JP5837280B2 - Manufacturing method of connecting rod - Google Patents
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Description
本発明は、混合粉を圧縮することで成形される粉末成形体を、焼結した後で鍛造するコンロッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a connecting rod manufacturing method in which a powder compact formed by compressing mixed powder is forged after sintering.
従来、所定の金属の粉末等を混合することで構成される混合粉を加工することで成形される焼結鍛造体の技術は公知となっている。このような焼結鍛造体の技術は、例えば、コンロッドを成形するときに用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique of a sintered forged body formed by processing a mixed powder constituted by mixing a predetermined metal powder or the like has been publicly known. Such a sintered forged technique is used, for example, when forming a connecting rod.
特許文献１に記載された技術は、コンロッドを成形するための技術である。特許文献１に記載された技術では、混合粉からコンロッドの圧粉体を成形するときに、コンロッドの棒部に対応する部分に凸部を形成する。当該凸部の高さは、コンロッドの高さが一番高い部分である大端部側面と同一の高さに形成される。
このように構成されるコンロッドの圧粉体は、鍛造時に凸部が押し潰される。これにより、コンロッドの凸部に対応する部分およびその近傍の密度は上昇するため、凸部に対応する部分およびその近傍の強度を向上できる。
The technique described in
In the green compact of the connecting rod configured in this way, the convex portion is crushed during forging. Thereby, since the density of the part corresponding to the convex part of a connecting rod and its vicinity rises, the intensity | strength of the part corresponding to a convex part and its vicinity can be improved.
特許文献１に記載された技術では、圧粉体を成形する工程についての記載がないが、金型を用いて圧粉体を成形する等、所定の工程を経て圧粉体を成形していると考えられる。
金型を用いて圧粉体を成形する場合、例えば、図１２に示すようなダイ型１６０・１６０、金型１７０、および金型１８０が用いられる。
ダイ型１６０・１６０は、それぞれコンロッドの側面の形状に沿って形成される。また、金型１７０は、コンロッドの下面の形状に沿って形成される。そして、金型１８０は、コンロッドの上面の形状に沿って形成される。金型１７０および金型１８０は、上下方向に往復移動可能に構成される。
In the technique described in
When the green compact is molded using a mold, for example, die
The die
圧粉体を成形する際には、金型１８０を上方向に移動させ、ダイ型１６０・１６０および金型１７０に囲まれる空間を形成する。そして、その空間に混合粉１４０を投入した状態で、金型１８０を下方向に移動させるとともに金型１７０を上方向に移動させる。これにより、混合粉１４０に対して所定の圧力を加えて、混合粉１４０を圧縮し圧粉体１９０を成形する。
When molding the green compact, the
このように成形される圧粉体１９０は、コンロッドの形状に対応する。また、圧粉体１９０には、ウェブ部１９１およびリブ部１９２・１９２・１９２・１９２が形成される。リブ部１９２・１９２・１９２・１９２は、それぞれウェブ部１９１よりやや大きく突出する。このような圧粉体１９０のリブ部１９２・１９２・１９２・１９２の密度は、それぞれウェブ部１９１の密度よりも低くなる。
このように構成される圧粉体１９０を焼結加熱後鍛造すると、鍛造時に用いられる水溶性型潤滑剤の水分が水蒸気として密度の低い部分であるリブ部１９２・１９２・１９２・１９２に多く侵入する。つまり、リブ部１９２・１９２・１９２・１９２の内部において、その表面近傍が酸化してしまう（以下、「内部酸化」とする）。
The green compact 190 thus molded corresponds to the shape of the connecting rod. Further, the green compact 190 is formed with a
When the green compact 190 configured as described above is forged after sintering and heating, water in the water-soluble lubricant used for forging penetrates into the
つまり、特許文献１に開示されるようなコンロッドの圧粉体では、鍛造したときに密度の低い部分であるリブ部においてその多くの部分が内部酸化してしまう。この場合、内部酸化の影響を受けて、コンロッドの疲労強度が低下する場合があるという点で不利であった。
That is, in the green compact of the connecting rod as disclosed in
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、疲労強度が低下することを防止することが可能なコンロッドを提供するものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a connecting rod capable of preventing a reduction in fatigue strength.
請求項１においては、混合粉を圧縮することで粉末成形体を成形し、該粉末成形体を焼結した後で鍛造することにより成形された焼結鍛造体にて構成されるコンロッドの製造方法であって、前記混合粉は、鉄粉末、黒鉛粉末、および銅粉末を混合したものであり、前記粉末成形体は、基部と、前記混合粉が圧縮される方向に沿って前記基部から突出する凸部と、を具備し、前記粉末成形体における前記凸部の前記基部からの突出寸法を、前記焼結鍛造体における前記凸部の前記基部からの突出寸法よりも小さく形成し、前記粉末成形体における前記凸部の密度を７．２ｇ／ｃｍ3以上に設定し、前記粉末成形体は、基部の密度が凸部の密度よりも高くなるように成形され、前記粉末成形体は、前記鍛造によって圧縮されることにより、焼結鍛造体の形状となるように塑性変形されるものである。
In
請求項２においては、前記粉末成形体の有する強度が、前記粉末成形体を焼結炉へ投入するときに必要な抗折強度未満のとき、前記基部より突出する前記凸部の突出寸法を、前記粉末成形体を焼結炉へ投入するときに必要な抗折強度以上となるように設定するものである。
In
本発明は、鍛造時における焼結鍛造体の表面近傍の内部酸化による影響を低減できるため、コンロッドの疲労強度が低下することを防止できるという効果を奏する。 Since this invention can reduce the influence by the internal oxidation of the surface vicinity of the sintered forged body at the time of forging, there exists an effect that it can prevent that the fatigue strength of a connecting rod falls.
以下に、本発明に係る実施の一形態であるコンロッド１について、図面を参照して説明する。
Below, connecting
なお、以下では、説明の便宜上、図２における紙面の上方向を「上方」として上下方向を規定する。また、図２における紙面の左方向を「左方」として左右方向を規定する。 In the following, for convenience of explanation, the upper and lower directions are defined with the upper direction in FIG. Also, the left-right direction is defined with the left direction in FIG.
コンロッド１は、エンジンのピストンの往復運動をクランクシャフトの回転に変換するためのものである。図１に示すように、コンロッド１は、コラム部１０と大端部２０と小端部３０とを備える。
The connecting
図１および図２に示すように、コラム部１０は、大端部２０と小端部３０との間に形成される略棒状の部分であり、断面視において、略Ｈ状に形成される。コラム部１０には、ウェブ部１１およびリブ部１２Ｌ・１２Ｌ・１２Ｒ・１２Ｒが形成される。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
ウェブ部１１は、コラム部１０の上下中央部に形成され、断面視略長方形状を有する。
The
リブ部１２Ｌ・１２Ｌは、それぞれコラム部１０の左端部に形成され、ウェブ部１１の上面および下面より外側に向かって突出するように形成される。リブ部１２Ｒ・１２Ｒは、それぞれコラム部１０の右端部に形成され、ウェブ部１１の上面および下面より外側に向かって突出するように形成される。
つまり、ウェブ部１１の上面に形成されるリブ部１２Ｌ・１２Ｒは、ウェブ部１１より上方向に向かって突出する。また、ウェブ部１１の下面に形成されるリブ部１２Ｌ・１２Ｒは、ウェブ部１１より下方向に向かって突出する。
また、リブ部１２Ｌ・１２Ｌおよびリブ部１２Ｒ・１２Ｒは、互いに同一の形状を有する。
The
That is, the rib portions 12 </ b> L and 12 </ b> R formed on the upper surface of the
The
大端部２０は、コンロッド１の一端部に形成され、クランクシャフトに嵌装可能な大端孔２１が形成される。
The
小端部３０は、コンロッド１の他端部に形成され、ピストンに連結可能な小端孔３１が形成される。
The
次に、コンロッド１を成形する工程について説明する。
Next, a process for forming the connecting
まず、図３、図４、および図５に示すように、粉末成形工程が行われる。粉末成形工程では混合粉４０を圧縮して粉末成形体９０を成形する（Ｓ１１０）。混合粉４０は、所定の金属の粉末等を混合することで構成される。また、粉末成形体９０は、粉末成形装置５０によって成形される。
混合粉４０は、例えば鉄粉末、黒鉛粉末、銅粉末、およびステアリン酸亜鉛粉末を混合したものである。
First, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, a powder molding step is performed. In the powder molding process, the
The
粉末成形装置５０は、ダイ型６０・６０、金型７０、および金型８０を具備する。
The
ダイ型６０・６０の成形面は、それぞれコンロッド１の側面に沿った形状を有する。ダイ型６０・６０は、所定の駆動源に接続されて、上下方向に沿って往復移動可能に構成される。
The molding surfaces of the die dies 60 and 60 each have a shape along the side surface of the connecting
金型７０の成形面は、コンロッド１の下面側の形状に沿った形状を有する。
金型７０においては、コンロッド１の断面視にて上下方向にやや大きな凹凸が形成される部分、すなわち、本実施形態におけるコンロッド１のコラム部１０に対応する部分に、凸部７１および凹部７２Ｌ・７２Ｒが形成される。
The molding surface of the
In the
金型７０の凸部７１は、金型７０の左右中央部から上方向に突出する。また、金型７０の凸部７１は、その突出寸法がコンロッド１のリブ部１２Ｌ・１２Ｒのウェブ部１１からの突出寸法よりもやや小さくなるように突出する。
The
金型７０の凹部７２Ｌは、凸部７１に対して下方へ凹んでおり、金型７０の左端部に形成される。金型７０の凹部７２Ｌの左端部は、平面状に形成される。また、金型７０の凹部７２Ｒは、金型７０の右端部に形成される点を除いて、金型７０の凹部７２Ｌと同様に構成される。
The concave portion 72 </ b> L of the
このような金型７０は、所定の駆動源に接続されて、上下方向に沿って往復移動可能に構成される。
Such a
金型８０の成形面は、コンロッド１の上面側の形状に沿った形状を有する。
金型８０においては、コンロッド１の断面視にて上下方向にやや大きな凹凸が形成される部分、すなわち、本実施形態におけるコンロッド１のコラム部１０に対応する部分に、凸部８１および凹部８２Ｌ・８２Ｒが形成される。
The molding surface of the
In the
金型８０の凸部８１は、金型８０の左右中央部から下方向に突出する。金型８０の凸部８１は、金型７０の凸部７１と突出方向が逆ではあるが同一の形状を有する。
The
金型８０の凹部８２Ｌは、凸部８１に対して上方へ凹んでおり、金型８０の左端部に形成される。金型８０の凹部８２Ｌの左端部は、平面状に形成される。また、金型８０の凹部８２Ｒは、金型８０の右端部に形成される点を除いて、凹部８２Ｌと同様に構成される。金型８０の凹部８２Ｌ・８２Ｒは、それぞれ金型７０の凹部７２Ｌ・７２Ｒと同一の形状を有する。
The concave portion 82 </ b> L of the
このような金型８０は、所定の駆動源に接続されて、上下方向に沿って往復移動可能に構成される。
Such a
粉末成形工程において、粉末成形装置５０は、金型８０を上方に移動させて、金型８０を金型７０より離間させる。また、金型７０は、混合粉４０を投入する前に、粉末成形体９０に必要な混合粉量となるように、一旦上昇させる。そして、ダイ型６０・６０および金型７０に囲まれる空間に混合粉４０を投入する。このとき、混合粉４０は、粉箱で投入され、粉箱の下面ですり切ることによってダイ型６０・６０の上面に沿って水平に投入される。
そして、図５に示すように、金型８０を下方に移動させることにより、所定の圧力で混合粉４０を圧縮する。このとき、金型７０は、所定の距離だけ下方に移動した後で停止して、位置固定となる。また、ダイ型６０・６０は、金型８０の移動距離の約半分程度下方に移動する。これにより、混合粉４０が圧縮されて、コンロッド１の粉末成形体９０が形成される。
In the powder molding process, the
Then, as shown in FIG. 5, the
粉末成形体９０には、コンロッド１のウェブ部１１に対応するウェブ部９１およびコンロッド１のリブ部１２Ｌ・１２Ｌ・１２Ｒ・１２Ｒに対応するリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒが形成される。
The powder molded
図２および図５に示すように、粉末成形体９０のウェブ部９１の上下寸法（厚み寸法）は、コンロッド１のウェブ部１１の上下寸法（厚み寸法）よりもやや大きくなるように形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 5, the vertical dimension (thickness dimension) of the
粉末成形体９０の上側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒは、それぞれその高さが上側のコンロッド１のリブ部１２Ｌ・１２Ｒの高さよりもやや低くなるようにウェブ部９１より上方向（外側）に向かって突出する。つまり、上側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒのウェブ部９１からの突出寸法が、上側のリブ部１２Ｌ・１２Ｒのウェブ部１１からの突出寸法よりもやや小さくなるように形成されている。
また、本実施形態では、粉末成形体９０の上側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒが圧縮される方向は下方向となる。つまり、粉末成形体９０の上側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒは、圧縮される方向に沿ってウェブ部９１から突出する。
The
In the present embodiment, the direction in which the
一方、粉末成形体９０の下側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒは、それぞれその高さがコンロッド１の下側のリブ部１２Ｌ・１２Ｒの高さよりもやや低くなるようにウェブ部９１より下方向（外側）に向かって突出する。つまり、下側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒのウェブ部９１からの突出寸法が、下側のリブ部１２Ｌ・１２Ｒのウェブ部１１からの突出寸法よりもやや小くなるように形成されている。
また、本実施形態では、粉末成形体９０の下側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒが圧縮される方向は下方向となる。つまり、粉末成形体９０の下側のリブ部９２Ｌ・９２Ｒは、圧縮される方向に沿ってウェブ部９１から突出する。
このように、粉末成形体９０では、ウェブ部９１を基部として、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒがウェブ部９１の上下外側へ突出する。
On the other hand, the
In the present embodiment, the direction in which the
As described above, in the powder molded
このような粉末成形体９０の上下寸法（厚み寸法）は、従来技術にあるような圧粉体１９０の上下寸法（厚み寸法）と比較して、全体的にやや小さくなるように形成されている。より詳細には、圧粉体１９０のウェブ部１９１に対する粉末成形体９０のウェブ部９１の厚み寸法の差よりも、圧粉体１９０のリブ部１９２・１９２・１９２・１９２に対する粉末成形体９０のリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの厚み寸法の差の方が大きくなる。
The vertical dimension (thickness dimension) of the
ここで、図４および図５に示すように、金型７０の凹部７２Ｌ・７２Ｒの形状および金型８０の凹部８２Ｌ・８２Ｒの形状は、互いに同一である。このため、粉末成形体９０の各リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの形状は同一となる。つまり、金型７０の凹部７２Ｌおよび金型８０の凹部８２Ｌによって圧縮される混合粉４０Ｌの量および金型７０の凹部７２Ｒおよび金型８０の凹部８２Ｒによって圧縮される混合粉４０Ｒの量は、同じ量である。
Here, as shown in FIGS. 4 and 5, the shape of the
このため、粉末成形体９０を成形したときのリブ部９２Ｌ・９２Ｌの圧縮率およびリブ部９２Ｒ・９２Ｒにおける混合粉４０の圧縮率は同一となる。従って、リブ部９２Ｌ・９２Ｌの密度Ｄ２・Ｄ２およびリブ部９２Ｒ・９２Ｒの密度Ｄ２・Ｄ２は同一となる。
なお、以下において、各リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの密度Ｄ２・Ｄ２・Ｄ２・Ｄ２は、単に「リブ部の密度Ｄ２」とする。
また、本実施形態のリブ部の密度Ｄ２は、７．２ｇ／ｃｍ3となる。
For this reason, the compression rate of the
In the following description, the densities D2, D2, D2, and D2 of the
Further, the density D2 of the rib portion in the present embodiment is 7.2 g / cm 3 .
一方、金型７０の凸部７１は、金型７０の凹部７２Ｌよりも上方向に突出している。また、ダイ型６０・６０および金型７０に囲まれる空間に混合粉４０を投入したとき、混合粉４０は、その下端部においては金型７０の形状に沿っているが、その上端部においてはダイ型６０の上面の高さ位置と同じ高さ位置に沿っており、混合粉４０の上面は略平面状となっている。
従って、金型７０の凸部７１および金型８０の凸部８１に圧縮される混合粉４０Ｃと、金型７０の凹部７２Ｌおよび金型８０の凹部８２Ｌに圧縮される混合粉４０Ｌとを比較した場合、混合粉４０Ｌは、金型８０の凸部８１の高さだけ少ない割合で圧縮されることとなる。つまり、成形された粉末成形体９０においては、ウェブ部９１のみが形成される部分とリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒが形成される部分とでは、混合粉４０の圧縮度合いが異なる。
On the other hand, the
Therefore, the
このため、粉末成形体９０を成形したとき、混合粉４０Ｌに対応する部分において、混合粉４０Ｃに対応する部分よりも混合粉４０の圧縮率が低くなる。粉末成形体９０の密度を測定した結果、ウェブ部の密度Ｄ１が、リブ部の密度Ｄ２よりも高くなった。つまり、本実施形態のウェブ部の密度Ｄ１は、７．２ｇ／ｃｍ3よりも高くなる。つまり、凹凸を粉末成形体９０に成形すると、当該凸部においてその密度が低くなる。
For this reason, when the
粉末成形工程で粉末成形体９０が成形された後で、図３に示すように、粉末成形体９０は、焼結加熱工程において焼結される（Ｓ１２０）。より詳細には、粉末成形体９０の成形後に、金型７０および金型８０を互いに離間させ、粉末成形体９０を粉末成形装置５０から取り出す。粉末成形装置５０から取り出した粉末成形体９０をロボット等で焼結炉に搬送し、当該焼結炉内で所定の温度まで加熱した状態で所定の間保持する。これにより、混合粉４０は結合する。つまり、粉末成形体９０は焼結される。
After the powder molded
粉末成形体９０は、焼結工程で焼結された後に、鍛造工程において鍛造される（Ｓ１３０）。より詳細には、焼結された粉末成形体９０は、ロボット等で鍛造装置８５に搬送される。そして、図６に示すように、粉末成形体９０は、所定の温度まで加熱された状態で、水溶性型潤滑剤が吹き付けられた鍛造金型８５ａ・８５ａによって圧縮されることにより、コンロッド１の形状となるように塑性変形される。より詳細には、鍛造後の粉末成形体９０は、ウェブ部９１の厚み寸法が小さくなるとともに、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法が大きくなって、コンロッド１の外形寸法に沿った形状となる。
The
粉末成形体９０は、鍛造した後で、後処理工程が行われる（Ｓ１４０）。より詳細には、コラム部１０の面取り（バリ取り）、ショットピーニング、および検査が行われる。これにより、コンロッド１が成形される。
The
以上のような工程を経て成形されるコンロッド１の内部において、その表面近傍が酸化する。以下では、このようなコンロッド１の酸化を「内部酸化」とする。
コンロッド１の引張破面に対して、内部酸化している面積の割合が大きい場合、（例えば３０％）コンロッド１は、その影響を受けて疲労強度が低下してしまう。
以下において、鍛造工程で内部酸化した部分と粒界空孔を「未焼結部」とし、コンロッド１の引張破面に対する未焼結部の面積の割合を「未焼結部面積率」とする。
In the connecting
When the ratio of the area oxidized internally with respect to the tensile fracture surface of the connecting
In the following, the portion oxidized internally in the forging process and the grain boundary void are referred to as “unsintered portion”, and the ratio of the area of the unsintered portion to the tensile fracture surface of the connecting
次に、混合粉４０を圧縮して成形した粉末成形体９０の密度を変更したときの未焼結部面積率を測定した結果について説明する。測定では、混合粉４０を圧縮して所望の密度の略長方形状のワーク（粉末成形体）を成形し、当該ワークに対して前述した焼結工程および鍛造工程を行った。そして、当該ワークの引張破面を測定した。
Next, the result of measuring the unsintered area ratio when the density of the powder compact 90 formed by compressing and molding the
なお、以下において、図８（ａ）に示す密度が６．５ｇ／ｃｍ3の粉末成形体であるワークを「ワークＷ１」とし、図８（ｂ）に示す密度が７．２ｇ／ｃｍ3の粉末成形体であるワークを「ワークＷ２」とする。 In the following, a work which is a powder compact having a density of 6.5 g / cm 3 shown in FIG. 8A is referred to as “work W1”, and a density shown in FIG. 8B is 7.2 g / cm 3 . A workpiece that is a powder compact is referred to as “work W2”.
図７に示すように、ワークの密度が低いとき、未焼結部面積率が高くなった。例えば、ワークの密度が６．５ｇ／ｃｍ3のとき、未焼結部面積率が約３０％となった（図７に示す点Ｐ１参照）。 As shown in FIG. 7, when the density of the workpiece was low, the unsintered area ratio increased. For example, when the workpiece density was 6.5 g / cm 3 , the area ratio of the unsintered portion was about 30% (see point P1 shown in FIG. 7).
これは、ワークに形成される複数の空孔９３・９３・・・の影響によるものである。図８に示すように、複数の空孔９３・９３・・・は、粉末成形工程で混合粉４０を圧縮したときに、ワークの内側に形成される。
This is due to the influence of the plurality of
複数の空孔９３・９３・・・は、ワークの密度と相関がある。より詳細には、図８（ａ）に示すように、ワークＷ１のような密度が低いワークでは、ワークの断面に対して複数の空孔９３・９３・・・が占める割合が大きくなる。一方、図８（ｂ）に示すように、ワークＷ２のような密度が高いワークでは、ワークＷ１のような密度が低いワークに比べて、空孔９３・９３・・・の大きさが小さいとともに数が少ないため、ワークの断面に対して複数の空孔９３・９３・・・が占める割合が小さくなる。
つまり、複数の空孔９３・９３・・・は、ワークの密度が高くなるにつれて、ワークの断面に対して占める割合が小さくなる。
The plurality of
That is, as the work density increases, the ratio of the plurality of
鍛造工程では、前述のように鍛造金型８５ａ・８５ａに水溶性型潤滑剤が吹き付けられる（図６参照）。このとき、鍛造装置８５内は、所定の温度まで加熱されているため、水溶性型潤滑剤に含まれる水分は蒸発する。当該蒸発した水分は、焼結された粉末成形体９０の複数の空孔９３・９３・・・に浸入し、ワークの表面近傍が内部酸化する。
In the forging process, as described above, the water-soluble lubricant is sprayed onto the forging dies 85a and 85a (see FIG. 6). At this time, since the inside of the forging
つまり、粉末成形体９０の密度が６．５ｇ／ｃｍ3である場合には、鍛造工程時に焼結された粉末成形体９０の表面近傍の複数の空孔９３・９３・・・内に多くの蒸発した水分が浸入し、空孔９３・９３・・・内に浸入した水分により、粉末成形体９０の表面近傍の多くの部分で内部酸化してしまう。
実験結果によれば、粉末成形体９０の密度が６．５ｇ／ｃｍ3となるコンロッド１では、その表面近傍が約３０％内部酸化してしまう。この場合、当該内部酸化の影響でコンロッド１の疲労強度が低下する場合がある。
That is, when the density of the
According to the experimental result, in the connecting
一方、ワークの密度が高いとき、未焼結部面積率が低くなった。例えば、ワークＷ２の密度が７．２ｇ／ｃｍ3のとき、未焼結部面積率が約１％となった（図７に示す点Ｐ２参照）。 On the other hand, when the work density was high, the unsintered area ratio was low. For example, when the density of the workpiece W2 is 7.2 g / cm 3 , the area ratio of the unsintered portion is about 1% (see point P2 shown in FIG. 7).
図８（ｂ）に示すように、密度が高いワークＷ２では、ワークの断面に対して複数の空孔９３・９３・・・が占める面積の割合が小さくなる。
As shown in FIG. 8B, in the work W2 having a high density, the ratio of the area occupied by the plurality of
つまり、粉末成形体９０の密度が７．２ｇ／ｃｍ3である場合には、鍛造工程時に複数の空孔９３・９３・・・に蒸発した水分が侵入しにくくなる。このため、鍛造工程時に焼結された粉末成形体９０の表面近傍でほとんど内部酸化しない。
実験結果によれば、粉末成形体９０の密度が７．２ｇ／ｃｍ3となるコンロッド１では、その表面近傍が約１％だけ内部酸化する。この場合、内部酸化の影響が非常に小さくなるため、コンロッド１の疲労強度が低下しない。
That is, when the density of the powder molded
According to the experimental results, in the connecting
このように、粉末成形体９０の密度を７．２ｇ／ｃｍ3以上にすることで、内部酸化の影響をほとんど受けなくなる。つまり、コンロッド１の疲労強度が低下することを防止できる。
As described above, when the density of the
ここで、前述のように、リブ部の密度Ｄ２は、ウェブ部の密度Ｄ１よりも低くなる。つまり、リブ部の密度Ｄ２を７．２ｇ／ｃｍ3以上にすることで、ウェブ部の密度Ｄ１も７．２ｇ／ｃｍ3以上となる。従って、粉末成形体９０全体の密度が７．２ｇ／ｃｍ3よりも高くなるため、コンロッド１の疲労強度が低下することを防止できる。
Here, as described above, the density D2 of the rib portion is lower than the density D1 of the web portion. That is, by setting the rib part density D2 to 7.2 g / cm 3 or more, the web part density D1 also becomes 7.2 g / cm 3 or more. Therefore, since the density of the whole powder compact 90 becomes higher than 7.2 g / cm < 3 >, it can prevent that the fatigue strength of the connecting
次に、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を変更したときの、リブ部の密度Ｄ２の変化を測定した結果について説明する。
Next, the result of measuring the change in the density D2 of the rib portion when the projecting dimensions of the
なお、以下において、図９（ａ）に示すような、コラム部１０の上面および下面の形状に対応する粉末成形体９０のウェブ部９１の厚み寸法を「ウェブ部の高さＨ１０」とし、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を「リブ部の高さＨ２０」とする。また、図９（ｂ）に示すように、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を、高さＨ２０を基準として変更した場合の変更幅を「幅α」とする。
In the following, the thickness dimension of the
図１０に示すように、幅αを大きくするにつれて、換言すれば、リブ部の高さＨ２０を小さくするにつれて、リブ部の密度Ｄ２は高くなった。 As shown in FIG. 10, as the width α is increased, in other words, as the height H20 of the rib portion is decreased, the density D2 of the rib portion is increased.
これは、粉末成形工程において、ダイ型６０・６０および金型７０に囲まれる空間に投入される混合粉４０の上端部の形状が、金型８０の形状に沿っていないことに起因する。
This is due to the fact that the shape of the upper end portion of the
例えば、図１１に示すように、リブ部の高さＨ２０の粉末成形体９０を成形する場合、粉末成形装置５０では、金型７０の凸部７１の突出寸法が高さＨ２０となる金型７０を用いる。また、金型８０の凸部８１の突出寸法が高さＨ２０となる金型８０を用いる。
For example, as shown in FIG. 11, when a powder molded
この場合、金型８０の凸部８１は、金型８０の凹部８２Ｌよりも高さＨ２０だけ下方向に突出している。このため、混合粉４０を圧縮したときに、ウェブ部９１に対して金型８０の凸部８１の突出寸法（高さＨ２０）だけリブ部の密度Ｄ２が低くなる。
In this case, the
一方、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法が高さＨ２０より幅αだけ小さい（つまりリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法は（Ｈ２０−α））粉末成形体９０を成形する場合、粉末成形装置５０では、金型７０の凸部７１の突出寸法が高さＨ２０より幅αだけ低い金型７０を用いる。また、金型８０の凸部８１の突出寸法が高さＨ２０より幅αだけ低い金型８０を用いる。
On the other hand, the protruding dimensions of the
この場合も、金型８０の凸部８１は、金型８０の凹部８２Ｌよりも高さＨ２０から幅αを減じた寸法だけ下方向に突出している。このため、混合粉４０を圧縮したときに、ウェブ部に対して金型８０の凸部８１の突出寸法（Ｈ２０−α）だけリブ部の密度Ｄ２が低くなる。
このとき、金型８０の凸部８１の突出寸法を高さＨ２０から幅αだけ低くしたことにより、リブ部９２Ｌ・９２Ｌにおける混合粉４０Ｌの圧縮率が、ウェブ部９１における混合粉４０Ｃの圧縮率に近くなる（図４および図１１参照）。
つまり、粉末成形体９０を成形したときのリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの圧縮率は、例えばウェブ部９１の厚み寸法が一定であれば、幅αが大きくなるにつれて高くなる。つまり、リブ部の密度Ｄ２は、幅αを大きくすることで高くなる。
Also in this case, the
At this time, by reducing the projecting dimension of the
That is, when the powder molded
例えば、従来技術にあるようなコンロッド１の形状に対応した形状に粉末成形体９０を成形した場合、幅αが小さい（０ｍｍとなる）ため、当該粉末成形体９０のリブ部の密度Ｄ２が７．２ｇ／ｃｍ3よりも低くなる（図１２参照）。
一方、本実施形態の粉末成形体９０では、リブ部の密度Ｄ２が７．２ｇ／ｃｍ3となるように、粉末成形体９０のリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を幅αだけ低く設定する。
For example, when the powder molded
On the other hand, in the powder molded
このような幅αを図１０に示す点Ｐ３まで大きくすることで、リブ部の密度Ｄ２が７．２ｇ／ｃｍ3となる場合、幅αが当該点Ｐ３から幅αの最大値である点Ｐ４までの間の大きさとなるように調整することで、コンロッド１の内部酸化を防止できる。
When the width α is increased to the point P3 shown in FIG. 10 so that the density D2 of the rib portion is 7.2 g / cm 3 , the point P4 where the width α is the maximum value of the width α from the point P3. The internal oxidation of the connecting
また、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を同じ条件（混合粉４０の量および混合粉４０にかける圧力等が同一等）で幅αだけ小さくするときに、ウェブ部９１の厚み寸法を大きくする場合、粉末成形体９０の厚み寸法が変わらないようにすると（つまり図９（ｂ）においてウェブ部９１の厚み寸法を幅α×２だけ大きくすると）混合粉４０Ｌにおいて、混合粉４０の圧縮率が変化しない。このため、リブ部の密度Ｄ２は変化しない。
つまり、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を幅αだけ小さくするときにウェブ部９１の厚み寸法を大きくする場合、粉末成形体９０の厚み寸法を従来技術にあるような圧粉体１９０の厚み寸法よりも小さくなるようにする（変更幅を幅α×２よりも小さくなるようにする）必要がある。
Further, when the projecting dimensions of the
That is, when the thickness dimension of the
このような幅αに対応するリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法Ｈ１１は次式となる。
Ｈ１１＝Ｈ２０−α
また、幅αに対応するウェブ部９１の突出寸法Ｈ１２を算出する式として、次式が導かれた。
Ｈ１２＝Ｈ１０＋β×α（β＝０．８〜１．２）
The protruding dimension H11 of the
H11 = H20-α
Moreover, the following equation was derived as an equation for calculating the protrusion dimension H12 of the
H12 = H10 + β × α (β = 0.8 to 1.2)
以上より、粉末成形体９０のリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を所定の幅（幅α）だけ低くなるように設定するとともに、上記式を用いて粉末成形体９０のウェブ部９１の厚み寸法を設定する粉末成形体９０を成形することで、リブ部の密度Ｄ２を７．２ｇ／ｃｍ3以上に設定する。これにより、コンロッド１の内部酸化を防止できるため、コンロッド１の疲労強度が低下することを防止できる。
As described above, the projecting dimensions of the
つまり、粉末成形体９０のうち密度が７．２ｇ／ｃｍ3未満となるような幅がやや大きな凹凸に対して、当該凹凸の幅を適宜設定することで、粉末成形体９０全体の密度を７．２ｇ／ｃｍ3以上に設定できる。これにより、コンロッド１の疲労強度が低下することを防止できる。
That is, with respect to the unevenness having a slightly large width such that the density is less than 7.2 g / cm 3 in the
このように、粉末成形体９０は、ウェブ部９１（基部）と上下方向（混合粉４０が圧縮される方向の反対方向）に向かってウェブ部９１から突出するリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒ（凸部）と、を具備し、粉末成形体９０におけるリブ部の密度Ｄ２を７．２ｇ／ｃｍ3以上に設定する粉末成形体として機能する。
As described above, the powder molded
このように構成することにより、鍛造時にコンロッド１（焼結鍛造体）の内部酸化を防止できるため、焼結鍛造体の疲労強度の低下を防止できる。 By comprising in this way, since the internal oxidation of the connecting rod 1 (sintered forged body) can be prevented at the time of forging, the fall of the fatigue strength of a sintered forged body can be prevented.
なお、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を０ｍｍに近くなるまで低くした場合、リブ部の密度Ｄ２は、７．２ｇ／ｃｍ3以上となるが、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を低くした分だけ抗折強度が低下する。
When the protruding dimensions of the
つまり、粉末成形体９０が壊れやすくなる（粉末成形体９０を焼結炉へ投入するときに必要な抗折強度未満となる）ため、焼結工程において粉末成形体９０を焼結炉へ投入するとき等に粉末成形体９０が壊れる可能性がある。また、コンロッド１を鍛造する場合、コンロッド１の形状に成形しにくくなる。
That is, since the
つまり、コンロッド１のロバスト性を向上させるという観点より、粉末成形体９０を焼結するときに必要な抗折強度未満となるようなリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法である場合、その突出寸法をより大きくすることが好ましい。このとき、粉末成形体９０を焼結するときに必要な抗折強度以上となるようにリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を設定することで、コンロッド１のロバスト性を向上できる。
That is, from the viewpoint of improving the robustness of the connecting
このように、粉末成形体９０は、粉末成形体９０の有する強度が、粉末成形体９０を焼結するときに必要な抗折強度未満のとき、ウェブ部９１より突出するリブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を、粉末成形体９０を焼結するときに必要な抗折強度以上に設定するものである。
As described above, the powder molded
このように構成することにより、粉末成形体９０の強度を向上できるとともに、鍛造工程において粉末成形体９０を容易に成形できる。つまり、焼結鍛造体のロバスト性を向上できる。 By comprising in this way, while the intensity | strength of the powder compact 90 can be improved, the powder compact 90 can be shape | molded easily in a forge process. That is, the robustness of the sintered forged body can be improved.
なお、本実施形態では、焼結鍛造体としてコンロッド１を成形したが、これに限定されるものでない。すなわち、焼結鍛造体は、混合粉４０を圧縮して粉末成形体９０を成形し、当該粉末成形体９０を焼結した後で鍛造する部材に対して広く適用可能である。特に、コンロッド１のような剛性が必要であるとともに、形状の小さい部材に対して用いることが好ましい。
In addition, in this embodiment, although the connecting
また、混合粉４０の分量および材料等を変更した場合においても、当該変更した混合粉４０の粉末成形体９０のリブ部の密度Ｄ２が７．２ｇ／ｃｍ3以上となるように、リブ部９２Ｌ・９２Ｌ・９２Ｒ・９２Ｒの突出寸法を設定するとともに、上記式に基づいてウェブ部９１の厚み寸法を設定すればよい。この場合、粉末成形装置５０の金型７０および金型８０で混合粉４０を圧縮する圧力を変更することで、リブ部の密度Ｄ２が７．２ｇ／ｃｍ3以上の粉末成形体９０を成形できる。
In addition, even when the amount and material of the
１ コンロッド
１０ コラム部
１１ ウェブ部
１２Ｌ・１２Ｒ リブ部
４０ 混合粉
９０ 粉末成形体
９１ ウェブ部（基部）
９２Ｌ・９２Ｒ リブ部（凸部）
Ｄ１ ウェブ部の密度
Ｄ２ リブ部の密度（凸部の密度）
Ｈ１０ ウェブ部の厚み寸法
Ｈ２０ リブ部の上下寸法（凸部の突出寸法）
α 幅
DESCRIPTION OF
92L / 92R Rib part (convex part)
D1 Web part density D2 Rib density (convex density)
H10 Web part thickness dimension H20 Vertical dimension of rib part (projection dimension of convex part)
α width
Claims (2)
前記混合粉は、鉄粉末、黒鉛粉末、および銅粉末を混合したものであり、
前記粉末成形体は、
基部と、
前記混合粉が圧縮される方向に沿って前記基部から突出する凸部と、
を具備し、
前記粉末成形体における前記凸部の前記基部からの突出寸法を、前記焼結鍛造体における前記凸部の前記基部からの突出寸法よりも小さく形成し、
前記粉末成形体における前記凸部の密度を７．２ｇ／ｃｍ3以上に設定し、
前記粉末成形体は、基部の密度が凸部の密度よりも高くなるように成形され、
前記粉末成形体は、前記鍛造によって圧縮されることにより、焼結鍛造体の形状となるように塑性変形される、
コンロッドの製造方法。 Mixed powder molding the powder compact by compressing a method of manufacturing a connecting rod constituted by a sintered forged body molded by forging after sintering the powder molded body,
The mixed powder is a mixture of iron powder, graphite powder, and copper powder,
The powder compact is:
The base,
A convex portion protruding from the base portion along the direction in which the mixed powder is compressed,
Comprising
Forming a protruding dimension from the base of the convex part in the powder molded body smaller than a protruding dimension from the base of the convex part in the sintered forged body;
The density of the protrusions in the powder compact is set to 7.2 g / cm 3 or more,
The powder molded body is molded such that the density of the base is higher than the density of the protrusions,
The powder molded body is plastically deformed to be in the shape of a sintered forged body by being compressed by the forging.
A method for manufacturing a connecting rod .
前記粉末成形体を焼結炉へ投入するときに必要な抗折強度未満のとき、前記基部より突出する前記凸部の突出寸法を、前記粉末成形体を焼結炉へ投入するときに必要な抗折強度以上となるように設定する、
請求項１に記載のコンロッドの製造方法。 The strength of the powder compact is
When the powder compact is less than the bending strength required when the powder compact is put into the sintering furnace, the projecting dimension of the convex part projecting from the base is necessary when the powder compact is thrown into the sintering furnace. Set to be more than the bending strength,
The manufacturing method of the connecting rod of Claim 1.
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