JP5812281B2

JP5812281B2 - クランクシャフト製造方法

Info

Publication number: JP5812281B2
Application number: JP2011270135A
Authority: JP
Inventors: 敦朗塩田; 玉樹猪口; 裕哉綿貫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: JP2013121599A

Description

本発明は、鍛造クランクシャフトの製造方法に関する。

一般に、鍛造クランクシャフトの製造工程において、鍛造により得られたクランクシャフト素地の両端の軸部端面には、機械加工の基準となるセンタ穴が加工される。例えば、センタ穴（加工基準）は、クランクシャフト素地のジャーナル部をチャック機構の対向する一対のＶ字形のチャック部によりチャックした状態（挟み込んだ状態）で加工される。当業者によく知られているように、クランクシャフト素地は、鍛造型の精度に起因する型ずれを生じているため、ジャーナル部が一対のチャック部に３点接触（望ましくは４点接触）した状態で固定される。これにより、クランクシャフト素地の重心位置とセンタ穴の加工位置との間にずれが発生し、結果として、クランクシャフト素地に重心移動が生じる。

ところで、クランクシャフトの鍛造に使用される鍛造型においては、新規の状態から型打ち数が増えるのに伴い、得られるクランクシャフト素地の回転のアンバランスが増大し、最終的に、アンバランスが機械加工による修正許容量を超えることがある。これは、型打ち数の増加に伴い、得られるクランクシャフト素地の重心が一定の方向へ移動することが原因であると推測される。そこで、クランクシャフト素地を部分的にサイジング成形して重心のばらつきを最小限に止める技術が周知であるが（例えば、特許文献１参照）、高価なサイジング型が必要となるため設備コストが増大する。

特開２００４−１９５５４４号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地の重心移動が抑制されるクランクシャフト製造方法を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明のクランクシャフト製造方法は、クランクシャフト素地が成形される鍛造工程と、前記クランクシャフト素地の回転のアンバランスが修正される機械加工工程と、を含むクランクシャフト製造方法であって、前記鍛造工程で使用される鍛造型の型打ち数の増加に伴う前記クランクシャフト素地の一定方向への重心移動がキャンセルされるように、前記クランクシャフト素地の型ずれ量が予め決定された型打ち数毎に調整されることを特徴とする。

本発明によれば、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地の重心移動を抑制することができる。

鍛造工程に含まれる各工程を工程順に示した図である。機械加工工程に含まれる各工程を工程順に示した図である。基準穴加工工程において、クランクシャフト素地のジャーナル部がチャック機構により挟持された状態を示す図である。図３におけるＡ−Ａ矢視図である。図４に対応する図であって、（Ａ）は（＋）方向へ型ずれしたクランクシャフト素地のジャーナル部がチャック機構により挟持された状態を示し、（Ｂ）は（−）方向へ型ずれしたクランクシャフト素地のジャーナル部がチャック機構により挟持された状態を示す。本実施形態の説明図であって、鍛造型の型打ち数とクランクシャフト素地の型打ち方向への重心移動量との関係を示す図である。本実施形態の説明図であって、クランクシャフト素地の型打ち方向の重心移動量とクランクシャフト素地の型ずれ量との関係を示す図である。本実施形態の概念図であって、鍛造型の型打ち数とクランクシャフト素地の型打ち方向の重心位置との関係を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
本実施形態におけるクランクシャフト製造方法は、鍛造工程と機械加工工程とを含む。図１に示されるように、鍛造工程は、ビレットから所定長さの素材１を切り出す切断工程と、切り出された素材１を所定温度（例えば、１１００〜１３００℃）に昇温させる加熱工程と、加熱された素材１を予備成形する予備成形工程と、予備成形された素材１を鍛造型によってクランクシャフト形状に成形する成形工程と、成形工程により得られた成形品をトリミングしてクランクシャフト素地２を取り出すトリミング工程と、取り出されたクランクシャフト素地２を熱処理および表面処理する後処理工程と、を含む。

図２に示されるように、機械加工工程は、鍛造工程により得られたクランクシャフト素地２にセンタ穴を加工する基準穴加工工程と、このセンタ穴を基準としてクランクシャフト素地２を荒加工する荒加工工程と、荒加工が完了したクランクシャフト素地２にセンタ穴を基準として穴加工する穴加工工程と、穴加工が完了したクランクシャフト素地２を荒仕上げ加工する第１仕上げ工程（１／２）と、荒仕上げ加工が完了したクランクシャフト素地２の回転バランスを修正するバランス修正工程と、バランス修正が完了したクランクシャフト素地２を最終仕上げ加工して完成品３（クランクシャフト３）を取り出す第２仕上げ工程（２／２）と、を含む。

図３は、基準穴加工工程におけるクランクシャフト素地２を示す。図３及び図４に示されるように、基準穴加工工程において、クランクシャフト素地２は、各ジャーナル部４、４がチャック機構の対応する一対のチャック部５、６によって挟持されることにより固定される。この状態では、理想的に、各ジャーナル部４、４は、一対のチャック部５、６に４点で接触される。これにより、クランクシャフト素地２の各ジャーナル部４、４の幾何学中心は、一対のチャック部５、６によって形成される四角形（菱形）の重心に一致する。すなわち、クランクシャフト素地２の重心は、基準穴加工工程において加工されるセンタ穴の軸線に一致する。

一方、図５（Ａ）に示されるように、ジャーナル部４の下型によって成形された部分４ａ（以下、ジャーナル部下型側４ａという）に対して、ジャーナル部４の上型によって成形された部分４ｂ（以下、ジャーナル部上型側４ｂという）が図４における上方向へずれるようにして、クランクシャフト素地２が型ずれしている場合（これを（＋）方向への型ずれと定義する）、ジャーナル部下型側４ａは、一対のチャック部５、６に１点のみで接触される。その結果、実質上、クランクシャフト素地２の重心Gは、センタ穴の軸線Cに対して上型側（図５（Ａ）における右側）へ移動することになる。

他方、図５（Ｂ）に示されるように、ジャーナル部下型側４ａに対して、ジャーナル部上型側４ｂが図４における下方向へずれるようにして、クランクシャフト素地２が型ずれしている場合（これを（−）方向への型ずれと定義する）、ジャーナル部上型側４ｂは、一対のチャック部５、６に１点のみで接触される。その結果、実質上、クランクシャフト素地２の重心Gは、センタ穴の軸線Cに対して下型側（図５（Ｂ）における左側）へ移動することになる。

本願出願人による解析結果によれば、前述したクランクシャフト素地２の型打ち方向への重心Gの移動量（一定方向への重心移動量、以下、重心移動量という）は、鍛造型の新規の状態を基準点とした型打ち数（以下、型打ち数という）の増加に伴い増大し、図６に示されるように、重心移動量と型打ち数とは線形の関係にある。また、図７に示されるように、クランクシャフト素地２の型ずれ方向の重心移動量と型ずれ量とは線形の関係にあることが判明した。なお、図７において、理論上、型ずれ量が０の時に重心移動量は０であるが、実際にそのようになっていない。これは、クランクシャフト素地２の重心移動は、型ずれだけが要因ではなく、クランクシャフト素地２の厚さのばらつき、曲がり、欠肉等によっても生じるためである。

前述した解析結果に基づき、本願出願人は、クランクシャフト素地２の型ずれ量を予め決定された型打ち数毎に調整することで、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地２の重心移動をキャンセルすることができるのではないかと考え、これを実験により検証した。図８は、この仮説を概念化したものであり、直線L1で示されるように重心位置を一定に維持するには、直線L2で示される型打ち数の増加に伴う重心移動を打ち消す方向へ重心Gを移動させる、すなわち、図７に基づいて型ずれ量を操作することで、直線L3で示されるように重心移動を操作する。

具体的には、型ずれ量を調整する型打ち数（調整間隔）を前述した解析結果に基づき決定し、決定された型打ち数毎に、図８の直線L2で示されるクランクシャフト素地２の重心移動がキャンセルされるように、鍛造型とボルスタとの間に組み込まれる既存の型ずれ調整プレートの板厚を選択した。検証の結果、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地２の重心移動がキャンセルされ、図８の直線L1で示されるように、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地の重心移動を抑制することができた。

この実施形態では以下の効果を奏する。
従来、型打ち数の増加に伴いクランクシャフト素地２の重心Gが一定方向へ移動することに起因して、クランクシャフト素地２のアンバランスが機械加工による修正許容量を超えることが問題となっていたが、本実施形態によれば、クランクシャフト素地２の型ずれ量が、鍛造型の型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地２の重心移動がキャンセルされるように予め決定された型打ち数毎に調整されるので、型打ち数の増加に伴うクランクシャフト素地の重心移動を抑制することが可能であり、前述した問題を解消することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
図１に示される鍛造工程並びに図２に示される機械加工工程は各々典型例を示したものであり、必要に応じて工程を追加又は削除することができる。
図３に示されるクランクシャフト素地は直列４気筒エンジンに組み込まれるクランクシャフトの素地であるが、本発明は直列４気筒エンジン以外のエンジンに組み込まれるクランクシャフト素地にも適用することができる。

１素材、２クランクシャフト素地、３クランクシャフト

Claims

クランクシャフト素地が成形される鍛造工程と、前記クランクシャフト素地の回転のアンバランスが修正される機械加工工程と、を含むクランクシャフト製造方法であって、前記鍛造工程で使用される鍛造型の型打ち数の増加に伴う前記クランクシャフト素地の一定方向への重心移動がキャンセルされるように、前記クランクシャフト素地の型ずれ量が予め決定された型打ち数毎に調整されることを特徴とするクランクシャフト製造方法。