JP5965465B2 - クランクシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の金型間にワークを移動して、順次、複数の鍛造工程を行う鍛造技術に関する。

従来、複数の鍛造工程を順次行い、ビレットからクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造技術が知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図８に示されるように、クランクシャフト１００は、エンジンに保持され軸として機能するジャーナル部１０１と、ジャーナル部１０１から軸直角方向に延びるクランクアーム１０２と、このクランクアーム１０２の先端部に設けられコネクティングロッドが接続されるピン部１０３と、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和するウェイト部１０４を備える。

クランクシャフト１００の鍛造では、主に出発材料のビレットから軸直角方向に材料を流動させてクランクシャフト１００が成形される。具体的にはジャーナル部１０１、クランクアーム１０２及びピン部１０３が先に充填され、その後にウェイト部１０４が充填される。そのため、軸直角方向の断面積が最も大きいウェイト部１０４の断面積に、ビレットの断面積を合わせる必要があり、ジャーナル部１０１及びピン部１０３の部分では、余剰となった材料がバリとして大量に排出され、材料の歩留まりが悪くなる。

特許文献１の技術では、前半の鍛造工程（潰し成形工程）で、クランクアーム１０２とピン部１０３に囲まれた部分に体積余剰肉部１０５を成形し、後半の鍛造工程（荒成形工程）で体積余剰肉部１０５の材料がウェイト部１０４側に流れることでウェイト部１０４が成形される。しかし、体積余剰肉部１０５の材料は、ピン部１０３側にも流れるため、ウェイト部１０４に充填不足が発生する。対策として、仕上げ成形工程でさらに材料を充填して成形する必要がある。このため、大きな出発材料を必要とし、成形荷重も高くなっていた。

特開平５−２２８５７４号公報

本発明は、材料の歩留まりを向上させることができるクランクシャフトの製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、棒状のビレットから、ピン部の一方端にウェイト部を有するクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法であって、第１潰し成形工程、第２潰し成形工程、荒成形工程、仕上げ成形工程を、前記ビレットに対して順次行い、前記第１潰し成形工程では、第１金型で前記ビレットに対し、前記クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、前記第１金型に設けた突起部を食い込ませて前記ビレットの軸方向の体積配分を行うとともに、軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形することで第１中間体を取得し、前記第２潰し成形工程では、第２金型で前記第１中間体に対し、軸端部側の前記ピン部に設けた前記体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させることで第２中間体を取得し、前記荒成形工程では、第３金型で前記第２中間体に対し、各前記ウェイト部への材料流動を行うことで第３中間体を取得し、前記仕上げ成形工程では、第４金型で前記第３中間体を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、前記第１潰し成形工程と、前記第２潰し成形工程において、前記中央バランスウェイト近傍の成形量を、軸端部側の前記ピン部及び前記ウェイト部の成形量より大きくしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、体積余剰肉部は、さらにピン部とジャーナル部の間にも設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第１潰し成形工程では、第１金型でビレットに対し、クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、第１金型に設けた突起部を食い込ませてビレットの軸方向の体積配分を行う。中央側を先に成形するとともに、ビレットを軸方向に延ばして軸端側に材料を流すので、軸方向に短いビレットとすることができ、出発材料を小さくして歩留まりを向上させることができる。

加えて、第１潰し成形工程では、軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形し、第２潰し成形工程では、軸端部側のピン部に設けた体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させる。ピン部の体積余剰肉部から、軸端部側のウェイト部成形予定部へ材料を流動させ、荒成形工程でウェイト部への材料流動を行うので、断面積の大きいビレットを使用する必要がない。結果、無駄なく必要部位へ最適な材料配分をすることができ、過剰なバリの発生を抑制し、材料の歩留まりを向上させることができる。すなわち、軸方向への材料配分並びに、必要部位への材料配分を可能にしたことで、断面積が小さく且つ軸方向に短いビレットでクランクシャフトを成形でき、材料の歩留まりを向上させるとともに、成形荷重の低減を図ることができる。

請求項２に係る発明では、体積余剰肉部は、さらにピン部とジャーナル部の間にも設けられている。軸端部側の形状部（ピン部周辺）の、外側に且つ軸方向中心側に体積余剰肉部を設けたので、中心側から軸端部側への材料の流動量を大きくすることができ、最適な材料配分を行うことができる。

本発明に係る鍛造成形金型の全体及び搬送装置を説明する図である。 図１の２−２矢視図である。 図１の３−３線断面図である。 第１潰し成形工程を説明する図である。 第２潰し成形工程を説明する図である。 荒成形工程を説明する図である。 仕上げ成形工程を説明する図である。 従来技術の基本原理を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、鍛造成形装置１０は、第１潰し成形工程用の第１金型１１，１２、第２潰し成形工程用の第２金型１３，１４、荒成形工程用の第３金型１５，１６、仕上げ成形工程用の第４金型１７，１８及びワークの搬送装置３１とからなる。

第１潰し成形工程用の第１金型１１，１２は、上型１１と、下型１２とからなる。第２潰し成形工程用の第２金型１３，１４は、上型１３と、下型１４とからなる。荒成形工程用の第３金型１５，１６は、上型１５と、下型１６とからなる。仕上げ成形工程用の第４金型１７，１８は、上型１７と、下型１８とからなる。

上型１１，１３，１５，１７は、ラムプレート２１に設けられており、昇降手段（型締め手段）によってラムプレート２１と共に昇降する。下型１２，１４，１６，１８はボルスタ２２に設けられている。搬送装置３１は、搬送装置本体３２からアーム３３が延ばされ、このアーム３３の先端にワーク保持部３４が設けられている。ワーク保持部３４は、軸３５を中心にして回転可能であり、ワークの姿勢を維持したまま搬送し次工程の下型１４に配置することができる。

なお、搬送装置３１は、ワークを所定の角度回転させて搬送し次工程の下型１４に配置することができる。また、便宜上、搬送装置３１を第１金型１１，１２と第２金型１３，１４との間にのみ図示したが、第２金型１３，１４、第３金型１５，１６及び第４金型１７，１８の間にも設置されている。さらには、搬送装置３１は、実施例に示した構成に限定されず、ワークを次工程の金型に搬送できれば他の構成であっても差し支えない。

次に第１〜第４金型について説明する。
図２に示されるように、第１金型（下型）１２、第２金型（下型）１４、第３金型（下型）１６、第４金型（下型）１８が順に配置されている。第１金型１２、第２金型１４、第３金型１６、第４金型１８には、クランクシャフトの軸（長手方向）が横並びになるように成形面１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａが設けられている。

次にクランクシャフト及び第１金型１１，１２について説明する。
図７（ｃ）に示されるように、クランクシャフト５０は、エンジンに保持され軸として機能するジャーナル部５１と、ジャーナル部５１から軸直角方向に延びるクランクアーム５２と、このクランクアーム５２の先端部に設けられコネクティングロッドが接続されるピン部５３とを備える。

さらにクランクシャフト５０は、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和する軸中央側の中央バランスウェイト５４と、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和する軸端部側のウェイト部５５とを備える。軸端部側のウェイト部５５は、ピン部５３の一方端に設けられている。

図２、図３、図７（ｃ）に示されるように、第１金型１１，１２は、クランクシャフト５０の長手方向に沿って、成形面１１ａ，１２ａが設けられている。第１金型１１，１２は、クランクシャフト５０の中央バランスウェイト５４近傍を成形する部分に、第１の突起部１１ｂ，１２ｂ及び第２の突起部１１ｃ，１２ｃが設けられている。第１の突起部１１ｂ，１２ｂの突出する高さは、第２の突起部１１ｃ，１２ｃの突出する高さよりも大きい。

また、第１金型１１，１２は、クランクシャフト５０の軸端部側のピン部成形予定部５０ａを成形する部分に、第１の余剰空間部４１及び第２の余剰空間部４２が設けられている。詳細には、第１の余剰空間部４１は、第１金型１１，１２の、ピン部５３とジャーナル部５１の間５１ａを成形する部分に設けられている。第２の余剰空間部４２は、第１金型１１，１２の、ピン部５３とクランクアーム５２に囲まれた部分５２ａを成形する部分に設けられている。

なお、クランクシャフト５０の軸端部側のピン部成形予定部５０ａは、ピン部５３、ピン部５３とクランクアーム５２に囲まれた部分５２ａ、クランクシャフト５０の外形の外側で且つクランクアーム５２より中心側におけるピン部５３とジャーナル部５１の間５１ａを指す。

次に第２金型１３，１４について説明する。
図２、図５、図７（ｃ）に示されるように、第２金型１３，１４は、クランクシャフト５０の長手方向に沿って、成形面１３ａ，１４ａが設けられている。第２金型１３，１４は、クランクシャフト５０の中央バランスウェイト５４近傍を成形する部分に、第３の突起部１３ｂ，１４ｂ及び第４の突起部１３ｃ，１４ｃが設けられている。第３の突起部１３ｂ，１４ｂの突出する高さは、第４の突起部１３ｃ，１４ｃの突出する高さと同等である。

また、第２金型１３，１４は、クランクシャフト５０の軸端部側のピン部成形予定部５０ａを成形する部分に、第３の余剰空間部４３が設けられている。詳細には、第３の余剰空間部４３は、第２金型１３，１４の、ピン部５３とジャーナル部５１の間５１ａを成形する部分に設けられている。

次に第３金型１５，１６について説明する。
図２、図６、図７（ｃ）に示されるように、第３金型１５，１６は、クランクシャフト５０の長手方向に沿って、成形面１５ａ，１６ａが設けられている。第３金型１５，１６は、クランクシャフト５０の中央バランスウェイト５４近傍を成形する部分とクランクアーム５２近傍を成形する部分とに、４つの第５の突起部１５ｂ，１６ｂが設けられている。４つの第５の突起部１５ｂ，１６ｂの突出する高さは、同等である。

次に第４金型１７，１８について説明する。
図２、図７に示されるように、第４金型１７，１８は、クランクシャフト５０の長手方向に沿って、成形面１７ａ，１８ａが設けられている。成形面１７ａ，１８ａは、クランクシャフト５０の外形と同等に形成されている。

以上に述べた鍛造成形装置１０の作用を説明する。
図１、図３に示されるように、鍛造成形装置１０の第１金型１２に、出発材料となるビレット６０をセットする。ビレット６０は、成形面１２ａの図右側に寄せて配置する。（準備工程）

クランクシャフト５０（図７参照）は、図右端部に体積の大きい部分を有し、予めビレット６０を成形面１２ａの図右側に配置することで、主に径方向への材料の流動でクランクシャフト５０の右端部を形成することができ、中央部より左側の材料を図左端図へ流動させることができる。また、ビレット６０は、材料を長手方向に流動させることで、軸方向の長さを短くすることができる。ビレット６０の長さは、成形面１１ａ，１２ａの長手方向の長さよりも短い。

次に第１潰し成形工程について説明する。
図４（ａ）に示されるように、第１金型１１，１２の上型１１を矢印（１）のように移動させ、ビレット６０をプレスする。第１の突起部１１ｂ，１２ｂが、矢印（２）のようにビレット６０の中央部左寄りに食い込み始める。

図４（ｂ）に示されるように、上型１１をさらに矢印（３）のように移動させる。第１の突起部１１ｂ，１２ｂが、矢印（４）のようにビレット６０の中央左寄りに深く食い込み、第２の突起部１１ｃ，１２ｃが、矢印（５）のようにビレット６０の中央右寄りに食い込み始める。

ビレット６０のうち、クランクシャフト５０の中央バランスウェイト５４（図７参照）近傍に相当する部分に、第１の突起部１１ｂ，１２ｂ及び第２の突起部１１ｃ，１２ｃが食い込むことで、ビレット６０の左部の材料が押され、矢印（６）のように軸方向に流動する。

すると、図４（ｃ）に示されるように、中央部が潰された第１中間体６１を得る。
図４（ｄ）に示されるように、第１中間体６１は、軸端部側のピン成形予定部５０ａに、第１の体積余剰肉部６２と第２の体積余剰肉部６３とが成形される。第１の体積余剰肉部６２は、第１金型１１，１２の第１の余剰空間部４１（図２参照）によって形成される。第２の体積余剰肉部６３は、第１金型１１，１２の第２の余剰空間部４２によって形成される。

詳細には、第１の体積余剰肉部６２は、ピン部とジャーナル部の間５１ａ（図７参照）に形成され、第２の体積余剰肉部６３は、ピン部とクランクアームに囲まれた部分５２ａに形成されている。第１の体積余剰肉部６２と第２の体積余剰肉部６３とによって、軸端部側のピン成形予定部５０ａに、材料を大量に溜めることができる。

次に第２潰し成形工程について説明する。
図５（ａ）に示されるように、第２金型１３，１４の上型１３を矢印（７）のように移動させ、第１中間体６１をプレスする。第４の突起部１３ｃ，１４ｃが、矢印（８）のように第１中間体６１の中央部右寄りに食い込み始める。

図５（ｂ）に示されるように、上型１３をさらに矢印（９）のように移動させる。第４の突起部１３ｃ，１４ｃが、矢印（１０）のように第１中間体６１の中央右寄りに深く食い込み、第３の突起部１３ｂ，１４ｂが、矢印（１１）のように第１中間体６１の中央左寄りに食い込む。

このようにして、クランクシャフト５０（図７参照）の中央部が、軸端部よりも先に成形されるとともに、材料が矢印（１２）ように流動する。このように、中央から遠い位置にあるクランクアーム５２（図７参照）に相当する位置に、早い段階で材料を充填することで、少ない材料で効率のよくウェイト部５５を立ち上げることができる。

すると、図５（ｃ）に示されるように、中央部が成形された第２中間体７１を得る。
図５（ｄ）に示されるように、プレスされることで材料はウェイト部成形予定部７２へ矢印（１３）ように流動される。第２中間体７１は、軸端部側のピン部５３に、第３の体積余剰肉部７３が成形されている。第３の体積余剰肉部７３は、第２金型１３，１４の第３の余剰空間部４３（図２参照）によって形成される。

詳細には、第３の体積余剰肉部７３は、ピン部とジャーナル部の間５１ａ（図７参照）に形成されている。第３の体積余剰肉部７３によって、軸端部側のピン部５３に、材料を大量に溜めることができる。また、中央側を先に成形するとともに、ビレット６０（図３参照）を軸方向に延ばして軸端側に材料を流すので、軸方向に短いビレットとすることができ、出発材料を小さくして歩留まりを向上させることができる。

次に荒成形工程について説明する。
図６（ａ）に示されるように、第３金型１５，１６の上型１５を矢印（１４）のように移動させ、第２中間体７１をプレスする。軸端部側の第５の突起部１５ｂ，１６ｂが、矢印（１５）のように第２中間体７１の軸端部側に食い込み始める。

図６（ｂ）に示されるように、上型１５をさらに矢印（１６）のように移動させる。第５の突起部１５ｂ，１６ｂが、矢印（１７）のように第２中間体７１の中央部及び軸端部に深く食い込む。このようにして、クランクシャフト５０（図７参照）の軸端部側も中央部に続いて成形される。

図６（ｃ）に示されるように、ピン部とクランクアームに囲まれた部分５２ａの材料は、矢印（１８）のように軸端部側のウェイト部５５へ流動する。中央バランスウェイト５４にも材料は流動する。

また、第３の体積余剰肉部７３から、矢印（１９）のようにピン部５３へ材料が流動する。結果、無駄なく必要部位へ最適な材料配分をすることができ、過剰なバリの発生を抑制し、材料の歩留まりを向上させることができる。

このように、軸方向への材料配分並びに、必要部位への材料配分を可能にしたことで、断面積が小さく且つ軸方向に短いビレット６１（図３参照）でクランクシャフト５０を成形でき、材料の歩留まりを向上させるとともに、成形荷重の低減を図ることができる。軸端部側の形状部（ピン部５３周辺）の、外側に且つ軸方向中心側に第３の体積余剰肉部７３を設けたので、中心側から軸端部側への材料の流動量を大きくすることができ、最適な材料配分を行うことができる。

図６（ｄ）に示されるように、全体の形状が大体形成された第３中間体８１を得る。
図６（ｅ）に示されるように、第３中間体８１は、クランクシャフト５０の大体の形状が形成される。

次に仕上げ成形工程について説明する。
図７（ａ）に示されるように、第４金型１５，１６で第３中間体８１（図６参照）をプレスすることで、周囲にバリ８２が形成されたクランクシャフト５０を得る。第４金型１７，１８で第３中間体８１を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、第１潰し成形工程と、第２潰し成形工程において、中央バランスウェイト５４近傍の成形量を、軸端部側のピン部５３及びウェイト部５５の成形量より大きくし、その後仕上げ成形工程が実施されている。

図７（ｂ）に示されるように、クランクシャフト５０の周囲に形成されたバリ８２は、従来技術に比較して小さい。結果、材料歩留まりを向上させることができる。
図７（ｃ）に示されるように、周囲のバリ８２を除去しクランクシャフト５０を得る。

尚、実施例では便宜上、下型１２、１４、１６、１８について説明したが、上型１１、１３、１５、１７についても、成形面、突起部、余剰空間部が同様に設けられているものとする。また、クランクシャフト５０、第１中間体６１、第２中間体７１、第３中間体８１について一方の面について説明したが、他方の面についても形状が同様に形成されているものとする。

本発明のクランクシャフトの製造方法は、複数の金型間にワークを移動して、順次、複数の鍛造工程を行うクランクシャフトの鍛造に好適である。

１０…鍛造成形装置、１１…上型（第１金型）、１２…下型（第１金型）、１１ｂ，１２ｂ…第１の突起部、１１ｃ，１２ｃ…第２の突起部、１３…上型（第２金型）、１４…下型（第２金型）、１５…上型（第３金型）、１６…下型（第３金型）、１７…上型（第４金型）、１８…下型（第４金型）、５０…クランクシャフト、５０ａ…ピン成形予定部、５３…ピン部、５４…中央バランスウェイト、５５…軸端部側のウェイト部、６０…ビレット、６１…第１中間体、６２…第１の体積余剰肉部、６３…第２の体積余剰肉部、７１…第２中間体、７２…ウェイト部成形予定部、７３…第３の体積余剰肉部、８１…第３中間体。

Claims (2)

1. 棒状のビレットから、ピン部の一方端にウェイト部を有するクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法であって、
   第１潰し成形工程、第２潰し成形工程、荒成形工程、仕上げ成形工程を、前記ビレットに対して順次行い、
   前記第１潰し成形工程では、第１金型で前記ビレットに対し、前記クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、前記第１金型に設けた突起部を食い込ませて前記ビレットの軸方向の体積配分を行うとともに、
   軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形することで第１中間体を取得し、
   前記第２潰し成形工程では、第２金型で前記第１中間体に対し、軸端部側の前記ピン部に設けた前記体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させることで第２中間体を取得し、
   前記荒成形工程では、第３金型で前記第２中間体に対し、各前記ウェイト部への材料流動を行うことで第３中間体を取得し、
   前記仕上げ成形工程では、第４金型で前記第３中間体を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、
   前記第１潰し成形工程と、前記第２潰し成形工程において、前記中央バランスウェイト近傍の成形量を、軸端部側の前記ピン部及び前記ウェイト部の成形量より大きくしたことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
2. 前記体積余剰肉部は、さらに前記ピン部とジャーナル部の間にも設けられていることを特徴とする請求項１記載のクランクシャフトの製造方法。

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