JP4944598B2

JP4944598B2 - 一体型クランク軸の鍛造装置

Info

Publication number: JP4944598B2
Application number: JP2006350023A
Authority: JP
Inventors: 英樹柿本; 和夫藤田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008155275A

Description

この発明は、大型・中速ディーゼル機関に使用される一体型クランク軸を、その形状に応じて歩留まりよく成形する鍛造装置に関する。

舶用や発電機用などに使われているディーゼル機関用クランク軸には，一体型クランク軸と組立型クランク軸がある。その中でも中小型のディーゼル機関には一体型クランク軸が用いられており，その製造方法としてはRR鍛造法，TR鍛造法，多軸プレスによる方法などが知られている。このうち、クランク軸をＣＧＦ(Continuous Grain Flow) 鍛造する方法として、広く知られているＲＲ鍛造方法は、１回の鍛造で1気筒分のジャーナル軸、ピン軸、アーム部を作る鍛造方法であり、このＲＲ鍛造法に用いられるＲＲ鍛造装置の概要を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）は丸棒状素材５を把持した成形開始時点の状態を、図６（ｂ）はアーム部を予備圧縮するアプセット成形工程を、図６（ｃ）はピン部の成形とアーム部の横圧縮を同時に行なうオフセット工程を示している。前記丸棒状素材５は、素材丸棒に、アーム部６（６ａ）を挟んで、ピン部８とジャーナル部１１とを予備加工して形成されている。このＲＲ鍛造装置は、主プレス（図示省略）の圧下に伴うクロスヘッド１の圧下力Ｐを、傾斜摺動板２を介して、把持ダイス４を備えた一対の摺動台３に伝達させ、この圧下力Ｐの水平方向の分力Ｆの作用により、部分加熱された丸棒状素材（以下素材と記す）５のアーム部６、６ａを軸方向に圧縮すると共に、クロスヘッド１に連結された上ポンチ７にて素材５のピン部８をその軸に直角方向に押し下げて、素材５の単位クランクスロー部を成形する装置構成となっている。このように、クロスヘッド１および摺動台３間の加圧伝達手段に傾斜摺動板２を用いたＲＲ鍛造装置が、例えば、特許文献１および２に記載されている。
特開平２−１３３１３９号公報特開２００３−３２６３３２号公報

前記ＲＲ鍛造装置では、オフセット工程でのアーム部６、６の最終圧縮時に、プレス力量不足を補うため、およびアーム部６、６の厚さを目標寸法に早く到達させるために、横押しシリンダ（図示省略）が設置されている。また、把持ダイス４は、クロスヘッド１の両側に設けたダイス押えシリンダ９、９により一定の把持圧力を付与される。そして、上ポンチ７は、ポンチシリンダ（図示省略）を介してクロスヘッド１に連結され、その下方には、アンビルシリンダ（図示省略）を介して台盤（図示省略）に連結された下ポンチ１０が設けられている。成形過程における素材５のピン部８は、これらの上下ポンチ７、１０により上下から一定圧力で把持されている。

また、上ポンチ７の上端および下ポンチ１０の下端には、クロスヘッド１の下面１ａおよび台盤の上面に当接して退没程度を規定する拡径ストッパ７ａ、１０ａが設けられ、この拡径ストッパ７ａ、１０ａにより上下ポンチ７、１０はクランク素材１５のピン部８を把持して限定された範囲で昇降するようになっている。

上記従来のＲＲ鍛造装置によるクランク軸の成形方法を、さらに図７および図８を参照して概略説明する。まず、図６（ａ）に示したように、素材５のジャーナル部１１を一対の把持ダイス４、４にて把持し、ピン部８を上下ポンチ７、１０にて把持する。次に、クロスヘッド１の圧下により、傾斜傾動板２を介して一対の摺動台３を内側に駆動し、図７に模式的に示すように、アーム部６、６の予備圧縮を行なう（アプセット工程）。アプセット工程で、所定量の予備圧縮を行った後に、上ポンチ７をクロスヘッド１の圧下動に直動して圧下させ、図８に模式的に示すように、横圧縮を行ないながらピン部８の押し下げを行う（オフセット工程）。このオフセット工程の後半に、前記クロスヘッド１から傾斜摺動板２を介して得られる圧下力Ｐの水平方向の分力Ｆ、すなわち横圧縮荷重が不足し、アーム部６、６を所要の厚さまで圧縮できないため、横押しシリンダを作動させて最終圧縮を行なう（図９参照）。

このように、ＲＲ鍛造装置によるクランク軸の成形方法では、アーム部６の予備圧縮を行なうアプセット工程と、前記水平分力Ｆにより横圧縮を行ないながらピン部８の押し下げを行なうオフセット工程からなる成形が実施される。

前記ＲＲ鍛造方法では、上述のように、変形挙動は横圧縮(アーム部の成形（アプセット成形）)とポンチによる偏芯(ピン軸の成形（オフセット成形）)の２種類があり、プレス挙動や、バリの発生や金型充満状態など素材の変形挙動が複雑である。その上、クロスヘッド１および摺動台３間の加圧伝達手段に用いる傾斜摺動板２の傾斜角θが固定されているため、クランク軸の製品形状（スロー）が決まると、アーム部６の、アプセット工程における圧縮量とオフセット工程における圧縮量の配分が自動的に定まり、これらの成形工程で発生するアーム部周縁の形状不良部分をコントロールできず、クランク軸形状によっては成形歩留がわるく、歩留改善の余地があった。

そこで、この発明の課題は、一体型クランク軸の形状に応じて、アプセット工程とオフセット工程でのアーム部の圧縮量の配分を変化させることにより、クランク軸を、その形状に応じて歩留まりよく成形する鍛造装置を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係る一体型クランク軸の鍛造装置は、クロスヘッドの下方に配設され、部分加熱された丸棒状素材のジャーナル部を把持する一対の把持ダイスと、これら一対の把持ダイスの間の上下方向に配設され、その上端をクロスヘッドに連接された素材のアーム部間のピン部を押下げる押下げ用ポンチと、前記一対の把持ダイスをそれぞれ支持する摺動台に配置した傾斜盤と、丸棒状素材の二つのアーム部をその軸方向に圧縮するため、前記傾斜盤に摺動し、クロスヘッドの圧下に連動して一対の把持ダイスを互いに接近する方向に駆動させるための傾斜摺動部材を備えたクランク軸の鍛造装置において、前記傾斜盤および傾斜摺動部材を、傾斜角調整手段を用いてそれぞれの傾斜角が可変となるようにしてなるとともに、
前記傾斜盤の傾斜角調整手段が、前記摺動台と傾斜盤との間に介在させた、前記傾斜方向に直径の異なる複数の円筒状ころを備えたスペーサ部材であり、前記傾斜方向に前記直径が一様に異なるように、前記複数の円筒状ころを配置したことを特徴とする。

このように傾斜角を可変にすれば、種々のクランク軸製品形状に対応して、アプセット工程における横圧縮量とオフセット工程における横圧縮量の配分を変化させることができるため、アーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることが可能となり、成形歩留を向上させることができる。また、前記スペーサ部材よりなる傾斜角調整手段を用いているため、より簡便な機構で傾斜盤の傾斜角を変化させることができる。

この発明では、摺動台と傾斜盤との間に介在させた、傾斜方向に直径の異なる複数の円筒状ころを備えたスペーサ部材よりなる傾斜角調整手段を用いて、ＲＲ鍛造装置の摺動台に配置した傾斜盤の角度を変化させることを可能としたので、アプセット工程における横圧縮量とオフセット工程における横圧縮量の配分を変化させることができるため、種々のクランク軸製品形状に対応して、素材形状を最適化してアーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることが可能となり、成形歩留を向上させることができる。また、前記スペーサ部材よりなる傾斜角調整手段を用いているため、より簡便な機構で傾斜盤の傾斜角を変化させることができる。

以下に、添付の図１から図５に基づいて説明する。

図１は、参考例のＲＲ鍛造装置（図６参照）の摺動台３（矢印Ａ：摺動方向）に配置された傾斜盤１４の、油圧シリンダを用いた傾斜角調整手段を模式的に示したものである。前記摺動台３の内部の、傾斜盤１４の傾斜方向の中程、および中程から両端側にかけた位置に、傾斜盤１４の傾斜角θを変えるための油圧シリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃがそれぞれ設置されている。前記傾斜盤１４の中程の位置に設置した油圧シリンダ１５ａのピストンロッド１６ａのストロークは固定され、傾斜盤１４の傾斜角θを変える際の支点１７が形成されている。この支点１７の上方側の油圧シリンダ１５ｂのピストンロッド１６ｂを前進させ、この前進動作に対応して、下方側の油圧シリンダ１５ｃのピストンロッド１６ｃを後退させることにより、傾斜盤１４の傾斜角θは小さくなる方向に調整される。また、前記下方側の油圧シリンダ１５ｃのピストンロッド１６ｃを前進させ、この前進動作に対応して、上方側の油圧シリンダ１５ｂのピストンロッド１６ｂを後退させることにより、傾斜盤１４の傾斜角θは小さくなる方向に調整される。前記摺動台３は、一対の把持ダイス４に対してそれぞれ2台設置されているため、前記油圧シリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用いた傾斜角調整手段は、４基設置されている。

前記摺動台３に対向してクロスヘッド１に取付けられ傾斜台１８に配置された傾斜摺動板２（図６（ａ）〜（ｃ）参照）については、図２に模式的に示すように、傾斜摺動部材２ａ（傾斜摺動板２）とクロスヘッドとの間にスペーサ１９ａ〜１９ｃを介在させて、すなわち、クロスヘッド１に取付けられた前記傾斜台１８に、傾斜方向に大きさ（厚さｄ）が一様に異なるように配列した前記スペーサ１９ａ〜１９ｃを介して、傾斜摺動部材２ａがボルトなどの締結手段によって取り付けられ、傾斜角θを可変に調節できるようになっている。そして、まず、所要の傾斜角θが得られるように、予め準備した大きさ（厚さｄ）の異なるスペーサの中から、必要な大きさ（厚さｄ）のスペーサ１９ａ〜１９ｃを選択して傾斜摺動部材２ａを傾斜台１８に取り付けた後、上記油圧シリンダ１５ａ〜１５ｃを操作して、傾斜盤１４が傾斜摺動部材２ａと平行になるように、その傾斜角θを調節することにより、傾斜摺動部材２ａと傾斜盤１４とが所要の傾斜角θに調整され、前述のように、クロスヘッド１の圧下動に伴って、矢印Ａで示したように、アーム部６の横圧縮が行なわれる（図１参照）。前記スペーサ１９ａ〜１９ｃは必ずしも３個に限定する必要はなく、調整すべき傾斜角θに応じて、所要数のスペーサを配列することができる。なお、傾斜角θを調整した後の摺動台３と傾斜盤１４との隙間（空隙部）２０（図１参照）に、予め調整傾斜角θに合せて準備しておいたスペーサを挿入すれば、プレス荷重を安定して受けることができる。

図３（ａ）および（ｂ）は、従来の傾斜摺動板２（図６参照）の傾斜角θが一定（θ＝３７°）の場合と、図１および図２に示した機構の傾斜盤１４と傾斜摺動部材２ａを用いて可変としてθ＝２５°に調整した場合の、変形挙動を模式的に示したものである。θ＝３７°の場合に比べて、θ＝２５°の場合では、プレスストロークＳが等しい場合でも、アプセット工程における所要のアーム６の厚さｔａまでの圧縮量（横圧縮量）ｋａが少ない分だけ（ｋａ＜ｋｂ）、素材５の長さを短くすることができる（すなわち、Ｌａ＜Ｌｂ）。このため、前述のオフセット工程における、アーム部６の最終厚さｔｇまでの圧縮量が少なくて済み（（ｔａ-ｔｇ）＜（ｔｂ-ｔｇ））、ピン部８側のアーム角部（図９参照、○印部）での引きつられ量が減少し、すなわち余肉が少なくなる現象が回避され、アーム部周縁の形状不良が改善される。

表１は、製品形状が異なる２種類のクランク軸Ａ（クランクスロー幅３００ｍｍ、高さ５００ｍｍ、ピン部とジャーナル部との中心間距離２００ｍｍ）、Ｂ（クランクスロー幅５００ｍｍ、高さ８００ｍｍ、ピン部とジャーナル部との中心間距離３００ｍｍ）について、従来技術の傾斜角θが固定でθ＝３７°の場合、参考例の傾斜角θが可変でθ＝２５°に調整した場合の素材形状から鍛造仕上がり形状を経て製品形状に加工したときの製品歩留を示す。クランク軸形状Ａ、Ｂのいずれの場合でも、参考例により、傾斜角θを調整した場合の方が、製品歩留が明瞭に向上することがわかる。

図４は、素材形状（直径Ｄおよび長さＬ）が同一の場合、従来技術の傾斜角θが固定の場合（θ＝３７°）と、参考例の傾斜角θが可変の場合（図１および図２に示した機構を用いてθ＝２５°に調整）の、アプセット工程終了後およびオフセット工程終了後の被加工材（被鍛造材）の形状を模式的に示したものである。傾斜角θが３７°の固定の場合に比べて、傾斜角が可変で２５°に調整した場合の方が、オフセット工程でのアーム部６の横圧縮量（アプセット工程終了時のアーム部６の厚さｔａ１-オフセット工程終了時のアーム部６の厚さｔａ２）を、θ＝３７°の場合に比べて小さくして（すなわち、（ｔａ１-ｔａ２）＜（ｔｂ１-ｔｂ２））所要量のピン部８の押し下げを行なうことができる。それによって、アーム部周縁の形状不良部分の段差の差（Ｃ１−Ｃ２）を小さくすることができ、機械加工工程数が少なくて済む。これに対し、傾斜角θが３７°の場合には、傾斜角θが２５°場合に比べてオフセット工程で所要量のピン部８の押し下げを行なう際のアーム部６の横圧縮量（ｔｂ１−ｔｂ２）が大きくなるため、アーム部周縁の形状不良部分の段差の差（Ｃ１−Ｃ２）が多くなり、機械加工工程数も多くなる。

図５は、本発明の実施形態のＲＲ鍛造装置（図６参照）の摺動台３に配置された傾斜盤１４の、円筒状ころを備えたスペーサ部材を用いた傾斜角調整手段を模式的に示したものである。前記摺動台３の傾斜面３ａに、例えば、ピン２１ａ〜２１ｃにより、複数の、例えば３つのスペーサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを、所要の間隔ｄ１、ｄ２を確保して固定する。そして、この間隔ｄ１、ｄ２の部分に、直径の異なる円筒状ころ２３ａ、２３ｂ、２３ｃを、傾斜面３ａの上流側から直径の大きい順番に、すなわち円筒状ころ２３ａ、２３ｂ、２３ｃの順番に挿入すると、傾斜角θを、傾斜面３ａの傾斜角、すなわち従来の固定傾斜角θｆよりも小さく調整することができる（θ＜θｆ）。また、円筒状ころ２３ａ、２３ｂ、２３ｃを、傾斜面３ａの上流側から直径の小さい順番に、すなわち２３ｃ、２３ｂ、２３ａの順番に挿入すると、傾斜角θを、固定傾斜角θｆよりも大きく調整することができる（θ＞θｆ）。このようにしても、傾斜盤１４の傾斜角θを可変にして、アーム部周縁の形状不良部分をコントロールすることができる。なお、傾斜盤１４は、例えば、摺動台３の摺動面３ａ側の下部に設けた受け部（図示省略）によって上記傾斜角θの調節が可能となるように保持される。

参考例の傾斜盤の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。参考例の傾斜摺動部材の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。（ａ）一体型クランク軸の変形挙動を模式的に示す説明図である（従来技術）（ｂ）同上（参考例）一体型クランク軸の変形挙動を対比した説明図である。本発明の実施形態の傾斜角度調整手段を模式的に示す説明図である。（ａ）ＲＲ鍛造装置の説明図（成形開始状態）である。（ｂ）ＲＲ鍛造装置による成形工程（アプセット工程）の説明図である。（ｃ）ＲＲ鍛造装置による成形工程（オフセット工程）の説明図である。ＲＲ鍛造装置による成形工程（アプセット工程）の説明図である。ＲＲ鍛造装置による成形工程（オフセット工程）の説明図である。ＲＲ鍛造装置による成形工程（オフセット（最終圧縮）工程）の説明図である。

１：クロスヘッド１ａ：クロスヘッド下面２：傾斜摺動板
２ａ：傾斜摺動部材３：摺動台３ａ：傾斜面
４：把持ダイス５：素材６：アーム部
７：上ポンチ７ａ：拡径ストッパ８：ピン部
９：ダイス押えシリンダ１０：下ポンチ１０ａ：拡径ストッパ
１１：ジャーナル部１２ａ：上部ダイス１２ｂ：側部ダイス
１３：下部ダイス１４：傾斜盤１５ａ〜１５ｃ：油圧シリンダ
１６ａ〜１６ｃ：ピストンロッド１７：支点１８：傾斜台
１９ａ〜１９ｃ：スペーサ２０：隙間２１ａ〜２１ｃ：ピン
２２ａ〜２２ｃ：スペーサ２３ａ〜２３ｃ：円筒状ころ

Claims

クロスヘッドの下方に配設され、部分加熱された丸棒状素材のジャーナル部を把持する一対の把持ダイスと、これら一対の把持ダイスの間の上下方向に配設され、その上端をクロスヘッドに連接された素材のアーム部間のピン部を押下げる押下げ用ポンチと、前記一対の把持ダイスをそれぞれ支持する摺動台に配置した傾斜盤と、丸棒状素材の二つのアーム部をその軸方向に圧縮するため、前記傾斜盤に摺動し、クロスヘッドの圧下に連動して一対の把持ダイスを互いに接近する方向に駆動させるための傾斜摺動部材を備えたクランク軸の鍛造装置において、前記傾斜盤および傾斜摺動部材を、傾斜角調整手段を用いてそれぞれの傾斜角が可変となるようにしてなるとともに、
前記傾斜盤の傾斜角調整手段が、前記摺動台と傾斜盤との間に介在させた、前記傾斜方向に直径の異なる複数の円筒状ころを備えたスペーサ部材であり、前記傾斜方向に前記直径が一様に異なるように、前記複数の円筒状ころを配置したことを特徴とする鍛造装置。