JP2008155275A - 一体型クランク軸の鍛造装置 - Google Patents

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【課題】一体型クランク軸の形状に応じて、アプセット工程とオフセット工程でのアーム部の圧縮量の配分を変化させることにより、クランク軸を歩留まりよく成形する鍛造装置を提供することである。
【解決手段】部分加熱された丸棒状素材のジャーナル部を把持する一対の把持ダイスと、上端をクロスヘッドに連接された素材のアーム部間のピン部を押下げる押下げ用ポンチと、前記一対の把持ダイスをそれぞれ支持する摺動台3に配置した傾斜盤14と、丸棒状素材の二つのアーム部をその軸方向に圧縮するため、傾斜盤に摺動し、クロスヘッドの圧下に連動して一対の把持ダイスを互いに接近する方向に駆動させるための傾斜摺動部材を備えた一体型クランク軸の鍛造装置で、傾斜盤14および傾斜摺動部材を、傾斜角調整手段を用いてそれぞれの傾斜角θが可変となるようにした。
【選択図】図1

Description

この発明は、大型・中速ディーゼル機関に使用される一体型クランク軸を、その形状に応じて歩留まりよく成形する鍛造装置に関する。
舶用や発電機用などに使われているディーゼル機関用クランク軸には,一体型クランク軸と組立型クランク軸がある。その中でも中小型のディーゼル機関には一体型クランク軸が用いられており,その製造方法としてはRR鍛造法,TR鍛造法,多軸プレスによる方法などが知られている。このうち、クランク軸をCGF(Continuous Grain Flow) 鍛造する方法として、広く知られているRR鍛造方法は、1回の鍛造で1気筒分のジャーナル軸、ピン軸、アーム部を作る鍛造方法であり、このRR鍛造法に用いられるRR鍛造装置の概要を図6(a)〜(c)に示す。図6(a)は丸棒状素材5を把持した成形開始時点の状態を、図6(b)はアーム部を予備圧縮するアプセット成形工程を、図6(c)はピン部の成形とアーム部の横圧縮を同時に行なうオフセット工程を示している。前記丸棒状素材5は、素材丸棒に、アーム部6(6a)を挟んで、ピン部8とジャーナル部11とを予備加工して形成されている。このRR鍛造装置は、主プレス(図示省略)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、この圧下力Pの水平方向の分力Fの作用により、部分加熱された丸棒状素材(以下素材と記す)5のアーム部6、6a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7にて素材5のピン部8をその軸に直角方向に押し下げて、素材5の単位クランクスロー部を成形する装置構成となっている。このように、クロスヘッド1および摺動台3間の加圧伝達手段に傾斜摺動板2を用いたRR鍛造装置が、例えば、特許文献1および2に記載されている。
特開平2−133139号公報 特開2003−326332号公報
前記RR鍛造装置では、オフセット工程でのアーム部6、6の最終圧縮時に、プレス力量不足を補うため、およびアーム部6、6の厚さを目標寸法に早く到達させるために、横押しシリンダ(図示省略)が設置されている。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9、9により一定の把持圧力を付与される。そして、上ポンチ7は、ポンチシリンダ(図示省略)を介してクロスヘッド1に連結され、その下方には、アンビルシリンダ(図示省略)を介して台盤(図示省略)に連結された下ポンチ10が設けられている。成形過程における素材5のピン部8は、これらの上下ポンチ7、10により上下から一定圧力で把持されている。
また、上ポンチ7の上端および下ポンチ10の下端には、クロスヘッド1の下面1aおよび台盤の上面に当接して退没程度を規定する拡径ストッパ7a、10aが設けられ、この拡径ストッパ7a、10aにより上下ポンチ7、10はクランク素材15のピン部8を把持して限定された範囲で昇降するようになっている。
上記従来のRR鍛造装置によるクランク軸の成形方法を、さらに図7および図8を参照して概略説明する。まず、図6(a)に示したように、素材5のジャーナル部11を一対の把持ダイス4、4にて把持し、ピン部8を上下ポンチ7、10にて把持する。次に、クロスヘッド1の圧下により、傾斜傾動板2を介して一対の摺動台3を内側に駆動し、図7に模式的に示すように、アーム部6、6の予備圧縮を行なう(アプセット工程)。アプセット工程で、所定量の予備圧縮を行った後に、上ポンチ7をクロスヘッド1の圧下動に直動して圧下させ、図8に模式的に示すように、横圧縮を行ないながらピン部8の押し下げを行う(オフセット工程)。このオフセット工程の後半に、前記クロスヘッド1から傾斜摺動板2を介して得られる圧下力Pの水平方向の分力F、すなわち横圧縮荷重が不足し、アーム部6、6を所要の厚さまで圧縮できないため、横押しシリンダを作動させて最終圧縮を行なう(図9参照)。
このように、RR鍛造装置によるクランク軸の成形方法では、アーム部6の予備圧縮を行なうアプセット工程と、前記水平分力Fにより横圧縮を行ないながらピン部8の押し下げを行なうオフセット工程からなる成形が実施される。
前記RR鍛造方法では、上述のように、変形挙動は横圧縮(アーム部の成形(アプセット成形))とポンチによる偏芯(ピン軸の成形(オフセット成形))の2種類があり、プレス挙動や、バリの発生や金型充満状態など素材の変形挙動が複雑である。その上、クロスヘッド1および摺動台3間の加圧伝達手段に用いる傾斜摺動板2の傾斜角θが固定されているため、クランク軸の製品形状(スロー)が決まると、アーム部6の、アプセット工程における圧縮量とオフセット工程における圧縮量の配分が自動的に定まり、これらの成形工程で発生するアーム部周縁の形状不良部分をコントロールできず、クランク軸形状によっては成形歩留がわるく、歩留改善の余地があった。
そこで、この発明の課題は、一体型クランク軸の形状に応じて、アプセット工程とオフセット工程でのアーム部の圧縮量の配分を変化させることにより、クランク軸を、その形状に応じて歩留まりよく成形する鍛造装置を提供することである。
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
請求項1に係る一体型クランク軸の鍛造装置は、クロスヘッドの下方に配設され、部分加熱された丸棒状素材のジャーナル部を把持する一対の把持ダイスと、これら一対の把持ダイスの間の上下方向に配設され、その上端をクロスヘッドに連接された素材のアーム部間のピン部を押下げる押下げ用ポンチと、前記一対の把持ダイスをそれぞれ支持する摺動台に配置した傾斜盤と、丸棒状素材の二つのアーム部をその軸方向に圧縮するため、前記傾斜盤に摺動し、クロスヘッドの圧下に連動して一対の把持ダイスを互いに接近する方向に駆動させるための傾斜摺動部材を備えたクランク軸の鍛造装置において、前記傾斜盤および傾斜摺動部材を、傾斜角調整手段を用いて傾斜角がそれぞれ可変となるようにしたことを特徴とする。
このように傾斜角を可変にすれば、種々のクランク軸製品形状に対応して、アプセット工程における横圧縮量とオフセット工程における横圧縮量の配分を変化させることができるため、アーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることが可能となり、成形歩留を向上させることができる。
請求項2に係る一体型クランク軸の鍛造装置は、前記傾斜盤の傾斜角調整手段が、油圧シリンダを用いた角度調整手段であり、この油圧シリンダを前記傾斜盤の傾斜方向の中程から両端側にかけて、それぞれ少なくとも1本設け、前記傾斜方向の中程に支点を設けて、前記それぞれの油圧シリンダを作動させるようにし、かつ、前記傾斜調整部材の角度調整手段が、前記クロスヘッドとの間に介在させたスペーサであることを特徴とする。
このようにすれば、上記スペーサの大きさを変えることにより、上記傾斜調整部材を所要の傾斜角に調節することができ、また、前記傾斜盤の傾斜方向の中程から両端側にかけての油圧シリンダのストロークをそれぞれ調節することにより、前記傾斜調整部材に平行となるように、上記支点の周りに傾斜盤の傾斜角を自在に調節することができる。
請求項3に係る一体型クランク軸の鍛造装置は、前記支点を油圧シリンダにより形成するようにしたことを特徴とする。
このように、油圧シリンダにより前記支点を形成すれば、傾斜角の調節を円滑に行なうことができ、また、角度調節範囲も広くとることが可能となる。
請求項4に係る一体型クランク軸の鍛造装置は、前記傾斜角調整手段が、前記摺動台と傾斜盤との間に介在させた、前記傾斜方向に直径の異なる複数の円筒状ころを備えたスペーサ部材であり、前記傾斜方向に前記直径が一様に異なるように、前記複数の円筒状ころを配置したことを特徴とする。
このようにすれば、より簡便な機構で傾斜盤の傾斜角を変化させることができる。
この発明では、油圧シリンダまたは円筒状ころを備えたスペーサなどの傾斜角調整手段を用いて、RR鍛造装置の摺動台に配置した傾斜盤の角度を変化させることを可能としたので、アプセット工程における横圧縮量とオフセット工程における横圧縮量の配分を変化させることができるため、種々のクランク軸製品形状に対応して、素材形状を最適化してアーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることが可能となり、成形歩留を向上させることができる。
以下に、この発明の実施形態を添付の図1から図5に基づいて説明する。
図1は、実施形態のRR鍛造装置(図6参照)の摺動台3(矢印A:摺動方向)に配置された傾斜盤14の、油圧シリンダを用いた傾斜角調整手段を模式的に示したものである。前記摺動台3の内部の、傾斜盤14の傾斜方向の中程、および中程から両端側にかけた位置に、傾斜盤14の傾斜角θを変えるための油圧シリンダ15a、15b、15cがそれぞれ設置されている。前記傾斜盤14の中程の位置に設置した油圧シリンダ15aのピストンロッド16aのストロークは固定され、傾斜盤14の傾斜角θを変える際の支点17が形成されている。この支点17の上方側の油圧シリンダ15bのピストンロッド16bを前進させ、この前進動作に対応して、下方側の油圧シリンダ15cのピストンロッド16cを後退させることにより、傾斜盤14の傾斜角θは小さくなる方向に調整される。また、前記下方側の油圧シリンダ15cのピストンロッド16cを前進させ、この前進動作に対応して、上方側の油圧シリンダ15bのピストンロッド16bを後退させることにより、傾斜盤14の傾斜角θは小さくなる方向に調整される。前記摺動台3は、一対の把持ダイス4に対してそれぞれ2台設置されているため、前記油圧シリンダ15a、15b、15cを用いた傾斜角調整手段は、4基設置されている。
前記摺動台3に対向してクロスヘッド1に取付けられ傾斜台18に配置された傾斜摺動板2(図6(a)〜(c)参照)については、図2に模式的に示すように、傾斜摺動部材2a(傾斜摺動板2)とクロスヘッドとの間にスペーサ19a〜19cを介在させて、すなわち、クロスヘッド1に取付けられた前記傾斜台18に、傾斜方向に大きさ(厚さd)が一様に異なるように配列した前記スペーサ19a〜19cを介して、傾斜摺動部材2aがボルトなどの締結手段によって取り付けられ、傾斜角θを可変に調節できるようになっている。そして、まず、所要の傾斜角θが得られるように、予め準備した大きさ(厚さd)の異なるスペーサの中から、必要な大きさ(厚さd)のスペーサ19a〜19cを選択して傾斜摺動部材2aを傾斜台18に取り付けた後、上記油圧シリンダ15a〜15cを操作して、傾斜盤14が傾斜摺動部材2aと平行になるように、その傾斜角θを調節することにより、傾斜摺動部材2aと傾斜盤14とが所要の傾斜角θに調整され、前述のように、クロスヘッド1の圧下動に伴って、矢印Aで示したように、アーム部6の横圧縮が行なわれる(図1参照)。前記スペーサ19a〜19cは必ずしも3個に限定する必要はなく、調整すべき傾斜角θに応じて、所要数のスペーサを配列することができる。なお、傾斜角θを調整した後の摺動台3と傾斜盤14との隙間(空隙部)20(図1参照)に、予め調整傾斜角θに合せて準備しておいたスペーサを挿入すれば、プレス荷重を安定して受けることができる。
図3(a)および(b)は、従来の傾斜摺動板2(図6参照)の傾斜角θが一定(θ=37°)の場合と、図1および図2に示した機構の傾斜盤14と傾斜摺動部材2aを用いて可変としてθ=25°に調整した場合の、変形挙動を模式的に示したものである。θ=37°の場合に比べて、θ=25°の場合では、プレスストロークSが等しい場合でも、アプセット工程における所要のアーム6の厚さtaまでの圧縮量(横圧縮量)kaが少ない分だけ(ka<kb)、素材5の長さを短くすることができる(すなわち、La<Lb)。このため、前述のオフセット工程における、アーム部6の最終厚さtgまでの圧縮量が少なくて済み((ta-tg)<(tb-tg))、ピン部8側のアーム角部(図9参照、○印部)での引きつられ量が減少し、すなわち余肉が少なくなる現象が回避され、アーム部周縁の形状不良が改善される。
表1は、製品形状が異なる2種類のクランク軸A(クランクスロー幅300mm、高さ500mm、ピン部とジャーナル部との中心間距離200mm)、B(クランクスロー幅500mm、高さ800mm、ピン部とジャーナル部との中心間距離300mm)について、従来技術の傾斜角θが固定でθ=37°の場合、本発明の傾斜角θが可変でθ=25°に調整した場合の素材形状から鍛造仕上がり形状を経て製品形状に加工したときの製品歩留を示す。クランク軸形状A、Bのいずれの場合でも、本発明により、傾斜角θを調整した場合の方が、製品歩留が明瞭に向上することがわかる。
図4は、素材形状(直径Dおよび長さL)が同一の場合、従来技術の傾斜角θが固定の場合(θ=37°)と、本発明の傾斜角θが可変の場合(図1および図2に示した機構を用いてθ=25°に調整)の、アプセット工程終了後およびオフセット工程終了後の被加工材(被鍛造材)の形状を模式的に示したものである。傾斜角θが37°の固定の場合に比べて、傾斜角が可変で25°に調整した場合の方が、オフセット工程でのアーム部6の横圧縮量(アプセット工程終了時のアーム部6の厚さta1-オフセット工程終了時のアーム部6の厚さta2)を、θ=37°の場合に比べて小さくして(すなわち、(ta1-ta2)<(tb1-tb2))所要量のピン部8の押し下げを行なうことができる。それによって、アーム部周縁の形状不良部分の段差の差(C1−C2)を小さくすることができ、機械加工工程数が少なくて済む。これに対し、傾斜角θが37°の場合には、傾斜角θが25°場合に比べてオフセット工程で所要量のピン部8の押し下げを行なう際のアーム部6の横圧縮量(tb1−tb2)が大きくなるため、アーム部周縁の形状不良部分の段差の差(C1−C2)が多くなり、機械加工工程数も多くなる。
図5は、他の実施形態のRR鍛造装置(図6参照)の摺動台3に配置された傾斜盤14の、円筒状ころを備えたスペーサ部材を用いた傾斜角調整手段を模式的に示したものである。前記摺動台3の傾斜面3aに、例えば、ピン21a〜21cにより、複数の、例えば3つのスペーサ22a、22b、22cを、所要の間隔d1、d2を確保して固定する。そして、この間隔d1、d2の部分に、直径の異なる円筒状ころ23a、23b、23cを、傾斜面3aの上流側から直径の大きい順番に、すなわち円筒状ころ23a、23b、23cの順番に挿入すると、傾斜角θを、傾斜面3aの傾斜角、すなわち従来の固定傾斜角θfよりも小さく調整することができる(θ<θf)。また、円筒状ころ23a、23b、23cを、傾斜面3aの上流側から直径の小さい順番に、すなわち23c、23b、23aの順番に挿入すると、傾斜角θを、固定傾斜角θfよりも大きく調整することができる(θ>θf)。このようにしても、傾斜盤14の傾斜角θを可変にして、アーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることができる。なお、傾斜盤14は、例えば、摺動台3の摺動面3a側の下部に設けた受け部(図示省略)によって上記傾斜角θの調節が可能となるように保持される。
この発明の実施形態の傾斜盤の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。 この発明の実施形態の傾斜摺動部材の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。 (a)一体型クランク軸の変形挙動を模式的に示す説明図である(従来技術)(b) 同上 (本発明) 一体型クランク軸の変形挙動を対比した説明図である。 他の実施形態の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。 (a)RR鍛造装置の説明図(成形開始状態)である。(b)RR鍛造装置による成形工程(アプセット工程)の説明図である。(c)RR鍛造装置による成形工程(オフセット工程)の説明図である。 RR鍛造装置による成形工程(アプセット工程)の説明図である。 RR鍛造装置による成形工程(オフセット工程)の説明図である。 RR鍛造装置による成形工程(オフセット(最終圧縮)工程)の説明図である。
符号の説明
1:クロスヘッド 1a:クロスヘッド下面 2:傾斜摺動板
2a:傾斜摺動部材 3:摺動台 3a:傾斜面
4:把持ダイス 5:素材 6:アーム部
7:上ポンチ 7a:拡径ストッパ 8:ピン部
9:ダイス押えシリンダ 10:下ポンチ 10a:拡径ストッパ
11:ジャーナル部 12a:上部ダイス 12b:側部ダイス
13:下部ダイス 14:傾斜盤 15a〜15c:油圧シリンダ
16a〜16c:ピストンロッド 17:支点 18:傾斜台
19a〜19c:スペーサ 20:隙間 21a〜21c:ピン
22a〜22c:スペーサ 23a〜23c:円筒状ころ

Claims (4)

  1. クロスヘッドの下方に配設され、部分加熱された丸棒状素材のジャーナル部を把持する一対の把持ダイスと、これら一対の把持ダイスの間の上下方向に配設され、その上端をクロスヘッドに連接された素材のアーム部間のピン部を押下げる押下げ用ポンチと、前記一対の把持ダイスをそれぞれ支持する摺動台に配置した傾斜盤と、丸棒状素材の二つのアーム部をその軸方向に圧縮するため、前記傾斜盤に摺動し、クロスヘッドの圧下に連動して一対の把持ダイスを互いに接近する方向に駆動させるための傾斜摺動部材を備えたクランク軸の鍛造装置において、前記傾斜盤および傾斜摺動部材を、傾斜角調整手段を用いてそれぞれの傾斜角が可変となるようにしたことを特徴とする鍛造装置。
  2. 前記傾斜盤の傾斜角調整手段が、油圧シリンダを用いた角度調整手段であり、この油圧シリンダを前記傾斜盤の傾斜方向の中程から両端側にかけて、それぞれ少なくとも1本設け、前記傾斜方向の中程に支点を設けて、前記それぞれの油圧シリンダを作動させるようにし、かつ、前記傾斜調整部材の角度調整手段が、前記クロスヘッドとの間に介在させたスペーサであることを特徴とする請求項1に記載の鍛造装置。
  3. 前記支点を油圧シリンダにより形成するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の鍛造装置。
  4. 前記傾斜盤の傾斜角調整手段が、前記摺動台と傾斜盤との間に介在させた、前記傾斜方向に直径の異なる複数の円筒状ころを備えたスペーサ部材であり、前記傾斜方向に前記直径が一様に異なるように、前記複数の円筒状ころを配置したことを特徴とする請求項1に記載の鍛造装置。
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