JPH05171213A - 渦巻状アルミ粉末鍛造部品の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦巻状アルミ粉末鍛造部品を、品質、精度を
不足無く確保してトラブル無く製造でき、併せて金型の
長寿命化、装置コストの削減を可能ならしめ、粉末の冷
間型押し等にも使用できる成形装置を提供する。 【構成】 可動部材４で支持する下パンチ１にそのパン
チを貫通しないワーク側面成形用の渦状溝２を設ける。
また、その渦状溝２内に形状を対応させた押出金型５を
設置し、この押出金型を押出ピン６ａ、６ｂを介してシ
リンダ８に駆動される支持プレート７で支える。さら
に、押出金型５は鍛造終期に渦状溝２の溝底部で支え
る。この構造であると鍛造終期の大圧力から押出ピンや
そのピンの連結部を保護でき、押出ピンの強度、下パン
チ１の横荷重に対する強度の確保も容易になり、さら
に、背圧付加鍛造、鍛造品の無理の無いノックアウト、
金型焼付きの簡単な外し等が可能になって首記の目的を
達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末材料を圧縮成形し
て作られる部品、特に、渦巻状アルミ粉末鍛造部品を成
形するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型コンプレッサは、従来のレ
シプロ型やロータリー型に比べて静粛性及び圧縮効率に
優れるため、家電分野において今後の市場拡大が期待さ
れる製品である。このスクロール型コンプレッサは、特
に高速回転時の圧縮効率が高く、従って、その特徴を生
かすために、心臓部（冷媒圧縮部）に用いて高速円運動
させる圧縮用ロータを慣性重量の小さいアルミ系の材料
で形成することが望まれる。また、そのロータは、渦巻
状の可動羽根と固定羽根の２者から成るが、両者間の隙
間も圧縮効率を左右するので、ここで使用するアルミ系
の材料は、上記の隙間を小さくするために、低熱膨率か
つ高弾性率を有する粉末急冷アルミニウム合金が適して
いる。

【０００３】ところが、この種のアルミ合金は１９８８
年になって工業的に実用化された新しい材料であり、一
般的なアルミ鍛造品や鉄系焼結部品の粉末鍛造に用いら
れている鍛造方法ではうまく成形できない。

【０００４】一方、１９９０年に本出願人によって実用
化された背圧付加鍛造方法（特願平２−２５９５３６
号）は、複雑形状部品のアルミ粉末鍛造法として有効な
手法である。

【０００５】本方式では、以下の手順で粉末もしくは粉
末の予備成形体を加圧鍛造する。

【０００６】 型孔に押込む成形金型の凹部に背圧金
型を設置し、それを成形金型と面位置が揃うところまで
押し出して背圧（粉末圧縮方向の圧力）をかけておく。

【０００７】 成形金型を駆動して型孔内で材料を先
ず単純形状で固化し、次いで、背圧金型を背圧を加えて
成形金型内に没入させつつ成形金型の凹部内に材料を塑
性流動させて成形を完了する。

【０００８】ところで、この背圧付加鍛造法を用いて図
４（ａ）のフランジ付き渦巻部品、同図（ｂ）のフラン
ジなし渦巻部品、同図（ｃ）のフランジ付きＵ字状部品
等をアルミ粉末を原料にして製造する場合、使用し得る
金型としては、例えば、（１）特開昭６１−２３２０１
９号、（２）同６１−２３２０２０号、（３）特開平２
−６１００１号の各公報に示されるようなものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の各公報に開示さ
れている金属粉末の冷間型押し用金型を用いて渦巻状ア
ルミ粉末部品の鍛造、特に背圧付加鍛造を実施すると、
以下の不具合が生じる。

【００１０】上記（１）の公報に示される金型構造で
は、下パンチに設ける渦状溝が下面まで貫通しているた
め、金型（下パンチ）の横方向の剛性が小さい。従っ
て、鍛造時の肉流れによって溝部の壁に働く横荷重に耐
えることができず、下パンチの弾性変形が生じて成形溝
の溝幅が場所によって不均一になる。また、ワーク（鍛
造品）の渦羽根が下パンチの溝面に焼き付くため、ワー
クを下パンチ内からノックアウトする際に下パンチの渦
の中心部がワークに引き上げられて弾性変形してしま
う。

【００１１】また、上記（２）の公報の金型は、構造が
複雑すぎるためアルミ粉末鍛造のように焼付きが多発す
るものには向かず、金型費も高価になる。

【００１２】さらに、（３）の公報に示される金型のう
ち、押出金型（同公報では下パンチ）にダイ側の補強部
材を避けてパンチ（同公報ではダイ）の型孔内での上下
動を許す長孔を設ける構造のものは、押出金型の剛性が
低くてアルミ粉末鍛造での高温での大圧力を支えきれな
い。特に、材料の塑性流動によって生じる横荷重に弱
く、渦状成形溝の幅の変動が起こって渦羽根の厚みが安
定しない。

【００１３】また、（３）の公報の金型のうち、パンチ
に途中まで加工してある渦状成形溝内に押出金型を入
れ、その金型の脚部をパンチの下方に貫通させて上下動
自在に支持するものは、荷重を受けた押出金型を断面積
の小さい脚部で支えるので、その脚部が成型圧で座屈し
てしまう。押出金型の渦部に加わる面圧は４〜１２ｔｏ
ｎ／ｃｍ² 程度であるが、脚部には断面積が少ない分そ
の力が増幅されて伝わるので、脚部の断面積を渦巻部の
１／２〜１／３に抑えたとしても、脚部の面圧は８〜３
６ｔｏｎ／ｃｍ² にもなり、脚部が荷重に耐えきれな
い。また、本構造は、製造のし易さが考慮されていない
ため、加工費が高くつく。

【００１４】これ等の不具合は、背圧付加アルミ粉末鍛
造法に、本来の使用法とは異なる金属粉末の冷間型押し
金型を使用することが原因となって起こる。

【００１５】即ち、ここで述べた金型は、粉末の冷間型
押しには適しているが、アルミの粉末鍛造、中でも背圧
付加鍛造には使用できない。

【００１６】そこで、本発明の課題は、かかる不具合を
無くして、渦巻状アルミ粉末鍛造部品を背圧付加鍛造法
でトラブル無く製造することを可能ならしめ、併せて金
型の長寿命化、装置コストの削減等も可能ならしめる成
形装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においてはダイの孔に挿入するパンチにその
パンチを貫通しないワーク側面成形用の渦状溝を設けて
その中に底部形状を溝底部形状に合致させた渦状押出金
型を設置する。

【００１８】また、上記パンチを可動部材で、上記押出
金型をパンチに摺動自在に通してある押出ピンを介して
可動部材内の駆動機構付きプレートで各々支持し、さら
に、鍛造終期に押出金型を上記渦状溝の溝底部で支持す
る構成を採用する。

【００１９】なお、押出金型と押出ピンの間、又は押出
ピンとその支持プレートとの間に、渦状溝の溝底に支持
された押出金型からの鍛造圧伝達を断つパンチ軸方向遊
びのついた機械的連結部を設けておくことは、押出ピン
やそのピンの連結部の保護をより確実化する上で有効な
ことである。

【００２０】

【作用】アルミ粉末鍛造と金属粉末冷間成型の相違点を
表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】このように、アルミ粉末鍛造は高温下で行
われるので、高温に晒される部品は耐熱性を、晒されな
い部品は靭性を重視した材料を用いるのが好ましい。本
発明では、押出金型と押出ピンを独立させているのでこ
の要求に応え得る。

【００２３】また、背圧付加のアルミ粉末鍛造では、
の加圧力が非常に大きくなるため、押出金型が下限点に
ある鍛造の終期に圧力を押出ピンで受けるとそのピンが
強度的にもたないが、本発明では、この終期にパンチの
渦状溝の溝底部全体で押出金型を支えるので押出ピン等
に負担をかけず済む。

【００２４】さらに、の焼付きは、押出金型とパンチ
間、及び押出ピンとパンチ間に生じるが、これ等を分割
しているのでメンテナンス時に焼付きを外し易い。

【００２５】また、押出金型はワークのノックアウト
後、金型潤滑を行うために引き下げる。押出金型、押出
ピン、ピン支持プレートの３者を機械的に連結すると強
制的な引き下げが行えるが、アルミ粉末鍛造では箔状の
バリが多く出てこのバリがパンチの渦状溝の溝底に溜ま
り、押出金型を浮かせるため、単純な連結であると連結
部が大きな鍛造荷重を直接受けるようになって破壊して
しまう。パンチ軸方向に遊びをもつ連結は、かかるトラ
ブルの防止に役立つ。

【００２６】一方、鍛造時に大きな背圧を加えなければ
ならない場合には強度の大きい太い押出ピンが必要にな
る。押出金型に連結する押出ピンは、その太さに制限が
あるが、押出金型から切り離した押出ピンは太さ制限が
緩和されるのでこの面で有利になる。なお、押出ピン
は、押出金型の強制引き下げと背圧増加の両目的を達成
するために、遊びをもつ連結を行ったものと押出金型か
ら切り離したものの両者を混用するのがよい。

【００２７】次に、の塑性流動による横荷重に耐え易
くするため、パンチの渦状溝は深さをなるべく浅くする
ことが望まれる。先に挙げた特開平２−６１００１号に
示される一体金型は、押出金型の本体部と脚部の間に応
力集中を避けるための大きなＲをつけるため、渦状溝が
どうしても深くなってしまうが、本発明では押出金型を
ピンで支えるので、渦状溝も必要最小限の深さに抑える
ことができる。

【００２８】このほか、金型製作費の観点からは、脚部
一体の押出金型は、脚部の特に渦部中心部のＵ字カット
が難しい。また、脚部を通すパンチの孔も形状が複雑で
加工し難く、従って加工費が高くつくが、本発明では丸
ピンを丸孔に通せばよく、製造コストが下がる。

【００２９】

【実施例】図１乃至図３に、本発明の成形装置の一具体
例を示す。図中１は可動部材４で支持した下パンチであ
り、この下パンチの上面にワークの渦部側面成形用の渦
状溝２を途中まで掘り下げて設けてある。

【００３０】５は、渦状溝２に対応させた形状の渦状の
押出金型であり、渦状溝２に上下動可能に挿入されてい
る。

【００３１】６ａ、６ｂは押出金型５を支持する丸断面
の押出ピンであり、下パンチに設けたピン孔３に貫通さ
せてある。ここでは、この押出ピンとして小径のピン６
ａと大径のピン６ｂを用い、小径ピン６ａは押出金型５
の下面に溶接するなどして固定している。また、大径ピ
ン６ｂは押出金型５から切り離してその金型５を単に下
から受けるようにしている。

【００３２】７は押出ピン６ａ、６ｂを支える支持プレ
ートである。この支持プレート７は、可動部材４内に設
けた駆動機構（図はシリンダ８）によって昇降せしめら
れる。なお、押出ピン６ａは支持プレート７にパンチ軸
方向の遊びをもって取付けられており、そのため、押出
金型５が渦状溝２の溝底に受けられ、さらに、シリンダ
８のラムが下死点にある図の状態では、支持プレート７
から浮いた状態になる。一方、押出ピン６ｂは、支持プ
レート７に固定してあり、図の状態では、その上端が、
ピン６ａがプレート７から浮いた量と同量押出金型５の
底面から離反している。

【００３３】９はダイプレート１１で支えたダイであ
り、このダイの孔１０に下パンチ１と上パンチ１２が対
向して挿入されてアルミ粉末又はその予備成型体を出発
材料とするワークＡの鍛造が行われる。鍛造以外に、金
属粉末の型押し成形を行うこともある。

【００３４】なお、背圧付加鍛造では初期に、押出金型
５が下パンチ１の上面と面位置が揃うところまで押し上
げられている。そして、単純形状で材料がある程度加圧
されたら、ワーク渦部の割れ防止に必要な背圧を加えな
がら徐々に引き下げて材料を渦状溝２内に流動させてい
き、押出金型５から押出ピンへの鍛造圧伝達が断たれる
図１の位置で加圧力を最大に高めて鍛造を終了する。さ
らに、この後、支持プレート７を上昇させてワークのノ
ックアウトを行う。

【００３５】以下に、本発明装置の効果の確認試験につ
いて記す。

【００３６】（実験例１）アルミ合金粉末（Ａｌ−２５
％Ｓｉ−５％Ｆｅ−２％Ｎｉ）を室温で直径８０ｍｍ、
重量３００ｇの円柱形に型押しし、その後脱ガス、及び
５００℃での鍛造予備加熱を行い、直ちに図４（ａ）に
示すようなフランジ付き渦巻き部品に鍛造した。

【００３７】ここで鍛造に用いた成形装置は、図１乃至
図３で述べたような構造の本発明装置、図１の装置の下
パンチ１と押出金型５を、図５に示すような貫通渦状溝
を有する下パンチ２１と図６に示すような押出金型２５
に置き換えた構造の通常の金属粉末の冷間型押し装置
（比較例１）、及び下パンチの溝からのワークノックア
ウトを、単純なピンによって行う背圧付加鍛造の不可能
な通常鍛造装置（比較例２）の３つである。

【００３８】本発明装置と、比較例１の装置による鍛造
は、押出金型を利用して１ｔｏｎ／ｃｍ² の背圧をかけ
ながら成形を行った。

【００３９】得られた鍛造品の寸法精度等についての調
査結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】このように、本発明の成形装置を用いれ
ば、良好な製品が得られ、金型寿命も長くなる。

【００４２】（実験例２）アルミ合金粉末（Ａｌ−２５
％Ｓｉ−２０２４）及び鉄合金粉末（Ｆｅ−２％Ｃｕ−
０．７％Ｃ）を実験例１と同じ３つの装置を用いて室温
で図４（ａ）のフランジ付き渦巻き及び図４（ｂ）のフ
ランジ無し渦巻き形状に型押し成形した。

【００４３】型押し面圧は全ての部分でアルミ合金粉末
については４ｔｏｎ／ｃｍ² 、鉄合金粉末については５
ｔｏｎ／ｃｍ² にした。

【００４４】得られた型押し品の調査結果を表３に示
す。同表の密度バランスは、最大密度と最小密度の差で
ある。

【００４５】

【表３】

【００４６】この実験結果から、本発明の装置は、金属
粉末の冷間型押し成形にも効果を奏することが判る。

【００４７】（実験例３）実験例１と同じ３つの装置
で、難鍛造材と云われるＡ３９０（Ｓｉ元素を１８重量
％含有）のインゴット（直径８０ｍｍ×高さ２５ｍｍ）
を図４（ａ）のフランジ付き渦巻き形状に温間鍛造し
た。本発明装置と比較例１の装置は背圧を加えての鍛造
である。

【００４８】この実験結果を表４に示す。

【００４９】

【表４】

【００５０】このように、本発明の装置は、難鍛造材を
用いても良好な鍛造品を得ることができ、金型寿命も長
い。

【００５１】（実験例４）特開平２−６１００１号公報
に示される装置のうち、荷重を受けた押出金型をその金
型と一体の脚部で支える構造のものを比較例３として本
発明装置との強度面での信頼性を比較した。その結果、
本発明装置は、２万打の鍛造後も金型を含む各要素には
異常が無かったが、比較例３の装置は、僅か１５打の鍛
造で押出金型の脚部が折れた。

【００５２】（実験例５）上記比較例３の装置と本発明
装置によって得られた鍛造品の寸法精度について調査し
た。その結果、渦羽根の厚みのばらつきは、本発明装置
の場合、最大厚４．０５ｍｍ、最小厚３．９４ｍｍ、そ
の差０．１１ｍｍであったのに対し、比較装置によるそ
れは最大厚４．１２ｍｍ、最小厚３．８５ｍｍ、その差
０．２７ｍｍであり、下パンチの横荷重に対する強さも
本発明装置の方が優れていることが証明された。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来の装置では実質的に不可能であった渦巻状アルミ粉末
鍛造部品、例えば、急冷アルミ合金粉末を原料にしたス
クロールコンプレッサ用の圧縮ロータ等を製造すること
が可能になる。

【００５４】また、装置を安価に作れ、金型寿命も長く
なるため鍛造コストの大幅削減も実現できる。

【００５５】加えて、割れが入り易いワーク凸部に背圧
を加えながらの鍛造や通常の粉末の冷間型押し成形等に
も利用でき、多機能装置としての価値も増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一具体例を示す断面図

【図２】図１の装置に用いた下パンチの斜視図

【図３】図１の装置に用いた押出金型の斜視図

【図４】製造するワークの具体例を示す斜視図

【図５】比較試験に用いた下パンチ（冷間型押し用）の
斜視図

【図６】図５の下パンチと組合わせる押出金型の斜視図

【符号の説明】

１ 下パンチ ２ 渦状溝 ３ ピン孔 ４ 可動部材 ５ 押出金型 ６ａ、６ｂ 押出ピン ７ 支持プレート ８ シリンダ ９ ダイ １０ 孔 １１ ダイプレート １２ 上パンチ ２１ 下パンチ ２５ 押出金型 Ａ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｆ 3/02 １０１ Ｃ // Ｆ０４Ｃ 18/02 ３１１ Ｒ 8311−3Ｈ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイの孔に挿入するパンチにそのパンチ
   を貫通しないワーク側面成形用の渦状溝を設けてその中
   に底部形状を溝底部形状に合致させた渦状押出金型を設
   置し、上記パンチを可動部材で、上記押出金型をパンチ
   に摺動自在に通してある押出ピンを介して可動部材内の
   駆動機構付きプレートで各々支持し、さらに、鍛造終期
   に押出金型を上記渦状溝の溝底部で支持するようにした
   ことを特徴とする渦巻状アルミ粉末鍛造部品の成形装
   置。
2. 【請求項２】 押出金型と押出ピンの間、又は押出ピン
   とその支持プレートとの間に、渦状溝の溝底に支持され
   た押出金型からの鍛造圧伝達を断つパンチ軸方向遊びの
   ついた機械的連結部を設けてある請求項１記載の渦巻状
   アルミ粉末鍛造部品の成形装置。
3. 【請求項３】 押出金型と押出ピンとの間を機械的に切
   り離してある請求項１記載の渦巻状アルミ粉末鍛造部品
   の成形装置。
4. 【請求項４】 押出金型又は支持プレートとの間に軸方
   向遊びのついた機械的連結部を有する押出ピンと、押出
   金型との間に機械的切り離し部を有する押出ピンを混用
   した請求項２記載の渦巻状アルミ粉末鍛造部品の成形装
   置。