JP2006110621A - アルミニウム合金製型鍛造品の製造方法及び温間型鍛造用アルミニウム合金製予備成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 型鍛造したときのバリの発生を少なくすると同時に、型鍛造品の高強度化及び再結晶粒の微細化を可能とし、さらに型鍛造品のコスト低下を図る。
【解決手段】 アルミニウム合金丸棒５を加熱して温間でクロスローリング加工し、型鍛造品に近似する体積配分を有する予備成形品（段付き軸６）を得た後、軸方向に対し垂直な方向に加圧力を加えて段付き軸６温間型鍛造し、型鍛造品（空調用斜板式圧縮機の双頭ピストン１）を得る。双頭ピストン１には、温間で行われるクロスローリング加工と型鍛造によりトータルとして大きい歪み量が導入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金製鍛造品を製造する方法の改良に関する。

アルミニウム合金製鍛造品は、例えば下記特許文献１に記載されたように、一般に、アルミニウム合金丸棒（押出棒又は鋳造棒）を所定長さに切断したものを素材とし、この丸棒素材を熱間で型鍛造することにより製造される。しかし、断面の大きさに比べて軸方向の長さが長く、かつ断面積が軸方向で大きく変化する鍛造品を製造する場合、丸棒素材をそのまま鍛造素材として用いると、バリが大きく出て、材料の歩留まりが低下するという問題がある。

一方、下記特許文献２，３に記載されたように、主として鋼材の分野で、所定長さに切断した丸棒素材を熱間でロール鍛造して、型鍛造品に近似する体積配分となるように段付き軸に予備成形し、この予備成形品をさらに熱間で型鍛造することが知られている。この予備成形品は、ニアネットシェイプ素材又はプリフォームと呼ばれている。このニアネットシェイプの予備成形品を用いて型鍛造を行うと、バリの発生が抑えられ、材料の歩留まりが向上する利点がある。しかし、この方法は、ニアネットシェイプの予備成形品を得るまでに複数回のロール鍛造を繰り返す必要があって生産性が劣り、また、成形精度が悪く特に軸方向の成形精度が悪いという問題もある。

さらに、下記特許文献４，５に記載されたように、主として鋼材の分野で、所定長さに切断した丸棒素材を熱間でクロスローリング加工して、型鍛造品に近似する体積配分となるように段付き軸に予備成形し、この予備成形品をさらに熱間で型鍛造することも知られている。クロスローリング加工は、凸形形状をもつ鍛造型が周面に形成された一対のロールの間に、加熱した丸棒素材を軸方向をロールの軸方向に平行にして挿入し、前記ロールを同一方向に１回転させ、丸棒素材に鍛造型の凸部を食い込ませて段付き軸を成形するもので、転造加工の一種である。この方法では、前記ロール鍛造の問題点は改善されている。

特開２００３−２３１０１６号公報 特開平１１−３４７６８０号公報 特開平６−２７７７８７号公報 特開２０００−１５８０７９号公報 特開平８−１３２１６５号公報

アルミニウム合金製鍛造品においても、丸棒素材をそのまま型鍛造するのではなく、クロスローリング加工によりニアネットシェイプの予備成形品を精度よく成形し、これを用いて型鍛造することにより、バリの発生を抑えて材料の歩留まりを向上することができるはずであり、これにより、型鍛造品のコストを低下させることができる。
しかし、アルミニウム合金丸棒に対しクロスローリング加工を熱間で行い、続いて型鍛造を熱間で行った場合、鍛造品に導入できるトータルの歪み量が少なく、鍛造品の高強度化が不十分となる。また、熱処理型アルミニウム合金の場合、型鍛造後に溶体化及び時効処理して強度アップが可能だが、導入された歪み量が少ないと、溶体化後の再結晶粒が微細化されにくく、疲労強度が低下するおそれがある。さらに、クロスローリング加工と型鍛造を熱間で行うためには、アルミニウム合金丸棒を高温に加熱できる加熱炉がそれぞれ必要であり、これは型鍛造品のコストアップ要因である。

本発明は、アルミニウム合金丸棒からニアネットシェイプの予備成形品を得て、これを型鍛造する場合の上記問題点に鑑みてなされたもので、ニアネットシェイプの予備成形品を高い精度でかつ高い生産性で得て、この予備成形品を型鍛造したときのバリの発生を少なくすると同時に、型鍛造品の高強度化及び再結晶粒の微細化を可能とし、さらに型鍛造品のコスト低下を図ることを目的とする。

本発明者の知見によれば、クロスローリング加工によれば、アルミニウム合金丸棒を温間で加工して、問題なく予備成形品（段付き軸）を得ることができる。また、型鍛造の素材としてニアネットシェイプの予備成形品を用いることにより、型鍛造の変形量が丸棒をそのまま型鍛造する場合に比べて大きく減少し、変形抵抗（反力）も低下するため、温間鍛造を利用することができる。そして、クロスローリング加工と型鍛造を共に温間で行うことにより、型鍛造品に導入される歪み量が増え、より高強度化及び再結晶粒の微細化が可能となる。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

本発明に係るアルミニウム合金製型鍛造品の製造方法は、アルミニウム合金丸棒を加熱して温間でクロスローリング加工し、型鍛造品に近似する体積配分となるように軸方向に沿って半径を変化させた予備成形品（段付き軸）を得た後、軸方向に対し垂直な方向に加圧力を加えて前記予備成形品を温間型鍛造することを特徴とする。この製造方法において、例えば前記予備成形品は両端の大径部と中央の小径部及びその間のテーパー部からなり、軸方向に左右対称形状をなす段付き軸であり、前記型鍛造品は空調用斜板式圧縮機の双頭ピストンである。
また、本発明に係る温間型鍛造用のアルミニウム合金製予備成形品は、アルミニウム合金丸棒を温間でクロスローリング加工し、型鍛造品に近似する体積配分となるように軸方向に沿って半径を変化させた段付き軸であることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム合金丸棒からニアネットシェイプの予備成形品（段付き軸）を高い精度でかつ高い生産性で得ることができ、この予備成形品を型鍛造したときのバリの発生を少なくすることができる。また、クロスローリング加工及び型鍛造を熱間（３５０〜４５０℃程度）でなく温間（２００〜３３０℃程度）で行うので、棒材を加熱する高温の加熱炉が必要でなくなり、型鍛造品のコストが低下する。さらに、クロスローリング加工と型鍛造を共に温間で行うことにより、型鍛造品に導入されるトータルの歪み量が増え、より高強度化及び再結晶粒の微細化が可能となる。
なお、予備成形品を用いることで温間型鍛造時の反力が小さく、型鍛造の温度が低いことから、熱間用に比べて安価な鍛造型を使用でき、この点でも型鍛造品の低コスト化を図ることができる。

以下、図１，２を参照して、本発明について具体的に説明する。
図１（ｃ）に示すのは、空調用斜板式圧縮機の双頭ピストン１（鍛造品）であり、左右に断面円形の摺接部２があり、中央部に図示しない斜板及びシューが配置される凹所３があり、軸方向に左右対称形状である。凹所３の左右の座４に前記シューが球面接触する球面凹部が形成される。この双頭ピストン１は、軽量で耐摩耗性及び切削性に優れる例えば高Ｓｉ系アルミニウム合金（例えばＳｉ含有量６〜１２％）からなる。
製造にあたっては、図１（ａ）に示すように、アルミニウム合金丸棒（鋳造棒又は押出棒）を所定長さに切断して丸棒素材５とし、次いで、この丸棒素材５を２５０〜３００℃に加熱し、温間クロスローリング加工により、図１（ｂ）に示す段付き軸６に成形する。

クロスローリング加工装置は、図２に示すように、凸形形状をもつ鍛造型７、８が周面に形成された一対のロール９，１０を備え、加熱した丸棒素材５を軸方向をロールの軸方向に平行にして挿入し、前記ロール９，１０を同一方向に１回転させ、丸棒素材５に鍛造型７，８の凸部を食い込ませて、段付き軸６を成形するものである。この段付き軸６は、両端の大径部６ａと中央の小径部６ｂ及びその間のテーパー部６ｃからなり、軸方向に左右対称形状をなし、前記型鍛造品（双頭ピストン１）に近似する体積配分を有している。
続いて、段付き軸６を再び２５０〜３００℃に加熱し、あるいはクロスローリング加工の残留熱を利用してそのまま半密閉型による温間型鍛造を行い、図１（ｃ）に示す鍛造品（双頭ピストン１）に成形する。なお、図１（ｃ）はバリ抜き後の状態を示している。

この方法によれば、ニアネットシェイプの予備成形品（段付き軸６）を用いることにより、バリの発生が抑制され、同時に、双頭ピストン１のうち最も強度、耐摩耗性及び耐疲労性が要求される座４の部分には、温間で行われるクロスローリング加工と型鍛造によりトータルとして大きい歪み量が導入される。

本発明に係るアルミニウム合金製型鍛造品の製造方法の各工程を説明する斜視図である。 クロスローリング加工を説明する側面図及び斜視図である。

符号の説明

１ 双頭ピストン（鍛造品）
５ 丸棒素材
６ 段付き軸（予備成形品）
７，８ 鍛造型
９，１０ ロール

Claims (3)

1. アルミニウム合金丸棒を加熱して温間でクロスローリング加工し、型鍛造品に近似する体積配分となるように軸方向に沿って半径を変化させた予備成形品を得た後、軸方向に対し垂直な方向に加圧力を加えて前記予備成形品を温間型鍛造することを特徴とするアルミニウム合金製型鍛造品の製造方法。
2. 前記予備成形品が両端の大径部と中央の小径部及びその間のテーパー部からなり、軸方向に左右対称形状をなす段付き軸であり、前記型鍛造品が空調用斜板式圧縮機の双頭ピストンであることを特徴とする請求項１に記載されたアルミニウム合金製型鍛造品の製造方法。
3. アルミニウム合金丸棒を加熱して温間でクロスローリング加工し、型鍛造品に近似する体積配分となるように軸方向に沿って半径を変化させたことを特徴とする温間型鍛造用のアルミニウム合金製予備成形品。

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