JP4829575B2 - Manufacturing method of aluminum alloy forgings - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金製鍛造成形品およびその製造方法に関するもので、特には主成形方向に平行な溝状部位を有する成形品を鍛造成形する工程を含むアルミニウム合金製鍛造成形品に関するもので、例えば、自動車に搭載する空調用ロータリー式コンプレッサーのローターや、ブレーキ制御用のロータリー式真空ポンプのローター素材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an aluminum alloy forged molded article and a method for producing the same, and more particularly to an aluminum alloy forged molded article including a step of forging a molded article having a groove-like portion parallel to the main molding direction. For example, the present invention relates to a method for manufacturing a rotor material of a rotary compressor for air conditioning mounted on an automobile or a rotor material of a rotary vacuum pump for brake control.
主成形方向に平行な溝状部位を有する成形品として、コンプレッサーのローターやブレーキ制御用のロータリー式真空ポンプのローターがある。自動車に搭載する空調用ロータリー式コンプレッサーのローターやブレーキ制御用のロータリー式真空ポンプのローターは、軽量化を目的としてアルミニウム合金製が主流になっている。通常、このローターの鍛造用素材は円筒形の外周から内側に向かってベーン収納のための複数の溝が切られた形状になっている。最終的には、この鍛造用素材は、その中心部に機械加工によりシャフト挿入用の穴を開け、寸法出しのための機械加工を施してローター製造に使用される。 As a molded product having a groove-like portion parallel to the main molding direction, there are a compressor rotor and a rotor of a rotary vacuum pump for brake control. The rotors of air-conditioning rotary compressors and brake-controlled rotary vacuum pumps mounted on automobiles are mainly made of aluminum alloy for the purpose of weight reduction. Usually, the rotor forging material has a shape in which a plurality of grooves for accommodating vanes are cut inward from the outer periphery of the cylindrical shape. Finally, this forging material is used for manufacturing a rotor by making a hole for inserting a shaft in the center by machining and performing machining for dimensioning.
図14は、従来の鍛造方法によってローター素材を製造する工程の一例である。従来の方法では、図14(A)のように所定の長さに切断し加熱されたアルミニウム材料をブランク(鍛造用素材)2としてブッシュ3に投入する。図14(B)は、上方より上型1である加圧パンチが円筒形の長手方向で必要とされる寸法を得るための所定のストロークを降下し、ローター素材の成形が完了した状態を表している。その後、図14(C)のように、下方からノックアウトピン8によって鍛造品が排出される。
FIG. 14 is an example of a process for producing a rotor material by a conventional forging method. In the conventional method, as shown in FIG. 14A, an aluminum material cut into a predetermined length and heated is put into the
このローター素材の製造方法としては、熱間鍛造による方法が知られており、例えば、特開平3−165948号公報には以下の方法が開示されている。 As a method for producing this rotor material, a method by hot forging is known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-165948 discloses the following method.
複数のベーン収納部を有するアルミニウム合金製ローターの製造方法において、ダイス穴の軸方向に垂直な断面をコンテナ内の軸方向に垂直な断面に対して減少させるかあるいは同じとし、互いに同軸上に配置されたダイスとコンテナを有する金型構造を用い、ブランクをコンテナ内に挿入し、該ブランクを前記ローター素材の外輪郭形状を有しているダイスの穴の中に加圧パンチによって押し込み、ダイプレートによりバックアップされる前記ダイス穴内のブランクを前記ダイプレート内のノックアウトパンチによってコンテナを通してノックアウトを取り出すことを特徴とするアルミ合金製ローターの製造方法が開示されている。 In the manufacturing method of an aluminum alloy rotor having a plurality of vane storage portions, the cross section perpendicular to the axial direction of the die hole is reduced or the same as the cross section perpendicular to the axial direction in the container, and arranged coaxially with each other. Using a die structure having a die and a container, a blank is inserted into the container, and the blank is pushed into a hole of a die having an outer contour shape of the rotor material by a pressure punch, and a die plate A manufacturing method of an aluminum alloy rotor is disclosed, in which the blank in the die hole backed up by the above is taken out through a container by a knockout punch in the die plate.
しかし、この鍛造方法では、鍛造品の下端面のコーナー部付近にパンチ荷重が伝わり難く、完全に材料がダイス内に充填されることが難しい。そのため、鍛造品の、特に形状精度が必要なベーン収納溝の溝幅が製品端面付近で広がるという問題がある。そのために、本来必要な寸法よりも長い鍛造品を得て、溝幅が広がっている部分を切削加工することにより、所定形状を有した部分のみを残して製品とするという処理が必要になるため、材料歩留まりが悪くなる。 However, with this forging method, it is difficult for the punch load to be transmitted near the corner portion of the lower end surface of the forged product, and it is difficult to completely fill the die with the material. Therefore, there is a problem that the groove width of the vane housing groove, which requires a shape accuracy, in particular, forged products is widened near the end face of the product. Therefore, it is necessary to obtain a forged product that is longer than necessary and cut the part where the groove width is widened, so that only the part having a predetermined shape is left as a product. , The material yield will deteriorate.
上記の課題を解決するために、例えば特開2000−117381号公報には、以下のような鍛造方法が開示されている。 In order to solve the above problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-117381 discloses the following forging method.
(1)ベーン収納溝を有するアルミニウム合金製ローター素材を鍛造法により製造する際、ベーン収納溝を成形するダイス羽根部の下部に位置するアンビル上のダイス羽根部の脇にあたる部分に凸部を設け、それにより鍛造品端面のベーン収納溝脇に凹部を成形することによりベーン収納溝の溝幅の広がりを矯正することを特徴とする鍛造方法、及び(2)前記凸部の総面積が製品端面の面積の30%以下であることを特徴とする上記(1)に記載の鍛造方法、及び(3)前記凸部の位置がダイス羽根部から4mm以下であることを特徴とする上記(1)〜(2)記載の鍛造方法、及び(4)前記凸部の高さが0.3mm以上3mm以下であることを特徴とする上記(1)〜(3)記載の鍛造方法が開示されている。 (1) When an aluminum alloy rotor material having a vane storage groove is manufactured by a forging method, a convex portion is provided at a part corresponding to the side of the die blade part on the anvil located at the lower part of the die blade part forming the vane storage groove. A forging method characterized in that the groove width of the vane storage groove is corrected by forming a recess on the end of the vane storage groove on the end surface of the forged product, and (2) the total area of the protrusions is the end surface of the product The forging method according to the above (1), characterized in that the area is 30% or less, and (3) the position of the convex part is 4 mm or less from the die blade part (1) The forging method described in (2) and (4) the forging method described in (1) to (3) above, wherein the height of the convex portion is 0.3 mm or more and 3 mm or less. .
一方で、熱間鍛造後に機械加工されていたシャフト挿入用の穴を、熱間鍛造でセンター穴としてベーン収納溝と一緒に鍛造成形する方法がある。これにより、切削加工代を大幅に削減し、鍛造用素材の歩留まりの向上を図ることができる。 On the other hand, there is a method in which a shaft insertion hole that has been machined after hot forging is forged together with a vane storage groove as a center hole by hot forging. Thereby, the cutting cost can be significantly reduced, and the yield of the forging material can be improved.
しかし、上記の熱間鍛造でセンター穴とベーン収納溝を一緒に鍛造成形する際、センター穴として成形される部分の鍛造用素材が成形方向とは逆向きに流動するため、鍛造品の下端面のコーナー部付近で鍛造用素材が不足する。センター穴のない場合に比べて鍛造品の下端面のコーナー部付近にメタルを充填させることが難しくなり、鍛造品の特に形状精度が必要なベーン収納溝の溝幅が製品端面付近で広がる問題点が発生する。原理的に、鍛造荷重を十分に高くすれば、鍛造品の下端面のコーナー部付近にも十分に鍛造用素材を充満させることは可能であるが、その場合はダイスに加わる荷重が過大となり、ダイス寿命が短くなってしまう問題点と、ダイスへの大きな荷重によってダイス羽根部が変形し、逆にベーン収納溝の寸法精度が低下する問題点が生ずる。 However, when the center hole and the vane storage groove are forged together by the above hot forging, the forging material of the part formed as the center hole flows in the direction opposite to the molding direction, so the lower end surface of the forged product There is not enough forging material near the corner. Compared to the case where there is no center hole, it becomes difficult to fill the metal near the corner of the lower end surface of the forged product, and the groove width of the vane storage groove, which requires the shape accuracy of the forged product, is widened near the product end surface. Will occur. In principle, if the forging load is sufficiently high, it is possible to sufficiently fill the forging material near the corner portion of the lower end surface of the forged product, but in that case, the load applied to the die becomes excessive, There arises a problem that the life of the die is shortened and a problem that the die blade portion is deformed by a large load on the die and the dimensional accuracy of the vane housing groove is lowered.
本発明者が、センター穴を有するローター素材において、特開2000−117381に開示されている方法で、ベーン収納溝の溝幅が製品端面付近で広がりを抑制できるか調査したが、十分な効果を確認することができなかった。この方法でも、鍛造荷重を十分に高くすれば、鍛造品の下端面のコーナー部付近にも十分に鍛造用素材を充満させることは可能である。しかし、金型への負荷が大きくなり、前述と同様にダイス寿命が短くなる問題点と、ベーン収納溝の寸法精度が低下する問題点が生ずる。 The present inventor investigated whether the groove width of the vane storage groove can be suppressed in the vicinity of the end face of the product by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-117381 in the rotor material having the center hole. I could not confirm. Even in this method, if the forging load is sufficiently high, the forging material can be sufficiently filled in the vicinity of the corner portion of the lower end surface of the forged product. However, there is a problem that the load on the mold is increased, the die life is shortened as described above, and the dimensional accuracy of the vane storage groove is lowered.
一方で、成形品の端部の形状の張を改善する工法として、背圧鍛造工法がある。背圧鍛造工法は、例えば、スクロールの羽根の高さを均一に充満させるために用いられており、鍛造時に材料の先端面に鍛造方向と逆向きの荷重を加えながら材料を圧下することで、荷重が伝わりにくい材料先端部も高精度で成形することを可能とする手法である。例えば、国際特許WO01-077398号公報に、鍛造スクロール部品及びその製造方法が開示されている。
センター穴を有するローター素材の鍛造においても、背圧鍛造工法によって、鍛造品の下端面のコーナー部付近にも材料を充分に充填させることができる。しかし、製品端面付近でベーン収納溝の溝幅が広がる問題は解消されるが、その反面、単に背圧工法を適用したのであっては新たに別の問題点が発生していることが判明した。 Also in the forging of the rotor material having the center hole, the material can be sufficiently filled in the vicinity of the corner portion of the lower end surface of the forged product by the back pressure forging method. However, the problem that the groove width of the vane storage groove widens near the end face of the product is solved, but on the other hand, it has been found that another problem has occurred if the back pressure method is simply applied. .
金型のダイス羽根部の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形が生じ、ベーン収納溝の位置寸法精度が悪くなる問題が発生する。ベーン収納溝の位置寸法精度が悪くなると、所定の寸法精度を確保するために結局切削加工を施すことが必要となり、やはり材料歩留まりが悪くなるという問題が発生する。 There arises a problem that the deformation of the die blade portion of the mold is deformed in the direction perpendicular to the axial direction or twisted, and the positional dimensional accuracy of the vane housing groove is deteriorated. If the positional dimensional accuracy of the vane storage groove is deteriorated, it is necessary to perform cutting in order to ensure the predetermined dimensional accuracy, which also causes a problem that the material yield is deteriorated.
本発明は上記事情に鑑み、主成形方向に溝状部位を有する成形品を鍛造成形して製造する際において、溝状部位の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善し、後工程の切削処理の省略、処理工数の削減を図ることを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention improves the accuracy of the groove width dimension and the groove position dimension of the groove-shaped part when forging and manufacturing a molded product having the groove-shaped part in the main molding direction, and performs post-process cutting. The purpose is to omit processing and reduce processing man-hours.
本発明は、以下の手段を提供する。すなわち、
(1)鍛造成形されたアルミニウム合金製ローター素材であって、組成が、Siが14〜16質量%、Cuが4〜5質量%、Mgが0.45〜0.65質量%、Feが0.5質量%以下、Mnが0.1質量%以下、Znが0.1質量%以下、Tiが0.2質量%以下を含有し、残りがAlと不可避不純物であり、鍛造成形品の寸法精度の悪いところを削除するような下端面の切削処理が施されることなく、ベーン収納溝の溝幅の端面付近での広がりが50μm以下、上端面と下端面のベーン収納溝円筒部の中心位置の差が0.075mm以下の寸法精度を有することを特徴とする主成形方向に平行なベーン収納溝を有する鍛造成形されたアルミニウム合金製ローター素材を製造するためのアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法であって、上金型と成形孔内に突出した薄板状部位を有する下金型とを用いて、主成形方向に平行なベーン収納溝を有する鍛造成形品を鍛造成形する工程を含み、鍛造用素材の主成形方向の先端面に背圧力を付与した背圧板が下金型に設けられているベーン収納溝形成部よりも1mm以上高い位置で待機した状態で成形を開始することで、ベーン収納溝の溝幅の製品端面付近での広がりを抑制し、鍛造用素材の成形孔内への充填率が10%〜55%の間に該背圧力を瞬間的に除去することで、背圧板をフリーにしてダイス羽根部にかかる高圧力を開放するとともに、ダイス羽根部の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形を抑制してベーン収納溝の位置寸法精度の悪化を抑えることを特徴とするアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(2)上記上金型は、加圧パンチからなる上型を含み、上記充填率は、成形開始時点での上型の下死点までの長さをL、上型の所定のスライド角度でのパンチストロークの長さをΔLとしたとき、[ΔL÷L×100]%で表されることを特徴とする前項1に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(3)上記上金型は、加圧パンチからなる上型を含み、上記充填率は、成形開始時点での上型の下死点までの長さをM、成形開始時点から移動したときのパンチストロークの長さをΔMとしたとき、[ΔM÷M×100]%で表されることを特徴とする前項1に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(4)上記記充填率が10%〜30%の間に背圧力を瞬間的に除去する前項1〜3の何れか1項に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(5)背圧力が2kg/cm2以上、7kg/cm2以下の範囲であることを特徴とする前項1〜4の何れか1項に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(6)背圧力が油圧クッションおよび/またはガスクッションによるものであることを特徴とする前項1〜5の何れか1項に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(7)アルミニウム合金連続鋳造棒、アルミニウム合金の押出材、粉末アルミニウム合金の押出材、もしくはこれらの圧延材のいずれか1種を鍛造用素材として用いる前項1〜6の何れか1項に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(8)アルミニウム合金の組成が、Siが14〜16質量%、Cuが4〜5質量%、Mgが0.45〜0.65質量%、残りがAlと不可避不純物である鍛造用素材を用いることを特徴とする前項1〜7の何れか1項に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
(9)鍛造用素材のアルミニウム合金の組成に、Feが0.5質量%以下、Mnが0.1質量%以下、Znが0.1質量%以下、Tiが0.2質量%以下添加されていることを特徴とする前項8に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。
The present invention provides the following means. That is,
(1) Forged aluminum alloy rotor material having a composition of 14 to 16% by mass of Si, 4 to 5% by mass of Cu, 0.45 to 0.65% by mass of Mg, and 0 of Fe .5% by mass or less, Mn is 0.1% by mass or less, Zn is 0.1% by mass or less, Ti is 0.2% by mass or less, and the remainder is Al and inevitable impurities. The width of the vane storage groove near the end face is not more than 50 μm without cutting the lower end surface so as to eliminate the inaccurate portion, and the center of the vane storage groove cylindrical portion of the upper end face and the lower end face An aluminum alloy forged molded product for producing a forged aluminum alloy rotor material having a vane storage groove parallel to the main molding direction, wherein the positional difference has a dimensional accuracy of 0.075 mm or less . A manufacturing method comprising: The main molding of the forging material includes the step of forging a forged molded article having a vane storage groove parallel to the main molding direction using a mold and a lower mold having a thin plate-like portion protruding into the molding hole. The groove width of the vane storage groove is started when the back pressure plate with back pressure applied to the front end surface in the direction stands by at a position higher than the vane storage groove forming part provided in the lower mold by 1 mm or more. In the die, the back pressure plate is freed by suppressing the spread in the vicinity of the product end surface and instantaneously removing the back pressure while the filling rate of the forging material into the forming hole is 10% to 55%. Made of aluminum alloy that releases high pressure applied to the blade and suppresses the deformation of the vane storage groove by suppressing the deformation and twisting in the direction perpendicular to the axial direction of the die blade. Manufacturing method for forged products.
(2) The upper die includes an upper die made of a pressure punch, and the filling rate is such that the length to the bottom dead center of the upper die at the start of molding is L, and a predetermined sliding angle of the upper die The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to
(3) The upper mold includes an upper mold made of a pressure punch, and the filling rate is M when the length from the molding start time to the bottom dead center of the upper mold is M. 2. The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to
(4) The method for producing an aluminum alloy forged molded article according to any one of
(5) back pressure is 2 kg / cm 2 or more, any method for producing an aluminum alloy forged product according to one of the above 1 to 4, characterized in that a 7 kg / cm 2 or less.
(6) The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to any one of
(7) The aluminum alloy continuous cast rod, the extruded material of aluminum alloy, the extruded material of powdered aluminum alloy, or any one of these rolled materials is used according to any one of the preceding
(8) The composition of the aluminum alloy uses a forging material in which Si is 14 to 16% by mass, Cu is 4 to 5% by mass, Mg is 0.45 to 0.65% by mass, and the remainder is Al and inevitable impurities. 8. The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to any one of
(9) Fe is 0.5 mass% or less, Mn is 0.1 mass% or less, Zn is 0.1 mass% or less, and Ti is 0.2 mass% or less to the aluminum alloy composition of the forging material. manufacturing method of an aluminum alloy forged product as recited in claim 8, wherein the are.
(1)に記載の本発明の鍛造成形されたアルミニウム合金製ローター素材を製造するためのアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法によれば、主成形方向に平行なベーン収納溝を有する鍛造成形品を鍛造成形する際において、ベーン収納溝の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善し、後工程の切削処理を省略、処理工数を削減させて、アルミニウム合金製ローターを製造することができる。
(2)に記載の本発明の製造方法によれば、充填率を成形時のパンチストロークの長さによって予め算出することができる。
(3)に記載の本発明の製造方法によれば、充填率を成形時のパンチストロークの長さによって予め算出することができる。
(4)に記載の本発明の製造方法によれば、より確実に、ベーン収納溝の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善できる。
(5)に記載の本発明の製造方法によれば、ベーン収納溝の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善できる。
(6)に記載の本発明の製造方法によれば、簡便な方法にて、ベーン収納溝の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善できる。
(7)に記載の本発明の製造方法によれば、ベーン収納溝の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善できる。
(8)に記載の本発明の製造方法によれば、耐磨耗性と強度に優れ、低熱膨張係数が得られる。自動車に搭載する空調用コンプレッサー部品の使用に適している。
(9)に記載の本発明の製造方法によれば、耐磨耗性と強度に優れ、低熱膨張係数が得られる。自動車に搭載する空調用コンプレッサー部品の使用に適している。
Forged product having a forged molded according to the method of manufacturing the aluminum alloy forged product for producing aluminum alloy rotor material, parallel to the main forming direction vane accommodating grooves of the present invention described in (1) When forging is formed, the accuracy of the groove width dimension and the groove position dimension of the vane housing groove is improved, the subsequent cutting process is omitted, and the processing man-hours can be reduced to manufacture the aluminum alloy rotor .
According to the manufacturing method of the present invention described in (2) , the filling rate can be calculated in advance by the length of the punch stroke at the time of molding.
According to the manufacturing method of the present invention described in (3) , the filling rate can be calculated in advance by the length of the punch stroke at the time of molding.
According to the manufacturing method of this invention as described in (4) , the precision of the groove width dimension of a vane accommodation groove | channel and a groove position dimension can be improved more reliably.
According to the manufacturing method of the present invention described in (5) , the accuracy of the groove width dimension and the groove position dimension of the vane storage groove can be improved.
According to the manufacturing method of the present invention described in (6) , the accuracy of the groove width dimension and the groove position dimension of the vane storage groove can be improved by a simple method .
According to the manufacturing method of this invention as described in (7) , the precision of the groove width dimension of a vane accommodation groove | channel and a groove position dimension can be improved.
According to the production method of the present invention described in (8), it is excellent in wear resistance and strength, and a low thermal expansion coefficient is obtained. Suitable for use in air conditioning compressor parts mounted on automobiles.
According to the production method of the present invention as described in (9), it is excellent in wear resistance and strength, and a low thermal expansion coefficient is obtained. Suitable for use in air conditioning compressor parts mounted on automobiles.
例えば、本発明の方法によれば、ローターのベーン収納溝の溝幅の製品端面付近で広がりを抑制し、例えば、溝幅の広がり最大幅を50μm以下(好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下)、ダイス羽根部の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形によるベーン収納溝の寸法精度の悪化を防ぐ、例えば、ベーン収納溝円筒部の中心位置の上下での差を0.075mm以下(好ましくは0.06mm未満、より好ましくは0.05mm以下)とすることができる。
好ましくは、ベーン収納溝の円筒部の外周から中心方向へ5.5mmの範囲に溝幅の広がりを抑えることができる。
For example, according to the method of the present invention, the spread of the groove width of the vane storage groove of the rotor is suppressed in the vicinity of the product end surface. For example, the maximum width of the groove width is 50 μm or less (preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less. ), Preventing deterioration of the dimensional accuracy of the vane storage groove due to deformation or torsional deformation in the direction perpendicular to the axial direction of the die blade, for example, the difference between the upper and lower central positions of the vane storage groove cylindrical portion is 0.075 mm or less (Preferably less than 0.06 mm, more preferably 0.05 mm or less).
Preferably, the expansion of the groove width can be suppressed within a range of 5.5 mm from the outer periphery of the cylindrical portion of the vane storage groove toward the center.
このため、鍛造成形品として所定の範囲の寸法精度が得られているので、後工程での鍛造品端面の切削加工処理を省略または切削加工量を減らすことができ、素材投入量を減らして歩留まりを向上させるとともに、寸法精度が良好なローターを安価に製造できる。 For this reason, dimensional accuracy within a predetermined range is obtained as a forged molded product, so that it is possible to omit the cutting processing of the forged product end face in the subsequent process or to reduce the amount of cutting, and to reduce the material input amount and the yield. And a rotor with good dimensional accuracy can be manufactured at low cost.
本発明を詳細について説明する。本発明の対象である主成形方向にベーン収納溝を有する鍛造成形品として、コンプレッサーのローターやブレーキ制御用のロータリー式真空ポンプのローターがあるが、これを一例として本発明を説明する。 The present invention will be described in detail. Forged molded products having vane storage grooves in the main molding direction, which is the subject of the present invention, include a rotor of a compressor and a rotor of a rotary vacuum pump for brake control. The present invention will be described as an example.
本発明で製造するローター10は、図1に示すように円筒部の外周11でかつ軸方向に複数のベーン収納溝12およびシャフトを貫通させるセンター穴13を有したものである。
As shown in FIG. 1, the
通常、このローター10の鍛造用素材は円筒形の外周から内側に向かってベーン収納のための複数のベーン収納溝12が切られた形状になっている。その寸法は、例えば、円筒形の外周の直径が54〜68mm、ベーン溝の幅が2.8〜3.1mm、ベーン溝の深さ(円筒形の外周から中心方向の溝の長さ)が43.0〜54.0mm、円筒形の長手方向の長さが31.5〜44.0mmである。
Usually, the forging material of the
次に、ローター10の製造に用いる背圧鍛造金型を例として、本発明に用いる金型について説明する。本発明で用いる金型14の分解斜視図を図2に示す。金型14は、上金型15、下金型16から構成され、上金型15は、加圧パンチからなる上型15aを含んで構成され、下金型16は、下型16aを固定し鍛造成形前の鍛造用素材を収納するための貫通した穴16bを有するブッシュ16c、図3に示したように成形孔17の壁面から内方側に突出したベーン収納溝12を形成するためのダイス羽根部(ベーン収納溝形成部)18を5個有した下型16a、下型16aと同様にベーン収納溝形成部を有し下パンチを摺動自在に収めることができるダイスB16d、プレス装置より背圧が加えられる背圧板(下パンチ)16e、センター穴を成形する円筒形状の突出部を有するセンターピン16f、中心位置に焼き嵌めにより固定されたセンターピン16fとノックアウトピン貫通用の貫通孔16hとを有するダイスC16i、プレス装置からの背圧力を下パンチに伝達し、なおかつ鍛造成形品を型内から取り出すためのノックアウトピン16gを含んで構成されている。
なお、本実施例では金型を分割する関係上、下型16aとダイスB16dに分けているが、一体ものであっても良い。
Next, a die used in the present invention will be described by taking a back pressure forging die used for manufacturing the
In the present embodiment, the
図4は、本発明の金型を用い、背圧力を付与した鍛造方法によるローター素材を鍛造成形する工程の一例である。本発明の背圧鍛造工法では、先ず、成形開始前に下型16aに設けられた成形孔17のベーン収納溝形成部よりも1mm以上高い位置(図7、符合Z)に背圧板(下パンチ)16eを待機させており、背圧板16eにノックアウトピン16gを介して背圧が負荷されている。
背圧板(下パンチ)16eを1mm以上高い位置に待機させることにより、背圧力が確実に安定して付与されることになるので好ましい。
まず、図4(A)のように、所定の長さに切断し加熱されたアルミニウム材料をブランク(鍛造用素材)19としてブッシュ16cの貫通孔に投入する。次に、加圧パンチが下降し背圧板(下パンチ)16eによって背圧が下方より負荷された状態でローター素材の成形が始まる。図4(B)は、ブランク(鍛造用素材)19が成形孔17内に流動した成形途中の状態を表している。この状態がさらに進行し、下金型16の成形孔内への鍛造用素材19の充填率がある所定の範囲となった時点で背圧を開放する。その後、図4(C)のように、上型15aのパンチが円筒形の長手方向で必要とされる寸法を得るために所定のストロークの長さ降下し、ローター素材の成形が完了する。そして、図4(D)のように下方からノックアウトピン16gによって鍛造成形品が排出される。
FIG. 4 is an example of a process of forging a rotor material by a forging method to which a back pressure is applied using the mold of the present invention. In the back pressure forging method of the present invention, first, the back pressure plate (lower punch) is placed at a position (Fig. 7, reference Z) higher than the vane storage groove forming portion of the forming
It is preferable that the back pressure plate (lower punch) 16e is kept at a position higher by 1 mm or more because the back pressure is reliably and stably applied.
First, as shown in FIG. 4A, an aluminum material cut into a predetermined length and heated is put into a through hole of the bush 16c as a blank (forging material) 19. Next, the molding of the rotor material starts in a state where the pressure punch is lowered and the back pressure is applied from below by the back pressure plate (lower punch) 16e. FIG. 4B shows a state in the middle of molding in which the blank (forging material) 19 flows into the
本発明で用いた上型15aの外観を図5に示す。本発明の上型15aは、上型の動作方向軸の上方から見てベーン収納溝形成部に対応する位置に上型の動作方向と逆向きの凹み形状部24を有する金型が好ましい。この凹み形状部24を有する金型15aを使用した時の鍛造成形品の外観の一例を図6に示す。このような形状を有することにより、鍛造成形品の加圧パンチに接する部分にメタルの余肉部分25を付けて、ダイス羽根部18付近でのメタルフローを自由にする。これにより、ベーン収納溝12近傍および円筒形状の突出部近傍において、加圧パンチからの直接荷重をメタル部分で吸収し、加圧パンチによる荷重を緩和することができる。その結果、ベーン収納溝12の形成部やセンターピン16fの変形を抑える効果があり、金型寿命を延ばすことができる。
特に、ベーン収納溝12に対して、凹み形状部24の深さはベーン収納溝12の幅に対して0.5倍以上3.5倍以下(例えばベーン収納溝の幅が3.0mmで、凹み形状部24の深さは1.5mm〜10.5mm)、凹み形状部24の幅はベーン収納溝12の幅に対して1倍以上3.5倍以下(例えばベーン収納溝12の幅が3.0mmで、凹み形状部24の幅は3.0mm〜10.5mm)が好ましく、本発明の方法では、機構的に溝寸法精度を向上するので、従来の方法より凹み形状部の容積を小さくすることができ、材料歩留まりを改善することができる。
The appearance of the
Particularly, with respect to the
図4で示される装置を用いた本発明のローターの製造方法の実施形態の一例を説明する。本発明の製造方法は、連続鋳造棒を鍛造成形品の所定の長さに切断する工程、鍛造用素材に潤滑剤を塗布する工程、鍛造用素材を所定の温度に予備加熱する工程、金型を予備加熱する工程、金型へ潤滑剤を塗布する工程、鍛造用素材を投入する工程、鍛造用素材を鍛造成形する工程、ノックアウトピンによって鍛造成形品を排出する工程、鍛造成形品をベーン収納溝の軸方向長さ以下に切断してベーン収納溝を貫通させる工程、取り出した鍛造成形品を連続的に溶体化、時効処理を実施する熱処理工程、を含む製造工程である。 An example of an embodiment of a method for manufacturing a rotor of the present invention using the apparatus shown in FIG. 4 will be described. The manufacturing method of the present invention includes a step of cutting a continuous cast bar into a predetermined length of a forged product , a step of applying a lubricant to the forging material, a step of preheating the forging material to a predetermined temperature, a mold preheating step, applying a lubricant to the mold, the step of introducing forging material, a step of forging the forging material, the step of discharging the forged product by the knockout pins, forged product vanes housing It is a manufacturing process including a step of cutting the groove length to be equal to or less than the axial length of the groove and penetrating the vane storage groove, and a heat treatment step of continuously solutionizing and taking out the aging treatment of the forged molded product taken out.
次に、各工程について段階的に説明する。 Next, each step will be described step by step.
<連続鋳造棒を鍛造成形品の所定の長さに切断する工程><鍛造用素材に潤滑剤を塗布する工程>
予め鍛造材料となる柱状のアルミニウム合金を所定の長さに切断して鍛造用素材(ブランク)19とし、その鍛造用素材19をボンデ処理、あるいは黒鉛系水溶潤滑剤へ浸漬して潤滑剤の塗布処理を施す。
<Step of cutting a continuous cast bar into a predetermined length of a forged product ><Step of applying a lubricant to a forging material>
A columnar aluminum alloy, which is a forging material, is cut into a predetermined length in advance to form a forging material (blank) 19, and the forging material 19 is bonded to the surface or is immersed in a graphite-based water-soluble lubricant and a lubricant is applied. Apply processing.
<鍛造用素材を所定の温度に予備加熱する工程>
本工程では、ブランク19を所定の鍛造温度、例えば400〜450℃に予備加熱する。ブランク(鍛造素材)19の体積は、必要とするローター素材の体積ではなく、鍛造成形品の加圧パンチに接する部分にメタルの余肉部分を付けた体積とする。また、ブッシュ16cの内径は、下型16aの内径と同じ或いは若干太径にすると、鍛造後に鍛造成形品のノックアウト作業が円滑に行われるので好ましい。
<Step of preheating the forging material to a predetermined temperature>
In this step, the blank 19 is preheated to a predetermined forging temperature, for example, 400 to 450 ° C. The volume of the blank (forged material) 19 is not the volume of the required rotor material, but the volume of the forged product that is in contact with the pressure punch with a surplus metal portion. In addition, it is preferable that the inner diameter of the bush 16c is the same as or slightly larger than the inner diameter of the
<金型を予備加熱する工程>
金型14は、上型15および下型16の双方をヒーターによって予備加熱しておき、150〜300℃の範囲に加熱保持されていることが好ましい。
<Step of preheating the mold>
The
<金型へ潤滑剤を塗布する工程>
次に、潤滑剤を金型14へ塗布する。潤滑剤の塗布は下型16だけで良い。潤滑剤としては、水性黒鉛潤滑剤、油性黒鉛潤滑剤が挙げられるが、ブランク19と金型14間でカジリが発生しないようにするには、水性黒鉛潤滑剤と油性黒鉛潤滑剤を併用し、塗布量は共に2〜10g(濃度は0.5〜25質量%)とするのが好ましい。
<Process of applying lubricant to mold>
Next, a lubricant is applied to the
<鍛造用素材を投入する工程>
図4(A)に示すように、本工程ではブランク(鍛造用素材)19を金型14のブッシュ16cの内部に投入する。
<Process to insert forging material>
As shown in FIG. 4A, in this step, a blank (forging material) 19 is introduced into the bush 16c of the
<鍛造用素材を鍛造成形する工程>
ブランク19をブッシュ16cの内部に投入した後、加圧パンチからなる上型15aを下降させると、ブランク19は、下パンチからの背圧を受けながら下型16aに押し込まれ、図4(B)に示すように圧縮鍛造が開始される。
なお、鍛造開始時の下パンチ上面の位置は、ベーン収納溝12の溝幅が鍛造成形品端面付近で広がりを抑制するために、下型16aのベーン収納溝形成部よりも1mm以上高い位置に待機した状態から鍛造成形を開始することが好ましい。つまり、図7に示す距離Zが1mm以上であることが好ましい。
<Forging process of forging material>
After the blank 19 is inserted into the bush 16c, when the
In addition, the position of the upper surface of the lower punch at the start of forging is 1 mm or more higher than the vane storage groove forming part of the
前述の通り、本発明の背圧鍛造工法による場合、鍛造時に鍛造用素材(ブランク)19の先端面に背圧を負荷しながら圧縮鍛造する。 As described above, in the case of the back pressure forging method of the present invention, compression forging is performed while applying a back pressure to the front end surface of the forging material (blank) 19 during forging.
ローター鍛造用の金型14は、図3に示すようにダイス羽根部(ベーン収納溝成形部)18が成形孔17の内周壁面から半径方向に対し傾斜した状態で突出している。このため、鍛造用素材19の塑性流動(フロー)状態がダイス羽根部18の両側でアンバランスとなり、不均一な圧力がダイス羽根部18に負荷される。さらに、背圧鍛造工法を用いる場合は、鍛造時に材料が流動する先端面に背圧を負荷しながら圧縮鍛造するため、金型壁面と鍛造用素材の密着性が良くなるので、ダイス羽根部18にかかる圧力が高くなる。その結果、不均一な状態で高い圧力がそのままダイス羽根部18の両側に負荷されることになり、ダイス羽根部18は不均一な高い圧力の影響により「たおれ変形」や「ねじれ変形」が生じることになる。その結果、鍛造成形品のベーン収納溝12の位置寸法精度の悪化が生じる。
しかし、本発明は、所定の充填率に到達した時点で背圧を除去することにより背圧板16eをフリーにするので、ダイス羽根部18にかかる高い圧力が開放され、その結果、ベーン収納溝12の位置寸法精度の悪化を抑えることができる。
As shown in FIG. 3, the
However, in the present invention, the
従来の背圧工法を適用してスクロールを鍛造した場合、上記のような現象は発生していなかった。なぜなら、スクロールは成形品側が薄い形状をしているので、鍛造用素材の流動による圧力バランスの不均一が生じにくい場合であり、結果としてダイス側には不均一な高い圧力が発生することが無く、ダイスに変形が生じないからと推定される。
それに対して、ローターはダイス側が薄い形状(ダイス羽根部の形状)をしていて、一方その両側には鍛造用素材の流動による圧力バランスの不均一が生じており、その結果、薄い形状のダイス側は不均一な高い圧力の影響を受けることになる。そして、ダイス羽根部18が軸方向に垂直な方向に倒れ、変形やねじれ変形を受けやすい形状であるので、背圧鍛造成形時に、前述したような不具合が新たに発生しているものと推定される。
When the scroll was forged by applying the conventional back pressure method, the above phenomenon did not occur. Because the scroll has a thin shape on the molded product side, it is difficult to cause non-uniform pressure balance due to the flow of the forging material, and as a result, non-uniform high pressure does not occur on the die side. It is estimated that no deformation occurs in the die.
On the other hand, the rotor has a thin shape on the die side (the shape of the die blade), while the pressure balance is uneven on both sides due to the flow of the forging material. The side will be affected by uneven high pressure. And since the die blade |
そのため、本発明では、この現象の発生を抑え、ベーン収納溝12の位置寸法精度の悪化を防ぐために、所定の充填率に到達した時点で背圧を除去することとしている。
Therefore, in the present invention, in order to suppress the occurrence of this phenomenon and prevent the deterioration of the positional dimensional accuracy of the
ここで、所定の充填率とは、成形時のパンチストロークの長さによって予め算出することができる。ローターの場合には、下型16aへの鍛造用素材19の充填率が10%〜55%に間に背圧を除去する必要がある。
Here, the predetermined filling rate can be calculated in advance by the length of the punch stroke at the time of molding. In the case of a rotor, it is necessary to remove the back pressure while the filling rate of the forging material 19 into the
ベーン収納溝12を有するアルミニウム合金製ローター素材の鍛造成形過程においては、ダイスへの鍛造用素材19の充填率が10%〜55%(より好ましくは10%〜30%)の間に背圧を除去することが好ましい。ダイス羽根部18の倒れ変形やねじれ変形が生じる原因となるダイス羽根部18への高圧力がより確実に開放され、ベーン収納溝12の位置寸法精度の悪化を抑えることができるからである。
In the forging process of the aluminum alloy rotor material having the
本発明では、背圧鍛造成形時に所定の範囲の鍛造用素材19の充填率で背圧を除去する手段として、図8に示す背圧装置を配備した鍛造機20を用いた。鍛造機20には、図2に示す上金型15および下金型16を備えたダイセットが取り付けられており、ダイセットは上ダイセットプレート21と下ダイセットプレート22およびガイドポスト23から構成され、下ダイセットプレート22には下金型16へ背圧力を伝えるための油圧シリンダー26を含む。また、プレス動作を監視し、背圧力を制御するために油圧発生装置27に電気信号を発信するプレス動作監視装置28、油圧発生装置27、油圧配管29が配備されている。背圧力を除去するタイミングの入力、記憶、または、動作条件の入力、各入力条件から除去するタイミングを算出、記憶を実行する制御装置を設けるのが好ましい。さらに、品種別に、条件をデータベース化して蓄積しておくことが好ましい。
In the present invention, the forging
なお、背圧力発生装置としては、油圧クッションの他に、所定の充填率において背圧力を制御する(除去する)装置が配備してあれば良く、例えばガスクッションを用いても良い。また、それらを組み合わせても良い。 In addition to the hydraulic cushion, the back pressure generator may be provided with a device that controls (removes) the back pressure at a predetermined filling rate. For example, a gas cushion may be used. Moreover, you may combine them.
本発明で用いる鍛造機20の一例では、図8で示すプレス動作監視装置28に背圧力を除去する上型(加圧パンチ)のスライド角度を入力し、プレス作動時に所定のタイミングに油圧発生装置27に油圧を除去する電気信号を発生させて背圧の制御を行う。本発明では、背圧を除去するパンチのスライド角度によってパンチストロークを算出し、図9に示すように成形開始からパンチの下死点までの長さをL、成形開始時点から背圧を除去するタイミングのスライド角度Xでのパンチストロークの長さをΔLとして、充填率を[ΔL÷L×100]%と定義する。
In the example of the forging
パンチストロークのスライド角度によって、背圧を制御するタイミングを決定する方法の他に、上型(加圧パンチ)の移動距離をモニターし、下記式にしたがって算出することで充填率に置き換える方法を用いても良い。成形開始からパンチの下死点までの長さをM、成形開始時点から移動したパンチストロークの長さをΔMとすると、充填率は、[ΔM÷M×100]%と定義される。 In addition to the method of determining the timing to control the back pressure according to the slide angle of the punch stroke, the method of replacing the filling rate by monitoring the moving distance of the upper die (pressure punch) and calculating according to the following formula is used May be. When the length from the start of molding to the bottom dead center of the punch is M, and the length of the punch stroke moved from the start of molding is ΔM, the filling rate is defined as [ΔM ÷ M × 100]%.
背圧力を除去する方法としては、所定の充填率において瞬間的(例えば、より好ましくは0.2秒以内、さらに好ましくは0.1秒以内。)に除去する方法が好ましい。図10の例(2)のように徐々に背圧を除去する方法や、例(3)のように段階的に除去する方法よりも、例(1)のように所定の充填率において瞬間的に除去する方法であれば、背圧板をフリーにしてダイス羽根部18にかかる高圧力を開放し、ダイス羽根部18の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形を抑制することができるため好ましい。
As a method of removing the back pressure, a method of removing instantaneously (for example, more preferably within 0.2 seconds, even more preferably within 0.1 seconds) at a predetermined filling rate is preferable. Rather than the method of removing the back pressure gradually as shown in Example (2) of FIG. 10 or the method of removing it stepwise as shown in Example (3), it is instantaneous at a predetermined filling rate as in Example (1). If this method is used, the back pressure plate can be freed to release the high pressure applied to the
背圧力は、2kg/cm2〜7kg/cm2の範囲(より好ましくは2.7kg/cm2〜6.3kg/cm2の範囲、さらに好ましくは3kg/cm2〜6kg/cm2の範囲)が好ましい。2kg/cm2〜7kg/cm2の範囲であれば、鍛造成形品の端面付近でベーン収納溝12の溝幅の広がりを抑制する効果が十分に得られ、金型14と鍛造用素材19間にカジリが発生するのを抑制できるため好ましい。
Back pressure in the range of 2kg / cm 2 ~7kg / cm 2 ( more preferably 2.7kg / cm 2 ~6.3kg / cm 2 range, more preferably in the range of 3kg / cm 2 ~6kg / cm 2 ) Is preferred. Be in the range of 2kg / cm 2 ~7kg / cm 2 , while the vanes housed spread suppressing effect of the groove width of the
<ノックアウトピンによって鍛造成形品を排出する工程>
背圧を除去して、そのまま上型15aをストロークの最下端まで降下させた状態を図4(C)に示す。その後、図4(D)に示すようにノックアウトピン16gによって鍛造成形品を突き上げ、下型16aおよびブッシュ16cより鍛造成形品を排出する。
<Process for discharging forged molded product with knockout pin>
FIG. 4C shows a state where the back pressure is removed and the
<鍛造成形品をベーン収納溝の軸方向長さ以下に切断してベーン収納溝を貫通させる工程>
この時の鍛造成形品形状は、凹みを有した形状部を有する上型を使用した場合、図11(b)に示すように片側にベーン収納溝の入っていない余肉部分25を有しているが、後に機械加工等によって余肉部分25を取り除き、図1に示すローター素材とすることができる。
<Process of cutting a forged molded product to a length equal to or less than the axial length of the vane storage groove and penetrating the vane storage groove>
The shape of the forged product at this time has a
<取り出した鍛造成形品を連続的に溶体化><時効処理を実施する熱処理工程>
その後、鍛造素形材19の機械的強度を向上させるために溶体化および人工時効処理を施す。溶体化処理は、460℃〜530℃で1〜6時間保持し、水焼入れ(水温10℃〜70℃)後、人工時効処理を150〜250℃にて1〜10時間保持することが好ましい。
<Continuous solution of the forged product taken out><Heat treatment process for aging treatment>
Thereafter, in order to improve the mechanical strength of the forged material 19, solution treatment and artificial aging treatment are performed. The solution treatment is preferably held at 460 ° C. to 530 ° C. for 1 to 6 hours, and after water quenching (
以上説明したアルミニウム合金製ローター用素材は、ベーン収納溝12の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善されたものとなる。その結果、後工程として、寸法精度の悪いところを削除するような鍛造成形品の下端面の切削処理を施すことなくローター素材とすることができる。
例えば、ベーン収納溝12の溝幅の鍛造成形品端面付近における溝幅の広がりが50μm以下で、ベーン収納溝円筒部の中心位置における上下差が0.075mm以下であり、かつ鍛造成形品の下端面に切削面の無いアルミニウム合金製ローター素材を得ることができる。
すなわち、好ましい位置より中心方向に向かっての溝幅の広がりを好ましい値以下に抑制することができる。例えば、好ましい位置は、外周Pより4mm(C)、外周Pより5.5mm(D)とすることができる。溝幅の広がりの好ましい値は、15μm以下、更に好ましくはゼロである。
The aluminum alloy rotor material described above is improved in the accuracy of the groove width dimension and the groove position dimension of the
For example, the spread of the groove width in the vicinity of forged product end face of the groove width of the
That is, the expansion of the groove width from the preferred position toward the central direction can be suppressed to a preferred value or less. For example, preferable positions can be 4 mm (C) from the outer periphery P and 5.5 mm (D) from the outer periphery P. A preferable value of the expansion of the groove width is 15 μm or less, more preferably zero.
以上説明したアルミニウム合金製ローター素材に、寸法出しのための機械加工を施し、必要に応じて、表面にショットブラスト処理を施すことにより、アルミニウム合金製ローターを得ることが出来る。ベーン収納溝12の溝幅寸法、溝位置寸法の精度を改善し、後工程の切削処理の省略、処理工数が削減した、アルミニウム合金製ローターである。
An aluminum alloy rotor can be obtained by subjecting the above-described aluminum alloy rotor material to machining for dimensioning and, if necessary, subjecting the surface to shot blasting. This is an aluminum alloy rotor in which the accuracy of the groove width dimension and groove position dimension of the
次に、本発明による製造方法に使用する鍛造素材19について説明する。鍛造素材19としては、金属材料を用いることができる。金属材料の中で、強度と耐食性に優れて、かつ軽量化の図れるアルミニウム合金が好ましい。その組成は、Siが14.0〜16.0質量%、Cuが4.0〜5.0質量%、Mgが0.45〜0.65質量%であるのが好ましい。さらに、Feが0.5質量%以下、Mnが0.1質量%以下、Znが0.1 質量%以下、Tiが0.2 質量%以下を含有し、残りがAlと不可避不純物であるアルミニウム合金が好ましい。
アルミニウム合金連続鋳造棒、アルミニウム合金の押出材、粉末アルミニウム合金の押出材、もしくはこれらの圧延材のいずれかを鍛造用素材として用いることができる。特に、連続鋳造された丸棒材が安価で好ましい。
Next, the forging material 19 used in the manufacturing method according to the present invention will be described. A metal material can be used as the forging material 19. Among metal materials, an aluminum alloy that is excellent in strength and corrosion resistance and can be reduced in weight is preferable. As for the composition, it is preferable that Si is 14.0-16.0 mass%, Cu is 4.0-5.0 mass%, and Mg is 0.45-0.65 mass%. Furthermore, Fe containing 0.5% by mass or less, Mn 0.1% by mass or less, Zn 0.1% by mass or less, Ti 0.2% by mass or less, and the remainder being aluminum and inevitable impurities Alloys are preferred.
Any of an aluminum alloy continuous cast bar, an aluminum alloy extruded material, a powdered aluminum alloy extruded material, or a rolled material thereof can be used as a forging material. In particular, a continuously cast round bar is inexpensive and preferable.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
図4で示される鍛造装置、図2に示す鍛造用金型を用いて、図1に示すローター素材を製造した。下型16aは、成形孔17を有する内壁面の直径が68.26mm、ベーン収納溝形成部の厚さが2.97mm、先端円筒部の直径が6.03mm、軸方向の長さが47mmであるベーン収納溝形成部(ダイス羽根部)18を72°間隔で5本有するものを使用した。
The rotor material shown in FIG. 1 was manufactured using the forging device shown in FIG. 4 and the forging die shown in FIG. The
上型15aは、図5に示すような上型の動作方向軸の上方から見てベーン収納溝形成部に対応する位置に上型の動作方向と逆向きの凹みである凹み形状部24を有するものを使用した。なお、上型15aの凹み形状部24に対応して成形された鍛造成形品の突部の幅Yは10mm、高さWが10mmであった。(図11参照)
The
センター穴13を成形するための、円筒形状の突出部を有するセンターピン16fの直径は12mmであった。
The diameter of the
鍛造用素材19は、連続鋳造によって製造されたアルミニウム合金で、その組成は、Siが14.0〜16.0質量%、Cuが4.0〜5.0質量%、Mgが0.45〜0.65質量%、Feが0.5質量%以下、Mnが0.1質量%以下、Znが0.1 質量%以下、Tiが0.2 質量%以下を含有し、残りがAlと不可避不純物であるアルミニウム合金を用いた。直径67.5mmの連続鋳造棒を長さ48.75mmに切断して鍛造用素材19とした。鍛造用素材19は、水性黒鉛潤滑剤の塗布処理を行い420℃に加熱した。金型14は、上型および下型ともに約250℃に加熱保持し、下型に水性黒鉛潤滑剤を10g、油性黒鉛潤滑剤を2.5g塗布した。
The forging material 19 is an aluminum alloy manufactured by continuous casting. The composition of the forging material 19 is 14.0 to 16.0% by mass of Si, 4.0 to 5.0% by mass of Cu, and 0.45 to Mg. 0.65% by mass, Fe is 0.5% by mass or less, Mn is 0.1% by mass or less, Zn is 0.1% by mass or less, Ti is 0.2% by mass or less, and the remainder is inevitable with Al. An aluminum alloy which is an impurity was used. A continuous casting rod having a diameter of 67.5 mm was cut to a length of 48.75 mm to obtain a forging material 19. The forging material 19 was heated to 420 ° C. after applying an aqueous graphite lubricant. The
背圧は5.1kg/mm2の条件で、下型への鍛造用素材19の充填率が0〜100%の間で背圧を除去した。この時の鍛造成形荷重は75トンとした。鍛造成形品は、ベーン収納溝12の長手方向の長さが46mmになるまで成形したものをベーン収納溝12の入っていない余肉部分25を機械加工で取り除き、全長を44mmとした。
The back pressure was 5.1 kg / mm 2 and the back pressure was removed when the filling rate of the forging material 19 into the lower die was 0 to 100%. The forging load at this time was 75 tons. The forged molded product was molded until the length in the longitudinal direction of the
図12で示すように、鍛造成形品の端面でのベーン収納溝および余肉部分25を取り除いた平面でのベーン収納溝12で、Cで示す外周円筒部Pから中心方向4.0mmの位置、およびDで示す外周円筒部Pから中心方向5.5mmの位置で、[B−A]μmを溝幅の広がりとして測定した。試料数は30個で、平均値を算出した。(溝幅寸法の評価)
As shown in FIG. 12, the
ダイス羽根部18の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形を測定するために、図13で示すベーン収納溝円筒部の中心位置Uの上下端面での差を測定し、試料数は30個で平均値を算出した。
In order to measure the deformation and twisting deformation in the direction perpendicular to the axial direction of the
表1に、下型への鍛造用素材19の充填率が0%〜100%に間に背圧を除去した時のベーン収納溝12の溝幅とベーン収納溝円筒部の中心位置Uの上下端面での差の平均値の測定結果を示す。(溝位置寸法の評価)
Table 1 shows the upper and lower sides of the groove width of the
表1中の評価記号について説明する。以下の3段階で測定結果を評価した。
×:溝幅の広がりが50μmを超えている、または円筒部中心位置の差が0.075mmを超えている。
○:溝幅の広がりが50μm以下、かつ円筒部中心位置の差が0.050mm以上0.075mm以下。
◎:溝幅の広がりが50μm以下、かつ円筒部中心位置の差が0.050未満。
The evaluation symbols in Table 1 will be described. The measurement results were evaluated in the following three stages.
X: The expansion of the groove width exceeds 50 μm, or the difference in the center position of the cylindrical portion exceeds 0.075 mm.
A: The width of the groove is 50 μm or less, and the difference in the center position of the cylindrical portion is 0.050 mm or more and 0.075 mm or less.
(Double-circle): The expansion of a groove width is 50 micrometers or less, and the difference of a cylindrical part center position is less than 0.050.
比較例1は、背圧なしの状態で鍛造した結果で、溝幅の測定結果からベーン収納溝12の溝幅が製品端面付近で広がっている。
Comparative Example 1 is a result of forging without back pressure. From the measurement result of the groove width, the groove width of the
充填率を大きくしていくと、比較例2の充填率が0%では溝幅の広がりは比較例1と同じで溝幅が製品端面付近で広がっている。 When the filling rate is increased, when the filling rate of Comparative Example 2 is 0%, the groove width is the same as that of Comparative Example 1, and the groove width is widened near the end face of the product.
比較例3に示す充填率が5%の場合では、溝幅の広がりは改善されているものの溝幅の広がりが50μmを超えているが、実施例1〜5の充填率が10%〜55%の場合では、溝幅の広がりを50μm以下に抑制することができた。 In the case where the filling rate shown in Comparative Example 3 is 5%, the width of the groove is improved, but the width of the groove exceeds 50 μm, but the filling rate of Examples 1 to 5 is 10% to 55%. In this case, the expansion of the groove width could be suppressed to 50 μm or less.
充填率が60%〜100%の比較例4〜6では、溝幅の広がりは抑制できているが、ベーン収納溝円筒部の中心位置Uの上下端面での差の平均値が0.075mmを超えて、比較例1〜3および実施例1〜5に比べて悪化しており、表1から背圧荷重を除去する充填率のタイミングの意義がわかる。 In Comparative Examples 4 to 6 in which the filling rate is 60% to 100%, the expansion of the groove width can be suppressed, but the average value of the differences at the upper and lower end surfaces of the center position U of the vane storage groove cylindrical portion is 0.075 mm. Exceeding Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 5, Table 1 shows the significance of the filling rate timing for removing the back pressure load.
よって、充填率が10%〜55%の間で背圧を除去することにより、ベーン収納溝の溝幅が鍛造成形品端面付近で広がりを抑制し、ダイス羽根部18の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形によるベーン収納溝12の寸法精度の悪化を防止できる。なお、ベーン収納溝12の寸法精度の向上の点から、充填率が10%〜30%の間で背圧を除去することがさらに好ましい。
Therefore, by removing the back pressure when the filling rate is between 10% and 55%, the groove width of the vane housing groove is prevented from spreading near the end surface of the forged molded product , and the direction perpendicular to the axial direction of the
表1に示す溝幅の広がりのデータより、図12に示した外周部において広がりが一番大きく、C部、D部と小さくなり、本発明の場合、D部における広がり幅を零にできた。溝幅が15μm以上広がっている範囲を、外周Pから中心に向かって4mm以内に抑えることができている。また、溝が広がっている範囲を外周Pから中心に向かって5.5mm以内とすることができた。 From the data of the groove width spread shown in Table 1, the spread is largest at the outer peripheral portion shown in FIG. 12, and becomes smaller as C portion and D portion. In the present invention, the spread width at D portion can be made zero. . The range in which the groove width is expanded by 15 μm or more can be suppressed within 4 mm from the outer periphery P toward the center. Further, the range in which the groove is widened can be within 5.5 mm from the outer periphery P toward the center.
10 ローター
11 外周
12 ベーン収納溝
13 センター穴
14 金型
15 上金型
16 下金型
16a 下型
16b 穴
16c ブッシュ
16d ダイスB
16e 背圧板
16f センターピン
16g ノックアウトピン
16h 貫通孔
16i ダイスC
17 成形孔
18 ダイス羽根部
19 ブランク(鍛造用素材)
20 鍛造機
21 上ダイセットプレート
22 下ダイセットプレート
23 ガイドポスト
24 凹み形状部
25 余肉部分
26 油圧シリンダー
27 油圧発生装置
28 プレス動作監視装置
29 油圧配管
10 Rotor 11
16e
17
20 Forging
Claims (9)
上金型と成形孔内に突出した薄板状部位を有する下金型とを用いて、主成形方向に平行なベーン収納溝を有する鍛造成形品を鍛造成形する工程を含み、
鍛造用素材の主成形方向の先端面に背圧力を付与した背圧板が下金型に設けられているベーン収納溝形成部よりも1mm以上高い位置で待機した状態で成形を開始することで、ベーン収納溝の溝幅の製品端面付近での広がりを抑制し、鍛造用素材の成形孔内への充填率が10%〜55%の間に該背圧力を瞬間的に除去することで、背圧板をフリーにしてダイス羽根部にかかる高圧力を開放するとともに、ダイス羽根部の軸方向に垂直な方向にたおれ変形やねじれ変形を抑制してベーン収納溝の位置寸法精度の悪化を抑える、ことを特徴とするアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。 A forged aluminum alloy rotor material having a composition of 14 to 16% by mass of Si, 4 to 5% by mass of Cu, 0.45 to 0.65% by mass of Mg, and 0.5% by mass of Fe % Or less, Mn is 0.1 mass% or less, Zn is 0.1 mass% or less, Ti is 0.2 mass% or less, the remainder is Al and inevitable impurities, and the dimensional accuracy of the forged molded product is poor However, the width of the vane storage groove in the vicinity of the end surface is not more than 50 μm without cutting the lower end surface so as to eliminate the difference, and the difference in the center position between the upper end surface and the lower end surface of the cylindrical portion of the vane storage groove Is a method for producing an aluminum alloy forged molded product for producing a forged aluminum alloy rotor material having a vane storage groove parallel to the main molding direction, characterized by having a dimensional accuracy of 0.075 mm or less. There,
Using the upper mold and the lower mold having a thin plate-like portion protruding into the molding hole, forging a forged molded product having a vane storage groove parallel to the main molding direction,
By starting molding in a state in which the back pressure plate imparting back pressure to the front end surface in the main molding direction of the forging material is waiting at a position higher by 1 mm or more than the vane storage groove forming portion provided in the lower mold, By suppressing the spread of the groove width of the vane storage groove in the vicinity of the product end surface and instantaneously removing the back pressure while the filling rate of the forging material into the forming hole is 10% to 55%, Free the pressure plate to release the high pressure applied to the die blades, and suppress the deformation of the vane storage grooves by reducing the deformation and torsional deformation in the direction perpendicular to the axial direction of the die blades. A method for producing a forged molded product made of an aluminum alloy.
前記充填率は、成形開始時点での前記上型の下死点までの長さをL、前記上型の所定のスライド角度でのパンチストロークの長さをΔLとしたとき、[ΔL÷L×100]%で表されることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。 The upper mold includes an upper mold made of a pressure punch,
The filling rate is [ΔL ÷ L × where L is the length to the bottom dead center of the upper mold at the start of molding and ΔL is the length of the punch stroke at a predetermined slide angle of the upper mold. 100]%, The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to claim 1 .
前記充填率は、成形開始時点での前記上型の下死点までの長さをM、成形開始時点から移動したときのパンチストロークの長さをΔMとしたとき、[ΔM÷M×100]%で表されることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金製鍛造成形品の製造方法。 The upper mold includes an upper mold made of a pressure punch,
The filling rate is [ΔM ÷ M × 100] where M is the length to the bottom dead center of the upper mold at the start of molding and ΔM is the length of the punch stroke when moved from the start of molding. The method for producing an aluminum alloy forged molded product according to claim 1 , wherein the method is represented by% .
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