JP6024832B2 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

鍛造クランク軸の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6024832B2
JP6024832B2 JP2015548992A JP2015548992A JP6024832B2 JP 6024832 B2 JP6024832 B2 JP 6024832B2 JP 2015548992 A JP2015548992 A JP 2015548992A JP 2015548992 A JP2015548992 A JP 2015548992A JP 6024832 B2 JP6024832 B2 JP 6024832B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crankshaft
manufacturing
mold
journal
surplus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015548992A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2015075934A1 (ja
Inventor
憲司 田村
憲司 田村
潤一 大久保
潤一 大久保
広一郎 石原
広一郎 石原
吉野 健
健 吉野
訓宏 薮野
訓宏 薮野
黒川 宣幸
宣幸 黒川
智久 山下
智久 山下
奨 高本
奨 高本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2013240664 priority Critical
Priority to JP2013240664 priority
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to PCT/JP2014/005835 priority patent/WO2015075934A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6024832B2 publication Critical patent/JP6024832B2/ja
Publication of JPWO2015075934A1 publication Critical patent/JPWO2015075934A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/06Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/08Making machine elements axles or shafts crankshafts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06Crankshafts
    • F16C3/08Crankshafts made in one piece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/07Crankshafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00Shaping
    • F16C2220/40Shaping by deformation without removing material
    • F16C2220/46Shaping by deformation without removing material by forging

Description

本発明は、熱間鍛造によりクランク軸を製造する方法に関する。
自動車、自動二輪車、農業機械、船舶等のレシプロエンジンは、ピストンの往復運動を回転運動に変換して動力を取り出すために、クランク軸が不可欠である。クランク軸は、型鍛造によって製造されるものと、鋳造によって製造されるものとに大別される。特に、高強度と高剛性が要求される場合は、それらの特性に優れた前者の鍛造クランク軸が多用される。
一般に、鍛造クランク軸は、断面が丸形又は角形で全長にわたって断面積が一定のビレットを原材料とし、予備成形、型鍛造、バリ抜き、及び整形の各工程を順に経て製造される。通常、予備成形工程は、ロール成形と曲げ打ちの各工程を含み、型鍛造工程は、荒打ちと仕上げ打ちの各工程を含む。
図1は、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。同図に例示するクランク軸1(図1(f)参照)は、4気筒エンジンに搭載されるものであり、5つのジャーナル部J1〜J5、4つのピン部P1〜P4、フロント部Fr、フランジ部Fl、及びジャーナル部J1〜J5とピン部P1〜P4をそれぞれつなぐ8枚のクランクアーム部(以下、単に「アーム部」ともいう)A1〜A8を備える。このクランク軸1は、8枚の全てのアーム部A1〜A8にカウンターウエイト部(以下、単に「ウエイト部」ともいう)W1〜W8を一体で有し、4気筒−8枚カウンターウエイトのクランク軸と称される。
以下では、ジャーナル部J1〜J5、ピン部P1〜P4、アーム部A1〜A8及びウエイト部W1〜W8のそれぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「J」、ピン部で「P」、アーム部で「A」、ウエイト部で「W」とも記す。ピン部P及びこのピン部Pにつながる一組のアーム部A(ウエイト部Wを含む)をまとめて「スロー」ともいう。
図1に示す製造方法では、以下のようにして鍛造クランク軸1が製造される。先ず、予め所定の長さに切断した図1(a)に示すビレット2を誘導加熱炉やガス雰囲気加熱炉によって加熱した後、ロール成形を行う。ロール成形工程では、例えば孔型ロールによりビレット2を圧延して絞りつつその体積を長手方向に配分し、中間素材であるロール荒地3を成形する(図1(b)参照)。次に、曲げ打ち工程では、ロール成形によって得られたロール荒地3を長手方向と直角な方向から部分的にプレス圧下してその体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地4を成形する(図1(c)参照)。
続いて、荒打ち工程では、曲げ打ちによって得られた曲げ荒地4を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸(最終製品)のおおよその形状が造形された鍛造材5を成形する(図1(d)参照)。更に、仕上げ打ち工程では、荒打ちによって得られた荒鍛造材5が供され、荒鍛造材5を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、最終製品のクランク軸と合致する形状が造形された鍛造材6を成形する(図1(e)参照)。これら荒打ち及び仕上げ打ちのとき、互いに対向する金型の型割面の間から、余材がバリとして流出する。このため、荒鍛造材5、仕上げ鍛造材6は、造形されたクランク軸の周囲にそれぞれバリ5a、6aが大きく付いている。
バリ抜き工程では、仕上げ打ちによって得られたバリ6a付きの仕上げ鍛造材6を上下から金型で保持しつつ、刃物型によってバリ6aを打ち抜き除去する。これにより、図1(f)に示すように、鍛造クランク軸1が得られる。整形工程では、バリを除去した鍛造クランク軸1の要所、例えば、ジャーナル部J、ピン部P、フロント部Fr、フランジ部Flなどといった軸部、更にはアーム部A及びウエイト部Wを上下から金型で僅かにプレス圧下し、最終製品の寸法形状に矯正する。こうして、鍛造クランク軸1が製造される。
図1に示す製造工程は、例示する4気筒−8枚カウンターウエイトのクランク軸に限らず、8枚のアーム部Aのうち、一部のアーム部にウエイト部Wを有するクランク軸であっても同様である。例えば4気筒エンジンに搭載されるクランク軸においては、先頭の第1アーム部A1、最後尾の第8アーム部A8、及び中央の2枚の第4、第5アーム部A4、A5にウエイト部Wが設けられる場合がある。このクランク軸は、4気筒−4枚カウンターウエイトのクランク軸と称される。その他に、3気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型6気筒エンジン、8気筒エンジン等に搭載されるクランク軸であっても、製造工程は同様である。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加される。
近年、特に自動車用のレシプロエンジンには、燃費の向上のために軽量化が求められている。このため、レシプロエンジンの基幹部品であるクランク軸にも、軽量化の要求が著しくなっている。鍛造クランク軸の軽量化を図る従来技術としては、下記のものがある。
特開2012−7726号公報(特許文献1)及び特開2010−230027号公報(特許文献2)には、アーム部のジャーナル部側の表面において、ジャーナル部の軸心とピン部の軸心とを結ぶ直線(以下、「アーム部中心線」ともいう)上に、ピン部に向けて大きく深く窪む穴部が形成されたアーム部が記載され、このアーム部を有するクランク軸の製造方法も記載されている。これらの特許文献1及び2に記載されたアーム部は、穴部の体積分が軽量化される。アーム部の軽量化は、アーム部と対をなすウエイト部の重量軽減につながり、ひいては鍛造クランク軸全体の軽量化につながる。また、これらの特許文献1及び2に開示されたアーム部は、アーム部中心線を間に挟むピン部近傍の両側部で厚みが厚く維持されていることから、剛性(ねじり剛性及び曲げ剛性)も確保される。
このように、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを持たせれば、軽量化と剛性確保を同時に図ることができる。
ただし、そのような独特な形状のアーム部を有する鍛造クランク軸は、従来の製造方法では製造することが困難である。型鍛造工程において、アーム部表面に凹みを形成しようとすれば、当該凹み部位の金型の型抜き勾配が逆勾配になり、成形された鍛造材が金型から抜けなくなる事態が生じるからである。
そのような事態に対処するため、特許文献1及び2に記載された製造方法は、型鍛造工程ではアーム部表面に凹みを形成することなくアーム部を小さく成形し、バリ抜き工程の後に、アーム部の表面にパンチを押し込み、そのパンチの痕跡によって凹みを形成することとしている。
特開2012−7726号公報 特開2010−230027号公報
前記特許文献1及び2に記載された製造方法によれば、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。
しかし、この製造方法では、アーム部表面に凹みを形成するために、アーム部表面にパンチを強く押し込んでアーム部全体を変形させることから、パンチの押し込みに多大な力を要する。このため、パンチに多大な力を付与するための格別な設備構成が必要であり、パンチの耐久性に関しても配慮が必要となる。
本発明の目的は、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を簡便に得ることができる鍛造クランク軸の製造方法を提供することにある。
本発明の実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となるジャーナル部と、このジャーナル部に対して偏心したピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造方法である。
当該製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程と、余肉部折り曲げ工程と、を含む。
型鍛造工程は、前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の両側部それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する。
バリ抜き工程は、前記型鍛造工程で成形した前記仕上げ鍛造材からバリを除去する。
余肉部折り曲げ工程は、前記バリ抜き工程でバリを除去してなるクランク軸に対し、一対の第1金型を用いたプレス圧下により、前記クランクアーム部の前記余肉部を、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる。
上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうちで前記両側部の領域を少なくとも除く表面を、第2金型の押し当てにより保持する構成とすることができる。この構成の場合、前記余肉部折り曲げ工程では、前記第1金型のプレス圧下に追従して前記第2金型を前記第1金型のプレス圧下の方向に移動させ、前記クランクアーム部への前記第2金型の押し当て位置を一定の位置に維持する構成とすることが好ましい。
また、上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程は、金型を用いたプレス圧下によりクランク軸の形状を矯正する整形工程で実施する構成とすることができる。
また、上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程では、一対の前記第1金型を用いたプレス圧下は、前記ピン部の偏心方向とは直角な方向から実施することができる。
また、上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうち、前記クランクアーム部の両側部の内側に凹みを形成することができる。
本発明によれば、アーム部の両側部の外周に局部的に突出する余肉部を形成し、この局部的に突出する余肉部を、第1金型を用いたプレス圧下によって折り曲げる。これにより、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。その製造の際、局部的に突出する余肉部をプレス圧下によって折り曲げるだけで十分であることから、多大な力を要することなく簡便に行える。
図1は、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。 図2は、本発明の一実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図2(a)は斜視図を、図2(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図2(c)は側面図をそれぞれ示す。 図3は、本発明の一実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図3(a)は斜視図を、図3(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図3(c)は側面図をそれぞれ示す。 図4は、本発明の一実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図であり、図4(a)は整形前の状態を、図4(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。 図5は、本発明の一実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部の側面図であり、図5(a)は整形前の状態を、図5(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。 図6は、本発明の一実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、図6(a)は整形前の状態を示す図4(a)のA−A断面図であり、図6(b)は整形後の状態を示す図4(b)のB−B断面図である。 図7は、クランク軸を保持する構成の変形例を示す模式図であって、図7(a)はアーム部をジャーナル部側から見たときの平面図を、図7(b)はアーム部の側面図をそれぞれ示す。 図8は、本発明の他の実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図であり、図8(a)は整形前の状態を、図8(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。
以下に、本発明の鍛造クランク軸の製造方法について、その実施形態を詳述する。
一実施形態として、本発明の鍛造クランク軸の製造方法には、前記図1に示す製造工程が採用される。すなわち、本実施形態による製造方法は、いずれも熱間で行う、予備成形(ロール成形と曲げ打ち)、型鍛造(荒打ちと仕上げ打ち)、バリ抜き、及び整形の各工程を含む。特に、本実施形態による製造方法では、前記図1に示す従来の製造方法と比較し、型鍛造工程及び整形工程の態様に大きな特徴がある。
1.クランク軸のアーム部の形状
図2は、本発明の一実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図3は、本発明の一実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図2及び図3のいずれも、クランク軸のアーム部(ウエイト部を含む)の1つを代表的に抽出して示しており、(a)は斜視図を、(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、(c)は側面図をそれぞれ示す。
本実施形態の最終製品である鍛造クランク軸のアーム部形状、すなわち整形後のアーム部形状は、図3に示すように、アーム部Aのピン部P近傍の両側部Aa、Abがジャーナル部J側に膨らみ、それらの両側部Aa、Abの厚みが厚くされたものである。更に、そのアーム部形状は、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうち、両側部Aa、Abの内側の領域Asに、凹みを持たせたものである。
要するに、整形後のアーム部形状は、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みが厚く維持されるとともに、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されている。このような形状のアーム部を有する鍛造クランク軸は、アーム部A表面の凹みによって軽量化を図ることができ、これと同時に、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚み維持によって剛性の確保を図ることができる。
これに対し、整形前のアーム部形状は、図2に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうち、両側部Aa、Abの内側の領域Asに、整形後の最終製品形状と合致する凹みを持たせたものである。その凹みはアーム部Aの両側部Aa、Abの領域まで滑らかに広がっている。これにより、そのアーム部形状は、両側部Aa、Abの厚みが整形後の最終製品の厚みよりも薄くされたものである。更に、アーム部Aの両側部Aa、Abには、それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部Aaa、Abaが形成されている。この余肉部Aaa、Abaは、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に沿った板状であり、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みと同程度であるか、又はそれよりも薄い。
このような整形前のアーム部形状は、型鍛造工程の仕上げ打ちによって最終的に造形され、バリ抜きでその形状が維持されたものである。
2.鍛造クランク軸の製造方法
上述のとおり、本実施形態の製造方法は、予備成形、型鍛造、バリ抜き、及び整形の各工程を含み、いずれの工程も熱間で一連に行われる。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後、整形工程の前に、捩り工程が追加される。
本実施形態の製造方法では、前記図1に示す従来の製造方法と同様にして、予備成形工程を経ることにより、曲げ荒地を成形する。
次に、型鍛造工程(荒打ちと仕上げ打ち)を経ることにより、その曲げ荒地から、前記図2に示すアーム部形状を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する。荒打ちと仕上げ打ちのいずれの型鍛造も、上下に一対の金型を用いたプレス鍛造により行う。
ここで、仕上げ鍛造材に造形されたクランク軸の形状は、上記の通り、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成され、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に板状の余肉部Aaa、Abaが形成されたものである。その凹みはアーム部Aの両側部Aa、Abの領域まで滑らかに広がり、余肉部Aaa、Abaは両側部Aa、Abの厚みと同程度であるか、又はそれよりも薄い。型鍛造に用いる金型には、それらの形状を反映した型彫刻部が彫り込まれており、アーム部表面の凹みに対応する部位、及びアーム部外周の余肉部Aaa、Abaに対応する部位のいずれでも型抜き勾配は逆勾配にならない。このため、型鍛造は支障なく行える。
続いて、バリ抜き工程を経ることにより、バリ付きの仕上げ鍛造材から、バリを打ち抜き除去し、鍛造クランク軸を得る。バリ抜き工程を経て得られたクランク軸は、前記図2に示すアーム部形状を有し、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に余肉部Aaa、Abaが形成されている。
そして、整形工程に移行する。
図4〜図6は、本発明の一実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であり、いずれの図でも(a)は整形前の状態を、(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。これらの図のうち、図4は、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図を示し、図5は、アーム部の側面図を示す。図6(a)は図4(a)のA−A断面図を、図6(b)は図4(b)のB−B断面図をそれぞれ示す。なお、図4の平面図及び図5の側面図では、金型は断面で示している。
図4(a)及び図6(a)に示すように、整形工程では、従来の一般的な整形工程と同様に、上下に一対の金型(以下、説明の便宜上「第1金型」ともいう)10A、10Bが用いられる。これらの第1金型10A、10Bには、前記図3に示すアーム部形状を有するクランク軸の最終製品形状を反映した型彫刻部が彫り込まれている。上側の第1金型10Aは、下側の第1金型10Bに向けて移動し、ピン部Pの偏心方向とは直角な方向にクランク軸をプレス圧下するものである。プレス圧下方向は、クランク軸の軸方向とも直角である。
ただし、図5(a)及び図6(a)に示すように、第1金型10A、10Bは、アーム部Aのジャーナル部J側の表面の凹みに対応する部位が開放されており、この開放された部分に第2金型20が収容されている。第2金型20には、アーム部表面の凹みに対応する形状の型彫刻部が彫り込まれている。第2金型20は、第1金型10A、10Bから独立し、アーム部表面の凹みに対して接触したり離間したりするように進退移動が可能である。第2金型20の進退移動は、第2金型20に連結された油圧シリンダ等によって実行される。更に、第2金型20は、第1金型10A、10Bのプレス圧下方向、すなわちピン部Pの偏心方向とは直角な方向にも移動が可能である。第2金型20のプレス圧下方向への移動は、進退移動の駆動源とは別個にスプリングや油圧シリンダ等の適宜手段を用いて実行される。この場合、金型20は、金型20自体のみが上下可動する構成としてもよいし、第2金型20の進退移動を与える油圧シリンダ等と一体で上下可動する構成としてもよい。
このような第1金型10A、10B及び第2金型20を用いた本実施形態の整形工程は、以下のように行われる。先ず、下側の第1金型10Bの型彫刻部に、バリ抜き後のクランク軸を収納する。このとき、図4(a)に示すように、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaのうちの下側の余肉部Abaが、下側の第1金型10Bの型彫刻部に接触している。
次いで、第2金型20を進出させ、図5(a)及び図6(a)に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に第2金型20を押し付ける。このとき、第2金型20は、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうちで、両側部Aa、Abの領域を少なくとも除く凹み領域Asの表面に押し付けられている。
この状態から、上側の第1金型10Aを下側の第1金型10Bに向けて移動させる。これにより、クランク軸の軸部(例:ジャーナル部J、ピン部P、フロント部Fr、フランジ部Fl)、更にはアーム部A及びウエイト部Wが僅かにプレス圧下され、最終製品の寸法形状に矯正される。
第1金型10A、10Bによるプレス圧下の際、図4(b)、図5(b)及び図6(b)に示すように、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周の余肉部Aaa、Abaは、各々に接触する第1金型10A、10Bの型彫刻部の面10Aa、10Baによって、ジャーナル部J側の表面に向けて徐々に折り曲げられる。ここで、余肉部Aaa、Abaの折り曲げに寄与する第1金型10A、10Bの面10Aa、10Baは、余肉部Aaa、Abaをジャーナル部J側の表面に向けて案内するように、傾斜している。これにより、アーム部Aの両側部Aa、Abは、個々の余肉部Aaa、Abaの体積分だけジャーナル部J側の表面に向けて張り出す。このようにして、前記図3に示すように、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みが厚くされ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されたクランク軸が得られる。より具体的には、図6(b)に示すように、アーム部Aは、両側部Aa、Abが厚肉化され、その内側が凹みによって薄肉化され、更にその内側が厚肉化されたものである。
また、そのプレス圧下の際、第2金型20は、アーム部Aへの押し当て位置が変動することなく、一定の位置に維持されるように、第1金型10A、10Bのプレス圧下に追従してプレス圧下方向に移動する。アーム部Aは、そのジャーナル部J側の表面の凹み領域Asに第2金型20が押し当てられて拘束されているので、その凹み領域Asの形状が安定する。更に、アーム部Aの両側部Aa、Abは、第1金型10A、10Bによるプレス圧下でジャーナル部J側に向けて張り出すが、その張り出し形状は第2金型20により精密に成形される。
プレス圧下後、第2金型20を後退させてアーム部Aから待避させ、その後に、上側の第1金型10Aを上昇させてクランク軸を取り出す。
このように本実施形態の製造方法によれば、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みを厚く維持しつつ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。この製造方法は、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に局部的に突出する余肉部Aaa、Abaを形成し、この局部的に突出する余肉部Aaa、Abaを、第1金型10A、10Bを用いたプレス圧下によって折り曲げるだけで十分である。したがって、本実施形態のクランク軸の製造は、多大な力を要することなく簡便に行える。
特に、本実施形態では、アーム部Aの表面に第2金型20を押し付けているが、この第2金型20をそれ以上に押し込むわけではないので、第2金型20を保持する力は小さくて済む。また、本実施形態では、アーム部Aの最終的な形状を造形するにあたり、余肉部Aaa、Abaを単に折り曲げるだけであるため、その変形の影響がジャーナル部等の他の部分に生じることは少ない。
また、本実施形態では、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaの折り曲げを整形工程で実施しているので、従来の製造工程を変更する必要はない。もっとも、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaの折り曲げは、バリ抜き工程の後であれば、整形工程とは別工程で行っても構わない。
その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、第2金型20は必ずしも必要ではない。アーム部Aの精密な寸法精度が要求されなければ、第2金型20が無くても、第1金型10A、10Bによってアーム部外周の余肉部Aaa、Abaを折り曲げることにより、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みを厚く維持しつつ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みを形成することができるからである。
また、上記の実施形態では、下側の第1金型10B内にバリ抜き後のクランク軸を収納した後、そのクランク軸のアーム部Aを保持するために第2金型20を進出させる手順を踏むようにしている。これに代えて、第2金型20を進出させてバリ抜き後のクランク軸を保持した後、そのクランク軸を第2金型20と一体で下側の第1金型10B内に収納させる手順を踏むことも可能である。この場合、例えば、図7に示すように、第2金型20に対し、水平方向でクランク軸の軸心を間に挟んだ位置に、第3金型30を配置し、第2金型20の進出と同時に、第3金型30をピン部Pの偏心方向に沿って進出させ、この第3金型30によってウエイト部Wの外周及びジャーナル部Jの外周を保持するようにすればよい。第3金型30によるクランク軸の保持は、ウエイト部Wの外周のみであってもよいし、ジャーナル部Jの外周のみであってもよい。
本実施形態の製造方法は、4気筒エンジンに搭載されるクランク軸(以下、「4気筒のクランク軸」という)のみならず、3気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型6気筒エンジン等に搭載されるクランク軸(以下、「3気筒等のクランク軸」という)の製造にも適用できる。3気筒等のクランク軸の場合、回転軸(ジャーナル部)周りのピン部の配置角度が120°又は60°の等間隔にシフトしている。このため、3気筒等のクランク軸の製造工程では、カウンターウエイト部の形状によっては、バリ抜き工程の後、整形工程の前に、捩り工程が追加される。一方、4気筒のクランク軸の場合、ピン部の配置角度が180°の等間隔にシフトしている。このため、4気筒のクランク軸の製造工程では、捩り工程が不要である。
上記の実施形態は、特に4気筒のクランク軸を製造する際の状況を示す。4気筒のクランク軸の場合、整形工程において、全てのピン部が水平方向に偏心した状態で配置される。このため、上記のとおり、第1金型によるプレス圧下の方向は、ピン部の偏心方向とは直角な方向になる。
ただし、第1金型によるプレス圧下の方向は、ピン部の偏心方向とは直角な方向に限定されない。例えば、3気筒エンジンに搭載されるクランク軸(以下、「3気筒のクランク軸」という)の場合、整形工程において、全てのピン部が水平方向に偏心した状態で配置されない。直列6気筒エンジンに搭載されるクランク軸の場合でも同様である。V型6気筒エンジンに搭載されるクランク軸の場合、整形工程において、水平方向に偏心した状態で配置されるピン部もあるが、水平方向に偏心した状態で配置されないピン部もある。このため、3気筒等のクランク軸を製造する際、ピン部によっては、第1金型によるプレス圧下の方向が、ピン部の偏心方向とは直角な方向にならないことがある。このときの状況を以下に示す。
図8は、本発明の他の実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であり、(a)は整形前の状態を、(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。図8は、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図を示す。なお、図8では、金型は断面で示している。図8は、一例として、3気筒のクランク軸の整形工程を示す。
3気筒のクランク軸は、ピン部Pの配置角度が120°の等間隔にシフトしている。このため、図8に示すように、一部のピン部Pの偏心方向は、水平方向から30°傾斜する。この場合、図8(a)及び(b)に示すように、上側の第1金型10Aによるプレス圧下の方向は、ピン部Pの偏心方向から60°ずれた方向となる。この場合であっても、上記の実施形態と同様に、第1金型10A、10Bによって余肉部Aaa、Abaを折り曲げることが可能である。要するに、第1金型によるプレス圧下の方向は、余肉部Aaa、Abaを折り曲げることができる限り、限定されない。
本発明は、あらゆるレシプロエンジンに搭載される鍛造クランク軸の製造に有効に利用できる。
1:鍛造クランク軸、 J、J1〜J5:ジャーナル部、
P、P1〜P4:ピン部、 Fr:フロント部、
Fl:フランジ部、 A、A1〜A8:クランクアーム部、
W、W1〜W8:カウンターウエイト部、
Aa、Ab:アーム部の側部、
As:アーム部のジャーナル部側表面における両側部の内側領域、
Aaa、Aba:余肉部、
10A、10B:第1金型、
10Aa、10Ba:第1金型の型彫刻部の一部の面、
20:第2金型、 30:第3金型

Claims (6)

  1. 回転中心となるジャーナル部と、このジャーナル部に対して偏心したピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造方法であって、
    当該製造方法は、
    前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の両側部それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する型鍛造工程と、
    前記型鍛造工程で成形した前記仕上げ鍛造材からバリを除去するバリ抜き工程と、
    前記バリ抜き工程でバリを除去してなるクランク軸に対し、一対の第1金型を用いたプレス圧下により、前記クランクアーム部の前記余肉部を、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる余肉部折り曲げ工程と、を含む、鍛造クランク軸の製造方法。
  2. 請求項1に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
    前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうちで前記両側部の領域を少なくとも除く表面を、第2金型の押し当てにより保持する、鍛造クランク軸の製造方法。
  3. 請求項2に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
    前記余肉部折り曲げ工程では、前記第1金型のプレス圧下に追従して前記第2金型を前記第1金型のプレス圧下の方向に移動させ、前記クランクアーム部への前記第2金型の押し当て位置を一定の位置に維持する、鍛造クランク軸の製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
    前記余肉部折り曲げ工程は、金型を用いたプレス圧下によりクランク軸の形状を矯正する整形工程で実施する、鍛造クランク軸の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
    前記余肉部折り曲げ工程では、一対の前記第1金型を用いたプレス圧下は、前記ピン部の偏心方向とは直角な方向から実施する、鍛造クランク軸の製造方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
    前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうち、前記クランクアーム部の両側部の内側に凹みが形成される、鍛造クランク軸の製造方法。
JP2015548992A 2013-11-21 2014-11-20 鍛造クランク軸の製造方法 Active JP6024832B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013240664 2013-11-21
JP2013240664 2013-11-21
PCT/JP2014/005835 WO2015075934A1 (ja) 2013-11-21 2014-11-20 鍛造クランク軸の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6024832B2 true JP6024832B2 (ja) 2016-11-16
JPWO2015075934A1 JPWO2015075934A1 (ja) 2017-03-16

Family

ID=53179216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015548992A Active JP6024832B2 (ja) 2013-11-21 2014-11-20 鍛造クランク軸の製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10124398B2 (ja)
EP (1) EP3072607B1 (ja)
JP (1) JP6024832B2 (ja)
CN (1) CN105745039B (ja)
MX (1) MX367834B (ja)
WO (1) WO2015075934A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016138582A (ja) * 2015-01-27 2016-08-04 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2017000605A (es) * 2014-07-14 2017-04-27 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Metodo para producir un cigüeñal forjado.
CN107000034B (zh) * 2014-12-10 2018-09-21 新日铁住金株式会社 锻造曲轴的制造方法
WO2016159253A1 (ja) * 2015-04-03 2016-10-06 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法
EP3278903B1 (en) * 2015-04-03 2019-10-30 Nippon Steel Corporation Method for producing forged crankshaft
MX2017014387A (es) 2015-05-14 2018-03-23 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Aparato para fabricar cigüeñal forjado.
BR112017025706A2 (ja) * 2015-06-12 2018-08-07 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation The crankshaft of a reciprocating engine
BR112019011705A2 (pt) 2016-12-15 2019-10-22 Nippon Steel Corp método para produção de um eixo de manivela forjado
CN107282850A (zh) * 2017-07-13 2017-10-24 安徽众鑫科技股份有限公司 一种定子轴锻造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3534579A (en) * 1967-09-14 1970-10-20 Schloemann Ag Stepwise forging of multithrow crankshafts
JPS5137056A (en) * 1974-09-25 1976-03-29 Sumitomo Metal Ind Kurankujikuno katatanzohoho
US4015485A (en) * 1974-07-24 1977-04-05 Klockner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Crank shaft for a multi-cylinder short stroke internal combustion engine
JPS5348046A (en) * 1976-09-25 1978-05-01 Suthor Arthur Hot working method
JPH0411913U (ja) * 1990-05-18 1992-01-30
JP2010230036A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Honda Motor Co Ltd クランクシャフトおよびその製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1403696A (en) * 1920-12-27 1922-01-17 Wyman Gordon Co Forging process and apparatus
US2911705A (en) * 1953-01-27 1959-11-10 Bovert Ernst Vom Crankshaft forging apparatus
US2891299A (en) * 1954-02-08 1959-06-23 Schloemann Ag Method and device for forging multi-throw crankshafts
US3129488A (en) * 1960-05-20 1964-04-21 Schloemann Ag Progressive forging of multi-throw crankshafts
CS184303B2 (en) * 1968-07-19 1978-08-31 Gabriel Ruget Equipment for forging of crankshafts and other similar products
PL102814B1 (pl) * 1975-03-15 1979-04-30 Instytut Obrobki Plastycznej Sposob kucia wykorbien pojedynczych walow polskladanych,urzadzenie do kucia,zwlaszcza kucia wykorbien pojedynczych walow polskladanych i przyrzad do speczania zwlaszcza przedkuwek pojedynczych wykorbien walow polskladanych
DK155507C (da) * 1979-01-22 1989-10-02 Man B & W Diesel As Fremgangsmaade ved fremstilling af en krumtaparm til en svejst krumtapaksel samt presseudstyr til udoevelse af fremgangsmaaden
PL141712B1 (en) * 1983-12-13 1987-08-31 Instytut Obrobki Plastycznej Method of and apparatus for press forging of crankshafts
JPH08226432A (ja) * 1995-02-17 1996-09-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd クランク軸
JP3486101B2 (ja) * 1998-05-19 2004-01-13 本田技研工業株式会社 クランクシャフトの成形及び製造方法
DE10235957B4 (de) * 2002-08-06 2005-01-20 Hegenscheidt-Mfd Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Fertigbearbeiten von Kurbelwellen für Kraftfahrzeugmotoren
DE10346405A1 (de) * 2003-10-07 2005-06-09 Man B & W Diesel Ag Kurbelwelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP4167161B2 (ja) * 2003-10-10 2008-10-15 日野自動車株式会社 多気筒エンジンのクランクシャフト粗材
DE102008047551A1 (de) * 2008-09-16 2010-04-15 Fev Motorentechnik Gmbh Gewichtserleichterung an einer gegossenen Kurbelwelle
EP2394754A4 (en) * 2009-02-09 2013-02-27 Honda Motor Co Ltd METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A CRANKSHAFT
US8468696B2 (en) * 2009-03-26 2013-06-25 Honda Motor Co., Ltd. Crankshaft and method for producing the same
JP5249831B2 (ja) 2009-03-26 2013-07-31 本田技研工業株式会社 クランクシャフトおよびその製造方法
JP2012007726A (ja) * 2010-05-21 2012-01-12 Honda Motor Co Ltd クランクシャフトおよびその製造方法
DE112010005886B4 (de) * 2010-09-17 2015-12-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Kurbelwelle
DE102011014310A1 (de) * 2011-03-18 2012-09-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Leichtbau-Kurbelwelle
CN202338560U (zh) * 2011-09-23 2012-07-18 广州汽车集团股份有限公司 一种汽车发动机曲轴
DE102011089654B4 (de) * 2011-12-22 2015-01-29 Erwin Junker Maschinenfabrik Gmbh Verfahren zur drehbearbeitung von planschultern an den wangen einer kurbelwelle, verwendung des verfahrens zur komplettbearbeitung von kurbelwellenrohlingen sowie kurbelwellen-drehmaschine zur drehbearbeitung der planschultern
EP2933039B1 (en) * 2012-12-12 2019-01-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Forged crankshaft and method for manufacturing the forged crankshaft

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3534579A (en) * 1967-09-14 1970-10-20 Schloemann Ag Stepwise forging of multithrow crankshafts
US4015485A (en) * 1974-07-24 1977-04-05 Klockner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Crank shaft for a multi-cylinder short stroke internal combustion engine
JPS5137056A (en) * 1974-09-25 1976-03-29 Sumitomo Metal Ind Kurankujikuno katatanzohoho
JPS5348046A (en) * 1976-09-25 1978-05-01 Suthor Arthur Hot working method
JPH0411913U (ja) * 1990-05-18 1992-01-30
JP2010230036A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Honda Motor Co Ltd クランクシャフトおよびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016138582A (ja) * 2015-01-27 2016-08-04 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015075934A1 (ja) 2015-05-28
MX2016006608A (es) 2016-08-03
CN105745039B (zh) 2017-07-18
US10124398B2 (en) 2018-11-13
EP3072607A1 (en) 2016-09-28
CN105745039A (zh) 2016-07-06
MX367834B (es) 2019-09-05
EP3072607A4 (en) 2017-08-30
US20160256917A1 (en) 2016-09-08
JPWO2015075934A1 (ja) 2017-03-16
EP3072607B1 (en) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6024832B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6037049B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6132030B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6344485B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6245369B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6493516B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6439863B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6287631B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6380670B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造装置
JP6561577B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6550919B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造装置
JP6555393B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6561575B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6417967B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6561576B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6447117B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6387721B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2018110073A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP2016132005A (ja) 鍛造クランク軸の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160913

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160926

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6024832

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350