JP2001047177A - 一体形クランク軸鍛造荒地の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一体形クランク軸のフロント部に相当する部位
の端面に凹みを生じさせることがなく、フロント部歩留
まりを高めることができる被鍛造材の製造方法の提供。 【解決手段】対向する２つの型によって、一体形クラン
ク軸のフロント部に相当する素材の部位を、素材の軸方
向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になる
ように圧下する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造によって製造
される一体形クランク軸の鍛造荒地の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車などのクランク軸は、従来、鋳造
や鍛造によって製造されてきた。しかし、近年、エンジ
ンの軽量化や高出力化が進むにともない、クランク軸に
は高強度、高靱性が要求されるようになり、鍛造で製造
される一体形クランク軸の需要が高まっている。

【０００３】鍛造で製造される一体形クランク軸（以
下、「製品」ともいう）は、機械構造用炭素鋼や合金鋼
の角ビレットや丸ビレットを素材として、例えば、ロ
ール成形、曲げ打ち（曲げ加工）、荒打ち（型鍛造
の第１工程）、仕上げ打ち（型鍛造の第２工程）、
バリ抜き（バリ取り）の各工程を経て成形されてきた。
なお、一般に、ロール成形と曲げ打ちを経て成形された
被鍛造材は、曲げ打ち時の姿勢に対して軸回りに９０度
回転させた姿勢で荒打ちに供される。

【０００４】上記〜の工程のうち、のロール成形
は、凹凸を有するロールによる圧延成形工程で、素材
（被鍛造材）の各部位の断面積を調整することで、軸方
向に体積配分を行う処理である。すなわち、このロール
成形は、素材の製品フロント部に相当する部位を、製品
のフロント部に近い断面積を有する細長い形状に延伸
し、フロント部近傍の歩留りを高めようとするものであ
る。

【０００５】しかし、ロールで圧延する場合、被加工材
の表面が内部より延びやすい。このため、ロールで成形
した後の製品フロント部に相当する部位の端面は、後述
の図１（ｂ）に示すような中央が凹んだ形状になること
が多く、これをに示した荒打ちに供した場合には、前
記端面が内部に折り込まれて疵が発生する。こうした疵
が製品部分に生じると不良品となってしまう。したがっ
て、従来は、予め荒打ち前の被鍛造材の製品フロント部
に相当する部位を長めに加工して「捨て代」として確保
し、前記の疵が「捨て代」に入るようにして製品内に残
存しないように調整されていた。このため、ロール成形
で被鍛造材を加工する場合、フロント部の歩留りが低く
なることを避けられなかった。

【０００６】特開平２−２５５２４０号公報に、ロール
荒地の断面積分布を製品クランク軸の断面積分布に近付
けることで、ロール成形時の歩留まり向上が可能な「型
鍛造クランク軸の荒地取り方法」が開示されている。し
かし、この公報で提案された技術もロール成形であるこ
とには変わりがないので、前記した製品フロント部に相
当する部位の端面には凹みが生じることを完全には避け
られず、したがって、製品部分に疵が入るのを防ぐため
に捨て代が必要となり、フロント部の歩留まりはやはり
低いものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、その目的は、一体形クランク軸の
フロント部に相当する部位の端面に凹みを生じさせるこ
とがなく、フロント部歩留まりを高めることができる被
鍛造材（鍛造荒地）の製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記に
示す一体形クランク軸鍛造荒地の製造方法にある。

【０００９】すなわち、「対向する２つの型によって、
一体形クランク軸のフロント部に相当する素材の部位
を、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０
〜３５％になるように圧下することを特徴とする一体形
クランク軸鍛造荒地の製造方法」である。

【００１０】なお、「鍛造荒地」とは型鍛造の第１工程
である荒打ちに供される被鍛造材を指す。又、クランク
軸のフロント部とは、クランク軸の軸方向端部の一方を
いい、その形状は円柱形で他の部位に比較して軸に垂直
な断面での断面積が小さい。

【００１１】素材の「軸方向」とは図１（ａ）のＸ−Ｘ
方向、つまり、素材の長さ方向をいい、「厚み」とは、
軸方向に垂直な断面における圧下方向での最大寸法のこ
とをいう。

【００１２】本発明者らは、前記の課題を解決するため
に、図２に示すような形状の４気筒用のピン数が４であ
る８枚カウンターウェイト品クランク軸を対象とした基
礎実験を行った。

【００１３】すなわち、先ず、従来サイズのＪＩＳ規格
Ｓ４５Ｃの角ビレットを素材として、通常の方法でロー
ル成形、曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った。

【００１４】図１（ａ）に素材である角ビレットの形状
を示す。前記角ビレットをロール成形した後の形状は、
図１（ｂ）に示すように、素材の角ビレットと同じ断面
を有する部分（以下、「太胴部」という）、製品クラン
ク軸のフロント部に相当する部位（以下、「細胴部」と
いう）及び太胴部と細胴部をつなぐテーパ部で構成され
ていた。なお、「細胴部」端面は中央が凹んだ形状であ
った。これに曲げ打ちと荒打ちを行い、最後に仕上げ打
ちを施した後のクランク軸のフロント部は、主に、上記
ロール成形後の「細胴部」とテーパ部の材料で構成され
ていた。

【００１５】以後の説明において、製品フロント部にな
る素材（被鍛造材）の部分を「フロント相当部」、それ
以外の部分を「非フロント相当部」ということにする。

【００１６】上記従来サイズのＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃの角
ビレットを素材として、通常の方法でロール成形、曲げ
打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った製品のフロント部
には疵や、欠肉と呼ばれる未充満部は生じなかった。

【００１７】次に、断面形状は前記従来サイズの角ビレ
ットと同じであるが、フロント相当部の長さを種々に変
化させたものを素材として、通常の方法でロール成形、
曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った。この場合も
「細胴部」端面は中央が凹んだ形状であった。このフロ
ント相当部の長さを種々に変化させた実験から、素材と
なるビレットのフロント相当部の体積が各断面形状に対
して特定の値（以下、この特定の値をＶＲという）未満
の場合には、仕上げ打ち後の製品フロント部に、ロール
成形で生じた中央の凹んだ端面の折れ込みに起因する疵
が発生することがわかった。

【００１８】更に、断面形状は前記従来サイズの角ビレ
ットと同じで、フロント相当部の長さを種々に変化させ
たものを素材として、ロール成形に代えて、素材の軸方
向に垂直な方向にフロント相当部に厚みが素材厚みの６
０％になるように型押しによる圧下を加え、次いで、非
フロント相当部に通常の曲げ打ちを行い、その後、通常
の方法で荒打ちと仕上げ打ちする実験も行った。この場
合、図１（ｃ）に示すように、「細胴部」端面には中央
の凹みは生じなかったので、仕上げ打ち後の製品フロン
ト部にも、ロール成形した場合に見られるような中央の
凹んだ端面の折れ込みに起因する疵は発生しなかった。
但し、素材となるビレットのフロント相当部の体積が特
定の値（以下、この特定の値をＶＮという）未満の場合
には、製品フロント部に欠肉が発生することがわかっ
た。

【００１９】なお、「ＶＲ」と、上記のフロント相当部
に厚みが素材厚みの６０％になるように型押しで圧下し
た場合の「ＶＮ」とを比較すると、ＶＲ＞ＶＮであっ
た。このことから、上記の条件で型押しすれば、ロール
成形する場合に比べてフロント部分の歩留りを大きくで
きることもわかった。

【００２０】そこで更に、断面形状は前記従来サイズの
角ビレットと同じで、フロント相当部の長さを種々に変
化させたものを素材として、ロール成形に代えて、素材
の軸方向に垂直な方向にフロント相当部に厚みが素材厚
みの種々の割合になるように型押しによる圧下を加え、
次いで、非フロント相当部に通常の曲げ打ちを行い、そ
の後、通常の方法で荒打ちと仕上げ打ちする実験も行っ
た。この実験から、次の事項が明らかになった。

【００２１】（ａ）素材の軸方向に垂直な方向にフロン
ト相当部を型押しで圧下（以下、単に「素材フロント相
当部の型押しによる圧下」という）した場合、圧下後の
フロント相当部の厚みが素材厚みの８０〜３５％であれ
ば、製品フロント部に欠肉が生じないために最低限必要
なフロント相当部の体積ＶＮは、前記ＶＲ以下となる。

【００２２】（ｂ）素材フロント相当部の型押しによる
圧下で、圧下後のフロント相当部の厚みが素材厚みの８
０％を超えれば、製品フロント部に欠肉が生じないため
に最低限必要なフロント相当部の体積ＶＮは、却って前
記ＶＲよりも大きくなる。

【００２３】（ｃ）素材フロント相当部の型押しによる
圧下で、圧下後のフロント相当部の厚みが素材厚みの３
５％未満となれば、荒打ちの際にフロント相当部に座屈
が生じ、そのため製品フロント部に疵が生じる。

【００２４】なお、前記の座屈は、素材フロント相当部
に圧下を加えた後の扁平度が大きくなりすぎ、曲げ打ち
後、軸回りに９０度回転して荒打ち金型上に配置する
と、フロント相当部の高さが幅に比べて大きくなりすぎ
ることに基づく。

【００２５】上記（ａ）〜（ｃ）から、素材のフロント
相当部に、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚み
の８０〜３５％になるように型押しによる圧下を加える
ことで、通常のロール成形の場合よりもフロント部の歩
留まりを高くできることが判明した。

【００２６】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の詳細を説明す
る。

【００２８】先ず、通常の方法で溶製した鋼塊から通常
の方法で素材ビレットを製造する。なお、素材ビレット
の断面サイズは、通常のロール成形を行う場合、つまり
レデュースロールで軸絞りを加えて製造する場合の、レ
デュースロールによる軸絞りを行った後の鋼材の非フロ
ント相当部の断面と同程度のものとすればよい。

【００２９】次に、この素材のフロント相当部に、対向
する２つの型によって、素材の軸方向に垂直な方向に厚
みが素材厚みの８０〜３５％になるように圧下を加えて
成形する。この後、通常の方法で、曲げ打ち、荒打ち、
仕上げ打ちを行い、更にバリ抜きを行う。

【００３０】上記の方法によれば、ロール成形後に曲げ
打ち、荒打ち、仕上げ打ちを行い、更にバリ抜きを行う
通常の製造方法による場合に比べて、フロント部の歩留
りを高めることができる。

【００３１】なお、前記圧下後の厚みが素材厚みの８０
％を超える場合、製品フロント部に欠肉を生じさせない
ために最低限必要なフロント相当部の体積が、却って従
来のロール成形で疵を生じさせないために最低限必要な
フロント相当部の体積よりも大きくなって歩留りを高め
ることができない。一方、前記圧下後の厚みが素材厚み
の３５％未満の場合には、フロント相当部に座屈が生
じ、そのため製品フロント部に疵が生じてしまう。

【００３２】圧下後の厚みが素材厚みの８０〜３５％で
ありさえすれば、素材の軸方向に垂直な方向に圧下を加
えた後の断面形状には特に制限はない。例えば、角ビレ
ットを素材として型押しによる圧下を行った場合、断面
の上下の辺の形状が幅方向（図１（ｃ）のＹ−Ｙ方向）
の中央部で最大厚みとなる様な円弧形、つまり、幅中央
部での厚さが最も大きくその他の部位の厚さが小さい大
きい形状であってもよい。

【００３３】上記の素材の軸方向に垂直な方向に素材フ
ロント部に加える圧下は、曲げ打ちと同時に行ってもよ
い。例えば、曲げ打ちに用いる型のフロント相当部に当
たる部分の形状を、前記した圧下条件を満たすような形
状にして、フロント相当部の圧下と非フロント相当部の
曲げ打ちを一回の型打ちで同時に行ってもよい。

【００３４】なお、上記の素材の軸方向に垂直な方向に
加える素材フロント部の圧下の前に、次のようなロール
成形を行ってもよい。すなわち、レデュースロールによ
って素材フロント部に加えられる絞りが非フロント相当
部に加えられる最大の絞り以下のものである。

【００３５】以下、実施例により本発明を説明する．

【００３６】

【実施例】図２に示す４気筒用のピン数４、カウンター
ウェイト数８の一体形クランク軸を下記の製造法１〜４
の各種方法によって製造した。なお、上記クランク軸の
寸法は、全長が４７７ｍｍ、フロント長さが８２ｍｍ、
フロント直径が３５ｍｍ、クランクピン直径が５０ｍ
ｍ、クランクピン長さが３０ｍｍ、クランクジャーナル
直径が５４ｍｍ、クランクジャーナル長さが２６ｍｍ、
カウンターウェイト高さが１１０ｍｍ、カウンターウェ
イト厚さが１５ｍｍである。

【００３７】製造法１：ＪＩＳのＳ４５Ｃを素材鋼と
し、断面が７６ｍｍ×７６ｍｍで種々の長さの角ビレッ
トを通常の方法で作製した。次いで、これらの角ビレッ
トを素材として、１２６０℃に加熱した後、素材のフラ
ンジ側の端から３８０ｍｍ以上の領域にある部分、つま
りフロント相当部に、対向する２つの型により軸方向に
垂直な方向に圧下を加えて４６ｍｍ厚さとした。次い
で、通常の曲げ打ちを行って鍛造荒地を作製し、通常と
同様に９０度軸回りに回転させた姿勢で荒打ち型上に配
置し、通常の荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きを行っ
て、所定形状のクランク軸を加工した。

【００３８】製造法２：上記の製造法１と同様の角ビレ
ットを素材として、これらを１２６０℃に加熱した後、
素材のフロント相当部を型押しによって圧下を加え、厚
さ６８ｍｍにした。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛
造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させ
た姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打
ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工
した。

【００３９】製造法３：上記の製造法１と同様の角ビレ
ットを素材として、これらを１２６０℃に加熱した後、
素材のフロント相当部を型押しによって圧下を加え、厚
さ２３ｍｍにした。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛
造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させ
た姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打
ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工
した。

【００４０】製造法４：ロール成形後に曲げ打ち、荒打
ち及び仕上げ打ちし、更に、バリ抜きを行う従来法で一
体形クランク軸を作製した。すなわち、上記の製造法１
と同様の角ビレットを素材として、これらを１２６０℃
に加熱した後、レデュースロールで、素材のフロント相
当部に軸絞りを加え、先端部分を断面が４１ｍｍ×４１
ｍｍの形状に成形した。次いで、通常の曲げ打ちを行っ
て鍛造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転
させた姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上
げ打ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を
加工した。

【００４１】上記の各製造法でクランク軸を製造した結
果は次のようになった。

【００４２】本発明に係る製造法１によって、図２に示
すクランク軸を製造する場合、素材角ビレットのフロン
ト相当部の体積が２１８ｃｍ³ 未満であると、製品フロ
ント部に欠肉が生じた。しかし、素材角ビレットのフロ
ント相当部の体積が２１８ｃｍ³ 以上の場合には、製品
フロント部に欠陥の無い良好な製品が得られた。この２
１８ｃｍ³ という体積は、後述の従来法である製造法４
で良好な製品を得るための素材角ビレットのフロント相
当部の体積２２４ｃｍ³ よりも小さく、したがって、従
来法に比べて歩留りを高くできることが明らかである。

【００４３】製造法２によって、図２に示すクランク軸
を製造する場合、素材角ビレットのフロント相当部の体
積が２２９ｃｍ³ 以上であれば、製品フロント部に欠陥
の無い良好な製品が得られた。しかし、この場合、従来
法（製造法４）で良好な製品を得るための素材角ビレッ
トのフロント相当部の体積２２４ｃｍ³ よりも大きな体
積が必要で、従来法よりも歩留りが低くなってしまう。

【００４４】製造法３によって、図２に示すクランク軸
を製造する場合、荒打ち時にフロント相当部に座屈が生
じ、フロント相当部の体積に関わりなく、製品フロント
部には疵が生じた。

【００４５】従来法である製造法４によって、図２に示
すクランク軸を製造する場合、素材角ビレットのフロン
ト相当部の体積が２２４ｃｍ³ 以上であれば、鍛造荒地
のフロント端面に生じた凹みによる疵が製品部分から外
に押し出されるため、製品フロント部に欠陥の無い良好
な製品が得られた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、一体形クランク
軸のフロント部に相当する部位の端面に凹みを生じさせ
ることがないので、フロント部の歩留まりを高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】素材のビレット形状とそのフロント相当部を加
工した後の形状を説明する図で、（ａ）は素材の角ビレ
ット形状、（ｂ）はフロント相当部をロール成形した場
合の形状、（ｃ）はフロント相当部を本発明に係る型押
しで成形した場合の形状である。

【図２】４気筒用のピン数４、カウンターウェイト数８
の一体形クランク軸を示す図で、（ａ）は側面図、
（ｂ）は正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福留 祐樹 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E087 AA10 BA14 CB12 HA32 HB17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する２つの型によって、一体形クラン
   ク軸のフロント部に相当する素材の部位を、素材の軸方
   向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になる
   ように圧下することを特徴とする一体形クランク軸鍛造
   荒地の製造方法。