JP3584983B2 - Integral molding method of aluminum alloy casing for busbar - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガス絶縁開閉装置（Ｇ．Ｉ．Ｓ．，Ｇａｓ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）に用いられる母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示すように、従来の気体絶縁開閉装置に用いられる母線用アルミニウム合金ケーシング（１００）は、通常三つの部材を組合わせるものである。その構造は図９に示すように、鋳造によりなる二つのアルミニウム合金製フランジ（Ｆｌａｎｇｅ）（１０１）と、一つのアルミニウム合金シートをロール圧延することにより得られる管状アルミニウム合金シェル、又はシームレス式管状アルミニウム合金シェル（１０２）の三つの部材を熔接して一体に接合し、その後、更に熱処理及び再加工を行ない母線用アルミニウム合金ケーシング（１００）を一体に構成させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の方法では次に示すような問題を有する。
１． 従来の三つの部材を熔接して一体に接合する、母線用アルミニウム合金ケーシングの成形方法は、鋳造によりなるアルミニウム合金製フランジ（１０１）とアルミニウム合金シートをロール圧延することにより得られる管状アルミニウム合金シェル（１０２）（これら二種のアルミニウム合金の材料成分は異なる）とを直接に熔接するので、熔接成形後に、ブローホール（Ｂｌｏｗ Ｈｏｌｅ）や熔接材料に存在する内応力の開放による管線の破断が発生し易くなると共に、フランジ（１０１）とシェル（１０２）とのアルミニウム合金の粒界組織の配列が異なるので、それにより得られる製品は安全性に優れないと共に、耐疲労性を満足させることができなく、耐久性に悪影響を及ぼす虞がある。
２． 従来の母線用アルミニウム合金ケーシングの成形方法は、上記のように部材同士を熔接して一体に接合し、その後、更に熱処理及び再加工を行うことにより一体に構成させるので、全体の加工工程が面倒であると共に、時間を浪費し、且つ製造コストも高くなる。
３． 更に、従来の母線用アルミニウム合金ケーシングの成形方法は、異なる材料成分のアルミニウム合金材同士を熔接により接合するため、熔接工程中、接合境界部にブローホールができ、或いは異なる引張応力により亀裂ができる場合があり、厳密な光学的検出や、耐圧性及び気密性の測定を行なう必要があるので、作業時間が長くなると共に、コストも増加してしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
ａ：所望な製品の体積に応じて所定体積のアルミニウム合金素材（１０）を用意する工程と、
ｂ：前記アルミニウム合金素材に対し油圧鍛造機（３０）で予備鍛造を行ない、予備鍛造体（１１）にする工程と、
ｃ：前記予備鍛造体（１１）に対し三軸油圧鍛造機（３０）による押出し鍛造を行い、仕上げ鍛造体（１２）にする工程と、
ｄ：前記仕上げ鍛造体（１２）にパンチングにより貫通孔（２０）を形成する工程と、
ｅ：前記貫通孔（２０）が形成された仕上げ鍛造体（１２）をスピニングにより所定の長さに延伸させる工程と、
ｆ：延伸後の仕上げ鍛造体（１２）を加熱炉で加熱した後、水による焼入れにより固溶化熱処理を施して母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）とする工程と、
ｇ：前記母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）をサイジングにより所定の真直度にする工程と、
ｈ：サイジングを施した後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）を加熱炉で加熱し人工時効処理を施すことにより、所要な機械的性質を付与する工程と、
ｉ：時効処理後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）に対して加工機による加工を行うことにより、母線用アルミニウム合金ケーシング製品（１４）にする工程と、を順次行なうことを特徴とする母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法、を提供する。
【０００５】
【作用】
本発明は上記の課題を解決するものであり、アルミニウム合金円形インゴット或いは丸棒に対し、予備鍛造、三軸鍛造、スピニング、固溶化熱処理、サイジング及び時効処理などの工程を順次行なうことにより、母線用アルミニウム合金ケーシングを一体に成形するので、工程数を減らすことができると共に、製造や測定にかかる時間も短縮でき、更には操作時の安全性を確保でき、コストを縮減できると共に、強度を向上させて、システムの使用寿命を延ばすことができる。
【０００６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００７】
【発明の好適な実施の形態】
図１は本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法の工程の流れ図であり、図２は本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法において採用するアルミニウム合金円形インゴット或いは押出し型丸棒の側面図であり、図３は本発明に係わる予備鍛造体の側面図であり、図４は本発明に係わる仕上げ鍛造体の側面図であり、図５は本発明に係わる予備鍛造体が延伸する状態を示す図であり、図６は本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシング半製品を油圧機により真っ直ぐに矯正する状態を示す図であり、図７は本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシング半製品をスピニング機により真っ直ぐに矯正している状態を示す図であり、図８は本発明に係わる成形方法により製造した母線用アルミニウム合金ケーシング製品の斜視図である。
【０００８】
本発明は図１に示す工程を順次行なうことにより、図８に示すような母線用アルミニウム合金ケーシングを製造する。
【０００９】
以下、各工程を詳細に説明する。
ａ：アルミニウム合金を用意する工程は、所望な製品の体積に応じて所定体積のアルミニウム合金素材（１０）を用意する工程であり、図２においては、適当な組成成分、外径及び長さを有するアルミニウム合金鋳造材或いは押出し型丸棒が採用されている。
ｂ：予備鍛造工程では、アルミニウム合金鋳造材或いは押出し型丸棒を適当な温度まで加熱して型内に入れ、油圧鍛造機（３０）により図３に示すような予備鍛造体（１１）に鍛造する。
ｃ：仕上げ鍛造工程では、図３に示す既に鍛造された予備鍛造体（１１）を、三軸油圧鍛造機（３０）の型内にセットして押出し方式により、図４に示すようなＩ字形の仕上げ鍛造体（１２）に押出し鍛造する。
ｄ：パンチング工程では、プレスや旋削方式で、図４に示すように仕上げ鍛造体（１２）に貫通孔（２０）を形成する。これにより、水による焼入れの時に仕上げ鍛造体（１２）を完全に冷却することができるので、強度を向上させることができる。
ｅ：スピニング工程では、パンチング工程により一部を油圧鍛造機（３０）の開口部より延出させたアルミニウム合金ケーシングに、図５に示すようなスピニング加工を行なうことにより、ワークを最長６ｍ以上の長さまで延伸させて、母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）にする。
ｆ：固溶化熱処理では、母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）を加熱炉で加熱した後、水による焼入れを行なうことにより、固溶化熱処理を完成させる。
ｇ：サイジング工程では、固溶化熱処理において水による焼入れ行なった母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）の変形を、サイジング加工により所定の真直度にする。また、本発明は二種類のサイジング方法を採用し、一つは図６に示す油圧機（３０）により加工を行なう方法であり、もう一つは図７に示すスピニング機（４０）により加工を行なう方法である。
ｈ：時効処理では、サイジングを施した後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）に対し低温の炉内で人工時効処理を施すことにより、所要な機械的性質を付与させる。
ｉ：機械加工工程：時効処理後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）に対し、旋削及び穿孔加工を施すことにより、図８に示すような一体成形のアルミニウム合金ケーシング製品（１４）を製造する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は上記の構成を有するので、次に示すような効果がある。
１． 本発明の母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法は、複数の鍛造加工及びスピニング加工により、一体成形のアルミニウム合金ケーシングを製造するので、従来の三つの部材を熔接して一体に接合する方式により製造されたものと比べて、強度及び耐疲労性に優れると共に、製品にブローホールが発生しなので、より安全性を向上させることができ、更には使用寿命を延長させることができる。
２． 本発明の母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法により製造されたアルミニウム合金ケーシングは、従来の三つの部材を熔接して一体に接合する方式により製造されたものと比べて、加工が容易であり、加工時間が短縮できると共に、材料を節約できるので、製造コストを大幅に縮減することができる。
３． 本発明は同一種のアルミニウム合金を鍛造により一体成形することにより、異なる材質のアルミニウム合金材同士の接続による内応力の問題やブローホールなどの問題を防止するので、製品に対して再び面倒な検査を行なう必要が無い。故に、検査コストを削減することができると共に、納期も早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法の工程の流れ図である。
【図２】本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法において採用するアルミニウム合金円形インゴット或いは押出し型丸棒の側面図である。
【図３】本発明に係わる予備鍛造体の側面図である。
【図４】本発明に係わる仕上げ鍛造体の側面図である。
【図５】本発明に係わる予備鍛造体が延伸する状態を示す図である。
【図６】本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシング半製品を油圧機により真っ直ぐに矯正する状態を示す図である。
【図７】本発明に係わる母線用アルミニウム合金ケーシング半製品をスピニング機により真っ直ぐに矯正している状態を示す図である。
【図８】本発明に係わる成形方法により製造した母線用アルミニウム合金ケーシング製品の斜視図である。
【図９】従来の母線用アルミニウム合金ケーシングにおける、鋳造によりなる二つのフランジと一つのアルミニウム合金シートとの概略分解図である。
【図１０】従来の成形方法により成形される母線用アルミニウム合金ケーシングを示す図である。
【符号の説明】
１０ アルミニウム合金素材
１１ 予備鍛造体
１２ 仕上げ鍛造体
１３ 母線用アルミニウム合金ケーシング半製品
１４ 母線用アルミニウム合金ケーシング製品
２０ 貫通孔
３０ 油圧鍛造機
１００ 母線用アルミニウム合金ケーシング
１０１ アルミニウム合金製フランジ
１０２ アルミニウム合金シェル[0001]
[Industrial applications]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for integrally forming an aluminum alloy casing for a bus bar used in a gas insulated switchgear (GIS, Gas Isolated Switchgear).
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 10, an aluminum alloy casing (100) for a busbar used in a conventional gas insulated switchgear usually combines three members. As shown in FIG. 9, two aluminum alloy flanges (Flange) (101) formed by casting and a tubular aluminum alloy shell obtained by rolling one aluminum alloy sheet, or a seamless tubular aluminum, as shown in FIG. The three members of the alloy shell (102) are welded and joined together, and then heat treatment and reworking are further performed to integrally form the aluminum alloy casing (100) for the busbar.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has the following problems.
1. A conventional method for forming an aluminum alloy casing for a busbar, which welds three members together and joins them together, is a method for forming a tubular aluminum alloy shell obtained by rolling an aluminum alloy flange (101) by casting and an aluminum alloy sheet. (102) (these two aluminum alloys have different material components), so that the pipe line is broken by the blow hole (Blow Hole) or the release of the internal stress existing in the welded material after the weld forming. In addition, since the arrangement of the grain boundary structure of the aluminum alloy in the flange (101) and the shell (102) is different, the resulting product is not excellent in safety and can satisfy fatigue resistance. Therefore, the durability may be adversely affected.
2. In the conventional method of forming an aluminum alloy casing for a busbar, the members are welded and joined together as described above, and then the members are integrally formed by further performing heat treatment and reworking. In addition, time is wasted and manufacturing costs are increased.
3. Further, in the conventional method of forming an aluminum alloy casing for a busbar, since aluminum alloy materials of different material components are joined by welding, a blow hole can be formed at a joint boundary during a welding process, or a crack can be caused by a different tensile stress. In some cases, strict optical detection and measurement of pressure resistance and airtightness need to be performed, so that the work time is increased and the cost is increased.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention
a: a step of preparing a predetermined volume of aluminum alloy material (10) according to the volume of a desired product;
b: pre-forging the aluminum alloy material with a hydraulic forging machine (30) to form a pre-forged body (11);
c: a step of performing extrusion forging on the preliminary forged body (11) with a triaxial hydraulic forging machine (30) to obtain a finished forged body (12);
d: forming a through hole (20) in the finished forged body (12) by punching;
e: stretching the finished forged body (12) having the through-hole (20) formed therein to a predetermined length by spinning;
f: a step of heating the stretched finished forged body (12) in a heating furnace and then performing a solution treatment by quenching with water to obtain a semi-finished aluminum alloy casing for busbars (13);
g: A step of sizing the aluminum alloy casing semi-finished product for busbars (13) to a predetermined straightness;
h: a step of imparting required mechanical properties by heating the semi-finished aluminum alloy casing for a busbar (13) after sizing in a heating furnace and performing artificial aging treatment;
i: a step of performing a busbar aluminum alloy casing product (14) by processing the semi-finished aluminum alloy casing product (13) after aging treatment with a processing machine, thereby sequentially performing the process. And a method for integrally forming an aluminum alloy casing for a busbar.
[0005]
[Action]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the aluminum alloy circular ingot or the round bar is subjected to the steps of pre-forging, triaxial forging, spinning, solution heat treatment, sizing and aging treatment sequentially, so that the bus bar is formed. The aluminum alloy casing is integrally molded, which reduces the number of steps, shortens the time required for manufacture and measurement, further secures safety during operation, reduces costs and improves strength. As a result, the service life of the system can be extended.
[0006]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a flow chart showing the steps of the method for integrally forming an aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an aluminum alloy circular ingot or extruded round shape employed in the method for integrally forming an aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention. FIG. 3 is a side view of a pre-forged body according to the present invention, FIG. 4 is a side view of a finished forged body according to the present invention, and FIG. 5 is a side view of the pre-forged body according to the present invention. FIG. 6 is a view showing a state of stretching, FIG. 6 is a view showing a state in which a semi-finished product of the aluminum alloy casing for a bus according to the present invention is straightened by a hydraulic machine, and FIG. 7 is an aluminum alloy casing for a bus according to the present invention. FIG. 8 is a view showing a state in which a semi-finished product is straightened straight by a spinning machine, and FIG. Aluminum is a perspective view of an alloy casing products.
[0008]
In the present invention, an aluminum alloy casing for a busbar as shown in FIG. 8 is manufactured by sequentially performing the steps shown in FIG.
[0009]
Hereinafter, each step will be described in detail.
a: The step of preparing an aluminum alloy is a step of preparing a predetermined volume of an aluminum alloy material (10) according to the volume of a desired product. In FIG. Aluminum alloy castings or extruded round bars.
b: In the preliminary forging step, a cast aluminum alloy material or an extruded round bar is heated to an appropriate temperature and put into a mold, and forged into a preliminary forged body (11) as shown in FIG. 3 by a hydraulic forging machine (30). I do.
c: In the finish forging step, the pre-forged pre-forged body (11) shown in FIG. 3 is set in a mold of a three-axis hydraulic forging machine (30), and is extruded by an I-shape as shown in FIG. Extrusion forging into a finished forged body (12).
d: In the punching step, a through hole (20) is formed in the finished forged body (12) by a press or a turning method as shown in FIG. Thereby, the finish forged body (12) can be completely cooled at the time of quenching with water, so that the strength can be improved.
e: In the spinning step, the workpiece is extended up to 6 m or longer by performing a spinning process as shown in FIG. 5 on an aluminum alloy casing partially extended from the opening of the hydraulic forging machine (30) by a punching step. It is stretched to the length to obtain a semi-finished aluminum alloy casing for busbars (13).
f: In the solution heat treatment, after the bus bar aluminum alloy casing semi-finished product (13) is heated in a heating furnace, it is quenched with water to complete the solution heat treatment.
g: In the sizing step, the deformation of the bus bar aluminum alloy casing semi-finished product (13) quenched with water in the solution heat treatment is brought to a predetermined straightness by sizing. In addition, the present invention employs two types of sizing methods, one of which employs a hydraulic machine (30) shown in FIG. 6 for processing, and the other employs a spinning machine (40) shown in FIG. The way to do it.
h: In the aging treatment, the semi-finished aluminum alloy casing for busbars (13) after sizing is subjected to artificial aging treatment in a low-temperature furnace to impart required mechanical properties.
i: Machining process: A semi-finished aluminum alloy casing for busbar after aging treatment (13) is subjected to turning and drilling to produce an integrally formed aluminum alloy casing product (14) as shown in FIG. I do.
[0010]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above configuration, the following effects can be obtained.
1. The integral molding method of the aluminum alloy casing for a busbar of the present invention produces an integrally molded aluminum alloy casing by a plurality of forging processes and spinning processes, and thus is manufactured by a conventional method of welding three members together and joining them together. As compared with the above-mentioned one, the strength and the fatigue resistance are excellent, and a blow hole is generated in the product, so that the safety can be further improved and the service life can be extended.
2. The aluminum alloy casing manufactured by the integral molding method of the busbar aluminum alloy casing of the present invention is easier to process than those manufactured by a conventional method of welding and joining three members together, Since the processing time can be shortened and the material can be saved, the manufacturing cost can be greatly reduced.
3. The present invention prevents the problem of internal stress and the problem of blowholes due to the connection of aluminum alloy materials of different materials by integrally forming the same kind of aluminum alloy by forging. There is no need to perform Therefore, the inspection cost can be reduced and the delivery date can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of steps of a method for integrally forming an aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of an aluminum alloy circular ingot or an extruded round bar used in the method for integrally forming an aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention.
FIG. 3 is a side view of a pre-forged body according to the present invention.
FIG. 4 is a side view of the finished forged body according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing a state where a pre-forged body according to the present invention is stretched.
FIG. 6 is a view showing a state in which a semi-finished product of the aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention is straightened by a hydraulic machine.
FIG. 7 is a view showing a state in which a semi-finished aluminum alloy casing for a busbar according to the present invention is straightened straight by a spinning machine.
FIG. 8 is a perspective view of an aluminum alloy casing product for a busbar manufactured by the forming method according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic exploded view of two flanges formed by casting and one aluminum alloy sheet in a conventional aluminum alloy casing for a busbar.
FIG. 10 is a diagram showing an aluminum alloy casing for a busbar formed by a conventional forming method.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
ｂ：前記アルミニウム合金素材（１０）に対し油圧鍛造機（３０）で予備鍛造を行ない、予備鍛造体（１１）にする工程と、
ｃ：前記予備鍛造体（１１）に対し三軸油圧鍛造機（３０）による押出し鍛造を行い、仕上げ鍛造体（１２）にする工程と、
ｄ：前記仕上げ鍛造体（１２）にパンチングにより貫通孔（２０）を形成する工程と、
ｅ：前記貫通孔（２０）が形成された仕上げ鍛造体（１２）をスピニングにより所定の長さに延伸させる工程と、
ｆ：延伸後の仕上げ鍛造体（１２）を加熱炉で加熱した後、水による焼入れにより固溶化熱処理を施して母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）とする工程と、
ｇ：前記母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）をサイジングにより所定の真直度にする工程と、
ｈ：サイジングを施した後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）を加熱炉で加熱し人工時効処理を施すことにより、所要な機械的性質を付与する工程と、
ｉ：時効処理後の母線用アルミニウム合金ケーシング半製品（１３）に対して加工機による加工を行うことにより、母線用アルミニウム合金ケーシング製品（１４）にする工程と、を順次行なうことを特徴とする母線用アルミニウム合金ケーシングの一体成形方法。a: a step of preparing a predetermined volume of aluminum alloy material (10) according to the volume of a desired product;
b: pre-forging the aluminum alloy material (10) with a hydraulic forging machine (30) to form a pre-forged body (11);
c: a step of performing extrusion forging on the preliminary forged body (11) with a triaxial hydraulic forging machine (30) to obtain a finished forged body (12);
d: forming a through hole (20) in the finished forged body (12) by punching;
e: stretching the finished forged body (12) having the through-hole (20) formed therein to a predetermined length by spinning;
f: a step of heating the stretched finished forged body (12) in a heating furnace and then performing a solution treatment by quenching with water to obtain a semi-finished aluminum alloy casing for busbars (13);
g: A step of sizing the aluminum alloy casing semi-finished product for busbars (13) to a predetermined straightness;
h: a step of imparting required mechanical properties by heating the semi-finished aluminum alloy casing for a busbar (13) after sizing in a heating furnace and performing artificial aging treatment;
i: a step of performing a busbar aluminum alloy casing product (14) by processing the semi-finished aluminum alloy casing product (13) after aging treatment with a processing machine, thereby sequentially performing the process. An integral molding method for aluminum alloy casing for busbars.
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