JP2593565B2 - 中空素材の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、中空素材の成形方法に関し、一層詳細に
は、一定の肉厚のパイプ部材の外周部分を一旦絞り成形
し、所望の肉厚を得た後、この中空素管にRR鍛造を施し
て所望の成形品を得るための中空素材の成形方法に関す
る。

［従来の技術］ 例えば、クランクシャフトを製造する方法として、長
尺な部材をその軸線方向に加圧して据込加工を行うとと
もに、前記棒状の素材のクランクシャフトのピン部に対
応する部位を前記軸線方向に直交する方向から加圧して
曲げ加工を行うために、所謂、RR鍛造法が広く採用され
るに至っている。

従来から、この種のRR鍛造法を採用した種々の装置が
提案されており、例えば、特公昭第43−12995号公報
や、特公昭第49−24337号公報にその技術的思想が開示
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記のようなクランクシャフトにおいて、場合によっ
てクランクシャフト自体が中空状であることがある。例
えば、オイルギャラリーを必要とする場合、または単純
にクランクシャフト自体を軽量化するためである。

ところで、このように中空状のクランクシャフトを得
ようとするとき、その素材としては比較的肉厚のパイプ
部材が用意されなければならない。ジャーナル部、ピン
部等において相当の強度を必要とするためである。然し
ながら、市販されている中空状の素材、すなわち、パイ
プ部材では、その直径と肉厚とが限定され、最適なクラ
ンクシャフトを得ようとするとき、十分に対応しきれな
い場合がある。また、このような市販の中空素材にあっ
ては、肉厚の大きいものが入手し難く、この結果、絞り
工程、あるいはRR鍛造において余剰な加工工程を必要と
する。特に、クランクシャフトをこの種の中空状の素材
から形成しようとするとき、当該クランクシャフトの両
端部はピン部やジャーナル部に比較してその直径が小さ
く、それだけ多く絞り込まなければ所望の形状が出来な
い。

ところが、このようにピン部、ジャーナル部に対して
その端部における直径が極めて小さいと絞り率（断面減
少率）が過大となり、成形後にクラックが発生したり、
あるいは座屈してしまい、製品として活用することが困
難となる。

さらにまた、前記のように、クランクシャフトの両端
部の軸部では、加工工程を増やすことによって対処する
ことが可能であったにせよ、RR鍛造の場合には、特に屈
曲乃至湾曲する形状のウエイト部ではさほどに大きく加
工工程を増大させることが困難である。

本発明は前記の種々の不都合を克服するためになされ
たものであって、基本的には、市販のパイプ部材を用い
て予めこのパイプ部材に対し絞り成形を行い、その直径
と肉厚とを調整し、次いで、RR鍛造工程に供することに
よって所望の形状、例えば、湾曲乃至屈曲した形状の中
空成形品を得ることが可能な中空素材の成形方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の課題を解決するために、本発明は中空状で且つ
所定の肉厚を有するパイプ部材の外周に絞り加工を施し
て所望の形状並びに肉厚を有する中空素管を得る第１の
工程と、 前記中空素管の所定部位を局部的に加熱する第２の工
程と、 前記局部的に加熱された中空素管をRR鍛造工程に付す
第３の工程と、 からなることを特徴とする。

［作用］ 本発明に係る中空素材の成形方法では、予め市販され
ているパイプ部材に対してダイを用いて絞り加工を行う
ため、所望の形状並びに肉厚を有する中空素管が得られ
る。次いで、この中空素管をRR鍛造工程に付せば、複雑
に屈曲乃至湾曲する形状の中空素材が容易に得られる。

［実施例］ 次に、本発明に係る中空素材の成形方法について、ク
ランクシャフトを例示し、その好適な実施例を以下に説
明する。なお、この実施例に関し、先ず、RR鍛造方法に
よって中空部材としてのクランクシャフトを成形する装
置について説明し、次いで、実際に市販されているパイ
プ部材に絞り加工を施した後、前記成形装置によってク
ランクシャフトを成形する工程に言及する。

第１図および第２図において、参照符号10は本実施例
に係るクランクシャフトのRR鍛造によって成形する装置
を示す。当該成形装置10は基台12を含み、この基台12の
上面の略中央部に配設されるガイドブロック14と前記基
台12との間に大径な孔部が画成され、この孔部を利用し
て下部シリンダ16が形成される。すなわち、前記孔部に
ヘッドカバー部17aとロッドカバー部17bとを嵌合して下
部シリンダ16を形成し、その内部にピストン18を配設す
る。なお、図中、参照符号16aは、ピストン18とヘッド
カバー部17aとの間に画成された第１の主緩衝部として
の圧力室を示す。

そこで、このピストン18の一端面から鉛直上方向にピ
ストンロッド20が一体的に膨出形成される。この場合、
圧力室16aの内部にコイルスプリングからなるばね22が
配設され、且つ前記ピストン18の一端面とロッドカバー
部17bとの間で第１の副緩衝部としての流体緩衝室23が
画成される。ピストンロッド20の先端部には受けパンチ
24が配置され、この受けパンチ24はガイドブロック14に
画成された孔部を貫通する。なお、前記受けパンチ24の
先端面に円弧状の受け面24aを形成しておく。

基台12上にはガイドブロック14の外方にあって、ブロ
ック体26a、26bを立設し、前記ブロック体26a、26bに夫
々シリンダ28a、28bを取着する。前記シリンダ28a、28b
から互いに対向するようにロッド30a、30bが延在し、前
記ロッド30a、30bの先端部に摺動台32a、32bを係着す
る。前記摺動台32a、32bはガイドブロック14上で進退自
在である。摺動台32aの上部隅角部はこれを切り欠き、
傾斜面34aを形成し、且つこの摺動体32aの内部に一体的
にダイ36aを配設しておく。ダイ36aの一端部には後述す
る素材を加圧してクランクシャフトのウエイト部に対応
する加工を行うべく所定の形状を呈する加工面38aを形
成する。なお、前記ダイ36aを貫通して当該素材に軸絞
り加工を行うための段付孔部40aを画成する。前記段付
孔部40aには第１のパンチ44aが嵌合する。

第１パンチ44aは摺動台32aに画成された室内に配設さ
れ、この第１パンチ44aと一体的なフランジ部46aとダイ
36aの端部との間にコイルスプリング48aが介設されると
ともに、前記フランジ部46aの端部には摺動台32aに取着
されているシリンダ50aから延在するピストンロッド52a
の一端部が係合する。

なお、摺動台32bは前述した摺動台32aと実質的に同様
に構成されるものであり、同一の構成要素には同一の参
照数字にｂを付してその詳細な説明は省略する。

次に、摺動台32a、32bの上方には昇降台54を配設す
る。この昇降台54はブロック体26a、26bの垂直面と摺動
台32a、32bの傾斜面34a、34bに係合するカム部材56a、5
6bを保持する。昇降台54の中央部に大径な孔部を画成
し、この大径な孔部をヘッドカバー57a、ロッドカバー5
7bで閉塞することにより上部シリンダ58を形成する。こ
の上部シリンダ58の内部にピストン60が配設される。ピ
ストン60の一端面と、ヘッドカバー57aとの間に第２の
主緩衝部としての圧力室58aを画成し、且つこの圧力室5
8aの内部に複数個のばね61が配設される。

ピストン60の下部には第２の副緩衝部として流体緩衝
室63が形成されている。ピストン60から一体的に鉛直下
方に膨出形成されるピストンロッド62の先端部に押えパ
ンチ64を係合させ、前記押えパンチ64の先端部に円弧状
の押え面64aと、後述するクランクシャフトのウエイト
部に対応する加工面64bとを形成する。なお、前記押え
パンチ64と受けパンチ24とにより第２のパンチ66を構成
する。

次いで、昇降台54の下面にあってカム部材56a、56bの
内方に複数の傾斜ピン67a、67bを互いに拡開するように
突設形成し、一方、摺動台32a、32bには夫々前記傾斜ピ
ン67a、67bが遊嵌する大きく拡開傾斜した嵌入孔68a、6
8bを形成しておく。すなわち、傾斜ピン67a、67bと嵌入
孔68a、68bとによりカム機構が構成され、昇降台54の変
位により摺動台32a、32bが互いに接近し、あるいは離間
可能である。

次に、上部シリンダ58、下部シリンダ16を駆動するた
めの油圧回路を第３図に示す。この油圧回路は圧力源と
してアキュムレータ70を含み、このアキュムレータ70に
接続される管路72は、その途上において、管路74a、74b
に分岐している。そこで、管路74aには第１の開閉弁75a
と逆止弁76aとリリーフ弁78aとを介装し、これをヘッド
カバー57aとピストン60の一端面との間に形成された圧
力室58aに連通する。

また、管路74bには第２の開閉弁75bと逆止弁76bとリ
リーフ弁78bとを介装し、これをピストン18の一端面と
ヘッドカバー部17aとの間に画成された圧力室16aに連通
する。さらに、管路74aから分岐した管路74cは、前記流
体緩衝室63に連通しており、一方、管路74bから分岐し
た管路74dは前記流体緩衝室23に連通させておく。

次に、以上のように構成されるクランクシャフトの成
形装置10により中空素材からクランクシャフトを成形す
る工程を以下に説明する。

第４図に示すように、比較的薄肉厚のパイプ部材100
を予め用意する。このパイプ部材100はダイ102の内部に
配置される。この場合、ダイ102は大径な孔部104と、こ
の大径な孔部104に連通する小径な孔部106とを有する。
なお、前記孔部104と106との間には特に孔部106に近接
して若干その径を拡張した孔部108を設けておく。絞り
工程の際の逃げ用である。

以上のような状態において、金属製の中棒110を前記
孔部106から孔部108に挿通した状態で絞り加工を行う
と、径の異なる中空素管100が得られる。この場合、狭
径部分100aは若干肉厚に形成され、一方、広径部分100b
は中空素管100よりも若干肉薄の部分として形成され
る。なお、第６図に示すように、特に中棒110を用いる
ことがなければ、絞り加工の際に中空素管100は内側へ
とその直径を縮めるように絞られ、従って、狭径部分10
0aは直径中心に指向して増肉した形状が得られる。

次に、以上のようにして狭径部分100aと広径部分100b
とを画成された中空素管100はクランクシャフトのピン
部を除くウエイト部に対応する部位のみ予め高周波誘導
加熱処理を施す。このようにして部分的に加熱された中
空素材100は、第１図に示す成形装置10に配置される。
すなわち、摺動台32a、32bをシリンダ28a、28bの駆動作
用下に互いに離間させるとともに、昇降台54を上昇させ
ておき、この状態で夫々のダイ36a、36bに中空素材100
を配設する。

次に、第１の開閉弁75aを開成し、アキュムレータ70
から逆止弁76aを介して圧力室58aに圧力流体としての圧
油を供給する。この圧油の供給に伴ってピストン60が図
において下降変位し、これは押えパンチ64を下降させる
ことになる。そこで、中空素材100のクランクシャフト
のピン部に対応する部位を第２のパンチ66を構成する受
けパンチ24の受け面24aと押えパンチ64の押え面64aとで
挟持する。その際、受けパンチ24が押えパンチ64により
押圧されるため、圧力室16a内の圧油がリリーフ弁78bか
らアキュムレータ70側に導出されて受けパンチ24が下降
し、ばね22は前記受けパンチ24の下方向に対する衝撃を
吸収する。

次いで、昇降台54を全体として下降させるとともに、
シリンダ28a、28bを駆動して摺動台32a、32bを互いに接
近する方向に変位させる。この結果、中空素材100の両
端部に夫々のダイ36a、36bの段付孔部40a、40bを介して
軸絞り加工が施される。なお、このとき、昇降台54に植
設されている傾斜ピン67a、67bは、摺動台32a、32bに画
成されている嵌入孔68a、68bに遊嵌する。

さらに、シリンダ28a、28bの駆動作用下に摺動台32
a、32bを互いに接近させ、軸絞り加工が行われた中空素
材100の両端面を第１パンチ44a、44bの先端部で押圧す
る。従って、中空素材100が軸線方向に圧縮されて予備
圧縮加工が行われ、ダイ36a、36bの加工面38a、38bと第
２パンチ66との間に加工面64aに倣った膨径部が設けら
れる。

次いで、昇降台54をさらに下降させて、カム部材56
a、56bにより摺動台32a、32bの傾斜面34a、34bを押圧す
る。従って、第１パンチ44a、44bにより中空素材100の
両端面がさらに軸線方向に加圧され、ダイ36a、36bの加
工面38a、38bにより中空素材100のウエイト部に対応す
る部位が押圧されるとともに、押えパンチ64の押え面64
aによりクランクシャフトのピン部が形成される。

結果的に円筒状で且つ屈曲したクランクシャフト200
が形成されるに至る（第２図参照）。その際、圧力室58
a内の圧油はばね61の弾発力の補助作用と相俟って押え
パンチ64が受ける反力に起因した衝撃を吸収する。すな
わち、押えパンチ64の反力によって変位しようとする力
は、圧力室58a内の圧油で緩衝されるとともに、この圧
油の圧力変化をもたらし、圧力室58a内の圧油はリリー
フ弁78aを介してアキュムレータ70側に導出される。

次に、昇降台54が上昇し、傾斜ピン67a、67bの互いに
拡開する形状と、シリンダ28a、28bのロッド30a、30bの
退動作用下に摺動台32a、32bが互いに離間する方向に移
動する。この場合、容易に諒解される通り、傾斜ピン67
a、67bの上昇動作よりも若干遅延して摺動台32a、32bが
互いに離間する。当該傾斜ピン67a、67bが摺動台32a、3
2bの嵌入孔68a、68bに遊嵌しているからである。このと
き、第１開閉弁75aは閉成され、圧力室58aに圧油が流入
することを阻止するとともに、流体緩衝室63にある圧油
はピストン60の下方に指向する変位を阻止する。同様に
して、第２開閉弁75bは閉塞され、圧力室16aに圧油が流
入することが阻止されるとともに、流体緩衝室23の圧油
はピストン18の、図において、上動動作を阻止する。

次いで、シリンダ50a、50bを駆動し、第１パンチ44
a、44bをコイルスプリング48a、48bの弾発力に抗して互
いに接近する方向に変位させる。このため、中空素材10
0から得られたクランクシャフト200の両端面が夫々押圧
され、当該クランクシャフト200はダイ36a、36bから離
脱する。すなわち、実質的にクランクシャフト200はダ
イ36a、36bからエゼクトされたことになる。

次に、第２の開閉弁75bを連通状態にさせ、圧力室16a
に圧油を供給してピストン18を上昇させ、受けパンチ24
を次なる素材を加工するための位置に位置決めする。

前記実施例において、パイプ部材100から絞り加工を
行い、次いで、RR鍛造を経て得られるクランクシャフト
200をその工程順に第７図に示す。すなわち、第７図ａ
で示されるパイプ部材100は、第１工程において絞り工
程が営まれ、第７図ｂに示す形状が得られる。次いで、
この中空素材100をRR鍛造用成形装置10に配置して鍛造
工程を営めば、第７図ｃに示すクランクシャフト200が
得られる。この第７図ｃから容易に諒解されるように、
クランクシャフト200は軸部200aの肉厚が大きく、従っ
て、それだけ堅牢性を確保することが出来る。

さらにまた、第８図ａ乃至ｃに示す実施例によれば、
パイプ部材100はダイ102によって図示のような形状に絞
り加工され、さらにRR鍛造用成形装置10内に配置され、
鍛造工程に付される。その結果得られるクランクシャフ
ト200は、特にショルダー部200bの肉厚が大きく得ら
れ、これによって剛性、すなわち、強度が十分に得られ
ることになる。なお、第７図ｃ並びに第８図ｃに示すク
ランクシャフト200では、夫々オイルの通路としての油
路300が貫通形成されている。然しながら、特に、この
油路300を必要としない場合には、例えば、その端部を
絞り加工若しくはRR鍛造加工によって閉塞することが可
能なことは勿論である。

本実施例によれば、以上のように、規格品として市販
されているパイプ部材を選択した上でこれに予め絞り加
工を施し、所望の部位に所望の肉厚を形成した中空素管
を得た後、これをRR鍛造加工工程に付している。この場
合、特に、選択されるパイプ部材の肉厚が比較的薄いも
のであることから絞り加工工程において実質的な絞り
率、すなわち、断面減少率が小さくなり、この結果、特
に中空素材100に割れや座屈がなく、絞り加工を容易に
行うことが可能である。また、さらに必要に応じてクラ
ンクシャフトのウエイト部（ショルダー部並びにピン
部）に対応する位置に径と肉厚とを予め調整するよう絞
り加工を施しておけば、RR鍛造工程にこの中空素材100
を付した場合に形状の調整あるいは肉厚の調整が容易に
行なえるという効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、中空の薄肉の
素材、パイプ部材は市販品から容易に得ることが出来、
このことは、例えば、これを加工してクランクシャフト
を成形しようとするとき、廉価に製造することが出来る
という効果が得られる。また、前記中空素材を径の異な
るように絞り加工しようとするとき、内側の径を非拘束
状態でこの絞り加工を施せば、断面減少率が小さくな
り、従って、例えば、１回で大きな絞り効果が得られ
る。さらにまた、簡易にその肉厚あるいはサイズを調整
することが可能であるために、原材料としての中空素材
を市場から得ようとするときにその素材の寸法あるいは
肉厚等に限定されることはない。しかも、RR鍛造工程が
さほどに無理なく遂行することが可能であるために、特
にこの鍛造工程において成形不良、すなわち、割れ、座
屈等を生ずることから回避することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るクランクシャフトの成形
装置において、クランクシャフトに成形される中空素材
の加工前の載置状態を示す縦断説明図、 第２図は第１図に示す状態からクランクシャフトの成形
工程に移行した状態の縦断説明図、 第３図は本発明に係る成形装置に組み込まれる圧油の回
路図、 第４図は第１図乃至第３図に示す成形装置によってRR鍛
造加工が付される前の中空素材の縦断面図、 第５図はパイプ部材に対し内側を拘束した状態で絞り加
工を行う際の縦断説明図、 第６図はパイプ部材の内側を拘束しない状態で絞り加工
を施す際の縦断説明図、 第７図ａ乃至ｃはパイプ部材から中空素材に至る間に絞
り加工を施し、次いでRR鍛造した状態の説明図、 第８図ａ乃至ｃは第７図とは異なる実施例の加工工程を
示す縦断説明図である。 10……成形装置 16……下部シリンダ 24……受けパンチ 28a、28b……シリンダ 32a、32b……摺動台 36a、36b……ダイ 44a、44b……パンチ 50a、50b……シリンダ 54……昇降台 56a、56b……カム部材 58……上部シリンダ 66……パンチ 67a、67b……傾斜ピン 70……アキュムレータ 74a、74b……管路 75a、75b……開閉弁 100……中空素材 200……クランクシャフト

フロントページの続き (72)発明者 桜井 久之 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 目黒 晴夫 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−40270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−153768（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−60837（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空状で且つ所定の肉厚を有するパイプ部
   材の外周に絞り加工を施して所望の形状並びに肉厚を有
   する中空素管を得る第１の工程と、 前記中空素管の所定部位を局部的に加熱する第２の工程
   と、 前記局部的に加熱された中空素管をRR鍛造工程に付す第
   ３の工程と、 からなることを特徴とする中空素材の成形方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、パイプ部材
   に対する絞り成形工程では当該パイプ部材の肉厚を略一
   定に増肉することを特徴とする中空素材の成形方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の方法において、パイプ部材
   の絞り成形工程は所望の部分にのみ選択的に行い、その
   部位の増肉を行うことを特徴とする中空素材の成形方
   法。
4. 【請求項４】請求項２または３記載の方法において、絞
   り加工を施す際、パイプ部材の内部に中棒を挿入し、そ
   の内面を抑制しながら絞り加工工程に付すことを特徴と
   する中空素材の成形方法。