number of rotations of the rolling roller and the feed speed) for improving the productivity as much as possible without reducing the rolling property. That is, generally, if the rotational speed and feed speed of the rolling roller are set high, productivity can be improved, but precise rolling cannot always be performed, while the rotation of the rolling roller If the number and feed rate are set low, precise rolling can be performed (excellent in rolling properties), but it is inevitable that productivity is inevitably lowered. For this reason, in the past, it was extremely difficult to set processing conditions that achieve both rollability and productivity. However, in the present invention, it is possible to easily set processing conditions considering both.
  AlsoPractical processing conditions can be set in consideration of the minimum limit value Vmin of the feed speed of the rolling roller, the maximum limit value Rmax of the rotational speed of the rolling roller, and the minimum limit value Pmin of the rollability.
[0010]
  Further claims2Described,The rolling method of the shaft portion of the variable blade applied to the exhaust guide assembly in the VGS type turbocharger is the above-mentioned claim.1In addition to the requirements listed,
  In selecting the processing conditions, the area(AR)The desired rolling property Pf (Pf> Pmin) is set inside, and on the line of the desired rolling property Pf, the rolling roller(61)Rotation speed(R)And rolling roller(61)Feeding speed(V)This is because it has been set to.
  According to the present invention, the desired rollability Pf can be obtained while taking into consideration the limit minimum value Vmin of the feed speed of the rolling roller, the limit maximum value Rmax of the rotational speed of the rolling roller, and the limit minimum value Pmin of the rollability. Processing conditions can be set easily and securely.
[0011]
  Hara [0012]
  And claims3Described,The rolling method of the shaft portion of the variable blade applied to the exhaust guide assembly in the VGS type turbocharger is the above-mentioned claim.2In addition to the requirements listed,
  In selecting the processing conditions,To maximize mass productivity,The area(AR)Rollability set within(P)The desired value Pf of(P)Rolling roller so that the maximum value of(61)Rotation speed(R)And rolling roller(61)Feeding speed(V)Is set as a processing condition.
  According to the present invention, it is possible to set the rotation speed and the feed speed of the rolling roller as large as possible with good balance while ensuring the desired rolling property Pf. Therefore, if the machining conditions are selected according to this setting, stable operation of quality and reliable operation (rolling) can be performed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The present invention will be described below based on the illustrated embodiments. In the description, while explaining the exhaust guide assembly A in the VGS type turbocharger to which the variable blade 1 manufactured according to the present invention is applied, the variable blade 1 will be described together, and then the shaft portion of the variable blade according to the present invention. The rolling method will be described.
  The exhaust guide assembly A adjusts the exhaust gas flow rate by appropriately narrowing the exhaust gas G particularly when the engine is running at a low speed. As shown in FIG. 1, as an example, the exhaust guide assembly A is provided on the outer periphery of the exhaust turbine T and substantially exhausts. A plurality of variable blades 1 for setting the flow rate, a turbine frame 2 for rotatably holding the variable blades 1, and a variable mechanism 3 for rotating the variable blades 1 at a constant angle so as to appropriately set the flow rate of the exhaust gas G. It is made up of. Each component will be described below.
[0013]
  First, the variable blade 1 will be described. As an example, as shown in FIG. 1, a plurality of these are arranged in an arc shape along the outer periphery of the exhaust turbine T (approximately 10 to 15 with respect to one exhaust guide assembly A). The exhaust gas flow is adjusted appropriately by rotating approximately the same degree. Each variable wing 1 includes a wing portion 11 and a shaft portion 12. The blade portion 11 is formed so as to have a constant width mainly according to the width dimension of the exhaust turbine T, and the cross section in the width direction is formed in a substantially wing shape so that the exhaust gas G is effectively exhausted. It is configured to go to T. In addition, the width dimension of the wing | blade part 11 is set to the blade | wing height h here for convenience.
  The shaft portion 12 is formed so as to be integrated with the wing portion 11 and is a portion corresponding to a rotation shaft when the wing portion 11 is moved.
[0014]
  A tapered portion 13 that narrows from the shaft portion 12 toward the wing portion 11 and a flange portion 14 that is somewhat larger in diameter than the shaft portion 12 are connected to the connection portion between the wing portion 11 and the shaft portion 12. Is formed. The bottom surface of the flange portion 14 is formed on substantially the same plane as the end surface of the blade portion 11 on the shaft portion 12 side, and this plane is a sliding surface when the variable blade 1 is attached to the turbine frame 2 and is variable. A smooth rotation state of the wing 1 is ensured. Further, a reference surface 15 serving as a reference for the mounting state of the variable wing 1 is formed at the tip of the shaft portion 12. The reference surface 15 is a portion fixed to the variable mechanism 3 to be described later by caulking or the like. As an example, as shown in FIGS. Are formed in a substantially constant inclination state.
[0015]
  The variable wing 1 manufactured according to the present invention first forms a metal material (hereinafter referred to as a “shape member W”) integrally including the wing portion 11 and the shaft portion 12 before completion. On the other hand, appropriate processing including rolling processing is performed to achieve the target shape and dimensional accuracy, and the variable blade 1 as a finished product is obtained. Here, each part of the wing part 11 and the shaft part 12 before the completed state formed in the raw material W is defined as a wing part forming part 11a and a shaft part forming part 12a, respectively. In the present invention, in particular, the shaft portion forming portion 12a (shaft portion 12) of the variable blade 1 is processed into a desired diameter and thickness by rolling.
[0016]
  Next, the turbine frame 2 will be described. This is configured as a frame member that rotatably holds a plurality of variable blades 1. As an example, as shown in FIG. 1, the variable blades 1 are sandwiched between a frame segment 21 and a holding member 22. Configured as follows. The frame segment 21 includes a flange portion 23 that receives the shaft portion 12 of the variable wing 1 and a boss portion 24 that fits the variable mechanism 3 described later on the outer periphery. Because of this structure, the flange portion 23 is formed with the same number of receiving holes 25 as the variable blades 1 at the peripheral portion at equal intervals. Further, the holding member 22 is formed in a disk shape having an open center portion as shown in FIG. The dimension between the two members is substantially constant (generally the blade width of the variable blade 1 so that the blade portion 11 of the variable blade 1 sandwiched between the frame segment 21 and the holding member 22 can be rotated smoothly at all times. As an example, the dimensions between the two members are maintained by caulking pins 26 provided at four positions on the outer peripheral portion of the receiving hole 25. Here, a hole opened in the frame segment 21 and the holding member 22 to receive the caulking pin 26 is referred to as a pin hole 27.
[0017]
  In this embodiment, the flange portion 23 of the frame segment 21 is composed of two flange portions, that is, a flange portion 23A having substantially the same diameter as the holding member 22 and a flange portion 23B having a diameter somewhat larger than that of the holding member 22. These are formed with the same member, but when processing with the same member is complicated, etc., two flange portions with different diameters are formed separately, and then caulking or brazing is performed. It is also possible to join by processing or the like.
[0018]
  Next, the variable mechanism 3 will be described. This is provided on the outer peripheral side of the boss portion 24 of the turbine frame 2 and rotates the variable blade 1 in order to adjust the exhaust flow rate. As an example, as shown in FIG. A rotating member 31 that causes the variable blade 1 to rotate and a transmission member 32 that transmits the rotation to the variable blade 1 are provided. As shown in the figure, the rotating member 31 is formed in a substantially disk shape with an open central portion, and the same number of transmission members 32 as the variable blades 1 are provided at equal intervals on the peripheral portion. The transmission member 32 includes a drive element 32A that is rotatably attached to the rotating member 31, and a passive element 32B that is fixedly attached to the reference surface 15 of the variable wing 1. The rotation is transmitted in a state where 32A and the passive element 32B are connected. Specifically, a square piece drive element 32A is rotatably pinned to the rotating member 31, and a passive element 32B formed in a substantially U shape so as to receive the drive element 32A is variable. The rotating member 31 is fixed to the reference surface 15 at the tip of the wing 1 and the rotating member 31 is attached to the boss portion 24 so that the square-shaped driving element 32A is fitted into the U-shaped passive element 32B and engaged with each other. is there.
[0019]
  In the initial state where a plurality of variable blades 1 are attached, in order to align them in a circumferential shape, each variable blade 1 and the passive element 32B must be attached at a substantially constant angle. The reference plane 15 of the variable wing 1 is mainly responsible for this action. Further, if the rotating member 31 is simply fitted in the boss portion 24, there is a concern that the engaging of the transmission member 32 is released when the rotating member 31 is slightly separated from the turbine frame 2. In order to prevent this, a ring 33 or the like is provided so as to sandwich the rotating member 31 from the opposite side of the turbine frame 2, and a tendency to press the rotating member 31 toward the turbine frame 2 is imparted.
  With this configuration, when the engine rotates at a low speed, the rotation member 31 of the variable mechanism 3 is appropriately rotated and transmitted to the shaft portion 12 via the transmission member 32, as shown in FIG. The variable vane 1 is rotated and the exhaust gas G is appropriately throttled to adjust the exhaust flow rate.
[0020]
  An example of the exhaust guide assembly A to which the variable blade 1 manufactured according to the present invention is applied is configured as described above. Hereinafter, the method for manufacturing the variable blade 1 will be described, and the variable blade of the present invention will be described. A method for rolling the shaft portion will be described.
(1) Preliminary material preparation process
  This step is a step in which the wing portion forming portion 11a and the shaft portion forming portion 12a are integrally provided, and a metal shaped member W that is the original shape of the variable wing 1 is prepared. In preparing such a shaped material W, appropriate methods such as precision casting, metal injection molding, blank material punching, and the like can be applied, and these methods will be schematically described below.
[0021]
(A) Precision casting
  For example, in the lost wax method, which is representative of precision casting, the target product (here, variable wing 1) is reproduced with a wax model almost faithfully in both shape and size, and this wax model is covered with a refractory. In this method, the wax part inside is melted to obtain only a refractory (coating material), and this is used as a mold. As described above, in precision casting, a casting (raw material W) can be reproduced with high accuracy by forming a mold almost faithfully in accordance with a target product. However, in the present embodiment, in casting, a virgin material having heat-resistant steel (alloy) as a main base material is applied, and the amount of C (carbon), Si (silicon), and O (oxygen) contained is optimized. For example, by making each weight% of C, Si, and O 0.05-0.5%, 0.5-1.5%, 0.01-0.1%, the molten metal flowability can be improved. It is possible to further improve the dimensional accuracy of the cast product. In addition, for example, after pouring, the cast metal material is rapidly cooled together with the mold, thereby shortening the time until mold crushing, miniaturizing the solidified grains of the shaped material W, and in the subsequent rolling process, A technical device that makes it difficult to generate a sharp edge (a sharp-angled portion formed in a protruding state from the tip of the shaft portion 12 by causing the metal material on the surface of the shaft portion 12 to plastically flow due to the rolling of the shaft portion 12). It can be taken.
[0022]
(B) Metal injection molding
  This technique involves kneading a binder (mainly an additive that binds metal powders together, for example, a mixture of polyethylene resin, wax, and phthalate ester) with the metal powder that is used as a material. This is a method of injecting into a desired shape, removing the binder, and then sintering, and a metal molded product (raw material W) can be obtained with high accuracy almost the same as precision casting. It is. At this time, in order to generate closed bubbles (spherical gaps between metal particles) in a small and uniform manner, sintering is performed over a period of about 30 minutes to 2 hours, or the molded product is an abbreviation of HIP (Hot Isostatic Pressing); It is possible to improve the bulk density of the molded product by performing an (isostatic pressing) process. In addition, a technical device for making the shape of the metal powder spherical and fine as much as possible by air atomization, water atomization, etc., and improving the high temperature rotational bending fatigue property of the shaped material W can be taken as appropriate.
[0023]
(C) Blank blank punching
  In this method, a blank material punched out from a steel strip having a substantially constant thickness (about 4 mm as an example) to have a volume (a volume of a metal material) that can realize the target variable blade 1 is obtained. This is a technique for forming the shape W. Of course, since the punching process is usually straight, it is impossible to form, for example, the cross section of the shaft portion 12 in a substantially circular shape only by the punching process, and the shaft portion of the blank material that has been punched is formed. The part 12a generally has a substantially square cross section. Therefore, after the punching process and before moving to the rolling process, for example, the shaft forming part 12a having a substantially square cross section is subjected to forging, coining, etc. to form a substantially circular cross section. To do. That is, substantially the same shape material W as precision casting, metal injection molding, etc. is obtained by a punching process and a modeling process. In addition, when changing the cross-sectional shape in the modeling process, corner R (fillet processing) or chamfering is performed on the corner portion of the blank portion (raw material W) such as the shaft portion forming portion 12a. Further, a technical device for making it close to a completed shape such as a circular shape can be appropriately employed. As a result, a dead metal flow state of the metal material is prevented, and smooth plastic flow of the metal material is promoted in a substantial modeling process. Incidentally, in the modeling process, the wing part 11 can also be formed into a desired shape at the same time.
[0024]
(2) Shaft rolling process
  Thus, after forming the base material W used as the original form of the variable wing | blade 1 by a suitable method, the axial part formation part 12a of this base material W is processed into desired diameter thickness by rolling.
(i) Explanation of rolling equipment
  First, an example of the rolling device 6 that can carry out the rolling method of the present invention will be described. For example, as shown in FIG. 3, the workpiece (molded material W) is sandwiched between a pair of rolling rollers 61 (dies), and the rolling roller 61 and the molded material W are relatively rotated. Rolling is performed. In this embodiment, one of the rolling rollers 61 is configured to be movable toward and away from a roller which is stationary and the other is stationary. Further, here, the non-moving roller is set in a free rotating state, and only the approachable / separable roller is rotationally driven. The pair of rolling rollers 61 is distinguished from the free rotating roller 61A and the movable roller 61B by reference numerals.
[0025]
  At the time of rolling, the rotation of the movable roller 61B is transmitted to the free rotating roller 61A through the sandwiched material W, and both the rolling rollers 61 rotate at substantially the same rotational speed. In addition, as shown in FIG. 3A, for example, the pair of rolling rollers 61 before rolling is on standby in a state of being charged and separated, and in the vicinity of the free rotating roller 61A (non-rotating state). After setting the shape member W (see FIG. 3B), the movable roller 61B is gradually approached while rotating at the time of rolling (see FIGS. 3B to 3D). Here, the approach of the pair of rolling rollers 61, that is, the movement of the movable roller 61B to the free rotating roller 61A is referred to as "feeding". It should be noted that a supporting jig can be applied as necessary to hold the base material W between the pair of rolling rollers 61 during the rolling process.
[0026]
(ii) Processing conditions and rollability
  Due to the fact that the shaft forming portion 12a of the variable blade 1 is rolled as described above, the processing conditions during rolling include, for example, the rotational speed R of the rolling roller 61 and the feed speed of the rolling roller. V. On the other hand, in order to comprehensively evaluate the rolling condition in the shaft portion 12 and the ease of performing the rolling process itself under such processing conditions, the shaft elongation, sharp edge, forging force (rolling during processing) The rolling property P is a comprehensive consideration of various factors such as the pressure applied by the forming roller 61 to the raw material W) and accumulated strain (strain accumulated in the shaft portion 12 by rolling). . Therefore, for example, “a state in which the rollability is very excellent” (corresponding to the uppermost portion of the vertical axis shown in FIG. 4) means that there is almost no axial elongation or sharp edge in the shaft portion 12 after processing, and that This means that the forging force required for manufacturing is small and the accumulated strain on the shaft portion 12 is extremely small.
[0027]
  In general, if the rolling roller 61 is rotated at a high speed and fed at a high speed (both the rotational speed R and the feeding speed V are set high), the time required to roll one variable blade 1 is reduced. Although it can be shortened and processed in large quantities, the rolling property P is generally lowered only by such setting. That is, generally, if the rolling roller 61 is in a high rotation / high speed feeding state, the variable blade 1 can be processed in large quantities (improves productivity), but the rolling property P decreases, for example, shaft elongation or Sharp edges and the like are likely to occur. On the other hand, in general, when the rolling roller 61 is in a low rotation / low speed feeding state, the rolling property P can be improved and highly accurate rolling can be performed, but it is difficult to perform rolling in large quantities. The present invention considers both mass productivity and rollability, and is capable of setting processing conditions so that mass productivity can be improved as much as possible while maintaining desired rollability. A processing condition setting method will be described with reference to a graph shown in FIG.
[0028]
(iii) About graphs
  First, the horizontal axis of the graph of FIG. 4 shows the rotational speed R (for example, the rotational speed per unit time) of the rolling roller 61, and the vertical axis shows the degree (degree) of superiority or inferiority of the rolling property P. Is. Here, “Rmax” on the horizontal axis indicates the maximum limit value of the number of rotations of the rolling roller 61, and the degree of rolling property to be maintained (generally, the higher the number of rotations the higher the number of rotations above a specific number of rotations). Since the manufacturability deteriorates, the maximum allowable rotation speed is almost determined according to the degree of rollability to be secured), or the maximum rotation speed R set in advance by the capability of the rolling device 6 itself, etc. It is a limit value. “Pmin” on the vertical axis indicates the minimum limit value of the rolling property P, and the minimum quality required for the shaft portion 12 as a functional part (the variable blade 1 can be smoothly and reliably rotated). This is the allowable limit value of the rollability P that is set in advance by the minimum rollability required for the shaft portion 12 as a mass-produced part or the like.
[0029]
  The above graph shows the relationship between the rotational speed R and the rollability P by variously changing the feed speed V of the rolling roller 61 in such a manner that the rotational speed R and the rollability P are different from each other. That is, the state (trajectory) of the change of the rolling property P according to the rotational speed R is shown. Here, when the trajectories with different feed speeds V are viewed individually, the trajectories of each trajectory improve as the rotational speed R increases, but at a certain stage (this is a maximum value). From the above, it can be seen that the rolling property P decreases. Further, when the trajectories are viewed as a whole, it is found that the local maximum values are located on a straight line (a line where the local maximum values are substantially connected is referred to as a line L). Of course, when each trajectory is viewed as a whole, it can be seen that the smaller feed rate V is located above the graph, and the lower the feed rate V, the better the rolling property P is. “Vmin” indicates the minimum limit value of the feed speed of the rolling roller 61, and the productivity (generally, the lower the feed speed is, the lower the productivity is. Accordingly, the minimum allowable feed speed is substantially determined), or the minimum limit value of the feed speed V set in advance by the capability of the rolling device 6 itself.
[0030]
  Accordingly, the processing conditions in the rolling process, that is, the rotation speed R and the feed speed V of the rolling roller 61 are the locus when the roller feed speed V is set to the limit minimum value Vmin in FIG. It is set in the area AR (inside the rectangle ABCD in the figure) surrounded by the maximum limit value Rmax of the number and the minimum value Pmin of the rollability. Further, in the figure, among the ones showing the state (trajectory) of the change in rolling property depending on the rotational speed by changing the feed speed V, V1, V2, V3 for those passing through the area AR. , V4 (V1 <V2 <V3 <V4).
[0031]
(iv) Specific setting procedure
  When a desired rolling property that passes through the area AR, for example, Pf (of course, the relation of Pf> Pmin is established), a position on the line of Pf in the area AR (for example, a cross in the figure). Then, it can be adopted as machining conditions everywhere, but in the actual site, productivity is mainly given priority. Therefore, in order to set both the feed speed V and the rotation speed R as large as possible, The feed speed V (here, Vf) and the rotational speed R (here, Rf) are set so that the intersection with the line L is a maximum value. In other words, the feed speed V and the rotation speed R are set so that the desired rollability Pf is the maximum value of the rollability in the area AR.
[0032]
  Here, for convenience of explanation for selecting the feed speed Vf and the rotational speed Rf, the rolling property Pf whose trajectory (Vf trajectory) is known in advance is illustrated, but in selecting these processing conditions, it is not always necessary. The trajectory of rollability need not be clarified. That is, in this embodiment, since the knowledge that the maximum value of rollability is almost continuous on the line L as described above has been obtained, the locus of rollability is not clear and the feed rate is not clear. Even if it cannot be clearly read from the graph, the feed speed Vf can be estimated almost accurately from, for example, the value of the rotational speed Rf and other rolling trajectories.
  As described above, in the present embodiment, it is possible to easily and accurately select the processing conditions that can improve the productivity as much as possible while maintaining the desired rollability, and the rotational speed R and the feed speed of the roll roller 61. Since V can be set in a well-balanced manner, desirable operations can be performed in terms of product quality stability and reliability, and mass production of the variable blade 1 at a high quality level can be made more realistic.
[0033]
(3) Machining of the entire wing and variable wing
  In addition, the shaped material W that has been subjected to the rolling process (in this state, the shaped material W is almost in the completed state of the variable blade 1), the blade height h is appropriately polished, Barrel polishing or the like is performed to achieve a desired shape and dimensional accuracy.
  In the present embodiment, the shaft portion 12 of the variable blade 1 is rolled by the two rolling rollers 61, but this is not always necessary, and three or more rolling rollers 61 are provided. It is possible to apply and roll the shaft portion 12. Incidentally, when the three rolling rollers 61 are applied, not only a configuration in which one is a movable roller 61B and the remaining two are free rotating rollers 61A, but two are movable rollers 61B and the remaining one Can be configured as a free rotating roller 61A.
[0034]
【The invention's effect】
  First, according to the first aspect of the present invention, it is possible to easily set the rotational speed R and the feed speed V of the rolling roller 61 in consideration of both productivity and rollability P. Incidentally, if one variable blade 1 is rolled at a high speed in a short time, the productivity is improved, but the rolling property is lowered, and axial elongation, sharp edges, etc. are likely to occur. In general, it has been extremely difficult to set the processing conditions to achieve both productivity and rollability. However, in the present application, this can be easily performed.
  Further, the processing conditions can be set in consideration of the limit minimum value Vmin of the feed speed V of the rolling roller 61, the limit maximum value Rmax of the rotational speed R of the rolling roller 61, and the limit minimum value Pmin of the rolling property P. Can be selected according to reality.
[0035]
  Further claims2According to the described invention, a desired rolling property Pf equal to or greater than the minimum limit value Pmin is set in advance, and the rotational speed Rf and the feed speed Vf of the rolling roller 61 are selected on this line. Therefore, it is possible to easily perform the setting with the property Pf held securely.
[0036]
  And claims3According to the described invention, the rotational speed R and the feed speed V of the rolling roller 61 can be set as large as possible in a well-balanced manner while ensuring the desired rollability Pf. For this reason, the shaft part 12 of the variable blade 1 can be rolled with high accuracy and high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view (a) showing a VGS type turbocharger incorporating variable blades manufactured according to the present invention, and an exploded perspective view (b) showing an exhaust guide assembly.
FIG. 2 is a front view and a left side view showing a variable blade manufactured according to the present invention.
FIG. 3 is a skeleton explanatory view showing the operation mode of the rolling device in stages.
FIG. 4 is a graph showing the interrelationship between rollability, the number of rotations of the rolling roller, and the feed speed of the rolling roller when rolling the shaft portion of the variable blade.
[Explanation of symbols]
  1 Variable wing
  2 Turbine frame
  3 Variable mechanism
  6 Rolling equipment
  11 Wings
  11a Wing formation part
  12 Shaft
  12a Shaft forming part
  13 Taper
  14 Buttocks
  15 Reference plane
  21 frame segments
  22 Holding member
  23 Flange
  23A Flange (Small)
  23B Flange (Large)
  24 Boss
  25 receiving hole
  26 Caulking Pin
  27 pin hole
  31 Rotating member
  32 Transmission member
  32A driving element
  32B passive element
  33 rings
  61 Rolling roller
  61A Free rotating roller
  61B Movable roller
  A Exhaust guide assembly
  AR area
  G exhaust gas
  h Blade height
  L line (continuous maximum rollability)
  P Rollability
  R Rotational speed (of rolling roller 61)
  T Exhaust turbine
  V Feeding speed (of rolling roller 61)
  W Material

Claims

A shaft portion (12) serving as a rotation center, and a wing portion (11) that substantially adjusts the flow rate of the exhaust gas (G) ,
Relatively small exhaust gas discharged from the engine (G) the appropriate narrowing, to amplify the velocity of the exhaust gas (G), turn the exhaust turbine (T) in the energy of the exhaust gas (G), the exhaust turbine (T) When manufacturing variable wings (1) incorporated in a VGS type turbocharger that sends air above natural intake to the engine with a compressor directly connected to the engine, and the engine can deliver high output even at low speeds. ,
The variable wing (1) starts from a metal shape material (W), which is the original shape of the variable wing (1) , which integrally includes the wing (11) and the shaft (12). The shaft part forming part (12a) of the profile (W) is subjected to a rolling process with a set of rolling rollers (61) to form a desired diameter and thickness.
To improve productivity, simply, the rotational speed of the rolling roller (61) and (R), only by setting high a feed rate to approach a set of rolling rollers (61) (V) is State of shaft (12) after rolling, comprehensively judged from shaft elongation ( sharp edge ) caused by rolling, distortion accumulated in shaft (12) due to rolling, and rolling force required for rolling And the rollability (P), which is an index of ease of performing the rolling process itself, decreases,
When selecting the processing conditions between the rotation speed and feed rate of the rolling roller (61) (R) (V ) , the rotational speed and the (R), and a degree of rolling resistance (P), and two different axes On the graph
A locus indicating the relationship between the rotational speed (R) of the rolling roller (61 ) and the rolling property (P) when the feed speed (V ) of the rolling roller (61) is set to the minimum limit value V min ;
A line in which the number of rotations (R ) of the rolling roller (61) is the maximum limit value R max ;
In the area surrounded the degree of rolling resistance (P) by a line which is as a limit minimum value P min (AR),
The rotational speed of the rolling roller (61) (R), the axis of the variable vane to be applied to the exhaust guide assembly in VGS type turbocharger, characterized in that the the to set the machining conditions and the feed velocity (V) Part rolling method.

Wherein when selecting the processing conditions, in the area (AR), and sets the desired rolling resistance Pf (Pf> Pmin), the line on the desired rolling resistance Pf, rolling the roller (61) variable to the rotation speed and (R), is applied to the exhaust guide assembly in rolling roller (61) VGS type turbocharger according to claim 1, characterized in that so as to set the feed rate and (V) of Rolling method of wing shaft.

Wherein when selecting the processing conditions, in order to mass productivity to the maximum, desired value Pf of the area set rolling resistance in the (AR) (P) becomes the maximum value of the rolling resistance (P) as such, the rotation speed of the rolling roller (61) and (R), rolling the roller feed rate (61) and (V), according to claim 2, characterized in that the set as the processing condition A rolling method of a shaft portion of a variable blade applied to an exhaust guide assembly in a VGS type turbocharger.