JPH10272536A

JPH10272536A - 鍛造スクロール部品の製造方法

Info

Publication number: JPH10272536A
Application number: JP9078584A
Authority: JP
Inventors: Akinori Shibata; 曉典柴田; Susumu Koike; 進小池; Yoshiya Inagaki; 佳也稲垣; Nobuo Kanamaru; 信夫金丸
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】羽根付け根部の疲労強度が高く、軽量及び高
精度の鍛造スクロール部品を製造することができる鍛造
スクロール部品の製造方法を提供する。【解決手段】スクロール部品の羽根１７の側面側の加
工しろ及び底面側の加工しろ部分１６がいずれも１．５
ｍｍ以下である金型１４を使用してスクロール部品を鍛
造する。この場合に、スクロール部品の底部の厚さに関
して圧下率が３０乃至８０％となるように鍛造する。ま
た、スクロール羽根付け根隅部における相当塑性ひずみ
が０．９以上となるように鍛造成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアコン等の家電
機器のコンプレッサ等に組み込まれるスクロールを鍛造
で製造する方法に関し、特に、羽根付け根部の疲労強度
が高い鍛造スクロールを高精度で製造することができる
鍛造スクロールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアルミニウム又はアルミニウム合
金（以下、総称してアルミニウムという）製スクロール
部品は通常鋳造により製造されている。しかし、アルミ
ニウム鋳造品では強度が不足する部分に使用されるスク
ロール部品については、アルミニウムの鍛造により製造
されている。即ち、スクロール部品の羽根付け根部に
は、高負荷が繰り返し印加されるため、高い疲労強度が
要求される。しかし、アルミニウム鋳造品では、十分な
強度を得ることができないため、羽根が厚くなる等、製
品形状が大型化する。従って、鋳造品ではスクロール部
品の軽量化は困難である。このようなスクロール部品の
高強度化及び軽量化の観点から、鍛造スクロールが使用
されている。

【０００３】図１０は従来のアルミニウム製鍛造スクロ
ール部品の成形工程を示す断面図である。アルミニウム
素材１は、スクロール部品の羽根に対応する凸部形状を
形成するために、凹部５を有する鍛造金型４により鍛造
され、その凹部５に整合する形状の凸部が形成される。
スクロールの羽根７は、図１０においてその輪郭２を一
点鎖線により示すように、断面が矩形をなし、スクロー
ルの底部から垂直に起立している。一方、金型４の凹部
５は鍛造品を金型から抜くために、開口端側が若干幅広
となるように、その側面が傾斜し、所謂抜き勾配がつけ
られている。従って、鍛造後のアルミニウム素材１の凸
部の表面３は、この凹部５に倣って側面が傾斜してい
る。このため、鍛造後のアルミニウム素材１の表面３
と、羽根７の輪郭２との間の部分６は、鍛造後に切削加
工等により除去されるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の鍛造アルミニウムスクロール部品は、金型４を抜く
ために、その成型凹部５の形状が所定の成型形状輪郭２
よりも大きく、また、その側面が傾斜したものとなって
いる。このため、加工しろ（部分６）が多くなり、切削
加工の加工工程が長くなると共に、工具寿命も短いとい
う欠点がある。

【０００５】しかも、この鍛造工程において、羽根７の
付け根部においては、金型４の凹部５に沿って、滑らか
で且つよく鍛錬された鍛流線が形成されるが、加工しろ
（部分６）の切削加工により、この鍛流線が大幅に分断
されてしまう。これが、羽根付け根における疲労強度を
低下させる要因となっている。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、羽根付け根部の疲労強度が高く、軽量及び
高精度の鍛造スクロール部品を製造することができる鍛
造スクロール部品の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鍛造スクロ
ールの製造方法は、スクロール部品の羽根部側面側の加
工しろ及び羽根部底面側の加工しろが１．５ｍｍ以下で
ある金型を使用し、スクロール部品の底部の厚さに関し
て圧下率が３０乃至８０％となる鍛造によりスクロール
部品を成形することを特徴とする。

【０００８】この鍛造スクロール部品の製造方法におい
て、スクロール羽根付け根隅部における相当塑性ひずみ
が０．９以上となるように鍛造成形することが好まし
い。

【０００９】なお、前記圧下率とは、鍛造後のスクロー
ル部品の底部の厚さをａ、鍛造前の素材の厚さをｂとし
たときに、｛（ｂ−ａ）／ｂ｝×１００で表される。

【００１０】本発明のように、スクロール部品の加工し
ろを少なくする金型を使用することにより、スクロール
部品加工の際、羽根付け根部の金型に沿った滑らか且つ
よく鍛錬された鍛流線を分断する量が少なくなり、羽根
付け根部を起点とする疲労破壊に対する強度を高め、結
果的に羽根付け根部での耐疲労強度を著しく高めること
ができる。

【００１１】付加的効果として加工しろが少なくなるこ
とにより加工工程を短縮でき、さらには工具寿命も延長
できるようになるので、加工工程での処理コストを低減
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例方
法を示す断面図である。アルミニウム素材１１を、凹部
１５を有する金型１４により鍛造する。これにより、こ
の凹部１５に整合する形状の凸部を有するアルミニウム
成形品が得られる。本実施例においては、金型１４の凹
部１５は、スクロール部品の羽根１７に対し、加工しろ
部分１６の長さが０乃至１．５ｍｍとなるように形成さ
れている。即ち、製品における羽根１７の側面及び底面
と、金型１４の凹部側面との間のギャップが１．５ｍｍ
以下となるように、金型１４の凹部の形状が定められて
いる。

【００１３】この金型１４を使用して鍛造すると、図１
に示すように、凸部表面１３が凹部１５の内面に沿い、
凹部１５に整合する形状の凸部がアルミニウム素材１１
に形成される。そして、表面１３とスクロールの羽根１
７の輪郭１２との間の部分１６を切削除去することによ
り、スクロール部品が製造される。

【００１４】本実施例においては、切削加工の加工しろ
（部分１６）が０乃至１．５ｍｍである。このように加
工しろが極めて少ないため、羽根１７の付け根部の金型
に沿った部分、即ち滑らか且つよく鍛錬された鍛流線を
分断する量が少なく、羽根付け根部を起点とする疲労破
壊に対して極めて耐性が強い。このため、羽根付け根部
での耐疲労破壊強度が著しく向上する。また、加工しろ
が少なくなるので、加工工程を短縮することができ、更
に工具寿命を延長することができる。従って、加工コス
トが低減される。

【００１５】この場合に、加工しろとは、スクロール部
品の羽根部側面側の加工しろ及び羽根部底面側の加工し
ろの双方を含む。この加工しろが１．５ｍｍを超える
と、上記効果を得ることができない。また、この加工し
ろとしては０ｍｍであってもよい。

【００１６】鍛造の圧下率、即ち、スクロール部品の底
部の厚さに関しての圧下率は３０乃至８０％である。圧
下率が３０％未満であると、鍛錬による疲労強度の改善
効果が得られない。一方、圧下率が８０％を超えると、
図９に示すように、アルミニウム素材１１の裏面におけ
る羽根１７の裏側部分に、ひけ欠陥又は寄りじわ欠陥等
の欠陥１８が発生する。即ち、鍛造台１９上にアルミニ
ウム素材１１を載置し、金型１４によりアルミニウム素
材１１を押圧すると、凹部１５内に材料が流動するとき
に、圧下率が８０％を超えるような強圧下の場合は底板
が薄くなっているため、羽根裏側の部分の裏面から材料
が羽根部に流入しやすくなる。この現象は、圧下率が大
きくなるにつれて顕著になり、特に、圧下率が８０％を
超えると、羽根部裏面の材料が凹部内に局部的に優先し
て流動し、これにより、ひけ欠陥等の欠陥１８が生じや
すくなる。

【００１７】また、鍛造工程において、スクロール羽根
付け根隅部における相当塑性ひずみが０．９以上となる
ように各条件を設定することが好ましい。このスクロー
ル羽根付け根隅部の相当塑性ひずみが０．９以上である
と、スクロール部品として必要十分な羽根付け根部の疲
労強度が得られる。

【００１８】なお、鍛造工程に供するアルミニウム素材
は、鋳造材でも、押出材でもよい。押出材を素材とする
ことにより、鋳造品の場合に比して更に一層製品の疲労
強度を高めることができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例方法により製造した鍛
造スクロールの特性について、その比較例と比較して説
明する。いずれも素材はＡｌ−１０Ｓｉ−４Ｃｕ−０．
７Ｍｇの組成を有するアルミニウム合金である。素材は
外径が１２０ｍｍ、厚さが４０ｍｍの円盤状鋳造品であ
る。鍛造後の成形品の形状と、切削加工後の最終製品形
状を下記表１に示す。なお、鍛造後の時効処理は１７０
℃に１２時間加熱することにより行った。

【００２０】

【表１】

【００２１】図２は横軸に素材の圧下率をとり、縦軸に
引張強度をとって圧下率と引張強度との関係を示すグラ
フ図である。この図のデータは図３に示す位置から採取
した試験片により求めたものである。実施例及び比較例
のスクロール部品２０は底板２１と羽根２２とを有する
ものであり、この羽根２２の付け根部の底板２１から円
板状に試験材２３を採取し、この試験材２３から適長間
隔をおいて２個の長尺試験片２４を採取した。なお、羽
根２２の裏面にはボス（凸部）が形成されている。この
試験片２４の引張試験の結果、図２に示すデータが得ら
れた。この図２に示すように、圧下率が高くなるほど、
引張強度が上昇しており、圧下率が３０％以上の場合
に、スクロール部品として所要の高い引張強度が得られ
ている。

【００２２】図４は素材の圧下率と羽根付け根隅部の相
当塑性ひずみとの関係を示すグラフ図である。この図の
データは、塑性流動解析にて鍛造途中段階の素材の相当
塑性ひずみをシミュレート計算した結果を基にして得た
ものである。図５はこの塑性流動解析のシミュレーショ
ン結果を示す図であり、（ａ）は本発明実施例の場合の
計算結果、（ｂ）は従来例の場合の計算結果である。

【００２３】この図４に示すように、圧下率が３０％以
上の場合に、羽根付け根隅部の相当塑性ひずみが０．９
以上になっており、この点から、相当塑性ひずみを０．
９以上とするためには、圧下率を３０％以上にする必要
があることがわかる。

【００２４】図６は羽根部側面に繰り返し荷重を負荷す
る繰り返し荷重試験における羽根付け根隅部の相当塑性
ひずみと同箇所での破断サイクル数との関係を示すグラ
フ図である。繰り返し荷重は２０ｋｇであり、実施例と
比較例とで比較して示す。

【００２５】図７はこの繰り返し荷重試験方法を示す
図、図８はこの繰り返し試験に供した試験片の採取位置
を示す斜視図である。図８（ａ）に示すように、このス
クロール部品３１から羽根３２と底板３４とを含む試験
片３６を採取した。この試験片３６はスクロール羽根付
け根部を含むものであり、この隅部を境にして、底板３
４からの部分３５と羽根３２からの部分３３とを含むも
のである。この疲労試験片９は羽根部分３３の幅が４ｍ
ｍであり、厚さは３ｍｍである。

【００２６】この疲労試験に供した試験片は、以下のよ
うにして製造されたスクロール部品３１から採取された
ものである。即ち、図５に示す塑性流動解析により、ス
クロール羽根付け根部の相当塑性ひずみを計算すると共
に、その変形形状を計算し、スクロール羽根付け根部の
相当塑性ひずみが０．７乃至１．９（実施例）又は０．
７乃至１．２（比較例）になる場合の解析結果に変形状
態を合わせるように、スクロール部品を鍛造し、その
後、切削加工により羽根の製品表面を加工してスクロー
ル部品製品を製造した。そして、各相当塑性ひずみの供
試材から前述のようにして試験片を採取したものであ
り、これにより各試験片の相当塑性ひずみを把握するこ
とができる。

【００２７】本実施例においては、羽根付け根隅部の相
当塑性ひずみが１．９であり、従来例のそれは１．２で
ある。この相当塑性ひずみにおいて、羽根の成形は完了
している。従って、図６において、相当塑性ひずみが
１．９より小さい実施例のデータ及び１．２より小さい
従来例のデータは、羽根の成形途中のものである。

【００２８】この試験片３６を、図７に示すように、疲
労試験機の固定部４１に試験片３６の底板部分３５をそ
の面を垂直にして固定し、底板部分３５と羽根部分３３
との境界から羽根部分３３側に５ｍｍ離隔した位置に、
荷重負荷治具４２をあて、この治具４２により、試験片
３６に対し、２０ｋｇｆの繰り返し荷重を印加した。こ
れにより、この繰り返し荷重における破断サイクル数を
求めた。

【００２９】図６に示すように、羽根付け根隅部の相当
塑性ひずみが１．２の場合の実施例と従来例とを比較す
ると、相当塑性ひずみが同一であるにも拘わらず、本実
施例の方が従来例より疲労強度が高い。これは、実施例
の鍛造スクロール部品の方が加工代が少なく、羽根付け
根部に形成された鍛流線を分断する量が少なかったため
である。

【００３０】この図６に示すように、同一の相当塑性ひ
ずみで比較しても、本実施例により、疲労強度が高い鍛
造スクロール部品が得られる。即ち、従来例の場合は、
相当塑性ひずみが１．２でも１０⁵回程度度の破断サイ
クル数しか得られていないのに対し、本実施例の場合
は、相当塑性ひずみが０．７でも同程度の破断サイクル
数が得られている。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る鍛造
スクロール部品の製造方法によれば、鍛造後の加工しろ
が１．５ｍｍ以下と少ない金型を使用して所定の圧下率
で鍛造するから、スクロール部品の切削加工の際に、羽
根付け根部の金型に沿った滑らか且つよく鍛錬された鍛
流線を分断する量が少なくなり、羽根付け根部を起点と
する疲労破壊に対する強度を高め、羽根付け根部での耐
疲労強度を著しく高めることができる。また、加工しろ
が少なくなることにより加工工程を短縮でき、更に工具
寿命も延長できるため、加工工程での処理コストを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るスクロール部品の鍛造加
工の状態を示す断面図である。

【図２】横軸に鍛造の圧下率をとり、縦軸にスクロール
底板の引張強度をとって、圧下率と引張強度との関係を
示すグラフ図である。

【図３】本実施例に係るスクロール部品の引張試験片の
採取位置を示す断面図である。

【図４】横軸に鍛造製品の圧下率をとり、縦軸にスクロ
ール羽根付け根隅部の相当塑性ひずみをとって、圧下率
と相当塑性ひずみとの関係を示すグラフ図である。

【図５】（ａ）は本実施例のスクロール部品の相当塑性
ひずみを示す分布図、（ｂ）は従来例のスクロール部品
の相当塑性ひずみを示す分布図である。

【図６】横軸にスクロール羽根付け根隅部の相当塑性ひ
ずみをとり、縦軸にスクロール羽根付け根部の疲労破断
サイクル数をとって、相当塑性ひずみと破断サイクル数
との関係を示すグラフ図である。

【図７】スクロール羽根付け根部の疲労試験方法を示す
模式図である。

【図８】（ａ）は本実施例に係るスクロール羽根付け根
部の疲労試験片の採取方法を示す模式図、（ｂ）は同じ
く疲労試験片の形状を示す模式図である。

【図９】スクロールの鍛造工程の途中におけるスクロー
ル底板部のひけ欠陥状態と材料の流動方向を示す模式図
である。

【図１０】従来の鍛造法により成形されたスクロール部
の鍛造金型及び鍛造製品の形状を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１１：アルミニウム素材２，１２：輪郭３，１３：表面４，１４：金型５，１５：凹部６，１６：加工しろ部分７，１７：羽根

フロントページの続き (72)発明者金丸信夫兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スクロール部品の羽根部側面側の加工し
ろ及び羽根部底面側の加工しろが１．５ｍｍ以下である
金型を使用し、スクロール部品の底部の厚さに関して圧
下率が３０乃至８０％となる鍛造によりスクロール部品
を成形することを特徴とする鍛造スクロール部品の製造
方法。
【請求項２】スクロール羽根付け根隅部における相当
塑性ひずみが０．９以上となるように鍛造成形すること
を特徴とする鍛造スクロール部品の製造方法。