JPS62292362A - 被加工軸のロール加工方法 - Google Patents

被加工軸のロール加工方法

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JPS62292362A
JPS62292362A JP13345486A JP13345486A JPS62292362A JP S62292362 A JPS62292362 A JP S62292362A JP 13345486 A JP13345486 A JP 13345486A JP 13345486 A JP13345486 A JP 13345486A JP S62292362 A JPS62292362 A JP S62292362A
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stress
pressure
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fillet
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JP13345486A
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Junichi Yonezawa
米沢 純一
Yasuki Ishibashi
石橋 保樹
Shinpei Suito
出納 眞平
Kazuo Yokogawa
横川 和夫
Masahiko Imai
今井 正彦
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 (産業上の利用分野) 本発明は、エンジンのクランク軸、その他、ピン付カム
等のように、軸フィレット部を有する被加工軸のロール
加工方法に係り、より具体的には円周方向で応力分布が
異なる軸フィレット部の部分的なロール加工方法に関す
る。
(従来の技術) 軸フィレット部のロール加工方法としては、特公昭52
−10818号公報で開示の技術がある。
すなわち、被加工軸のフィレット部に千ローラと曲面ロ
ーラとを押付け、硬化層を形成して軸の強度向上を図る
ようにしている。
ここで、一般的なロール加工方法を、舶用大型クランク
軸を例に採って第3図を参照して説明する。
第3図において、ターンテーブルl上において焼ばめ組
立前のクランクスロー2の状態でビンフィレット部3に
、平ローラ4および曲面ローラ5を押付けて全周にわた
ってロール加工している。
この場合、ビントップ部で曲面ローラ5がビンフィレッ
ト部3より外れないように、ビントップ部で余肉6をつ
けて全周を一様にロール加工している。
一方、第4図で示す一体型クランク軸においては、ビン
フィレット部3はジャーナルフィレット部7と違いビン
トップ部で符号8で示す如(フィレットが途切れている
ため全周をロール加工できないことから、第6図で示す
如くビントップ部で曲面ローラ5が脱落せず、最低限加
工圧に耐える程度の余肉6をクランクアーム9に付けて
ロール加工していた。
ところで、組立型、一体型を問わずビンフィレ7)部3
においては、第5図に示す如く応力分布になる。
すなわち、ピンボトム部3Bでは最大応力(本図示例で
は12.91kg/龍2で示し、これを1.00として
いる)が発生し、ビンフィレット部、3のボトム部3B
より円周方向両側に向うに従って、すなわち、ビントッ
プ部3Tに向うに従って、応力値が低下して行く応力分
布になる(図示ではピンボトム部3B。
ビントップ部3Tを通る中心線X−Xを境にしてそれぞ
れ両側に15°間隔ごとの応力値と最大応力値との比を
それぞれ示している)。
(発明が解決しようとする問題点) 近年エンジンのコンパクト化に伴いクランク軸のビント
ップ部も可能な限り余肉を除去した設計になっている。
また、これは一体型クランク軸においては、一般的なこ
とである。そのため、従来技術によって一体型クランク
軸のビンフィレット部をロール加工する場合以下の問題
があった。
■ 曲面ロール脱落防止のために付けた余肉は、台盤す
なわち、舶用ディーゼルエンジンにおいてクランク軸を
マウントする土台に干渉するので、ロール加工後機械加
工にて切削しなければならず、そのための余分な労力が
必要となる。
■ 逆に余肉を残したままだと、台盤をそれに合せて機
械加工しなければならずエンジン本体の設計変更にもつ
ながる。
■ 余肉を付けているため歩留が低下する。
■ 全周ロール加工するため、ビンフィレット部の応力
分布に応じた部分的なロール加工に比べて余分な時間を
費やすことになる。
本発明は、斯る問題点を解消する異なる応力分布を有す
る軸フィレット部(クランク軸、ピン付カム等を含む)
のロール加工方法を提供するのが目的である。
(問題点を解決するための手段) 本発明が前述目的を達成するために講じる技術的手段の
第1は、円周方向で応力分布が異なる軸フィレット部に
、千ローラと曲面ローラとを押付けて硬化層を形成する
ロール加工方法において、軸フィレット部の円周方向に
関して、最大応力部分より円周方向の両側に応力が徐々
に低くなる最小応力部分を有する応力分布を見い出し、
最小応力部分間における最大応力部分を含む円周方向領
域を、一定の加圧力で大きくし、かつ少なくとも最終加
工段階で最大応力部分に見合う疲労強度を有するように
加工し、 最大応力部分の円周方向両端側と最小応力部分間の円周
方向領域はそれぞれ加圧力の遷移領域とされ、この各遷
移領域では前記一定加圧力を上限としこれより低い加圧
力で加工する点にある。
更に、技術的手段の第2では、円周方向で応力分布が異
なる軸フィレット部に、平ローラと曲面ローラとを押付
けて硬化層を形成するロール加工方法において、 軸フィレット部の円周方向に関して、最大応力部分より
円周方向の両側に応力が徐々に低くなる最小応力部分を
有する応力分布を見い出し、最小応力部分間における最
大応力部分を含む円周方向領域を、一定の加圧力を段階
的に大きくし、かつ少なくとも最終加工段階で最大応力
部分に見合う疲労強度と有するように加工し、 最大応力部分の円周方向両端側と最小応力部分間の円周
方向領域はそれぞれ加圧力の遷移領域とされ、この各遷
移領域では前記一定加圧力を上限としこれより低い加圧
力間で段階的に加圧力を増加して加工する点にある。
すなわち、ピンフィレット部の途切れている部分(第4
図の符号8を参照)で曲面ローラが脱落しないように、
全周ロール加工せずピンフィレット部に作用する応力分
布に応じた円周方向に関して部分的なロール加工とする
。具体的には第2図に示すようにピンフィレット部に作
用する応力分布Eが立ち上がるA点とD点の間を往復し
ながら一挙に、又は段階的にロール加工する。また、加
圧パターンとしては、A点、D点で硬度の急激な変化が
生じないように遷移領域Ll、L2、すなわち、AB、
CDを設ける。
(発明の構成) 本発明の方法に使用する加工装置は、第3図で示した千
ローラと曲面ローラを有する点で共通し、両ローラをピ
ンフィレット部に押付けて硬化層を形成していく。
この場合、ロール加工に先立って軸フィレット部の円周
方向に関して、最大応力部分より円周方向の両側に応力
が徐々に低くなる第1と第2の最小応力部分を有する応
力分布を見い出す。
この応力分布Eは例えば歪みゲージなどを使って実測す
る。今その実測結果が第2図の応力分布Eであるとする
。図中10は、母材の疲労強度であるが、応力分布Eか
ら考えて、最大応力部E1であるピンボトム部3Bで余
裕がない。そのため平ローラ4と曲面ローラ5を押付け
てロール加工して硬化層を形成する。このとき、従来法
では、全周ロール加工して、母材の疲労強度を1)の状
態まで高めてピンボトム部3Bに余裕を持たせた。しか
し、この方法だと応力分布Eから考えて加工不要な領域
(図の斜線部12)まで加工することになり、余分な時
間を費やしていることになる。そこで時間的な問題だけ
を解決するには第2図における符号13の加圧パターン
も考えられる。しかしこの方法だとA点、D点における
最小応力部分で圧力が急激に立上がるため、この部分で
硬度が急激に変化する。その結果、母材の疲労強度も1
4で示す如(A点、D点で急激に低下し、これは当該部
分でのクランクの要因となる。そこで本発明方法では、
第2図の加圧パターン15としたのである。この加圧パ
ターンを実施するに際しては、必要加工範囲ADを求め
る必要がある。これは前述した様に応力分布を実測する
ことにより求める。次にA点、D点で圧力の急激な変化
をさけるため、遷移領域AB、CDで圧力が徐々に上昇
あるいは下降するように圧力制御し、クランク軸の正転
・逆転によりA点、D点間を必要段数往復加工する。そ
の結果、母材の疲労強度も、A点、D点で急激に低下せ
ず、第2図の符号16のように応力分布に応した疲労強
度の上昇が得られる。
すなわち、本発明では、最小応力部分A、B間における
最大応力部分E1を含む円周方向領域L3を、一定の加
圧力で一挙に、又は段階的に大きくし、かつ少なくとも
最終加工段階で最大応力部分E1に見合う疲労強度1)
を有するように加工しする。
最大応力部分E1を含む円周方向領域L3の両端側と最
小応力部分A、B間の円周方向領域はそれぞれ加圧力の
遷移領域Ll、L2とされ、この各遷移領域LIL2で
は前記一定加圧力を一ヒ限としこれより低い加圧力で一
挙に最終段階まで加工又は段階的に加圧力を増加減して
加工するのである。
(実施例) 第1図において、加工対象となるクランク軸のビンフィ
レット部3の応力分布Eを求めた。そこで実施例は、遷
移領域Ll 、L2を15°とし、必要加工範囲LL 
+L2 +L3 =L4を210°とした。また、加工
装置については第3図で示したと同様の一体型クランク
軸専用に試作したものを使用した。加工に際しては、ま
ずA点の位置に曲面ローラをセットし、シーケンサ−に
よって圧力制御を行いながら、B点まで圧力を徐々に上
昇させる。B点から0点までは、圧力を一定に保ち、0
点からD点の範囲では、逆に圧力を徐々に下降させて、
D点でクランク軸の回転を停止する。次にクランク軸を
逆転させてD点からA点まで前述の加エバターンの逆を
行う。この場合BC間の圧力は、前回の圧力よりも少し
づつ高くして行き、必要段数だけ加工を行う。本実施例
では、9段階の加工を実施した。第1図に加圧パターン
と疲労強度の上昇量を示す。
また本実施例と、全周ロール加工したクランク軸のピン
ボトム部での疲労強度上昇率を比較したものを下記の表
1で示す。表1より、両者とも疲労強度は、同程度の上
昇率を示しており、部分的なロール加工でも何ら問題が
ないと言える。
表1  疲労強度上昇率 なお、上述した構成、実施例では被加工物として一体型
クランク軸を示したが、組立型クランク軸でも、ピン付
カムであってもよい。
また、第4図で示したジャーナルフィレット部7に関し
ては、加エバターン1)で行なうものとする。
更に、千ローラ4と曲面ローラ5の加圧領域を一部重複
させる(特公昭52−10818号公報参照)か否かは
自由である。
更に、実施例ではロール加工の範囲L4は210゜とし
、硬さの遷移領域Ll、L2は15°にしているが、こ
れに限らないことは明らかである。
また、小型クランク軸においては、段階的に加圧力を上
昇させず、−挙に最終加工まで加工することもできる。
(発明の効果) 本発明によれば、次の利点がある。
■ トップ部でフィシ・ノドが途切れているピンについ
てもロール加工が効率良〈実施できる。
■ 余肉を付ける必要がないので、それに伴う機械加工
時間も不要になる。
■ 余肉がない分、歩留も向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の加圧パターンを示すグラフ、第
2図は本発明と従来例を比較した加圧パターンを示すグ
ラフ、第3図は本発明および従来例による加工例を示す
正面図、第4図と第6図は本発明および従来例の加工対
象−例としてのクランク軸を示す正面図、第5図は応力
分布状態を示す図である。 3・・・軸フィレット部(ピンフィレット部)、4・・
・平ローラ、5・・・曲面ローラ、15・・・加圧パタ
ーン、Ll、L2・・・遷移領域、L3・・・最大応力
を含む加工領域、El・・・最大応力部分、E・・・応
力分布。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)円周方向で応力分布が異なる軸フィレット部に、
    平ローラと曲面ローラとを押付けて硬化層を形成するロ
    ール加工方法において、 軸フィレット部の円周方向に関して、最大応力部分より
    円周方向の両側に応力が徐々に低くなる最小応力部分を
    有する応力分布を見い出し、最小応力部分間における最
    大応力部分を含む円周方向領域を、一定の加圧力で大き
    くし、かつ少なくとも最終加工段階で最大応力部分に見
    合う疲労強度を有するように加工し、 最大応力部分の円周方向両端側と最小応力部分間の円周
    方向領域はそれぞれ加圧力の遷移領域とされ、この各遷
    移領域では前記一定加圧力を上限としこれより低い加圧
    力間で加工することを特徴とする異なる応力分布を有す
    る軸フィレット部のロール加工方法。
  2. (2)円周方向で応力分布が異なる軸フィレット部に、
    平ローラと曲面ローラとを押付けて硬化層を形成するロ
    ール加工方法において、 軸フィレット部の円周方向に関して、最大応力部分より
    円周方向の両側に応力が徐々に低くなる最小応力部分を
    有する応力分布を見い出し、最小応力部分間における最
    大応力部分を含む円周方向領域を、一定の加圧力を段階
    的に大きくし、かつ少なくとも最終加工段階で最大応力
    部分に見合う疲労強度を有するように加工し、最大応力
    部分の円周方向両端側と最小応力部分間の円周方向領域
    はそれぞれ加圧力の遷移領域とされ、この各遷移領域で
    は前記一定加圧力を上限としこれより低い加圧力間で段
    階的に加圧力を増加減して加工することを特徴とする異
    なる応力分布を有する軸フィレット部のロール加工方法
JP13345486A 1986-06-09 1986-06-09 被加工軸のロール加工方法 Granted JPS62292362A (ja)

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JPS62292362A true JPS62292362A (ja) 1987-12-19
JPH0581389B2 JPH0581389B2 (ja) 1993-11-12

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6415486B1 (en) * 2000-03-01 2002-07-09 Surface Technology Holdings, Ltd. Method and apparatus for providing a residual stress distribution in the surface of a part
US6622570B1 (en) 2000-03-01 2003-09-23 Surface Technology Holdings Ltd. Method for reducing tensile stress zones in the surface of a part
US6926970B2 (en) 2001-11-02 2005-08-09 The Boeing Company Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6622570B1 (en) 2000-03-01 2003-09-23 Surface Technology Holdings Ltd. Method for reducing tensile stress zones in the surface of a part
US6926970B2 (en) 2001-11-02 2005-08-09 The Boeing Company Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns

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