JP2012232328A - コネクティングロッドの閉塞鍛造方法および閉塞鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つの分割型に大端部用パンチを併用してコネクティングロッドを閉塞鍛造するにあたり、素材肉の流れ方向を積極的にコントロールして、欠肉等のないコネクティングロッドの鍛造を可能にする。
【解決手段】棒状の素材１６をその長手方向に対して直交方向に接近離間可能な二つの分割型１２で加圧拘束することで大端部２と小端部および連接ロッド部４を含むコネクティングロッド１の粗形状を鍛造成形する。続いて、素材１６の大端部２相当部を大端部用パンチ１４にて据え込むことで大端部２に半割状の軸受凹部５を据え込み成形する。その際、半割状の軸受凹部５をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部５の最深部側が平坦面５ａとなる不完全凹部形状のままで据え込み成形を完了する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関用のコネクティングロッドを鍛造成形するための閉塞鍛造方法および閉塞鍛造装置に関する。

内燃機関用のコネクティングロッドの鍛造を目的とした閉塞鍛造用金型装置として特許文献１に記載のものが提案されている。

この特許文献１に記載のものでは、鍛造品のための密閉空間を形成することになる下型ダイがダイ素片としての前後左右の四つの分割ダイに分割されていて、それらの分割ダイが略矩形枠状をなすダイケースに収容されているとともに、各分割ダイとダイケースとが傾斜カム面をもって相互に接触している。そして、分割ダイとダイケースとを上下方向に相対移動させると、各分割ダイが前後左右方向からそれぞれに前進することにより下型ダイが閉じられるとともに、それと並行して上下方向（コネクティングロッドの長手方向）からも加圧拘束されることで密閉空間とされ、結果としてワーク（粗材）が所定の鍛造品形状に鍛造成形されることになる。

特開平４−１９７５４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、それぞれに独立している前後左右四つの分割ダイが閉じることで初めてワークが所定形状に成形されることになるので、それらの四つの分割ダイの位置合わせが難しいだけでなく、四つの分割ダイを合わせたときに狙いとする形状が精度良く得られるようにそれぞれの分割ダイに型彫り加工を施すことが難しい。

そこで、二つの分割型のみで所要のコネクティングロッドの粗形状を鍛造成形する方法が本出願人等により試みられている。ところが、分割型の数の減少に伴って、コネクティングロッドの長手方向から加圧拘束したとしても材料を充填したい方向に素材肉が流れず、例えば比較的ボリュームが大きい大端部と連接ロッド部とのつながり部分に欠肉が発生し、製品の形状精度の向上に限界がある。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、二つの分割型に大端部用パンチを併用してコネクティングロッドを閉塞鍛造するにあたり、素材肉の流れ方向を積極的にコントロールして、欠肉等のないコネクティングロッドの鍛造を可能とした閉塞鍛造方法および閉塞鍛造装置を提供するものである。

内燃機関用のコネクティングロッドは、周知のように、大端部と小端部のほかそれらの両者をつなぐ連接ロッド部を有している。そこで、本発明の閉塞鍛造方法では、棒状の素材をその長手方向に対して直交方向に接近離間可能な二つの分割型で加圧拘束することでコネクティングロッドの粗形状に鍛造成形する工程と、上記分割型で加圧拘束されている素材の大端部相当部を大端部用パンチにて長手方向に据え込むことで当該大端部に半割状の軸受凹部を据え込み成形する工程と、を含むものとする。

その上で、据え込み成形される半割状の軸受凹部をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部の最深部側が平坦面となる不完全凹部形状のままで据え込み成形を完了するものとする。なお、軸受凹部の最深部側が平坦面となる不完全凹部形状のままで据え込み成形を完了したとしても、後工程での機械加工にて上記平坦面を含む部分を切除すれば、最深部側が平坦面ではない半割状で且つ半円状の軸受凹部とすることができる。

本発明によれば、上記のように軸受凹部の最深部側が平坦面となる不完全凹部形状のままで据え込み成形を完了することで、比較的ボリュームの大きな大端部側から連接ロッド部側に向けて積極的に素材肉を流すことができるようになる。そのため、密閉空間内の隅々まで素材肉を充満させることができ、欠肉等の鍛造欠陥のないコネクティングロッドを高精度に鍛造成形することが可能となる。

本発明の製造対象となるコネクティングロッドの鍛造後の形状を示す概略斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 本発明の実施の形態を示す図で、図１に示したコネクティングロッドの鍛造に用いられる閉塞鍛造装置の概略説明図。 図３に示した閉塞鍛造装置の分割型が下死点に達した状態を示す説明図。 図３，４に示した閉塞鍛造装置の大端部用パンチが下死点に達した状態を示す説明図。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図。 図６の拡大図であって、大端部用パンチの成形面が半円状である場合の説明図。 図７の要部を拡大した素材肉流動方向の説明図。 図６の拡大図であって、大端部用パンチの成形面が平坦面である場合の説明図。 図９における大端部用パンチのみの要部拡大図。 図９の要部拡大図。 図１１での素材肉流動方向の説明図。

図１，２は本発明が製造対象とするコネクティングロッド１の一例を示す図である。コネクティングロッド１は、大端部２と小端部３のほかそれらの両者をつなぐ棒状または軸状の連接ロッド部４を有している。大端部２には半割状で且つ半円状の軸受凹部５が形成されていて、その大端部２の端面２ａであるところの突き合わせ面（分割面）に突き合わされる図示外の半円状のベアリングキャップと軸受メタルとを介して、同じく図示外のクランクシャフトのクランクピン部に回転可能に連結される。他方、小端部３にはピン穴４が形成されていて、このピン穴４に挿入される図示外のピストンピンを介してピストンに連結される。

なお、上記軸受凹部５が半円状であるとは、当該軸受凹部５を軸心方向（コネクティングロッド１が組み付けられるクランクピン部の軸心方向）から見たときの形状を言う。また、図１に示したピン穴４は鍛造後であって機械加工前の不完全な形状のものである。

図１，２に示すように、連接ロッド部４の表裏両面にはその幅方向両端部を含むようにリブ６が閉ループ状に突出形成されている。これにより連接ロッド部４自体は断面略Ｈ形状のものとして形成されていて、それらのリブ６，６同士の間に形成される溝７の幅寸法Ｗは大端部２寄りの部分で最大となっている。

図３〜６は上記コネクティングロッド１の製造に用いられる閉塞鍛造装置としての温間鍛造のための金型構造とその挙動を示している。図３に示すように、この金型１０は、大別して、四角形の外枠として機能するダイケース１１と、このダイケース１１に挿入される左右一対の分割型としての閉塞ダイ１２と、これらの閉塞ダイ１２にダイケース１１への圧下力（押し込み力）を付与するパンチホルダー１３と、このパンチホルダー１３に相対移動可能（上下動可能）に支持された大端部用パンチ１４とを備える。

ダイケース１１はその中央の四角孔状のダイ受容部１５のうち正対する二面が傾斜カム面（テーパ面）１５ａとなっていて、他方、ダイ受容部１５に収容または挿入されることになる左右一対の閉塞ダイ１２はダイケース１１側の傾斜カム面１５ａに対応する背面側がそれぞれ傾斜カム面（テーパ面）１２ａとなっている。これにより、実質的にダイケース１１が外型として、そのダイケース１１に収容される一対の閉塞ダイ１２が内型として機能することになる。そして、鍛造プレス機がパンチホルダー１３に及ぼす圧下力をもって、一対の閉塞ダイ１２がダイケース１１内に押し込まれると、図４に示すように傾斜カム面１２ａ，１５ａ同士の摺接により一対の閉塞ダイ１２，１２同士が互いに接近動作することになる。

左右一対の閉塞ダイ１２の突き合わせ面（型割面）には製品であるコネクティングロッド１の形状に対応した半割状のインプレッションが彫り込み形成されていて、それらのインプレッションに予め加熱された例えば段付き棒状の素材１６が挿入された状態で一対の閉塞ダイ１２がダイケース１２に収容または挿入される。なお、棒状の素材は前工程にて段付き状に予備成形されていることから、いわゆるプリフォーム（予備成形体）とも言うべきものである。そして、上記のように傾斜カム面１２ａ，１５ａ同士の摺接により一対の閉塞ダイ１２，１２同士が互いに接近動作すると、やがては双方の閉塞ダイ１２，１２同士が突き合わされて、図４のようにいわゆる型締め状態となる。この時点で初めてダイケース１１に対して閉塞ダイ１２が下死点に到達したことになり、以降のダイケース１１に対する閉塞ダイ１２の押し込みが不能となる。

この型締め状態に至る過程で素材１６がコネクティングロッド１の粗形状に鍛造成形され、型締め状態では上記インプレッションが不完全ながら密閉状態となって素材肉が充満することになる。なお、双方の閉塞ダイ１２が下死点に到達して型締め状態となっても、双方の閉塞ダイ１２の上面には大端部用パンチ１４を挿入可能な開口部が確保されている。

上記のように双方の閉塞ダイ１２が下死点に到達して型締め状態となると、図５，６に示すように、やがてはパンチホルダー１３に支持されている大端部用パンチ１４が鍛造プレス機の圧下力を受けて下降して、インプレッション内に押し込まれる。これにより、素材１６、特に素材１６のうちでも比較的ボリュームの大きな大端部２（図１参照）近傍を長手方向に据え込んで、軸受凹部５（図１参照）を含む当該大端部２近傍を据え込み成形する。

ここで、大端部用パンチ１４は、上記のような据え込み機能とともに、軸受凹部５のほか大端部２の端面２ａ（図１参照）である突き合わせ面（分割面）を所定形状に仕上げる機能を有している。このような大端部用パンチ１４による据え込みにより、いわゆる閉塞鍛造のかたちでコネクティングロッド１の形状精度が高められ、これをもってコネクティングロッド１の粗形状の鍛造成形が完了することになる。なお、本実施の形態では、閉塞鍛造ではあっても密閉された閉塞空間内での一部の「ばり」の発生は許容される。

ここで、図７，８に示すように、大端部用パンチ１４にて大端部２近傍を据え込んで、半円状の軸受凹部５と大端部２の端面２ａである突き合わせ面（分割面）とを所定形状に成形するにあたり、軸受凹部５とそれに対応する大端部用パンチ１４の成形面とが円弧状のものであると、図８に矢印ｍで示すように大端部用パンチ１４によって据え込まれた素材肉が大端部２側から連接ロッド４側に向かって放射状に流れて分散してしまう傾向にある。そのため、比較的ボリュームの大きな大端部２と連接ロッド部４とのつなぎ部分では図１のような段差の発生が不可避でもある故に、素材肉の充満が不足して当該部分に欠肉が発生することがある。なお、図７では欠肉発生部分を符号Ｑで示している。このことは、先に「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたとおりである。なお、図７では軸受凹部５に駄肉１７を付けた形状で鍛造成形する場合の例を示している。

そこで、本実施の形態では、先に述べたように大端部２の据え込み機能とともに軸受凹部５のほか大端部２の端面２ａである突き合わせ面（分割面）の成形を司っている大端部用パンチ１４について、図９，１０に示すように大端部用パンチ１４のうちでも軸受凹部５の最深部の成形を司っている部分について平坦な加圧拘束面１８としてある。すなわち、大端部部用パンチ１４は、半割状の軸受凹部５における一部円弧状の内周面の成形を司る円弧状の成形面１９と、大端部２の端面２ａである突き合わせ面（分割面）の成形を司っている平坦な成形面２０以外に、軸受凹部５の最深部の成形を司る幅寸法Ｐの平坦な底部加圧拘束面１８を有していて、これらの円弧状の成形面１９と平坦な成形面２０および同じく平坦な底部加圧拘束面１８を含むかたちで軸受凹部５の成形を司る総形加圧拘束面２１としてある。なお、図９では、図７と同様に軸受凹部５に駄肉１７を付けた形状で鍛造成形する場合の例を示している。

さらに、図１，２に基づいて先に述べたように、コネクティングロッド１における連接ロッド部４の表裏両面にはリブ６が突出形成されていることにより、連接ロッド部４自体は断面略Ｈ形状のものとして形成されていて、それらのリブ６，６同士の間に形成される溝７の幅寸法Ｗは大端部２寄りの部分で最大となっている。そこで、図１０に示した平坦な底部加圧拘束面１８の幅寸法Ｐとこの溝７の幅寸法Ｗの最大寸法Ｗ１との関係として、図１１に示すように底部加圧拘束面１８の幅寸法Ｐが溝７の最大幅寸法Ｗ１よりも大きくなるように予め設定してある。

したがって、図１０のような総形加圧拘束面２１を有する大端部用パンチ１４を用いて、図９および図１１に示すように大端部２の据え込みを行うと、上記平坦面５ａを含む半割状の軸受凹部５の内周面全面および軸受凹部５の分割面となる大端部２の端面２ａを加圧拘束した状態で据え込み成形を完了することになるものの、平坦面５ａを含む故に軸受凹部５は図７のような半円状のものとはならずに、軸受凹部５をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部５の最深部側が平坦面５ａとなる不完全な凹部形状のままで据え込み成形を完了することにほかならない。そのため、図１２に示すように、大端部用パンチ１４による据え込みの際の素材肉の流れ方向ｍ１が連接ロッド部４側に向かって底部加圧拘束面１８（その底部加圧拘束面１８によって成形される平坦面５ａ）と面直角方向を指向するようになり、比較的ボリュームの大きな大端部２と連接ロッド部４とのつなぎ部分の段差がある部分に積極的に充満させることができるようになる。そのため、当該つなぎ部分での欠肉等の鍛造欠陥の発生を未然に防止することが可能となる。この傾向は、図１１に示した平坦な底部加圧拘束面１８の幅寸法Ｐとリブ６，６同士の間の溝７の最大幅寸法Ｗ１との関係としてＰ＞Ｗ１に予め設定してあることで一段と顕著となる。

その上、図３〜６に示したように、インプレションを有する左右一対の分割型１２をダイケース１１に押し込んで鍛造成形する方式であるため、分割型１２，１２同士の位置合わせが容易となるとともに、分割型１２，１２同士を合わせたときに狙いとする形状が精度良く得られるようになり、ひいてはそれぞれの分割型１２のインプレッションの型彫り加工も容易となる。

ここで、軸受凹部５をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部５の最深部側が平坦面５ａとなる不完全な凹部形状のままで据え込み成形を完了することは、軸受凹部５の形状が正規な半円状のものとならずに軸受凹部５として不完全な形状のままであることを意味する。そこで、閉塞鍛造にて成形されたコネクティングロッド１に後工程にて機械加工を施すにあたり、上記平坦面５ａよりも最深部側を駄肉１７とともに略三日月状に切除するようにすれば、図１のように正規な半円状の軸受凹部５として仕上げることができる。

１…コネクティングロッド
２…大端部
２ａ…大端部の端面
３…小端部
４…連接ロッド部
５…軸受凹部
５ａ…平坦面
６…リブ
７…溝
１１…ダイケース
１２…分割型
１４…大端部用パンチ
１６…素材
１８…底部加圧拘束面
２１…総形加圧拘束面
Ｐ…平坦面の幅寸法
Ｗ１…溝の最大寸法

Claims (6)

1. 大端部と小端部のほかそれらの両者をつなぐ連接ロッド部を有するコネクティングロッドを密閉鍛造する方法であって、
   棒状の素材をその長手方向に対して直交方向に接近離間可能な二つの分割型で加圧拘束することで大端部と小端部および連接ロッド部を含むコネクティングロッドの粗形状に鍛造成形する工程と、
   上記分割型で加圧拘束されている素材の大端部相当部を大端部用パンチにて長手方向に据え込むことで当該大端部に半割状の軸受凹部を据え込み成形する工程と、
   を含んでいて、
   据え込み成形される半割状の軸受凹部をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部の最深部側が平坦面となる不完全凹部形状のままで据え込み成形を完了することを特徴とするコネクティングロッドの閉塞鍛造方法。
2. 上記平坦面を含む半割状の軸受凹部の内周面全面および半割状の軸受凹部の分割面となる大端部の端面を加圧拘束した状態で据え込み成形を完了することを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッドの閉塞鍛造方法。
3. 上記連接ロッド部の幅方向両端部にリブが突出形成されていることにより連接ロッド部は断面略Ｈ形状をなしていて、
   上記不完全凹部形状における平坦面の幅寸法は、大端部寄りのリブ同士の間に形成される溝幅の最大寸法よりも大きく設定してあることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクティングロッドの閉塞鍛造方法。
4. 大端部と小端部のほかそれらの両者をつなぐ連接ロッド部を有するコネクティングロッドを密閉鍛造する装置であって、
   棒状の素材の長手方向に対して直交方向に接近離間可能であって、素材を加圧拘束することで大端部と小端部および連接ロッド部を含むコネクティングロッドの粗形状に鍛造成形する二つの分割型と、
   上記分割型で加圧拘束されている素材の大端部相当部を長手方向に据え込むことで当該大端部に半割状の軸受凹部を据え込み成形する大端部用パンチと、
   を備えていて、
   据え込み成形される半割状の軸受凹部をその軸心方向から見たときに当該軸受凹部の最深部側が平坦面となる不完全凹部形状のままで据え込み成形が完了するように、大端部用パンチには上記平坦面に相当する平坦な底部加圧拘束面を形成してあることを特徴とするコネクティングロッドの閉塞鍛造装置。
5. 上記平坦面を含む半割状の軸受凹部の内周面全面および半割状の軸受凹部の分割面となる大端部の端面を加圧拘束した状態で据え込み成形を完了するように、大端部部用パンチには、上記底部加圧拘束面を含み且つ半割状の軸受凹部の内周面全面および半割状の軸受凹部の分割面となる大端部の端面の成形を司る総形加圧拘束面を形成してあることを特徴とする請求項４に記載のコネクティングロッドの閉塞鍛造装置。
6. 上記二つの分割型は、テーパ面接触をもってダイケース内に押し込まれることにより接近離間動作して棒状の素材を加圧拘束するようになっていて、
   それぞれの分割型の型当たり面同士が突き合わされた状態でそれらの分割型同士の間に大端部用パンチが押し込まれて、素材の大端部相当部を長手方向に据え込むことで当該大端部に半割状の軸受凹部を据え込み成形するようになっていることを特徴とする請求項５に記載のコネクティングロッドの閉塞鍛造装置。

Images