JP4822951B2 - 鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法 - Google Patents
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しかし、成形金型内に、隣接する成形型面に対する延出部が存在すると、延出部により成形金型内での鍛造素材の塑性流動が阻害されるおそれが生じる。つまり、鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に延出部があると、延出部をのり越えて鍛造素材が流動されることとなるので、延出部が高くなるほど素材流動に対しての抵抗が大きくなる。このため、延出部に素材流動による大きな応力が負荷され、これが段部成形型の寿命低下や割れ、破損の原因となる問題がある。
すなわち、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、前記鍛造素材の流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、その素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記頂面は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路を漸増形成する第1傾斜面により形成され、前記コーナ下流部は、前記反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第2傾斜面により形成されていることを特徴とする。
また、本発明の段部を有する製品の製造方法によれば、成形金型の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、製品の段部を鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の段部の後加工工数を低減し、段部を有する製品の生産性を向上させることができる。
特に、ラップボトム面に段部を有するスクロール部材の製造に適用することにより、スクロール部材の生産性を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図1ないし図7を用いて説明する。
まず、図1ないし図4を参照して、段部を有する製品の一例であるスクロール部材およびそれを用いたスクロール流体機械を説明する。図1には、スクロール流体機械1の縦断面図が示されている。
スクロール流体機械1は、フロントハウジング5とリアハウジング7とから構成され、これらをボルト9により一体的に締め付け固定したハウジング3を有する。
ハウジング3の内部には、スクロール圧縮機構29を構成する一対の固定スクロール部材31と旋回スクロール部材33が組み込まれる。固定スクロール部材31は、端板31Aと該端板31Aから立設された渦巻き状ラップ31Bとから構成され、一方、旋回スクロール部材33は、端板33Aと該端板33Aから立設された渦巻き状ラップ33Bとから構成される。
また、旋回スクロール部材33は、フロントハウジング5に形成されているスラスト受け面5Bに端板33Aの背面が支持されており、このスラスト受け面5Bと旋回スクロール部材33の背面との間に介装される自転阻止用ピンリング機構39により、旋回スクロール部材33は自転を阻止されながら固定スクロール部材31に対して公転旋回駆動されるよう構成される。
これらのピン穴5Cおよびリング穴33Kは、図3に示されるように、周方向に複数箇所、一般的には3ないし4箇所(本実施形態では4箇所)設けられる。
図3には、リング穴33Kとラップ高さ変化部33M(33L,33E,33F)の平面上の配置関係が示されている。図から明らかなように、リング穴33Kは、ラップ高さ変化部33Mが軸線L方向に見て端板33Aの他端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、リング穴33Kは、ラップ高さ変化部33Mの位置に対して、周方向に少なくとも30度以上、本実施形態では45度ずれた位置に配置されている。
キー溝33Qは、旋回スクロール部材33側では、図4に示されるように、スクロール中心を挟んで対称位置に一対設けられる。そして、このキー溝33Qは、渦巻き状ラップ33Bのラップ高さ変化部33Mの位置に対して軸線方向に見て端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、キー溝33Qは、ラップ高さ変化部33Mの位置に対して、周方向に少なくとも30度以上、本実施形態では周方向に90度ずれた位置に配置されている。
外部駆動源からプーリー21に伝達された回転駆動力を、電磁クラッチ17を介してクランク軸11に伝達し、クランク軸11を回転すると、クランク軸11の偏心ピン11Cにドライブブッシュ25および軸受27を介して連結されている旋回スクロール部材33が、ピンリング機構39または図示省略のオルダムリング機構により自転を阻止されながら、固定スクロール部材31に対して公転旋回駆動される。
鍛造用金型61は、旋回スクロール部材33の鍛造素材(例えば、A403)33Sが投入セットされる素材セット空間63と、素材セット空間63内に進入され、鍛造素材33Sに対して圧縮力を付与する成形パンチ65と、渦巻き状ラップ33Bを成形するための成形金型67とを備えている。
コーナ上流部69Cは、素材流動を頂面69D側へと受流す素材流動受流し領域(169C)を構成するため、滑らかな曲面169Cにより形成される。
また、頂面69Dは、素材流動方向Xと反対向きの反素材流動方向へと第1分力V1を発生させる第1分力発生領域(169D)を構成するため、素材流動方向Xに沿って素材流動流路を漸増形成する第1傾斜面169Dを備えている。
さらに、コーナ下流部69Eは、素材流動方向Xと反対向きの反素材流動方向へと第2分力V2を発生させる第2分力発生領域(169E)を構成するため、反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第2傾斜面169Eを備えている。
まず、旋回スクロール部材33を成形するため、鍛造素材33Sが素材セット空間63内に投入セットされる(図5(A)参照)。この鍛造素材33Sに対して、成形パンチ65を素材セット空間63内に進入させ、圧縮力を付与して行く(図5(B)参照)。これによって鍛造素材33Sが塑性流動され、渦巻き状ラップ33Bを成形する成形金型67内に流動することにより、目的とする製品、すなわち旋回スクロール部材33が鍛造成形されることとなる(図5(C)参照)。
なお、鍛造時における成形パンチ65の圧縮加工速度(クランク機構を有する機械プレスのため)は、一般に下死点上0〜15mmの範囲において、平均加工速度10〜150mm/sec程度とされる。
従って、成形時の素材流動による応力Zが原因となる段部成形金型69の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、図2(B)に示されるように、ラップボトム面33Dに段部33Fを有する旋回スクロール部材33について、その段部33Fを鍛造にて同時に成形することが可能となる。
なお、図7中の細い実線75は、鍛造成形時に渦巻き状ラップ33B部へと流動される鍛造素材33Sの流動マークを示している。
しかしながら、本実施形態によれば、上述のとおり、鍛造成形後に段部を切削加工する際の素材取り代を最小限とすることができるため、鍛造素材の材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができる。
本実施形態の鍛造用金型61によれば、段部を成形する段部成形型69の延出部69Aに負荷される鍛造素材33Sの塑性流動による応力を低減することができるため、成形時の素材流動による応力が原因となる段部成形型69の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部33Fを有する旋回スクロール部材33について、その段部33Fを鍛造により同時成形することが可能となる。
さらに、段部成形型69の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、旋回スクロール部材33の段部33Fを鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の切削加工工数を低減し、段部33Fを有する旋回スクロール部材33の生産効率を向上させることができる。
また、上記実施形態では、段部成形型69の延出部69Aに、素材流動受流し領域を構成する滑らかな曲面169C、第1分力発生領域を構成する第1傾斜面169D、および第2分力発生領域を構成する第2傾斜面169Eの3つを全て備えた実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記の曲面169C、第1傾斜面169D、および第2傾斜面169Eの少なくともいずれか1つを備えているものであればよい。ただし、これらの2つ以上を組み合わせて適用することにより、上記の応力低減効果を増大することができるので、実用化に際しては、上記の2つ以上を組み合わせて用いることが望ましい。
33 旋回スクロール部材
33F 段部
33S 鍛造素材
61 鍛造用金型
63 素材セット空間
65 成形パンチ
67 成形金型
69 段部成形型
69A 延出部
69B 上流面
69C コーナ上流部
69D 頂面
69E コーナ下流部
69F 反対面
169C 滑らかな曲面(素材流動受流し領域)
169D 第1傾斜面(第1分力発生領域)
169E 第2傾斜面(第2分力発生領域)
T 延出部の延出方向高さ
V1 第1分力
V2 第2分力
X 鍛造素材流動方向
Z 素材流動による応力
Claims (7)
- 鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、前記鍛造素材の流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、その素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記頂面は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路を漸増形成する第1傾斜面により形成され、
前記コーナ下流部は、前記反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第2傾斜面により形成されていることを特徴とする鍛造用金型。 - 鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、前記鍛造素材の流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、その素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記頂面は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路を漸増形成する第1傾斜面により形成され、前記素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第1分力を発生させる第1分力発生領域を備えていることを特徴とする鍛造用金型。 - 鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、前記鍛造素材の流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、その素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記コーナ下流部は、前記反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第2傾斜面により形成され、前記素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第2分力を発生させる第2分力発生領域を備えていることを特徴とする鍛造用金型。 - 前記コーナ上流部は、滑らかな曲面により形成され、前記鍛造素材の流動を前記頂面側へと受流す素材流動受流し領域を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の鍛造用金型。
- 前記延出部は、前記段部成形型に隣接する成形型面に対して、前記製品の段部高さに相当する延出方向高さを有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の鍛造用金型。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の鍛造用金型を用い、鍛造成形により段部を有する製品を製造する方法であって、
前記素材セット空間に供給された前記鍛造素材に対して前記成形パンチにより圧縮力を付与し、前記段部成形型の前記延出部により、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向の段部を成形することを特徴とする段部を有する製品の製造方法。 - 段部を有する前記製品が、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材であり、前記段部が、その渦巻き状ラップのラップボトム面に形成されるラップ高さ方向の段部であることを特徴とする請求項6に記載の段部を有する製品の製造方法。
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