JP3944818B2

JP3944818B2 - Method for manufacturing variable blade in VGS type turbocharger and variable blade manufactured by this method

Info

Publication number: JP3944818B2
Application number: JP2001235669A
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: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: JP2003049657A

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可変翼を製造するにあたり、切削や溶接を一切、排除し得る新規な製造手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。
そしてＶＧＳタイプにおける可変翼を製造するにあたっては、従来、ロストワックス（精密鋳造）や金属射出成形等によって、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、適宜切削加工して行き、所望の形状や寸法の可変翼に仕上げるのが一般的であった。
【０００４】
しかしながらこのように素形材を切削して行く手法においては以下に示すような点において問題があった。すなわちこの種のターボ装置は、一般に高温・排ガス雰囲気下で使用されるため、可変翼についても、優れた耐熱性や耐酸化性等を有するＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱ステンレス鋼が適用されるものであるが、このような素材は、一般に難切削性の材質であり、切削に長時間を要し、加工に手間が掛かる、という問題があった。加えて、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、量産された場合には、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個程度が限界であった）。
【０００５】
このようなことから切削加工を排除した可変翼の製造手法が開発され、例えば特開２０００−１４５４７０号「可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーン並びにその製造方法」に開示されている。この特開２０００−１４５４７０号では、可変翼を、まず翼部と軸部とに分割して形成した後、溶接する手法が開示されており、切削加工を一切、要しない点で相応の評価が得られるものの、更なる開発の余地が残されていた。
【０００６】
すなわち予め分割形成された翼部と軸部とを溶接して可変翼を製造する手法においては、翼部と軸部とを常に一定の角度に溶接することが極めて難しく、その精度にバラツキを生じることがあった。また翼部と軸部との単品状態における形状そのものは、高精度に形成できても、溶接熱や溶接痕（溶接ビード）が悪影響を来し最終製品としては、所望の寸法精度が得られないこともあり、常時、安定した高い品質レベルの可変翼を量産できるまでの段階には到っていないのが現状であった。
また近年、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が、切望されるものであった。
【０００７】
【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、切削や溶接を一切行わずに、常に安定した高い品質レベルの可変翼を現実に量産し得る新規な製造手法の開発を試みたものである。
【０００８】
【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可変翼の製造方法は、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、その工程は、
ほぼ一定の板厚を有したオーステナイト系ステンレス鋼から、目的の可変翼(1) を実現し得るボリュームを有するように打ち抜かれたブランク材を、可変翼(1) の原形である素形材(W) とする、素形材の準備工程と、
上記素形材(W) を一対の対向型によって挟み込み、素形材(W) または対向型のうち、どちらか一方または双方を５０〜３００℃に加熱した状態で、翼部(11)や軸部(12)等を所望の形状に形成する造形工程と、
上記造形工程において製品部位からはみ出した素形材(W) の非製品部位(a) をトリミングするトリム工程と、
トリミング終了後、ほぼ製品部位のみを呈するようになった素形材(W) の軸部(12)を一対のダイスに押し付け、所望の径太さに加工する転造工程と、
素形材(W) の軸部(12)や翼部(11)等を全体的に表面研磨するバレル工程とを具えて成るものであり、
前記造形工程において素形材 (W) または対向型を加熱する温度は、素形材 (W) の加工誘起マルテンサイト変態指標であるＭｄ ₃₀ が大きいほど高温に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、切削や溶接をほとんど要することなく、可変翼を効率的に製造することができ、実際の量産に対応できる。また造形工程において素形材や対向型を温間加熱するため、金属素材が流動し易くなり、本工程における造形性や、その後の工程における転造性等が向上する。このため転造に伴う軸伸びやシャープエッジ（軸部の転造によって、軸部表面の金属素材が塑性流動を起こし、軸部の先端部から突出状態に形成される鋭角部位）の発生が効果的に抑制される。従って転造後、これら軸伸びやシャープエッジ等を修正するために行われることが多かった切削加工を省略でき、更には可変翼を製造する全工程から、切削加工を解消することができ、可変翼の量産をより現実のものとする。
また使用材種のＭｄ₃₀値から最適な加熱温度を決定することができる。
【０００９】
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可変翼の製造方法は、前記請求項１記載の要件に加え、前記素形材の準備工程では、ファインブランキング加工によってブランク材を打ち抜き、また前記造形工程では、プレス鍛造機によって素形材(W) を所望の形状に形成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、ファインブランキング装置によって素形材を打ち抜くため、打ち抜きが高精度に行え、剪断面の面精度や寸法精度において極めて良好な素形材が得られる。また打ち抜いた素形材をプレス鍛造機によって所望の形状に造形するため、打ち抜き工程から造形工程にスムーズに移行でき、効率的な加工が行える。
【００１０】
更にまた請求項３記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおける可変翼の製造方法は、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記素形材の準備工程は、室温雰囲気下においてファインブランキング加工によって行われるものであり、打ち抜かれたブランク材には、造形工程において翼部(11)や軸部(12)を形成し易くするように、隅角部にコーナＲまたは面取り加工を施す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、室温雰囲気で素形材を打ち抜くため、素形材の準備工程に掛かるコストを低減できる。また打ち抜き後の素形材（ブランク材）には、適宜の隅角部にコーナＲ（フィレット加工）や面取り加工が施されるため、翼部や軸部等の造形が行い易くなり、忠実に所望の形状が実現できる。すなわち造形工程においては、素材そのもののボリュームはほとんど増減せず、素材を言わば不要部分から必要部位へと部分的に流動させるように素形材を変形させるため、流動させたい部位の隅角部にコーナＲ等を形成することで、素材の流動が促進され、所望の形状が精度良く実現できる。もちろん造形工程に伴う、素形材や型に掛かる負担も軽減されるものであり、造形工程そのものの簡略化にも寄与する。
【００１１】
また請求項４記載のＶＧＳタイプのターボチャージャにおける可変翼は、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、この排気ガス(G) のエネルギで排気タービン(T) を回し、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) において、前記請求項１、２または３記載の製造方法によって製造されたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、従来、加工に多大な時間を要していた切削や溶接等の工程を行わずに製造できるため、量産品としての可変翼を市場に安定的に供給し得る。因みに切削加工に依存していた従来手法では、一日に５００個程度の生産量であったのが、本発明では、一例として一日に１５０００〜２００００個程度、量産することが可能となる。また量産された可変翼は、造形工程において材料種の加工誘起マルテンサイト変態量に応じた適切な加熱条件等の工夫によって精度の高い可変翼が得られる。
【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係る可変翼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、本発明の可変翼１の製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】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
本発明に係る可変翼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、この可変翼１の製造方法について説明する。
（１）素形材（ブランク材）の準備工程
この工程は、翼部１１と軸部１２とを一体に有し、可変翼１の原形となる金属素材（以下、素形材Ｗとする）を準備する工程であって、ここでは、ほぼ一定の板厚を有する金属材から、例えばファインブランキング加工（精密打ち抜き手法として知られており、以下ＦＢと略す）によって打ち抜いたブランク材を素形材Ｗとするものである。もちろんブランク材（素形材Ｗ）は、目的の可変翼１を実現し得るボリューム（体積）を有するように打ち抜かれるものである。なお打ち抜き工程は、一回の打ち抜き動作で複数個のブランク材を得ることが好ましく、例えば図４に示す形態は、板厚約４ｍｍ程度の帯鋼から二個取りしたブランク材の形状を示すものであり、ここではブランク材が、平面視、略Ｉ字状を呈するように打ち抜かれる。なお本図中、一対のブランク材の真ん中の幅広部分は、ブランク材を二個取りすることに因む形態であり、一対のブランク材を接続するものである。またここでの帯鋼の材質は、一例としてＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系耐熱素材が適用される。
【００２０】
そしてこのような素形材Ｗを打ち抜くにあたっては、上述したように一例としてＦＢ加工を適用し得るものである。このＦＢ加工は、被加工材（ここでは素形材Ｗが打ち抜かれる板材）の剪断輪郭部に高い圧縮力を作用させながら、工具のクリアランスを極めて小さくした、いわゆるゼロクリアランス状態で打ち抜きを行う手法であって、切口面が、板厚全体にわたって極めて平滑で良好な状態に得られる手法である。
【００２１】
またこのような打ち抜き加工は、室温雰囲気下で行うものであり、これによって打ち抜き加工に掛かるコストを安価に抑え、より量産に即した形態としている。特に本発明においては、造形工程において素形材Ｗや対向型を温間加熱するため、その前の素形材Ｗの準備工程においては、特に加熱を要することなく加工できることが、大量生産工程の実現に寄与するものである。
なお上述した素形材Ｗの準備工程では、ほぼ一定の厚さを有した金属板材から素形材Ｗを打ち抜くように説明したが、予め適宜の形状に打ち抜かれた市販品等のブランク材が適用可能であれば、これを用意し、素形材Ｗの準備工程としても構わない。
【００２２】
（２）造形工程
この工程は、素形材Ｗを一対の対向型によって挟み込み、プレス加工機による鍛造加工（型鍛造）や圧印加工等によって、素形材Ｗを所望の形状に形成する工程であり、これによって素形材Ｗは、翼部１１や軸部１２等の曲面形状が形成される。因みに鍛造加工とは、主に素形材Ｗを全体的に適宜の形状に賦形することを示し、圧印加工とは、主に素形材Ｗの表面に適宜の形状や模様を賦与することを示すものであり、ここではこれらを総称して造形と称している。そしてこの造形工程は、必ずしも一回の押圧動作で素形材Ｗへの賦形を終了する必要はなく、複数の対向型を適用して何回かに分けて徐々に賦形を施して行くことが可能である（図４参照）。
なおこのような造形工程に伴い素形材Ｗには、製品部位からはみ出す非製品部位ａが形成されるものであるが、この部位は後にトリミングされる。
【００２３】
このように造形工程は、対向型によって素形材Ｗを挟み込むことによって、主に素形材Ｗ表面の金属素材を流動させて、素形材Ｗを変形させて行く工程である。従って素形材Ｗを打ち抜いてから上述した実質的な造形を行う前までの段階や造形工程の初期段階等において、一例として図４に併せて示すように、打ち抜かれた素形材Ｗの軸部１２等、適宜の隅角部に、金属素材の流動を促すコーナＲ（フィレット加工）や面取り加工を施すことが好ましい。これは隅角部（四隅部）における金属素材のデッドメタルフロウ状態を防止し、円滑な塑性流動を促すためである。具体的には例えば、打ち抜き直後の素形材Ｗの軸部１２の断面形状は、ほぼ四角形状であるが、軸部１２の最終断面形状は円状（ほぼ真円）であるため、造形工程の初期段階等において、まず軸部１２の断面の隅角部（四隅部）にコーナＲや面取り加工等を施して、断面を円状に近づけ、金属素材の塑性流動を行い易くするものである。もちろん素形材Ｗの全ての隅角部にコーナＲを形成するのではなく、例えば最終形状が鋭角状になるような部位等であれば、あえてコーナＲや面取り加工を施す必要はない。
【００２４】
そして就中上記造形工程においては、素形材Ｗまたは対向型のうち、どちらか一方または双方を、素材の加工誘起マルテンサイト変態指標であるＭｄ₃₀の値に応じて、５０〜３００℃に加熱して行うものである。このＭｄ₃₀とは、オーステナイト系（ステンレス鋼）素材に特有のものであり、オーステナイト素板に０．３０の単軸引張真歪を与えたとき、オーステナイト相の５０ｖｏｌ％が強磁性高強度のマルテンサイト相に変態する温度を示すものであり、この値が高い程、素材のマルテンサイトへの変化傾向が強いことを示すものである。そして、素形材Ｗに適用される耐熱素材の成分組成とミクロ結晶粒度によって予め定まった値である。
【００２５】
ここでＭｄ₃₀＝２５℃及びＭｄ₃₀＝５０℃の各々の場合における、変形温度と、マルテンサイト変態量との関係を図５に示すものであり、この図から同じ量のマルテンサイト変態量を得るには、Ｍｄ₃₀の値が高い程、変形温度を高くしなければならないことが分かる。このようなことからＭｄ₃₀の値が高い程、素形材Ｗや対向型の加熱温度を高温に設定するものであり、一例として、ほぼＭｄ₃₀＝０℃のとき素形材Ｗや対向型の加熱温度をほぼ１５０℃程度に設定し、ほぼＭｄ₃₀＝２０℃のとき加熱温度をほぼ２００℃程度に設定するものである。
【００２６】
このように材種に応じた適切な加工温度で素形材Ｗ等を造形加工することによって、素形材Ｗの金属素材が流動し易くなり、造形性や次工程の転造性を向上させるものである。すなわち数ｖｏｌ％以下の少量のマルテンサイトが、等量の転位密度を伴いつつ、均一に変態分布することで、次工程の転造加工時に均一な塑性変形を生じさせ、真円度確保、軸歪抑制、シャープエッジ抑制等を可能にするものである。
【００２７】
ここで造形工程における対向型は、形成される素形材Ｗの形状を最小面積にとどめる展開形状の割り出しと、集中荷重に耐える型剛性（ポンチ、ダイス等の硬度、じん性等）を高めて、Ｍｏ系超硬合金に表面摩擦を少なくするコーティング処理（ＰＶＤ等）を施す等の技術的工夫を採ることによって、造形する素形材Ｗに対して最小板厚０．２ｍｍを実現し得るように構成されている。特に翼部の先端部は、先に行くほど鋭角状に薄くなり（一例として翼部の先端厚さは０．３ｍｍ程度）、このような部位において所望の形状や寸法精度が実現され得る。因みに可変翼１の先端部分は、他の可変翼１と接触ないしは離反する部位であり、排気ガスＧを絞り込む際には、特に可変翼１どうしの離反距離によって排気ガスＧの流量を決定するため、重要な作用部位となり、より一層高い精度が要求される部位である。
【００２８】
（３）トリム工程
この工程は、上記造形工程において製品部位からはみ出した非製品部位ａを切除する工程であり、例えば一対の対向型によって素形材Ｗを挟み込み、ＦＢ加工によって非製品部位ａをトリミングし得るものである。
【００２９】
（４）分断工程
この工程は、多数個取り（ここでは二個取り）の素形材Ｗを一つずつに切り放す工程であり、例えば一対の対向型によって素形材Ｗを挟み込み、素形材Ｗの接続部位にパンチを作用させて切断するものである。なおこの分断工程は、複数の素形材Ｗをつなげた状態で打ち抜いた場合に必要な工程であり、例えば素形材Ｗを一個ずつ打ち抜き、造形して行く場合には、行わない工程である。
また上述した造形工程から分断工程までの工程においては、プレス鍛造機の一種であるナックルプレス機を適用することが可能である。この際、各工程毎に専用のナックルプレス機を設置することも可能であるし、一基のナックルプレス機を共通的に使用し、各工程を行う都度、対向型を適宜交換して、可変翼１を製造して行くことも可能である。
なおこの実施の形態においては、上述した造形工程において、素形材Ｗをほぼ目的の可変翼形状に造形するものであるが、主に仕上げとして、例えば上記分断工程の後に素形材Ｗを対向型によって押圧し、鍔部１４等の形状を再形成することが可能である。
【００３０】
（５）転造工程
この工程は、トリミング終了後、ほぼ製品部位のみを呈するようになった素形材Ｗ（この工程で素形材Ｗは、ほぼ可変翼１の形状を有する）の軸部１２を一対のダイスに押し付け、所望の径太さに加工する工程である。なおこの転造工程では、造形工程において素形材Ｗや対向型が加熱されることに起因して、転造性が向上し、軸部１２を一例として真円度±１０μｍ以内の精度に仕上げ得るものである。このように本発明においては、素形材Ｗや対向型を材種のＭｄ₃₀値に対応した温間温度に設定しながら造形加工を行うことによって、金属素材に、均質な塑性流動を生じさせて、材料流れをゆるやかにし、転造の際、軸部１２にシャープエッジを生じ難くするものである。
【００３１】
またこの実施の形態における転造代は、一例として０．０５〜０．１ｍｍ程度に抑えられ、これによって転造に伴って生ずる軸伸びを、一例として０．０５ｍｍ（加工のバラツキを考慮した上限値）以下に抑え得るものである。因みにこの程度の軸伸びであれば、これを修正するための実質的な後加工は必要なく、これによって従来、軸伸びを修正するために行われることが多かった切削加工が排除されるものである。従って可変翼１の製造工程から切削加工を完全に解消することができ、可変翼１の量産をより現実的なものとする。ここで転造代と、軸伸びとの関係を図３に示すものであり、本図では、転造代が０．１ｍｍのとき軸伸びが０．０５ｍｍとなるポイントを通る直線が、バラツキ上限直線となり、その下部のハッチング部位において標準加工直線を含み、バラツキの範囲が示されている（図では、標準加工直線を基準にして上下のバラツキの範囲を、異なるハッチングで示している）。
【００３２】
（６）バレル工程
この工程は、転造工程を終了した可変翼１（素形材Ｗ）を全体的に表面研磨する工程であり、例えば可変翼１とメディアと呼ばれる添加剤とをバレル容器に入れ、バレル容器を回転もしくは振動させることによって、可変翼１とメディアとを衝突させて、可変翼１の表面を仕上げるものである。
【００３３】
【発明の効果】
まず請求項１または４記載の発明によれば、可変翼１の製造にあたり、切削や溶接を加工工程から解消するとともに、造形性や転造性を向上させた大量生産体制を可能とする。具体的には、一日に１５０００〜２００００個程度の可変翼１を市場に安定的に供給できる。
また素形材Ｗは、使用された耐熱素材の加工誘起マルテンサイト変態量に応じて、適切な温度条件に設定されて造形加工が施され、より高精度の可変翼１が形成される。
【００３４】
また請求項２記載の発明によれば、ＦＢ加工によって高精度に打ち抜いた素形材Ｗを、プレス鍛造で所望の形状に賦形するため、打ち抜きから造形が円滑且つ効率的に行える。
【００３５】
また請求項３記載の発明によれば、ブランク材はＦＢ加工によって打ち抜かれるため、切口面精度が極めて高い素形材Ｗが得られる。またこの加工は室温雰囲気で行われるため、素形材Ｗの準備工程に掛かるコストを低減できる。特に本発明においては、造形工程において素形材ＷのＭｄ₃₀値に応じた温度設定を行う（加熱を要する）ため、打ち抜き工程においては、加工誘起マルテンサイト変態現象を考慮しなくて済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係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】本発明に係る可変翼を示す正面図並びに左側面図である。
【図３】可変翼（素形材）の軸部を転造する際の転造代と、これに伴う軸伸びとの関係を示したグラフである。
【図４】可変翼が種々の工程を経て、その形状を徐々に変えて行く様子を示す斜視図である。
【図５】Ｍｄ₃₀の値が２５℃及び５０℃の場合における、変形温度とマルテンサイト変態量との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
１１翼部
１２軸部
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
ａ非製品部位
Ａ排気ガイドアッセンブリ
Ｇ排気ガス
ｈ羽根高さ
Ｔ排気タービン
Ｗ素形材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a turbocharger used in an automobile engine or the like, and particularly relates to a novel manufacturing method that can eliminate any cutting or welding when manufacturing a variable blade incorporated in the turbocharger.
[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 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.
  In manufacturing variable wings in the VGS type, a metal material (a shape material that becomes the original shape of the variable wings) is conventionally formed by integrally forming the wing and shaft by lost wax (precision casting), metal injection molding, or the like. ) Is appropriately cut into a variable wing having a desired shape and size.
[0004]
  However, there is a problem in the following points in the method of cutting the shaped material in this way. That is, since this type of turbo equipment is generally used in a high temperature / exhaust gas atmosphere, heat resistant stainless steel such as SUS310S having excellent heat resistance and oxidation resistance is applied to variable blades. Such a material is generally a difficult-to-cut material, and has a problem that it takes a long time for cutting and takes time and effort for processing. In addition, about 10 to 15 variable wings are required for one turbocharger, so if the car is actually mass-produced about 30,000 units per month, the variable wings are about 300,000 to 450,000 per month. It was necessary to manufacture individual pieces, and the cutting work was not enough to cope with it (the cutting work was limited to about 500 pieces per day).
[0005]
  For this reason, a variable blade manufacturing method that eliminates cutting has been developed, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-145470, “Variable Vane Applied to Variable Vane Type Turbocharger and Manufacturing Method Thereof”. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-145470 discloses a technique in which a variable blade is first formed by dividing it into a blade portion and a shaft portion and then welded. Although obtained, there was room for further development.
[0006]
  That is, in the method of manufacturing the variable blade by welding the blade portion and the shaft portion, which are formed in advance, it is extremely difficult to always weld the blade portion and the shaft portion at a constant angle, resulting in variations in accuracy. There was a thing. In addition, even if the shape of the wing part and the shaft part in a single product state can be formed with high accuracy, welding heat and welding marks (welding beads) have an adverse effect, and the desired dimensional accuracy cannot be obtained as a final product. As a result, the current situation is that it has not yet reached the stage where mass production of stable high quality variable blades is possible.
  In recent years, especially in diesel vehicles, the 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 capable of improving the efficiency of the engine from a low rotation range has been desired.
[0007]
[Technical issues for which development was attempted]
  The present invention has been made in view of such a background, and has attempted to develop a novel manufacturing method capable of actually mass-producing variable blades of a stable and high quality level without cutting or welding at all times. It is a thing.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In other words, the variable wing manufacturing method for the VGS type turbocharger according to claim 1 is characterized in that:(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 process is
  It had almost constant thicknessAustenitic stainless steelFrom the target variable wing(1)The blank material punched out to have a volume that can realize the variable wing(1)The original shape material(W)And the preparation process of the raw material,
  Above material(W)Is sandwiched between a pair of opposing molds,(W)Or, in a state where either or both of the opposed types are heated to 50 to 300 ° C., the wings(11)And shaft(12)And the like to form a desired shape,
  Shaped material that protrudes from the product site in the modeling process(W)Non-product parts(a)Trimming process for trimming,
  After the trimming is finished, it is almost a product shape.(W)Shaft part(12)A rolling process that presses a pair of dies into a desired diameter and thickness;
  Raw material(W)Shaft part(12)And wings(11)Etc. with a barrel process to polish the entire surfaceIt consists of
  In the modeling process (W) Or the temperature to heat the opposing mold (W) , Which is a processing-induced martensitic transformation index of ₃₀ The higher the value, the higher the temperature.It is characterized by this.
  According to the present invention, the variable wing can be efficiently manufactured with almost no cutting or welding, and actual mass production can be handled. In addition, since the base material and the opposed mold are warm-heated in the modeling process, the metal material is easy to flow, and the moldability in this process, the rollability in the subsequent processes, and the like are improved. For this reason, it is effective to generate shaft elongation and sharp edges (sharp portions where the metal material on the shaft surface causes plastic flow due to rolling of the shaft portion and protrudes from the tip of the shaft portion) due to rolling. Is suppressed. Therefore, it is possible to omit the cutting work that is often performed after rolling to correct the axial elongation, sharp edge, etc., and furthermore, the cutting process can be eliminated from all the steps of manufacturing the variable blade, and the variable Make wing mass production more realistic.
  AlsoGrade of Md used₃₀The optimum heating temperature can be determined from the value.
[0009]
  Further, in the VGS type turbocharger manufacturing method according to claim 2, in addition to the requirements of claim 1, in the preparation process of the shaped material, a blank material is punched by fine blanking, and the shaping is performed. In the process, the raw material is formed by press forging machine(W)Is formed in a desired shape.
  According to this invention, theISince the blank is punched by the blanking device, the blank can be punched with high accuracy, and a blank with excellent surface accuracy and dimensional accuracy can be obtained. Further, since the punched shaped material is formed into a desired shape by a press forging machine, it is possible to smoothly shift from the punching process to the forming process and perform efficient processing.
[0010]
  Further claims3The manufacturing method of the variable blade in the VGS type turbocharger described above is the claim.1 or 2In addition to the requirements described above, the step of preparing the shaped material is performed by fine blanking in a room temperature atmosphere.(11)And shaft(12)In order to make it easier to form, corner R or chamfering is applied to the corners.
  According to the present invention, since the shaped material is punched out in a room temperature atmosphere, it is possible to reduce the cost required for the step of preparing the shaped material. In addition, the stamped shaped material (blank material) is subjected to corner R (fillet processing) and chamfering processing at appropriate corners, making it easier to form wings and shafts, etc. A desired shape can be realized. In other words, in the modeling process, the volume of the material itself hardly increases or decreases, and the shape material is deformed so that the material partially flows from the unnecessary part to the necessary part. By forming the corner R or the like, the flow of the material is promoted, and a desired shape can be realized with high accuracy. Of course, the burden imposed on the forming material and the mold accompanying the modeling process can be reduced, which contributes to the simplification of the modeling process itself.
[0011]
  And claims4The variable wing in the described VGS type turbocharger has a shaft portion that is the center of rotation.(12)And substantially exhaust gas(G)Wings that regulate the flow rate of(11)With relatively little exhaust gas discharged from the engine(G)Narrow down the exhaust as appropriate(G)This exhaust gas will amplify the speed of(G)Exhaust turbine with energy(T)Turn the 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 the claim1, 2 or 3It is characterized by being manufactured by the described manufacturing method.
  According to this invention, since it can manufacture without performing processes, such as cutting and welding which conventionally required much time for processing, a variable wing as a mass-produced product can be stably supplied to the market. Incidentally, in the conventional method that relied on the cutting process, the production amount was about 500 per day, but in the present invention, it is possible to mass produce about 15,000 to 20000 per day. In addition, the mass-produced variable blades can be obtained with high accuracy by devising appropriate heating conditions according to the amount of processing-induced martensite transformation of the material type in the molding process.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The present invention will be described below based on the illustrated embodiments. In the description, the variable blade 1 will be described together with the exhaust guide assembly A in the VGS type turbocharger to which the variable blade 1 according to the present invention is applied, and then the method for manufacturing the variable blade 1 of the present invention 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 wing part 11 is formed to have a constant width mainly in accordance with 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]
  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.
[0016]
  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.
[0017]
  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.
[0018]
  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.
[0019]
  An example of the exhaust guide assembly A to which the variable blade 1 according to the present invention is applied is configured as described above, and a method for manufacturing the variable blade 1 will be described below.
(1) Preparatory process of raw material (blank material)
  This step is a step of preparing a metal material (hereinafter referred to as a raw material W) as a prototype of the variable wing 1 having the wing portion 11 and the shaft portion 12 integrally, and here, substantially constant. A blank material punched from a metal material having a thickness of, for example, by fine blanking (known as a precision punching technique, hereinafter abbreviated as FB) is used as a base material W. Of course, the blank material (original material W) is punched so as to have a volume (volume) capable of realizing the target variable blade 1. In the punching process, it is preferable to obtain a plurality of blanks by a single punching operation. For example, the form shown in FIG. 4 shows the shape of a blank taken from a steel strip having a thickness of about 4 mm. Here, the blank material is punched out so as to exhibit a substantially I shape in plan view. In addition, in this figure, the wide part in the middle of a pair of blank materials is a form resulting from taking two blank materials, and connects a pair of blank materials. As an example of the material of the steel strip here, an austenitic heat-resistant material such as SUS310S is applied.
[0020]
  In punching such a shaped material W, as described above, FB processing can be applied as an example. This FB processing is a method of punching in a so-called zero clearance state in which the tool clearance is extremely small while a high compressive force is applied to the shear contour portion of the workpiece (here, the plate material on which the shaped material W is punched). In this method, the cut surface is obtained in a very smooth and good state over the entire thickness.
[0021]
  Further, such punching is performed in a room temperature atmosphere, thereby reducing the cost required for the punching and making it more suitable for mass production. In particular, in the present invention, the preform W and the opposing mold are warm-heated in the modeling process. Therefore, in the preliminary process of the preform W, the processing can be performed without requiring heating. It contributes to realization.
  In the above-described preparation process of the shaped material W, it has been described that the shaped material W is punched from a metal plate material having a substantially constant thickness. However, a blank material such as a commercially available product previously punched into an appropriate shape is used. If applicable, this may be prepared and used as a preparation step for the raw material W.
[0022]
(2) Modeling process
  This process is a process in which the base material W is sandwiched between a pair of opposed dies, and the base material W is formed into a desired shape by forging (die forging) or coining using a press machine. The shaped material W is formed with a curved surface shape such as the wing part 11 and the shaft part 12. Incidentally, the forging process mainly indicates that the shaped material W is shaped into an appropriate shape as a whole, and the coining process is mainly given an appropriate shape or pattern on the surface of the shaped material W. Here, these are collectively referred to as modeling. And in this modeling process, it is not always necessary to finish the shaping to the shaped material W by a single pressing operation, and a plurality of opposed molds are applied and the shaping is gradually performed several times. It is possible (see FIG. 4).
  In addition, although the non-product site | part a which protrudes from a product site | part is formed in the raw material W with such a modeling process, this site | part is trimmed later.
[0023]
  In this way, the modeling process is a process of deforming the raw material W mainly by causing the metal material on the surface of the raw material W to flow by sandwiching the raw material W by the opposed type. Accordingly, as shown in FIG. 4 as an example in the stage from the punching of the raw material W to before the above-described substantial modeling or the initial stage of the molding process, as shown in FIG. It is preferable to perform corner R (fillet processing) or chamfering processing that promotes the flow of the metal material at appropriate corner portions such as the portion 12. This is to prevent a dead metal flow state of the metal material at the corners (four corners) and promote a smooth plastic flow. Specifically, for example, the cross-sectional shape of the shaft portion 12 of the shaped material W immediately after punching is substantially square, but the final cross-sectional shape of the shaft portion 12 is circular (substantially perfect circle). In the initial stage, etc., the corners (four corners) of the cross section of the shaft portion 12 are first subjected to corner R, chamfering processing, etc., to make the cross section close to a circle and facilitate plastic flow of the metal material. . Of course, the corners R are not formed at all the corners of the raw material W. For example, if the final shape is a sharp corner, the corners R or chamfering need not be performed.
[0024]
  In particular, in the modeling step, one or both of the raw material W and the opposed type is designated as Md which is a processing-induced martensitic transformation index of the material.₃₀Depending on the value, it is performed by heating to 50 to 300 ° C. This Md₃₀Is unique to austenitic (stainless steel) materials, and when a uniaxial tensile true strain of 0.30 is applied to the austenitic base plate, 50 vol% of the austenitic phase is converted into a ferromagnetic high-strength martensite phase. It shows the temperature at which transformation takes place, and the higher this value, the stronger the tendency of the material to change into martensite. The value is determined in advance by the component composition and the microcrystal grain size of the heat-resistant material applied to the raw material W.
[0025]
  Where Md₃₀= 25 ° C and Md₃₀FIG. 5 shows the relationship between the deformation temperature and the martensite transformation amount in each case of = 50 ° C. In order to obtain the same amount of martensite transformation amount from this figure, Md₃₀It can be seen that the higher the value, the higher the deformation temperature. Md from this₃₀The higher the value of, the higher the heating temperature of the raw material W or the opposing mold, and as an example, almost Md₃₀When the temperature is 0 ° C., the heating temperature of the shaped material W or the opposed type is set to about 150 ° C.₃₀When the temperature is 20 ° C., the heating temperature is set to about 200 ° C.
[0026]
  In this way, by shaping the raw material W or the like at an appropriate processing temperature according to the type of material, the metal material of the raw material W becomes easy to flow, improving the formability and rollability of the next process. Is. That is, a small amount of martensite of several vol% or less is uniformly transformed and distributed with an equal amount of dislocation density, thereby causing uniform plastic deformation during the rolling process of the next process, ensuring roundness, This enables distortion suppression, sharp edge suppression, and the like.
[0027]
  Here, the opposing mold in the modeling process increases the rigidity of the mold (punch and die hardness, toughness, etc.) to withstand the concentrated load and to determine the developed shape that keeps the shape of the formed material W to the minimum area. It is possible to achieve a minimum plate thickness of 0.2 mm for the shaped material W to be shaped by taking technical measures such as applying a coating treatment (PVD etc.) to reduce surface friction to the Mo-based cemented carbide. It is configured. In particular, the tip portion of the wing portion becomes thinner at an acute angle as it goes ahead (as an example, the tip thickness of the wing portion is about 0.3 mm), and a desired shape and dimensional accuracy can be realized in such a part. Incidentally, the tip portion of the variable vane 1 is a part that contacts or separates from the other variable vanes 1, and when the exhaust gas G is narrowed down, the flow rate of the exhaust gas G is particularly determined by the separation distance between the variable vanes 1. This is an important site of action and is a site that requires even higher accuracy.
[0028]
(3) Trim process
  This step is a step of cutting off the non-product part a protruding from the product part in the modeling step. For example, the non-product part a can be trimmed by FB processing with the raw material W sandwiched between a pair of opposed molds. is there.
[0029]
(4) Cutting process
  This step is a step of cutting out the multi-piece (in this case, two-piece) shaped material W one by one. For example, the shaped material W is sandwiched by a pair of opposed molds, and the connecting portion of the shaped material W is connected. A punch is applied to cut the material. In addition, this parting process is a process required when it punches in the state which connected the some shape material W, for example, is a process which is not performed when punching the shape material W one by one and modeling. .
  Further, a knuckle press machine which is a kind of press forging machine can be applied in the processes from the modeling process to the cutting process described above. At this time, it is also possible to install a dedicated knuckle press machine for each process, or use one knuckle press machine in common, and each time each process is performed, the opposing type is appropriately replaced and variable. It is also possible to manufacture the wing 1.
  In this embodiment, in the above-described modeling process, the shaped material W is shaped into a substantially variable wing shape. However, as a finishing, for example, the shaped material W is opposed to the shaped material W after the cutting process. It is possible to re-form the shape of the flange 14 etc. by pressing with a mold.
[0030]
(5) Rolling process
  In this process, after trimming is completed, the shaft portion 12 of the shaped material W (which has almost the shape of the variable wing 1 in this process) that has almost only the product portion is formed into a pair of dies. It is a process of pressing and processing to a desired diameter. In this rolling process, the formability W and the opposing mold are heated in the molding process, so that the rolling property is improved, and the shaft portion 12 is finished with an accuracy within ± 10 μm as an example. To get. Thus, in the present invention, the base material W and the opposing type are Md of the material type.₃₀By performing modeling while setting the warm temperature corresponding to the value, a homogeneous plastic flow is generated in the metal material, the material flow is made gentle, and a sharp edge is generated in the shaft portion 12 during rolling. It makes things difficult.
[0031]
  In addition, the rolling allowance in this embodiment is suppressed to about 0.05 to 0.1 mm as an example, and thereby the axial elongation caused by the rolling is 0.05 mm as an example (an upper limit considering the variation in processing). Value) or less. By the way, with this degree of axial elongation, there is no need for substantial post-processing to correct this, and this eliminates the cutting work that has been conventionally performed to correct axial elongation. is there. Therefore, the cutting process can be completely eliminated from the manufacturing process of the variable blade 1, and the mass production of the variable blade 1 is made more realistic. Here, the relationship between the rolling allowance and the axial elongation is shown in FIG. 3. In this figure, when the rolling allowance is 0.1 mm, the straight line passing through the point where the axial elongation becomes 0.05 mm is the upper limit of variation. It is a straight line and includes a standard processing line at the hatched portion below it, and the range of variation is shown (in the figure, the range of vertical variation based on the standard processing line is indicated by different hatching).
[0032]
(6) Barrel process
  This process is a process of polishing the entire surface of the variable wing 1 (original material W) that has completed the rolling process. For example, the variable wing 1 and an additive called a medium are placed in a barrel container, By rotating or vibrating, the variable wing 1 and the medium are collided to finish the surface of the variable wing 1.
[0033]
【The invention's effect】
  Claim 1 or4According to the described invention, in manufacturing the variable blade 1, cutting and welding are eliminated from the machining process, and a mass production system in which formability and rollability are improved is enabled. Specifically, about 15,000 to 20,000 variable wings 1 can be stably supplied to the market per day.
  In addition, the shaped material W is set to an appropriate temperature condition according to the amount of processing-induced martensite transformation of the heat-resistant material used, and is subjected to modeling processing, thereby forming the variable blade 1 with higher accuracy.
[0034]
  According to the second aspect of the present invention, since the raw material W punched with high precision by FB processing is shaped into a desired shape by press forging, modeling can be performed smoothly and efficiently from punching.
[0035]
  And claims3According to the described invention, since the blank material is punched by FB processing, the shaped material W with extremely high cut surface accuracy is obtained. Moreover, since this process is performed in a room temperature atmosphere, the cost required for the preparation process of the shaped member W can be reduced. Especially booksinventionIn the modeling process, the Md of the base material W₃₀Since the temperature is set according to the value (heating is required), there is an advantage that it is not necessary to consider the work-induced martensitic transformation phenomenon in the punching process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view (a) showing a VGS type turbocharger incorporating variable blades 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 wing according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a rolling allowance when rolling a shaft portion of a variable blade (raw material) and the axial elongation associated therewith.
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a variable blade gradually changes its shape through various processes.
FIG. 5: Md₃₀It is a graph which shows the relationship between a deformation temperature and the amount of martensitic transformation in case the value of is 25 degreeC and 50 degreeC.
[Explanation of symbols]
  1 Variable wing
  2 Turbine frame
  3 Variable mechanism
  11 Wings
  12 Shaft
  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
  a Non-product parts
  A Exhaust guide assembly
  G exhaust gas
  h Blade height
  T Exhaust turbine
  W Material

Claims

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、その工程は、
ほぼ一定の板厚を有したオーステナイト系ステンレス鋼から、目的の可変翼(1) を実現し得るボリュームを有するように打ち抜かれたブランク材を、可変翼(1) の原形である素形材(W) とする、素形材の準備工程と、
上記素形材(W) を一対の対向型によって挟み込み、素形材(W) または対向型のうち、どちらか一方または双方を５０〜３００℃に加熱した状態で、翼部(11)や軸部(12)等を所望の形状に形成する造形工程と、
上記造形工程において製品部位からはみ出した素形材(W) の非製品部位(a) をトリミングするトリム工程と、
トリミング終了後、ほぼ製品部位のみを呈するようになった素形材(W) の軸部(12)を一対のダイスに押し付け、所望の径太さに加工する転造工程と、
素形材(W) の軸部(12)や翼部(11)等を全体的に表面研磨するバレル工程とを具えて成るものであり、
前記造形工程において素形材 (W) または対向型を加熱する温度は、素形材 (W) の加工誘起マルテンサイト変態指標であるＭｄ ₃₀ が大きいほど高温に設定するようにしたことを特徴とするＶＧＳタイプターボチャージャにおける可変翼の製造方法。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) ,
A relatively small amount of exhaust gas (G) discharged from the engine is appropriately throttled, the speed of the exhaust gas (G) is amplified, and the exhaust turbine (T) is rotated by the energy of the exhaust gas (G ). 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 process is
A blank material punched out from austenitic stainless steel with a substantially constant plate thickness so as to have a volume capable of realizing the target variable blade (1) is used as the original shape of the variable blade (1) ( W) , the preparation process of the raw material,
Sandwiching the formed and fabricated material (W) is a pair of opposed, among fabricated material (W) or opposed type, either or both while heating to 50 to 300 ° C., wings (11) and axis Forming step to form the part (12) etc. in a desired shape;
A trim step for trimming the non-product part (a) of the shaped material (W) protruding from the product part in the modeling process,
After trimming is completed, a rolling process for pressing the shaft portion (12) of the shaped material (W) that has almost only exhibited a product part to a pair of dies and processing to a desired diameter and thickness,
It comprises a barrel process for polishing the entire surface of the shaft part (12) , wing part (11), etc. of the shaped material (W) ,
The temperature at which the shaped material (W) or the opposed mold is heated in the modeling process is set to a higher temperature as the Md ₃₀ which is the processing-induced martensitic transformation index of the shaped material (W) is larger. A method for manufacturing variable blades in a VGS type turbocharger.

前記素形材の準備工程では、ファインブランキング加工によってブランク材を打ち抜き、また前記造形工程では、プレス鍛造機によって素形材(W) を所望の形状に形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおける可変翼の製造方法。The blank material is punched by fine blanking in the preforming step, and the forming material (W) is formed into a desired shape by a press forging machine in the modeling step. A method for manufacturing a variable blade in the VGS type turbocharger according to claim 1.

前記素形材の準備工程は、室温雰囲気下においてファインブランキング加工によって行われるものであり、打ち抜かれたブランク材には、造形工程において翼部(11)や軸部(12)を形成し易くするように、隅角部にコーナＲまたは面取り加工を施すようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおける可変翼の製造方法。The step of preparing the shaped material is performed by fine blanking under a room temperature atmosphere, and the blank material that has been punched easily forms the wing (11) and the shaft (12) in the molding process. As described above, the corner blade is subjected to corner R or chamfering processing, and the method of manufacturing a variable blade in a VGS type turbocharger according to claim 1 or 2 .

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、この排気ガス(G) のエネルギで排気タービン(T) を回し、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) において、前記請求項１、２または３記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする可変翼。It has a shaft part (12) that is the center of rotation and a wing part (11) that substantially adjusts the flow rate of exhaust gas (G) , so that relatively little exhaust gas (G) discharged from the engine is appropriately throttled. , to amplify the velocity of the exhaust gas (G), turn the exhaust turbine (T) in the energy of the exhaust gas (G), fed to the engine naturally aspirated or more air directly coupled compressor to the exhaust turbine (T), The variable wing (1) incorporated in a VGS type turbocharger capable of exhibiting a high output even at a low speed is manufactured by the manufacturing method according to claim 1, 2 or 3. Features variable wings.