JPS5913936B2 - 溶接クランクシヤフト用クランクア−ム製造方法およびこの方法を実施するプレス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つの向い合つた、平担なまたは実質的に平
担な横方向に延びる面を有するブランクを鍛造温度にま
で加熱しかつその面に対して垂直な対向方向にブランク
から材料を押し出すことにより一体のクランクピンおよ
び軸承ピン突部をそれぞれ形成してなる溶接クランクシ
ヤフト用クランクアーム製造方法に関するものである。

アメリカ特許第２，４０３，０４９号明細書には平担な
ブランクが２つの金型間で鍛造されそれにより基部端ま
たはベースにおいてアームの各横面に直接合する２つの
突部を有するクランクアームが形成される方法を開示し
ている。

本発明によれば、いずれか一方の突部の押出しに関して
、滑らかな曲状断面を有する凹所を突部と同心にブラン
クの隣接平面内にプレス鍛造し、その凹所が２つの突部
の中心を結ぶ線の両側に少なくとも６０度の角度で突部
の外表面に連らなつて延びかつ突部の面に滑らかに合流
することによつて特徴づけられる方法を提供する。

この方法によれば、プレス鍛造凹所に隣接しかつ溶接完
成りランクシヤフトにおいてアームと隣接クランクまた
は軸承ピンとの間に転移部またはフイレツト部が形成さ
れるブランクの区域内に高局部圧縮および細孔の閉鎖が
得られる。

この結果クランクシヤフトのこの高荷重域の機械的強度
の改善を生じ、その応力は筒状ピンの端部間の強度の４
〜５倍である。凹所が形成されるとき、ブランク材料は
押出し突部内に流れそして結晶をプランク平面内に延ば
すような予備鍛造または圧延されたブランクに操作が加
えられる時、クランクシヤフトの最終機械加工後であつ
ても同様に、フイレツト部の内部および両側にアームの
表面に対してほぼ平行な結晶流が得られる。上述した利
点は別個に作製したクランクおよび軸承ピンが製造後に
溶接合体される比較的低い突部のみを生産する限定押出
しによつてすでに得られている。

しかしながら、アメリカ特許明細書第２４０３０４９号
に記載されたものと同様な一つの完成した２本の連続ア
ーム上に設けられた突部を直接溶接できるような長さを
有するものをも押し出すことができる。その場合に各凹
所を関連の突部の略軸方向の押出しによつて同時にプレ
ス鍛造しかつ各突部を次の作業で軸方向および半径方向
の同時膨脹を受けるようにするのが適当である。押出し
を２つの連続作業に分割することにより、各突部の全長
にわたる表面平行結晶流の生成およびこのことから完成
りランクシヤフトの最適強度特性が得られる。本発明は
また相対的に接離可能な第１および第２押圧工具からな
るところの前記方法を実施するためのプレス装置に関す
るものである。

本発明によれば、このプレス装置は、第１工具に該工具
の相対的運動に応じて押し出されるような突部に対応す
る円形開口を有する支持面が設けられており、また少な
くともその周囲の一部に沿つて開口の内面がこの開口と
同軸に第２工具に向つて支持面から突出しているが滑ら
かな凸状の軸方向外観を有する雄型部が設けられており
、その外周は前記支持面に滑らかに連らなり、そして第
２押圧工具が該雄型部に対向して配置された平らな押圧
面を形成することによつて特徴づけられる。２つの押圧
工具に加えて、プレス装置にはブランクをその輪郭に沿
つて把持するためのリング状ホルダを含むこともできる
。

さらにブランクの膨脹をその平面において明止しそれに
よつて各雄型部によつて移動される材料は押出突部内で
内方に向つて流れるようにさせられ、ホルダは加工中の
加熱ブランクを操作するための適宜な手段を備えている
。前記雄型部の全周に沿つてブランク内への一様な成型
を確実にするために、平担な対向押圧面は雄型部の輪郭
を超えて適宜な距離だけ出すべきであろう。

該押圧面は、実質的にリング状ホルダの内面に沿つて延
伸され、既に押出された或いはこれから押し出されよう
とする他の突部を囲繞する環状の或いは部分環状の凹所
と重なるように延びる事も可能である。各突部が囲繞凹
所のプレス鍛造と同時に押し出されるとき、第２押圧工
具はその工具の平担な押圧面から中心的にかつ雄型部と
同軸的に突出する軸方向に対称の押圧マンドレルを含ん
でもよく、このマンドレルは第１工具の対向開口の径に
略等しい径を有する。

押出突部の上記一体の軸方向および半径方向膨脹ととも
に押圧マンドレルによつて形成される軸方向押出流を補
うため、プレス装置は第１押圧マンドレルの後に使用さ
れかつ第１押圧工具に向つて減少する径を有する第２の
軸方向に対称の押圧マンドレル、および第１押圧工具の
開口の底部中央に軸方向に対称のアンビルを含むことも
できる。

突部の端面に当接することによつてアンビルは突部の中
央域にある材料が前方の第２押圧マンドレルによつて軸
方向に移動できないことを確実にしかつしたがつてその
マンドレルによつて移動された材料は突部の自由端の半
径方向の膨脹または拡大および突部の軸方向全長の増大
を生じる。その結果として、結晶が突部面に対して平行
に延びる筒状突部の長さは単一プレス作業において得ら
れるものより大きくなる。アンビルの外径は囲繞開口の
内径の４０〜６０％の間にすることができる。

第２押圧マンドレルを凹状部分を有するように形成する
と有利であり、該凹状部分の長手方向外観は略円弧状に
形成され、その凹状部分はマンドレルの自由端に向つて
わずかに円錐形のステム内に連らなる。

マンドレルの凹状部分によつて押出し中空突部の内面に
沿つて対応する曲線の結晶流およびこのことからクラン
クと軸承ピンとの間の完成りランクアーム内の結晶流の
好ましい滑らかな遷移が得られる。雄型部の軸方向外観
の一番遠い突出部は第１および第２押圧工具が互いの相
対的運動を達成したとき第２押圧マンドレルの長手方向
外観の凹状弓形部と同心の円弧として形成してもよい。

このような形状の一組の押圧工具により、突部とアーム
を連結するマンドレルの厚さは突部の軸線を通る断面に
おいて一定となる。好適な実施例において雄型部は下方
押圧工具内に取り外し可能に収容される外方円錐形の支
持リングから突出し、該支持リングの内面は突部が押し
出される開口を形成し、支持リングは軸方向スリツトに
より少なくとも二つの部分に分かれている。

この実施例により正円筒突部を押し出しかつフその結果
として、突部の機械加工後も同様に、最大範囲にわたつ
て表面平行結晶流を維持することができる。

これはプレス鍛造加工片を下方工具から取り外すとき支
持リングがこの加工片と共に持ち上げられて下方工具か
ら離れ、次いで支持リンク泪体の重みで該加工片から離
れ再度下方工具内へ落下するからである。以下に本発明
を添付図面に基づいて詳細に説明するＯ略示したプレス
装置は固定下方プレス工具１と、第２〜４図に交換可能
な押圧プランジヤ２，３のみを示す垂直に可動の上方プ
レス工具と、加工すべきブランク５用のリング状ホルダ
４とからなつている。

固定下方工具１はプラテンまたはベース６からなり、そ
の上面には外方円錐形かつ内方円形筒状支持リング７を
受容するため截形円錐形状にした凹所を有している。

第１〜４図および第６図に見られるように、支持リング
７はこれを凹所内に配置するとき互いに密接する３つの
同一部分８からなるように周部３ケ所で軸方向にスリツ
トを備えている。支持リングはその筒状内面９に直接接
触して上向きに延びる雄型リング１０として形成され、
その軸方向断面形状は、図示のごとく、円弧によつて画
成され、その内端は筒状内面９に正接し一方その外端は
直線を介して平らな環状面１１に連続する。リング７を
プラテン６内に取り付けると、環状面１１はその平らな
上面１２と同一平面になる。面１２には支持ピン１３が
植設され、その上方の丸味を付けた先端は雄型リング１
０の上端縁と同一レベルに配置される。

ピン１３とリング７の中心線間の間隔は所望のクランタ
の半径に等しい。第１図に示されるごとく、ピン１３は
最初のプレス作業の開始時ブランク５用の補助支持体と
して作用する。リング状ホルダ４はプレス鍛造クランク
アームの所望の輪郭に対応する内部輪郭１４を形成して
いる。

ホルダの厚さはブランク５の厚さと同じになつている。
ホルダには突出ラグ１５として略示した適宜な手段を、
ホルダとプレス作業中内部に保持されるブランク５の操
作を容易にするために設けることもできる。ブランク５
は鍛造温度に加熱後比較的容易にホルダ４内に挿入する
ことができ次いで後述の最初のプレス作業が該ブランク
をホルダとともに取り扱うことができるように該ホルダ
内に堅固に把持せしめるような外部輪郭で鍛造または圧
延鋼片から炎切断することもできる。

選択的に、ブランク５を予め定めた重量の鋼塊または鋼
片から鋼板を鍛造により作ることができ、鍛造の最終段
階においてブランクを輪郭１４の大部分に沿わせてホル
ダと接触して該ホルダにより堅持するようにホルダ内に
取り付けたブランクとともに実施される。第１図におい
て、ホルダ内に保持されかつ鍛造温度に加熱されたブラ
ンク５は可動上方工具のプラテン（図示せず）に固定し
た押圧プランジヤ２によつて行なわれる最初のプレス作
業の直前に図示のように雄型リング１０と支持ピン１３
によつて支持される。プランジヤ２は下向きの環状押圧
面１６を有し、この押圧面は軸線に対称でかつわずかに
円錐形の突出押圧マンドレル１７を囲繞し、このマンド
レルの径は下方工具の筒状面９の径に概して等しい。イ
ンサー口８はプラテン６の凹所底部に配置されかつこの
インサートを筒状支持リング７内で心合せするための円
形フランジ１９と、上向きに延びる円形筒状部２０とか
らなり、この筒状部はこの上端面２１を押出された部片
の端面に接合せしめるとき、後述のごとく、ブランク５
からの部片の押出しの間中アンビルとして作用する。

第２図はブランジヤ２の押圧面１６がブランクの上面に
当接する一方ブランクの下面が下方工具の同一高さの平
面１１および１２に当接する最初のプレス作業の最終段
階におけるブランクと工具を示すものである。プレス作
業中マンドレル１ｒはブランクの上面に対応凹所２２を
形成し一方雄型リング１０はブランクの下面に対応凹所
または窪み２３を形成する。この作業に依つてブランク
はその下側から突出する仮りの突部２４を形成するよう
にリングｒ内に膨出する。プランジヤ２は次いでブラン
クから十分に持ち上げられ、そしてホルダ４がブランク
とともに下方プレス工具１から十分に持ち上げられた後
、ホルダはその長手方向軸線のまわりに１８００回転さ
れかつピン１３によつて生じた窪みをプランジヤ２の中
心線と一直線にするように横方向に移動される。

ブランクの配置を容易にするために、マンドレル１ｒの
下面にはピン１３に対応する中央突出ピン（図示せず）
を設けてもよい。上述のプレス作業を繰り返すことによ
り、ブランクの上面には凹所２５がかつブランクの下面
には環状凹所２７により囲繞された対向押出突部２６が
生じ、該突部２６は完成したクランクアームにおいてク
ランクと軸承ピンの中心線間の所望の間隔に対応する間
隔だけ最初に押し出された突部２４から距離が置かれる
。第３図はこれら２つの最初のプレス作業完了後の符号
２８で示される再成形ブランクまたは加工片の断面図を
示す。上方工具の押圧プランジヤ２はここでは第３およ
び４図に示す第２の押圧プランジヤ３に置き換えられ、
このプランジヤは第１押圧プランジヤの押圧面１６に対
応しかつわずかに円錐形のベース３１に形成した軸線に
対称の押圧マンドレル３０を囲繞する下向き押圧面２９
を有し、ベース３１はその長手方向輪郭が円弧である凸
状部分を介して、その長手方向外観が同様に円弧形状に
なつている凹状部分３３に続いている。

凹状マンドレル部分３３はわずかに円錐形の終端ステム
３４に連続している。第３図に示す位置から第２のプレ
ス作業はプランジヤ３をもつ上方工具の下向運動により
押圧面２９が加工片２８の上面に当接するまで続けられ
る。

次いで上方工具は加工片から十分に持ち上げられ、加工
片はホルダ４とともに下方工具から十分に持ち上げられ
かつ最初のプレス作業後、第３図では上向きになつてい
る加工片２８の面が環状凹所２３に係合する雄型リング
１０をもつ下方工具の面１１，１２の上に載置されるよ
うに上述したように回転される。

ここに記載のごとき第２のプレス作業が繰り返えされそ
して最終的に加工片は第４図に示す形状になるものと想
定される。２つの最終のプレス作業の間中マンドレル３
０は凹所２５または２２の下に配置された加工片２８の
材料素材を下向方向に移動するが軸方向に流れる材料素
材はアンビル２０によつて抑制されるから実質的には半
径方向の流れを生じそれによつて２つの仮の突部２４お
よび２６は細長くされるだけでなく下方工具の筒状面９
に係合するように最初に膨脹させられる。

その結果として、機械加工によつて引続き除去されるそ
れらの端部分を除く、最後または最終突部３５および３
６は筒状面に対して平行な結晶流をもつ円形筒状となる
。雄型リング１０による環状凹所２３および２７の最初
のプレスは符号３７で示す完成プレス加工クランクアー
ムのこれらの個所の表面に沿つて分布する平行な結晶流
を確実なものとする。押圧マンドレル３０の凹状部分３
３の長手方向外観を形成する円弧の中心は、好ましくは
、第４図に示されるごとく、プレス工具の終端位置にお
いて雄型リング１０の円弧状部分の中心と一致するよう
に配置される。

実質的には押圧プランジヤ２および３の下向き面１６お
よび２９を下方工具の支持面１１に重さねさせることが
得策である。それらの外部輪郭は離れた右側において面
が加工片から押し出された隣接突部に重ならないような
一点鎖線３８（第６図参照）によつて示されたかたちに
してもよい。突部３５および３６の筒状面により下方工
具の支持リング７はホルダ４とともに加工片の持ち上げ
に関与するがリング７は逆円錐形でありかついくつかの
部分からなるため該リングはその各部分がそれらの自重
により突部から解放されかつ再度プラテン凹所の所定位
置に落下するようになつている。

第５図において完成したプレス加工クランクアームの断
面輪郭を一点鎖線３７で示す一方実線は完全なクランク
シヤフトを形成するように機械加工した突部４１と４２
の端面３９と４０に沿つていくつかの同一クランクアー
ムを溶接する前の機械加工後のクランクアームを示す。

本方法は機械加工による最小の材料切除で比較的軽いク
ランクアームを生産するために、使用される材料の極め
て経済的な利用を結果として生じる一方同時にクランク
シヤフトの強度特性を改善するために、表面に対して略
平行な上記結晶流がクランクおよび軸承ピンおよびピン
と各アームの中間の帯状部のすべてに得られることが容
易に理解されよう。凹所、とくに連続環状凹所を作るの
により大きなプレスカが要求されることに鑑みて、各凹
所を２つの連続工程において形成してもよい。最初の工
程ではブランクの下側から下方押圧工具の雄型部によつ
て形成される浅い凹所から移動される材料を含む比較的
低い突部のみが押し出されるように第１および２図に示
した押圧マンドレルなしに平らな上方押圧プランジヤを
使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するプレス装置を、該装置のリン
グ状ホルダ内に配置したブランクと共に示す縦断面図、
第２図〜第４図はブランクをクランクアームに成形する
連続工程のプレス装置およびブランクを示す対応断面図
、第５図は機械加工後２つの同様なクランクアームに溶
接するに備えたクランクアームの対応断面図、第６図は
下方工具とプレス装置のリング状ブランクホルダを示す
平面図である。 図中符号、１・・・・・・下方押圧工具、２，３・・・
・・・土方押圧工具、４・・・・・・リング状ホルダ、
５・・・・・・ブランク、７・・・・・・支持リング、
８・・・・・・支持リングのスリツト、９・・・・・・
筒状内面、１０・・・・・・雄型リング、１１，１２・
・・・・・支持面、１４・・・・・・内部輪郭、１６・
・・・・・押圧面、１７・・・・・・押圧マンドレル、
２０・・・・・・アンビル、２３，２７・・・・・・凹
所、２４，２６・・・・・・突部、２９・・・・・・押
圧面、３０・・・・・・第２押圧マンドレル、３３・・
・・・・凹状部分、３４・・・・・・円錐形システム、
３５，３６・・・・・・突部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二つの向い合つた平担なまたは実質的に平担な横方
   向に延びる互いに平行な面を有するブランクから一体的
   なクランクピンと軸承ピンとを有する溶接クランクシャ
   フト用アームを製造する方法であつて、該ブランクを鍛
   造温度にまで加熱し、筒状内面を有し底部にアンビルを
   配設した筒状支持リングを備えた第１押圧工具の上に前
   記ブランクを載置し、前記ブランクの平面と直交する前
   記筒状支持リングの軸線と同軸に配設した第２押圧工具
   に取付けた第１押圧マンドレルにより互いに対向する方
   向に且つ該平面と垂直に夫々クランクピンと軸支承ピン
   とが配設される位置に二つの仮りの突部を押出し、次い
   で第２押圧工具に第２押圧マンドレルを取付け、前記仮
   りの突部を夫々前記筒状内面に沿つて延伸するよう同一
   方向に更に前記第２押圧マンドレルにより押出し、該第
   ２押圧マンドレルの自由端面が前記アンビルの上端面に
   当接する僅か手前にて前記押出し作業を停止する工程か
   ら成る溶接クランクシャフト用クランクアーム製造方法
   。 ２ 前記アンビルの外径が前記筒状支持リングの内径の
   ４０％から６０％の間の長さの値である事を特徴とする
   前記特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 仮りの突部の端面が前記アンビルの対向端面に当接
   するまで最初の押出しが継続される事を特徴とする前記
   特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載の方法。 ４ 二つの向い合つた平担なまたは実質的に平担な横方
   向に延びる互いに平行な面を有するブランクから一体的
   なクランクピンと軸承ピンとを有する溶接クランクシャ
   フト用アームを製造する方法を実施する装置であつて、
   相対的に近接し離反運動可能な第１および第２の押圧工
   具から構成され、第１押圧工具が前記ブランクをその平
   面と垂直に且つ互いに対向する方向に夫夫クランクピン
   と軸支承ピンとが配設される位置に二つの仮りの突部を
   押出すために前記ブランクが載置され更に出来上つた仮
   りの突部が受け入れられる筒状内面を有する筒状支持リ
   ングを有し、前記第２押圧工具が前記筒状支持リングと
   同軸に配設された前記仮りの突部を前記筒状支持リング
   内において押し出すための第１押圧マンドレルと前記仮
   りの突部を前記筒状支持リング内において更に延伸する
   ための第２押圧マンドレルとを有し、前記筒状支持リン
   グ底部中央においてその内面から半径方向に離間してア
   ンビルが配設されており、前記第２押圧マンドレルがそ
   の径を前記筒状支持リングに近づくに従つて減少する形
   状を有している事を特徴とするプレス装置。 ５ 前記アンビルの外径が前記筒状支持リングの内径の
   ４０％から６０％の長さの間の値である事を特徴とする
   前記特許請求の範囲第４項に記載のプレス装置。 ６ 前記第２押圧マンドレルが凹状部分を含み、その長
   手方向外観がほぼ円弧状に形成され、前記凹状部分はマ
   ンドレルの自由端に向つて序々に円錐形のステムに連ら
   なる形状となつている事を特徴とする前記特許請求の範
   囲第４項或いは第５項に記載のプレス装置。