CN110087795A - 锻造曲轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

制造方法包括锻造工序、模锻切边工序及压下工序。在锻造工序中，利用上锻造模具和下锻造模具成形带飞边的精锻件。在该锻造工序中，将与第1销部(P)和第3销部(P)相连的全部臂部(A)或者一部分臂部(A)作为对象，在该臂部(A)的销部(P)附近的上锻造模具侧的外周形成自该外周突出的余料部。在模锻切边工序中，自精锻件除去飞边。在压下工序中，利用上模压下余料部，使余料部突出到轴颈部(J)侧。由此，能够利用简单的结构制造在确保刚度的同时谋求了轻量化的锻造曲轴。

Description

锻造曲轴的制造方法

技术领域

本发明涉及一种利用热锻来制造锻造曲轴的方法。更详细地讲，本发明涉及一种利用热锻来制造3缸发动机用或6缸发动机用锻造曲轴的方法。

背景技术

在汽车、摩托车及农业机械等小型机械中大多搭载3缸或6缸发动机。3缸或6缸发动机所使用的锻造曲轴(以下也简称作“曲轴”)包括4个轴颈部、3个销部以及将上述的轴颈部和销部分别相连的6个曲轴臂部(以下也简称作“臂部”)。前侧的第1销部、中央的第2销部及后侧的第3销部绕轴颈部以120°的相位差配置。6个臂部中的、与第1销部和第3销部相连的4个臂部(第1臂部、第2臂部、第5臂部及第6臂部)各自包含配重部(以下也简称作“配重部”)。

近年来，为了提高燃料效率，要求曲轴的轻量化。对于该要求，减少臂部的销部附近的重量的做法是有效的。其原因在于，能够通过减少臂部的重量来减少配重部的重量。减少臂部的重量而谋求曲轴的轻量化的以往技术在日本特开2012－7726号公报(专利文献1)和国际公开第2015/075934号(专利文献2)有所公开。

在专利文献1所记载的技术中，在锻造工序中将臂部成形得较小。然后，在模锻切边工序之后将冲头压入到臂部的轴颈部侧的表面。由此，在臂部的表面形成有较深的孔。臂部的重量减少与该孔的体积相应的量。此外，在臂部的销部附近的两侧部，厚度维持得较厚。因此，也确保了臂部的刚度。

在专利文献2所记载的技术中，在锻造工序中，在臂部的两侧部分别形成余料部。然后，在模锻切边工序之后利用上下的模具将余料部向臂部的轴颈部侧弯折。由此，在臂部的销部附近的两侧部，厚度变厚。上述的两侧部的内侧的厚度变薄。因此，臂部的重量减少，也确保了臂部的刚度。

这样，采用专利文献1和专利文献2所记载的技术，能够制造在确保刚度的同时谋求了轻量化的锻造曲轴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－7726号公报

专利文献2：国际公开第2015/075934号

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1所记载的技术中，由于将冲头强有力地压入到臂部的表面而使臂部整体变形，因此冲头的压入需要很大的力。因此，需要用于对冲头施加很大的力的特别的装置。此外，也需要考虑冲头的耐久性。

另一方面，在专利文献2所记载的技术中，由于仅利用上下的模具压下局部突出的余料部就足够，因此不需要很大的力。但是，在弯折余料部时，首先余料部与下模接触。由此，在弯折余料部的工序的初期，成为锻件的除余料部之外的部分自下模悬空的状态，锻件的姿势变得不稳定。因此，需要用于使锻件的姿势稳定的特别的装置。

本发明的目的在于，提供一种能够利用简单的结构制造在确保刚度的同时谋求了轻量化的锻造曲轴的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明的技术方案的制造方法是锻造曲轴的制造方法，该锻造曲轴包含4个轴颈部、绕轴颈部以120°的相位差配置的第1销部、第2销部及第3销部以及将轴颈部和销部分别相连的6个曲轴臂部。

该制造方法包括以下的工序：

锻造工序，其是利用上锻造模具和下锻造模具成形带飞边的精锻件的工序，在该工序中，将与第1销部和第3销部相连的全部曲轴臂部或者一部分曲轴臂部作为对象，在该曲轴臂部的位于销部附近的上锻造模具侧的外周形成自该外周突出的余料部；

模锻切边工序，在该工序中，自精锻件除去飞边；以及

压下工序，在该工序中，利用上模压下余料部，使余料部向轴颈部侧突出。

发明的效果

根据本发明，能够利用简单的结构制造在确保刚度的同时谋求了轻量化的锻造曲轴。

附图说明

图1是表示3缸发动机用锻造曲轴的一个例子的示意图。

图2的(a)～图2的(f)是表示3缸发动机用锻造曲轴的制造工序的一个例子的示意图。

图3是表示精锻件中的、具有余料部的臂部的形状的一个例子的剖视图。

图4是沿图3中的线IV－IV的剖视图。

图5是表示压下工序前的状况的剖视图。

图6是沿图5中的线VI－VI的剖视图。

图7是表示压下工序后的状况的剖视图。

图8是沿图7中的线VIII－VIII的剖视图。

图9是表示精锻件中的、具有余料部的臂部的形状的另一个例子的剖视图。

图10是沿图9中的线X－X的剖视图。

图11是表示压下工序前的状况的剖视图。

图12是沿图11中的线XII－XII的剖视图。

图13是表示压下工序后的状况的剖视图。

图14是沿图13中的线XIV－XIV的剖视图。

图15是表示6缸发动机用锻造曲轴的一个例子的示意图。

具体实施方式

本发明的实施方式的制造方法是锻造曲轴的制造方法。3缸发动机用锻造曲轴包含4个轴颈部、绕轴颈部以120°的相位差配置的第1销部、第2销部及第3销部以及将轴颈部和销部分别相连的6个曲轴臂部。本实施方式的制造方法包括锻造工序、模锻切边工序及压下工序。在锻造工序中，利用上锻造模具和下锻造模具成形带飞边的精锻件。在该锻造工序中，将与第1销部和第3销部相连的全部曲轴臂部或者一部分曲轴臂部作为对象，在该曲轴臂部的位于销部附近的上锻造模具侧的外周形成自该外周突出的余料部。在模锻切边工序中，自精锻件除去飞边。在压下工序中，利用上模压下余料部，使余料部向轴颈部侧突出。

在本实施方式的制造方法中，在锻造工序中仅在上锻造模具侧形成余料部。并且，在压下工序中利用上模压下该余料部，使余料部向轴颈部侧突出。由此，在臂部的位于销部附近的两侧部中的上模侧的侧部，厚度变厚。该侧部的内侧的厚度变薄。下模侧的侧部的厚度较厚。因此，臂部的重量减少，也确保了臂部的刚度。也就是说，能够制造在确保刚度的同时谋求了轻量化的锻造曲轴。在此，在臂部的下锻造模具侧未形成余料部。因此，从压下工序的初期开始，锻件与下模在较大的范围内接触，锻件的姿势稳定。因而，不需要用于使锻件的姿势稳定的特别的装置。也就是说，能够利用简单的结构制造锻造曲轴。

在典型的例子中，在锻造工序中形成有余料部的臂部(在压下工序中余料部向轴颈部侧突出的臂部)是与第1销部和第3销部相连的4个臂部(第1臂部、第2臂部、第5臂部及第6臂部)中的全部臂部。在该情况下，能够最大程度地减少曲轴的重量。此外，在锻造工序中形成余料部的臂部也可以是与第1销部和第3销部相连的4个臂部中的一部分臂部。也就是说，形成有余料部的臂部例如既可以仅是第1臂部，也可以仅是第1臂部和第6臂部。

在臂部的销部附近，形成有余料部的区域只要是臂部的上锻造模具侧的外周的区域且是至少包含臂部的侧部的一部分的区域，就没有特别的限定。余料部例如也可以形成到配重部的附近。此外，余料部也可以形成到臂部的顶端部(所谓的销顶部)的附近。

在典型的例子中，在模锻切边工序之前实施压下工序。

在另一个典型的例子中，压下工序包含在模锻切边工序中。在该情况下，不需要将压下工序设置为另外的工序。

在又一个典型的例子中，在模锻切边工序之后实施压下工序。例如在本实施方式的制造方法包括整形工序的情况下，压下工序也可以包含在整形工序中。在整形工序中，矫正被除去了飞边的锻件的形状。在压下工序包含在整形工序中的情况下，不需要将压下工序设置为相对于整形工序而言另外的工序。

本实施方式的制造方法也可以在锻造工序之前包括预备成形工序。但是，本实施方式的制造方法不包括扭转工序。其原因在于，在本实施方式的制造方法中，精锻件的销部的位置(相位差)与最终成品的销部的位置一致。

通常，在本实施方式的制造方法的锻造工序中，在形成有余料部的臂部的轴颈部侧的表面，上锻造模具和下锻造模具之间的分模线向下锻造模具侧偏倚。该臂部的下锻造模具侧的侧部的厚度厚于上锻造模具侧的侧部的厚度。

本实施方式的制造方法可用于3缸或6缸发动机用的锻造曲轴。

以下，参照附图说明本实施方式的制造方法。以下，作为例子说明利用本实施方式的制造方法制造3缸发动机用的锻造曲轴的情况。

[曲轴的概略形状]

图1是表示3缸发动机用锻造曲轴的一个例子的示意图。在图1的左侧表示在设想锻造工序和压下工序时沿着水平方向观察曲轴的情况的俯视图。在

图1的右侧表示从前方观察曲轴的情况下的各销部的位置。

参照图1，曲轴1包括4个轴颈部J1～J4、3个销部P1～P3以及将该轴颈部J1～J4和销部P1～P3分别相连的6个臂部A1～A6。轴颈部J1～J4成为曲轴1的旋转中心。前侧的第1销部P1、中央的第2销部P2及后侧的第3销部P3相对于轴颈部J1～J4偏心，并绕轴颈部J1～J4以120°的相位差配置。

6个臂部A1～A6中的、与第1销部P1和第3销部P3相连的4个臂部(第1臂部、第2臂部、第5臂部及第6臂部)A1、A2、A5及A6各自具有配重部W1、W2、W5及W6。与第2销部P2相连的两个臂部(第3臂部和第4臂部)A3和A4不具有配重部。

以下，在统称轴颈部J1～J4时，将其附图标记也记作“J”。在统称第1销部P1和第3销部P3时，将其附图标记也记作“P”。在统称具有配重部的臂部A1、A2、A5及A6时，将其附图标记也记作“A”。

在设想锻造工序和压下工序时，第2销部P2配置在轴颈部J的轴心的正下方的位置。第1销部P1和第3销部P3分别配置在从通过轴颈部J的轴心的水平线向上方旋转30°的位置。

6个臂部A1～A6中的、与第1销部和第3销部P(P1和P3)相连的4个臂部A(A1、A2、A5及A6)成为以下所示的形状，详细说明见后述。在臂部A的销部P附近的两侧部中的成为上模侧的侧部，厚度变厚。该侧部的内侧的厚度变薄。成为下模侧的侧部的厚度变厚为与成为上模侧的侧部相同的程度。

[曲轴的制造方法]

图2的(a)～图2的(f)是表示3缸发动机用锻造曲轴的制造工序的一个例子的示意图。图2的(a)～图2的(f)表示在设想锻造工序和压下工序时沿着铅垂方向观察曲轴的情况的俯视图。本实施方式的制造方法包含预备成形工序、锻造工序、模锻切边工序及整形工序。上述的一连串的工序在热环境下进行。通常，预备成形工序包含辊轧成形工序和弯曲锻造工序。锻造工序包含粗锻工序和精锻工序。

曲轴的原材料是截面为圆形或者方形且在整个长度的范围内截面积恒定的钢坯。首先，如图2的(a)所示，切断钢坯，准备预定长度的原材料2。利用感应加热炉或者气体气氛加热炉加热原材料2。在辊轧成形工序中，利用孔型辊轧制原材料2。由此，如图2的(b)所示，成形在长度方向上进行了体积分配的辊轧坯件3。其次，实施弯曲锻造工序。在弯曲锻造工序中，从与长度方向成直角的方向局部地冲压压下辊轧坯件3。由此，如图2的(c)所示，成形在与长度方向垂直的方向上也进行了体积分配的弯曲坯件4。

接着，在粗锻工序中，使用上下一对模具冲压锻造弯曲坯件4。由此，如图2的(d)所示，成形被造型为曲轴(最终成品)的大体上的形状的粗锻件5。然后，在精锻工序中，使用上下一对模具(上锻造模具和下锻造模具)锻造粗锻件5。由此，如图2的(e)所示，成形被造型为除了一部分的形状之外与最终成品的曲轴一致的形状的精锻件6。

在粗锻件5和精锻件6的6个臂部A1～A6中的、与第1销部P1和第3销部P3相连的4个臂部A(A1、A2、A5及A6)即具有配重部W的4个臂部A形成有余料部(省略图示)，详细说明见后述。也就是说，一部分臂部A的形状与最终成品的曲轴的臂部A的形状有些许不同。在粗锻工序中造型余料部的大体上的形状，该余料部的形状在精锻工序中变得完全。

在粗锻工序和精锻工序时，飞边从彼此相对的模具的分模面之间流出。因此，在粗锻件5和精锻件6中的造型了的曲轴的周围带有飞边5a和飞边6a。

在模锻切边工序中，在利用模具从上下保持带飞边6a的精锻件6的同时利用刀具模冲裁飞边6a。由此，如图2的(f)所示，得到具有除了上述的一部分的形状之外与最终成品的曲轴一致的形状的曲轴1。

在整形工序中，利用模具从上下略微压下除去了飞边的曲轴1的主要部位，例如轴颈部J和销部P1～P3这样的轴部以及臂部A和配重部W，将其矫正为最终成品的尺寸形状。在整形工序中压下的轴部也包含与前侧的第1轴颈部J1相连的前部Fr和与后侧的第4轴颈部J4相连的凸缘部Fl。在整形工序中，也可以压下不具有配重部W的第3臂部A3和第4臂部A4而进行矫正。在本实施方式中，在整形工序中压下余料部。这样，制造最终成品的曲轴1。

[余料部的形成和压下]

图3是表示精锻件中的、具有余料部的臂部的形状的一个例子的剖视图。图3所示的臂部代表性地表示连接第1销部P1和第1轴颈部J1的第1臂部A1的形状。也就是说，图3所示的截面相当于沿图2的(e)中的线III－III的截面。

图4是沿图3中的线IV－IV的剖视图。

图5～图8是用于说明压下工序的状况的剖视图。在这些图中，图5和图6表示压下工序前的状态，图7和图8表示压下工序后的状态。此外，图5和图7所示的截面与图3所示的截面一致。图6所示的截面相当于沿图5中的线VI－VI的截面。图8所示的截面相当于沿图7中的线VIII－VIII的截面。也就是说，图6和图8所示的截面与图4所示的截面一致。

如上所述，在锻造工序(精锻工序)中利用上锻造模具和下锻造模具成形精锻件。在该利用锻造工序成形的精锻件中，第2销部P2配置在轴颈部J的轴心的正下方的位置。参照图3，第1销部P1配置在从通过轴颈部J的轴心的水平线向上方旋转30°的位置。另一方面，第3销部P3配置在相对于通过轴颈部J的中心和第2销部的中心的线与第1销部P1左右对称的位置。

如图3所示，在第1臂部A1的第1轴颈部J1侧的表面上，上锻造模具和下锻造模具之间的分模线L(与飞边的位置相对应)向下锻造模具侧偏倚。因此，如图4所示，第1臂部A1的下锻造模具侧的侧部Ab的厚度厚于上锻造模具侧的侧部Aa的厚度。其原因在于，存在脱模斜度。

此外，如图3和图4所示，在第1臂部A1的第1销部P1附近，在第1臂部A1的上锻造模具侧的外周形成有余料部Ac。在轴颈部的轴心方向上，余料部Ac形成在第1臂部A1的上锻造模具侧的侧部Aa的一部分。若余料部Ac设在侧部Aa的一部分，则在如后所述余料部Ac被压下时，余料部Ac易于被压扁或者易于向轴颈部侧弯折。该余料部Ac从第1臂部A1的上锻造模具侧的侧部Aa的外周朝向上方突出。余料部Ac的突出量并没有特别的限定。但是，若余料部Ac的突出量过大，则曲轴的质量增加。因而，考虑曲轴的质量、臂部A的刚度而适当地设定余料部Ac的突出量。在第1臂部A1的下锻造模具侧的外周未形成余料部。在上锻造模具和下锻造模具刻入有反映该第1臂部A1的形状的模雕刻部。模雕刻部的脱模斜度不成为反斜度。因而，不对精锻件的脱模产生妨碍。

这样的形状的精锻件在模锻切边工序中被除去飞边。除去了飞边的锻件在整形工序中被上模和下模矫正形状尺寸。此时，余料部Ac也被压下。

如图5～图8所示，在整形工序(压下工序)中使用上模11和下模12。整形工序与锻造工序同样，在将第2销部P2配置于轴颈部J的轴心的正下方的位置的状态下压下锻件。在上模11和下模12刻入有与该锻件的姿势相对应的形状的模雕刻部。例如，在上模11的模雕刻部中，与第1臂部A1的上模侧的外周相对应的形状与最终成品的形状一致。同样，在下模12的模雕刻部中，与第1臂部A1的下模侧的外周相对应的形状与最终成品的形状一致。

在整形工序中，首先，在下模12的模雕刻部收纳无飞边的锻件。此时，如图5和图6所示，第1臂部A1与下模12的模雕刻部在较大的范围内接触。其原因在于，在第1臂部A1的下模12侧未形成余料部。因而，第1臂部A1的姿势即锻件的姿势稳定。

接着，上模11下降。由此，锻件的轴部被压下。与此相配合，上模11的模雕刻部与余料部Ac接触，并保持该状态地压下余料部Ac。由此，如图7和图8所示，余料部Ac以被压扁或者弯折的方式变形，并向第1轴颈部J1侧突出。其结果，第1臂部A1的上模11侧的侧部Aa的厚度变厚。由于该侧部Aa的内侧的部分不变形，因此该部分的厚度变薄。由于下模12侧的侧部Ab不变形，因此该侧部Ab的厚度预先变厚。例如，下模12侧的侧部Ab的厚度与上模11侧的压下后的侧部的厚度是相同程度。

[其他的实施方式]

图9是表示精锻件中的、具有余料部的臂部的形状的另一个例子的剖视图。图10是沿图9中的线X－X的剖视图。图9和图10所示的臂部是将上述的图3和图4所示的臂部变形而成的。图11～图14是用于说明对图9和图10所示的臂部进行的压下工序的状况的剖视图。在这些图中，图11表示压下工序前的状况。图12表示沿图11中的线XII－XII的截面。图13表示压下工序后的状况。图14表示沿图13中的线XIV－XIV的截面。

如图9和图10所示，精锻件的臂部A成为以下所示的形状。在臂部A的销部P附近的轴颈部J侧的表面沿着分模线L形成有台阶。也就是说，臂部A的包含侧部Aa和余料部Ac的上锻造模具侧的区域与臂部A的包含侧部Ab的下锻造模具侧的区域相比缩回(日文：引っ込んでいる)。由此，下锻造模具侧的侧部Ab的厚度变厚。另一方面，上锻造模具侧的臂部A(包含侧部Aa)的厚度与下锻造模具侧的侧部Ab的厚度相比显著地变薄。

这样的形状的精锻件利用模锻切边工序被除去飞边。之后，该锻件的余料部Ac被图11～图14所示的整形工序(压下工序)压下。图11～图14所示的整形工序与使用图5～图8说明的整形工序相同。由此，如图14所示，臂部A的上模11侧的侧部Aa的厚度变厚。臂部A的下模12侧的侧部Ab的厚度厚于上模11侧的侧部Aa的厚度。臂部A的侧部Aa和侧部Ab之间的部分的厚度显著地变薄。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如也存在省略预备成形工序的情况。也存在省略粗锻工序的情况。也存在省略整形工序的情况。在省略整形工序的情况下，在模锻切边工序之前在另外设置的工序中进行余料部的压下即可。也可以在模锻切边工序中进行余料部的压下。也可以在模锻切边工序之后在另外设置的工序中进行余料部的压下。

另外，在能够在粗锻工序中形成期望的完全形状的余料部的情况下，也可以在精锻工序中压下在粗锻工序中形成的余料部。在该情况下，也可以不在精锻工序中压下在粗锻工序中形成的余料部，而是在精锻之后的工序中压下该余料部。

在上述的说明中，对制造3缸发动机用的曲轴的情况进行了说明。但是，本实施方式的制造方法也能够应用于6缸发动机用的曲轴。

图15是表示6缸发动机用锻造曲轴的一个例子的示意图。图15表示在设想锻造工序和压下工序时沿着铅垂方向观察曲轴的情况的俯视图。参照图15，第4销部P4与第3销部P3相对应，第5销部P5与第2销部P2相对应，第6销部P6与第1销部P1相对应。即，6缸发动机用的锻造曲轴是将两个3缸发动机用的锻造曲轴相对于轴颈J4呈左右对称配置而成的形状。因而，本实施方式的制造方法也能够应用于这样的6缸发动机用的锻造曲轴的制造，这是不言而喻的。

产业上的可利用性

本发明能够有效地应用于3缸发动机或6缸发动机所使用的锻造曲轴的制造。

附图标记说明

1、锻造曲轴；J1～J4、轴颈部；P1～P3、销部；A1～A6、曲轴臂部；W1～W6、配重部；Aa、上锻造模具侧的侧部；Ab、下锻造模具侧的侧部；Ac、余料部；L、分模线；11、上模；12、下模。

Claims (8)

1.一种锻造曲轴的制造方法，该锻造曲轴包含4个轴颈部、绕所述轴颈部以120°的相位差配置的第1销部、第2销部及第3销部以及将所述轴颈部和所述销部分别相连的6个曲轴臂部，其中，

该制造方法包括以下的工序：

锻造工序，其是利用上锻造模具和下锻造模具成形带飞边的精锻件的工序，在该工序中，将与所述第1销部和所述第3销部相连的全部曲轴臂部或者一部分曲轴臂部作为对象，在该曲轴臂部的位于所述销部附近的所述上锻造模具侧的外周形成自该外周突出的余料部；

模锻切边工序，在该工序中，自所述精锻件除去飞边；以及

压下工序，在该工序中，利用上模压下所述余料部，使所述余料部向所述轴颈部侧突出。

2.根据权利要求1所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

在所述模锻切边工序之前实施所述压下工序。

3.根据权利要求1所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

所述压下工序包含在所述模锻切边工序中。

4.根据权利要求1所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

在所述模锻切边工序之后实施所述压下工序。

5.根据权利要求4所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

该制造方法包括矫正被除去了飞边的锻件的形状的整形工序，

所述压下工序包含在所述整形工序中。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

在所述锻造工序中，在形成有所述余料部的所述曲轴臂部的所述轴颈部侧的表面，所述上锻造模具和所述下锻造模具之间的分模线向所述下锻造模具侧偏倚，该曲轴臂部的所述下锻造模具侧的侧部的厚度厚于所述上锻造模具侧的侧部的厚度。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

所述锻造曲轴是3缸发动机用的。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的锻造曲轴的制造方法，其中，

所述锻造曲轴是6缸发动机用的。