(57)【要約】残留応力を十分に取り除くことができる切削用素材の製造方法を提供する。本発明は，切削加工製品を切削加工する前の切削用素材を製造するための切削用素材の製造方法を対象とする。本発明は，成形素材を１次成形して１次成形品（１）を得る工程と，１次成形品（１）に対し溶体化処理を行った後，焼き入れ処理を行う工程と，焼き入れ処理を行った後，１次成形品（１）に対し，冷間鍛造による２次成形を行って，切削用素材としての２次成形品（２）を得る工程とを含む。１次成形品（１）に蓄積される残留応力が２次成形によって除去されるように，１次成形品（１）の形状を決定する。
2015002177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工製品を切削加工する前の切削用素材を製造するための切削用素材の製造方法であって、
成形素材を１次成形して１次成形品を得る工程と、
１次成形品に対し溶体化処理を行った後、焼き入れ処理を行う工程と、
焼き入れ処理を行った後、１次成形品に対し、冷間鍛造による２次成形を行って、切削用素材としての２次成形品を得る工程とを含み、
１次成形品に蓄積される残留応力が２次成形によって除去されるように、１次成形品の形状を決定するようにしたことを特徴する切削用素材の製造方法。
【請求項２】
２次成形において、１次成形品の２次成形品に対しての加工率を２％〜５％に設定している請求項１に記載の切削用素材の製造方法。
【請求項３】
１次成形として、冷間鍛造が用いられる請求項１または２に記載の切削用素材の製造方法。
【請求項４】
１次成形として、熱間鍛造が用いられる請求項１または２に記載の切削用素材の製造方法。
【請求項５】
２次成形品は、軸方向に並んで配置され、かつ軸方向に対し直交する径方向の寸法が異なる第１の部位および第２の部位を有し、
２次成形として、軸方向に圧縮する据込鍛造が用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削用素材の製造方法。
【請求項６】
２次成形品の形状を、切削加工によって、ハブと、その外周面に放射状に形成された複数のブレードとを有するコンプレッサーインペラを形成可能な形状に形成するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の切削用素材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法によって切削用素材を得る工程と、
切削用素材を切削加工して切削加工製品を得る工程とを含むことを特徴とする切削加工製品の製造方法。
【請求項８】
切削加工製品として、ハブと、その外周面に放射状に形成された複数のブレードとを有するコンプレッサーインペラを得るようにした請求項７に記載の切削加工製品の製造方法。
【請求項９】
コンプレッサーインペラにおいて、上面および底面間の中心軸の位置ずれ量が０．０１ｍｍ以下に設定されている請求項８に記載の切削加工製品の製造方法。
【請求項１０】
コンプレッサーインペラにおいて、底面の直径に対して、上面および底面間の中心軸の位置ずれ量の比率が０．０１３％以下に設定されている請求項８または９に記載の切削加工製品の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする切削用素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削加工製品を切削する前の成形品である切削用素材の製造方法およびその関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に圧縮エアーを送り込むターボチャージャーにおけるコンプレッサーインペラは、例えば切削加工を利用して製作される。従来、コンプレッサーインペラのような切削加工製品を切削する前の切削用素材を製造する場合、例えばＪＩＳ  Ｔ６５１１に規定される方法が多く採用されている。【０００３】
この方法は、押出材としてのワークに対し、溶体化処理を行った後、焼き入れ処理を行う。さらに焼き入れ後のワークに対し、冷間引抜加工を行った後、時効処理を行う。続いて時効処理後のワークを、最終製品に合わせて切断して、切削用素材を得るようにしている。そしてこの切削用素材を、切削加工することによって、コンプレッサーインペラ等の切削加工製品を製作するようにしている。【０００４】
この従来の切削用素材の製造方法においては、Ｔ６処理中の焼き入れ時に蓄積される残留応力（ひずみ）を冷間引抜加工によって取り除くようにしている。すなわち、引抜加工において、引抜前のワークの径（押出径）よりも小さい径で引き抜くことによって、ワークに永久ひずみを与えて、残留応力を取り除くとともに、寸法精度および強度の向上を図るようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本規格協会編集  「ＪＩＳハンドブック３非鉄」  財団法人日本規格協会発行  第１２８８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の切削用素材の製造方法における冷間引抜加工では、ワークの表層部だけを塑性流動させるものであるため、ワーク内部の残留応力（ひずみ）を十分に取り除くことができない場合がある。このように切削用素材の内部に残留応力が残ったまま、切削加工が行われると、切削加工を行った際に残留応力が開放され、切削加工製品の寸法精度が低下する一因となるおそれがあった。【０００７】
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、切削用素材の残留応力を十分に取り除くことができ、切削加工後に、寸法変化等の不具合が生じるのを防止することができる切削用素材の製造方法およびその関連技術を提供することを目的とする。【０００８】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を要旨とするものである。【００１０】
［１］切削加工製品を切削加工する前の切削用素材を製造するための切削用素材の製造方法であって、
成形素材を１次成形して１次成形品を得る工程と、
１次成形品に対し溶体化処理を行った後、焼き入れ処理を行う工程と、
焼き入れ処理を行った後、１次成形品に対し、冷間鍛造による２次成形を行って、切削用素材としての２次成形品を得る工程とを含み、
１次成形品に蓄積される残留応力が２次成形によって除去されるように、１次成形品の形状を決定するようにしたことを特徴する切削用素材の製造方法。【００１１】
［２］２次成形において、１次成形品の２次成形品に対しての加工率を２％〜５％に設定している前項１に記載の切削用素材の製造方法。【００１２】
［３］１次成形として、冷間鍛造が用いられる前項１または２に記載の切削用素材の製造方法。【００１３】
［４］１次成形として、熱間鍛造が用いられる前項１または２に記載の切削用素材の製造方法。【００１４】
［５］２次成形品は、軸方向に並んで配置され、かつ軸方向に対し直交する径方向の寸法が異なる第１の部位および第２の部位を有し、
２次成形として、軸方向に圧縮する据込鍛造が用いられる前項１〜４のいずれか１項に記載の切削用素材の製造方法。【００１５】
［６］２次成形品の形状を、切削加工によって、ハブと、その外周面に放射状に形成された複数のブレードとを有するコンプレッサーインペラを形成可能な形状に形成するようにした前項１〜５のいずれか１項に記載の切削用素材の製造方法。【００１６】
［７］前項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法によって切削用素材を得る工程と、
切削用素材を切削加工して切削加工製品を得る工程とを含むことを特徴とする切削加工製品の製造方法。【００１７】
［８］切削加工製品として、ハブと、その外周面に放射状に形成された複数のブレードとを有するコンプレッサーインペラを得るようにした前項７に記載の切削加工製品の製造方法。【００１８】
［９］コンプレッサーインペラにおいて、上面および底面間の中心軸の位置ずれ量が０．０１ｍｍ以下に設定されている前項８に記載の切削加工製品の製造方法。【００１９】
［１０］コンプレッサーインペラにおいて、底面の直径に対して、上面および底面間の中心軸の位置ずれ量の比率が０．０１３％以下に設定されている前項８または９に記載の切削加工製品の製造方法。【００２０】
［１１］前項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする切削用素材。
【発明の効果】
【００２１】
発明［１］の切削用素材の製造方法によれば、２次成形である冷間鍛造によって、１次成形品を塑性流動させるものであるから、残留応力が取り除かれた２次成形品を切削用素材として得ることができる。この切削用素材は、残留応力が取り除かれているため、切削加工を行って切削加工製品を製作した際に、残留応力に起因する切削加工後の寸法変化を確実に防止でき、高精度かつ高品質の切削加工製品を得ることができる。【００２２】
発明［２］〜［６］の切削用素材の製造方法によれば、上記の効果をより確実に得ることができる。【００２３】
発明［７］〜［１０］によれば、上記の同様に同様の効果を奏する切削加工製品の製造方法を提供することができる。【００２４】
発明［１１］によれば、切削加工によって、高精度かつ高品質の切削加工製品を製作することができる切削用素材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１はこの発明の実施形態である切削加工製品の製造方法における製造手順を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは実施形態の製造方法で製作された切断品を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは実施形態の製造方法で製作された１次成形品を示す側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは実施形態の製造方法で製作された２次成形品を示す側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは実施形態の製造方法で製作された切削加工製品を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａはこの発明に関連した実施例の製造方法で製作された１次成形品を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは実施例の製造方法で製作された１次成形品を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは実施例の製造方法で製作された第１切削加工製品を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは実施例の製造方法で製作された第２切削加工製品を示す断面図である。
【図４】図４は比較例である切削加工製品の製造方法における製造手順を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは比較例の製造方法で製作された切断品を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは比較例の製造方法で製作された切削用素材を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは比較例の製造方法で製作された第１切削加工製品を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは比較例の製造方法で製作された第２切削加工製品を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１はこの発明の実施形態である切削加工製品の製造方法における製造手順を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の製造方法は、主として鍛造加工を利用して切削用素材を作製し、その切削用素材を切削加工して切削加工製品を得るものである。本実施形態の製造方法によって製造される切削加工製品５は、内燃機関に圧縮エアーを送り込むターボチャージャーにおけるコンプレッサーインペラを構成するものである。
【００２７】
図２Ｄに示すように切削加工製品５としてのコンプレッサーインペラは、略円錐形状のハブ５１と、そのハブ５１の外周面に放射状に形成された複数の薄いブレード（羽根部）５２とを備えている。
【００２８】
本実施形態の製造方法においては、まず図１に示すように、押出加工または鋳造加工によって、アルミニウムまたはその合金製の押出材または鋳造材（鋳造棒）を得る。言うまでもなく、この押出材は、鋳造棒を押出加工して得ることも可能である。なお、本実施形態では、この押出材または鋳造材を加工用材料としている。
【００２９】
鋳造棒を得る方法としては、ＤＣ鋳造法、ホットトップ鋳造法、縦型連続鋳造法、水平連続鋳造法、圧粉成形法等を挙げることができる。
【００３０】
本発明においては、組織のほとんどを柱状晶および／または粒状晶とし、かつ結晶粒径のバラツキを均一化させた連続鋳造によって連続鋳造棒（直径１８０ｍｍ〜２２０ｍｍ）を製造する。そして本発明においては、その鋳造棒を押出加工して得られた押出材（直径２５ｍｍ〜９５ｍｍ）を、加工用材料として使用するのが好ましい。または、組織のほとんどを柱状晶および／または粒状晶とし、かつ結晶粒径のバラツキを均一化させた連続鋳造によって細径連続鋳造棒（直径３０ｍｍ〜９０ｍｍ）を製造する。そして本発明においては、この鋳造棒を加工用材料として使用するのが好ましい。すなわち前者の押出材は、内部品質が本発明の効果を得るのに適している。また後者の細径連続鋳造棒は、冷却速度の観点から十分な冷却効果を有する内部品質となっており、その品質が本発明の効果を得るのに適している。
【００３１】
続いて、加工用材料としての押出材または鋳造材を、後述の２次成形品である切削用素材に対応する重量に合わせて切断して、切断品４を得る。
【００３２】
図２Ａに示すように本実施形態においては、切断品４は軸方向が短い円柱形状を有している。なお、本実施形態においては、この切断品４によって、成形素材が構成されるものである。
【００３３】
次に切断品４に対し冷間密閉鍛造または熱間密閉鍛造を行って１次成形品１を得る。この１次成形品１の詳細な形状については後に詳述するが、この１次成形品１は、概略的には図２Ｂに示すように円盤状ないし円柱状の大径部１１と、その大径部１１の一端面に形成された円柱状の小径部１２とを有し、大径部１１および小径部１２が互いの軸心を一致した状態で一体に形成されている。大径部１１は、小径部１２に対し径方向Ｘの寸法（直径寸法）が大きく形成されるとともに、小径部１２の外周面における大径部１１との隣接部は、滑らかな凹球状の湾曲面１３に形成されている。さらに大径部１１の他端面における軸心位置には、凸部１１１が形成されるとともに、小径部１２の一端面における軸心位置には、凸部１２１が形成されている。本実施形態においては、１次成形品１の小径部１２が、ブレード形成部として構成されている。
【００３４】
なお本実施形態においては、大径部１１が第１および第２の部位のうちいずれか一方を構成するとともに、小径部１２が残り一方を構成するものである。
【００３５】
本実施形態において、この１次成形（１Ｆ）は、冷間鍛造および熱間鍛造のいずれを採用しても良い。例えば小型の製品を製造するような場合には高い精度で加工できる冷間鍛造が適しており、大型の製品を製造するような場合には、熱間により材料内部の変形抵抗が下がるため、大きいものを加工し易い熱間鍛造が適している。
【００３６】
なお本発明において、１次成形は、鍛造以外の成形方法、例えば鋳造や、機械加工を採用するようにしても良い。もっとも本発明においては、生産性を考慮すると、上記の冷間鍛造や熱間鍛造等の鍛造加工を採用するのが好ましい。
【００３７】
図１に示すように１次成形を行った後、その１次成形品１に対し、溶体化処理を行う。この溶体化処理の条件は、例えば温度を４９０℃〜５４０℃、時間を０．５時間〜６時間に設定する。
【００３８】
溶体化処理を行った後、１次成形品１に対し焼き入れ処理を行う。この焼き入れ処理は、例えば１次成形品１を水中に浸漬するものである。
【００３９】
焼き入れ後、１次成形品１に対し、２次成形（２Ｆ）を行って、２次成形品２を得るものである。本実施形態では、図１に示すように２次成形として、型を用いた冷間据込等の冷間密閉鍛造を用いるものである。
【００４０】
図２Ｃに示すように２次成形品２は、１次成形品１に対し、各部分の寸法が多少異なるものの、ほぼ同様な形状に形成されている。なお実際には、１次成形品１と２次成形品２とは、外観上の差異はほとんど認められないが、本実施形態においては発明の理解を容易にするために、図２Ｂに示す１次成形品１と、図２Ｃに示す２次成形品２との外観上の差異を誇張して示している（図３Ａおよび図３Ｂにおいても同じ）。
【００４１】
２次成形品２は、１次成形品１と同様に、円盤状ないし円柱状の大径部２１と、その大径部２１の一端面に形成された円柱状の小径部２２とを有し、大径部２１および小径部２２が互いの軸心を一致した状態で一体に形成されている。大径部２１は、小径部２２に対し径方向Ｘの寸法（直径寸法）が大きく形成されるとともに、小径部２２の外周面における大径部２１との隣接部は、滑らかな凹球状の湾曲面２３に形成されている。さらに大径部２１の他端面における軸心位置には、凸部２１１が形成されるとともに、小径部２２の一端面における軸心位置には、凸部２２１が形成されている。さらに本実施形態においては、２次成形品２の小径部２２が、ブレード形成部として構成されている。
【００４２】
なお本実施形態においては、大径部２１が第１および第２の部位のうちいずれか一方を構成するとともに、小径部２２が残り一方を構成するものである。
【００４３】
本実施形態において、この２次成形によって得られる２次成形品２は、コンプレッサーインペラ等の最終製品である切削加工製品５を切削加工する前の形状に成形されるものである。例えば、この２次成形品２は、最終の加工である切削加工を行う装置にセットするワークの形状に対応する形状に形成されている。従って、切削加工を効率良く高精度で行うには、２次成形品２の精度を高める必要がある。
【００４４】
ところで、２次成形を行う前に、１次成形品１に対し焼き入れ処理を行った際、１次成形品１は、熱収縮によって一時的に体積が減少する。さらにその熱収縮に伴って、１次成形品１の内部に引張応力（残留応力）としてのひずみが蓄積される。この残留応力が残ったままの状態で、後の工程において、切削加工等の機械加工を行うと、その加工によって残留応力が開放されて、製品が微妙に変形してしまい、高い寸法精度を維持することが困難になってしまうおそれがある。
【００４５】
そこで本実施形態においては、焼き入れ時に蓄積される残留応力を、２次成形によって取り除くようにしている。
【００４６】
本実施形態の２次成形においては、焼き入れ後の１次成形品１に対し所定の加工率で鍛造加工を行うことによって、１次成形品１の内部全域において適度な永久ひずみを与えて、残留応力を取り除くようにしている。
【００４７】
従って、本実施形態において、２次成形品２は、最終製品の切削加工製品５の形状に基づいて形成されるものの、１次成形品１は、１次成形品１における焼き入れ時のひずみを２次成形によって除去できるような形状に形成されている。例えば、１次成形品１に対する２次成形時の加工率として、１次成形品１における焼き入れ時の残留応力を除去可能な値（加工率）を予め算出しておき、その加工率に基づいて、１次成形品の１次成形による形状を決定するようにしている。
【００４８】
ところで従来のように、引抜加工によって残留応力を取り除く場合には、ワークの表層部だけに永久ひずみを与えるものであるから、ワーク内部全域の残留応力を取り除くことは困難である。これに対し、本実施形態においては、鍛造によって１次成形品１の全域を塑性流動させるものであるから、１次成形品１の内部全域の残留応力を効果的に取り除くことができ、残留応力による悪影響を確実に回避することができる。
【００４９】
ここで、本実施形態において図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、成形品１，２に対し、軸心方向をＺ方向、Ｚ方向（軸心方向）に対し直交する方向（径方向）をＸ方向とし、１次成形品１におけるＺ方向の寸法（軸方向寸法）を「Ｚ１」、小径部１１のＸ方向の寸法（径寸法）を「Ｘ１」、２次成形品２のＺ方向の寸法（軸方向寸法）を「Ｚ２」、小径部１２のＸ方向の寸法（径寸法）を「Ｘ２」としたとき、小径部１２のＸ方向（径方向）の加工率（Ｒｘ）およびＺ方向（軸方向）の加工率（Ｒｚ）は以下の式から算出することができる。
【００５０】
Ｒｘ＝｜（Ｘ１−Ｘ２）／Ｘ２｜・１００［％］
Ｒｚ＝｜（Ｚ１−Ｚ２）／Ｚ２｜・１００［％］
【００５１】
そして、本実施形態においては、これらの加工率を２％〜５％、より好ましくは２．５％〜３．５％に設定するのが良い。すなわち、この加工率が小さ過ぎる場合には、２次加工において、ワークに対し十分な永久ひずみを与えることができず、残留応力を十分に取り除くことが困難になるおそれがある。逆に加工率が大き過ぎる場合には、変形度合が大きくなり過ぎて、残留応力が蓄積されてしまい、寸法精度が低下するおそれがある。なおこの加工率は、後述する実施例において、永久ひずみ付与量の比率（％）に相当する。
【００５２】
また大径部１１，２１や他の部位においても、上記した加工率の算出方法と同様な方法で、加工率を算出することができる。
【００５３】
ところで、本実施形態においては、２次成形として据込を採用しているため、この据込によって、１次成形品１は、軸方向Ｚに圧縮される一方、径方向Ｘに膨出するように成形される。一方、焼き入れ時の収縮による残留応力は、１次成形品１の内方に向かう引張応力となるため、１次成形品１に対し２次成形としての据込を行った場合、径方向Ｘの残留応力は効率良く取り除くことができるものの、軸方向Ｚの残留応力は取り除くことが困難であり、むしろ軸方向Ｚの残留応力を蓄積させるおそれもある。
【００５４】
しかしながら、本実施形態において、最終製品の切削加工製品５として作製されるコンプレッサーインペラは、メインとして機能するブレード５２には、高い寸法精度が要求されるのに対し、ブレード５２の寸法精度に比べて軸方向Ｚには、さほど高い寸法精度が要求されることはない。このコンプレッサーインペラのブレード５２は、ハブ５１の外周面に放射状に形成されているため、切削前の２次成形品２においては、ブレード５２の形状に影響する径方向Ｘの残留応力を取り除いておくことが重要であり、軸方向Ｚの残留応力が残っていようともほとんど悪影響は考えられない。
【００５５】
そこで本実施形態においては、２次成形として据込を採用しているため、その据込によって径方向Ｘの残留応力を確実に取り除くことができ、切削加工製品５として高精度かつ高品質のコンプレッサーインペラを確実に得ることができる。
【００５６】
なお本実施形態の製造方法を採用するに際して、実際に１次成形用および２次成形用の鍛造金型を製作する場合には、使用する材料固有の伸び率を考慮する必要がある。
【００５７】
例えば１次成形として冷間鍛造を採用する場合には、２次成形時（冷間鍛造時）における材料の回復現象による材料の伸び尺（０〜１／１０００ｍｍ）を考慮する必要がある。
【００５８】
具体的には、１次成形用金型の径方向寸法を「ＤＸ１（ｍｍ）」、２次成形用金型の径方向寸法を「ＤＸ２（ｍｍ）」とし、１次成形品１に対する２次成形での加工率（ひずみ除去に必要な加工率）から求められる加工寸法、つまり付与する永久ひずみ量（ｍｍ）を「ΔＸａ」、２次成形時（据込時）における材料の回復現象による材料の伸び尺（ｍｍ）を「ΔＸｂ」、としたとき、以下の関係式が成立する。
【００５９】
ＤＸ１＝ＤＸ２−ΔＸａ＋ΔＸｂ
そしてこの式を基に、最終製品（切削加工製品５）から２次成形用金型のサイズ（ＤＸ２等）を算出し、さらにそのサイズから１次成形用金型のサイズ（ＤＸ１）を算出するものである。
【００６０】
また１次成形として熱間鍛造を採用する場合には、１次成形時（熱間鍛造時）の材料の伸び尺（４／１０００ｍｍ〜５／１０００ｍｍ）も考慮する必要がある。
【００６１】
すなわち１次成形時（熱間鍛造時）の材料の伸び尺を「ΔＸｃ（ｍｍ）」としたとき、以下の関係式が成立する。
【００６２】
ＤＸ１＝ＤＸ２−ΔＸａ＋ΔＸｂ−ΔＸｃ
【００６３】
よってこの式を基に、上記と同様に、１次成形用金型を設計するものである。
【００６４】
図１に示すように本実施形態において、２次成形としての据込を行った後、２次成形品２に対し、時効処理を施す。この時効処理の条件は、例えば温度を１６０℃〜２２０℃、時間を０．５時間〜２４時間に設定する。
【００６５】
時効処理を行った後、２次成形品（切削用素材）２に対し、切削処理を行って、図２Ｄに示すように最終製品（切削加工製品５）としてのコンプレッサーインペラを製作するものである。
【００６６】
以上のように、本実施形態の切削加工製品の製造方法によれば、２次成形である据込鍛造によって、２次成形品２の残留応力、特に２次成形品２の径方向Ｘの残留応力を取り除いた後、その２次成形品２を切削用素材として切削加工を行って、コンプレッサーインペラ等の切削加工製品５を製作している。このため、残留応力に起因する切削加工後の変形、特にブレード５２の寸法変化を確実に防止でき、ブレード５２の寸法精度に優れた高精度かつ高品質のコンプレッサーインペラ等の切削加工製品５を得ることができる。
【００６７】
また本実施形態によって得られた切削用素材は、鍛造工程を含むため、鋳造時に生じた「す（鋳巣）」を鍛造工程により低減させることができ、寸法精度が高い切削加工製品５を得ることができる。すなわちコンプレッサーインペラ等の切削加工製品５においては特に、寸法精度が求められる部位と、ひずみを取り除くために塑性加工度を大きくしている部位とが同じ部位となっている。このため結果的に、寸法精度が求められる部位において、鋳造時に生じ、かつ切削加工時の欠陥となる「す（鋳巣）」を鍛造工程により低減させているため、寸法精度が高い切削加工品５を得ることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態においては、製造される切削加工製品５としてコンプレッサーインペラを例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明は、車両用カーエアコンのコンプレッサー部品である電動スクロールや、エンジンピストン等の切削加工製品を製造する場合にも適用することができる。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に関連した実施例について説明する。【００７０】
＜実施例１＞
合金番号２６１８のＡｌ−Ｃｕ系合金（Ｓｉ：０．１５〜０．２８質量％、Ｆｅ：０．０〜１．４質量％、Ｃｕ：１．８〜２．７質量％、Ｍｎ：０．２５質量％以下、Ｍｇ：１．２〜１．８質量％、Ｃｒ：０．０５質量％以下、Ｎｉ：０．９〜１．４質量％、Ｚｎ：０．１５質量％以下、Ｔｉ：０．２質量％以下、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．２５質量％以下からなる合金材料を準備した。【００７１】
この合金材料を鋳造して鋳造棒を得、その鋳造棒を押出成形して押出材を得た。さらにその押出材を所定の長さに切断して、上記図２Ａに示すような円柱状の切断品４を作製した。なお、この切断品４の質量は、後述の切削用素材となる２次成形品２と同じ質量となるように調整した。【００７２】
次にこの切断品４に対し、上記実施形態で詳述した通り、冷間密閉鍛造を行って、図３Ａに示すようにコンプレッサーインペラの中間品としての１次成形品１を得た。【００７３】
続いて、この１次成形品１に対し、５３５℃の温度で３時間の条件で溶体化処理を行った後、水中に浸漬して焼き入れ処理を行った。【００７４】
焼き入れ後の１次成形品１に対し、２次成形として冷間密閉鍛造（据込）を行って２次成形品２を得た。この２次成形においては、付与する永久ひずみ量（永久ひずみ付与量）の比率（加工率）を１％とした。つまり２次成形において、２次成形品サイズの１％に相当する分、１次成形品１を径方向に膨出させるとともに、軸方向に圧縮した。【００７５】
なお、この永久ひずみ付与量の比率は、上記の加工率と同様、２次成形品２を基準にした比率である。つまり２次成形品２の例えば径寸法および軸寸法をそれぞれ１００％として、１次成形品１の径寸法が９９％、軸寸法が１０１％となるように、１次成形用金型および２次成形用金型を設計して、その金型を使用した。【００７６】
続いてこの２次成形品２に対し、２００℃の温度で１２時間の条件で時効処理を行って、実施例１の切削用素材（２次成形品２）を得た。【００７７】
＜実施例２＞
２次成形において、永久ひずみ付与量の比率を３％とした。つまり２次成形において、２次成形品サイズの３％に相当する分、１次成形品１を径方向に膨出させるとともに、軸方向に圧縮した。これ以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２の切削用素材を得た。【００７８】
＜実施例３＞
２次成形において、永久ひずみ付与量の比率を５％とした。つまり２次成形において、２次成形品サイズの５％に相当する分、１次成形品１を径方向に膨出させるとともに、軸方向に圧縮した。これ以外は、上記実施例１と同様にして、参考例１の切削用素材を得た。【００７９】
＜実施例４＞
２次成形において、永久ひずみ付与量の比率を１０％とした。つまり２次成形において、２次成形品サイズの１０％に相当する分、１次成形品１を径方向に膨出させるとともに、軸方向に圧縮した。これ以外は、上記実施例１と同様にして、参考例２の切削用素材を得た。【００８０】
＜比較例１＞
図４に示すような手順で、切削用素材を作製した。すなわち、上記実施例１と同様の合金材料を鋳造して鋳造棒を得、その鋳造棒を押出成形して押出材を得た。【００８１】
この押出材に対し、実施例１と同様な条件で溶体化処理および焼き入れ処理を行った後、冷間引抜加工を行って、残留応力を除去するようにした。その後、引抜材に対し、実施例１と同様な条件で時効処理を行った後、所定の長さに切断して、図５Ａに示すように円柱状の切断品６を得た。【００８２】
続いて図５Ｂに示すようにこの切断品６の上側部外周を切削加工し、切削した部分を小径部６２とし、切削しなかった部分を大径部６１とした。これにより、上記実施例１の切削用素材と近似した外観形状の切削用素材を得た。【００８３】
なおこの比較例１における切削用素材の小径部６２および大径部６１の直径は、上記実施例１の小径部２２および大径部２１の直径と同様のサイズに設定している。【００８４】
＜寸法変化に関する試験（１）＞
上記実施例１〜４の各切削用素材に対し、底辺部（大径部２１）の直径Ｘ３のうち、任意の３箇所の直径Ｘ３をそれぞれ測定した（図３Ｃ参照）。同様に、比較例１の切削用素材に対し、底辺部（大径部６１）の直径Ｘ３のうち、任意の３箇所の直径Ｘ３を測定した（図５Ｃ参照）。これらの実施例および比較例では、切削用素材における上記任意の３箇所の直径をＸ３１、Ｘ３２、Ｘ３３とする。直径Ｘ３１〜３３の平均値は８０ｍｍであった。【００８５】
次に、図３Ｃに示すように実施例１〜４の各切削用素材に対し、底辺部（大径部）２１側の端面から小径部２２側の端面にかけて、ＮＣ旋盤加工により中心部を貫通する形で切削加工を施した。これにより各切削用素材に軸心に沿って円柱状の貫通部３２を形成して、実施例１〜４の切削加工製品（第１切削加工製品）をそれぞれ作製した。なお、この貫通部３２は回転体、例えばターボエンペラの回転軸挿入孔を想定している。また貫通部３２の直径Ｘ４は平均値で６ｍｍであった。【００８６】
図５Ｃに示すように比較例１の切削用素材に対し、上記実施例と同様に、貫通部７２を形成して、比較例１の切削加工製品（第１切削加工製品）を作製した。【００８７】
つづいて、実施例１〜４および比較例１の各切削加工製品に対し、貫通部３２の底辺部側Ｓ３の中心位置（ｘｓ３、ｙｓ３）を測定した。さらに貫通部３２の上面部側Ｓ４の中心位置（ｘｓ４、ｙｓ４）を、同一のＸＹ座標上で測定した。中心位置は、貫通部３２の両側Ｓ３、Ｓ４の形状輪郭を真円近似して、その真円の中心位置をそれぞれの中心位置とした。そして中心位置（ｘｓ３、ｙｓ３）から中心位置（ｘｓ４、ｙｓ４）までのずれ量を算出した。すなわち中心位置（ｘｓ３、ｙｓ３）と中心位置（ｘｓ４、ｙｓ４）との間の距離を求め、その距離を中心軸ずれ量（ｍｍ）とした。同様の評価を各実施例１〜４および比較例について、各々１０個のサンプルで行った。その結果から中心軸ずれ量の平均値、最大値を求めた。その結果を表１に示す。【００８８】
なお表１において、「平均」および「最大値」の項目における「比率」とは、底辺部側（大径部側）の直径（８０ｍｍ）に対する各中心軸ずれ量（ｍｍ）の比率である。さらに「平均」の項目における「評価」において、「◎」はずれ量が０．００８ｍｍ以下の場合であり、「○」は０．００８ｍｍ超、０．００９ｍｍ以下の場合であり、「△」は０．００９ｍｍ超、０．０１０ｍｍ以下の場合であり、「×」は０．０１０ｍｍ超の場合である。さらに「最大値」の項目の「評価」において、「◎」はずれ量が０．０１５ｍｍ以下の場合であり、「○」は０．０１５ｍｍ超、０．０２５ｍｍ以下の場合であり、「×」は０．０２５ｍｍ超の場合である。【００８９】
【表１】
2015002177.tif 000003
【００９０】
表１から明らかなように、実施例１〜４の切削加工製品であるコンプレッサーインペラにおいては、上面および底面間の中心軸の位置ずれが小さくなっている。これに対し、比較例のコンプレッサーインペラにおいては、中心軸の位置ずれが大きくなっている。具体的には、実施例２，３は、平均値で０．００９ｍｍ以下、最大値で０．０１３ｍｍ以下である。さらに実施例１，４は、平均値で０．０１０ｍｍ以下、最大値で０．０２１ｍｍ以下である。比較例は、平均値で０．０１２ｍｍ、最大値で０．０２６ｍｍである。【００９１】
このように本発明に関連した実施例のコンプレッサーインペラにおいては、中心軸の位置ずれが小さいため、回転体としての安定性の点で好ましい。さらに上下面間で中心軸を一致させるための切削加工量を少なくできるため、切削加工の点で好ましい。【００９２】
換言すると本発明においては、切削加工製品における上下面間の中心軸の位置ずれ量の平均値は、０．０１ｍｍ以下に設定するのが良く、より好ましくは０．００９ｍｍ以下に設定するのが良い。さらに底面の直径に対する位置ずれ量（平均値）の比率は、０．０１３％以下に設定するのが良く、より好ましくは０．０１２５％以下に設定するのが良く、より一層好ましくは０．０１１％以下に設定するのが良い。【００９３】
また位置ずれ量の最大値は、０．０２５ｍｍ以下に設定するのが良く、より好ましくは０．２１ｍｍ以下に設定するのが良い。さらに位置ずれ量（最大値）の比率は、０．０３２％以下に設定するのが良く、より好ましくは０．０２６％以下に設定するのが良く、より一層好ましくは０．０１６％以下に設定するのが良い。【００９４】
＜寸法変化に関する試験（２）＞
図３Ｂおよび図５Ｂに示すように上記実施例１〜４および比較例１の各切削用素材に対し、小径部２２の直径Ｘ２のうちの任意の３箇所の直径Ｘ２をそれぞれ測定した。この実施例等では、切削用素材における上記任意の３箇所の直径をＸ２１、Ｘ２２、Ｘ２３とする。【００９５】
次に、図３Ｂに示す実施例１〜４の各切削用素材に対して、図３Ｄに示すように小径部２２側の端面（上面）から、ＮＣ旋盤加工により中心部をくり抜く形で切削加工を施した。これにより各切削用素材の小径部２２に、円柱状の凹部５５を形成して、実施例１〜４の切削加工製品（第２切削加工製品）をそれぞれ作製した。小径部２２において残存する外周壁の厚みは２ｍｍ程度に調整した。【００９６】
一方図５Ｂに示す比較例１の切削用素材に対しても、図５Ｄに示すように上記実施例１等と同様に、小径部６２に円柱状の凹部６５を切削加工により形成し、比較例１の切削加工製品（第２切削加工製品）を作製した。【００９７】
つづいて、実施例１〜４および比較例１の各切削加工製品に対し、凹部６５を有する小径部２２，６２の直径Ｘ５のうち、上記と同様に任意の３箇所の直径をそれぞれ測定した。この実施例では、切削加工製品における上記任意の３箇所の直径をＸ５１、Ｘ５２、Ｘ５３とする。【００９８】
続いて各切削加工製品毎に、上記任意の３箇所の直径において、切削前と切削後での寸法変化量「｜Ｘ２１−Ｘ５１｜＝ΔＡ１（ｍｍ）」「｜Ｘ２２−Ｘ５２｜＝ΔＡ２（ｍｍ）」「｜Ｘ２３−Ｘ５３｜＝ΔＡ３（ｍｍ）」を測定し、さらに各寸法変化量の平均値「（ΔＡ１＋ΔＡ２＋ΔＡ３）／３＝ａｖｅ．ΔＡ（ｍｍ）」を測定した。その結果を表２に示す。【００９９】
【表２】
2015002177.tif 000004
【０１００】
表２から明らかなように、実施例１〜４、中でも特に永久ひずみ付与量の比率が３％および５％の実施例２，３は、寸法変化量ΔＡが小さく、高精度かつ高品質の切削加工製品が得られた。つまり、実施例２，３では、切削前の切削用素材において２次成形によって残留応力を十分に除去することができたため、高精度かつ高品質の切削加工製品が得られたと考えられる。【０１０１】
また永久ひずみ付与量の比率が１％の実施例１は、実施例２，３に比べて、寸法変化量ΔＡがやや大きくなっていたが、許容範囲である。実施例１において、寸法変化量ΔＡが大きくなった要因は、２次成形時の塑性流動がやや少なく、残留応力がわずかに残ったためと考えられる。【０１０２】
さらに永久ひずみ付与量の比率が１０％の実施例４においても、実施例２，３に比べて、寸法変化量ΔＡがやや大きくなっていたが、許容範囲である。実施例４において、寸法変化量ΔＡが大きくなった要因は、２次成形時の塑性変形がやや大きくなり、残留応力がわずかに蓄積されたためと考えられる。【０１０３】
これに対し、従来方法に準拠して製造された比較例１では、引抜加工時に永久ひずみを表層部のみしか与えることができず、残留応力を十分に取り除くことができず、寸法変化量ΔＡが大きくなったと考えられる。【０１０４】
また寸法変化量の平均値（ａｖｅ．ΔＡ）と、切削前の直径寸法であるＸ２１〜Ｘ２３の平均値（６０ｍｍ）との比率、つまり切削前寸法に対する切削前後の寸法変化量の比率は、（ａｖｅ．ΔＡ）／６０＊１００で表される。この比率は、実施例１で０．１７％、実施例２で０．０３７％、実施例３で０．１％、実施例４で０．２９％となっている。【０１０５】
換言すると本発明では、切削加工製品（コンプレッサーインペラ−）において、切削前寸法に対する切削前後の寸法変化量の比率を、０．０３％〜０．５％に設定するのが良く、より好ましくは０．０３５％〜０．３０％に設定するのが良い。すなわちこの比率を満足する場合には、高い寸法精度の切削加工製品を得ることができる。【０１０６】
＜実施例１１＞
Ａｌ−Ｃｕ系合金（Ｓｉ：０．３〜０．７質量％、Ｆｅ：０．１８〜０．２５量％、Ｃｕ：３．３〜３．９質量％、Ｍｎ：０．７〜１．１質量％以下、Ｍｇ：１．４〜１．７５質量％、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｎｉ：１．０質量％以下、Ｚｎ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．０２５質量％以下、Ａｌ：残部）からなる合金材料を準備した。【０１０７】
この合金材料を用いて、上記実施例１と同様に鍛造加工を行って、１次成形品１を得た（図３Ａ参照）。この１次成形品１に対し、５１５℃の温度で３時間の熱処理条件で溶体化処理を行った後、水中に浸漬して焼き入れ処理を行った。【０１０８】
焼き入れ処理後の１次成形品１に対し、実施例１と同様に鍛造加工を行って２次成形品２を得た（図３Ｂ参照）。この２次成形品２に対し、１９０℃の温度で１０時間の熱処理条件で時効処理を行って実施例１１の切削用素材を得た。【０１０９】
＜実施例１２＞
永久ひずみ付与量を上記実施例２と同様にした以外は、上記実施例１１と同様にして実施例１２の切削用素材を得た。【０１１０】
＜実施例１３＞
永久ひずみ付与量を上記実施例３と同様にした以外は、上記実施例１１と同様にして実施例１３の切削用素材を得た。【０１１１】
＜実施例１４＞
永久ひずみ付与量を上記実施例４と同様にした以外は、上記実施例１１と同様にして実施例１４の切削用素材を得た。【０１１２】
＜寸法変化に関する試験＞
実施例１１〜１４の切削用素材を用いて、上記と同様に、寸法変化に関する試験（１）（２）を行って、同様に評価した。その結果、実施例１１〜１４は、実施例１〜４とそれぞれ同様の評価が得られた（表１，２参照）。【０１１３】
＜実施例２１〜２４＞
上記実施例１と同様の合金材料を準備した。この合金材料を溶解し、成分を調整した。その後、その合金材料を用いて、組織のほとんどを柱状晶および／または粒状晶とし、かつ結晶粒径のバラツキを均一化させて連続鋳造を行って、直径１８０ｍｍ〜２２０ｍｍの鋳造棒を得た。その鋳造棒を用いて押出成形を行って押出材を得た。その押出材を切断して切断品を得た（図２Ａ参照）。その後、その切断品を用いて、上記実施例１〜４と同様にして、実施例２１〜２４の切削用素材（２次成形品）を得た（図３Ｂ参照）。【０１１４】
＜実施例３１〜３４＞
上記実施例１１と同様の合金材料を準備した以外は、上記実施例２１〜２４と同様にして、実施例３１〜３４の切削用素材（２次成形品）を得た。【０１１５】
＜寸法変化に関する試験＞
実施例２１〜２４および実施例３１〜３４の切削用素材を用いて、上記と同様に、寸法変化に関する試験（１）（２）を行って、同様に評価した。その結果、実施例２１〜２４および実施例３１〜３４は、実施例１〜４とそれぞれ同様の評価が得られた。【０１１６】
＜実施例４１〜４４＞
上記実施例１と同様の合金材料を準備した。この合金材料を溶解し、成分を調整した。その後、その合金材料を用いて、組織のほとんどを柱状晶および／または粒状晶とし、かつ結晶粒径のバラツキを均一化させて連続鋳造を行って、直径３０ｍｍ〜９０ｍｍの鋳造棒を得た。その鋳造棒を切断して切断品を得た（図２Ａ参照）。その後、その切断品を用いて、上記実施例１〜４と同様にして、実施例４１〜４４の切削用素材（２次成形品）を得た（図３Ｂ参照）。【０１１７】
＜実施例５１〜５４＞
上記実施例１１と同様の合金材料を準備した以外は、上記実施例４１〜４４と同様にして、実施例５１〜５４の切削用素材（２次成形品）を得た。【０１１８】
＜寸法変化に関する試験＞
実施例４１〜４４および実施例５１〜５４の切削用素材を用いて、上記と同様に、寸法変化に関する試験（１）（２）を行って、同様に評価した。その結果、実施例４１〜４４および実施例５１〜５４は、実施例１〜４とそれぞれ同様の評価が得られた。【０１１９】
本願は、２０１３年７月４日付で出願された日本国特許出願の特願２０１３−１４０７６６号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。【０１２０】
ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。【０１２１】
本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものであるが、この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきであって、それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／または図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。【０１２２】
本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「ｐｒｅｆｅｒｂｌｙ」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。この開示および本願のプロセキューション中において、ミーンズ・プラス・ファンクションあるいはステップ・プラス・ファンクションの限定事項は、特定クレームの限定事項に関し、ａ）「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」あるいは「ｓｔｅｐ  ｆｏｒ」と明確に記載されており、かつｂ）それに対応する機能が明確に記載されており、かつｃ）その構成を裏付ける構成、材料あるいは行為が言及されていない、という条件の全てがその限定事項に存在する場合にのみ適用される。この開示および本願のプロセキューション中において、「ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ」または「ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ」という用語は、この開示範囲内における１または複数の側面に言及するものとして使用されている場合がある。このｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎまたはｉｎｖｅｎｔｉｏｎという用語は、臨界を識別するものとして不適切に解釈されるべきではなく、全ての側面すなわち全ての実施形態に亘って適用するものとして不適切に解釈されるべきではなく（すなわち、本発明は多数の側面および実施形態を有していると理解されなければならない）、本願ないしはクレームの範囲を限定するように不適切に解釈されるべきではない。この開示および本願のプロセキューション中において、「ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」という用語は、任意の側面、特徴、プロセスあるいはステップ、それらの任意の組み合わせ、及び／又はそれらの任意の部分等を記載する場合にも用いられる。幾つかの実施例においては、各種実施形態は重複する特徴を含む場合がある。この開示および本願のプロセキューション中において、「ｅ．ｇ．，」、「ＮＢ」という略字を用いることがあり、それぞれ「たとえば」、「注意せよ」を意味するものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
この発明の切削用素材の製造方法は、切削加工する前の成形品である切削用素材を製造する際に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１：１次成形品
１１：大径部
１２：小径部
２：２次成形品
２１：大径部
２２：小径部
４：切断品（成形素材）
５：切削加工製品
５１：ハブ
５２：ブレード
Ｘ：径方向
Ｚ：軸方向
【図１】
2015002177.tif 000005
【図２Ａ】
2015002177.tif 000006
【図２Ｂ】
2015002177.tif 000007
【図２Ｃ】
2015002177.tif 000008
【図２Ｄ】
2015002177.tif 000009
【図３Ａ】
2015002177.tif 000010
【図３Ｂ】
2015002177.tif 000011
【図３Ｃ】
2015002177.tif 000012
【図３Ｄ】
2015002177.tif 000013
【図４】
2015002177.tif 000014
【図５Ａ】
2015002177.tif 000015
【図５Ｂ】
2015002177.tif 000016
【図５Ｃ】
2015002177.tif 000017
【図５Ｄ】
2015002177.tif 000018
【国際調査報告】
2015002177.tif 000019
2015002177.tif 000020
2015002177.tif 000021
2015002177.tif 000022