JP2010207827A - コンロッドの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造加工する際のコンロッドの厚みばらつきを抑えて重量ばらつきを抑える。
【解決手段】トランスファープレスにおける１サイクルのプレス加工中に、トランスファープレスに供給された素材を第１荒鍛造加工する第１荒鍛造工程Ｓ１と、この第１荒鍛造工程Ｓ１で加工した素材を第２荒鍛造加工する第２荒鍛造工程Ｓ２と、この第２荒鍛造工程Ｓ２で加工した素材を仕上げ鍛造加工する仕上げ鍛造工程Ｓ３と、この仕上げ鍛造工程Ｓ３で加工した素材をコイニング加工するコイニング工程Ｓ４と、荒鍛造加工時に発生したバリを除去するバリ取り工程Ｓ５と、を有する。コイニング工程Ｓ４によってコンロッドの厚さの精度を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、コネクティングロッドを鍛造加工により製造するコンロッドの製造方法及び製造装置に関する。

自動車に使用されるエンジン部品の一つであるコネクティングロッド（以下、主にコンロッドと呼ぶ）は、通常熱間鍛造によって製造している（下記特許文献１参照）。

特開２００６−３１２９７８号公報

ところで、上記したように鍛造品であるコンロッドは、鍛造加工によって厚みばらつきが生じやすく、これに伴い重量ばらつきが生じやすいものとなっている。コンロッドに重量ばらつきが生じると、特にＶ型エンジンなどにおいては、エンジン稼動時での気筒間のバランスが崩れエンジン性能の低下を招く。

そこで、本発明は、鍛造加工する際のコンロッドの厚みばらつきを抑えて重量ばらつきを抑えることを目的としている。

本発明は、トランスファープレスにおける少なくとも１サイクルのプレス加工動作中に、トランスファープレスに供給した素材を荒鍛造加工する荒鍛造工程と、荒鍛造加工後に仕上げ鍛造加工する仕上げ鍛造工程と、仕上げ鍛造加工後にコイニング加工するコイニング工程と、荒鍛造加工時に発生したバリを除去するバリ取り工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、仕上げ鍛造加工後にコイニング加工することで、鍛造加工する際のコンロッドの厚みばらつきを抑えることができ、これに伴い重量ばらつきを抑えることができる。この際、コイニング加工時でのプレス荷重は比較的小さくて済むことから、コイニング工程を、トランスファープレス加工とは別工程とせずに、仕上げ鍛造工程の後のトランスファープレス加工中に設定することで、プレス機械の設定最大荷重に大きな影響を与えることなく、上記した厚みばらつきを抑えることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係わるコンロッドの製造工程図である。 第１の実施形態によるトランスファープレス機械の簡略化した正面図である。 （ａ）は大端部を半割りした形状のコンロッドを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の大端部の半割り形状部分に締結する半割り部品の平面図である。 図１の５つの工程を２つのサイクルのプレス加工動作に振り分けて行う場合の説明図であり、（ａ）はコイニング工程と同時に第２荒鍛造工程を実施する場合、（ｂ）はコイニング工程と同時にアイドル工程が存在する場合を示す。 本発明の第４の実施形態に係わるコイニング型の断面図を、互いに異なる方向から（ａ），（ｂ）として示す。 本発明の第５の実施形態に係わるコイニング型の断面図を、互いに異なる方向から（ａ），（ｂ）として示す。 （ａ）は本発明の第６の実施形態に係わるコイニング型の断面図、（ｂ）は同トリム型の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
図３に示す自動車用エンジンなどに使用されるコンロッド１は、図２に示すトランスファープレス機械によって熱間鍛造加工する。このコンロッド１は、図３（ａ）に示すように、大端部３と、小端部５と、これら大端部３及び小端部５相互を繋ぐＩ（アイ）セクションと呼ばれるロッド部７とを備えている。なお、大端部３は、エンジンのクランクシャフトに連結するために半割り形状としており、この半割り形状部に図３（ｂ）に示す半割り部品（ベアリングキャップ）９をボルトにより組み付ける。

上記したトランスファープレス機械による加工手順としては、図１に示すように、第１荒鍛造工程Ｓ１→第２荒鍛造工程Ｓ２→仕上げ鍛造工程Ｓ３→コイニング工程Ｓ４→トリム工程（バリ取り工程）Ｓ５となる。

これらの各工程を、本実施形態では図２のトランスファープレス機械における１サイクル（上下の型保持部材１１，１３が１往復移動する動作）のプレス加工動作中に実施している。すなわち、このトランスファープレス機械は、上下の型保持部材１１，１３に、第１荒鍛造型１５，１７と、第２荒鍛造型１９，２１と、仕上げ鍛造型２３，２５と、コイニング型２７，２９と、バリ取り型であるトリム型３１，３３とを、素材Ｗの矢印Ａで示す順送り方向に沿って備えている。

丸棒状の素材Ｗは、第１荒鍛造型１５，１７相互間に投入された後は、プレス機械の１サイクルの動作ごとに、図示しないトランスファー機構によって第２荒鍛造型１９，２１相互間、仕上げ鍛造型２３，２５相互間、コイニング型２７，２９相互間を経てトリム型３１，３３相互間に順次送られた後、外部に搬出される。

このようなトランスファープレス機械においては、まず加熱した丸棒状の素材Ｗを、第１荒鍛造型１５，１７相互間に投入することで、熱間鍛造により１次荒加工し（第１荒鍛造工程Ｓ１）、１次荒加工後にさらに製品のコンロッド１により近い形状となるように第２荒鍛造型１９，２１によって２次荒加工する（第２荒鍛造工程Ｓ２）。これら第１荒鍛造工程Ｓ１と第１荒鍛造工程Ｓ２とで荒鍛造工程を構成している。

荒鍛造加工後は、仕上げ鍛造加工型２３，２５によってほぼ製品のコンロッド１に近い形状となるよう仕上げ加工し（仕上げ鍛造工程Ｓ３）、その後、コイニング型２７，２９によって圧縮荷重を付与してコイニング（サイジング）加工を実施する。このコイニング加工により、コンロッド１の厚さ（図３中で紙面に直交する方向の厚さ）を一定に確保する。コイニング加工後は、第１荒鍛造工程Ｓ１や第２荒鍛造工程Ｓ２で発生している周囲のバリ３５を、トリム型３１，３３によって除去する。

このように、本実施形態においては、コンロッド１を製造するにあたり、仕上げ鍛造加工後にコイニング加工することで、例えば重量調整のために、重量調整用に設けたボスの一部を鍛造加工後に適宜除去したり、あるいはベアリングキャップ締結時に重量の異なるボルト・ナットを使い分けるなどの煩雑な作業を行うことなく、コンロッド１の重量ばらつきを抑えることができる。

ここで、プレス機械においては、プレス時での最大荷重を設定圧として通常設けてあり、本実施形態のようなトランスファープレス機械においても同様である。このトランスファープレス機械においては、例えば、図２に示すように、第１荒鍛造型１５，１７からトリム型３１，３３まで、５組の金型を設けているが、上記した設定圧のために、通常ではこれら５組の金型のうち例えば１組をアイドル工程用（ワークの加工を実施しない）としている場合が多い。

一方、コイニング加工時でのプレス荷重については、その前工程の第１荒鍛造工程Ｓ１〜仕上げ鍛造工程Ｓ３などに比較的して小さくて済む。そこで、本実施形態では、プレス荷重の比較的小さいコイニング工程Ｓ４を、トランスファープレス加工とは別工程とせずに、トランスファープレス加工における仕上げ鍛造工程Ｓ３とトリム工程Ｓ５との間の、通常ではアイドル工程としている工程に設定することで、プレス機械の設定最大荷重に大きな影響を与えることなく、コンロッド１の厚みばらつきを抑えることが可能となる。

しかも、アイドル工程をなくすことで、プレス加工時でのトランスファープレス機械全体のバランスが向上し、より精密な鍛造加工が可能となる。

［第２の実施形態］
前記した第１の実施形態では、図２に示すトランスファープレス機械における上下の型保持部材１１，１３がそれぞれ上下に１往復移動する１サイクルのプレス加工動作中に、図１に示す、第１荒鍛造工程Ｓ１→第２荒鍛造工程Ｓ２→仕上げ鍛造工程Ｓ３→コイニング工程Ｓ４→トリム工程（バリ取り工程）Ｓ５の５つの全工程を実施していた。

これに代えて本第２の実施形態では、上記５つの工程を、複数（ここでは２つ）サイクルのプレス加工動作に振り分けて行う。具体的には、図２に示すトランスファープレス機械において、加工時には、上記図１の５つの工程のうち１工程おきにワーク（素材）が存在する形態とする。

すなわち、例えば図４（ａ）に示すように、１サイクルのプレス加工時に、第１荒鍛造工程Ｓ１と、仕上げ鍛造工程Ｓ３と、トリム工程（バリ取り工程）Ｓ５とを実施し、次の１サイクルのプレス加工時に、第２荒鍛造工程Ｓ２とコイニング工程Ｓ４とを実施する。なお、この図４において、○印が工程内に素材がある場合を示し、×印が工程内に素材がない場合を示している。

第２の実施形態では、図１に示した５つの工程を、複数（ここでは２つ）サイクルのプレス加工動作に振り分けて行っているので、１サイクルでのプレス加工時での最大荷重を低く抑えることができ、プレス機械の長寿命化を達成できるとともに、コイニング加工の際には、第２荒鍛造加工のみ行っているので、他の工程での影響を受けにくくなってコイニング加工での精度向上に寄与することができ、前記したコンロッド１の厚みばらつきをより確実に抑えることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、図４（ｂ）に示すように、上記図４（ａ）に示した第２の実施形態における第１荒鍛造工程Ｓ１と第２荒鍛造工程Ｓ２とを、１つの荒鍛造工程として、該荒鍛造工程と仕上げ鍛造工程Ｓ３との間にアイドル工程を設けている。

この場合、１サイクルのプレス加工時に、荒鍛造工程と、仕上げ鍛造工程Ｓ３と、トリム工程（バリ取り工程）Ｓ５とを実施し、次の１サイクルのプレス加工時には、アイドル工程とコイニング工程Ｓ４とを実施する。

このように、本実施形態では、コイニング工程Ｓ４と同時に他の加工を実質的に行っておらず、コイニング加工を単独で行っている。このため、本実施形態でのコイニング加工時には、他の鍛造加工などでの成形荷重のばらつきなどの影響を抑えることができ、加工精度を高めて前記したコンロッド１の厚みばらつきをより確実に抑えることができる。

［第４の実施形態］
図５は、コイニング工程Ｓ４での加工を、ロッド部７のみに限定して実施している。すなわち、本実施形態での上部の型保持部材１１に保持させてあるコイニング型２７Ａは、ほぼロッド部７のみを加圧するものである。

通常大端部３の両側面となるスラスト面３ａ及び、小端部５の両側面となるスラスト面５ａは、機械加工によって平坦面を形成するので、厚みのばらつきは発生しくい。したがって、厚みばらつきが発生しやすいロッド部７のみをコイニング加工することで、より少ない面積に対して荷重を付与することになってロッド部７の厚み精度を出しやすくなり、コンロッド１全体としての厚みのばらつきをより一層確実に抑えることが可能となる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態は、図６に示すように、コイニング工程Ｓ４での加工を、ロッド部７のみに限定して実施している点では、第４の実施形態と同様であるが、コイニング型２７Ｂを、緩衝手段としての油圧システム３７を介して上部の型保持部材１１に保持させている。

また、このコイニング型２７Ｂは、コイニング加工を実施するコイニング加工部２７Ｂａの図６（ｂ）中で左右両側に、下部のコイニング型２９に接触する型接触部２７Ｂｂを備えている。

このような構成により、図６に示すコイニング加工時には、油圧システム３７により、上部のコイニング型２７Ｂの型接触部２７Ｂｂを下部のコイニング型２９に押し付けた状態とする。その際、油圧システム３７は、コイニング加工圧よりも高い荷重で型同士を互いに接触させる。

これにより、コイニング加工を第４の実施形態と同様にして実施できると同時に、コイニング加工部位の両側にて型同士が接触することで、コンロッド１の厚み精度を高めることができる。

また、上記した型同士の接触部位は、油圧システム３７により押し付けることで発生させているので、型温度やプレス機械のフレームの伸び、他の工程の荷重ばらつきといった、各種のばらつき要因の影響を油圧システム３７が吸収して排除できるとともに、型同士の接触部位の破損も抑制することができる。

なお、上記した第５の実施形態では、第４の実施形態と同様にコイニング工程Ｓ４での加工を、ロッド部７のみに限定して実施しているが、大端部３及び小端部５をコイニング加工してもよい。また、油圧システム３７に代えてスプリングなど他の弾性手段となる緩衝手段を使用してもよい。

［第６の実施形態］
第６の実施形態を示す図７（ａ）は、前記第４の実施形態を示す図５（ｂ）に相当するもので、コイニング加工時でのロッド部７のコイニング加工幅をａとし、このコイニング加工幅ａを図７（ｂ）に示すトリム加工時でのロッド部７のトリム加工幅ｂよりも大きくしている（ａ＞ｂ）。

すなわち、本実施形態でのコイニング工程は、ロッド部７をコイニング加工する際に、その後のトリム工程で除去するバリ３７の一部を含んでいる。これにより、トリム加工後には、ロッド部７に関してはコイニング加工した部位のみが確実に残り、本来の目的であるコンロッド１の重量ばらつきをより確実に抑えることができる。

なお、上記した第６の実施形態においても、第４の実施形態と同様にコイニング工程Ｓ４での加工を、ロッド部７のみに限定して実施しているが、大端部３及び小端部５をコイニング加工してもよい。この場合、大端部３及び小端部５をコイニング加工する際に、その後のトリム工程で除去するバリ３７の一部を含むようにする。

［第７の実施形態］
第７の実施形態は、コイニング工程Ｓ４で素材を冷却し冷間にてコイニング加工を実施する。素材の冷却には、例えば、水や空気を吹き付ければよい。これにより、酸化スケールの発生を抑え、成形温度をほぼ一定に保持できて、コンロッド１の厚みばらつきをさらに抑えることができ、コンロッド１の重量ばらつき抑制に有効である。

Ｗ 素材
１ コネクティングロッド
３ コネクティングロッドの大端部
３ａ 大端部のスラスト面（大端部の両側面）
５ コネクティングロッドの小端部
５ａ 小端部のスラスト面（小端部の両側面）
１５，１７ 第１荒鍛造型（荒鍛造型）
１９，２１ 第２荒鍛造型（荒鍛造型）
２３，２５ 仕上げ鍛造型
２７，２７Ａ，２７Ｂ，２９ コイニング型
３１，３３ トリム型（バリ取り型）
３５ バリ
３７ 油圧システム（緩衝手段）

Claims (7)

1. トランスファープレスにより素材を順送りしつつ鍛造加工を施してコネクティングロッドを製造するコンロッドの製造方法において、前記トランスファープレスにおける少なくとも１サイクルのプレス加工動作中に、前記トランスファープレスに供給された素材を荒鍛造加工する荒鍛造工程と、この荒鍛造工程で加工した素材を仕上げ鍛造加工する仕上げ鍛造工程と、この仕上げ鍛造工程で加工した素材をコイニング加工するコイニング工程と、前記荒鍛造加工時に発生したバリを除去するバリ取り工程と、を有することを特徴とするコンロッドの製造方法。
2. 前記コイニング工程は、コネクティングロッドの大端部及び小端部におけるそれぞれの少なくとも両側面を除く部分を加工することを特徴とする請求項１に記載のコンロッドの製造方法。
3. 前記トランスファープレスは、荒鍛造工程と仕上げ鍛造工程とコイニング工程とバリ取り工程とを、複数サイクルのプレス加工動作に振り分けて行い、この際前記コイニング工程を単独で１サイクル中に行うことを特徴とする請求項１または２に記載のコンロッドの製造方法。
4. 前記コイニング工程は、素材を冷却した後コイニング加工することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンロッドの製造方法。
5. 前記コイニング工程は、緩衝手段により型同士をコイニング加工圧よりも高い荷重で互いに接触させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンロッドの製造方法。
6. 前記コイニング工程は、その後のバリ取り工程で除去するバリを含むようにコイニング加工することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコンロッドの製造方法。
7. トランスファープレスにより素材を順送りしつつ鍛造加工を施してコネクティングロッドを製造するコンロッドの製造装置において、前記トランスファープレスに、該トランスファープレスに供給した素材を荒鍛造加工する荒鍛造型と、この荒鍛造型で加工した素材を仕上げ鍛造加工する仕上げ鍛造型と、この仕上げ鍛造型で加工した素材をコイニング加工するコイニング型と、このコイニング型で加工した素材の外周部に位置し、前記荒鍛造加工時に発生しているバリを除去するバリ取り型と、を設けたことを特徴とするコンロッドの製造装置。

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