专利名称：Vgs型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法和由该方法所制造的涡轮框架以及运用该涡 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及，汽车用发动机等中所用的VGS型涡轮增压器，特别是制造纳入其中的转动自如地保持可变叶片的涡轮框架时，可以极力排除费工夫的切削加工的全新的制造方法。
背景技术：
作为汽车用发动机的高功率化、高性能化的一种机构所用的增压器，涡轮增压器是公知的，这种机构是靠发动机的排气能量驱动涡轮，靠该涡轮的输出使压缩机旋转，给发动机带来自然吸气以上的增压状态的装置。可是这种涡轮增压器，在发动机低速旋转时，因排气流量的低下，排气涡轮几乎不动，因而在直到高转速区旋转的发动机中产生直到涡轮高效地旋转的迟钝感，和其后直到一举吹起的所需时间所谓涡轮滞后等的产生是不可避免的。此外在发动机转速本来就低的柴油发动机中，存在着不容易得到涡轮效果的缺点。
因此开发了即使在低转速区也高效地工作的VGS型的涡轮增压器。这种增压器，靠配置于排气涡轮的外周的多个可变叶片(叶片)，集中很少流量的废气，增加排气的速度，加大排气涡轮的做功量，借此即使在低速旋转时也可以发挥高功率。因此在VGS型的涡轮增压器中，有必要另外设置可变叶片的可变机构，周边的构成零件的形状也必须比现有技术更加复杂。
而且在这种VGS型的涡轮增压器中，在制造转动自如地保持可变叶片的涡轮框架时，通过例如以失蜡铸造为代表的精密铸造法等，首先形成整体具有轮毂部与法兰部的金属毛坯(成为涡轮框架的原形的毛坯)后，对该毛坯施行适当切削加工，精加工成想要的形状或尺寸是一般的。
但是，在切削加工毛坯的方法中，存在着以下所示的问题。也就是说因为这种涡轮装置，是引入废气，利用其能量者，故构件表面当然暴露于高温·废气气氛。而且，因为在该废气中，含有腐蚀金属材料的成分，故即使对涡轮框架乘说，也可以使用具有优秀的耐热性或耐氧化性等的SUS310S等耐热不锈钢。但是，这种材料，一般来说是难切削材料，因为切削需要很多时间，故存在着加工很费工夫这样的问题。因此极力从涡轮框架的制造工序中排除切削加工，成为实现涡轮框架或排气导管总成进而VGS型涡轮增压器的批量生产上的课题。
此外近年来，特别是在柴油机车辆中，从环境保护等观点出发，向大气中排放的废气受到严格限制是现状，在原来发动机转速低的柴油发动机中，为了减少NOx或颗粒状物质(PM)等，也殷切期望从低转速区可以谋求发动机的高效的VGS型的涡轮增压器的批量生产化。
发明内容
也就是说技术方案1所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在制造在排气涡轮的外周位置上转动自如地保持多个可变叶片，组装于靠该可变叶片适当集中从发动机所排出的比较少的废气，增加废气的速度，靠废气的能量旋转排气涡轮，靠直接连接于该排气涡轮的压缩机把自然吸气以上的空气送入发动机，即使低速旋转时发动机也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器的涡轮框架时，前述涡轮框架以从具有几乎恒定的板厚的金属材料冲裁成整体地有轮毂形成部与法兰形成部的坯料，为作为涡轮框架的原形构件的毛坯，在加工该毛坯时，靠压制锻模把轮毂形成部形成为突出状态，此外在法兰形成部上，冲裁形成转动自如地保持可变叶片的承装孔。
如果用本发明，则因为对冲裁成几乎恒定的厚度的坯料(毛坯)施行压制锻造工序，可以得到作为成品的涡轮框架，故可以从涡轮框架的加工工序中极力排除切削加工，使涡轮框架的批量生产成为现实。顺便说一下历来，涡轮框架出于由难切削性的耐热材料形成，此外板厚5mm左右比较厚等理由，通过压制锻造的拉延加工或内缘翻边加工非常难以进行，不得已在专门铸造后进行费工夫的切削，不适合批量生产。
此外技术方案2所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，除了前述技术方案1所述的要件外，其特征在于，在加工前述毛坯时，在常温状态下进行工序的一部或全部。
如果用本发明，则因为在常温状态下进行涡轮框架的制造工序的一部或全部，故可以提高毛坯的变形自由度，可以进行效率更高的加工。此外作为成品可以得到高精度的涡轮框架。
此外技术方案3所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，除了前述技术方案1或2所述的要件外，其特征在于，在前述毛坯上运用奥氏体类耐热材料，在毛坯的加工时，把毛坯或加工装置当中的某一方或双方根据作为毛坯的加工感应马氏体转变指标的Md30值，进行加热。
如果用本发明，则可以根据使用材料品种的Md30值确定最佳的加热温度，可以更加高效地进行加工。
此外技术方案4所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，除了前述技术方案1或2所述的要件外，其特征在于，在加工前述毛坯时，给受加工的毛坯赋予适当的温度梯度。
如果用本发明，则因为给受加工的毛坯赋予适当的温度梯度，故在制造难加工性的涡轮框架时，使历来无论如何也不成的深拉深加工等的运用更加现实。此外靠这种温度梯度，可以减少例如皱皮、龟裂、局部的壁厚不足等伴随突出加工(深拉深加工)的不良。
此外技术方案5所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，除了前述技术方案1、2、3或4所述的要件外，其特征在于，在加工前述毛坯时，在毛坯与加工装置的接触部分夹着水溶性耐热润滑剂。
如果用本发明，则例如在内缘翻边工序中运用水溶性耐热润滑剂的场合，内缘翻边加工，不用说可以圆滑且可靠地进行，伴随润滑剂的使用等的涂布性、干燥性、高温润滑性、去除性等提高，可以极其高效地制造涡轮框架。顺便说一下一般的润滑剂，因加温而粘度下降，润滑性恶化，故在高温气氛下，几乎无法使用，此外WS2或MoS2等高粘度的润滑剂，作业性、特别是去除性差，仍然不适于本件的涡轮框架的制造。
此外技术方案6所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，除了前述技术方案1、2、3、4或5所述的要件外，其特征在于，前述压制锻模以模具与冲头与压板为主要构件，该冲头，在下死点位置附近处低速控制或微动控制当中，某一方或双方的控制成行。
如果用本发明，则要耐热性，难加工性的涡轮框架的突出加工，可以更加可靠地进行，可以高精度地实现作为成品的尺寸或形状。
此外技术方案7所述的涡轮框架，其特征在于，在具有设在排气涡轮的外周，转动自如地保持多个可变叶片的承装孔而成，组装于靠该可变叶片适当集中从发动机所排出的比较少的废气，增加废气的速度，靠废气的能量旋转排气涡轮，靠直接连接于该排气涡轮的压缩机把自然吸气以上的空气送入发动机，即使低速旋转时发动机也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器的涡轮框架中，通过技术方案1、2、3、4、5或6所述的制造方法来制造。
如果用本发明，则因为可以几乎不进行加工中需要很多时间的切削，而制造涡轮框架，故使涡轮框架的批量生产成为现实，可以向市场稳定地供应作为批量产品的涡轮框架。此外批量生产的涡轮框架，通过根据例如使用材料品种的加工感应马氏体转变量的适当的加热条件的措施等，可以得到精致的制品。
此外技术方案8所述的排气导管总成，是具有适当集中从发动机所排出的废气的流量使排气涡轮旋转的可变叶片，在排气涡轮的外周部转动自如地支承该可变叶片的涡轮框架，以及使该可变叶片适当转动，调节废气的流量的可变机构，靠可变叶片集中很少的排气流量，增加排气的速度，即使低速旋转时也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器中的排气导管总成，其特征在于，前述涡轮框架运用前述技术方案7所述的涡轮框架。
如果用本发明，则使有高耐热性，且精度高的排气导管总成的批量生产成为现实。
此外技术方案9所述的VGS型涡轮增压器，是靠发动机的排气能量驱动排气涡轮，靠该输出使直接连接于排气涡轮的压缩机旋转，给发动机带来自然吸气以上的增压状态的涡轮增压器，其特征在于，前述涡轮增压器，由前述技术方案8所述的排气导管总成组装而成，即使发动机低速旋转时也适当集中比较少的废气，增加废气的速度，发挥高功率。
如果用本发明，则使有高耐热性的VGS型涡轮增压器的批量生产成为现实。此外因为在该涡轮增压器中，组装可以可靠地使可变叶片转动的高精度的涡轮框架，故废气的流量调整可以正确且可靠地进行，可以充分耐受高温·废气气氛下的使用。
图1是表示组装本发明的涡轮框架的VGS型的涡轮增压器的透视图(a)，以及表示排气导管总成的分解透视图(b)。
图2是与所加工的毛坯一并表示在平板状的毛坯上使内缘翻边用的底孔开口的工序，与内缘翻边工序的说明图。
图3是表示通过深拉深加工，平板状的毛坯形成为杯状的情形的说明图。
图4是表示深拉深加工后，对轮毂形成部进行开口的情形的说明图。
图5是表示在Md30＝25℃、Md30＝50℃的各场合的变形温度与马氏体相变量的关系的曲线图。
图6表示对毛坯施行内缘翻边加工之际的扩孔率与种种加工温度的关系之一例。
图7是表示深拉深加工中赋予毛坯的温度梯度之一例的曲线图。
图8是表示种种的温度梯度的程度与极限拉深比的关系的曲线图。
具体实施例方式
以下基于图示的实施形态说明本发明。在说明时一边就运用本发明的涡轮框架2的VGS型的涡轮增压器中的排气导管总成A进行说明，一边一并提到涡轮框架2，然后，就涡轮框架的制造方法进行说明。
排气导管总成A，特别是在发动机低速运行时适当集中废气G而调节排气流量，作为一个例子如图1中所示，具有设在排气涡轮T的外周并实质上设定排气流量的多个可变叶片1，转动自如地保持可变叶片1的涡轮框架2，和使将要适当设定废气G的流量的可变叶片1转动一定角度的可变机构3而成。以下就各构成部进行说明。
首先就可变叶片1进行说明。该部件作为一个例子如图1中所示沿着排气涡轮T的外周呈圆弧状地配置多个(对于一排的排气导管总成A大概10个至15个左右)，其各个叶片大致相同地转动来适当调节排气流量。而且各可变叶片1具有叶片部11与轴部12而成。
叶片部11主要根据排气涡轮T的宽度尺寸而具有一定宽度地形成，其宽度方向上的断面大致机翼状地形成，构成为废气G高效地流向排气涡轮T。再者这里为了方便起见把叶片部11的宽度尺寸取为叶片高度h。
此外轴部12与叶片部11一体地连续形成，是相当于转动叶片部11时的转动轴的部位。
而且在叶片部11与轴部12的连接部位上，连续形成从轴部12向叶片部11变窄的锥部13，和比轴部12直径大些的突缘部14。再者突缘部14的底面与叶片部11处的轴部12侧的端面，几乎在同一平面上形成，该平面成为把可变叶片1安装于涡轮框架2的状态下的滑动面，确保可变叶片1的圆滑的转动状态。进而在轴部12的前端部，形成成为可变叶片1的安装状态的基准的基准面15。该基准面15是通过铆接等对后述的可变机构3固定的部位，作为一个例子如图1中所示，对置地把轴部12切口的平面是对叶片部11形成为大致一定的倾斜状态而成者。
接下来就涡轮框架2进行说明。这个东西，是作为旋转自如地保持多个可变叶片1的框架构件构成的，作为一个例子如图1中所示，由框架轮缘21与保持构件22夹着可变叶片1构成。而且框架轮缘21具有收入可变叶片1的轴部12的法兰部23，与把后述的可变机构3套在外周的轮毂部24而成。再者根据这种结构在法兰部23上，在周缘部分形成等间隔地与可变叶片1同数的承装孔25。
此外保持构件22，如图1中所示形成为中央部分开口的圆板状。而且两构件间的尺寸维持成几乎恒定(大概可变叶片1的叶片宽度尺寸左右)，以便使靠这些框架轮缘21与保持构件22夹着的可变叶片1的叶片部11始终可以圆滑地转动，作为一个例子在承装孔25的外周部分，靠设置四处的铆钉26维持两构件间的尺寸。这里为了收入该铆钉26以在框架轮缘21和保持构件22上开口的孔为铆钉孔27。
再者在本实施形态中，框架轮缘21的法兰部23由与保持构件22几乎同一直径的法兰部23A，和比保持构件22直径稍大的法兰部23B两个法兰部分组成，虽然这些是由同一构件形成的，但是在同一构件上的加工变得复杂的场合等，分割直径不同的两个法兰部而形成，然后通过铆接加工或硬钎焊加工接合也是可能的。
这里本发明的名称中所述的所谓‘涡轮框架的制造方法’，实质上表示上述框架轮缘21的制造方法。而且该框架轮缘21以从具有几乎恒定的板厚的耐热金属材料冲裁成整体地有法兰部23与轮毂部24的坯料为原始材料，对这个东西施行适当的加工得到作为成品的框架轮缘21。再者在本说明书中，以成为轮缘的原形构件的坯料为毛坯W(还把完成以前的加工中途的构件为毛坯W)。
接下来就可变机构3进行说明。这个东西设在涡轮框架2的轮毂部2 4的外周侧，为了调节排气流量而使可变叶片1转动，作为一个例子如图1中所示，是具有在总成内实质上产生可变叶片1的转动的转动构件31，和把该转动传递到可变叶片1的传动构件32而成。转动构件31，如图中所示形成为中央部分开口的大致圆板状，在其周缘部分等间隔地设有与可变叶片1同数量的传动构件32。再者该传动构件32具有旋转自如地安装于转动构件31的驱动元件32A，和以固定状态安装于可变叶片1的基准面15的受动元件32B而成，在这些驱动元件32A与受动元件32B连接的状态下，转动被传递。具体地说把四边片状的驱动元件32A旋转自如地对转动构件31销止，并且把可以收入该驱动元件32A地形成为大致U字形的受动元件32B固定于可变叶片1的前端的基准面15，把四边片状的驱动元件32A插入U字形的受动元件32B，使双方卡合地，把转动构件32安装于轮毂部24。
再者在安装了多个可变叶片1的初期状态下，在使这些呈圆周状排列时，各可变叶片1与受动元件32B有必要以几乎恒定的角度安装，在本实施形式中，主要是可变叶片1的基准面15担任该作用。此外因为单单把转动构件31套在轮毂部24上，担心转动构件31与涡轮框架2稍微离开之际，传动构件32的接合被解除，故应该防止这种情况，从涡轮框架2的对置侧夹着转动构件31地设置环33等，对转动构件31赋予向涡轮框架2侧推压的倾向。
通过用这种构成，在发动机进行低速旋转之际，使可变机构3的转动构件31适当转动，经由传动构件32传递到轴部12，如图1中所示使可变叶片1转动，适当集中废气G，调节排气流量。
运用本发明的涡轮框架2的排气导管总成A，具有像以上这样的基本构成，下面就涡轮框架2的制造方法进行说明。再者这里的所谓‘涡轮框架’、如上所述实质上表示框架轮缘21。此外在形成该框架轮缘21时，以冲裁成几乎恒定的厚度的坯料(毛坯W)为原始材料，对该毛坯W，施行把轮毂部24形成为突出状态，开孔承装孔25或销孔27等，适当的加工，得到作为成品的框架轮缘21。这里在与完成状态区别的场合，分别以完成状态以前的毛坯W中的法兰部23或轮毂部24为法兰形成部23a、轮毂形成部24a。
(1)毛坯的准备(坯料的冲裁)这是准备有几乎恒定的厚度，可以实现目标的框架轮缘21地冲裁的坯料(毛坯W)的的工序，这里，俯视大致呈圆形，有大约5mm左右的板厚的坯料从带钢等冲裁。这里，作为毛坯W(坯料)的材质，可以运用例如SUS304、SUS316、SUS310S、SUH310、SUH660、NCF800H(耐热镍铬铁合金800H)、铬镍铁合金625等耐热轧制材料。顺便说一下在通过铸造取得毛坯W的场合，也就是作为毛坯W的材质运用耐热铸造材料的场合，因为在下一道进行的内缘翻边加工或深拉深加工等突出加工极难进行，故在本发明中以从耐热轧制材料冲裁的坯料为毛坯W。
再者坯料没有必要一定像这样从坯料构件冲裁而准备，如果能够运用预先冲裁成适当的形状的坯料(特别是市场销售品)等，则也可以将其搬入，作为毛坯的准备工序。
(2)轮毂部的突出准备毛坯W后，对平板状的毛坯W，把轮毂形成部24a形成为突出状态，这里运用压制锻模的内缘翻边加工或深拉深加工。再者在本说明书中，以在毛坯W上开孔内缘翻边用底孔后，进行把轮毂形成部24a形成为突出状态的方法为内缘翻边加工，不开孔底孔而进行把毛坯W形成为所谓杯状的方法为深拉深加工而进行区别，此外总称这些总称为突出加工。下面，就内缘翻边加工与深拉深加工进行说明。
(i)内缘翻边加工为要通过内缘翻边加工把轮毂形成部24a突出，首先在毛坯W的大致中央部开孔内缘翻边用的底孔。再者该底孔，因为开孔于轮毂形成部24a，故赋予标号24b。此外为要开孔底孔24b，作为一例如图2所示，靠主要由模具61与冲头62构成的开口装置6，开孔底孔24b。在这里，下孔24b当然小于完成状态的轮毂部24的内径地形成，作为一个例子可以开孔成完成状态下的轮毂部24的70％左右的直径尺寸。而且开孔了底孔24b的毛坯W，如图2中一并所示，俯视呈大致炸面饼圈状。
毛坯W，此后靠内缘翻边装置7扩大底孔24b地突出加工，几乎形成筒状(管状)。此时，内缘翻边装置7，作为一个例子如图2中所示，以夹着保持作为毛坯W的周缘部的法兰形成部23a的模具71和压板72，和把作为毛坯W的中央部的轮毂形成部24a突出的冲头73为主要构件，毛坯W受冲头73的挤压，被挤入在模具71上所形成的实质上的成形作用部74。再者在内缘翻边装置7中适当设置从冲头73的相反侧推毛坯W的反向冲头75，靠该反向冲头75主要轮毂形成部24a的前端几乎在同一平面上对齐。此外在该反向冲头75上，可兼有把施行了内缘翻边加工的毛坯W从成形作用部74推出的脱模功能。
(ii)深拉深加工另一方面，为要对不开孔底孔24b的平板状的毛坯W施行深拉深加工，把轮毂形成部24a形成为突出状态，运用深拉深装置8，首先就该装置进行说明。深拉深装置8，例如如图3中所示，采用与上述内缘翻边装置7几乎同样的构成。也就是说，图中标号81和82是保持毛坯W的模具和压板，83是突出用的冲头。此外标号84是在模具81上所形成的实质上的成形作用部，标号85是从冲头83的相反侧推毛坯W的反向冲头。再者靠反向冲头85，主要可以有效地防止毛坯W的中央部被过度地弯曲形成的情况。此外在该反向冲头85上，可兼有把结束了深拉深加工的毛坯W从成形作用部84推出的脱模功能。此外，作为深拉深装置8，也可以运用所谓对向式液压机。
而且从深拉深装置8取出的毛坯W，如图3中一并所示，形成为所谓有底筒状，然后，几乎中央部的轮毂形成部24a被开孔。这当中，例如如图4(a)中所示，冲头进行的修整或切削加工进行的开孔是可能的(如果考虑实际的批量生产，则最好是修整)。此外如图4(b)中所示，也可以在轮毂形成部24a上套个具有一定长度的环R，通过切掉从该环R露出的部位进行开孔，形成想要的长度的轮毂部24。
再者，虽然在上述说明中，说明了通过内缘翻边加工或深拉深加工，把轮毂形成部24a(轮毂部24)加工成适当的长度，但是例如对一定程度形成为突出状态的轮毂形成部24a施行减薄加工，通过所谓多级突出工序，把轮毂部24形成为想要的长度是可能的。顺便说一下在该场合也是，减薄加工，可以靠与上述内缘翻边装置7或深拉深装置8同样的压制锻造装置进行(省略图示)。
再者上述图1中所示的框架轮缘21由不同的两个直径尺寸的部件构成法兰部23，因该般来说法兰部23的总体的壁厚成为比轮毂部24要厚。可是，在本发明中，因为以几乎恒定厚度的坯料为原始材料，也就是毛坯W，故把法兰形成部23a比轮毂形成部24a要厚地形成几乎是不可能的。因而例如形成于毛坯W的法兰形成部23a，作为小直径侧的法兰部23A，大直径侧的法兰部23B与此另体形成，在结束了突出加工阶段接合是可能的。当然也可以采取把在毛坯W上所形成的法兰形成部23a用作大直径的法兰部23B，另体形成小直径的法兰部23A，进行接合的形式。
(3)承装孔等的开孔此外毛坯W在结束了上述突出加工的状态下，由于在法兰形成部23a上未开孔承装孔25或销孔27等，所以它适当地通过冲裁等开孔，其他部位根据需要精加工成想要的形状或尺寸。再者在把承装孔25等精加工成想要精度的直径尺寸时，通过压入钢球的所谓型锻来精加工是可能的。
此外例如在通过深拉深加工进行轮毂形成部24a的突出的场合，承装孔25或销孔27的开孔在最后的轮毂部24的开孔时同时进行是可能的。
进而在通过内缘翻边加工进行突出加工的场合，最好是在内缘翻边加工后加工承装孔25或销孔27等。虽然这是因为把底孔24b的开孔时或内缘翻边加工时所受到的毛坯W的应力(除了加工引起的拉伸、压缩之外，在加热时包括其热应力等)引起的变形抑制到最小限度的缘故，但是在这些不特别影响承装孔25等的场合，也可以与内缘翻边加工同时进行开孔。
再者虽然在本实施形态中，采用由具有适当的刚性的金属材料形成把毛坯W(轮毂形成部24a)突出的模具或冲头等模构件，借此进行加工的，所谓刚体压制方法，但是不一定限定于此，采用代替上述模具或冲头等直接对毛坯W施加液压进行加工的，所谓液压压制方法也是可能的。再者在通过液压压制方法进行毛坯W的突出加工的场合，与刚体压制方法相比，因为加压力或加压速度等的控制变得容易进行，故例如可以防止皱皮的发生等，可以更精致地加工毛坯W。
这样一来虽然如果本发明的加工(塑性加工)的实体是压制锻造，尤其因为降低成本或简化工程管理，则最好是在室温或接近于室温的状态下进行毛坯W的加工的冷间锻造，但是出于提高加工性或提高毛坯W的变形自由度等目的，在上述的加工工序的一部或全部工序中，适当加热毛坯W或加工装置(开孔装置6、内缘翻边装置7、深拉深装置8等)是可能的，以下就这种形态进行说明。
(1)根据材料的高温强度的加热等这是根据毛坯W的高温变形阻力也就是高温强度，确定加热温度与加工速度的方法，作为一个例子在把毛坯W加热到300℃的常温状态下进行加工压制锻造的突出加工。具体地说，例如毛坯W的300℃下的高温强度为500MPa以上的场合，加热到300～350℃左右，以1000mm/秒以上的速度进行加工。借此压制锻造加工中所需的力很小就可以了，毛坯W的加工性也提高，可以形成极其接近于想要的形状或尺寸的状态。
再者压制锻造进行的突出加工后，例如减薄加工的场合，在室温气氛的冷间状态下进行该减薄加工是可能的，在该场合，可以极力抑制形成的毛坯W的膨胀、收缩、回弹、余量、缩孔等。
(2)考虑材料的Md30的温间成形这是根据作为材料(毛坯W)的加工感应马氏体转变指标的Md30的值，把毛坯W或加工装置当中的某一方或双方加热到50～200℃来进行的方法。这里所谓Md30，是奥氏体类(不锈钢)材料所特有的，表示在奥氏体坯料中给出0.30的单轴拉伸实际应变时，奥氏体相的50vol％转变成强磁性高强度马氏体相的温度，该值越高则表示材料向马氏体的变化倾向越强。而且所谓Md30，是根据运用于毛坯W的耐热材料的成分组成与微结晶粒度预先确定的值。
这里Md30＝25℃和Md30＝50℃的各个场合的，变形温度与马氏体转变量的关系示于图5，根据此图可以看出，为要得到同一量的马氏体转变量，Md30的值越高，则不得不提高变形温度。因此Md30的值越高，则越要把毛坯W或加工装置(锻模)的加热温度设定成高温，作为一个例子，Md30大致＝0℃时把毛坯W或加工装置的加热温度设定成150℃左右，几乎Md30大致＝20℃时设定成几乎200℃左右。
像这样通过在根据材料品种的适当的加温状态下加工毛坯W，毛坯W的金属材料变得容易流动，加温时的加工或其后的加工变得容易进行。也就是说几wol％以下的少量的马氏体，伴随与奥氏体等量的转位密度，通过均匀地转变分布，在该加工或其后的加工之际，增大变形裕度。顺便说一下，在内缘翻边加工时运用本加温方法(根据Md30值的加热)的场合，由本申请人确认，虽然也与材料有关但是与通常的扩孔率1.2左右成对照，大幅度提高到1.5左右。再者所谓扩孔率，是极限内缘翻边直径除以底孔24b的直径的值，它越大表示变形裕度越大。
这里本申请人进行的，毛坯W的加热温度与扩孔率的关系之一例示于图6。再者这里使用的毛坯W是SUS310S的退火材料，板厚大约5mm，Md30＝-10℃。顺便说一下在该表中可以看出虽然室温下的扩孔率为1.1，但是通过设定成80℃左右的加热温度大幅度地提高到1.7左右。这样一来虽然根据材料的Md30的值的加热，增大毛坯W的变形裕度，但是此外还在加工中，作用于模具或冲头等的载荷也可以减少，加工作业本身变得容易。
此外最好是在这种加工中，装置与毛坯W的接触面，例如在对毛坯W施行内缘翻边加工的场合，冲头73与轮毂形成部24a的内表面的接触部分等上，夹着谋求摩擦力的降低的水溶性耐热润滑剂，施行所谓粘接处理。这是把对硼酸三甲酯或磷酸盐当中的某一方或双方适当添加蜡，混入有机溶剂或水的具有耐热性的特殊润滑剂，通过直接涂布、滚涂、滴沉法、事前反应处理等涂布或形成涂膜的处理。顺便说一下因为一般的润滑剂，因加温而粘度降低，润滑性恶化，故在例如高温气氛下几乎无法使用，此外WS2或MoS2等高粘度的润滑剂，作业性，特别是去除性差，毕竟还是不合适的。与此相反，上述水溶性耐热润滑剂，例如内缘翻边加工等突出加工，本来就可以圆滑且可靠地进行，伴随润滑剂的使用的涂布性、干燥性、高温润滑性、去除性等提高，可以更高效地制造涡轮框架2。
(3)赋予温度梯度这是给受加工的毛坯W赋予适当的温度梯度，这里作为一个例子如图3中所示，举例说明受深拉深加工的毛坯W。在该图中点a是毛坯W的大致中央部(轮毂形成部24a)，从这里到周缘部(法兰形成部23a)依次标成点b、点c、点d、点e。也就是说点a表示毛坯W中的冲头83的几乎中央部位，点b表示毛坯W中的冲头83肩部，点d表示毛坯W中的模具81肩部，点e表示由模具81与压板82所夹持的周缘部。此外点c通过深拉深加工所形成的壁部的几乎中间位置(点b与点d的正中附近)。
而且这里，对深拉深加工中的毛坯W，赋予以轮毂形成部24a(中央部)为低温侧，以法兰形成部23a(周缘部)为高温侧的温度梯度。因此冲头83具有冷却水循环等适当的冷却机构，构成为使挤压毛坯W的底部可以处于低温状态。此外模具81与压板82，具有电加热器等适当的加热机构，构成为可以加温毛坯W的周缘部(夹持部)。再者在上述图3中所示的状态下，给毛坯W赋予温度梯度的部位，在通过深拉深加工所形成的壁部，也就是点b～点d之间(点a为低温侧，点e为高温侧)，温度梯度的程度，作为一个例子为0.5～3℃/mm左右。
进而这里，构成为可以把毛坯W的点a维持于几乎恒定的低温状态，并且通过流过加热器等的电流控制，把毛坯W的点e加热到适当的温度。这是因为，在深拉深加工中，主要起因于毛坯W的点b～点d拉伸，为了把温度梯度保持于0.5～3℃/mm左右的范围内，往往，伴随深拉深加工，有必要加热毛坯W的点e侧的缘故。但是，当然在即使把毛坯W的点e维持于恒定的加温状态，温度梯度也不脱离0.5～3℃/mm左右的范围的场合，在加工中把流过加热器的电流保持恒定是可能的。
再者这里深拉深加工中的毛坯W的各点的温度状态之一例示于图7，这里把点a～点b维持于大约5℃左右的恒定值，并且把点d～点e维持于大约85℃左右。顺便说一下该场合的壁部的温度梯度，因为点b～点d间的距离为40mm左右，故由(85-5)/40算出，成为大约2℃/mm的温度梯度。
这样一来虽然在本实施形态中，加热毛坯W的法兰形成部23a(点e)并且冷却轮毂形成部24a(点a)，但是如果即使不积极地冷却冲头83也可以得到以点e为高温侧的想要的温度梯度，可以充分提高加工性(深拉深性)，则也可以仅加热点e。顺便说一下所谓不需要冲头83的积极的冷却的场合，是指例如作为材料的加工感应马氏体转变指标的Md30值为20℃以上左右地高的值的场合。
这里在加工中，就以毛坯W的轮毂形成部24a为低温的理由，和本申请人得到0.5～3℃/mm左右的温度梯度为佳的知识的来龙去脉概略地进行说明。例如在深拉深加工中，毛坯W的壁部(图3中点b～点d)的形成，从模具81侧由弯曲，弯回，拉伸的各方式的变形方式组成，为要提高深拉深性，极力不产生冲头83的肩部断裂至为重要。因此，有必要使上述三种方式引起的材料变形均匀地进行，并且随着接近于冲头83的肩部，加大断裂阻力，提高强度，因此冷却轮毂形成部24a。
此外为要满足这些各方式的变形的容易性，及其均匀性，断裂阻力的增大等，赋予壁部的温度梯度是有效的，根据本申请人进行的种种赋予温度梯度的试验，取得其适当范围为大约0.5～3℃/mm左右的知识。图8中所示的极限拉深比的数据示出其一例，这里的所谓极限拉深比，是坯料直径D0除以冲头直径DP所得的值，该值越大，表示深拉深性良好。而且根据该曲线图判明大约0.5～3℃/mm左右的温度梯度时，极限拉深比良好(该曲线图中在2.5℃/mm左右的温度梯度下极限拉深比最高)。
此外，例如在深拉深加工毛坯W之际，在即将到达下死点之前附近把冲头83的行程速度低速控制成1cm/秒以下，或者除了这种低速控制外在冲头83到达下死点位置的阶段，进行使冲头83暂时停止的微动控制是可能的，通过这种控制，可以期待更加提高深拉深加工性。
再者虽然对金属坯料施行内缘翻边加工或深拉深加工，或者在常温状态下进行这些加工，历来就提出了，但是这些是专门加工不锈钢制等薄钢板的场合，现状是无法运用于难加工性的耐热金属材料，而且5mm左右的比较厚的板厚。但是在本实施形态中，如上所述，通过实行根据材料的Md30的温间成形，粘接处理(特殊润滑剂的涂布)，给毛坯W赋予适当的温度梯度，加工速度控制(冲头的下死点附近的行程低速·微动控制)等，种种技术措施，即使对比较厚的耐热金属材料，也可以现实地进行内缘翻边加工或深拉深加工。
此外因为作为毛坯W的材质运用耐热压延材料，在担心耐高温磨损性的恶化的场合，对涡轮框架21(毛坯W)的表面施行Cr-C包覆膜(铬碳化物包覆膜)等表面改性，提高耐高温磨损性是可能的。再者虽然作为表面改性，除了Cr-C包覆膜外，也可以考虑施行Cr-N包覆膜(铬氮化物包覆膜)等表面改性，但是考虑到涡轮框架21的使用温度为800～1000℃左右，因为担心Cr-N包覆膜在使用中分解、变质，故最好是Cr-C包覆膜。
以下述及本发明的效果，首先如果用技术方案1或7所述的发明，则可以通过压制(锻造)来进行坯料(毛坯W)的冲裁、轮毂形成部24a的突出、承装孔25的开孔等，框架轮缘21的所有加工工序。因此可以从制造工序中极力排除切削加工，使框架轮缘21的批量生产成为现实。
此外如果用技术方案2所述的发明，则因为在常温状态下进行涡轮框架2的制造工序的一部或全部，故加工所需的力很小就可以了，可以减轻加在冲头或模具等上的负载，此外通过常温状态下的加工，可以提高毛坯W的加工性，得到极其接近想要的形状或尺寸的制品(涡轮框架2)。
此外如果用技术方案3所述的发明，则因为毛坯W根据所使用的耐热材料的加工感应马氏体转变量设定适当的温度条件并施行突出加工等，故可以制造精度更高的涡轮框架2。
此外如果用技术方案4所述的发明，则例如在对毛坯W施行深拉深加工的场合，通过赋予以周缘部(法兰形成部23a)为高温侧，以中央部分(轮毂形成部24a)为低温侧的温度梯度，周缘部(法兰形成部23a)升温而变形阻力减小，中央部分(轮毂形成部24a)被冷却，成为提高断裂阻力的状态，可以以深拉深性良好的状态加工。
此外如果用技术方案5所述的发明，则因为在毛坯W与加工装置之间夹着水溶性耐热润滑剂，故例如对毛坯W施行内缘翻边加工之际，除了可以有效地减小内缘翻边装置7与毛坯W的摩擦力外，可以提高涂布性或去除性。
此外如果用技术方案6所述的发明，则在例如对毛坯W施行深拉深加工的场合，在下死点位置低速控制或微动控制冲头63，可以更加高精度地实现涡轮框架2。
此外如果用技术方案8所述的发明，则使具有优秀的耐热性，且精度高的排气导管总成A或VGS型涡轮增压器的批量生产成为现实。此外在高温·废气气氛下，可以正确且可靠地进行废气G的流量调整。
工业上的可利用性像以上这样本发明，适合于在VGS型涡轮增压器中，制造转动自如地保持可变叶片的涡轮框架之际，可以不需要费工夫的切削加工而制造，借此使涡轮框架进而组装这些而成的VGS型涡轮增压器的批量生产成为现实。
权利要求
1.一种VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在制造在排气涡轮(T)的外周位置上转动自如地保持多个可变叶片(1)，组装于通过该可变叶片(1)来适当集中从发动机所排出的比较少的废气(G)，增加废气(G)的速度，通过废气(G)的能量来转动排气涡轮(T)，利用直接连接在该排气涡轮(T)上的压缩机把自然吸入空气以上的空气送入发动机，即使低速旋转时发动机也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器的涡轮框架(2)时，前述涡轮框架(2)将从具有大致一定的板厚的金属材料冲裁成一体地具有轮毂形成部(24a)与法兰形成部(23a)的坯料作为涡轮框架(2)的原形构件的毛坯(W)，在加工该毛坯(W)时，利用压制锻模将轮毂形成部(24a)形成为突出状态，此外，在法兰形成部(23a)上，冲裁形成转动自如地保持可变叶片(1)的承装孔(25)。
2.权利要求1所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在加工前述毛坯(W)时，在常温状态下进行一部分工序或全部工序。
3.权利要求1或2所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在前述毛坯(W)上运用奥氏体类的耐热材料，在毛坯(W)的加工时，基于毛坯(W)的加工感应马氏体转变指标的Md30值，对毛坯或加工装置中的任一方或双方进行加热。
4.权利要求1或2所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在加工前述毛坯(W)时，赋予接受加工的毛坯(W)适当的温度梯度。
5.权利要求1、2、3或4所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，在加工前述毛坯(W)时，在毛坯(W)与加工装置的接触部分夹着水溶性耐热润滑剂。
6.权利要求1、2、3、4或5所述的VGS型涡轮增压器中的涡轮框架的制造方法，其特征在于，前述压制锻模以模具与冲头与压板为主要构件，对该冲头，在下死点位置附近处，进行低速控制或微动控制当中任一方或双方的控制。
7.一种涡轮框架，其特征在于，在具有设在排气涡轮(T)的外周，转动自如地保持多个可变叶片(1)的承装孔(25)而成，组装于通过该可变叶片(1)适当集中从发动机所排出的比较少的废气(G)，增加废气(G)的速度，通过废气(G)的能量来转动排气涡轮(T)，利用直接连接在该排气涡轮(T)的压缩机把自然吸入空气以上的空气送入发动机，即使低速旋转时发动机也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器的涡轮框架(2)中，其特征在于，通过前述权利要求1、2、3、4、5或6所述的制造方法来制造。
8.一种VGS型涡轮增压器的排气导管总成，是具有适当集中从发动机所排出的废气(G)的流量使排气涡轮(T)旋转的可变叶片(1)，在排气涡轮(T)的外周部转动自如地保持该可变叶片(1)的涡轮框架(2)，以及使该可变叶片(1)适当转动，调节废气(G)的流量的可变机构(3)，通过可变叶片(1)集中很少的排气流量，增加排气的速度，即使低速旋转时也可以发挥高功率的VGS型的涡轮增压器中的排气导管总成(A)，其特征在于，前述涡轮框架(2)适用前述权利要求7所述的涡轮框架(2)。
9.一种VGS型涡轮增压器，是靠发动机的排气能量驱动排气涡轮(T)，通过该输出使直接连接于排气涡轮(T)的压缩机旋转，给发动机带来自然吸入空气以上的增压状态的涡轮增压器，其特征在于，前述涡轮增压器，由前述权利要求8所述的排气导管总成(A)组装而成，即使发动机低速旋转时也适当集中比较少的废气(G)，增加废气(G)的速度，发挥高功率。
全文摘要
本发明提供一种能够通过在制造转动自如地保持VGS型涡轮增压器中的可变叶片的涡轮框架时几乎不需要费时间的切削工序而制造涡轮框架实现涡轮框架的批量生产的方法。其特征在于，包括从具有几乎恒定的板厚的金属材料冲裁以便一体地具有轮毂形成部(24a)和法兰形成部(23a)的坯料以便用作形成涡轮框架的原形的毛坯(W)，在加工毛坯(W)时，通过压制锻模以突出状态形成轮毂形成部(24a)，和通过冲裁在法兰形成部(23a)上形成用来转动自如地保持可变叶片的承装孔的步骤，在加工毛坯(W)时，并且在工序的一部或全部中在常温状态下进行加工。
文档编号F01D25/24GK1561431SQ02819328
公开日2005年1月5日 申请日期2002年8月2日 优先权日2001年8月3日
发明者大石新二朗 申请人:株式会社秋田精密冲压