JP2001047172A - 穴明き製品の成形方法 - Google Patents

穴明き製品の成形方法

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JP2001047172A JP11224279A JP22427999A JP2001047172A JP 2001047172 A JP2001047172 A JP 2001047172A JP 11224279 A JP11224279 A JP 11224279A JP 22427999 A JP22427999 A JP 22427999A JP 2001047172 A JP2001047172 A JP 2001047172A
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陽介 山崎
Hiroshi Sugita
浩 杉田
Kimio Momose
公夫 百瀬
Yoshiro Akiyama
吉郎 秋山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 穴明き製品Wを冷間鍛造で成形する方法であ
って上ダイ1を下ダイ2に対し型締めして素材W′を製
品形状に荒成形する第1鍛造工程と、上ダイ1に挿設し
た上パンチ31,41と下ダイ2に挿設した下パンチ
2,42とを上下のダイ1,2間の成形空間に突出させ
て欠肉部を埋める第2鍛造工程と、下パンチ3 2,42
押し下げつつ上パンチ31,41を下ダイ2に達するよう
に押し下げて、余肉Wfを打ち抜く穴明け工程とから成
るものにおいて、打ち抜きに際し製品の穴部周壁面にク
ラックが発生することを防止する。 【解決手段】 下パンチ32,42を押し上げる油室7a
に穴明け工程で接続される排油路15にリリーフ弁17
を介設する。油室7aの油圧の降圧をリリーフ弁17で
抑制し、下パンチ32,42に押し下げに抵抗する方向の
負荷を作用させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン用コンロ
ッド等の穴明き製品を冷間鍛造で成形する穴明き製品の
成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の成形方法として、本願出願人
は、先に特願平9−308497号により、可動側ダイ
と、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の穴を明ける部分
を挟んで対向するよう出没自在に挿設したパンチとを備
える鍛造用複動金型を用い、素材を鍛圧しつつ可動側ダ
イを固定側ダイに対し型締めして、素材を製品形状に荒
成形する第1鍛造工程と、各パンチを両ダイ間の成形空
間に製品の穴を明ける部分を鍛圧しつつ突出させて、成
形空間内の欠肉部を埋める第2鍛造工程と、可動側ダイ
と固定側ダイとの一方のダイに挿設したパンチを他方の
ダイに挿設したパンチを成形空間から押し出しつつ他方
のダイに達するように突出させて、穴を明ける部分に残
された余肉を打ち抜く穴明け工程とを1回のプレスサイ
クルで行うようにしたものを提案している。
【0003】そして、このものでは、穴明け工程におい
て、前記他方のダイに挿設したパンチを成形空間側に押
圧する油室を大気開放し、該パンチが成形空間から押し
出されるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記先願の方法では、
製品の穴部周壁面の余肉打ち抜き方向の端部寄りの部分
に、図6に示す如くクラックaが発生することがあり、
製品の品質を確保する上で問題になっている。
【0005】クラックの発生原因を調べるため、余肉が
完全に打ち抜かれる前に余肉と製品部分との間に発生す
る引張り応力の分布を、外径(直径)31mm、内径
(直径)22mm、厚さ20mmの冷間鍛造用鋼から成
る穴明き製品についてコンピュータ解析したところ、穴
明け工程で成形空間から押し出されるパンチに押し出し
に抵抗する方向の負荷を作用させない先願の方法では、
図5(A)に示す分布になり、このパンチに押し出しに
抵抗する方向の90kgf/mm2の負荷を作用させた
場合は、図5(B)に示す分布になることが判明した。
【0006】図5(A)(B)から明らかなように、パ
ンチを無負荷にした場合は、製品部分にかなり高い引張
り応力が発生するのに対し、パンチに負荷を作用させた
場合は、製品部分に発生する引張り応力が低くなる。そ
して、引張り応力が低くなると、クラックが発生しにく
くなることも確認された。このことから、クラックは、
余肉の打ち抜き時に製品部分に発生する引張り応力の影
響で発生することが判明した。
【0007】本発明は、以上の知見に基づき、クラック
を生ずることなく穴明き製品を鍛造成形し得るようにし
た方法を提供すること課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、穴明き製品を冷間鍛造で成形する方法であっ
て、可動側ダイと、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の
穴を明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設し
たパンチとを備える鍛造用複動金型を用い、素材を鍛圧
しつつ可動側ダイを固定側ダイに対し型締めして、素材
を製品形状に荒成形する第1鍛造工程と、各パンチを両
ダイ間の成形空間に製品の穴を明ける部分を鍛圧しつつ
突出させて、成形空間内の欠肉部を埋める第2鍛造工程
と、可動側ダイと固定側ダイとの一方のダイに挿設した
パンチを他方のダイに挿設したパンチを成形空間から押
し出しつつ他方のダイに達するように突出させて、穴を
明ける部分に残された余肉を打ち抜く穴明け工程とを1
回のプレスサイクルで行うようにしたものにおいて、前
記穴明け工程を、前記他方のダイに挿設したパンチに前
記成形空間からの押し出しに抵抗する方向の負荷を付与
した状態で行うようにしている。
【0009】穴明け工程において、成形空間から押し出
されるパンチ(他方のダイに挿設したパンチ)に本発明
の如く押し出しに抵抗する方向の負荷を作用させること
により、製品部分に発生する引張り応力が低くなる。そ
して、上記負荷を或る程度以上にすることでクラックの
発生が防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】図1(A)は、クランクピンに対
する連結部となる大端部Waとピストンピンに対する連
結部となる小端部Wbと大小両端部Wa,Wb間の棹部
Wcとを有するエンジン用のコンロッドWを示してお
り、大端部Waと小端部Wbとには夫々クランクピン用
とピストンピン用の穴Wd,Weが明けられている。こ
のコンロッドWは、冷間鍛造用鋼から成る図1(B)に
示すプリフォームW′を素材とし、図2に示す鍛造用複
動金型により冷間鍛造で成形される。
【0011】プリフォームW′は、棹部Wcに相当する
軸部W′cと、大端部Waに相当する軸部W′cの一端
の大端用塊部W′aと、小端部Wbに相当する軸部W′
cの他端の小端用塊部W′bとを有しており、これら大
端用塊部W′aと小端用塊部W′bと軸部W′cとの体
積比は大端部Waと小端部Wbと棹部Wcとの体積比と
略同等に設定されている。
【0012】鍛造用複動金型は、可動側ダイたる上ダイ
1と、固定側ダイたる下ダイ2と、両ダイ1,2に、夫
々、コンロッドWの大端部Waの穴Wdを明ける部分を
挟んで対向するよう出没自在に挿設した大端用の上下1
対のパンチ31,32と、両ダイ1,2に、夫々、コンロ
ッドWの小端部Wbの穴Weを明ける部分を挟んで対向
するように出没自在に挿設した小端用の上下1対のパン
チ41,42とを備えている。
【0013】下ダイ2は、下ダイホルダ5に若干のスト
ロークで上下動し得るように装着した下ダイプレート6
上に取付けられている。また、下ダイホルダ5には、下
ダイプレート6の下側に位置して、下パンチホルダ7が
上下動自在に内挿されており、該ホルダ7上に大端用
と小端用の下パンチ32,42を立設している。
【0014】また、下ダイホルダ5には、複数のタイロ
ッド8が立設されており、これら各タイロッド8の上端
に取付けたピストン9aを挿入するタイロッドシリンダ
9を形成した上ダイホルダ10を設け、上ダイホルダ1
0に上下動自在に装着した上ダイプレート11の下面に
上ダイ1を取付けている。また、上ダイホルダ10の上
部にはラムピストン12が挿設されており、ラムピスト
ン12と上ダイプレート11との間に上パンチホルダ1
3を設けて、該ホルダ13に大端用と小端用の上パンチ
1,41を垂設している。
【0015】コンロッドWの成形に際しては、先ず、下
ダイプレート6の下側の油室6aと下パンチホルダ7の
下側の油室7aとに油圧を供給して、下ダイ2と大端用
と小端用の下パンチ32,42とを共に上昇端位置に上動
させ、この状態で下ダイ2にプリフォームW′をセット
する。次に、タイロッドシリンダ9に油圧を供給して上
ダイホルダ10を下降端位置に下降させ、続いて上ダイ
プレート11の上側の油室11aに油圧を供給して上ダ
イ1を下降させる。これによれば、上ダイ1がプリフォ
ームW′を鍛圧しつつ図3(A)に示す如く下ダイ2に
対し型締めされ、プリフォームW′がコンロッドWの形
状に荒成形される(第1鍛造工程)。
【0016】この段階でコンロッドWの棹部Wcは精度
良く成形されるが、加工率の大きな大端部Waや小端部
Wbには欠肉部が残り易い。そこで、型締め後、下ダイ
プレート6の下側の油室6aから排油し、下ダイ2を上
ダイ1からの押圧力で押し下げて、大端用と小端用の下
パンチ32,42を下ダイ2に対し相対的に上動させると
共に、ラムピストン12により上パンチホルダ13を介
して大端用と小端用の上パンチ31,41を押し下げる。
これによれば、図3(B)に示す如く、上ダイ1と下ダ
イ2との間の成形空間に大端用の上下のパンチ31,32
と小端用の上下のパンチ41,42とが大端部Waと小端
部Wbの穴Wd,Weを明ける部分を鍛圧しつつ突出
し、この鍛圧により欠肉部に肉が流れて欠肉部が埋めら
れ、大端部Waや小端部Wbも精度良く成形される(第
2鍛造工程)。
【0017】次に、ラムピストン12による大端用と小
端用の上パンチ31,41の押し下げを継続したまま、下
パンチホルダ7の下側の油室7aから排油する。これに
よれば、図3(C)に示す如く、大端用と小端用の上パ
ンチ31,41が大端用と小端用の下パンチ32,42を成
形空間から押し出しつつ下ダイ1に対するように突出さ
れ、大端部Waと小端部Wbの穴Wd,Weを明ける部
分に残された余肉Wfが打ち抜かれて、穴Wd,Weが
明けられる(穴明け工程)。
【0018】下パンチホルダ7の下側の油室7aには、
油圧源14からの油圧を油室7aに供給する給油位置
と、油室7aを閉塞する閉塞位置と、油室7aの油を排
油路15に排出する排油位置とに切換自在な切換弁16
が接続されている。そして、第1鍛造工程と第2鍛造工
程とでは切換弁16を閉塞位置に切換えて、大端用と小
端用の小パンチ32,42を上昇端位置に保持し、穴明け
工程で切換弁16を排油位置に切換える。
【0019】排油路15にはリリーフ弁17が介設され
ている。図4は下パンチホルダ7の下側の油室7aの油
圧Pの穴明け工程における変化を示している。油室7a
の油圧Pは、切換弁16の排油位置への切換えで一旦急
降下するが、リリーフ弁17の設定リリーフ圧に低下し
たところでそれ以上の降圧が抑制され、上パンチ31
1が下降端位置に達して下パンチ32,42に上パンチ
1,41 からの押圧力が作用しなくなったところで大
気圧に降圧される。
【0020】排油路15にリリーフ弁17を介設しない
と、油室7aの油圧は大気圧まで急降下し、この場合に
は、特に、小端部Wcの穴Weの周壁面の下ダイ2寄り
の部分に図6に示す如きクラックaが発生し易くなる。
この原因は、[発明が解決しようとする課題]の項で説
明したように、余肉Wfの打ち抜き時に図5(A)に示
す如く製品部分に高い引張り応力が発生するためであ
る。
【0021】これに対し、本実施形態のようにリリーフ
弁17を設けて油室7aの油圧Pの降圧を抑制すると、
この油圧により下パンチ32,42の押し下げに抵抗する
方向の負荷が付与され、余肉Wfの打ち抜き時に製品部
分に発生する引張り応力が図5(B)に示す如く減少す
る。そして、小端部Wbの外径(直径)が31mm、内
径(直径)が22mm、厚さが20mmの冷間鍛造用鋼
から成るコンロッドWについて実験したところ、リリー
フ弁17の設定リリーフ圧を31kgf/mm 2以上に
設定すれば、クラックaが発生しなくなることが確認さ
れた。
【0022】以上、コンロッドWの成形に本発明を適用
した実施形態について説明したが、コンロッド以外の穴
明き製品の成形にも同様に本発明を適用できる。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、製品の穴部周壁面にクラックが発生すること
を防止して、高品質の穴明き製品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)コンロッドの斜視図、(B)プリフォ
ームの斜視図
【図2】 本発明方法の実施に用いる鍛造用複動金型の
断面図
【図3】 (A)前記金型の第1鍛造工程完了時の状態
を示す要部の断面図、(B)前記金型の第2鍛造工程完
了時の状態を示す要部の断面図、(C)前記金型の穴明
け工程完了時の状態を示す要部の断面図、
【図4】 下パンチホルダの下側の油室の油圧の穴明け
工程における変化を示すグラフ
【図5】 (A)下パンチを無負荷にしたときの引張り
応力の分布を示す図、(B)下パンチに負荷を作用させ
たときの引張り応力の分布を示す図
【図6】 製品の穴部周壁面に生じたクラックを示す図
【符号の説明】
W コンロッド(穴明き製品) Wd,We 穴 W′ プリフォーム(素材) 1 上ダ
イ(可動側ダイ) 2 下ダイ(固定側ダイ) 31,32 大端用
パンチ 41,42 小端用パンチ 17
リリーフ弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 陽介 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 杉田 浩 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 百瀬 公夫 埼玉県和光市本町8−1 本田技研工業株 式会社埼玉製作所和光工場内 (72)発明者 秋山 吉郎 埼玉県和光市本町8−1 本田技研工業株 式会社埼玉製作所和光工場内 Fターム(参考) 4E087 AA05 AA08 AA10 CA11 CA21 CA23 CA33 CB03 DB05 EC11 EC14 EC17 EC24 EC37 EC46 EC54 ED22 ED31 HA34 HA61

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 穴明き製品を冷間鍛造で成形する方法で
    あって、 可動側ダイと、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の穴を
    明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設したパ
    ンチとを備える鍛造用複動金型を用い、 素材を鍛圧しつつ可動側ダイを固定側ダイに対し型締め
    して、素材を製品形状に荒成形する第1鍛造工程と、各
    パンチを両ダイ間の成形空間に製品の穴を明ける部分を
    鍛圧しつつ突出させて、成形空間内の欠肉部を埋める第
    2鍛造工程と、可動側ダイと固定側ダイとの一方のダイ
    に挿設したパンチを他方のダイに挿設したパンチを成形
    空間から押し出しつつ他方のダイに達するように突出さ
    せて、穴を明ける部分に残された余肉を打ち抜く穴明け
    工程とを1回のプレスサイクルで行うようにしたものに
    おいて、 前記穴明け工程を、前記他方のダイに挿設したパンチに
    前記成形空間からの押し出しに抵抗する方向の負荷を付
    与した状態で行う、 ことを特徴とする穴明き製品の成形方法。
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