JP2003326332A - クランク軸の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジャーナル部での滑りはもとより径を細らせ
ることなく、且つ単位クランクスロー部分の欠肉や、隣
り合う単位クランクスロー間の寸法不良を発生させるこ
となくクランク軸を成形し得るクランク軸の成形方法を
提供する。 【解決手段】 部分加熱された丸棒状素材１１のピン部
１３および該ピン部１３両側のアーム部１４を挟む両側
にあるジャーナル部１２を、一対の把持ダイス４にて把
持し、これら把持ダイス４を、クロスヘッド１の圧下に
連動させて互いに接近する方向に駆動することで、素材
１１の二つのアーム部１４を、その軸方向に圧縮すると
ともに、これらアーム部１４、１４間のピン部１３を、
クロスヘッド１に連結されたポンチ６、８にて、素材１
１の軸直角方向に押し下げて、単位クランクスロー部を
成形するクランク軸の成形方法において、ピン部１３の
押し下げを所定量行った後にアーム部１４の軸方向圧縮
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク軸の成形
方法に関し、特には、改善されたＲＲ鍛造法およびＴＲ
鍛造法によるクランク軸の成形方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】クランク軸をＣＧＦ(Continuous Grain
Flow) 鍛造する方法として、ＲＲ鍛造法およびＴＲ鍛造
法が広く知られている。これら鍛造法に用いられるＲＲ
およびＴＲ鍛造装置を、図５および図６に例示する。

【０００３】図５は、従来のＲＲ鍛造装置の概要説明図
であり、その左方は素材を把持した成形開始時点、右方
は成形終了時点それぞれの状態を示す。このＲＲ鍛造装
置は、図の右方に示すように、図示省略する主プレスの
圧下に伴うクロスヘッド１の圧下力Ｐを、傾斜摺動板２
を介して、把持ダイス４を備えた一対の摺動台３に伝達
させ、その圧下力Ｐの水平方向の分力Ｆにて、部分加熱
された丸棒状素材（以下素材と言う）１１のアーム部１
４を軸方向に圧縮すると共に、クロスヘッド１に連結さ
れた上ポンチ６にて素材１１のピン部１３を軸直角方向
に押し下げて、素材１１の単位クランクスロー部を成形
する構成とされている。

【０００４】また、把持ダイス４は、クロスヘッド１の
両側に設けたダイス押えシリンダ５にて一定の把持圧力
を付与される。そして、上ポンチ６は、ポンチシリンダ
７を介してクロスヘッド１に連結される一方、その下方
には、アンビルシリンダ９を介して台盤１０に連結され
た下ポンチ８が設けられてあり、成形過程における素材
１１のピン部１３は、これら上下ポンチ６、８にて上下
より一定圧力で把持されている。

【０００５】また、上ポンチ６の上端および下ポンチ８
の下端には、クロスヘッド１の下面および台盤１０の上
面に当接して退没程度を規定する拡径ストッパ６ａ、８
ａが設けてあり、これにより上下ポンチ６、８はクラン
ク素材１１のピン部１３を把持して限定された範囲で昇
降するものとされている。

【０００６】上記従来のＲＲ鍛造装置によるクランク軸
の成形方法を、図７乃至図１１を参照して概略説明す
る。まず、図７に示すように、素材１１のジャーナル部
１２を対の把持ダイス４にて把持し、ピン部１３を上下
ポンチ６、８にて把持する。次に、クロスヘッド１の圧
下により、対の摺動台３を内側に駆動し、図８に示すよ
うに、アーム部１４の予備圧縮を行なう。所定量の予備
圧縮を行った後に、ポンチシリンダ７の設定リリーフ圧
を高く変更して、その後退を停止させることで、上ポン
チ６をクロスヘッド１の圧下動に直動して圧下させ、図
９に示すように、ピン部１３の押し下げを行う。このと
き、上ポンチ６の上端に設けたストッパ６ａ上面とクロ
スヘッド１の下面との間に、図７に示すように、所定の
間隔Δｌが残される。

【０００７】クロスヘッド１の圧下が進み、下ポンチ８
が下死点に達したとき、上ポンチ６の圧下が停止すると
共に、ポンチシリンダ７が上方に押し戻され、図１０に
示すように、上ポンチ６のストッパ６ａの上面とクロス
ヘッド１の下面とが当接して、上記の遊び間隔Δｌが解
消され、クロスヘッド１の圧下が停止する。また、この
遊び間隔Δｌが解消されるまでの間に、軸方向の圧縮が
進み、図１１に示すように、アーム部１４の最終圧縮が
行われる。

【０００８】以上のように、この従来のＲＲ鍛造装置に
よるクランク軸の成形方法では、アーム部１４の予備圧
縮工程、ピン部１３の押し下げ工程、アーム部１４の最
終圧縮工程の三段階からなる成形を実施することができ
る。

【０００９】図６は、従来のＴＲ鍛造装置の概要説明図
であり、その左方は素材を把持した成形開始時点、右方
は成形終了時点それぞれの状態を示す。

【００１０】このＴＲ鍛造装置は、図６の右方に示すよ
うに、クロスヘッド２１の圧下力Ｐを、トグルコネクタ
ー２２を介して、把持ダイス２４を組み込んだ一対の摺
動台２３に伝達させ、その圧下力の垂直方向の分力にて
把持ダイス２４の把持力を得る一方、水平方向の分力Ｆ
にて、部分加熱された丸棒状素材１１のアーム部１４を
軸方向に圧縮すると共に、クロスヘッド２１に連結され
たベンディングフォーク２５にて素材１１のピン部１３
を軸直角方向に押し下げて、素材１１の単位クランクス
ロー部を成形する構成とされてある。

【００１１】上記従来のＴＲ鍛造装置を用いるクランク
軸の成形方法は、クロスヘッド２１に直結されたベンデ
ィングフォーク２５にてピン部１３の押し下げが行わ
れ、その成形工程がアーム部１４の予備圧縮工程と、ピ
ン部１３の押し下工程との二段階からなる点、および、
クロスヘッド２１と摺動台２３間の加圧力伝達手段が異
なる点以外は、上記従来のＲＲ鍛造装置によるクランク
軸の成形方法と基本的に同様な方法となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、図８に示すように、アーム部１４の予備圧縮を
行った後に、ポンチシリンダ７の設定リリーフ圧を高く
変更して、その後退を停止させることで、上ポンチ６を
クロスヘッド１の圧下動に直動して圧下させ、図９に示
すように、ピン部１３の押し下げを行っている。この方
法によると、図１２に示すように、アーム部１４からの
反力によりジャーナル部１２で材料の滑りが発生してア
ーム部１４だけでなく軸方向に材料が流れるため、成形
中の単位クランクスロー部分の材料不足による欠肉や、
隣り合う単位クランクスローとの間隔の変化による寸法
不良が発生する。そこで、ジャーナル部１２での押さえ
力を大きくすると、ジャーナル部１２での滑りが抑制さ
れるものの、今度はジャーナル部１２に塑性変形が生じ
て所定の径が得られなくなる。他の改善策として、素材
１１の両端部や、成形済みアーム部１４の側面、素材１
１の未成形部分の段差部分を軸方向に押付ける手段を設
けることも考えられるが、構造が複雑になり実用的でな
い。

【００１３】本発明は、上記の事情に基づいてなされた
ものであって、その目的は、ジャーナル部での滑りはも
とより径を細らせることなく、且つ単位クランクスロー
部分の欠肉や、隣り合う単位クランクスロー間の寸法不
良を発生させることなくクランク軸を成形し得るクラン
ク軸の成形方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明（請求項１）に係るクランク軸の成形方法
は、部分加熱された丸棒状素材のピン部および該ピン部
両側のアーム部を挟む両側にあるジャーナル部を、一対
の把持ダイスにて把持し、これら把持ダイスを、クロス
ヘッドの圧下に連動させて互いに接近する方向に駆動す
ることで、素材の二つのアーム部を、その軸方向に圧縮
するとともに、これらアーム部間のピン部を、クロスヘ
ッドに連結されたポンチにて、素材の軸直角方向に押し
下げて、単位クランクスロー部を成形するクランク軸の
成形方法において、ピン部の押し下げを所定量行った後
にアーム部の軸方向圧縮を行うものである。

【００１５】上記の構成では、ピン部の押し下げがアー
ム部の軸方向圧縮に先行して所定量行われるので、その
後のアーム部の軸方向圧縮の初期において、アーム部
は、軸方向圧縮に加えてピン部とジャーナル部間での曲
げ変形を伴いながら成形されるため、ジャーナル部での
軸方向にかかる力が低減でき、これにより、ジャーナル
部での滑りはもとより径を細らせることなく、且つ単位
クランクスロー部分の欠肉や、隣り合う単位クランクス
ロー間の寸法不良を発生させることなくクランク軸を成
形することができる。

【００１６】そして、上記本発明（請求項１）のクラン
ク軸の成形方法にあっては、アーム部の軸方向圧縮前の
ピン部の押し下げ量を、成形品クランク軸のジャーナル
部軸中心とピン部軸中心間距離の５〜３０％、且つ、素
材のアーム部径の５０％を超えない範囲とすることが好
ましい。その理由は、アーム部の軸方向圧縮前のピン部
の押し下げ量は、形状的にはゼロから成形品クランク軸
のジャーナル部の軸中心とピン部の軸中心間の距離（偏
心量）までの値を取ることが可能であって、その値が大
きいほど上述の作用効果が期待できるものの、ピン部の
押し下げ量が大きくなると、アーム部に引張り変形を施
すことになり、大きな荷重が必要となるばかりでなく、
素材の割れ等の欠陥を招くこととなることから、アーム
部の軸方向圧縮前のピン部の押し下げ量を前記の範囲に
限定することが好ましいとしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係るクランク軸の
成形方法を適用するための加工装置の構成を示す説明図
である。この図に示す装置は、図５に示す従来のＲＲ鍛
造装置の、クロスヘッド１のポンチシリンダ７が設けら
れている部位に貫通孔１５を設け、当該貫通孔１５に、
ポンチシリンダ７を内部に設けたプッシャ部材１６を摺
動可能に設けた構成とした外は、基本的に図５に示す従
来のＲＲ鍛造装置と同じ構成の装置である。

【００１８】上記本発明に係るＲＲ鍛造装置によるクラ
ンク軸の成形方法では、従来同様に丸棒状素材１１のジ
ャーナル部１２をダイス押えシリンダ５の作動により対
の把持ダイス４にて把持し、ピン部１３をポンチシリン
ダ７とアンビルシリンダ９の作動により上下ポンチ６、
８にて把持した後、主プレス１７の圧下に伴いクロスヘ
ッド１に圧下力Ｐが付与されることになるが、その主プ
レス１７の圧下初期に、図２に示すように、まずプッシ
ャ部材１６が圧下され上下ポンチ６、８にて把持したピ
ン部１３の所定量の押し下げが行われる。そして、その
後の更なる主プレス１７の圧下に伴いクロスヘッド１に
圧下力Ｐが付与され、以降、図７乃至図１１に示す従来
と同様の要領で単位クランクスローの成形がなされる。

【００１９】而して、主プレス１７の圧下初期には、従
来の成形方法の場合の圧下初期のように図１２に示すよ
うなアーム部１４からの反力がないので、ジャーナル部
での軸方向にかかる力が低減でき、これにより、ジャー
ナル部での滑りはもとより径を細らせることなく、且つ
単位クランクスロー部分の欠肉や、隣り合う単位クラン
クスロー間の寸法不良を発生させることなくクランク軸
を成形することができる。

【００２０】因みに、実用装置に対して約１／１５の上
記図１に示すモデル実験装置を製作し、鉛の丸棒状素材
を被加工材として本発明の効果を確認した。なお、実機
では素材加熱を行っているが、本実施例では鉛を被加工
材としているため室温での成形加工とした。また、成形
前の素材（被加工材）の各部寸法、及び成形品の各部寸
法は、素材アーム部長さを２２．０ｍｍとし、この素材
アーム部長さを基準に以下のような比率の寸法仕様とし
た。 素材アーム部：長さ／径＝１．５ 成形品アーム部：厚さ／素材アーム部長さ＝０．２５ 素材アーム部径＝１．０５×ピン部径＝１．０５×ジャ
ーナル部 ジャーナルとピン間偏心量／ピン部径＝１．１

【００２１】本例のクランク軸の成形では、図３に示す
ように、アーム部軸方向圧縮前のピン部の初期押し下げ
量を、ピン部の全押し下げ量（＝ジャーナル部の軸中心
とピン部の軸中心間の偏心量）の２０％とした。これに
より、従来技術ではジャーナル部への材料流動が素材ア
ーム部体積の５％であったものが、本実施例では約１％
に低減され、寸法精度の良いクランク軸成形品を得た。
同時に、アーム部圧縮開始時のアーム部圧縮軸方向荷重
が、従来技術による方法に比較して１３％低減された。
なお、図３ａは本発明例（実施例）におけるアーム部圧
縮量とピン部押し下げ量の関係を示す図、図３ｂは比較
のために示す従来技術におけるアーム部圧縮量とピン部
押し下げ量の関係を示す図である。

【００２２】一方、比較のためアーム部１４の軸方向圧
縮前のピン部１３の初期押し下げ量をピン部１３の全押
し下げ量の５０％として、上記実施例の要領でクランク
軸の成形加工を行ったところ、図４に示すように、成形
後のアーム部１４にａ１、ａ２で示すような欠肉が発生
し、製品寸法も不良となった。

【００２３】なお、上述した例ではＲＲ鍛造装置を例に
クランク軸の成形方法を説明したが、本発明はこの例に
限定されるものではなく、ＴＲ鍛造装置であっても、上
述したＲＲ鍛造装置の場合と同様に、クロスヘッド２１
に連結されているベンディングフォーク２５の部位に貫
通孔１５を設け、当該貫通孔１５に、ベンディングフォ
ーク２５を連結して設けたプッシャ部材１６を摺動可能
に設ける構成とすることで、上述したＲＲ鍛造装置と同
様の要領で、欠肉や、製品寸法を抑制したクランク軸の
成形ができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るクラ
ンク軸の成形方法によれば、ジャーナル部での滑りはも
とより径を細らせることなく、且つ単位クランクスロー
部分の欠肉や、隣り合う単位クランクスロー間の寸法不
良を発生させることなくクランク軸を成形することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクランク軸の成形方法を適用する
ための加工装置の構成を示す説明図である。

【図２】本発明に係るクランク軸の成形方法を適用した
場合の圧下初期の、ピン部、アーム部、ジャーナル部の
状態を示す説明図である。

【図３】クランク軸の成形の際のアーム部圧縮量とピン
部押し下げ量の関係を示す図であって、ａは本発明例
（実施例）の場合、ｂは従来技術の場合の例である。

【図４】比較のために行ったクランク軸の成形で発生し
たアーム部の欠肉を示す説明図である。

【図５】従来のＲＲ鍛造装置の説明図である。

【図６】従来のＴＲ鍛造装置の説明図である。

【図７】従来のＲＲ鍛造装置による成形工程説明図であ
る。

【図８】従来のＲＲ鍛造装置による成形工程説明図であ
る。

【図９】従来のＲＲ鍛造装置による成形工程説明図であ
る。

【図１０】従来のＲＲ鍛造装置による成形工程説明図で
ある。

【図１１】従来のＲＲ鍛造装置による成形工程説明図で
ある。

【図１２】従来のＲＲ鍛造装置でクランク軸の成形を行
った場合の圧下初期の、ピン部、アーム部、ジャーナル
部の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１：クロスヘッド ２：傾斜摺動板
３：摺動台 ４：把持ダイス ５：ダイス押えシリンダ
６：上ポンチ ７：ポンチシリンダ ８：下ポンチ
９：アンビルシリンダ １０：台盤 １１：丸棒状素材 １
２：ジャーナル部 １３：ピン部 １４：アーム部 １
５：貫通孔 １６：プッシャ部材 １７：主プレス Ｆ：水平方向の分力 Ｐ：圧下力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部分加熱された丸棒状素材のピン部およ
   び該ピン部両側のアーム部を挟む両側にあるジャーナル
   部を、一対の把持ダイスにて把持し、これら把持ダイス
   を、クロスヘッドの圧下に連動させて互いに接近する方
   向に駆動することで、素材の二つのアーム部を、その軸
   方向に圧縮するとともに、これらアーム部間のピン部
   を、クロスヘッドに連結されたポンチにて、素材の軸直
   角方向に押し下げて、単位クランクスロー部を成形する
   クランク軸の成形方法において、ピン部の押し下げを所
   定量行った後にアーム部の軸方向圧縮を行うことを特徴
   とするクランク軸の成形方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクランク軸の成形方法
   であって、アーム部の軸方向圧縮前のピン部の押し下げ
   量を、成形品クランク軸のジャーナル部軸中心とピン部
   軸中心間距離の５〜３０％、且つ、素材のアーム部径の
   ５０％を超えない範囲とするクランク軸の成形方法。