JP3673908B2 - 冷間鍛造用金型装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクランクシャフトのウェイト部等のように円盤状部を有する部材を冷間鍛造にて成形する金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車等のエンジンに組み込むクランクシャフトは、一端を円盤状のウェイト部とした分割型クランクシャフトを一対成形し、それぞれの円盤状のウェイト部に形成したピン穴にピンを嵌合させて左右の分割型クランクシャフトを連結してクランクシャフトとしている。
【０００３】
斯かるクランク軸に関する鍛造技術として特開昭６０−１０２２４５号公報に開示されるものが知られている。
特開昭６０−１０２２４５号公報には、分割型クランクシャフトの軸部に鍛造によってスプラインを成形する技術が開示されている。具体的には、熱間鍛造にて全体形状の成形が終了した分割型クランクシャフトの軸部を下型にセットし、この分割型クランクシャフトのウェイト部を上型の加圧子（ニブ）で押圧し、下型に設けた歯型で軸部にスプラインを形成するにあたり、前記加圧子を分割するとともに分割した加圧子の裏側に弾性体を介在せしめ、段差を有するウェイト部を介して押圧する場合でも、軸部中心を均等加圧して、軸側端面振れを是正するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、クランクシャフト等のように軸部と円板状部とを備えた形状の部材については、従来から熱間鍛造によって製造している。
熱間鍛造による成形は、金型表面が摩耗しやすく、その結果鍛造品の精度が悪くなり、鍛造後の機械加工による取代が大きくなって加工効率が低下する。そして、レース加工代が大きい為に機械台数も多くなり初期投資が膨大になる。
また、熱間鍛造にあっては、加熱後に鍛造するためにスケールが発生し、更に離型剤等の塗布が必須になるので作業環境を最適に保つことが困難である。
【０００５】
冷間鍛造によれば、成形精度や作業環境、更には初期投資の問題を解消することができるのであるが、金型への負担も大きく金型の寿命が短く、この点でコストがかかるという問題がある。また、前記した先行技術のように、ウェイト部の高さに対応してニブを分割しても、これは既に形成されたウェイト部にどのように対応するかの解決策であり、これからウェイト部を成形する場合には当てはまらない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、パンチとダイス間で冷間鍛造用素材を据え込み成形する冷間鍛造用金型装置において、前記パンチはニブとニブの外側に嵌合する補強リングを備え、更に前記ニブを互いに嵌合する内側ニブと外側ニブに分割し、これら内側ニブと外側ニブとの分割面を成形時に径方向応力が主として作用する部分と軸方向応力が主として作用する部分との境界部近傍に設定した。
【０００７】
このように、金型（ニブ）に異なる方向の応力が働く場合、ニブが一体であると、これら応力の境界に対応するニブの部位には、引張り応力が生じ、クラックが発生しやすくなる。
そこで、上述の部位を予め分割しておくと、同部位の応力は緩和され、型寿命が延長される。
【０００８】
また、異なる方向の応力が作用する境界部を内側ニブと外側ニブの分割面とすると、成形の際に段差が生じ、これが製品に転写される。
このため、成形時に軸方向応力が主として作用する内側ニブの軸方向寸法を、成形時の軸方向変形量を見込んで外側ニブよりも軸方向に突出するように設定することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る冷間鍛造用金型装置は、クランクシャフトのウェイト部を成形するのに適しているが、これ以外の部材にも適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る冷間鍛造用金型装置の断面図、図２は本発明に係る冷間鍛造用金型装置のパンチの断面図、図３は図２のＡ方向矢視図、図４は図２のＢ部拡大図、図５は図２のＣ部拡大図である。
【００１１】
冷間鍛造用金型装置１は下型１０と上型３０とから構成されている。下型１０はベース２上にバックアップブロック１１を固定し、このバックアップブロック１１上にハードプレート１２を配置し、このハードプレート１２の外側にハードプレートガイドリング１３を設け、前記ハードプレート１２上にダイアンビル１４を配置し、このダイアンビル１４の外側にダイアンビルガイドリング１５を設け、ダイアンビル１４の上に絞りダイスインサート１６を配置し、この絞りダイスインサート１６の外側に絞りダイス補強リング１７を設け、絞りダイスインサート１６の上に据込ダイスインサート１８を配置し、据込ダイスインサート１８の外側に据込ダイスインサート補強リング１９を設け、更に前記絞りダイス補強リング１７及び据込ダイスインサート補強リング１９の外側にダイスガイドリング２０を設けている。
【００１２】
一方、上型３０は上型調整プレート３１に上型バックアップブロック３２を取り付け、この上型バックアップブロック３２の外側にガイドリング３３を設け、このガイドリング３３の下端に螺合した上型固定リング３４にて成形パンチ補強リング３５とこの内側に設けられたニブ３６を保持している。
【００１３】
ニブ３６は図２及び図３にも示すように、内側ニブ３７と外側ニブ３８とに分割され、夫々の下面は、クランクシャフトのウェイト部とピン穴部（後にピン穴を形成する部分）を成形する成形面３７ａと３８ａとなっている。
成形面３８ａには、成形時径方向外側に向かう力が作用するため、この力によって外側ニブ３８内部に引張りの円周方向応力が生じ、成形パンチ補強リング３５は、この応力を緩和するため、すなわち、予め外側ニブ３８の内部に圧縮の円周方向応力を付与するために使用される。
一方、外側ニブ３８に内側ニブ３７を焼き嵌めすると、外側ニブ３８は径方向外側に押し広げられるため、内部に引張りの円周方向応力が生じる。
以上のように、外側ニブ３８に対する内側ニブ３７の焼き嵌めは、成形パンチ補強リング３５の効果を打ち消すように作用するため、補強の効果が得られるようにするため、内側ニブ３７と外側ニブ３８の焼き嵌め代は０．２％、外側ニブ３８と成形パンチ補強リング３５との焼き嵌め代は０．５％としている。
【００１４】
内側ニブ３７と外側ニブ３８との分割面３９は、成形時に径方向応力が主として作用する部分と軸方向応力が主として作用する部分との境界近傍に設定している。
【００１５】
以上において、上型３０を上昇させた状態で、予備成形されたクランクシャフト素材Ｗの軸部を据込ダイスインサート１８内に挿入し、この状態で上型３０を下降せしめ、据込ダイスインサート１８とニブ３６との間で、クランクシャフトのウェイト部を据え込み成形する。
【００１６】
ところで、上記の位置に分割面３９を設定した理由を図６に基づいて説明する。ここで、図６は成形パンチの径方向位置と成形時の金型の変形量との関係を模式的に拡大したものであり、図６から、外側ニブ３８のコーナ部３８ａには成形時に径方向外側に向かう力と、軸方向上方に向かう力とが合成された力、つまり図６において右斜め上方向の力が作用し、内側ニブ３７の下面３７ａには軸方向上方に向かう力が作用することが分る。
【００１７】
したがって、ニブ３６を分割しない場合には、これら異なる方向の力の境界部でクラック等が発生しやすいことが理解できる。そして、クラック等が発生しやすい箇所を分割面３９とすることで、内側ニブ３７と外側ニブ３８のいずれにも無理な力が作用しなくなる。
【００１８】
ところで、異なる方向の力の境界部の観点からは、図２において、分割面３９は更に外側位置３９ａにする方が有利である。しかしながら、分割面を実施例の位置よりも外側に移動すると、図５に示すように内側ニブ３７の一部に薄肉部３７ｂが存在することになり、この部分３７ｂに欠け等が発生しやすくなる。そこで、異なる方向の力の境界部から若干内側に寄った部分を本実施例では分割面３９としている。尚、薄肉部３７ｂが生じない場合には、なるべく異なる方向の力の境界部を分割面３９にすることが好ましい。
【００１９】
また、図６から明らかなように、内側ニブ３７には外側ニブ３８よりも強く軸方向力が作用するので、内側ニブ３７の軸方向変形量が外側ニブ３８の軸方向変形量より大きくなり、段差が生じる。
【００２０】
上記の段差をそのままにしておくと、段差が成形品（クランクシャフト）に転写されてしまう。そこで、本実施例にあっては、図４に示すように、内側ニブ３７と外側ニブ３８の下端成形面を面一とした状態で、内側ニブ３７の上端面３７ｃを外側ニブ３８の上端面３８ｃよりも若干上方に突出（実施例では０．２ｍｍ）せしめている。
【００２１】
このようにすることで、成形時には内側ニブ３７の上端面３７ｃ及び外側ニブ３８の上端面３８ｃはともに上型バックアップブロック３２の平坦な下面に当接して面一となるので、内側ニブ３７の成形面３７ａが外側ニブ３８の成形面３８ａよりも若干下方に突出することになるが、前記したように内側ニブ３７には外側ニブ３８よりも大きな軸方向力が作用するため、軸方向変形量も大きく、結果としてそれぞれの成形面３７ａ，３８ａが一致し、段差を形成することがなくなる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、クランクシャフト等を冷間鍛造する金型装置として、成形パンチを構成するニブを内側ニブと外側ニブに分割し、しかもこの分割面を、成形時にニブに作用する異なる方向の力の境界部の近傍に設定したので、金型にクラック等が入りにくく熱間鍛造よりも成形に負担がかかる冷間鍛造用金型の寿命を延ばすことができる。
【００２３】
また、内側ニブの寸法の軸方向寸法を、成形時の軸方向変形量を見込んで外側ニブよりも軸方向に突出するように設定することで、成形時に分割面に段差が生じることがなくなり、後加工も省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷間鍛造用金型装置の断面図
【図２】本発明に係る冷間鍛造用金型装置のパンチの断面図
【図３】図２のＡ方向矢視図
【図４】図２のＢ部拡大図
【図５】図２のＣ部拡大図
【図６】成形パンチの径方向位置と成形時の金型の変形量との関係を模式的に拡大して説明した図
【符号の説明】
１…冷間鍛造用金型装置、２…ベース、１０…下型、１１…バックアップブロック、１２…ハードプレート、１３…ハードプレートガイドリング、１４…ダイアンビル、１５…ダイアンビルガイドリング、１６…絞りダイスインサート、１７…絞りダイス補強リング、１８…据込ダイスインサート、１９…据込ダイスインサート補強リング、２０…ダイスガイドリング、３０…上型、３１…上型調整プレート、３２…上型バックアップブロック、３３…ガイドリング、３４…上型固定リング、３５…成形パンチ補強リング、３６…ニブ、３７…内側ニブ、３７ａ…内側ニブの成形面、３７ｃ…内側ニブの上端面、３８…外側ニブ、３８ａ…外側ニブの成形面、３８ｃ…外側ニブの上端面、３９…分割面、Ｗ…クランクシャフト素材。
【発明の属する技術分野】
本発明はクランクシャフトのウェイト部等のように円盤状部を有する部材を冷間鍛造にて成形する金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車等のエンジンに組み込むクランクシャフトは、一端を円盤状のウェイト部とした分割型クランクシャフトを一対成形し、それぞれの円盤状のウェイト部に形成したピン穴にピンを嵌合させて左右の分割型クランクシャフトを連結してクランクシャフトとしている。
【０００３】
斯かるクランク軸に関する鍛造技術として特開昭６０−１０２２４５号公報に開示されるものが知られている。
特開昭６０−１０２２４５号公報には、分割型クランクシャフトの軸部に鍛造によってスプラインを成形する技術が開示されている。具体的には、熱間鍛造にて全体形状の成形が終了した分割型クランクシャフトの軸部を下型にセットし、この分割型クランクシャフトのウェイト部を上型の加圧子（ニブ）で押圧し、下型に設けた歯型で軸部にスプラインを形成するにあたり、前記加圧子を分割するとともに分割した加圧子の裏側に弾性体を介在せしめ、段差を有するウェイト部を介して押圧する場合でも、軸部中心を均等加圧して、軸側端面振れを是正するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、クランクシャフト等のように軸部と円板状部とを備えた形状の部材については、従来から熱間鍛造によって製造している。
熱間鍛造による成形は、金型表面が摩耗しやすく、その結果鍛造品の精度が悪くなり、鍛造後の機械加工による取代が大きくなって加工効率が低下する。そして、レース加工代が大きい為に機械台数も多くなり初期投資が膨大になる。
また、熱間鍛造にあっては、加熱後に鍛造するためにスケールが発生し、更に離型剤等の塗布が必須になるので作業環境を最適に保つことが困難である。
【０００５】
冷間鍛造によれば、成形精度や作業環境、更には初期投資の問題を解消することができるのであるが、金型への負担も大きく金型の寿命が短く、この点でコストがかかるという問題がある。また、前記した先行技術のように、ウェイト部の高さに対応してニブを分割しても、これは既に形成されたウェイト部にどのように対応するかの解決策であり、これからウェイト部を成形する場合には当てはまらない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、パンチとダイス間で冷間鍛造用素材を据え込み成形する冷間鍛造用金型装置において、前記パンチはニブとニブの外側に嵌合する補強リングを備え、更に前記ニブを互いに嵌合する内側ニブと外側ニブに分割し、これら内側ニブと外側ニブとの分割面を成形時に径方向応力が主として作用する部分と軸方向応力が主として作用する部分との境界部近傍に設定した。
【０００７】
このように、金型（ニブ）に異なる方向の応力が働く場合、ニブが一体であると、これら応力の境界に対応するニブの部位には、引張り応力が生じ、クラックが発生しやすくなる。
そこで、上述の部位を予め分割しておくと、同部位の応力は緩和され、型寿命が延長される。
【０００８】
また、異なる方向の応力が作用する境界部を内側ニブと外側ニブの分割面とすると、成形の際に段差が生じ、これが製品に転写される。
このため、成形時に軸方向応力が主として作用する内側ニブの軸方向寸法を、成形時の軸方向変形量を見込んで外側ニブよりも軸方向に突出するように設定することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る冷間鍛造用金型装置は、クランクシャフトのウェイト部を成形するのに適しているが、これ以外の部材にも適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る冷間鍛造用金型装置の断面図、図２は本発明に係る冷間鍛造用金型装置のパンチの断面図、図３は図２のＡ方向矢視図、図４は図２のＢ部拡大図、図５は図２のＣ部拡大図である。
【００１１】
冷間鍛造用金型装置１は下型１０と上型３０とから構成されている。下型１０はベース２上にバックアップブロック１１を固定し、このバックアップブロック１１上にハードプレート１２を配置し、このハードプレート１２の外側にハードプレートガイドリング１３を設け、前記ハードプレート１２上にダイアンビル１４を配置し、このダイアンビル１４の外側にダイアンビルガイドリング１５を設け、ダイアンビル１４の上に絞りダイスインサート１６を配置し、この絞りダイスインサート１６の外側に絞りダイス補強リング１７を設け、絞りダイスインサート１６の上に据込ダイスインサート１８を配置し、据込ダイスインサート１８の外側に据込ダイスインサート補強リング１９を設け、更に前記絞りダイス補強リング１７及び据込ダイスインサート補強リング１９の外側にダイスガイドリング２０を設けている。
【００１２】
一方、上型３０は上型調整プレート３１に上型バックアップブロック３２を取り付け、この上型バックアップブロック３２の外側にガイドリング３３を設け、このガイドリング３３の下端に螺合した上型固定リング３４にて成形パンチ補強リング３５とこの内側に設けられたニブ３６を保持している。
【００１３】
ニブ３６は図２及び図３にも示すように、内側ニブ３７と外側ニブ３８とに分割され、夫々の下面は、クランクシャフトのウェイト部とピン穴部（後にピン穴を形成する部分）を成形する成形面３７ａと３８ａとなっている。
成形面３８ａには、成形時径方向外側に向かう力が作用するため、この力によって外側ニブ３８内部に引張りの円周方向応力が生じ、成形パンチ補強リング３５は、この応力を緩和するため、すなわち、予め外側ニブ３８の内部に圧縮の円周方向応力を付与するために使用される。
一方、外側ニブ３８に内側ニブ３７を焼き嵌めすると、外側ニブ３８は径方向外側に押し広げられるため、内部に引張りの円周方向応力が生じる。
以上のように、外側ニブ３８に対する内側ニブ３７の焼き嵌めは、成形パンチ補強リング３５の効果を打ち消すように作用するため、補強の効果が得られるようにするため、内側ニブ３７と外側ニブ３８の焼き嵌め代は０．２％、外側ニブ３８と成形パンチ補強リング３５との焼き嵌め代は０．５％としている。
【００１４】
内側ニブ３７と外側ニブ３８との分割面３９は、成形時に径方向応力が主として作用する部分と軸方向応力が主として作用する部分との境界近傍に設定している。
【００１５】
以上において、上型３０を上昇させた状態で、予備成形されたクランクシャフト素材Ｗの軸部を据込ダイスインサート１８内に挿入し、この状態で上型３０を下降せしめ、据込ダイスインサート１８とニブ３６との間で、クランクシャフトのウェイト部を据え込み成形する。
【００１６】
ところで、上記の位置に分割面３９を設定した理由を図６に基づいて説明する。ここで、図６は成形パンチの径方向位置と成形時の金型の変形量との関係を模式的に拡大したものであり、図６から、外側ニブ３８のコーナ部３８ａには成形時に径方向外側に向かう力と、軸方向上方に向かう力とが合成された力、つまり図６において右斜め上方向の力が作用し、内側ニブ３７の下面３７ａには軸方向上方に向かう力が作用することが分る。
【００１７】
したがって、ニブ３６を分割しない場合には、これら異なる方向の力の境界部でクラック等が発生しやすいことが理解できる。そして、クラック等が発生しやすい箇所を分割面３９とすることで、内側ニブ３７と外側ニブ３８のいずれにも無理な力が作用しなくなる。
【００１８】
ところで、異なる方向の力の境界部の観点からは、図２において、分割面３９は更に外側位置３９ａにする方が有利である。しかしながら、分割面を実施例の位置よりも外側に移動すると、図５に示すように内側ニブ３７の一部に薄肉部３７ｂが存在することになり、この部分３７ｂに欠け等が発生しやすくなる。そこで、異なる方向の力の境界部から若干内側に寄った部分を本実施例では分割面３９としている。尚、薄肉部３７ｂが生じない場合には、なるべく異なる方向の力の境界部を分割面３９にすることが好ましい。
【００１９】
また、図６から明らかなように、内側ニブ３７には外側ニブ３８よりも強く軸方向力が作用するので、内側ニブ３７の軸方向変形量が外側ニブ３８の軸方向変形量より大きくなり、段差が生じる。
【００２０】
上記の段差をそのままにしておくと、段差が成形品（クランクシャフト）に転写されてしまう。そこで、本実施例にあっては、図４に示すように、内側ニブ３７と外側ニブ３８の下端成形面を面一とした状態で、内側ニブ３７の上端面３７ｃを外側ニブ３８の上端面３８ｃよりも若干上方に突出（実施例では０．２ｍｍ）せしめている。
【００２１】
このようにすることで、成形時には内側ニブ３７の上端面３７ｃ及び外側ニブ３８の上端面３８ｃはともに上型バックアップブロック３２の平坦な下面に当接して面一となるので、内側ニブ３７の成形面３７ａが外側ニブ３８の成形面３８ａよりも若干下方に突出することになるが、前記したように内側ニブ３７には外側ニブ３８よりも大きな軸方向力が作用するため、軸方向変形量も大きく、結果としてそれぞれの成形面３７ａ，３８ａが一致し、段差を形成することがなくなる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、クランクシャフト等を冷間鍛造する金型装置として、成形パンチを構成するニブを内側ニブと外側ニブに分割し、しかもこの分割面を、成形時にニブに作用する異なる方向の力の境界部の近傍に設定したので、金型にクラック等が入りにくく熱間鍛造よりも成形に負担がかかる冷間鍛造用金型の寿命を延ばすことができる。
【００２３】
また、内側ニブの寸法の軸方向寸法を、成形時の軸方向変形量を見込んで外側ニブよりも軸方向に突出するように設定することで、成形時に分割面に段差が生じることがなくなり、後加工も省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷間鍛造用金型装置の断面図
【図２】本発明に係る冷間鍛造用金型装置のパンチの断面図
【図３】図２のＡ方向矢視図
【図４】図２のＢ部拡大図
【図５】図２のＣ部拡大図
【図６】成形パンチの径方向位置と成形時の金型の変形量との関係を模式的に拡大して説明した図
【符号の説明】
１…冷間鍛造用金型装置、２…ベース、１０…下型、１１…バックアップブロック、１２…ハードプレート、１３…ハードプレートガイドリング、１４…ダイアンビル、１５…ダイアンビルガイドリング、１６…絞りダイスインサート、１７…絞りダイス補強リング、１８…据込ダイスインサート、１９…据込ダイスインサート補強リング、２０…ダイスガイドリング、３０…上型、３１…上型調整プレート、３２…上型バックアップブロック、３３…ガイドリング、３４…上型固定リング、３５…成形パンチ補強リング、３６…ニブ、３７…内側ニブ、３７ａ…内側ニブの成形面、３７ｃ…内側ニブの上端面、３８…外側ニブ、３８ａ…外側ニブの成形面、３８ｃ…外側ニブの上端面、３９…分割面、Ｗ…クランクシャフト素材。
Claims (3)
- パンチとダイス間で冷間鍛造用素材を据え込み成形する冷間鍛造用金型装置において、前記パンチはニブとニブの外側に嵌合する補強リングを備え、更に前記ニブを互いに嵌合する内側ニブと外側ニブに分割し、これら内側ニブと外側ニブの下面となる成形面における分割面を、成形時に軸方向上方に向かう力が作用する部分と、径方向外側に向かう力と軸方向上方に向かう力とが合成された力が作用する部分との境界部または境界部よりも径方向において若干内側に寄った部分に設定したことを特徴とする冷間鍛造用金型装置。
- 請求項１に記載の冷間鍛造用金型装置において、成形時に軸方向応力が主として作用する内側ニブの軸方向寸法を、成形時の軸方向変形量を見込んで外側ニブよりも軸方向に突出するように設定したことを特徴とする冷間鍛造用金型装置。
- 請求項１に記載の冷間鍛造用金型装置において、この金型装置は、クランクシャフトのウェイト部を成形することを特徴とする冷間鍛造用金型装置。
Priority Applications (3)
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| JP20635299A JP3673908B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 冷間鍛造用金型装置 |
| US10/789,322 US20040261918A1 (en) | 1999-05-20 | 2004-02-26 | Billet for cold forging, method of manufacturing billet for cold forging, method of continuously cold-forging billet, method of cold-forging |
| US10/789,347 US7093526B2 (en) | 1999-05-20 | 2004-02-26 | Forming die apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP20635299A JP3673908B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 冷間鍛造用金型装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2001030039A JP2001030039A (ja) | 2001-02-06 |
| JP3673908B2 true JP3673908B2 (ja) | 2005-07-20 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20635299A Expired - Fee Related JP3673908B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-07-21 | 冷間鍛造用金型装置 |
Country Status (1)
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1999
- 1999-07-21 JP JP20635299A patent/JP3673908B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2001030039A (ja) | 2001-02-06 |
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