JP6508461B2 - Crankshaft manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、クランクシャフトの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a crankshaft.
クランクシャフトは、疲労強度や耐摩耗性などの向上が求められるため、一般にはクランクジャーナル部の摺動面やクランクピン部の摺動面に高周波焼入れを施し、クランクジャーナル部およびクランクピン部の軸方向端に有するフィレット部に、ロール加工(フィレットロール加工)を施すことが行われている(各々独立)。
近時では、一層、クランクシャフトの強度や耐摩耗性などを向上させるため、クランクジャーナル部、クランクピン部、当該クランクジャーナル部およびクランクピン部の軸方向端のフィレット部に高周波焼入れを施し、各部の表面硬度を高めてから、各フィレット部に、ロール加工(フィレットロール加工)を施す手法が提案されている(特許文献1を参照)。
Crankshafts are required to be improved in fatigue strength and wear resistance. Generally, high frequency hardening is applied to the sliding surface of the crank journal and sliding surface of the crank pin, and the shafts of the crank journal and crank pin are Roll processing (fillet roll processing) is performed on fillets at the direction end (each independently).
Recently, in order to further improve the strength and wear resistance of the crankshaft, etc., the crank journal, the crank pin, the crank journal and the fillet on the axial end of the crank pin are subjected to induction hardening, A method has been proposed in which each fillet portion is subjected to roll processing (fillet roll processing) after the surface hardness of the above is increased (see Patent Document 1).
ところが、特許文献1のようなフィレット部に高周波焼入れを施す手法は、高周波焼入れを終えた後に、フィレット部のロール加工が余儀なくされるために、ロール加工を施すこと自体難しい。すなわち、フィレット部は、高周波焼入れにより表面の硬度が高くなるため、直接、焼入れ表面にロール加工を施すことが難しくなる。
そのため、フィレット部にロール加工を行う場合、例えば引用文献1の如くクランクシャフト全体の低温焼もどしを行うなど、ロール加工前に、ロール加工を行える状況する工程を設けることが求められ、クランクシャフトの製造を難しくしていた。
However, in the method of performing induction hardening on the fillet portion as in
Therefore, when rolling the fillet portion, for example, low temperature tempering of the entire crankshaft as in
そこで、本発明の目的は、簡単な手法で、加工性を損なうことなく、クランクジャーナル部、クランクピン部、フィレット部に高周波焼入れが施せるクランクシャフトの製造方法を提供する。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a crankshaft by which induction hardening can be applied to a crank journal portion, a crank pin portion, and a fillet portion by a simple method and without impairing processability.
本発明の態様は、クランクジャーナル部の軸方向端およびクランプピン部の軸方向端のフィレット部に所定にロール加工を施す工程と、ロール加工を終えてから、クランクジャーナル部の摺動面、クランプピン部の摺動面を、クランクジャーナル部およびクランプピン部の各軸方向端のフィレット部を含み高周波焼入れする工程とを備え、ロール加工は、フィレット部へフィレットロールを押し付けるフィレットロール加工であり、フィレットロール加工は、予め高周波焼入れによるクランクシャフトの変形量を相殺するように変形を与えるものとした。 According to an aspect of the present invention, a process of applying predetermined rolling to the axial end of the crank journal and the fillet at the axial end of the clamp pin, and a sliding surface of the crank journal after completing the rolling Including the steps of including the fillets at the axial ends of the crank journal portion and the clamp pin portion for induction hardening , the rolling process is a fillet roll process for pressing the fillet roll against the fillet area; In the fillet roll processing, deformation is given in advance so as to offset the amount of deformation of the crankshaft due to induction hardening .
本発明によれば、クランクシャフトのクランクジャーナル部、クランプピン部、フィレット部における高周波焼入れは、高周波焼入れ工程の前段階で、フィレット部にロール加工を施す手法を用いたことにより、簡単な手法で、加工性を損なわずに、フィレット部を含むクランクジャーナル部およびクランクピン部の摺動面に高周波焼入れを施すことができる。そのうえ、フィレットロール加工にて、予め高周波焼入れがもたらすクランクシャフトの変形量を相殺する変形を与えるので、高周波焼入れ工程を終えた時点では、クランクシャフトの変形は相殺、つまりクランクシャフトの変形はなくなり、高精度のクランクシャフトを速やかに得ることができる。 According to the present invention, induction hardening in the crank journal portion, the clamp pin portion and the fillet portion of the crankshaft is carried out by a simple method by using a method in which the fillet portion is subjected to rolling before the induction hardening process. The induction hardening can be performed on the sliding surface of the crank journal portion including the fillet portion and the crank pin portion without impairing the processability. Moreover, since the fillet roll processing imparts a deformation that offsets the amount of deformation of the crankshaft brought about by induction hardening in advance, the deformation of the crankshaft is offset when the induction hardening process is finished, that is, the deformation of the crankshaft is eliminated. High precision crankshaft can be obtained quickly.
以下、本発明を図1から図9に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図1はクランクシャフト1の外観を示している。同クランクシャフト1は、例えばガソリン車用の4気筒エンジンのクランクシャフトである。このクランクシャフト1は、例えば左側から1番ジャーナル部3a(以下、単にジャーナル部3aという)、1番ピン部5a(以下、単にピン部5aという)、2番ジャーナル部3b(以下、単にジャーナル部3bという)、2番ピン部5b(以下、単にピン部5bという)、3番ジャーナル部3c(以下、単にジャーナル部3cという),3番ピン部5c(以下、単にピン部5cという)、4番ジャーナル部3d(以下、単にジャーナル部3dという)、4番ピン部5d(以下、単にピン部5dという)、5番ジャーナル部3e(以下、単にジャーナル部3eという)を備えている。そして、各ジャーナル部3a〜3e(本願のクランクジャーナル部に相当)、ピン部5a〜5d(本願のクランクピン部に相当)との間は、アーム部2によってそれぞれ接合され、各ジャーナル部3a〜3eを同一軸線上に連ね、各ジャーナル部3a〜3eの摺動面4を直線状に配置している。またジャーナル部3a〜3eの軸心から所定に離れた位置には、ピン部5b,5cが同一線上に連ねられている。さらにジャーナル軸心を挟んだピン部5b、5cとは反対側(180°)の位置にはピン部5a,5dが同一線上に連ねられ、ジャーナル軸心の周りの所定位置に、上記ピン部5b、5cおよびピン部5a,5dの摺動面6(外周面)を配置している。そして、アーム部2の側面とジャーナル部3a〜3eの軸方向端との間はフィレット部7となり、アーム部2の側面とピン部5a〜5dの軸方向端との間はフィレット部9となる。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in FIG. 1 to FIG.
FIG. 1 shows the appearance of the
クランクシャフト1は、耐摩耗性や曲げ(ねじり)疲労強度などを向上させるために、ジャーナル部3a〜3eの摺動面4、ピン部5a〜5dの摺動面6、ジャーナル部3a〜3eのフィレット部7、ピン部5a〜5dのフィレット部9に高周波焼入れを施すが、始めに高周波焼入れを施すと、焼入れのもたらす表面硬化作用により、この時点で、フィレット部7,9におけるロール加工、すなわちフィレット部7,9をアール部形状(溝)にし、同フィレットアール形状部を冷間ロール加工するといったフィレットロール加工は行難くなる。
The
そのため、本実施形態では、フィレットロール加工が容易に行えるよう、高周波焼入れを施す前の段階において、ロール加工であるジャーナル部3a〜3eおよびピン部5a〜5dのフィレット部7,9におけるフィレットロール加工を行い、その後に各フィレット部7,9を含み、ジャーナル部3a〜3eの摺動面4、ピン部5a〜5dの摺動面9に高周波焼入れを施すという手法が用いられる。
Therefore, in the present embodiment, fillet rolling in the
この手法を説明すると、まず、図2〜図5に示されるようにクランクシャフト1のフィレット部7,9にフィレットロール加工(ロール加工)を施すことから始める。
すなわち、フィレットロール加工は、まず図2および図3に示されるように、例えばクランクシャフト1の両端部1a,1bを支持センタ具15で回転可能に支え、各ジャーナル部3a〜3eに専用のフィレットロール加工機17を組み付ける。フィレットロール加工機17は、例えば図3にも示されるようにジャーナル部3a〜3eを挟んだ片側を一対の支えロール19で支え、反対側に、フィレット部7へ向かって突き出るように傾斜したフィレットロール21を配置しておく。そして、図2,3中の矢印aの如く各フィレットロール21にフィレット荷重を加えて、フィレット部7に形成されている溝形のフィレットアール部にフィレットロール21の先端を押し付けつつ、矢印bの如くクランクシャフト1をジャーナル部3a〜3eの軸心を中心に回転させることで、各フィレット部7の全周の表面の面粗度を高める。
To explain this method, first, fillet rolling processing (roll processing) is applied to the
That is, in the fillet roll processing, first, as shown in FIGS. 2 and 3, for example, both
続いて、ピン部5a〜5dのフィレット部9にフィレットロール加工を施す。この場合、図4および図5に示されるように例えばクランクシャフト1の両端部1a,1bを支持センタ具25で回転可能に支え、各ピン部5a〜5dにフィレットロール加工機27を組み付ける。フィレットロール加工機27は、例えば図5にも示されるようにピン部5a〜5dを挟んだ片側に一対の支えロール29を配置し、反対側に、フィレット部7へ向かって突き出るように傾斜したフィレットロール31を配置して、ピン部5a〜5dを挟み込む。そして、図4,5中の矢印cの如く各フィレットロール31にフィレット荷重を加えて、フィレット部9に形成されている溝形のフィレットアール部にフィレットロール31を押し付けつつ、矢印dの如くクランクシャフト1をジャーナル部3a〜3eの軸心を中心に回転させることで、各フィレット部9の表面の面粗度を高める。
Subsequently, fillet roll processing is performed on the
フィレットロール加工の際、単純にフィレット荷重を加えるのでは、迅速にクランクシャフト1の製造ができない。
そのため、フィレットロール加工にも工夫が施されている。同工夫は、このフィレットロール加工を用いて、高周波焼入れを施したときに生ずるクランクシャフト1の変形量に備えるものである。具体的にはフィレットロール加工によって、焼入れ変形を相殺するような変形を与えようとするものである。
In fillet rolling, simply applying fillet load can not produce the
Therefore, a device is also applied to fillet roll processing. The same device is used to prepare for the amount of deformation of the
この点を説明すると、クランクシャフト1の高周波焼入れ装置41は、例えば図7に示されるように例えばクランクシャフト1の両端部1a,1bを支持センタ具35で回転可能に支え、各ジャーナル部3a〜3e、各ピン部5a〜5dの外周面上に、それぞれ高周波コイル39を配置しておき、各高周波コイル39に高周波を印加しながら、矢印e如くクランクシャフト1をジャーナル部3a〜3eの軸心を中心に回転させて、ジャーナル部3a〜3eの摺動面4、ピン部5a〜5dの摺動面6、ジャーナル部3a〜3eのフィレット部7のフィレットアール部,ピン部5a〜5dのフィレット部9のフィレットアール部の表面を加熱して、各部位の表面部に硬化層を形成する。このとき、クランクシャフト1は熱により変形する。多くはピン部5a〜5dに接合されるアーム部2の厚み寸法が、トップ側とボトム側とで極端に異なる傾向が有るため、ピン部5a〜5d周辺において変形が生じやすい。多くは、ピン部5a〜5dの両側のアーム部2が両側へ拡がり、図7および図8中の矢印gのようにピン部5a〜5dのボトム側が外側へ変形する。特に焼入れ時のピン部5a〜5dのボトム部分の変形は、クランクシャフト1の曲がりに直結する。しかし、曲がらない程度のコイル出力とすると、焼入れ深さが不足することがある。
To explain this point, the
そのため、高周波焼入れ装置41は、例えば図7に示されるように高周波コイル39への投入エネルギーを制御する制御部43やアーム部2の曲げ量を検知する曲げ量検知センサ45を用いて、クランクシャフト1の変形量が、所定の焼入れ深さで最小となるよう焼入エネルギーを制御する位相制御式が用いられ、クランクシャフト1の変形量をできるだけ抑えるものとしている。
Therefore, for example, as shown in FIG. 7, the
こうしたクランクシャフト1に高周波焼入れをしたときのアーム部2における変形量(クランクシャフト1の焼入れ変形量)のデータを予め取得しておき、このアーム部2の変形量データから、高周波焼入れ変形を相殺する変形力を生起させる相殺データを得、同相殺データにより、高周波焼入れ前に行われるフィレットロール加工のとき、予め高周波焼入れ変形量を相殺する変形力をアーム部2に与える。
The data of the amount of deformation (the amount of hardening deformation of the crankshaft 1) in the
すなわちフィレットロール加工機17,27は、ジャーナル部3a〜3eの外周部位、ピン部5a〜5dの外周部位に加わるフィレット荷重を可変可能とした位相制御式が用いられている。したがって、上記フィレットロール加工は、上記高周波焼入れ変形量を相殺させる相殺データに基づき、各フィレットロール21,31の押し付け力(フィレット荷重)を制御する。
That is, the fillet
具体的には、焼入れ変形の多くは、上述したようにピン部5a〜5d周辺で生じるので、少なくともピン部5a〜5dのフィレット部9に加わるフィレット荷重を制御する。特にピン5a〜5dにおける焼入れ変形は、上述のようにアーム部2は、特定の方向に変形をきたす傾向があるので、フィレットロール加工では、図4中の矢印fのように上述した変形(矢印g)とは逆向き方向の変形をアーム部2に与える。つまり、ピン部5a〜5dのボトム側が内側へ変位する変形を与える。そのため、フィレットロール加工では、ピン部5a〜5dのトップ側に高荷重を加え、ピン部5a〜5dのボトム側に低荷重を加えて、図6のようにピン部5a〜5dのトップ側を外側に変形させ、ピン部5a〜5dのボトム側を内側に変形させる。
Specifically, since a large amount of hardening deformation occurs around the
具体的には、ジャーナル部3a〜3eのフィレットロール加工においては、例えば面粗度を高めるフィレット荷重(例えば5kgN)だけで、フィレット部7の全周にフィレットロール21を押し付ける。ジャーナル部3a〜3eのフィレットロール加工においては、例えば図6に示されるようにピン部5a〜5dのボトム側の半周部B(目安として150度程度)には、面粗度を高めるだけのフィレット荷重β(例えば5kgN;低荷重)を加え、ピン部5a〜5dのトップ側の半周部A(目安として180度程度)には、相殺データ(変形量)に基づき上記フィレット荷重よりも大きくしたフィレット荷重α(例えば10kgN;高荷重)を加えるようにする。つまり、ピン部5a〜5dでは、トップ側の半周部Aに加わるフィレット荷重αを、ボトム側の半周部Bに加わるフィレット荷重βよりも大きくする。フィレット部7の半周部Aに加わるフィレット荷重αが増すと、図6(a)に示されるようにピン部5a〜5dのボトム側が内側へ向かうよう変形する。このときのアーム部2の変形量は、予め高周波焼入れで生じる変形を相殺する変形量である。
Specifically, in fillet rolling of the
クランクシャフト1は、このようにしてフィレット部7.9におけるフィレットロール加工を終えてから(ロール加工の工程)、上述した高周波焼入れ装置41で、ジャーナル部3a〜3eの摺動面4、ピン部5a〜5dの摺動面6が、ジャーナル部3a〜3eのフィレット部7およびピン部5a〜5dのフィレット部9を含み高周波焼入れされる(高周波焼入れ工程)。すると、ピン部5a〜5dの両側のアーム部2は、フィレットロール加工による変形は解消され、変形の相殺により、変形のない、すなわち変形を抑えたクランクシャフト1が得られる。
以上のように、高周波焼入れ後にロール加工する工程とは異なり、先にロール加工を行い、その後に高周波焼入れするという簡単な手法で、加工性を損なわずに、フィレット部7,9を含むジャーナル部3a〜3eおよびピン部5a〜5dの摺動面4,6に高周波焼入れが施せる。つまり,容易にクランクシャフト1に高周波焼入れを施すことができ、迅速にクランクシャフト1の製造が行える。
As described above, unlike the rolling process after induction hardening, the journal section including the
特に、高周波焼入れは、フィレットロール加工で加工されたフィレット部7,9を含みジャーナル部3a〜3eおよびピン部5a〜5dの摺動面4,6に施すので、図9の符号γで示される焼入れ硬化層ように、容易にフィレット部7,9までも所定の焼入れ深さで焼入れを施すことができる。このため、フィレット部7,9は、高周波焼入れによる表面硬化作用とフィレットロール加工による面粗度向上作用との相乗効果により、一層、強度や耐摩耗性や耐疲労強度などの向上を図ることができる。
In particular, since the induction hardening is applied to the sliding
そのうえ、位相制御を用いたフィレットロール加工にて、予め高周波焼入れがもたらすクランクシャフト1(アーム部2)の変形量を相殺する変形を与えることより、高周波焼入れ工程を終えた時点では、クランクシャフト1の変形は相殺、つまりクランクシャフト1の変形はなくなるので、高精度のクランクシャフト1を速やかに得ることができる。特に焼入れ変形が誘起されやすいピン部5a〜5dに対しては有効である。
In addition, at the time when the induction hardening process is completed, the fillet roll processing using phase control is performed by giving deformation that offsets the amount of deformation of the crankshaft 1 (arm portion 2) brought about by induction hardening in advance. Since the deformation of (1) cancels out, that is, the deformation of the
しかも、フィレットロール加工は、少なくともピン部5a〜5dのトップ側の半周部Aに加わるフィレット荷重αを、焼入れ変形量に基づきボトム側の半周部Bに加わるフィレット荷重βよりも大きくしたので、容易に当該変形量を相殺する変形を与えることができる。もちろん、クランクシャフト1によっては、ジャーナル部3a〜3eに加わるフィレット荷重も、ピン部5a〜5dと同様に変化させるようにしても構わない。
Moreover, fillet rolling is easy since fillet load α applied to at least the top half of the
またフィレットロール加工だけでなく、高周波焼入れにも位相制御を用いて、所定焼入れ深さを確保しつつクランクシャフト1の変形量が最小となるよう焼入れエネルギーを制御したことにより、クランクシャフト1の変形量を相殺する変形量が最小限に抑えられるから、クランクシャフト1が製造されるまでの時間の短縮化を図ることができる。
なお、上述した一実施形態における各構成および組合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であることはいうまでもない。また本発明は、一実施形態によって限定されることはなく、「特許請求の範囲」によってのみ限定されることはいうまでもない。
Further, not only fillet rolling, but also induction hardening using phase control to control the quenching energy so as to minimize the amount of deformation of the
Each configuration, combination, and the like in the embodiment described above is an example, and addition, omission, substitution, and other modifications of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention. Nor. Further, it is needless to say that the present invention is not limited by one embodiment, and is limited only by the claims.
1 クランクシャフト
3a〜3e ジャーナル部(クランクジャーナル部)
4 ジャーナル部の摺動面
5a〜5d ピン部(クランクピン部)
6 ピン部の摺動面
7,9 フィレット部
A ピン部のトップ側の半周部
B ピン部のボトム側の半周部
1
4
6 Pin sliding
Claims (3)
前記ロール加工を終えてから、前記クランクジャーナル部の摺動面、前記クランプピン部の摺動面を、前記クランクジャーナル部および前記クランプピン部の各軸方向端のフィレット部を含み高周波焼入れする工程と
を備え、
前記ロール加工は、前記フィレット部へフィレットロールを押し付けるフィレットロール加工であり、
前記フィレットロール加工は、予め前記高周波焼入れによる前記クランクシャフトの変形量を相殺するように変形を与える
ことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。 Applying predetermined rolling to the axial end of the crank journal portion and the fillet on the axial end of the clamp pin portion;
A step of induction hardening the sliding surface of the crank journal and the sliding surface of the clamp pin including the fillets of the axial ends of the crank journal and the clamp pin after finishing the rolling process Equipped with and
The roll processing is fillet roll processing for pressing the fillet roll against the fillet portion,
The method of manufacturing a crankshaft according to claim 1, wherein the fillet roll processing is deformed in advance so as to offset the amount of deformation of the crankshaft due to the induction hardening .
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