JP5268715B2 - コンロッドの製造方法及びこれに用いるコイニング型装置 - Google Patents

コンロッドの製造方法及びこれに用いるコイニング型装置 Download PDF

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この発明はコンロッドの製造方法及びこれに用いるコイニング型装置に関する。
ピストンとクランクシャフトとを繋ぎ、ピストンの受けた力をクランクシャフトに伝えるコンロッド(コネクティングロッド)の製造方法として、従来、鍛造による製造方法が多く用いられている。
図10は従来のコンロッドの一例を示している。
同図において10はコンロッドで、このコンロッド10は、中心部に大端孔14を有する大端部12,中心部に小端孔18を有する小端部16、及び大端部12と小端部16とを連結する桿部20とを有している。
ここで桿部20は、図12(B)に示しているように左右端部で上下に突出した左右一対のリブ22A,22Aと、それらリブ22Aを上下中間部で左右方向に連結する連結部24Aとを有し、横断面形状が略I字形状をなしている。
このコンロッド製造のための鍛造加工では、先ず熱間鍛造でコンロッドの粗形状出しが行われる。
図11はその粗形状出しのための熱間鍛造の工程の一例を示している。
ここでは先ず加熱した棒状の素材(鋼材)1の長手方向中間部を潰す加工が工程(I)にて行われ、次いで工程(II)において更に全体が扁平形状に変形せしめられる(工程(II))。
その後潰しの工程(III)、荒打の工程(IV)に続いて本成形の工程(V)が行われ、ここにおいてコンロッドの粗形状出しが行われる。
続いて工程(VI)で大端孔14,小端孔18の孔抜加工が行われ、更にバリ抜きの工程(VII)が行われて、バリ2が除去され、熱間鍛造材10Bを得る。
尚、工程(V)の本成形では上成形型と下成形型とでワークを上下に挟圧してプレスし、成形を行う。
この熱間鍛造において、バリ抜き後のワークの温度は約1000℃である。
鍛造加工による従来のコンロッドの製造方法では、この熱間鍛造後の冷却過程においてコイニング加工が行われる。
このコイニング加工は、主として大端部12,小端部16,桿部20の形状矯正を目的としているが、桿部20に対する加工による強化が行われる場合もある。
コンロッド10は、桿部20に強い座屈強度が求められ、そのため従来にあっては桿部20が断面略I字形状に形成され、その形状による効果によって桿部20に座屈強度が付与されている。
コイニング加工では、更に歪み付与による加工硬化によって桿部20の強化が図られる。
しかしながら従来の製造方法におけるコイニング加工では、以下に示すような様々な問題が生じていた。
図12(A)は熱間鍛造後の粗形材、即ち熱間鍛造材10Bにおける桿部20Bの横断面形状を示している。
図に示しているように熱間鍛造材10Bは、図11の工程(V)の本成形が、上成形型と下成形型とでワークを上下に挟圧し成形するものであることから、上成形型,下成形型の抜け勾配に起因して、リブ22Bの外側面に上下両端から中央に向うにつれて左右外方への突出量が増大する形状の膨出部26Bを有している。
図中28Bはその膨出部26Bの傾斜形状をなす傾斜面を示している。
またリブ22Bの内側には、リブ22Bの上下両端から連結部24Bに向けて左右内方へ湾曲形状をなす湾曲部30Bを有している。
図中32Bはその湾曲部30Bの曲面を表している。
ここで傾斜面28Bの角度θは例えば7〜10°,曲面32Bは例えば半径が5mmの曲面である。
図12(C)に示す従来のコイニング加工の方法は、熱間鍛造における工程(V)の本成形と同様に、上成形型34と下成形型36とを用いて、熱間鍛造材10Bを上下に挟圧してコイニング加工を行うものであり、上成形型34と下成形型36とを用いて熱間鍛造材10Bにおけるリブ22Bの上端部と下端部とを上下方向の加圧力で変形させ、図12(B)に示すような横断面形状の桿部20とする。
このようなコイニング加工では、材料の一部が上成形型34と下成形型36との合せ目に沿って逃げることにより、そこにバリ3を生ぜしめる。
またこのコイニング加工においても、上成形型34と下成形型36の脱型のために、コイニング加工後においてリブ22Aの外側面に図12(C)中斜線で示す膨出部26Aを有し、またリブ22Aの内側に湾曲部30Aを有する。
このような従来の製造方法では、バリ3の発生により材料の歩留りが悪化するとともに、発生したバリ3除去のためのバリ抜き工程が別途に必要となってしまう。
またその他に、このようなバリ3の発生及び膨出部26Aや湾曲部30Aによって、桿部20に付与される歪みが少なくなり、従ってその歪みによる加工硬化の程度が小となり、桿部20を十分に強化することができない。
桿部20の座屈強度を強くするためには、曲げモーメントに対する変形抵抗の増大のために断面2次モーメントをできるだけ大とすることが重要であるが、上記の膨出部26Aや湾曲部30Aは曲げの中心となる連結部24A近くに肉の大部分が位置しているために、断面2次モーメントに対する寄与が小さく、断面の形状効果によって桿部20の座屈強度を十分に高めることができない。
理想的には桿部20の横断面形状を図12(C)中の網点で示すようなI字形状とすることであり、そのためにはリブ22Aの連結部24Aから最も離れた先端部の肉厚をできるだけ厚くすることが必要であるが、従来の製造方法の場合、こうした横断面形状を実現することは困難である。
また従来の製造方法では、コイニング加工の際の歪みがバリ3の部分に集中し、横断面の他部に対し歪みが均等に付与されないのみならず、歪みが集中的に発生したバリ3がその後において取り除かれてしまうため、歪み付与による加工硬化を十分に図ることができず、従ってその加工硬化による桿部20の強度向上を十分に実現することができない。
尚、鍛造加工によりコンロッドを製造する方法に関して、下記特許文献1,特許文献2,特許文献3に開示されたものがある。
但しこれら特許文献1,特許文献2,特許文献3に開示のものでは本発明の課題を解決することはできず、これら特許文献に開示のものは本発明とは別異のものである。
特開2005−14080号公報 特開2006−312980号公報 特開2006−312978号公報
本発明は以上のような事情を背景とし、鍛造加工によってコンロッドを製造するに際し、コイニング加工で桿部の断面2次モーメントを効果的に増大させ得、その形状効果によって桿部の座屈強度を高強度となすことができるとともに、加工の際に歪みを多く且つ均等に付与し得て、加工硬化による強度向上を十分に発揮させることができ、またコイニング加工後においてバリ抜き加工を省略でき、また材料の歩留りを高くすることのできるコンロッドの製造方法及びこれに用いるコイニング型装置を提供することを目的としてなされたものである。
而して請求項1はコンロッドの製造方法に関するもので、大端部と小端部及びそれら大端部と小端部とを連結する桿部を有するコンロッドの粗形状を先ず熱間鍛造により形成した後、該粗形状をなす熱間鍛造材にコイニング加工を施してコンロッドを製造するコンロッドの製造方法において、上保持型と、下保持型とを有し、該上保持型には、前記桿部成形用の上成形型を備え、また該下保持型には、該上成形型に対して前記大端部,小端部の各孔の軸線方向に相対移動可能に上下に対向して配置された前記桿部成形用の下成形型、該桿部と該大端部及び該小端部とをそれぞれ成形するための、左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型、該大端部の前後方向端部成形用の端部成形型、及び該小端部の前後方向端部成形用の端部成形型を備え、該側方成形型及び該端部成形型の外面に形成した雄テーパ面と、同じ傾斜角度で前記上保持型に形成した雌テーパ面とによる案内作用で、該一対の側方成形型及び該端部成形型を該上保持型の下降運動に連動してそれぞれ内方に同時に移動させるコイニング型装置を用いて、前記上成形型,下成形型、及び左,右一対の前記側方成形型で、全体が閉状態で内側を密閉閉塞する前記桿部のコイニング型を構成し、前記コイニング加工に際して前記上,下成形型により前記粗形状をなす熱間鍛造材の前記桿部を上下に挟圧するとともに、該上下の挟圧に連動して、前記一対の側方成形型にて該桿部を左右に挟圧して該桿部の外側面を左右方向の内方に加圧変形させ、該桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、該加圧に伴う変形により該桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行うことを特徴とする。
請求項2のものは、請求項1において、前記熱間鍛造材における粗形状が、左右端部で上下に突出した左右一対のリブと、該リブを上下中間部で左右方向に連結する連結部とを有し、且つ該リブの左右の外側面が上下両端から上下中間部に向うにつれて左右外方向への突出量を増大する形状の膨出形状をなしており、前記コイニング加工に際して、前記一対の側方成形型が該膨出部を左右方向内方に加圧し、成形することを特徴とする。
請求項3のものは、請求項2において、前記一対の側方成形型は、前記膨出部を有する前記リブの外側面を上下方向のストレート形状に成形することを特徴とする。
請求項4のものは、請求項2,3の何れかにおいて、前記熱間鍛造材の粗形状が、前記リブの上下両端から前記連結部に向けて左右内方へ湾曲形状をなしており、前記コイニング加工に際して、前記上成形型と下成形型とが該リブの上下両端部を上下方向に圧縮変形させるとともに、前記湾曲形状の湾曲部を加圧し変形させて前記連結部を左右方向の板状に、該リブの内側面を該連結部への付根部を除いて上下方向のストレート形状に成形することを特徴とする。
請求項5は上記製造方法に用いられるコイニング型装置に関するもので、このコイニング型装置は、上保持型と、下保持型とを有し、該上保持型には、前記桿部成形用の上成形型を備え、また該下保持型には、該上成形型に対して前記大端部,小端部の各孔の軸線方向に相対移動可能に上下に対向して配置された前記桿部成形用の下成形型、該桿部と該大端部及び該小端部とをそれぞれ成形するための、左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型、該大端部の前後方向端部成形用の端部成形型、及び該小端部の前後方向端部成形用の端部成形型を備え、該側方成形型及び該端部成形型の外面に形成した雄テーパ面と、同じ傾斜角度で前記上保持型に形成した雌テーパ面とによる案内作用で、該一対の側方成形型及び該端部成形型を該上保持型の下降運動に連動してそれぞれ内方に同時に移動させるものとなしてあって、前記上成形型,下成形型、及び左,右一対の前記側方成形型で、全体が閉状態で内側を密閉閉塞する前記桿部のコイニング型を構成しており、前記コイニング加工に際して前記上,下成形型により前記粗形状をなす熱間鍛造材の前記桿部を上下に挟圧するとともに、該上下の挟圧に連動して、前記一対の側方成形型にて該桿部を左右に挟圧して該桿部の外側面を左右方向の内方に加圧変形させ、該桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、該加圧に伴う変形により該桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行うようになしてあることを特徴とする。
発明の作用・効果
以上のように本発明は、コンロッドを鍛造加工により製造するに際して、先ず熱間鍛造によりコンロッドの粗形状を形成した後コイニング加工を行い、その際に桿部のコイニング型として、上下に対向して相対移動可能に配置された上成形型,下成形型及び左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型とを有し、且つ全体が閉状態で内側を密閉閉塞するコイニング型を用い、コイニング加工に際して上,下成形型により熱間鍛造材の桿部を上下に挟圧するとともに、一対の側方成形型にてその桿部を左右に挟圧し、これにより桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、その加圧に伴う変形により桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行う。
本発明の製造方法によれば、コイニング加工に際して従来の製造方法のようにバリを発生させることはなく、これにより材料の歩留りを向上させることができるとともに、その後においてバリ取りのためのバリ抜き加工の工程を省くことが可能となる。
また本発明の製造方法では、上,下一対の成形型のみにて熱間鍛造素材の桿部を上下に挟圧加工する場合と異なって上,下成形型の間に材料を逃してバリ生成させる必要がないことから、詳しくは一対の側方成形型にて上,下成形型による上下の挟圧と同時に熱間鍛造材を側方に挟圧加工するものであるため、桿部における横断面の先端側まで材料を十分に回り込ませることができ、これによりその先端部を十分に厚肉となし得て、桿部の断面2次モーメントを大とすることができ、その形状効果によって桿部の座屈強度を効果的に高強度となすことができる。
また歪みが集中するバリを生成させないために、コイニング加工の際の歪みを桿部の横断面全体に亘って均等に且つ多く付与することができ、その歪みによる加工硬化を十分に引き出し得て、加工硬化により桿部の座屈強度をより一層高めることができる。
本発明によれば、桿部における横断面の形状の効果及び加工硬化によって、桿部の座屈強度を効果的に高強度化することができるため、同一の材料を用い且つ同一の座屈強度とする場合において桿部の横断面の断面積を小さくでき、コンロッドの桿部を小型化することができる。
そしてそのことにより材料の使用量を少なくでき、コストを低減することができるとともに、桿部の小型化によってコンロッドの軽量化を図ることができる。
また横断面の断面積を同一とする場合において、用いる材料としてより強度の小さい安価な材料を用いることが可能となり、材料に要するコストを低減することができる。
請求項2の製造方法は、熱間鍛造材における粗形状を、左右端部で上下に突出した左右一対のリブと、リブを上下中間部で左右方向に連結する連結部とを有し、そしてリブの左右の外側面を上下両端から中間部に向うにつれて左右外方への突出量を増大する形状の膨出形状となし、熱間鍛造後におけるコイニング加工に際して、一対の側方成形型でその膨出部を左右内方に加圧し成形するもので、この請求項2の製造方法によれば、側方成形型による加圧(挟圧)により材料をリブの先端側まで十分に移動させることができ、リブの先端側部分を厚肉に形成することができる。
そのことによって、桿部の断面2次モーメントを効果的に増大させることができ、また加工による歪みを効果的に且つ均等に桿部に付与することができる。
この場合において一対の側方成形型は、加工後においてリブの外側面が上下方向にストレート形状となるように桿部を成形加工するものとなしておくことができる(請求項3)。
請求項4は、上記熱間鍛造材の粗形状を、リブの上下両端から連結部に向けて左右内方へ湾曲形状となる湾曲部を有する形状となし、コイニング加工に際して、上成形型と下成形型とでリブの上下両端部を上下方向に圧縮変形させるとともに、その湾曲部を加圧し変形させて、連結部を左右方向の板状に、リブの内側面を、連結部への付根部を部分的に除いて上下方向にストレート形状に成形するもので、この請求項4の製造方法によれば、桿部形状をより一層I字形状に近づけることが可能となり、桿部の断面2次モーメントをより一層効果的に増大させることができる。
また加工による歪みを均等に且つ多く付与し得て、加工硬化による強度向上をより一層高めることができる。
次に請求項5は、上記コイニング加工に際して用いられるコイニング型装置に関するもので、このコイニング型装置は、上下に対向して相対移動可能に配置された上成形型,下成形型及び左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型とを有し、且つ全体が閉状態で内側を密閉閉塞するものとなしてあり、コイニング加工に際して上,下成形型により桿部を上下に挟圧するとともに、一対の側方成形型で桿部を左右に挟圧し、桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、その加圧に伴う変形により桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行うようになしたもので、この請求項5のコイニング型装置を用いることで、上記請求項1〜請求項4の製造方法を好適に実施することができる。
本発明の一実施形態の製造方法にて得られるコンロッドを示した図である。 同実施形態に用いられるコイニング型装置の要部平面断面図である。 同実施形態におけるコイニング加工の要部工程の説明図である。 図3に続く工程の説明図である。 図4に続く工程の説明図である。 図5に続く工程の説明図である。 熱間鍛造材と同実施形態におけるコンロッドとの各桿部の形状を比較して示した図である。 実施例におけるコンロッドの製造プロセスを示した図である。 座屈強度の試験方法の説明図である。 コンロッドの従来の一例を示した図である。 熱間鍛造の際の工程説明図である。 図10のコンロッド及び熱間段造材の桿部断面図及び従来のコイニング加工の説明図である。
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1において、10は本実施形態の製造方法にて得られるコンロッドの形状を示している。
図において10はコンロッドで、12は中心部に円形の大端孔14を有する大端部、16は中心部に円形の小端孔18を有する小端部、20は大端部12と小端部16とを連結する桿部である。
桿部20は、図1の部分拡大図に示しているように左右端部で上下(大端孔14,小端孔18の軸線を上下方向としたときの上下)に突出した左右一対のリブ22と、リブ22を上下中間部で左右方向に連結する連結部24とを有し、横断面形状が略I字状をなしている。
この実施形態において、リブ22の外側面33は上下方向のストレート形状(上下方向に対して傾斜角度が0度)をなしており、また内側面35も連結部24の付根部の一部を除いて上下方向のストレート形状(但し傾斜角度が3度で僅かに傾斜している)をなしている。
またその付根部は、リブ22の上下両端から連結部24に向けて左右内方へ湾曲形状をなしている。但しこの湾曲部30は形状の小さいもので、表面の曲面29は半径Rの小さな(ここでは3mm)円弧形状をなしている。
一方連結部24は、上面及び下面が左右方向にストレート形状をなす板状をなしている。
コンロッド10の本実施形態の製造方法では、図11の棒状の素材(鋼材)1を図11の工程(I),(II),(III),(IV),(V),(VI),(VII)の各工程を経て熱間鍛造を行い、その後において粗形状をなす熱間鍛造材に対してコイニング加工を施す。
尚コイニング加工は、熱間鍛造後の冷却過程において行う。特にコイニング加工により強度を効果的に高強度とできる温度は350℃〜600℃の範囲内である。
図2〜図6に、そのコイニング加工に際して用いられるコイニング型装置の構成が示されている。
図3に示しているように、このコイニング型装置40は、上保持型42と下保持型44とを有している。
上保持型42には、桿部20の成形用の上成形型46と、大端孔14内に下向きに嵌入して大端孔14を位置決めし拘束する上ホールドピン48,小端孔18内に下向きに嵌入して小端孔18を位置決めし拘束する上ホールドピン50が、それぞれ下向きに保持されている。
一方下保持型44には、桿部20成形用の下成形型52,上ホールドピン48に対向して位置し、大端孔14に下側から上向きに嵌入して、上ホールドピン48と協働して大端孔14を位置決めし拘束する下ホールドピン54,上ホールドピン50に対向して位置し、小端孔18に下側から上向きに嵌入して、小端孔18を位置決めし拘束する下ホールドピン56がそれぞれ上向きに突出する状態に保持されている。
下保持型44にはまた、桿部20と大端部12及び小端部16とをそれぞれ成形するための左右一対の側方成形型58,60及び大端部12の前後方向端部の成形用の端部成形型62(図2参照)と、小端部16の前後方向端部を成形するための端部成形型64とが、同じく上向きに突出する状態に保持されている。
ここで一対の側方成形型58,60及び一対の端部成形型62,64は、それぞれ下保持型44により図中水平方向に移動可能に保持されている。
一対の側方成形型58,60は、桿部20成形のための上成形型46,下成形型52とともに、型締めによって桿部20の横断面において内側を密閉閉塞する。
更に側方成形型58,60,端部成形型62,64,上成形型46,下成形型52は、型締状態で全体が内側に密閉閉塞された成形空間70(図2参照)を形成する。
これら側方成形型58,60及び端部成形型62,64のそれぞれの外面には雄テーパ面66が設けられ、一方上保持型42には同じ傾斜角度の雌テーパ面68が形成されており、上保持型42が下降すると、雄テーパ面66と雌テーパ面68とによる案内作用で、一対の側方成形型58,60及び端部成形型62,64が上保持型42の下降運動に連動してそれぞれ内方に同時に移動せしめられる。但しテーパ面66,68の案内作用によらないで油圧,空圧等によりそれら側方成形型58,60及び端部成形型62,64を移動させるようになすことも可能である。
以上の構成を有するコイニング型装置40を用いたコイニング加工では、図3(I)に示しているように上保持型42を上昇させた状態において、先ず下成形型52を空圧,油圧等により持ち上げ、そして下成形型52上に、図7(A)に示す粗形状をなす熱間鍛造材10Bを載せ、これを下成形型52とともに下降させる。図3(I)はこのときの状態を表している。
尚、熱間鍛造材10Bの形状は図12(A)に示したものと同様の形状である。
このようにして熱間鍛造材10Bをコイニング型装置40にセットしたら、次に上昇位置にある上保持型42を下死点まで下降させる。
このとき、上保持型42に保持された上成形型46及び上ホールドピン48,50がともに下降する。
また下保持型44上に保持された一対の側方成形型58,60,一対の端部成形型62,64は、それぞれの雄テーパ面66が上保持型42の雌テーパ面68に内嵌し、且つ上保持型42の下降に伴って、テーパ面のカム作用で上保持型42の下降運動に連動してそれぞれが内方へと移動し、そして上保持型42が下死点まで下降したところで、上成形型46,下成形型52,一対の側方成形型58,60,一対の端部成形型62,64の全体が閉状態となって内側に閉塞密閉された成形空間70を形成する。
このとき、図5の部分拡大図に示すように上成形型46,下成形型52が桿部20Bを上下に挟圧するとともに、一対の側方成形型58,60が桿部20Bを左右に挟圧し、桿部20Bを上下及び左右の4面から同時加圧してこれを変形させ、これを図7(B)に示した横断面形状に成形する。
この図7(B)に示した桿部20の横断面形状は、図1の部分拡大図に示した桿部20の横断面形状と同形状である。
即ちこのコイニング加工によって、桿部20の形状が、一対のリブ22の外側面が上下方向にストレート形状をなし、また内側面が連結部24の付根部を除いて上下方向にストレート形状をなし、更に連結部24が左右方向に板状をなす形状に成形される。
またリブ22における連結部24の付根部が、内表面が部分的に所定曲率の円弧形状の曲面29をなす湾曲部30として成形される。
上成形型46,下成形型52及び一対の側方成形型58,60のそれぞれの成形面の形状がそのような形状とされている。
その後、上成形型46及び上ホールドピン48,50が上保持型42とともに上昇せしめられることで、加工後のコンロッド10が取り出される(図6参照)。
この桿部20の成形に際しては、上成形型46と下成形型52とがリブ22の上下両端部を上下方向に圧縮変形させるとともに、熱間鍛造材10Bにおける湾曲部30Bを圧縮変形させ、その変形に伴って材料を移動させ、最終的に桿部20の横断面形状を図7(B)に示す横断面形状とする。
例えばその際の桿部20の横断面の加工率は約10%程度である。
尚このとき、従来の加工方法と異なって桿部20にはバリを発生させることはない。
このコイニング加工は、桿部20を形状矯正し、また歪み付与により加工硬化を行わせる意味を有するものであるが、同時に大端部12,小端部16を僅かに圧縮して、それら大端部12,小端部16の形状矯正も併せて行う。
尚、上保持型42に保持されて、これとともに一体に下降運動する上ホールドピン48,50は、上保持型42が下死点に達したところで、熱間鍛造材10Bにおける大端孔14と小端孔18とにそれぞれ下向きに嵌入し、予めそれら大端孔14,小端孔16に上向きに嵌り込んでいる下ホールドピン54,56とともに、大端孔14,小端孔16をそれぞれ位置決状態に拘束し、加圧加工時に熱間鍛造材10Bが位置ずれするのを防止する働きをなす。
ここで下ホールドピン54と上ホールドピン48とは、それぞれが半分づつ大端孔14内に嵌入し、大端孔14の上下方向中央位置でそれぞれが互いに当接する。
同様に下ホールドピン56,上ホールドピン50も、それぞれが半分づつ小端孔18内に嵌入し、小端孔18の上下中央位置でそれぞれが互いに当接する。
これら上ホールドピン48,下ホールドピン54及び上ホールドピン50,下ホールドピン56は、それぞれの先端外周面が面取り形状をなしており、大端孔14,小端孔18との間に全周に亘り環状の微小な隙間を上下方向中間位置に形成する。
熱間成形金型が摩耗し、その結果コイニング加工時のワークの体積(ボリューム)が増えた場合には、余剰の肉は加工時に成形空間70内を長手方向に移動して大端孔14,小端孔18と上ホールドピン48,50,下ホールドピン54,56との間に形成される環状の隙間へと流れ、移動することができる。
この場合、加工後の製品に大端孔14,小端孔18の内周周りに微小なバリが生ずることとなるが、大端孔14,小端孔18はその後において切削により仕上加工されるため、その際に発生したバリも同時に切除されてバリ取りのための特別な加工は必要としない。
JIS S55Cを用い、図8(イ)に示すプロセスで熱間鍛造及びこれに続くコイニング加工を行ってコンロッド10を製造した。
詳しくは、1200℃で図11の工程(I)〜(V)までの熱間鍛造加工及びその後の工程(VI),(VII)の穴抜き,バリ抜きを行った。
その後自然放冷による冷却過程において、600℃で且つ桿部20に対する加工率10%でコイニング加工を行い、その後室温まで自然放冷した。
また比較として、上成形型34と下成形型36とだけを用いて桿部20を成形する、従来のコイニング型装置を用いたコイニング加工も実施した。
図8(ロ)(A)に熱間鍛造後の粗形材(熱間鍛造材)10Bの桿部20Bの断面形状を、(ロ)(B)に本実施例のコンロッド10の桿部20の横断面形状を、(ロ)(C)に従来のコイニング型を用いた比較例のコンロッド10Aにおける桿部20Aの横断面形状をそれぞれ示している。
ここで(ロ)(A)に示した桿部20Bの断面形状,(ロ)(B)の桿部20の横断面形状,(ロ)(C)の比較例のコンロッド10Aの桿部20Aの横断面形状は、それぞれ図7(A),(B)及び図12(A),(B)に示したものと同じ形状である。
また本実施例のコンロッド10,比較例のコンロッド10Aの何れも大端部12,小端部16の形状等、桿部以外の断面形状は同じである。
上記で得られた本実施例のコンロッド10,比較例のコンロッド10Aを座屈試験に供し(座屈試験の内容は後述)、それぞれの桿部20,20Aの座屈強度を測定した。
結果が表1に示してある。
尚表1中の断面2次モーメントの値は、比較例のコンロッド10Aの値を1としたときの相対値で示している。
表1に示しているように、本実施例のコンロッド10は、比較例のコンロッド10Aに対して座屈強度の値が50MPa程度上昇している。
これは本実施例のコンロッド10の場合、比較例のコンロッド10Aに比べて断面2次モーメントが高く、形状的に曲げモーメントに対する変形抵抗が増大していること、即ち形状的に高強度となっていること、更に本実施例のコンロッド10の場合、比較例のコンロッド10Aに比べて桿部20の有効歪み量が増加しており、更に歪み分布が横断面全面に均等化していることにより材質的にも高強度化していることによるものである。
尚、ここでは成形型の変更に基づく形状の違いによる効果をより明確化するために、加工硬化の影響が少ない600℃で上記のコイニング加工を行っている。
<座屈試験方法>
図9(A)に示しているように大端孔14,小端孔18のそれぞれに固定ピン72,74を嵌合状態に取り付け、そして固定ピン72,74を一定の速度で接近移動させて桿部20,20Aを圧縮変形させ、その際に出力される荷重と変位の値から、図9(B)の変位−荷重曲線が屈曲する点での荷重を求めてこれを座屈荷重とし、その荷重を桿部20,20Aの断面積で除した値を座屈強度(応力)として求めた。
以上のような本実施形態によれば、コイニング加工に際して従来の製造方法のようにバリを発生させることはなく、これにより材料の歩留りを向上させることができるとともに、その後においてバリ取りのためのバリ抜き加工の工程を省くことができる。
また本実施形態によれば、桿部20の断面2次モーメントを大とすることができ、その形状効果によって桿部20の座屈強度を高強度となすことができる。
また歪みが集中するバリを生成させないために、コイニング加工の際の歪みを桿部20の横断面全体に亘って均等に且つ多く付与することができ、その歪みによる加工硬化を十分に引き出し得て、加工硬化により桿部20の座屈強度をより一層高めることができる。
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施形態ではリブ22の外側面の形状を上下方向にストレート形状となしているが、場合によって上下方向の中間部が左右方向の内方に窪んだ形状にコイニング加工を施すことも可能である。或いはその他様々な形状で上記の上,下成形型及び一対の左右側方成形型にて桿部20をコイニング加工することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様,形態で実施,構成可能である。
10 コンロッド
10B 熱間鍛造材
12 大端部
14 大端孔
16 小端部
18 小端孔
20 桿部
22 リブ
24 連結部
40 コイニング型装置
46 上成形型
52 下成形型
58,60 側方成形型
70 成形空間

Claims (5)

  1. 大端部と小端部及びそれら大端部と小端部とを連結する桿部を有するコンロッドの粗形状を先ず熱間鍛造により形成した後、該粗形状をなす熱間鍛造材にコイニング加工を施してコンロッドを製造するコンロッドの製造方法において、
    上保持型と、下保持型とを有し、
    該上保持型には、前記桿部成形用の上成形型を備え、
    また該下保持型には、該上成形型に対して前記大端部,小端部の各孔の軸線方向に相対移動可能に上下に対向して配置された前記桿部成形用の下成形型、該桿部と該大端部及び該小端部とをそれぞれ成形するための、左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型、該大端部の前後方向端部成形用の端部成形型、及び該小端部の前後方向端部成形用の端部成形型を備え、
    該側方成形型及び該端部成形型の外面に形成した雄テーパ面と、同じ傾斜角度で前記上保持型に形成した雌テーパ面とによる案内作用で、該一対の側方成形型及び該端部成形型を該上保持型の下降運動に連動してそれぞれ内方に同時に移動させるコイニング型装置を用いて、
    前記上成形型,下成形型、及び左,右一対の前記側方成形型で、全体が閉状態で内側を密閉閉塞する前記桿部のコイニング型を構成し
    前記コイニング加工に際して前記上,下成形型により前記粗形状をなす熱間鍛造材の前記桿部を上下に挟圧するとともに、該上下の挟圧に連動して、前記一対の側方成形型にて該桿部を左右に挟圧して該桿部の外側面を左右方向の内方に加圧変形させ、該桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、該加圧に伴う変形により該桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行うことを特徴とするコンロッドの製造方法。
  2. 請求項1において、前記熱間鍛造材における粗形状が、左右端部で上下に突出した左右一対のリブと、該リブを上下中間部で左右方向に連結する連結部とを有し、且つ該リブの左右の外側面が上下両端から上下中間部に向うにつれて左右外方向への突出量を増大する形状の膨出形状をなしており、
    前記コイニング加工に際して、前記一対の側方成形型が該膨出部を左右方向内方に加圧し、成形することを特徴とするコンロッドの製造方法。
  3. 請求項2において、前記一対の側方成形型は、前記膨出部を有する前記リブの外側面を上下方向のストレート形状に成形することを特徴とするコンロッドの製造方法。
  4. 請求項2,3の何れかにおいて、前記熱間鍛造材の粗形状が、前記リブの上下両端から前記連結部に向けて左右内方へ湾曲形状をなしており、前記コイニング加工に際して、前記上成形型と下成形型とが該リブの上下両端部を上下方向に圧縮変形させるとともに、前記湾曲形状の湾曲部を加圧し変形させて前記連結部を左右方向の板状に、該リブの内側面を該連結部への付根部を除いて上下方向のストレート形状に成形することを特徴とするコンロッドの製造方法。
  5. 請求項1〜4の何れかの前記コイニング加工に際して用いられるコイニング型装置であって、
    上保持型と、下保持型とを有し、
    該上保持型には、前記桿部成形用の上成形型を備え、
    また該下保持型には、該上成形型に対して前記大端部,小端部の各孔の軸線方向に相対移動可能に上下に対向して配置された前記桿部成形用の下成形型、該桿部と該大端部及び該小端部とをそれぞれ成形するための、左右に対向して相対移動可能に配置された左,右一対の側方成形型、該大端部の前後方向端部成形用の端部成形型、及び該小端部の前後方向端部成形用の端部成形型を備え、
    該側方成形型及び該端部成形型の外面に形成した雄テーパ面と、同じ傾斜角度で前記上保持型に形成した雌テーパ面とによる案内作用で、該一対の側方成形型及び該端部成形型を該上保持型の下降運動に連動してそれぞれ内方に同時に移動させるものとなしてあって、
    前記上成形型,下成形型、及び左,右一対の前記側方成形型で、全体が閉状態で内側を密閉閉塞する前記桿部のコイニング型を構成しており、
    前記コイニング加工に際して前記上,下成形型により前記粗形状をなす熱間鍛造材の前記桿部を上下に挟圧するとともに、該上下の挟圧に連動して、前記一対の側方成形型にて該桿部を左右に挟圧して該桿部の外側面を左右方向の内方に加圧変形させ、該桿部を上下及び左右の4面から同時に加圧して、該加圧に伴う変形により該桿部の形状矯正及び歪み付与による加工硬化を行うようになしてあることを特徴とするコイニング型装置。
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