JPH10258335A - コンロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍛造粗材の大端部および小端部の厚さ精度お
よび平行度を向上させて機械加工の工数を削減すること
ができ、しかも座屈強度を低下させることのないコンロ
ッドの製造方法を提供する。 【解決手段】 素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造し、
得られた鍛造粗材に熱間コイニングを施して鍛造粗材の
形状・寸法を矯正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用ガ
ソリンエンジンなどのレシプロエンジンにおいて、ピス
トンとクランクシャフトの間を連結するコンロッドの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなコンロッドは、例え
ば、ＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定される機械構造用炭素
鋼を素材として、熱間鍛造したのちトリミングを行い、
得られたコンロッド形状の鍛造粗材にショットブラスト
を施すことによってスケール除去した後、冷間コイニン
グにより鍛造粗材の形状を矯正し、寸法精度を向上させ
ることによってその後の機械加工による切削代を少なく
し、機械加工工数の削減を図っていた。

【０００３】この場合の冷間コイニングは、本来、コン
ロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材の大端部および小
端部に厚さ方向に塑性変形を与え、大小端部の厚さ精度
と面の平行度を向上させ、機械加工時の削り代を少なく
しようとするものであるが、鍛造粗材の大端部および小
端部のみに塑性加工を施した場合には、矯正された大小
端部の平行度が大小端部を連結する桿部の弾性変形分だ
け狂ってしまうことから、この桿部の弾性変形を抑える
ために、大小端部と同時に桿部にも冷間コイニングを与
えるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のコンロッドの製造方法においては、とくに、フ
ェライト−パーライト組織のコンロッドに適用した場
合、図９に示すように、冷間コイニングを施すことによ
って製品の座屈強度が約３割も低下するという問題点が
あり、このような問題点の解消が、コンロッドの高強度
化を図るうえでの課題となっていた。また、桿部に冷間
コイニングを施すことにより残留引張応力を生じ、疲労
強度が低下することが知られていた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、従来のコンロッドの製造方法
における上記課題に着目してなされたものであって、コ
ンロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材の大端部および
小端部の厚さ精度および平行度を向上させて機械加工工
数を削減することができ、しかも製品コンロッドの座屈
強度低下と疲労強度低下を引き起こすようなことのない
コンロッドの製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
るコンロッドの製造方法は、素材鋼をコンロッド形状に
熱間鍛造した鍛造粗材に、７００℃以上の温度でコイニ
ングを施す構成としており、このようなコンロッドの製
造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手
段としたことを特徴としている。

【０００７】本発明に係わるコンロッドの製造方法の実
施態様として請求項２に係わる製造方法においては、素
材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造したのち、得られた鍛
造粗材の温度が７００℃に低下するまでの間にコイニン
グを施す構成としたことを特徴としており、同じく実施
態様として請求項３に係わるコンロッドの製造方法にお
いては、鍛造粗材の大端部および小端部のみにコイニン
グを施す構成としたことを特徴としており、さらに請求
項４に係わるコンロッドの製造方法においては、鍛造粗
材の厚さ方向において０．１ｍｍ以上のコイニングを施
す構成としたことを特徴としており、請求項５に係わる
コンロッドの製造方法においては、コンロッドがフェラ
イト−パーライト組織を備えている構成としたことを特
徴としており、このようなコンロッドの製造方法の構成
を前述した従来の課題を解決するための手段としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係わるコンロッドの製造
方法は、コンロッド形状に熱間鍛造された鍛造粗材に、
冷間コイニングではなく、７００℃以上の温度、すなわ
ち熱間でコイニングを施すようにしたものであるが、こ
のとき、設備の都合に応じて、鍛造後７００℃以上に再
加熱してコイニングを行うことも、請求項２に記載して
いるように、熱間鍛造に引き続いて、鍛造粗材の温度が
７００℃未満に低下しないうちにコイニングを施すよう
にすることも可能である。

【０００９】この熱間コイニングに際しては、請求項３
に記載しているように、鍛造粗材の大端部および小端部
のみにコイニングを施すようにすることもでき、鍛造粗
材の桿部には必ずしもコイニングを施す必要はない。ま
た、コイニング時の加工量については、コイニングの効
果を確実なものとする観点から、請求項４に記載してい
るように、鍛造粗材の厚さ方向に０．１ｍｍ以上とする
ことが望ましく、コンロッドの形状，サイズに応じて
１．４ｍｍまでの範囲の加工を施すことができる。

【００１０】さらに、素材鋼としては、例えばＪＩＳ
Ｇ ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼鋼材のうち
の中炭素レベルのものを使用することができ、鍛造性や
製品コンロッドの強度の観点から、炭素含有量として
は、０．３０〜０．４８重量パーセント、マンガン含有
量としては、０．６〜１．８重量パーセントのものを使
用することが望ましい。

【００１１】なお、本発明に係わるコンロッドの製造方
法において、７００℃以上にコイニング温度を規定して
いるのは、コイニング温度が７００℃未満の場合には、
十分な座屈強度が得られないばかりでなく、鍛造粗材の
弾性変形を十分に防止することができず、熱間コイニン
グによる形状矯正効果が十分に得られなくなることによ
る。

【００１２】本発明に係わるコンロッドの製造方法は、
上記のように、熱間鍛造した鍛造粗材に熱間でコイニン
グを施すものであるが、具体的な製造手順としては、例
えば図１に示すような工程が採用される。

【００１３】すなわち、図１に示したコンロッドの製造
工程においては、素材鋼を，例えば１１５０℃〜１２５
０℃程度に加熱し、この温度域で熱間鍛造を行い、コン
ロッド形状にトリミングされた鍛造粗材に７００℃〜１
２００℃の温度範囲でコイニングを施す。そして、空冷
後ショットブラストによって鍛造粗材の表面のスケール
を除去したのち、機械加工によって製品コンロッドに仕
上げられる。

【００１４】なお、この場合の桿部の疲労強度は、冷間
コイニングを行わないため、従来工法より改善される。

【００１５】また、機械加工時の切削代を少なくして、
機械加工の工数をさらに低減しようとする場合には、図
２に示すように、機械加工に先だって鍛造粗材に冷間コ
イニングを施すようになすことも可能である。なお、こ
の場合の冷間コイニングは、鍛造粗材の大小端部のみに
施すものであって、桿部は塑性変形しないので、製品コ
ンロッドの座屈強度が低下するようなことはない。

【００１６】桿部の疲労強度は、図１と同様に改善され
る。

【００１７】図３は、座屈強度，疲労強度共に高い水準
を要求される場合に採用される工程の一例を示し、図１
に示した工程のショットブラストに替えてショットピー
ニングを行うことにより、鍛造粗材表面のスケール除去
をすると共に、コンロッド表面に圧縮残留応力を生じさ
せて疲労強度を向上させるようにしている。

【００１８】さらに、図４は、座屈強度，疲労強度共に
高い水準を要求され、しかも機械加工工数をさらに低減
しようとする場合の製造工程を示すものである。すなわ
ち、熱間コイニングを施され、空冷された鍛造粗材は、
ショットブラストによってスケール除去され、図２に示
した工程の場合と同様に、大小端部のみに冷間コイニン
グが施された後、ショットピーニングにより表面に圧縮
残留応力が付与され、次いで、機械加工仕上げが行われ
る。

【００１９】図５および図６は、図３および図４に示し
た工程におけるトリムと熱間コイニングの順序を入れ替
えることによって、鍛造粗材の搬送を簡略化した工程例
を示すものである。すなわち、鍛造工程においては、通
常複数（例えば２個）のコンロッドを同時に鍛造するよ
うになっており、図１ないし図４に示したように、コイ
ニングの先にトリミングを実施した場合には、複数個に
分割された状態の鍛造粗材を鍛造プレスからコイニング
プレスに移送せねばならなくなることから搬送が繁雑な
ものとなる。

【００２０】したがって、図５および図６の工程のよう
に、熱間コイニングの後にトリミングを行うようにすれ
ば、鍛造粗材をまとまった状態でコイニングプレスに搬
送することができ、鍛造粗材の搬送が容易なものとな
る。なお、図１および図２に示した工程においても、ト
リムと熱間コイニングの順序を入れ替えることによっ
て、同様に鍛造粗材の搬送を容易なものとすることがで
きることは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わるコンロッドの
製造方法においては、熱間鍛造して得られた鍛造粗材
に、７００℃以上の温度、すなわち熱間でコイニングを
施すようにしていることから、この熱間コイニングによ
って鍛造粗材の寸法精度や平行度が向上して、機械加工
工数の削減が可能になると共に、鍛造粗材の桿部が冷間
で塑性加工されることがないので、製品コンロッドの座
屈強度の低下を防止することができるという極めて優れ
た効果がもたらされる。

【００２２】本発明に係わるコンロッドの製造方法の実
施態様として請求項２に係わる製造方法においては、熱
間鍛造により得られた鍛造粗材の温度が７００℃に低下
するまでの間にコイニングを施すようにしているので、
鍛造粗材の再加熱が不要になって、工程を合理化するこ
とができ、同じく実施態様として請求項３に係わるコン
ロッドの製造方法においては、鍛造塑材の大端部および
小端部のみにコイニングを施すようにしているので、コ
イニングのための押し型やローラーの形状を単純なもの
にすることができると共に、鍛造粗材の位置決めを容易
に行うことができ、さらに実施態様として請求項４に係
わるコンロッドの製造方法においては、０．１ｍｍ以上
のコイニング量を与えるようにしているので、鍛造粗材
の寸法精度や平行度を確実に向上させることができ、請
求項５に係わるコンロッドの製造方法においては、本発
明方法をとくにフェライト−パーライト組織のコンロッ
ドに適用するようにしているので、組織的に冷間コイニ
ングによる座屈強度の低下が顕著なコンロッドにおける
機械加工工数の低減と高強度化が可能になるという優れ
た効果が発揮される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係わるコンロッドの製造方法
を実施例に基づいて、具体的に説明する。

【００２４】発明例 Ｃ：０．４０ｗｔ％，Ｓｉ：０．２５ｗｔ％，Ｍｎ：
０．８０ｗｔ％の組成を有する素材鋼を約１２００℃に
加熱して、コンロッド形状に熱間鍛造し、トリミングす
ることにより、図７に示すような鍛造粗材１を得た。

【００２５】次に、上記によって得られた鍛造粗材１の
大端部１ａおよび小端部１ｂに、図８（ａ）に示すよう
に、約９００℃において１．２ｍｍの熱間コイニングを
施し、空冷後、ショットブラストによって鍛造粗材１の
表面のスケールを除去して、さらに機械加工を施すこと
により、所定寸法のコンロッドに仕上げた。

【００２６】このようにして得られたコンロッドを圧縮
試験機にかけ、座屈強度を測定した結果、１１．０ｔの
座屈強度が得られた。

【００２７】比較例 上記発明例と同一の素材鋼を用いて、同一条件で熱間鍛
造することにより同一寸法の鍛造粗材１を得た。そして
空冷後、ショットブラストによって表面のスケールを除
去したのち、図８（ｂ）に示すように、鍛造粗材１の大
端部１ａ，小端部１ｂおよび桿部１ｃに、塑性変形量
１．２ｍｍの冷間コイニングを施し、さらに機械加工を
施すことによって所定寸法のコンロッドに仕上げた。

【００２８】そして、このようにして得られたコンロッ
ドを圧縮試験機にかけ、座屈強度を測定した結果、８．
５ｔの座屈強度が得られた。

【００２９】これらの結果から明らかなように、冷間コ
イニングによって、鍛造粗材１の形状矯正を行った比較
例では、８．５ｔの座屈強度しか得られないのに対し、
同様の形状矯正を熱間コイニングによって実施した本発
明の実施例においては、１１．０ｔの座屈強度が得られ
ることが確認され、鍛造粗材１に熱間でコイニングを施
すことによって、座屈強度の低下を引き起こすことなく
鍛造粗材１の寸法精度および平行度を向上させることが
でき、機械加工による仕上げ工数の削減が可能であるこ
とが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるコンロッドの製造方法の一実施
形態を示す工程図である。

【図２】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実
施形態として、機械加工工数を削減を図るための工程図
である。

【図３】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実
施形態として、座屈強度と共に、疲労強度の向上を図る
ための工程図である。

【図４】本発明に係わるコンロッドの製造方法の他の実
施形態として、座屈強度および疲労強度の向上、機械加
工工数を削減を図るための工程図である。

【図５】本発明に係わるコンロッドの製造方法のさらに
他の実施形態として、図３に示した工程における鍛造粗
材の搬送の簡略化を図るための工程図である。

【図６】本発明に係わるコンロッドの製造方法のさらに
他の実施形態として、図４に示した工程における鍛造粗
材の搬送の簡略化を図るための工程図である。

【図７】本発明に係わるコンロッドの製造方法における
鍛造粗材の形状を示す概略説明図である。

【図８】（ａ） 本発明に係わるコンロッドの製造方法
における熱間コイニングの要領を示す概略図である。 （ｂ） 従来のコンロッドの製造方法における冷間コイ
ニングの要領を示す概略図である。

【図９】従来のコンロッドの製造方法において、冷間コ
イニング量と座屈強度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 鍛造粗材 １ａ 大端部 １ｂ 小端部

フロントページの続き (72)発明者 板 倉 浩 二 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造した
   鍛造粗材に、７００℃以上の温度でコイニングを施すこ
   とを特徴とするコンロッドの製造方法。
2. 【請求項２】 素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造した
   のち、得られた鍛造粗材の温度が７００℃に低下するま
   での間にコイニングを施すことを特徴とする請求項１に
   記載のコンロッドの製造方法。
3. 【請求項３】 鍛造粗材の大端部および小端部のみにコ
   イニングを施すことを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のコンロッドの製造方法。
4. 【請求項４】 鍛造粗材の厚さ方向において０．１ｍｍ
   以上のコイニングを施すことを特徴とする請求項１ない
   し請求項３のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。
5. 【請求項５】 コンロッドがフェライト−パーライト組
   織を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ４のいずれかに記載のコンロッドの製造方法。