JP2015199108A - 鍛造クランクシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トリミングの際に鍛造クランクシャフトに生じる重心位置の移動を確実に抑制することが可能な鍛造クランクシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】仕上げ型を用いた型鍛造によって仕上げ成形品１０４を得る仕上げ工程（Ｓ１４）と、パンチ２１とダイ２２を備えるトリミング型２０を用いて仕上げ成形品１０４をトリミングして、アーム部３とカウンターウェイト部５を有する鍛造クランクシャフト１を得るトリミング工程（Ｓ１５）と、を備える鍛造クランクシャフト１の製造方法であって、仕上げ工程（Ｓ１４）の実施回数が所定の回数Ａに達したときに、パンチ２１を、該パンチ２１の型内面２１ａにおけるカウンターウェイト部５に当接する部位に、鍛造クランクシャフト１の形状からオフセットさせた凸状部たるオフセット部２４が形成されたものに交換する。【選択図】図５

Description

本発明は、鍛造クランクシャフトの製造方法に関し、より詳しくは、鍛造クランクシャフトの回転アンバランスを低減するためのトリミング方法に関する。

従来、クランクシャフトの製造方法としては、鍛造による方法が広く採用されている。
クランクシャフトの重心位置は、ジャーナルの軸心位置に一致することが好ましいが、鍛造により製造されたクランクシャフト（以下、鍛造クランクシャフトと呼ぶ）では、図６に示すように、型打ち回数の増大に伴って鍛造クランクシャフトの重心位置が型打ち方向へ移動するという問題があった。そしてこのような問題は、仕上げ鍛造に用いる型（仕上げ型と呼ぶ）の摩耗に起因することが判っていた。

ここで、鍛造クランクシャフトの重心位置が型打ち方向へと移動する理由について、説明をする。
まず、鍛造クランクシャフトの概要について、説明をする。
図７（ａ）に示すように、鍛造クランクシャフト１は、ジャーナル２に直交する方向に型打ち方向を規定して鍛造され、ジャーナル２に直交し、かつ、型打ち方向に直交する方向に向けて、アーム部３を突出させている。また、一対のアーム部３・３の間にはジャーナル２に平行なピン４を形成し、さらに、アーム部３と位相が１８０度異なる方向に、カウンターウェイト部５を突出させている。
尚、以下の説明では、図７（ａ）に示すように、鍛造クランクシャフト１のジャーナル２の軸心位置を原点Ｏと規定し、ジャーナル２、アーム部３およびカウンターウェイト部５に直交する方向をＸ軸方向と規定し、ジャーナル２に直交し、アーム部３およびカウンターウェイト部５に平行な方向をＹ軸方向と規定している。この場合、鍛造クランクシャフト１の型打ち方向は、Ｘ軸方向に一致している。

そして、図７（ｂ）に示すように、鍛造クランクシャフト１の重心位置は、型打ち回数の増大に伴ってＸ軸方向に移動する。

図８（ａ）（ｂ）には、鍛造クランクシャフト１の製造において、仕上げ型を用いた鍛造により成形される仕上げ成形品１０４を例示している。
仕上げ成形品１０４は、トリミング工程において、鍛造クランクシャフト１（図７（ａ）参照）を切り出す前の態様の中間加工品であり、鍛造クランクシャフト１となる部位の周囲にバリ１０４ａが形成されている。

仕上げ成形品１０４において、カウンターウェイト部５は、図８（ｂ）に示すように、一対のカウンターウェイト部５・５が対面して配置されている。
そして、仕上げ型における一対のカウンターウェイト部５・５を成形するための部位は、ピン４で連結された一対のアーム部３・３を成形するための部位に比して、素材に対する仕上げ型の押し込み量（深さ）が大きくなっている。また、仕上げ型における一対のカウンターウェイト部５・５を成形するための部位は、一対のカウンターウェイト部５・５で挟まれた狭い部位に対して深く押し込まれる。
このため、仕上げ成形品１０４を鍛造するための仕上げ型における一対のカウンターウェイト部５・５を成形するための部位は、ピン４で連結された一対のアーム部３・３を成形するための部位に比して、早期に摩耗する。

仕上げ型における一対のカウンターウェイト部５・５を成形するための部位のように摩耗が進行した部位では、型打ち回数の増大に伴って、図９（ａ）に示すようにバリ１０４ａの境界部に余肉１０４ｂが形成される。
余肉が形成されない部位（例えば、アーム部３の周囲）におけるトリミング部位の厚みＤ１と、カウンターウェイト部５・５の周囲におけるトリミング部位の厚みＤ２を比較すると、Ｄ１＜Ｄ２となっており、カウンターウェイト部５・５の周囲では、トリミング時におけるせん断長（Ｄ２）が、アーム部３の周囲のせん断長（Ｄ１）に比して大きくなっている。

アーム部３の周囲とカウンターウェイト部５の周囲でせん断長に差異が生じていると、アーム部３に遅れて（即ち、時間差をもって）カウンターウェイト部５がトリミングされることとなり、トリミング時には、カウンターウェイト部５側が上方に浮き上がるようになる。
そして、トリミング時にカウンターウェイト部５側が上方に浮き上がると、図９（ｂ）に示すように、鍛造クランクシャフト１に肥大や変形等の変形が生じ、重心位置Ｇが移動する。

即ち、従来の鍛造クランクシャフトの製造方法では、仕上げ型による鍛造が終わった時点で（即ち、仕上げ加工品１０４の状態で）、重心位置の移動が生じていなくても、トリミング工程の段階で、重心位置の移動が生じてしまっていた。
そして、このような重心位置の移動が、鍛造クランクシャフト１に回転アンバランスを生じさせる原因となっていた。

従来、鍛造クランクシャフトにおける回転アンバランスを解消するための技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示されている。

特許文献１に係る従来の鍛造クランクシャフトの製造方法では、型鍛造で荒地加工品を製造する工程において、所定の型打ち回数ごとに、クランクシャフト素地の型ずれ量を調整することによって、鍛造クランクシャフトにおける重心位置の移動を抑制する構成としており、これにより、鍛造クランクシャフトにおける回転アンバランスの低減を実現している。

特開２０１３−１２１５９９号公報

上記の通り、鍛造クランクシャフトにおける重心位置の移動は、主にトリミング工程の際に生じてしまうものである。
このため、特許文献１に係る従来のクランクシャフトの鍛造方法のように、トリミング工程の実施内容を変更せずにクランクシャフト素地における型ずれ量を調整するだけの方法では、トリミング工程で生じる重心位置の移動を十分に抑制することができなかった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、トリミングの際に鍛造クランクシャフトに生じる重心位置の移動を確実に抑制することが可能な鍛造クランクシャフトの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、仕上げ型を用いた型鍛造によって仕上げ成形品を得る仕上げ工程と、パンチとダイを備えるトリミング型を用いて前記仕上げ成形品をトリミングして、アーム部とカウンターウェイト部を有する鍛造クランクシャフトを得るトリミング工程と、を備える鍛造クランクシャフトの製造方法であって、前記仕上げ工程の実施回数が所定の回数に達したときに、前記パンチを、該パンチの型内面における前記カウンターウェイト部に当接する部位に、前記鍛造クランクシャフトの形状からオフセットさせた凸状部たるオフセット部が形成されたものに交換するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、鍛造クランクシャフトの製造において、トリミング工程で生じる重心移動を抑制することができる。これにより、鍛造クランクシャフトにおける回転アンバランスを確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフトの製造方法を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフトの製造方法の流れを示すフロー図。 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される鍛造クランクシャフトを示す模式図、（ａ）正面視模式図、（ｂ）軸方向視模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフトの製造方法におけるトリミング工程の実施状況を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフトの製造方法を採用した場合における型打ち回数と型打ち方向への重心位置の移動との関係を示す図。 型打ち回数と型打ち方向への重心位置の移動との関係を示す図。 従来の鍛造クランクシャフトにおける重心位置の移動状況を示す図、（ａ）鍛造クランクシャフトにおける型抜き方向を示す図、（ｂ）型抜き方向と重心位置の移動方向との関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフトの製造方法において生成される仕上げ成形品を示す模式図、（ａ）軸方向視模式図（ｂ）正面視模式図。 従来の仕上げ成形品を示す図、（ａ）鍛造型の摩耗が仕上げ成形品に及ぼす影響を示す模式図、（ｂ）仕上げ成形品における重心位置の移動状況を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
ここではまず、鍛造クランクシャフトの製造工程の流れについて、図１〜図３、図８を用いて、説明をする。
本実施形態で示す鍛造クランクシャフトの製造工程は、図１に示すように、円柱状の棒状材料１０１を鍛造することによって、最終的にクランクシャフト１（以下、鍛造クランクシャフト１と呼ぶ）を製造するものである。

図２に示す如く、まず始めに、鍛造クランクシャフト１（図１（ｆ）参照）の最終形状・寸法等に基づく直径を有する円柱状のビレットを所定の長さに切断する切断工程（Ｓ１０）を実行し、鍛造クランクシャフト１の鍛造に使用する棒状材料１０１（図１（ａ）参照）を得る。

次に、棒状材料１０１を、例えば、約１２００℃以上の所定の温度まで加熱する加熱工程（Ｓ１１）を実行する。
次に、予備成形工程（Ｓ１２）を実行し、加熱された棒状材料１０１に対して曲げ加工等を施して、鍛造クランクシャフト１の最終形状に近づけた予備成形品１０２（図１（ｂ）参照）を得る。

次に、予備成形品１０２の角部等を単純化した荒地形状に型鍛造する荒地工程（Ｓ１３）を実行し、荒地成形品１０３（図１（ｃ）参照）を得る。荒地成形品１０３の周囲にはバリ１０３ａが形成されている。

次に、荒地成形品１０３を仕上げ形状に型鍛造する仕上げ工程（Ｓ１４）を実行し、仕上げ成形品１０４（図１（ｄ）参照）を得る。
仕上げ成形品１０４の周囲には、バリ１０３ａが変形してバリ１０４ａ（図１（ｅ）参照）が形成されている。

次に、仕上げ成形品１０４からバリ１０４ａを除去するトリミング工程（Ｓ１５）を実行する。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、仕上げ成形品１０４には、ジャーナル２、アーム部３、ピン４、カウンターウェイト部５、となる各部位が既に形成されており、トリミング工程（Ｓ１５）において、仕上げ成形品１０４からバリ１０４ａを除去することで、図１（ｆ）に示すような最終成形品である鍛造クランクシャフト１が得られる。

そして、トリミング工程（Ｓ１５）を経て得られた鍛造クランクシャフト１に対して検査工程（Ｓ１６）を実行し、傷や変形が無いことを確認した後で、後工程へと送られる。
以上が、鍛造クランクシャフト１の製造工程の一連の流れである。

尚、本実施形態では、切断工程（Ｓ１０）〜検査工程（Ｓ１６）を備える鍛造クランクシャフト１の製造方法を例示しているが、鍛造クランクシャフト１の製造方法では、その他にも例えば、鍛造クランクシャフト１に表面処理を施すサンドブラスト工程や鍛造クランクシャフト１を冷却する工程等も備えており、上記工程以外の工程を含む場合もある。

一連の鍛造工程を経て得られた鍛造クランクシャフト１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ジャーナル２、アーム部３、ピン４、カウンターウェイト部５等を備えている。
ジャーナル２は、鍛造クランクシャフト１における不連続な軸を構成する部位であり、ジャーナル２の端部には当該ジャーナル２から半径方向外側に突出するアーム部３・３が形成され、一対のアーム部３・３の間に当該アーム部３・３を連結する軸部たるピン４が形成され、さらに、アーム部３・３の突出方向とは反対側に、アーム部３・３とのつり合いをとるための部位であるカウンターウェイト部５・５が形成されている。

ここで、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法におけるトリミング工程（Ｓ１５）の実施内容について、図４を用いてさらに詳細に説明をする。
トリミング工程（Ｓ１５）は、トリミング型を用いて、仕上げ成形品１０４からバリ１０４ａを除去する工程であり、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、図４に示すようなトリミング型２０を用いて、トリミング工程（Ｓ１５）を実施する構成としている。

トリミング型２０は、パンチ２１、ダイ２２、受け部材２３からなり、パンチ２１の型内面２１ａの形状は、概ね鍛造クランクシャフト１の外形形状に一致している。
パンチ２１は、仕上げ成形品１０４における鍛造クランクシャフト１となる部位を押圧するための工具であり、型内面２１ａは、トリミングの際には、鍛造クランクシャフト１として切り取られる部位（ジャーナル２、アーム部３、ピン４、カウンターウェイト部５）に隙間なく沿うように宛がわれる。
ダイ２２は、型抜き方向における鍛造クランクシャフト１の外形形状に略一致した孔状のダイ刃２２ａが形成された工具であり、仕上げ成形品１０４をパンチ２１で押しこんでダイ刃２２ａに通過させることで、仕上げ成形品１０４からバリ１０４ａが除去される構成としている。
受け部材２３は、ダイ刃２２ａを通過して切り取られた鍛造クランクシャフト１が落下しないように受けるための部位であり、その内面２３ａは、鍛造クランクシャフト１の外形形状に略一致している。
そして、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、パンチ２１の型内面２１ａにおいて、部分的に鍛造クランクシャフト１の外形形状に対してオフセットさせた凸状の部位であるオフセット部２４を形成する構成としている。

オフセット部２４は、パンチ２１の型内面２１ａに形成された鍛造クランクシャフト１に沿う形状から部分的に突出する部位である。
オフセット部２４は、トリミング工程（Ｓ１５）において、パンチ２１の型内面２１ａを鍛造クランクシャフト１として切り取られる部位に沿わせるよりも前に、仕上げ成形品１０４におけるカウンターウェイト部５に対して当接させることができる部位として構成される。

カウンターウェイト部５に対するトリミングの進展が、アーム部３に対するトリミングの進展に比して遅れた場合、カウンターウェイト部５には、図４において、反時計回りに回転される応力が作用し、カウンターウェイト部５が上方に浮き上がるように変位しようとする。
本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、カウンターウェイト部５に対するトリミングの進展に先行して、カウンターウェイト部５にオフセット部２４を当接させる構成としており、これによりカウンターウェイト部５の浮き上がりを防止するとともに、カウンターウェイト部５の変形を抑制する構成としている。

オフセット部２４は、トリミングの進展が遅れる部位に当接させるものである。
鍛造クランクシャフト１では、アーム部３・３の周囲における余肉部１０４ｂに比して、カウンターウェイト部５の周囲における余肉部１０４ｂの厚みが大きいため、カウンターウェイト部５におけるトリミングの進展が遅れる性質がある。
このため、鍛造クランクシャフト１の製造に用いるトリミング型２０では、オフセット部２４を、型内面２１ａにおけるカウンターウェイト部５に当接する位置に形成するのが最も好ましい。
尚、オフセット部２４の形成位置は、型内面２１ａの範囲内で適宜調整してもよい。

ここで、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法における、重心位置の移動を抑制する方法について説明をする。
本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、重心位置Ｇが図４中に示す上側に移動するのを抑制する構成としている。
鍛造クランクシャフト１において、重心位置Ｇの移動が生じないように、カウンターウェイト部５の図４における上部を押圧することで、カウンターウェイト部５が上方に浮き上がるのを規制する構成としている。

トリミング工程（Ｓ１５）では、カウンターウェイト部５が上方に浮き上がるのを規制しながら、パンチ２１を下降させて、最終的に鍛造クランクシャフト１として切り取られる部位（ジャーナル２、アーム部３、ピン４、カウンターウェイト部５）に隙間なく型内面２１ａを沿わせつつ宛がった状態で、鍛造クランクシャフト１を切り出している。

そして本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、図５に示す如く、仕上げ型の型打ち回数が回数Ａとなったときに、オフセット部２４を有するパンチ２１に交換する構成としている。
また本実施形態では、仕上げ型の寿命を仕上げ型の型打ち回数で回数２Ａと規定しており、型打ち回数が２Ａに達したときには仕上げ型を交換する。そして、仕上げ型を交換するときには、パンチ２１を、オフセット部２４を有していないものに交換する。
即ち、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法では、仕上げ型の型打ち回数を管理し、型打ち回数が所定の回数Ａとなったときにトリミング型２０（パンチ２１）を変更することで、定期的に重心位置Ｇの移動をキャンセルさせる構成としている。

このような構成により、鍛造クランクシャフト１における重心位置Ｇの移動範囲を所定の範囲Ｂ（図５参照）に収めることが可能になり、従来に比して鍛造クランクシャフト１における回転アンバランスを低減させることができる。
仮にパンチ２１を交換しない場合には、仕上げ型の型打ち回数の増大に伴って重心位置の移動量が増大し、型打ち回数が回数２Ａとなるときには、重心位置は範囲２Ｂまでずれる。一方、型打ち回数が回数Ａとなるときにパンチ２１を交換することで、鍛造クランクシャフト１における重心位置Ｇの移動範囲を常に範囲Ｂに収めることが可能になる。
尚、本実施形態では、仕上げ型が寿命に達する前に、パンチ２１を１回だけ交換する構成としているが、１つの仕上げ型が寿命に達するまでにパンチ２１を２回以上交換する構成としてもよい。これにより、さらに重心位置Ｇの移動範囲をさらに狭くすることができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る鍛造クランクシャフト１の製造方法は、仕上げ型を用いた型鍛造によって仕上げ成形品１０４を得る仕上げ工程（Ｓ１４）と、パンチ２１とダイ２２を備えるトリミング型２０を用いて仕上げ成形品１０４をトリミングして、アーム部３とカウンターウェイト部５を有する鍛造クランクシャフト１を得るトリミング工程（Ｓ１５）と、を備えるものであって、仕上げ工程（Ｓ１４）の実施回数が所定の回数Ａに達したときに、パンチ２１を、該パンチ２１の型内面２１ａにおけるカウンターウェイト部５に当接する部位に、鍛造クランクシャフト１の形状からオフセットさせた凸状部たるオフセット部２４が形成されたものに交換する構成としている。
このような構成により、鍛造クランクシャフト１の製造において、トリミング工程（Ｓ１５）で生じる重心移動を抑制することができる。これにより、鍛造クランクシャフト１における回転アンバランスを確実に抑制することができる。

１ 鍛造クランクシャフト
３ アーム部
５ カウンターウェイト部
２０ トリミング型
２１ パンチ
２２ ダイ
２１ａ 型内面
２４ オフセット部
１０４ 仕上げ成形品

Claims (1)

1. 仕上げ型を用いた型鍛造によって仕上げ成形品を得る仕上げ工程と、
   パンチとダイを備えるトリミング型を用いて前記仕上げ成形品をトリミングして、アーム部とカウンターウェイト部を有する鍛造クランクシャフトを得るトリミング工程と、
   を備える鍛造クランクシャフトの製造方法であって、
   前記仕上げ工程の実施回数が所定の回数に達したときに、
   前記パンチを、
   該パンチの型内面における前記カウンターウェイト部に当接する部位に、前記鍛造クランクシャフトの形状からオフセットさせた凸状部たるオフセット部が形成されたものに交換する、
   ことを特徴とする鍛造クランクシャフトの製造方法。

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