KR20030009146A - 로터의 단조용 금형, 그 단조생산시스템, 그 단조방법 및로터 - Google Patents

Abstract

베인 수납홈의 정밀도가 높고 또한 베인 수납홈의 라운딩가공이 불필요하거나 또는 저감할 수 있기 때문에, 치수정밀도가 양호한 로터를 저렴하게 제조할 수 있는 로터의 단조용 금형, 그 단조생산시스템, 그 제조방법 및 로터를 제공한다.

축방향으로 복수의 베인 수납홈을 형성하는 로터를 단조하기 위한 하형 상형의 조합으로 이루어지는 금형에 있어서, 성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 벽면에서 안쪽으로 돌출되어 있는 하형과, 하형의 성형구멍 내측에 설치되고, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조용 금형으로 해결된다.

Description

로터의 단조용 금형, 그 단조생산시스템, 그 단조방법 및 로터{DIE FOR FORGING ROTOR, FORGE PRODUCTION SYSTEM AND FORGING METHOD USING THE DIE, AND ROTOR}

본 발명은 원주형상으로 외주에서 내주를 향해서 가늘고 긴 베인 수납의 작용을 하는 홈을 갖는 로터의 단조용 금형, 그 단조생산시스템, 그 단조방법 및 로터에 관한 것이다.

회전식 압축기나 베인방식의 펌프 등에는 로터가 사용되고 있다. 종래의 로터는 알루미늄합금 분말 또는 알루미늄합금 단조품 또는 그들의 압출재료를 도 15에 나타내는 바와 같은 베인 수납홈 형성을 위한 베인 수납홈 형성부(151)가 부착되어 있는 압출금형으로 압출한 후, 상기 압출한 소재를 절단가공하는 방법 또는,예컨대 일본 특허공개 평3-165948호 공보 등에 표시되어 있는 바와 같이 알루미늄합금 소재를 도 16에 나타내는 금형을 사용하여 외주 원통부와 베인홈 수납부를 단조하는 방법에 의해서 성형되어 왔다. 이 경우 금형의 도 17에 나타낸 바와 같이, 통상 베인 수납홈 형성부 중 베인 수납홈의 저부에 닿는 부분에는 응력집중계수를 저감시킬 목적, 가공시의 공구의 여유부를 형성하여 가공을 용이하게 할 목적 및 베인에 배압을 가하여 밀봉성을 향상시킬 목적으로 원통형상의 형상(171)이 설치되는 경우가 많다.

전자의 압출소재를 절단가공하는 방법은, 압출되는 로터소재가 비틀리기 쉽기 때문에 굽힘이나 휨이 발생하기 쉽고, 베인 수납홈의 직각도(축방향으로의 베인 수납홈의 직진성) 등의 치수정밀도를 확보할 수 없으므로, 직각도 등의 치수정밀도를 얻기 위한 여분의 가공이 필요하게 되어 제조비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 압출금형과 알루미늄함금 소재의 사이에 윤활효과를 얻을 수 없어 표면에 버닝이나 마멸 등이 발생하여 표면정밀도가 나쁘다는 문제가 있고, 높은 표면정밀도를 얻기 위한 여분의 가공이 필요하게 되기 때문에 제조비용이 증가하는 문제가 있다. 또 홈 저부에 발생한 버닝이나 마멸의 부분은 사용시에 가해지는 응력에 의해 그곳을 기점으로 한 균열이 발생하기 때문에 금형의 내구성을 저하시킨다. 또한, 베인홈 수납부를 형성하는 베인 수납홈 형성부의 근원에 베인 수납홈 형성부의 쓰러짐이나 접힘을 방지할 목적으로 부여된 라운딩형상(152)이 압출된 로터의 형상으로 되기 때문에, 라운딩형상을 후공정에서 절삭제거하는 가공이 필요하게 된다.

한편 단조에 의한 제조방법은, 금형 베인 수납홈 형성부의 근원에 압출금형과 같은 목적으로 부여된 라운딩 형상(172)이 단조제품에 전사되기 때문에, 단조제품의 상기 라운딩형상을 절삭제거하는 가공이 필요하게 된다. 그때문에 단조된 로터는 가공공정이 필요하게 되어 그를 위한 비용이 필요하게 되며, 또 라운딩 형상의 가공에 필요한 도 18에 나타낸 바와 같은 여유두께(181)를 설치하여 삭제하기 때문에 재료수율이 나쁘고, 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

다른 종래예의 도 19에 나타내는 베인 수납홈 형성부의 근원(191)에 라운딩이 없는 금형형상에서는, 소재 성형시의 응력이 금형 베인 수납홈 형성부의 근원에 가해져서, 금형 베인 수납홈 형성부의 쓰러짐이 발생하여 베인 수납홈의 직각도 등의 치수정밀도가 나쁘고, 치수정밀도를 얻기 위한 절삭가공이 필요하게 되어 제조비용이 증가한다. 또 단조할 때에 금형 베인 수납홈 형성부에 가해지는 응력에 의해서는, 금형 베인 수납홈 형성부가 근원에서 파손되기 때문에 금형비용이 많이 들어 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

상기 단조에 의한 방법에서의 치수정밀도의 문제를 해결하기 위하여 일본 특허 제3127587호 공보에서는, 베인 수납홈 성형을 위한 베인 수납홈 형성부를 원통부 성형을 위한 금형과 따로 만들어 가열끼워맞춤하고 있지만, 하나의 베인 수납홈 형성부의 지지가 그 베이스부에만 의하기 때문에 성형시의 베인 수납홈 형성부의 흔들림이 크고, 단조제품의 베인 수납홈의 정밀도가 낮다는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위한 방법으로서 일본 특허공개 2000-220588호 공보에 표시되는, 베인 수납홈 형성부를 펀치측에 설치하여 베인 수납홈 형성부의 흔들림을 금형측에 설치한 베인 수납홈 형성부 통과홈에서 억제하는 기구가 있지만, 가압도중에서 소재가 베인 수납홈 형성부 통과홈에 들어가 로터의 수납홈부에 펀치의 내려침에 의한 버형상의 여유두께가 남기 때문에 그 여유두께를 제거하기 위하여 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 압출에 의한 방법에서는 높은 정밀도의 베인 수납홈 정밀도를 확보하기 위하여 가공이 필요하기 때문에 제조비용이 높아지는 문제, 단조에 의한 방법에서는 베인 수납홈의 라운딩 형상을 제거하기 위하여 필요한 여유두께와 그 가공에 의해서 제조비용이 증가하는 문제 및 베인 수납홈의 정밀도가 낮은 문제 그리고 로터 외주에 버형상의 여유두께가 발생하는 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 베인 수납홈의 정밀도가 높고 또한 베인 수납홈의 라운딩가공이 불필요하거나 또는 저감될 수 있으므로, 치수정밀도가 양호한 로터를 저렴하게 제조할 수 있는 로터의 단조용 금형, 그 단조생산시스템, 그 제조방법 및 로터를 제공한다.

도 1은 본 발명에 사용하는 하형의 일례인 수평방향의 단면도로서, (a)부분은 전체도, (b)부분은 베인 수납홈 형성부 근원부의 확대도,

도 2는 본 발명에 사용하는 단조기계의 일례인 수직방향의 단면도,

도 3은 본 발명에 사용하는 스페이서의 일례인 측면도, 평면도,

도 4는 본 발명에 사용하는 금형의 일례인 일부 수직방향의 단면도,

도 5는 금형의 수직방향 단면의 설명도로서, (a)부분은 본 발명의 스페이서의 일례인 원통부 길이의 설명도, (b)부분은 종래의 금형 단면의 설명도,

도 6은 본 발명에 사용하는 하형, 스페이서의 조합의 설명도,

도 7은 본 발명에 사용하는 단조생산시스템의 개략도,

도 8은 본 발명으로 제조된 로터의 일례인 수평방향의 단면도,

도 9는 본 발명의 로터제품의 일례인 외관도,

도 10은 본 발명에 사용하는 하형의 다른 예인 도면,

도 11은 본 발명에 사용하는 상형의 다른 예인 도면,

도 12는 본 발명으로 단조된 단조품의 도면으로서, (a)부분은 평면도, (b)부분은 A-B의 단면도,

도 13은 본 발명으로 단조된 다른 단조품의 도면으로서, (a)부분은 평면도, (b)부분은 A-B의 단면도,

도 14는 본 발명의 로터제품의 다른 예의 외관도,

도 15는 종래의 압출금형의 일례인 도면,

도 16은 종래의 단조용 금형의 일례인 도면,

도 17은 종래의 단조용 금형의 하형의 일례인 도면,

도 18은 종래의 단조된 로터의 일부인 도면,

도 19는 종래의 단조용 금형의 하형의 다른 일례인 도면,

도 20은 본 발명으로 단조된 로터의 일례의 일부인 도면,

도 21은 베인 수납홈 저부의 원통부 위치의 정밀도를 설명하는 도면,

도 22는 본 발명에 사용하는 상형의 다른 예인 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 베인 수납홈 형성부 근원 21 : 상형

22 : 성형구멍 23 : 베인 수납홈 형성부

24 : 하형 25 : 스페이서

26 : 부시 27 : 녹아웃핀

28 : 소재 31 : 관통홈

32 : 원통부 33 : 원통부의 벽면

34 : 플랜지부 71 : 소재절단장치

72 : 소재공급장치 73 : 소재가열장치

74 : 소재반송장치 75 : 단조기계

76 : 단조제품 반출장치 77 : 단조제품 열처리로

91 : 외주 원통부 92 : 베인 수납홈

101 : 원주형상 돌출부 111 : 오목부를 갖는 형상부

141 : 센터구멍 151 : 베인 수납홈 형성부

152 : 라운딩 형상 171 : 원통상의 형상

172 : 라운딩의 형상 181 : 여유두께

191 : 베인 수납홈 형성부의 근원

221 : 센터구멍을 형성하기 위한 돌출부 A : 스페이서 원통부의 두께

본 발명자는, 단조된 로터제품의 베인홈의 가공정밀도와 금형의 관계에 대하여 예의 연구를 행하여 그 가망을 근거로 하여 본 발명을 완성하는데 이르렀다.

1)상기 과제를 해결하기 위한 제1의 발명은, 축방향으로 복수의 베인(vane) 수납홈을 형성하는 로터를 단조하기 위한 하형 상형의 조합으로 이루어지는 금형에 있어서, 성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 벽면으로부터 안쪽으로 돌출되어 있는 하형과, 하형의 성형구멍 내측에 설치되어 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조용 금형이다.

2)상기 과제를 해결하기 위한 제2의 발명은, 스페이서의 원통부 축방향의 길이가 로터의 축방향의 길이 이상, 로터의 축방향 길이의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 1)에 기재된 단조용 금형이다.

3)상기 과제를 해결하기 위한 제3의 발명은, 스페이서의 원통부가 성형구멍의 벽면으로부터 안쪽으로, 베인 수납홈 형성부 길이의 1/10∼1/2의 두께를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 1) 또는 2)에 기재된 단조용 금형이다.

4)상기 과제를 해결하기 위한 제4의 발명은, 하형의 베인 수납홈 형성부의 근원부와 성형구멍의 벽면 사이에 라운딩부가 형성되어 있고, 스페이서의 원통부가 성형구멍의 내벽면에서 안쪽으로 상기 라운딩부의 라운딩 반경 중 최대반경의 1∼20배의 두께를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 1) 내지 3)중 어느 하나에 기재된 단조용 금형이다.

5)상기 과제를 해결하기 위한 제5의 발명은, 하형의 성형구멍 저면의 중심에, 성형구멍의 중심으로부터 베인 수납홈 형성부까지의 거리 미만을 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 1) 내지 4)중 어느 하나에 기재된 단조용 금형이다.

6)상기 과제를 해결하기 위한 제6의 발명은, 하형의 성형구멍을 향한 상형의 면에 있어서, 하형의 성형구멍의 저면 중심에 대응한 위치에 성형구멍의 중심으로부터 베인 수납홈 형성부까지의 거리 미만을 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 1) 내지 4)중 어느 하나에 기재된 단조용 금형이다.

7)상기 과제를 해결하기 위한 제7의 발명은, 상형에 있어서, 상형의 동작방향축의 윗쪽에서 보아 베인 수납홈 형성부에 대응하는 위치에 상형의 동작방향과 반대방향의 오목부를 갖는 형상부를 갖는 것을 특징으로 하는 1) 내지 6)중 어느 하나에 기재된 단조용 금형이다.

8)상기 과제를 해결하기 위한 제8의 발명은, 소재절단장치와 단조기계를 포함하는 폐쇄 단조생산시스템에 있어서, 단조기계가 1) 내지 7) 중 어느 한 항에 기재된 단조용 금형을 갖는 단조기계인 것을 특징으로 하는 폐쇄 단조생산시스템이다.

9)상기 과제를 해결하기 위한 제9의 발명은, 알루미늄합금 주조봉, 알루미늄합금 주조봉의 압출재 및 분말 알루미늄합금의 압출재 중 어느 하나를 단조용 소재로 하여 1) 내지 7) 중 어느 한 항에 기재된 단조용 금형을 사용하여 알루미늄합금제 로터를 단조하는 알루미늄합금제 로터의 제조방법이다.

10)상기 과제를 해결하기 위한 제10의 발명은, 축방향으로 복수의 베인 수납홈을 형성하는 로터에 있어서, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 표면 및 베인 수납홈부에 디버링(deburring) 흔적이 없고, 외주 원통부와 베인 수납홈이 만드는 코너부의 곡률반경이 0.5㎜이하인 것을 특징으로 하는 단조제 알루미늄합금 로터이다.

본 발명의 금형에 대하여 설명한다.

본 발명에서 제조하는 로터는 도 9에 나타낸 바와 같이, 외주 원통부(91) 및 축방향의 복수의 베인 수납홈(92)을 갖는 것이다.

축방향으로 복수의 베인 수납홈을 형성하는 로터의 단조에 사용되는 금형은, 하형 상형의 조합으로 구성되어 있다. 하형은 로터의 형상을 성형하는 성형구멍을 갖고 있고 성형구멍의 속에 단조용 소재를 수납하여 상형을 프레스기로 끼워넣음으로써 소재를 단조가공한다.

본 발명의 금형의 하형은, 성형구멍이 중앙부에 형성되고 이 성형구멍의 내벽면으로부터 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형이다. 또한, 본 발명의 금형은 하형의 성형구멍 내측에 스페이서를 설치하고 있다. 그 스페이서의 내측에 단조용 소재를 수납한다. 스페이서는 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 있다.

본 발명의 금형의 일례인 수직방향의 단면도를 도 2에, 도 4에 하형 부근의 확대도를 나타낸다. 또, 도 2중의 A-B의 단면도를 도 1에 나타낸다.

이 금형은, 가압펀치로 이루어지는 상형(21), 성형구멍(22)의 안쪽으로 돌출된 베인 수납홈을 형성하기 위한 베인 수납홈 형성부(23)를 5개 갖는 하형(24), 로터 외주 형상부를 형성하는 스페이서(25), 스페이서를 하형에 고정하는 부시(26) 및 제품을 틀 내에서 꺼내기 위한 녹아웃핀(27)을 포함하여 구성된다. 도 1에 나타낸 하형 부근의 일례는, 성형구멍(22)의 안쪽으로 돌출된 베인 수납홈을 형성하기위한 베인 수납홈 형성부(23)를 5개 갖는 하형 및 스페이서(25)이다. 종래의 금형구조에서는 베인 수납홈 형성부에 응력이 가해지기 때문에 베인 수납홈 형성부의 근원부와 성형구멍의 내벽면 사이에 근원에 강도를 보강하기 위한 라운딩부가 필요하였지만, 본 발명에서는 스페이서를 설치함으로써 베인수납홈 형성부 근원(1)으로의 응력집중이 저하되기 때문에 베인 수납홈 형성부 근원부에 라운딩부를 사용하지 않거나 혹은 라운딩 반경을 종래보다 작게 할 수 있다. 종래는 2∼3㎜의 라운딩 반경이 필요하였지만, 도 1의 부호 B에 나타낸 바와 같이, 라운딩부가 불필요하거나 혹은 라운딩 반경을 보다 작게 할 수 있다.

하형의 베인 수납홈 형성부 근원부와 성형구멍의 내벽면 사이에 스페이서와의 맞스침 상태를 양호하게 하기 위한 라운딩부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 스페이서의 일례를 도 3에서 구체적으로 설명한다. 베인 수납홈을 형성하기 위하여 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 베인 수납홈 형성부의 관통홈(31)에 의해, 원통부(32)는 분리되어 있다. 각 분리된 원통부의 벽면(33)은 로터의 외주 원통부의 베인 수납홈에 의해서 구분된 범위의 형상에 대응하는 벽면으로 되어 있다. 분리되어 있는 각 원통부는 상부에서 플랜지부(34)로 연결되어 있다.

각 원통부와 플랜지부를 연결하기 위하여, 그 접합면이 로터의 외주 원통부와 접하는 면으로 되지 않는 방향에서 기계적으로 결합할 수 있다. 기계적 결합으로서 코킹, 용접, 가열끼워맞춤, 나사고정(체결)을 예시할 수 있다. 각각 다른 벽면의 형상을 갖는 원통부를 플랜지부에 부착함으로써 베인홈으로 구분된 외주 원통부의 표면형상이 각각 다른 로터를 용이하게 제조할 수 있다.

각 원통부와 플랜지부를 연결하기 위하여, 각 원통부와 플랜지부는 연결된 형상으로 일체로 성형되어 있는 것이 바람직하다. 기계적 강도가 강해지기 때문이다.

도 4에 나타내는 스페이서의 원통부 성형구멍의 내벽면에서 안쪽으로의 두께(A)는 베인 수납홈 형성부 길이의 1/2∼1/10(보다 바람직하게는 1/4∼1/5)인 것이 바람직하다. 1/10 이상이면 하형 베인 수납홈 형성부의 흔들림을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문이다. 1/2을 초과한 경우에는 하형 베인 수납홈 형성부의 스페이서에 의해서 숨겨지는 실제로의 가공에는 사용되지 않는 길이가 실제로 가공에 사용되는 베인 수납홈 형성부의 길이 이상으로 되기 때문에 하형의 지름이 커져 버린다. 그 결과, 단조에 사용하는 프레스기계도 큰 것을 필요로 하기 때문에 설비에 고액의 비용이 소요된다. 상기의 범위라면, 큰 프레스기계를 사용하지 않고 하형 베인 수납홈 형성부의 흔들림을 충분히 억제하여 베인홈 수납부의 정밀도를 높일 수 있다.

도 4에 나타내는 스페이서의 원통부 성형구멍의 내벽면에서 안쪽으로의 두께(A)는, 상기 라운딩부의 라운딩 반경 중 최대반경의 1∼20배의 두께인 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 스페이서 원통부의 두께(A)는, 하형 베인 수납홈 형성부의 근원에 부여된 모따기의 베인 수납홈 형성부방향 길이(도 1의 부호(B))의 1∼20배인 것이 바람직하다. 1배 보다도 작은 경우에는 모따기 형상이 로터 외주부에 전사되게 되어, 단조후에 라운딩 형상부를 다른 공정으로 삭제해야 한다. 또 하형 베인 수납홈 형성부의 누름이 충분하지 않기 때문에 베인 수납홈 형성부가 단조가공시에 흔들리기 쉽게 되어, 베인 수납홈부의 가공정밀도가 불안정하게 되기 쉽다. 20배를 초과한 경우에는 하형 베인 수납홈 형성부의 스페이서에 숨겨진 실제의 가공에 사용되지 않는 길이가 커지기 때문에, 실제의 하형의 지름이 커져 버린다. 그 결과, 단조에 사용하는 프레스기계도 큰 것을 필요로 하기 때문에 설비에 고액의 비용이 든다. 1∼20배의 사이이면 큰 프레스기계를 사용하지 않고 하형 베인 수납홈 형성부의 흔들림을 충분히 억제하여 베인홈 수납부의 정밀도를 높일 수 있다.

스페이서의 원통부 로터 축방향의 길이에 대하여 도 5의 (a)부분을 근거로 설명한다.

본 발명에서는 스페이서의 원통부 축방향의 길이(D)를, 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)이상, 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)의 2배 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 결과 스페이서에 의해 제품이 금형 분할면(H)에 접촉하는 일이 발생하지 않기 때문에 분할면에 의한 버가 발생하지 않는다. 스페이서의 길이(D)가 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)와 베인 수납홈 형성부의 로터 축방향의 길이(F)의 차이 미만인 경우는, 분할면에 의한 버의 발생이 일어날 위험이 있다. 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)의 2배를 초과하는 경우는 제품길이에 대하여 3배를 초과하는 길이가 프레스기에 필요하게 되기 때문에 큰 프레스기를 사용하지 않으면 안되어 경제적이지 않다.

버의 발생이 없으므로 본 발명의 로터는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

① 발생한 버가 금형 내에 남기 때문에, 다음의 단조시에 제품의 표면이 그버에 의해서 오목하게 되는 불량의 발생을 억제할 수 있다.

② 후공정의 절삭가공시에 척에 있어서 버에 의한 척미스를 저감시키거나 또는 경사척(척킹이 경사인 상태)의 발생을 억제할 수 있다.

③ 후공정에서 버 제거작업을 삭감할 수 있다.

플랜지부의 두께(J)는, 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)와 로터 축방향의 길이(F)의 차이 이상, 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)의 2배 이하(보다 바람직하게는 단조제품 로터의 축방향 길이(E)와 로터 축방향의 길이(F)의 차이 이상, 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)의 1.5배 이하)인 것이 바람직하다. 단조제품 로터의 축방향의 길이(E)와 로터 축방향의 길이(F)의 차이 이상이면 버가 발생하지 않고, 단조제품의 로터의 축방향의 길이(E)의 2배 이하에서는 프레스기계가 그다지 크게 되지 않고 완료되기 때문이다.

도 5의 (b)에 나타내는 종래의 금형에서는, 금형 분할면(G)에서 버가 발생할 의험이 있었지만, 본 발명에서는 금형 분할면에 소재가 접하는 일이 없으므로 버의 발생을 억제할 수 있다.

플랜지부의 원통부 내면의 표면조도(Ra)는 0.05∼25㎛(보다 바람직하게는 0.05∼1.6㎛)인 것이 바람직하다. 0.05㎛ 미만에서는 플랜지 가공시의 정밀도를 확보하는 것이 곤란하고, 25㎛를 초과하면 단조시에 로터와의 늘어붙음이 일어나기 때문이다.

플랜지부의 형상은 도너츠 원판형상뿐만 아니라, 하형, 부시로의 조립에 적합한 형태를 설계할 수 있다.

도 2, 도 4, 도 6을 이용하여, 본 발명의 하형과 스페이서를 조합시킨 일례를 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 하형의 베인 수납홈 형성부로 스페이서의 베인 수납홈 형성부의 관통홈의 위치를 맞추어서 하형의 상부로부터 스페이서를 끼워넣어 일체화한다. 일체화 한 것을 강고하게 하기 위하여 하형과 스페이서를 가열끼워맞춤하여도 좋다. 도 4에 나타낸 바와 같이 일체화 한 하형과 스페이서를 부시에 삽입한다. 또한 도 2에 나타낸 바와 같이 프레스기의 앤빌(anvil)상에 세트한다. 또한, 하형의 베인 수납홈 형성부와 스페이서의 베인 수납홈 형성부의 관통홈과의 간극 정밀도는 베인 수납홈 형성부의 두께의 1/1000∼1/10(보다 바람직하게는 1/250∼1/100)로 하는 것이 바람직하다. 1/1000 미만에서는 스페이서를 베인 수납홈 형성부로 삽입이 곤란하게 된다. 1/10을 초과하는 경우에는 금형 베인 수납홈 형성부의 쓰러짐을 억제하는 효과가 불충분하게 되어 금형 베인 수납홈 형성부와 스페이서 분할위치에 버가 발생할 위험이 있다. 하형의 베인 수납홈 형성부의 표면조도(Ra)는 0.05∼25㎛(보다 바람직하게는 0.05∼1.6㎛)인 것이 바람직하다. 이 범위이면 충분한 가공의 정밀도가 확보될 수 있고, 또 로터와의 사이에 늘어붙음이 일어나는 것을 억제할 수 있기 때문이다. 스페이서의 베인 수납홈 형성부의 관통홈 표면조도(Ra)는 0.2∼6.3㎛(보다 바람직하게는 0.2∼1.6㎛)인 것이 바람직하다. 0.2㎛ 미만에서는 가공정밀도를 확보하는 것이 곤란하고, 6.3㎛를 초과하면 하형으로의 세트가 곤란하다.

하형의 성형구멍의 내벽과 스페이서의 원통부와의 간극 정밀도는, 스페이서 원통부 두께(A)의 1/1000∼1/10(보다 바람직하게는 1/250∼1/100)로 하는 것이 바람직하다. 1/1000 미만에서는 베인 수납홈 형성부 세트가 곤란하다. 1/10을 초과하는 경우는 스페이서 원통부가 단조시의 응력에 의해 변형된다. 하형의 성형구멍의 내벽 표면조도(Ra)는 0.2∼6.3㎛(보다 바람직하게는 0.2∼1.6㎛)인 것이 바람직하다. 0.2㎛ 미만은 가공정밀도를 확보하는 것이 곤란하고, 6.3을 초과하면 스페이서와의 세트가 곤란하기 때문이다. 스페이서 원통부의 성형구멍 벽면과 접하는 면의 표면조도(Ra)는 0.2∼6.3㎛(보다 바람직하게는 0.2∼1.6㎛)인 것이 바람직하다. 0.2㎛ 미만에서는 가공정밀도의 확보가 곤란하고, 6.3㎛를 초과하면 하형으로의 세트가 곤란하기 때문이다.

본 발명에 사용되는 스페이서의 제조방법의 일례를 설명한다. 소재로서는 금형강(JIS SKD11)을 예시할 수 있다. 소재에 절삭가공과 방전가공을 실시하여 원통부, 플랜지부의 형상을 가공하여 스페이서를 제작한다. 예를 들면, 스페이서의 원주방향(스페이서의 외주측과 내주측)의 가공을 절삭가공으로 행한 후, 지름방향의 가공 즉 베인 수납홈 형성부의 관통부의 홈부를 방전가공으로 행한다. 앞에서 기술한 바와 같이 원통부의 원주방향의 벽면과 베인 수납홈 형성부의 관통부와의 사이에는 소정의 치수정밀도를 갖는 것이 바람직하다. 그래서, 2종류의 가공방법을 조합시켜 충분한 가공정밀도를 얻도록 할 수 있다. 원주방향은 절삭가공으로 높은 정밀도를 얻을 수 있지만, 지름방향은 절삭가공으로는 정밀도가 낮다. 그때문에 원주방향은 절삭가공, 지름방향은 방전가공을 행함으로써 높은 치수정밀도를 확보하고 있다.

다음에, 본 발명에서의 단조방법에 사용되는 단조생산시스템을 설명한다.

단조생산시스템의 구성예의 일례의 개략을 도 7로써 설명한다.

단조생산시스템은, 소재절단장치(71)와, 단조기계(75)를 포함하는 것이다. 소재를 재결정온도 이상으로 가열하고나서 단조하는 열간단조의 경우이면, 소재가열장치(73)를 포함시키는 것이 단조가공성을 높이기 때문에 바람직하다. 또한, 소재공급장치(72)와, 소재반송장치(74)와, 단조제품 반출장치(76)를 포함시킨 일괄 자동생산시스템이 보다 바람직하다. 단조제품이 최종제품의 형상으로 되어 있는 경우는 단조제품 열처리로(77)를 포함시키는 것이 바람직하다.

소재절단장치(71)는, 연속주조 둥근봉을 소정의 길이로 절단하기 위한 것이다. 소재공급장치(72)는 일정량의 단조용 소재를 호퍼 내에 보류하고, 다음 공정으로 소재를 공급하기 위한 것이다. 소재반송장치(74)는 단조용 소재를 금형으로 반송하기 위한 것이다. 단조기계(75)는 단조용 소재를 단조하기 위하는 것이다. 단조제품 반출장치(76)는 녹아웃기구에 의해 단조제품을 금형 내에서 배출하여 다음 공정으로 반송하기 위한 것이다. 소재가열장치(73)는 소재를 재결정온도 이상으로 가열하여 단조가공성을 높이기 위한 것이다. 단조제품 열처리로(77)는 꺼낸 단조제품을 연속적으로 용체화·시효처리를 실시하는 열처리를 위한 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 단조기계에는 성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면으로부터 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍 내측에 설치되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형을부착한다.

또, 필요에 따라서, 예를 들면 재결정온도 이상으로 가열하고나서 단조를 행하는 열간단조의 경우, 금형으로의 윤활제 분무장치를 단조용 금형 혹은 단조기계에 부착하는 것이 바람직하다. 또, 윤활제 분무장치는 윤활장치 단체로서 설치하여 그 동작을 단조기계와 연동시키는 것이어도 좋다.

본 발명에 의한 제조방법에서는 단조소재의 재료로서 금속재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄, 철, 마그네슘, 및 이들을 주성분으로 하는 합금을 예시할 수 있다. 알루미늄합금이면 예컨대 AA규격 A390, JIS6061합금 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 사용하는 소재의 제조법은, 연속주조, 압출, 압연 등 어느 것이어도 좋다. 소재로서는 알루미늄합금 주조봉, 알루미늄합금 주조봉의 압출재 및 분말 알루미늄합금의 압출재를 예시할 수 있다. 알루미늄이나 알루미늄합금인 경우, 연속주조된 둥근봉재가 저렴하여 바람직하다. 알루미늄합금에 있어서는, 기체가압식 핫톱주조법(예를 들면 SHOTIC재(쇼와덴코(주) 제품))으로 연속주조된 둥근봉재가 우수한 내부건전성을 갖고, 결정입자가 미세하며, 또한 소성가공에 의한 결정입자의 이방성이 없기 때문에 보다 바람직하다. 본 발명의 단조방법에 있어서 단조소재가 단조제품 기둥부에 의해 균일하게 층형상으로 소성유동하고, 용착부족 등의 단조결함이 발생하지 않으며, 또 제품의 기계적 강도를 향상시키는 면에서 보다 바람직하기 때문이다.

다음에, 도 7의 단조생산시스템 및 도 2의 단조기계를 사용한 본 발명의 제조방법의 일실시형태를 설명한다.

본 발명의 단조방법은,

1) 연속주조 둥근봉을 단조제품을 소정 길이로 절단하는 공정과,

2) 단조용 소재를 금형으로 반송하는 공정과,

3) 단조용 소재를단조하는 공정과,

4) 녹아웃기구에 의해 단조제품을 금형 내에서 배출하는 공정과,

5) 단조제품을 베인홈의 축방향 길이 이하로 절단하여 베인홈을 축방향으로 관통시키는 공정과,

6) 꺼낸 단조제품을 연속적으로 용체화·시효처리를 실시하는 열처리공정을 포함하는 제조방법이다.

또, 단조제품의 형상이 안이하고, 상온에서 단조용 소재를 단조하는 냉간단조인 경우, 필요에 따라서 단조 전에 단조용 소재에 화성피막처리를 실시하는 본데처리를 실시하는 공정을 추가하는 것이, 단조하중의 감소, 단조제품과 금형의 늘어붙음 방지의 점에서 바람직하다.

또, 단조제품 형상이 복잡하고, 단조용 소재를 재결정온도 이상까지 가열하고나서 단조하는 열간단조의 경우, 필요에 따라서 단조용 소재를 재결정온도 이상까지 예비가열을 행하는 공정, 단조용 소재를 단조전에 예를 들면 단조용 소재에 수용성 흑연윤활처리를 실시하는 공정, 단조용 금형을 소정의 온도로 예비가열하는 공정, 단조용 금형에, 예컨대 단조용 금형의 단조성형부위에 수용성 흑연윤활제를 스프레이로 분무하는 공정에서 선택되는 공정을 추가하는 것이 단조하중을 감소시키는 점, 또는 단조제품과 금형의 늘어붙음을 방지하는 점에서 바람직하다.

금형의 온도는 히터(도시하지 않음)에 의해서 100℃∼400℃로 가열유지되어 있는 것이 바람직하다. 단조용 소재는 300℃∼450℃의 사이로 가열하는 것이 바람직하다.

성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍 내측에 설치되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형을 부시(26)로 꽉 누른 중에, 단조용 소재(28)를 장전한다(도 2). 펀치(21)에 의해서 단조하중 40∼170t로 단조가공을 완료한 후, 녹아웃핀(27)으로 하형 내에서 윗쪽으로 제품로터를 보내어 꺼낸다.

본 제조방법은, 소재를 상형과, 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍의 안쪽에 설치되는 스페이서로 둘러싸인 공간 내에 소성유동시켜서 가공하므로, 금형의 외부로 버를 배출하여 소성가공하는 버배출가공과는 다르고, 폐쇄단조로 되어 있다. 베인홈의 주위에 발생하는 버를 프레스가공으로 빼내는 공정을 이용하지 않고 외주부에 버가 없는 로터를 작성할 수 있다. 성형가공공정으로서, 디버링공정, 프레스제거공정을 필요로 하지 않으므로 공정을 간략화할 수 있다. 또 성형가공공정에서 재료의 폐기가 발생하지 않으므로 재료수율이 향상된다.본 발명에 의해서 제조된 로터의 단면형상의 일례를 도 8, 외관도를 도 9에 나타낸다.

본 발명의 단조생산시스템은, 성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍 내측에 설치되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형을 갖고 있는 단조기계를 갖고 있으므로, 베인 수납홈의 정밀도가 높고 또한 베인 수납홈의 라운딩가공이 불필요하거나 또는 저감될 수 있어 치수정밀도가 양호한 로터를 저렴하게 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법은, 성형구멍이 중앙부에 형성되어 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍 내측에 설치되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형을 사용하고 있으므로, 베인 수납홈의 정밀도가 높고 또한 베인 수납홈의 라운딩가공이 불필요하거나 또는 저감될 수 있어 치수정밀도가 양호한 로터를 저렴하게 제조할 수 있다.

본 발명의 금형의 베인 수납홈 형성부는 외주 원통성형부와 일체가공하므로 가공정밀도가 베인 수납홈 형성부의 정밀도에 반영되기 때문에 정밀도가 높다. 베인 수납홈 형성부마다 각각을 외주 원통성형부와 가열끼워맞춤하고나서 가공할 필요가 없고, 가열끼워맞춤공정이 불필요하게 되어 베인 수납홈 형성부 금형제조시의 치수정밀도의 관리가 용이하다. 또, 베인 수납홈 형성부의 수가 증가한 경우, 가열끼워맞춤수가 증가하여 가열끼워맞춤시의 온도관리와 가열끼워맞춤시의 치수관리의 관리항목이 증가하여 정밀도 관리가 걱정이지만, 본 발명에 있어서는 스페이서의 홈을 늘려 그것과 핀부(베인 수납홈 형성부)의 치수를 관리하는 것만으로 된다.

본 발명의 금형을 사용한 제조방법에서는, 성형구멍이 중앙부에 형성되고 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 안쪽으로 돌출된 하형과, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 하형의 성형구멍 내측에 설치되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형내에 배치한 알루미늄합금 소재에 프레스압력에 의해서 베인 수납홈을 성형하므로, 압출방법과 같은 베인 수납홈의 뒤틀림이나 쓰러짐의 발생을 억제할 수 있다.

또, 스페이서가 알루미늄합금 소재와 금형 사이에 존재함으로써 금형 베인 수납홈 형성부의 라운딩 형상이 성형품에 전사되지 않기 때문에, 그 라운딩 형상을 제거하기 위한 여유두께가 작거나 또는 불필요하여, 가공공정을 단축할 수 있거나 또는 불필요하게 할 수 있다. 베인 수납홈 형성부와 스페이서의 원통부 벽면과의 사이에는 라운딩 형상이 존재하지 않으므로 실질적으로 코너(R)가 존재하지 않는 것을 성형할 수 있으므로, 제거할 대상의 여유두께를 작게 할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 본 발명의 제조방법으로 얻어진 로터는 코너(R)의 반경은 0.5㎜이하이다. 단조가공조건, 단조용 소재재질을 조정함으로써 코너(R)의 반경은 보다 바람직하게는 0.1㎜이하로 된다.

또, 금형 베인 수납홈 형성부를 금형과 일체로 한 경우는 베인 수납홈 형성부가 크게 흔들리는 일이 없다.

또, 스페이서와 금형 베인 수납홈 형성부와의 간극을 충분히 작게 한 경우는 로터 외주에 버형상의 여유두께의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 제조방법으로 제조된 로터는, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 표면 및 베인 수납홈부에 디버링 흔적이 없고, 외주 원통부와 베인 수납홈이 만드는 코너부의 곡률반경이 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 단조제 알루미늄합금 로터로 된다.

본 발명의 로터는, 로터의 외주 원통부의 표면 및 축방향 외주부에 디버링 흔적이 없고, 외주 원통부와 베인 수납홈이 만드는 코너부의 곡률반경이 0.5㎜ 이하이므로, 디버링가공, 라운딩가공이 불필요하므로 가공공정수가 저감되어 재료수율이 향상된 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 대하여 도 10을 이용하여 설명한다.

로터에는 그 용도 때문에 베인홈과 평행한 구멍가공, 예를 들면 그 중심에 샤프트를 관통시키기 위한 샤프트구멍의 가공 등이 요구되는 경우가 있다. 단조의 금형에 돌출부를 형성함으로써 단조성형시에 구멍가공을 실시할 수 있다. 이와 같은 성형을 행하는 경우의 본 발명의 금형은 이하와 같은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 도 2에 나타내는 금형의 특징에 더하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 센터구멍을 형성하기 위한 돌출부로서, 하형의 성형구멍의 저면 중심에, 성형구멍의중심에서 베인 수납홈 형성부까지의 거리를 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부(101)가 형성되어 있는 단조용 금형이 바람직하다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 도 2에 나타내는 금형의 특징에 더하여, 센터구멍을 형성하기 위한 돌출부(221)로서, 하형의 성형구멍으로 향한 상형의 면에 있어서, 하형의 성형구멍 저면의 중심에 대응한 위치에 성형구멍의 중심으로부터 베인 수납홈 형성부까지의 거리를 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

센터구멍을 형성할 때의 돌출부를 형성한 경우의, 본 발명의 스페이서의 효과는 이하와 같다. 종래의 단조용 금형으로 원통공동부를 단조공정으로 성형한 경우, 베인 수납홈 형성부에 가해지는 응력이 높기 때문에, 베인 수납홈 형성부가 굽힘위치정밀도가 나쁘게 될 위험이 있었다. 본 발명의 금형은, 베인 수납홈 형성부에 작용하는 응력을 스페이서로 보다 충분하게 억제하기 때문에, 원통공동부를 단조공정으로 성형한 경우에도 베인 수납홈 형성부의 굽힘도 적고 위치정밀도가 좋다. 본 발명의 방법으로 프레스함으로써 로터 외주부, 베인홈 수납부 및 로터 중심축에 들어가는 샤프트의 축구멍을 동시에 성형하면 정밀도가 좋고 제조빙용을 저감할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 대하여 도 11을 이용하여 설명한다.

도 2에 나타내는 금형의 특징에 더하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상형에 있어서, 상형의 동작방향의 윗쪽에서 보아 베인 수납홈 형성부에 대응하는 위치에 상형의 동작방향과 반대방향의 오목부를 갖는 형상부(111)를 갖는 단조용 금형이 바람직하다. 이와 같은 형상을 가짐으로써, 외주 원통면에 버가 없는 상태에서"딤플"을 형성할 수 있다. 종래의 "딤플"에서는 펀치 볼록부의 압력이 높기 때문에 금형분할면에서 버가 크게 발생할 위험이 있었다. 본 발명에서는 스페이서에 의해서 제품이 금형분할면에 접촉하는 일이 없으므로 버를 발생시키는 일이 없고, "딤플"을 형성한 경우에도 재료에 대한 수율을 향상시킬 수 있다. 여기서 "딤플"이란, 펀치가압방향과 반대방향의 오목부를 갖는 형상부위(111)에 대응한 부위를 말한다.

본 발명의 하형, 스페이서, 및 상기 "딤플"을 갖는 금형을 사용하여 프레스함으로써, 프레스에 의하여 소재가 금형 베인 수납홈 형성부에 미치는 응력을 저감하는 것이 가능하고, 금형 베인 수납홈 형성부의 마모를 적게 하는 것이 가능하기 때문에 금형당의 성형개수를 증가할 수 있으므로 제조비용을 저감한다. 또 가압펀치의 우묵하게 들어가 있는 부분을 기준으로 본 경우, 볼록하게 되어 있는 부분은 실질적으로 여유두께를 삭감하는 효과를 갖는다.

도 13에 센터구멍과 "딤플"을 설치한 경우의 단조품, 도 12에 "딤플"을 설치한 경우의 단조품의 일례의 외관을 나타낸다.

도 14에 도 13의 단조품을 기계가공에 의해 "딤플"을 제거한 후의 로터제품의 외관을 나타낸다.

또한, 본 발명의 각 실시형태에서는 가압펀치를 상부에 설치하여 하형을 아래쪽에 배치하였지만, 상하를 반대로 하여도 또는 가로방향으로 가압펀치가 동작하는 방향의 구조로 하여도 좋다.

(실시예)

이하에 본 발명의 실시예에 기초하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 4에 나타낸 스페이서를 갖고, 단면도가 도 2에 나타낸 금형을 사용하여 도 8에 나타낸 단면도를 가지며 도 9에 나타낸 외관의 로터를 제조하였다. 금형은 히터에 의해서 180℃로 가열유지하였다. 단조용 소재로서는, 연속주조방법으로 제조된 AA규격 A390 알루미늄합금을 열간압출에 의해서 직경 57.2㎜의 기둥형상으로 한 것을, 또한 길이 44㎜로 절단한 것을 사용하였다. 단조용 소재는 420℃로 가열하였다. 금형에는 수용성 흑연계의 윤활처리를 실시하였다. 외주 원통부의 직경이 57.7㎜, 원통부의 두께가 9㎜, 베인 수납홈 형성부 관통홈의 홈폭이 3㎜인 스페이서와, 두께가 2.995㎜, 길이가 18.7㎜이고 선단 원통부의 직경이 5.5㎜인 베인 수납홈 형성부를 72°간격으로 5개 갖는 하형을 조합시킨 것을 부시로 꽉 눌렀다. 또한, 하형의 라운딩부의 반경은 2㎜로 하였다.

금형 성형구멍에서의 로터의 축방향 길이는 45㎜이었으므로, 60㎜인 스페이서의 원통부의 축방향 길이는 로터의 축방향 길이의 1.3배였다.

상술한 바와 같이, 스페이서의 원통부 두께는 성형구멍의 벽면에서 안쪽으로 9㎜이었으므로, 18.7㎜인 베인 수납홈 형성부의 길이의 약 0.48배였다.

앞에서 기술한 바와 같이, 하형의 베인 수납홈 형성부의 근원부와 성형구멍의 벽면 사이에 최대반경 2㎜의 라운딩부가 설치되어 있고, 스페이서의 원통부 두께(9㎜)는 그 라운딩부의 라운딩 최대반경의 4.5배의 두께를 갖고 있었다.

그 속에 소재를 장전하고, 펀치에 의해서 단조를 완성하였다. 단조하중은51t으로 하였다. 단조 후, 녹아웃핀으로 단조한 로터를 하형 내에서 윗쪽으로 보내어 꺼내었다.

비교를 위하여 도 17에 나타내는 종래의 금형을 사용하는 방법으로 단조한 로터의 단면형상을 도 20에 나타낸다. 하형의 라운딩부의 반경은 2㎜로 하였다. 도 8과 도 20을 비교하면 사선으로 나타내는 외경 여유두께부 단면에 있어서 본 발명에 의한 단조품의 쪽이 반경을 1.5㎜(제품의 코너(R) 크기가 2→0.5㎜로 되었으므로, 반경은 1.5㎜ 작게 된 것으로 된다) 작게 할 수 있고, 여유두께가 작게 된 것이 명백하다. 즉 제품의 코너(R)의 반경 크기가 도 20에 나타낸 비교예에서는 2㎜로 되어 여유두께부를 포함하여 반경이 30.35㎜(직경 60.7㎜)이었던 것이, 본 발명에 의한 단조품인 실시예에서는 코너(R)의 반경의 크기가 0.5㎜로 되었으므로 여유두께부를 작게 할 수 있기 때문에, 로터의 반경을 1.5㎜ 작게, 즉 28.85㎜(직경 57.7㎜)로 할 수 있었다. 도 8과 도 20을 비교한 경우, 도 8에서는 도 20에서 나타낸 사선으로 나타내는 외경 여유두께부 단면에 대응하는 부분(도 18에 확대도를 나타낸다)이 없어져 있는 것으로 되기 때문에, 후공정(로터의 최종형상으로 기계가공하는 공정)에서 제거해야 할 여유두께부가 작거나, 혹은 제거공정을 생략할 수 있으므로 재료수율이 향상된 것이 명백하다. 도 21의 부호 C로 나타내는 베인 수납홈 저부의 원통부 위치 정밀도에 관해서도 본 발명에 의한 도 8의 단조제품에서는 C의 불균형, 최대값과 최소값의 차이는 0.12㎜이었던 것에 대하여, 종래의 방법에 의한 것은 그 차이는 0.2㎜이었다. 본 발명의 효과를 명백하게 확인할 수 있었다. 또한, 시료수는 각 30개로 하였다.

또한 단조하중을 85t으로 함으로써 코너(R)의 반경 크기가 0.05㎜인 로터가 얻어졌다.

[실시예 2]

도 3에 나타낸 스페이서를 갖고, 도 10에 나타낸 금형(하형), 도 11에 나타낸 금형(상형)을 사용하여 도 13, 도 14에 나타낸 로터를 제조하였다. 단조장치, 단조조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

도 10에 나타낸 금형(하형)은, 성형구멍의 중심에서 베인 수납홈 형성부까지의 거리가 20㎜이고, 하형의 성형구멍의 저면 중심에 최대반경 12㎜로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있다. 이 원주형상 돌출부로 "센터구멍"을 형성하였다.

도 11에 나타낸 금형(상형)은, 상형의 동작방향축의 윗쪽에서 보아 베인 수납홈 형성부에 대응하는 위치에 상형의 동작방향과 반대방향의 오목부를 갖는 형상부가 설치되어 있다. 이 오목부를 갖는 형상부로 "딤플"을 형성하였다.

비교를 위하여 종래의 도 17에 나타내는 금형에 있어서, "딤플", "센터구멍"을 형성한 금형을 사용하는 방법으로 단조한 로터와 비교하면, 실시예 1과 같이 외경의 여유두께부 단면에 있어서, 본 발명에 의한 쪽이 지름이 작고, 여유두께가 작게 되었다. 또, 베인 수납홈 저부의 원통부 위치정밀도, 센터구멍의 위치정밀도에 관해서도 본 발명에 의한 단조제품에서는 최대값과 최소값의 차이는 0.12㎜이었던 것에 대하여, 종래의 방법에 의한 것은 그 차이는 0.2㎜이었다. 본 발명의 효과를 명백하게 확인할 수 있었다. 또한 시료수는 각 30개로 하였다.

본 발명의 금형은, 축방향으로 복수의 베인 수납홈을 형성하는 로터를 단조하기 위한 기본구성이 하형 상형의 조합으로 이루어지는 금형에 있어서, 성형구멍이 중앙부에 형성되고 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 벽면으로부터 안쪽으로 돌출되어 있는 하형과, 하형 성형구멍의 내측에 설치되고, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조용 금형이기 때문에, 로터 단면에 있어서 베인 수납홈의 라운딩 형상의 가공공정 및 여유두께를 저감하거나 혹은 없앨 수 있고, 또 스페이서에 의한 고정에 의해 단조가공시의 베인 수납홈의 정밀도를 높일 수 있다.

그 결과, 본 발명의 금형을 사용함으로써 치수정밀도가 양호한 로터를 저렴하게 제조할 수 있다.

Claims (10)

1. 축방향으로 복수의 베인(vane) 수납홈을 형성하는 로터를 단조하기 위한 하형 상형의 조합으로 이루어지는 금형에 있어서, 성형구멍이 중앙부에 형성되고 이 성형구멍의 내벽면에서 날개형상의 복수의 베인 수납홈 형성부가 성형구멍의 벽면으로부터 안쪽으로 돌출되어 있는 하형과, 하형의 성형구멍 내측에 설치되고, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 형상을 결정하는 벽면을 갖는 복수의 원통부 및 각 원통부를 연결하는 플랜지부를 갖고 있는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조용 금형.
2. 제1항에 있어서, 스페이서의 원통부 축방향의 길이가 로터 축방향의 길이 이상, 로터 축방향 길이의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 단조용 금형.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스페이서의 원통부가 성형구멍의 벽면으로부터 안쪽으로, 베인 수납홈 형성부 길이의 1/10∼1/2의 두께를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 단조용 금형.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하형의 베인 수납홈 형성부의 근원부와 성형구멍의 벽면 사이에 라운딩부가 형성되어 있고, 스페이서의 원통부가 성형구멍의 내벽면으로부터 안쪽으로 상기 라운딩부의 라운딩 반경 중 최대반경의 1∼20배의 두께를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 단조용 금형.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하형의 성형구멍 저면의 중심에, 성형구멍의 중심으로부터 베인 수납홈 형성부까지의 거리 미만을 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단조형 금형.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하형의 성형구멍을 향한 상형의 면에 있어서, 하형의 성형구멍의 저면의 중심에 대응한 위치에 성형구멍의 중심으로부터 베인 수납홈 성형부까지의 거리 미만을 최대반경으로 하는 원주형상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단조형 금형.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상형에 있어서, 상형의 동작방향축의 윗쪽에서 보아 베인 수납홈 형성부에 대응하는 위치에 상형의 동작방향과 반대방향의 오목부를 갖는 형상부를 갖는 것을 특징으로 하는 단조형 금형.
8. 소재절단장치와 단조기계를 포함하는 폐쇄 단조생산시스템에 있어서, 단조기계가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 단조용 금형을 갖는 단조기계인 것을 특징으로 하는 폐쇄 단조생산시스템.
9. 알루미늄합금 주조봉, 알루미늄합금 주조봉의 압출재 및 분말 알루미늄합금의 압출재 중 어느 하나를 단조용 소재로 하여 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 단조용 금형을 사용하여 알루미늄합금제 로터를 단조하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금제 로터의 제조방법.
10. 축방향으로 복수의 베인 수납홈을 형성하는 로터에 있어서, 베인 수납홈에 의해서 구분된 로터의 외주 원통부의 표면 및 베인 수납홈부에 디버링(deburring) 흔적이 없고, 외주 원통부와 베인 수납홈이 만드는 코너부의 곡률반경이 0.5㎜이하인 것을 특징으로 하는 단조제 알루미늄합금 로터.