WO2019039193A1 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

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WO2019039193A1
WO2019039193A1 PCT/JP2018/028370 JP2018028370W WO2019039193A1 WO 2019039193 A1 WO2019039193 A1 WO 2019039193A1 JP 2018028370 W JP2018028370 W JP 2018028370W WO 2019039193 A1 WO2019039193 A1 WO 2019039193A1
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pin
mold
journal
equivalent
eccentricity
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潤一 大久保
憲司 田村
邦裕 吉田
三守 黄
竜輔 中野
雅夫 堀
幸裕 太田
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新日鐵住金株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008—Incremental forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B21J5/025—Closed die forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/08—Making machine elements axles or shafts crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a crankshaft by hot forging.
  • crankshaft In reciprocating engines such as automobiles, motorcycles, agricultural machines or ships, a crankshaft is essential in order to convert the reciprocating motion of the piston into rotational motion and extract power.
  • the crankshaft can be manufactured by die forging or casting.
  • a crankshaft manufactured by die forging hereinafter, also referred to as "forged crankshaft" is often used.
  • FIG. 1A to 1C are schematic views showing examples of the shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1A is a general view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a view showing a phase of a pin portion.
  • one crank arm A1, a counterweight W1 integral with the crank arm A1, and a pin P1 and a journal J1 connected to the crank arm A1 are representatively shown.
  • the forged crankshaft 11 shown in FIGS. 1A to 1C is a forged crankshaft of three-cylinder four-piece counterweight mounted on a three-cylinder engine.
  • the forged crankshaft 11 has four journal portions J1 to J4, three pin portions P1 to P3, a front portion Fr, a flange portion Fl, and six crank arm portions (hereinafter also referred to as "arm portions").
  • A1 to A6 are provided.
  • the arm parts A1 to A6 connect the journal parts J1 to J4 and the pin parts P1 to P3, respectively.
  • some of the six arm portions A1 to A6 integrally include counter weight portions (hereinafter also referred to as "weight portions") W1 to W4.
  • the first arm portion A1, the second arm portion A2, the fifth arm portion A5 and the sixth arm portion A6 integrally include weight portions W1, W2, W3 and W4, respectively.
  • the third arm part A3 and the fourth arm part A4 do not have a weight part, and the shape is an oval.
  • a front portion Fr is provided at the front end in the axial direction of the forged crankshaft 11, and a flange portion Fl is provided at the rear end.
  • the front portion Fr is connected to the leading first journal portion J1, and the flange portion Fl is connected to the trailing fourth journal portion J4.
  • the reference numerals are “J” in the journal and “P” in the pins. Also described as “A” in the arm part and “W” in the weight part. Further, the arm portion A and the weight portion W integral with the arm portion A are collectively referred to as "web".
  • the three pin portions P1 to P3 are arranged shifted by 120 ° around the journal portion J. That is, the first, second and third pin portions P1, P2 and P3 are disposed at the first position L1, the second position L2 and the third position L3, respectively.
  • the phase angle between the first position L1, the second position L2 and the third position L3 is 120 °.
  • the width Bw of the weight portion W is larger than the width Ba of the arm portion A. For this reason, the weight portion W protrudes largely from the central surface of the arm portion A (a surface including the central axis of the pin portion P and the central axis of the journal portion J).
  • a billet is generally used as a starting material.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet i.e. the cross section, is round or square.
  • the area of the cross section is constant over the entire length of the billet.
  • the “cross section” means a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet or each of the rough surfaces described later or the forged crankshaft.
  • Longitudinal section means a section parallel to its longitudinal direction or its axial direction.
  • the area of the cross section is simply referred to as "cross-sectional area”.
  • the forged crankshaft is manufactured by sequentially performing a preforming process, a die forging process and a deburring process. In addition, if necessary, a deburring process is followed by a shaping process.
  • the preforming process comprises a roll forming process and a bending process.
  • the die forging process includes a roughing process and a finishing process.
  • FIGS. 2A to 2F are schematic views for explaining a manufacturing process of a conventional general forged crankshaft.
  • FIG. 2A shows a billet.
  • FIG. 2B shows a roll wasteland.
  • FIG. 2C shows a bending waste.
  • FIG. 2D shows a rough forged material.
  • FIG. 2E shows a finish forged material.
  • FIG. 2F shows a forged crankshaft.
  • 2A to 2F show a series of steps in the case of manufacturing the forged crankshaft 11 shown in FIGS. 1A to 1C.
  • a method of manufacturing the forged crankshaft 11 will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • roll forming and bending are performed in that order in a preliminary forming process.
  • the billet 12 is rolled and squeezed using, for example, a hole type roll.
  • the volume of the billet 12 is distributed in the axial direction to obtain a roll stock 13 as an intermediate material (see FIG. 2B).
  • the roll stock 13 is partially pressed from a direction perpendicular to the axial direction.
  • the volume of the roll waste 13 is distributed, and the bending waste 14 which is a further intermediate material is obtained (see FIG. 2C).
  • a rough forged material 15 is obtained by forging the bending rough 14 up and down using a pair of molds (see FIG. 2D).
  • the rough forging material 15 has an approximate shape of a forged crankshaft (final product).
  • the forged material 16 is obtained by forging the rough forging material 15 up and down using a pair of molds (see FIG. 2E).
  • the finish forging 16 is shaped to match the forged crankshaft of the final product.
  • the excess material flows out from between the mold split surfaces of the molds facing each other, and the excess material becomes burrs B. For this reason, the burrs B are largely attached around the rough forging material 15 and the finish forging material 16.
  • the burr B is punched out with a blade type in a state in which the finish forged material 16 with burrs is sandwiched and held by a pair of dies. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 16, and a burrless forged material is obtained.
  • the burrless forged material has substantially the same shape as the forged crankshaft 11 shown in FIG. 2F.
  • the burr-free forging material In the shaping process, a key portion of the burr-free forging material is slightly pressed down from above and below by a mold, and the burr-free forging material is corrected to the dimensional shape and shape of the final product.
  • the important points of the burr-free forging material are, for example, shaft portions such as the journal portion J, the pin portion P, the front portion Fr, the flange portion Fl, etc., and further the arm portion A and the weight portion W.
  • the forged crankshaft 11 is manufactured.
  • a twisting process may be added after the deburring process in order to adjust the arrangement angle (phase angle of 120 °) of the pin part .
  • FIGS. 2A to 2F can be applied not only to the forged crankshaft of three-cylinder and four-piece counterweight shown in FIGS. 1A to 1C but also to forged crankshaft of three-cylinder and six-piece counterweight.
  • the main purpose of the preforming process is to distribute the billet volume.
  • the material yield means the ratio (percentage) of the volume of the forged crankshaft (final product) to the volume of the billet.
  • the wasteland obtained by the pre-forming is formed on the forged crankshaft in the die forging process of the post process.
  • Patent Document 1 discloses a preforming method using a pair of upper mold and lower mold. In the preforming method, when a bar-like workpiece is pressed down by the upper and lower dies, a portion of the workpiece is extended and a portion continuous with the portion is offset with respect to the axial center. Thereby, in patent document 1, since extending and bending can be implemented simultaneously, it is supposed that equipment investment can be reduced.
  • Patent Document 2 uses a 4-pass high-speed roll facility instead of the conventional 2-pass roll forming.
  • the cross-sectional area of the roll stock is determined in accordance with the distribution of the cross-sectional area of the weight portion, the arm portion and the journal portion of the forged crankshaft (final product).
  • the material yield can be improved.
  • Patent Document 3 distributes the volume of a part of the billet in the axial direction and the radial direction of the billet by rolling. By forging the volume-allocated billet, a forged crankshaft is obtained. Thus, in Patent Document 3, the material yield can be improved.
  • a billet is formed on a forged crankshaft by one-time die forging using a pair of upper die, lower die, and punch.
  • the die forging step first, an area to be a journal portion and an area to be a pin portion of the billet are pressed down by punches that are operated separately. The pressure causes the billet volume to be distributed. Thereafter, die forging is performed by the upper die and the lower die. That is, preforming and die forging can be performed in one step.
  • it is supposed that the forged crankshaft of complicated shape can be efficiently manufactured by single installation.
  • the distribution of eccentricity and volume of the pin equivalent portion is insufficient, and large burrs are formed as the pin portion is shaped by die forging in the post process.
  • distribution of the volume of the portion to be the weight portion and the volume of the portion to be the arm portion integrally provided with the weight portion in the portion to be the web is not studied. Therefore, in the die forging step of the post-process, the filling property of the material is insufficient at the weight portion that largely protrudes from the center surface of the arm portion, and a chipping easily occurs. In order to prevent the loss of the weight portion, the excess volume may simply be increased in the wasteland. However, in this case, the material yield is reduced.
  • weight equivalent part The part which becomes an arm part (except a weight part) integrally provided with a weight part is also called “arm equivalent part.”
  • arm equivalent part The weight equivalent part and the arm equivalent part are collectively referred to as “web equivalent part”.
  • the pin equivalent portion can not be decentered. It is because of roll forming. For this reason, when forming a pin part by die forging of a post process, a burr is formed large. Further, in the preforming method of Patent Document 2, the volume can not be distributed between the weight equivalent part and the arm equivalent part in the web equivalent part. It is because of roll forming. Therefore, in the die forging step of the post process, the filling property of the material of the weight portion becomes insufficient. As a result, chipping tends to occur.
  • Patent Document 3 requires equipment for performing rolling. As a result, the equipment cost is high, and it is difficult to improve the production efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a forged crankshaft that can form a forged crankshaft with a precise shape and can improve material yield.
  • the four journals serving as the rotation center, the first position, the second position, and the third position are eccentric with respect to the journals and the phase angle is 120 °. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided with three pin parts arranged, and a plurality of crank arm parts which connect a journal part and a pin part.
  • a first preforming step of obtaining an initial wasteland from a billet a second preforming step of obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging a final wasteland by at least one die forging And a finish forging step of forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the first pre-forming step using a pair of first molds, each portion of the billet that becomes the pin portion and the portion that becomes the journal portion are pressed down from a direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the eccentricity of the portion to be the second pin portion by decentering the portion to be the second pin portion disposed at the second position among the flat portions while forming the plurality of flat portions by reducing the cross-sectional area of Make it equal to or smaller than the eccentricity of the finished dimension.
  • the width direction of the flat portion is the pressure reduction direction to reduce the portions to be the plurality of journals, and after starting the pressure reduction by the second mold, Using a mold, the width direction of the flat portion is the eccentric direction and the portion to be the first pin portion disposed at the first position and the portion to be the third pin portion disposed at the third position are mutually opposite directions Decentering the eccentricity of the portion to be the first and third pin portions to be equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentricity of the finished dimension.
  • the thickness of a portion to be a plurality of crank arms is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the manufacturing method of the forged crankshaft according to the embodiment of the present invention can obtain the final waste with the axial volume distribution promoted by the first preforming step and the second preforming step.
  • the volume of the portion to be the journal, the volume of the portion to be the pin, and the volume of the portion to be the arm are properly distributed.
  • the finish forging process can shape the shape of the forged crankshaft from the final waste area. From these, material yield can be improved. Further, according to the present invention, it is possible to form a wasteland of precise shape by the first preforming step and the second preforming step. Therefore, a forged crankshaft with a precise shape can be manufactured.
  • FIG. 1A is an overall view schematically showing a shape example of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a diagram showing the phase of the pin portion for the forged crankshaft of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a schematic view showing a billet in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 2B is a schematic view showing a roll waste in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2C is a schematic view showing a bending waste in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2D is a schematic view showing a rough forged material in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 2E is a schematic view showing a finish forged material in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 1A is an overall view schematically showing a shape example of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A.
  • FIG. 2F is a schematic view showing a forged crankshaft in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 3A is a schematic view showing a billet in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic view showing an initial waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3C is a schematic view showing the final waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3D is a schematic view showing a finish forged material in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3E is a schematic view showing a forged crankshaft in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3A is a schematic view showing a billet in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic view showing an initial waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3C is a schematic view showing the final waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the start of rolling of the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 4B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the end of rolling of the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion disposed at a second position at the start of rolling in the processing flow example of the first preliminary forming step.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion disposed at a second position at the end of rolling of the example of the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the start of rolling in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the end of rolling of the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing a portion corresponding to an arm at the start of pressing of the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing the arm equivalent portion at the end of rolling of the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the case where the second preforming step is performed with one mold.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a second mold and a third mold of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing the second and third dies of the present embodiment different from FIG. 9.
  • FIG. 11A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a condition at the start of the pressing process of the example of the processing flow of the second preliminary forming process.
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the end of the pressing process of the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 11C is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the end of the eccentricity step of the example of the processing flow of the second preliminary forming step.
  • FIG. 11A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a condition at the start of the pressing process of the example of the processing flow of the second preliminary forming process.
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the end of the pressing process of the
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion disposed at a third position at the start of the eccentricity step in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion disposed at a third position at the end of the eccentricity step of the example of the processing flow of the second preliminary forming step.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion arranged at a second position at the start of the pressing process of the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion disposed at a second position at the end of the pressing process of the example of the processing flow of the second preliminary forming process.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the start of the pressing process of the processing flow example of the second preforming process.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the end of the pressing process of the processing flow example of the second preforming process.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the start of the pressing process of the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the end of the pressing process of the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 16 is a schematic view showing the amount of eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion.
  • the four journals serving as the rotation center, the first position, the second position, and the third position are eccentric with respect to the journals and the phase angle is 120 °. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided with three pin parts arranged, and a plurality of crank arm parts which connect a journal part and a pin part.
  • a first preforming step of obtaining an initial wasteland from a billet a second preforming step of obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging a final wasteland by at least one die forging And a finish forging step of forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the first pre-forming step using a pair of first molds, each portion of the billet that becomes the pin portion and the portion that becomes the journal portion are pressed down from a direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the eccentricity of the portion to be the second pin portion by decentering the portion to be the second pin portion disposed at the second position among the flat portions while forming the plurality of flat portions by reducing the cross-sectional area of Make it equal to or smaller than the eccentricity of the finished dimension.
  • the width direction of the flat portion is the pressure reduction direction to reduce the portions to be the plurality of journals, and after starting the pressure reduction by the second mold, Using a mold, the width direction of the flat portion is the eccentric direction and the portion to be the first pin portion disposed at the first position and the portion to be the third pin portion disposed at the third position are mutually opposite directions Decentering the eccentricity of the portion to be the first and third pin portions to be equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentricity of the finished dimension.
  • the thickness of a portion to be a plurality of crank arms is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the manufacturing method of the present embodiment it is possible to obtain the final waste land in which the distribution of the axial volume is promoted by the first preforming step and the second preforming step.
  • the final waste land has a shape close to the shape of a forged crankshaft because the volume of the region to be the journal, the volume of the region to be the pin, and the volume of the region to be the arm are properly distributed. .
  • the shape of the forged crankshaft can be formed from the final waste area by the finish forging process. From these, material yield can be improved.
  • the portion which becomes the first pin portion and the portion which becomes the third pin portion are made eccentric by the third mold which is different from the second mold which presses down the portion which becomes the journal portion. If the second mold is integral with the third mold, the portion for decentering the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion protrudes more than the portion for pressing the portion to be the journal portion. Therefore, if the initial waste land is arranged in the second mold integrated with the third mold, the initial waste land is easily inclined. However, if the third mold is separate from the second mold, the third mold for eccentrically moving the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion is pressed down the portion to be the journal portion It can not project beyond the part.
  • an arm part comprises a weight part "integrally" means that an arm part and a weight part are not separate components, but both are shape
  • eccentricity of the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion by the third mold is started.
  • the forged crankshaft targeted by the manufacturing method of the present embodiment includes four journals J as rotation centers, three pin portions P eccentric to the journals J, journal portions J, and pin portions And a plurality of arm parts A connecting P.
  • the three pin portions P1, P2 and P3 are disposed at the first position L1, the second position L2 and the third position L3, respectively.
  • positioned in 1st position L1 is also called 1st pin part P1.
  • the pin portion disposed at the second position L2 is also referred to as a second pin portion P2.
  • the pin portion disposed at the third position L3 is also referred to as a third pin portion P3.
  • the phase angle between the first position L1, the second position L2 and the third position L3 is 120 °.
  • a forged crankshaft of a three-cylinder four-piece counterweight shown in FIGS. 1A to 1C is an object to be manufactured.
  • the manufacturing method of the present embodiment includes a first preforming step, a second preforming step, and a finish forging step.
  • a deburring process may be added as a process after the finish forging process.
  • a shaping process may be added after the deburring process. Adjustment of the arrangement angle of the pin portion can be performed in a finish forging process. Alternatively, a twisting step may be added after the deburring step, and adjustment of the placement angle of the pin portion may be performed in this twisting step.
  • FIGS. 3A to 3E are schematic views for explaining an example of a manufacturing process of the forged crankshaft according to the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a billet.
  • FIG. 3B shows the initial wasteland.
  • FIG. 3C shows the final wasteland.
  • FIG. 3D shows a finish forged material.
  • FIG. 3E shows a forged crankshaft.
  • FIGS. 3A to 3E show a series of steps in the case of manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIGS. 1A to 1C.
  • the views on the left side of FIGS. 3B and 3C are front views.
  • FIGS. 3B and 3C show the first, second and third pin portions with respect to the center of the portion to be the journal portion (hereinafter also referred to as “journal equivalent portion”) (hereinafter, “first pin”
  • first pin The positions of "equivalent part”, “also referred to as” second pin equivalent part “and” third pin equivalent part "PA1, PA2 and PA3 are shown.
  • the views on the left side of FIGS. 3D and 3E are plan views.
  • the diagrams on the right of FIGS. 3D and 3E show the position of the first, second and third pin portions P1, P2 and P3 with respect to the center of the journal portion.
  • the first position L1 to the third position L3 of the pin portion of the forged crankshaft which is the final product are shown by imaginary lines.
  • the billet 22 is pressed down using a first mold.
  • the pressure reduction direction at that time is a direction perpendicular to the axial direction of the billet 22.
  • the three pin equivalents and the four journal equivalents of the billet 22 are crushed, and the cross-sectional area is reduced at these portions.
  • a plurality of flat portions 23 a are formed in the billet 22.
  • the flat portion 23a is formed at the position of the pin equivalent portion and the journal equivalent portion.
  • the second pin equivalent portion PA2 of the flat portion 23a is eccentric along the rolling direction.
  • an initial waste area 23 to which the volume is distributed can be obtained.
  • the amount of eccentricity of the second pin equivalent portion of the initial land 23 is equal to or smaller than the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • the eccentricity of the finishing dimension means the eccentricity of the pin portion of the forged crankshaft.
  • the second preforming step includes a pressing step and an eccentric step.
  • the pressing process a portion to be a plurality of journals of the initial waste 23 is pressed using a pair of second molds.
  • the rolling direction at that time is the width direction of the flat portion. That is, the pressure reduction direction is a direction perpendicular to the eccentric direction of the second pin equivalent portion PA2.
  • the initial waste 23 obtained in the first preforming step is rotated by 90 ° and then pressed down.
  • the third mold is used to be disposed at the portion (first pin equivalent portion) to be the first pin portion disposed at the first position and the third position
  • the portions to be the third pin portions are decentered in mutually opposite directions.
  • the eccentric direction at that time is the width direction of the flat portion.
  • the amount of eccentricity of the portion to be the first and third pin portions is made equal to or smaller than () 3) / 2 of the amount of eccentricity of the finished dimension. This provides a final waste area 24 in which the approximate shape of the forged crankshaft is shaped.
  • the eccentric direction of the first pin equivalent portion PA1 and the eccentric direction of the third pin equivalent portion PA3 are opposite to each other. That is, in the final waste land 24, the phase angle between the first pin equivalent portion PA1 and the second pin equivalent portion PA2 is 90 °. The phase angle between the third pin equivalent portion PA3 and the second pin equivalent portion PA2 is 90 °. Further, the phase angle between the first pin equivalent part PA1 and the third pin equivalent part PA3 is 180 °. Further, in the final waste land 24, the axial thickness t1 (see FIG. 3C) of the arm equivalent portion is the same as the thickness t0 (see FIG. 3E) of the finish dimension. The thickness t0 of the finished dimension means the axial thickness of the arm portion of the forged crankshaft (final product). Details of the second preforming step will be described later.
  • a final forged area 24 is formed to a finish size of a forged crankshaft by die forging. Specifically, a pair of molds are used at the top and the bottom. The final waste land 24 is disposed above the lower mold in such a posture that the first and third pin equivalents PA1 and PA3 are aligned in the horizontal plane. Then, forging is performed by lowering the upper die. That is, the reduction direction of forging is the eccentric direction of the second pin equivalent portion PA2. As a result, burrs B are formed as the excess material flows out, and a finished forged material 25 with burrs is obtained (see FIG. 3D). The finish forging 25 is shaped to match the forged crankshaft of the final product. The rough shape of the forged crankshaft is formed in the final waste area 24, so that the formation of the burrs B can be minimized in the finish forging process.
  • the finish forging process may be performed once or may be divided into multiple times.
  • the burr B is punched out with a blade type in a state in which the finish forged material 25 with a burr is sandwiched and held by a pair of dies. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 25. As a result, a forged crankshaft 11 (final product) is obtained.
  • FIGS. 4A to 7B are schematic views showing an example of a processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the start of the reduction
  • FIG. 4B is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the end of the reduction.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are cross-sectional views showing a portion (corresponding to a second pin) to be a pin portion disposed at the second position.
  • FIG. 5A shows the situation at the start of the reduction
  • FIG. 5B shows the situation at the end of the reduction.
  • 5A is a cross-sectional view taken along the line VA-VA of FIG. 4A
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB of FIG. 4B.
  • FIG. 6A and 6B are cross sectional views showing the journal equivalent. Of these figures, FIG. 6A shows the situation at the start of the reduction, and FIG. 6B shows the situation at the end of the reduction. 6A is a cross-sectional view taken along line VIA-VIA in FIG. 4A, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line VIB-VIB in FIG. 4B.
  • FIG. 7A and 7B are cross-sectional views showing the arm equivalent. Of these figures, FIG. 7A shows the situation at the start of the reduction, and FIG. 7B shows the situation at the end of the reduction. 7A is a cross-sectional view taken along the line VIIA-VIIA in FIG. 4A, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 4B.
  • FIGS. 4A to 7B show a billet 22 (or an initial waste 23) having a round cross section and a pair of first molds 30 at the top and bottom.
  • the first mold 30 includes a first upper die 31 and a first lower die 32.
  • the axial center position C of the journal equivalent is indicated by a black circle.
  • the first upper mold 31, the first lower mold 32, and the billet 22 at the start of rolling are indicated by a two-dot chain line.
  • the pair of first molds 30 includes a pin processing portion that abuts on the pin equivalent portion and a journal processing portion that abuts on the journal equivalent portion.
  • the pin processing portion includes an upper mold pin processing portion 31 b provided in the first upper mold 31 and a lower mold pin processing portion 32 b provided in the first lower mold 32 as shown by a thick line in FIG. 5A.
  • the upper mold pin processing portion 31 b is concave and can accommodate the billet 22.
  • the lower mold pin processing portion 32 b is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • the pin processing portions in contact with the first and third pin equivalent portions are the same as the pin processing portions in contact with the second pin equivalent portions as shown in FIGS. 5A and 5B. However, the position of the pin processing portion in contact with the first and third pin equivalent portions in the rolling direction is different from the position of the pin processing portion in contact with the second pin equivalent portion (see FIGS. 4A and 4B).
  • the journal processing unit includes an upper mold journal processing unit 31 a provided in the first upper mold 31 and a lower mold journal processing unit 32 a provided in the first lower mold 32, as shown by thick lines in FIG. 6A.
  • the upper die journaling portion 31 a is concave and can accommodate the billet 22.
  • the lower die journal processing portion 32 a is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • type journal process part 32a is made into concave shape. That is, the lower die journalized portion 32a may be concave capable of accommodating the billet.
  • the billet 22 is placed between the first upper mold 31 and the first lower mold 32 in a state in which the first upper mold 31 is raised and the first upper mold 31 and the first lower mold 32 are separated. Place on When the first upper mold 31 is lowered from this state, as shown in FIG. 5A, the pin equivalent portion of the billet 22 is accommodated in the concave upper mold pin processing portion 31b. Further, as shown in FIG. 6A, the journal equivalent portion is accommodated in the concave upper die journal processing portion 31a. When the first upper die 31 is further lowered, the billet 22 is pressed down by the upper die pin processing portion 31 b and the lower die pin processing portion 32 b, and the upper die journal processing portion 31 a and the lower die journal processing portion 32 a. For this reason, the cross-sectional area of a pin equivalent part and a journal equivalent part reduces. As a result, flat portions 23a as shown in FIGS. 5B and 6B are formed.
  • the position of the pin processing portion in contact with the second pin equivalent portion is the position of the pin processing portion in contact with the first and third pin equivalent portions as shown in FIG. 4A. It is different from For this reason, the second pin equivalent portion is decentered along the rolling direction while being deformed. The eccentricity of the second pin equivalent portion is equal to or smaller than the eccentricity of the finished dimension. After the end of the pressure reduction by the first mold 30, the first upper mold 31 is raised to take out the processed billet 22 (initial waste land 23).
  • the material of the pin equivalent portion and the journal equivalent portion is reduced as the pin equivalent portion and the journal equivalent portion are reduced in pressure by pressing down the pin equivalent portion and the journal equivalent portion. It moves in the axial direction of the billet 22. Thereby, the material flows into the arm equivalent between the pin equivalent and the journal equivalent. As a result, it is possible to obtain an initial wasteland 23 whose volume is distributed in the axial direction.
  • the opening of the concave upper die processing portion 31b is closed by the lower die processing portion 32b, and the upper die processing portion 31b and the lower die processing portion 32b A closed cross section is formed (see FIGS. 5A and 5B).
  • the opening of the concave upper die journalizing portion 31a is closed by the lower die journaling portion 32a, and a closed cross section is formed by the upper die journaling portion 31a and the lower die journaling portion 32a (FIG. 6A and FIG. 6B).
  • burrs may be prevented by partially pressing the journal equivalent portion by the journal processing portion. Further, formation of burrs may be prevented by partially pressing the portion corresponding to the pin by the pin processing portion.
  • the arm equivalent may not be pressed by the first mold.
  • the width Bf in the direction perpendicular to the rolling direction may be larger than the thickness ta in the rolling direction.
  • the cross-sectional shape of the flat portion 23a is elliptical or oval (see FIGS. 5B and 6B).
  • the dimensions of the width Bf and the thickness ta of the flat portion 23a may be different between the journal equivalent part and the pin equivalent part.
  • Second mold and third mold used in second pre-forming step In the second pre-forming step of the present embodiment, the reduction of the journal equivalent portion and the eccentricity of the first and third pin equivalent portions are performed. The reduction of the journal equivalent and the eccentricity of the first and third pin equivalents are performed by separate dies.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the case where the second preforming step is performed with one mold.
  • the initial waste land 23 is disposed on the second lower die 42.
  • the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion are eccentric.
  • the pin processing portion 42 h of the second lower mold 42 for processing the first pin equivalent portion of the initial waste land 23 protrudes more than the lower mold journal processing portion 42 a. Therefore, when the initial rough surface 23 is arranged in the second lower mold 42, the initial rough surface 23 is easily inclined.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a second mold and a third mold of the present embodiment.
  • the manufacturing apparatus of the present embodiment includes a second mold 40 and a third mold 50.
  • the third mold 50 includes a third upper die 51 and a third lower die 52.
  • the third upper die 51 decenters the portion corresponding to the third pin.
  • the third lower die 52 decenters the portion corresponding to the first pin.
  • the third upper mold 51 and the third lower mold 52 can move up and down independently of the second mold 40.
  • the third lower die 52 is disposed at the same height as or lower than the lower die journal processing portion 42 a before the reduction of the initial waste land 23. Further, the third upper die 51 is disposed at the same height as or the upper side of the upper die journaling portion 41a.
  • the third upper die 51 and the third lower die 52 do not protrude further than the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a. Therefore, even if the initial rough area 23 is arranged in the second lower mold 42 before the start of the pressure reduction, the initial rough area 23 is kept substantially horizontal.
  • the eccentricity of the initial waste land 23 by the third mold 50 is started. Therefore, during the eccentricity of the third and first pin equivalent parts, the journal equivalent parts of the initial waste land 23 are pressed down by the journal processing parts 41a and 42a. That is, the journal equivalent portion of the initial rough area 23 is restrained by the journal processing units 41a and 42a. Therefore, during the eccentricity of the pin equivalent portion, the initial rough surface 23 is hard to incline and is pressed at a predetermined position.
  • the third upper die 51 and the third lower die 52 move up and down independently, and the journal equivalent portion of the initial waste land 23 is pushed down ahead of the third and first pin equivalent portions, thereby the third and the third During the eccentricity of the portion corresponding to the first pin, the initial waste land 23 is difficult to move in the axial direction. Since the volume-distributed initial waste 23 is pressed at a predetermined position of the second mold 40, it is difficult to cause defects in the final waste after pressing.
  • the configuration of the second mold 40 and the third mold 50 will be described.
  • the third mold 50 includes a control mechanism to raise and lower the third upper die 51 and the third lower die 52 independently.
  • the control mechanism is, for example, a die cushion or a hydraulic cylinder.
  • the second lower mold 42 is supported by the bolster base 82 via the die cushion 81.
  • the die cushion 81 has a buffer function.
  • the third upper die 51 and the third lower die 52 are supported by the bolster base 82 via the pin base 83.
  • the third lower mold 52 and the third upper die 51 come in contact with the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the initial wasteland 23 after the journal processing portions 41a and 42a contact the journal equivalent portion of the initial wasteland 23
  • the die cushion 81 is set.
  • the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the initial land 23 are decentered after the start of rolling of the journal equivalent portion.
  • FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing the second and third dies of the present embodiment different from FIG. 9.
  • the case where the control mechanism is the hydraulic cylinder 84 will be described with reference to FIG.
  • the hydraulic cylinder 84 can raise and lower the third upper die 51 and the third lower die 52.
  • the third upper die 51 and the third lower die 52 are supported by the bolster base 82 via a hydraulic cylinder 84.
  • the hydraulic cylinder 84 operates, and the third lower mold 52 starts to protrude from the second lower mold 42, and the third upper mold 51 protrudes from the second upper mold 41. start.
  • the hydraulic pressure is applied so that the third lower die 52 and the third upper die 51 contact the first and third pin equivalent parts of the initial wasteland 23 after the journal processing parts 41a and 42a contact the journal equivalent parts of the initial wasteland 23
  • the cylinder 84 is set. As a result, the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the initial land 23 are decentered after the start of rolling of the journal equivalent portion.
  • the timing at which the third lower mold 52 protrudes from the second lower mold 42 and the timing at which the third upper mold 51 protrudes from the second upper mold 41 are It is set appropriately. That is, the first and third pin equivalents of the initial waste 23 may be decentered between the start of the pressure reduction of the journal equivalent and the completion of the pressure reduction. The first and third pin equivalents may be decentered after completion of the reduction of the journal equivalent.
  • the eccentricity of the first and third pin equivalent portions in the second preforming step instead of the first preforming step has the following advantages.
  • the cross-sectional area of the first and third pin equivalents of the billet is reduced. That is, the cross-sectional areas of the first and third pin corresponding portions of the initial waste land 23 are smaller than the cross-sectional areas of the first and third pin corresponding portions of the billet. Therefore, if the first and third pin equivalent parts of the initial waste 23 are made eccentric, it is more likely that the first and third pin equivalent parts after eccentricity are cut off than when the billet first and third pin equivalent parts are made eccentric. The area is small and there is little remaining material.
  • the eccentricity of the first and third pin equivalent portions is performed in the second preforming step in order to improve the yield.
  • FIGS. 11A to 15B are schematic views showing an example of processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 11A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the start of the reduction process
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the end of the reduction process
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view shown.
  • FIG. 12A and 12B are cross-sectional views showing a portion corresponding to a third pin.
  • FIG. 12A shows the situation at the start of the eccentric process
  • FIG. 12B shows the situation at the end of the eccentric process.
  • 12A is a cross-sectional view taken along the line XIIA-XIIA of FIG. 11A
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XIIB-XIIB shown in FIG. 11C.
  • FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views showing the second pin corresponding portion.
  • FIG. 13A shows the situation at the start of the reduction step
  • FIG. 13B shows the situation at the end of the reduction step.
  • 13A is a cross-sectional view taken along line XIIIA-XIIIA of FIG. 11A
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line XIIIB-XIIIB shown in FIG. 11C.
  • FIG. 14A and 14B are cross-sectional views showing the journal equivalent. Of these figures, FIG. 14A shows the situation at the start of the reduction step, and FIG. 14B shows the situation at the end of the reduction step. 14A is a cross-sectional view taken along line XIVA-XIVA of FIG. 11A, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line XIVB-XIVB of FIG. 11C.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are cross-sectional views showing the arm equivalent.
  • FIG. 15A shows the situation at the start of the reduction step
  • FIG. 15B shows the situation at the end of the reduction step.
  • 15A is a cross-sectional view taken along the line XVA-XVA in FIG. 11A
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line XVB-XVB in FIG. 11C.
  • FIGS. 13A to 15B show the initial waste 23 obtained in the first preforming step described above.
  • 12A and 12B show a third mold 50
  • FIGS. 13A to 15B show a pair of second molds 40 at the top and bottom.
  • the second mold 40 includes a second upper mold 41 and a second lower mold 42.
  • the axial center position C of the journal equivalent is indicated by a black circle.
  • the second lower mold 42 and the third mold 50 at the start of the pressing process are indicated by two-dot chain lines
  • FIGS. 13B, 14B and 15B the second upper mold 41 and the second lower mold. 42 is indicated by a two-dot chain line.
  • the pair of second molds 40 includes pin processing portions 41f and 42f in contact with the second pin equivalent portion of the initial waste land 23, journal processing portions 41a and 42a in contact with the journal equivalent portion, and an arm in contact with the arm equivalent portion
  • the processing units 41c and 42c are provided.
  • a pin processing portion that contacts the second pin equivalent portion of the second mold 40 is provided at a position corresponding to the second pin equivalent portion.
  • the pin processing portion of the second mold 40 in contact with the second pin equivalent portion is an upper mold pin processing portion 41f provided on the second upper mold 41, and a second lower mold 42.
  • a lower die pin processing portion 42f provided on the The lower mold pin processing portion 42 f of the second lower mold 42 is concave and can accommodate the initial waste land 23.
  • the upper mold pin processing portion 41 f of the second upper mold 41 is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • the upper mold pin processing portion 41f of the second upper mold 41 may have a concave shape that can accommodate the initial rough surface.
  • the third upper mold 51 of the third mold 50 is concave as shown by a thick line in FIG. 12A, and can accommodate the flat portion 23 a of the initial waste land 23.
  • the third lower mold 52 see FIG. 9
  • the upper and lower sides of the third upper mold 51 are reversed.
  • the journal processing unit includes an upper mold journal processing unit 41a provided in the second upper mold 41 and a lower mold journal processing unit 42a provided in the second lower mold 42, as shown by thick lines in FIG. 14A.
  • the upper die journal processing portion 41 a is concave and can accommodate the flat portion 23 a of the initial waste land 23.
  • the lower die journal processing portion 42 a is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • type journal process part 42a is made into concave shape. That is, the lower die journalized portion 42a may have a concave shape that can accommodate the flat portion of the initial wasteland.
  • the arm processing portion includes an upper mold arm processing portion 41c provided in the second upper mold 41 and a lower mold arm processing portion 42c provided in the second lower mold 42, as shown by a thick line in FIG. 15A.
  • one of the upper die arm processed portion 41c and the lower die arm processed portion 42c is generally concave.
  • the lower mold arm processed portion 42c is generally concave, and the other upper mold arm processed portion 41c is planar. Note that which one of the upper mold arm processed portion 41c and the lower mold arm processed portion 42c is to be concave can be appropriately set according to the shape of the forged crankshaft.
  • the lower mold arm processed portion 42c has a weight processed portion 42e that abuts a portion (weight equivalent portion) to be the weight portion.
  • the weight processing unit 42e is located on the opening side of the concave lower mold arm processing unit 42c.
  • the opening width Bp of the weight processing part 42e becomes wider as it goes away from the bottom surface of the concave lower mold arm processing part 42c.
  • the weight process part 42e as for the both sides, all are inclined surfaces.
  • the axial thickness t1 of the arm equivalent portion is made equal to the thickness t0 of the finish dimension (see FIGS. 3C and 3E). Therefore, the axial length of the upper mold arm processed portion 41c and the lower mold arm processed portion 42c is the same as the thickness of the finished dimension of the arm portion.
  • the initial waste 23 is made up of the second upper die 41 and the second lower die 42. Place in between.
  • the initial rough area 23 is disposed in a posture rotated 90 ° around the axis from the state at the end of the first pre-forming step so that the width direction of the flat portion (long axis direction in the case of an ellipse) is the pressure reduction direction. Be done. For this reason, the rolling direction by the second mold 40 is perpendicular to the eccentric direction of the portion corresponding to the second pin.
  • the second upper mold 41 is lowered from this state. Then, as shown in FIGS. 13A and 14A, the flat portion of the initial waste land 23 is accommodated in the pin processing portion 42f of the second lower mold 42 and the upper mold journal processing portion 41a of the second upper mold 41.
  • the arm portion includes the weight portion
  • the arm equivalent portion is not in contact with the bottom surface of the lower mold arm processed portion 42c, and most of the arm equivalent portion is the lower mold arm processed portion 42c. Are arranged in the weight processing unit 42e.
  • the third lower mold 52 and the third upper mold 51 of the third mold 50 cause the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion to be eccentric.
  • Both the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion are eccentric along the rolling direction of the second mold 40.
  • the eccentric direction of the first pin equivalent portion is opposite to the eccentric direction of the third pin equivalent portion.
  • the amount of eccentricity of the portion corresponding to the first pin and the portion corresponding to the third pin is equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • the portion corresponding to the second pin is located in the direction perpendicular to the pressure reduction direction of the second mold 40 and does not become eccentric. Therefore, the amount of eccentricity of the portion corresponding to the second pin remains the same as or smaller than the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • FIG. 16 is a schematic view showing the amount of eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion.
  • FIG. 16 is a view seen from the axial direction of the forged crankshaft.
  • the phase difference between the first position L1 at which the first pin portion of the forged crankshaft of the three-cylinder engine is disposed and the second position L2 at which the second pin portion is disposed is 120 °.
  • the phase difference between the position PA1 of the first pin equivalent portion of the final waste and the position PA2 of the second pin equivalent portion obtained in the second preforming step is 90 °. Therefore, after the second preforming step, the portion corresponding to the first pin is further decentered with respect to the axial center position C of the portion corresponding to the journal. Thereby, in the forged crankshaft which is the final product, the phase difference between the first position L1 and the second position L2 is set to 120 °.
  • the eccentricity amount (finishing dimension) of the first pin portion is a distance E0 between the center of the first position L1 and the axial center C of the journal portion. Therefore, assuming a right triangle consisting of the axial center position C of the journal, the center of the position of the first pin equivalent portion PA1, and the center of the first position L1, the eccentricity Eb of the first pin equivalent portion PA1 in the eccentricity step Is equal to or smaller than (.sqroot.3) / 2 of the eccentricity E0 of the first pin portion. If the eccentricity Eb of the first pin equivalent portion is larger than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentricity E0 of the first pin portion, the first pin equivalent portion is made eccentric to the first position L1 in the subsequent finish forging step It is difficult.
  • the first pin equivalent portion must be decentered to the first position L1 along a direction that is not parallel to the pressure reduction direction (left and right direction in FIG. 16).
  • the subsequent finish forging step is performed a plurality of times.
  • the eccentricity Eb of the portion corresponding to the first pin is eccentric to ( ⁇ 3) / 2 of the eccentricity E0 of the first pin.
  • the position of the first pin equivalent portion PA1 is eccentric to the first position L1. The same applies to the third pin equivalent portion.
  • the second upper mold 41 and the third upper mold 51 are raised, and the processed initial waste land 23 (final waste land 24) is taken out.
  • the thickness of the arm equivalent is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion can be decentered. Further, the volume can be distributed in the axial direction by flowing the material from the second pin equivalent portion and the journal equivalent portion to the arm equivalent portion. As a result, material yield can be improved. Moreover, when an arm part contains a weight part, it can suppress that a missing part arises in a weight part.
  • the third upper mold 51 and the third lower mold 52 of the third mold 50 move up and down independently, and the journal equivalent portion of the initial waste land 23 is pushed down prior to the pin equivalent portion, thereby making the pin Initial wasteland is hard to incline during eccentricity of the corresponding part. As a result, since the volume-distributed initial waste land is pressed at the predetermined position of the second mold, it is difficult to cause defects such as missing in the final waste land after the pressure reduction.
  • An amount (mm) of decentering the second pin equivalent portion in the first preforming step that is, an offset amount Ea (mm) of the second pin equivalent portion of the initial rough area 23 (final rough area 24) It is preferable to set it as 20% or more of the amount (the eccentric amount of the pin equivalent part of a forged crankshaft) E0 (mm). More preferably, it is 50% or more of the offset amount E0 of the finish dimension, and most preferably, 100% of the offset amount E0 of the finish dimension. If the amount of eccentricity Ea of the portion corresponding to the second pin is smaller than the amount of eccentricity E0 of the finishing dimension, it is necessary to further offset the portion corresponding to the second pin by finish forging. Therefore, a habit may occur.
  • the above embodiment shows the case where the amount of eccentricity Ea of the portion corresponding to the second pin is the same (100%) as the amount of eccentricity E0 of the finish dimension.
  • the offset amount Eb (mm) of the first and third pin equivalent portions of the final wasteland 24, ie, the offset amount Eb (mm) of the finishing dimension is an amount by which the first and third pin equivalent portions are offset by the second preforming step. It is preferable to make it equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2).
  • the above embodiment shows the case where the eccentricity amount Eb of the first and third pin equivalent portions is equal to ( ⁇ 3) / 2 of the eccentricity amount E0 of the finish dimension.
  • the eccentricity Eb of the first and third pin equivalent portions of the final wasteland 24 is the ratio of the finishing dimension to the eccentricity E0 (Eb / ((( It is preferable to set 33) / 2 ⁇ E0)) or more to (1.0 ⁇ Dp / 2 / (( ⁇ 3) / 2 ⁇ E0)).
  • Dp means the diameter of the pin portion of finished dimensions (diameter of the pin portion of the forged crankshaft).
  • the cross-sectional area Spb (mm 2 ) of the first and third pin equivalents of the final waste land 24 is the ratio ((Spb) / Sp0) to the cross-sectional area Sp0 (mm 2 ) of the forged crankshaft And preferably not less than 0.7 and not more than 1.5, and more preferably not less than 0.75 and not more than 1.1.
  • the present invention can be effectively used for manufacturing a forged crankshaft mounted on a three-cylinder reciprocating engine.

Abstract

製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程では、複数の扁平部を形成しながら、第２ピン部となる部位を偏心させる。第２予備成形工程では、一対の第２金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第２金型による圧下を開始後、第３金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして、第１位置に配置される第１ピン部となる部位および第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させる工程とを含む。

Description

鍛造クランク軸の製造方法
　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、農業機械または船舶等のレシプロエンジンには、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、型鍛造または鋳造によって製造できる。特に、高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、型鍛造によって製造されたクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）が多用される。
　図１Ａ～図１Ｃは、一般的な鍛造クランク軸の形状例を示す模式図である。これらの図のうち、図１Ａは全体図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ－ＩＢ断面図であり、図１Ｃはピン部の位相を示す図である。図１Ｂに示す例では、代表的に、一つのクランクアーム部Ａ１と、そのクランクアーム部Ａ１と一体のカウンターウエイト部Ｗ１と、そのクランクアーム部Ａ１につながるピン部Ｐ１およびジャーナル部Ｊ１を示す。
　図１Ａ～図１Ｃに示す鍛造クランク軸１１は、３気筒エンジンに搭載される３気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸である。鍛造クランク軸１１は、４つのジャーナル部Ｊ１～Ｊ４と、３つのピン部Ｐ１～Ｐ３と、フロント部Ｆｒと、フランジ部Ｆｌと、６枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１～Ａ６とを備える。アーム部Ａ１～Ａ６は、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ４とピン部Ｐ１～Ｐ３をそれぞれつなぐ。また、６枚のアーム部Ａ１～Ａ６のうちの一部のアーム部は、カウンターウエイト部（以下、「ウエイト部」ともいう）Ｗ１～Ｗ４を一体で備える。具体的には、第１アーム部Ａ１、第２アーム部Ａ２、第５アーム部Ａ５および第６アーム部Ａ６は、それぞれウエイト部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３およびＷ４を一体で備える。第３アーム部Ａ３および第４アーム部Ａ４は、ウエイト部を備えず、その形状は長円状となる。
　鍛造クランク軸１１の軸方向の前端にはフロント部Ｆｒが設けられ、後端にはフランジ部Ｆｌが設けられる。フロント部Ｆｒは、先頭の第１ジャーナル部Ｊ１につながり、フランジ部Ｆｌは、最後尾の第４ジャーナル部Ｊ４につながる。
　以下では、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ４、ピン部Ｐ１～Ｐ３、アーム部Ａ１～Ａ６およびウエイト部Ｗ１～Ｗ４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。また、アーム部Ａおよびそのアーム部Ａと一体のウエイト部Ｗをまとめて「ウェブ」ともいう。
　図１Ｃに示すように、３つのピン部Ｐ１～Ｐ３は、ジャーナル部Ｊを中心として１２０°ずつ、ずれて配置される。つまり、第１、第２および第３ピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、それぞれ第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３に配置される。第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３の互いの位相角は１２０°である。
　図１Ｂに示すように、ウエイト部Ｗの幅Ｂｗは、アーム部Ａの幅Ｂａより大きい。このため、ウエイト部Ｗは、アーム部Ａ中心面（ピン部Ｐの中心軸とジャーナル部Ｊの中心軸とを含む面）から大きく張り出す。
　このような形状の鍛造クランク軸を製造する際、一般に、出発素材としてビレットが用いられる。ビレットの長手方向に垂直な断面、すなわち横断面は、丸形または角形である。その横断面の面積は、ビレットの全長にわたって一定である。本明細書において、「横断面」は、ビレット若しくは後述する各荒地の長手方向、または鍛造クランク軸の軸方向に垂直な断面を意味する。「縦断面」は、その長手方向またはその軸方向に平行な断面を意味する。また、横断面の面積を単に「断面積」ともいう。鍛造クランク軸は、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程をその順に経ることによって製造される。また、必要に応じ、バリ抜き工程の後に整形工程を経る。通常、予備成形工程は、ロール成形工程と曲げ打ち工程を含む。型鍛造工程は、荒打ち工程と仕上げ打ち工程を含む。
　図２Ａ～図２Ｆ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。これらの図のうち、図２Ａはビレットを示す。図２Ｂはロール荒地を示す。図２Ｃは曲げ荒地を示す。図２Ｄは荒鍛造材を示す。図２Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図２Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図２Ａ～図２Ｆは、前記図１Ａ～図１Ｃに示す鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。
　図２Ａ～図２Ｆを参照し、鍛造クランク軸１１の製造方法を説明する。先ず、図２Ａに示すような所定の長さのビレット１２を加熱炉によって加熱した後、予備成形工程でロール成形および曲げ打ちをその順に行う。ロール成形では、例えば孔型ロールを用いてビレット１２を圧延して絞る。これにより、ビレット１２の体積を軸方向に配分し、中間素材であるロール荒地１３を得る（図２Ｂ参照）。次に、曲げ打ちでは、ロール荒地１３を軸方向と垂直な方向から部分的にプレス圧下する。これにより、ロール荒地１３の体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地１４を得る（図２Ｃ参照）。
　続いて、荒打ち工程では、曲げ荒地１４を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、荒鍛造材１５を得る（図２Ｄ参照）。その荒鍛造材１５には、鍛造クランク軸（最終製品）のおおよその形状が造形されている。さらに、仕上げ打ち工程では、荒鍛造材１５を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、仕上げ鍛造材１６を得る（図２Ｅ参照）。その仕上げ鍛造材１６には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。これら荒打ちおよ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流出し、その余材がバリＢとなる。このため、荒鍛造材１５および仕上げ鍛造材１６の周囲には、いずれも、バリＢが大きく付いている。
　バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材１６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材１６からバリＢが除去され、バリ無し鍛造材が得られる。そのバリ無し鍛造材は、図２Ｆに示す鍛造クランク軸１１とほぼ同じ形状である。
　整形工程では、バリ無し鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリ無し鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリ無し鍛造材の要所は、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、さらにはアーム部Ａおよびウエイト部Ｗである。こうして、鍛造クランク軸１１が製造される。なお、３気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸を製造する場合、ピン部の配置角度（１２０°の位相角）を調整するため、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加されることがある。
　図２Ａ～図２Ｆに示す製造工程は、前記図１Ａ～図１Ｃに示す３気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸に限らず、３気筒－６枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸に適用できる。
　予備成形工程の主目的は、ビレットの体積を配分することである。予備成形工程でビレットの体積を配分することにより、後工程の型鍛造工程でバリの形成を低減でき、材料歩留りを向上できる。ここで、材料歩留りとは、ビレットの体積に対する鍛造クランク軸（最終製品）の体積の割合（百分率）を意味する。
　また、予備成形によって得られる荒地は、後工程の型鍛造工程で鍛造クランク軸に成形される。精密な形状の鍛造クランク軸を得るため、予備成形工程では精密な形状の荒地を成形する必要がある。
　鍛造クランク軸の製造に関する技術は、例えば、特開２００１－１０５０８７号公報（特許文献１）、特開平２－２５５２４０号公報（特許文献２）、特開昭６２－２４４５４５号公報（特許文献３）および特開昭５９－４５０５１号公報（特許文献４）に開示される。特許文献１は、一対からなる上型と下型を用いた予備成形方法を開示する。その予備成形方法では、上型と下型とで棒状の被加工物を圧下する際に、被加工物の一部を延ばすとともに、その一部に連続した部分を軸心に対してオフセットする。これにより、特許文献１では、延ばしと曲げを同時に実施できることから、設備投資を少なくできるとしている。
　特許文献２の予備成形方法は、従来の２パスのロール成形に代え、４パスの高速ロール設備を用いる。その予備成形方法では、ロール荒地の断面積が、鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部、アーム部およびジャーナル部の断面積の分布に合わせて決められる。これにより、特許文献２では、材料歩留りを向上できるとしている。
　特許文献３の予備成形方法は、転造により、ビレットの軸方向および径方向にビレットの一部の体積を配分する。体積配分されたビレットを型鍛造することによって、鍛造クランク軸が得られる。これにより、特許文献３では、材料歩留りを向上できるとしている。
　特許文献４の製造方法では、一対からなる上型と下型とポンチとを用いた１回の型鍛造により、ビレットを鍛造クランク軸に成形する。型鍛造工程では、まず、ビレットのうちのジャーナル部となる領域およびピン部となる領域を別個に稼働するポンチによって圧下する。圧下によりビレットの体積が配分される。その後、上型および下型によって型鍛造が実施される。すなわち、１工程で、予備成形および型鍛造ができる。これにより、特許文献４では、複雑な形状の鍛造クランク軸を単一の設備で効率よく製造できるとしている。
特開２００１－１０５０８７号公報 特開平２－２５５２４０号公報 特開昭６２－２４４５４５号公報 特開昭５９－４５０５１号公報
　鍛造クランク軸の製造では、前述の通り、バリの形成を低減して材料歩留りを向上させることが望まれる。また、予備成形工程において、精密な形状の荒地を成形することが望まれている。前記特許文献１に記載の予備成形方法では、ビレットの体積の配分と、ピン部となる部位（以下、「ピン相当部」ともいう）の偏心をある程度行うことができる。
　しかしながら、ピン相当部の偏心および体積の配分は、不十分であり、後工程の型鍛造で、ピン部の造形に伴って大きくバリが形成される。さらに、前記特許文献１の予備成形方法では、ウェブとなる部位において、ウエイト部となる部位の体積と、ウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位の体積と、の配分が検討されていない。そのため、後工程の型鍛造工程において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部で、材料の充満性が不十分となり、欠肉が生じ易い。ウエイト部の欠肉を防止するには、簡便には、荒地で余剰の体積を増加させればよい。しかし、この場合、材料歩留りが低下する。以下では、ウエイト部となる部位を「ウエイト相当部」ともいう。ウエイト部を一体で備えるアーム部（ウエイト部を除く）となる部位を「アーム相当部」ともいう。ウエイト相当部とアーム相当部をまとめて「ウェブ相当部」ともいう。
　前記特許文献２の予備成形方法は、ピン相当部を偏心させることができない。ロール成形によるからである。このため、後工程の型鍛造によってピン部を造形する際に大きくバリが形成される。また、前記特許文献２の予備成形方法では、ウェブ相当部でウエイト相当部とアーム相当部との体積配分を行えない。ロール成形によるからである。そのため、後工程の型鍛造工程において、ウエイト部の材料の充満性が不十分となる。その結果、欠肉が生じ易い。
　前記特許文献３の予備成形方法では、転造を実施するための設備が必要となる。そのため、設備費用が高くなり、また、生産効率の向上も難しい。
　前記特許文献４の製造方法では、単一の設備で予備成形および型鍛造を実施するため、ビレットを大きく変形させる予備成形を実施できない。そのため、特許文献４の製造方法では、材料歩留りを向上させることは難しい。
　本発明の目的は、精密な形状の鍛造クランク軸の成形ができ、かつ、材料歩留りを向上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。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる４つのジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される３つのピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
　第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、ビレットのうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、扁平部のうちで第２位置に配置される第２ピン部となる部位を偏心させ、第２ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくする。
　第２予備成形工程では、一対の第２金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第２金型による圧下を開始後、第３金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして第１位置に配置される第１ピン部となる部位および第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させ、第１および第３ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくする工程とを含む。
　最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みと同じである。
　本発明の実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分される。仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。また、本発明によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により精密な形状の荒地を成形できる。そのため、精密な形状の鍛造クランク軸を製造できる。
図１Ａは、一般的な鍛造クランク軸の形状例を模式的に示す全体図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ断面図である。 図１Ｃは、図１Ａの鍛造クランク軸についてピン部の位相を示す図である。 図２Ａは、従来の製造工程におけるビレットを示す模式図である。 図２Ｂは、従来の製造工程におけるロール荒地を示す模式図である。 図２Ｃは、従来の製造工程における曲げ荒地を示す模式図である。 図２Ｄは、従来の製造工程における荒鍛造材を示す模式図である。 図２Ｅは、従来の製造工程における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図２Ｆは、従来の製造工程における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図３Ａは、本実施形態の製造工程例におけるビレットを示す模式図である。 図３Ｂは、本実施形態の製造工程例における初期荒地を示す模式図である。 図３Ｃは、本実施形態の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。 図３Ｄは、本実施形態の製造工程例における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図３Ｅは、本実施形態の製造工程例における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図４Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図４Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図５Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図５Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図６Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図６Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図７Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるアーム相当部を示す横断面図である。 図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるアーム相当部を示す横断面図である。 図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。 図９は、本実施形態の第２金型および第３金型を示す縦断面図である。 図１０は、図９とは異なる本実施形態の第２金型および第３金型を示す縦断面図である。 図１１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程開始時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１１Ｃは、第２予備成形工程の加工フロー例の偏心工程終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１２Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の偏心工程開始時における第３位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１２Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の偏心工程終了時における第３位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１３Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程開始時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１３Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程終了時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１４Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程開始時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１４Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程終了時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１５Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程開始時におけるアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１５Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下工程終了時におけるアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１６は、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量を示す模式図である。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる４つのジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される３つのピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
　第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、ビレットのうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、扁平部のうちで第２位置に配置される第２ピン部となる部位を偏心させ、第２ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくする。
　第２予備成形工程では、一対の第２金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第２金型による圧下を開始後、第３金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして第１位置に配置される第１ピン部となる部位および第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させ、第１および第３ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくする工程とを含む。
　最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みと同じである。
　本実施形態の製造方法によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分されるため、鍛造クランク軸の形状に近い形状である。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。
　また、第２予備成形工程では、ジャーナル部となる部位を圧下する第２金型とは別動の第３金型が第１ピン部となる部位および第３ピン部となる部位を偏心させる。第２金型が第３金型と一体であれば、第１ピン部となる部位および第３ピン部となる部位を偏心させる部分が、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出する。そのため、第３金型と一体である第２金型に初期荒地を配置すれば、初期荒地が傾きやすい。しかし、第３金型が第２金型と別動であれば、第１ピン部となる部位および第３ピン部となる部位を偏心させる第３金型を、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出させないことができる。そのため、第２金型に初期荒地を配置しても、初期荒地は傾きにくい。体積配分された初期荒地が、第２金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくい。なお、アーム部がウエイト部を「一体」で備えるとは、アーム部とウエイト部とが別部品ではなく、１つのビレットから両者が成形されていることを意味する。
　好ましくは、第２予備成形工程では、一対の第２金型による圧下が完了した後、第３金型による第１ピン部となる部位および第３ピン部となる部位の偏心を開始する。
　以下に、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
１．製造工程例
　本実施形態の製造方法が対象とする鍛造クランク軸は、回転中心となる４つのジャーナル部Ｊと、ジャーナル部Ｊに対して偏心した３つのピン部Ｐと、ジャーナル部Ｊとピン部Ｐをつなぐ複数のアーム部Ａと、を備える。３つのピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３にそれぞれ配置される。以下では、第１位置Ｌ１に配置されるピン部を第１ピン部Ｐ１ともいう。第２位置Ｌ２に配置されるピン部を第２ピン部Ｐ２ともいう。第３位置Ｌ３に配置されるピン部を第３ピン部Ｐ３ともいう。第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３の互いの位相角は１２０°である。例えば、前記図１Ａ～図１Ｃに示す３気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸が製造対象である。
　本実施形態の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、仕上げ鍛造工程とを含む。仕上げ鍛造工程の後工程として、バリ抜き工程を追加してもよい。また、必要に応じて、バリ抜き工程の後に、整形工程を追加してもよい。ピン部の配置角度の調整は、仕上げ鍛造工程で行うことができる。あるいは、バリ抜き工程の後に捩り工程を追加し、この捩り工程でピン部の配置角度の調整を行ってもよい。これらの一連の工程は、熱間で実施される。
　図３Ａ～図３Ｅは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造工程例を説明するための模式図である。これらの図のうち、図３Ａはビレットを示す。図３Ｂは初期荒地を示す。図３Ｃは最終荒地を示す。図３Ｄは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｅは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ～図３Ｅは、前記図１Ａ～図１Ｃに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。図３Ｂおよび図３Ｃの左側の図は、正面図である。図３Ｂおよび図３Ｃの右側の図は、ジャーナル部となる部位（以下、「ジャーナル相当部」ともいう）の中心に対する第１、第２および第３ピン部となる部位（以下、「第１ピン相当部」、「第２ピン相当部」および「第３ピン相当部」ともいう）ＰＡ１、ＰＡ２およびＰＡ３の位置を示す。図３Ｄおよび図３Ｅの左側の図は、平面図である。図３Ｄおよび図３Ｅの右側の図は、ジャーナル部の中心に対する第１、第２および第３ピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の位置を示す。また、図３Ｂおよび図３Ｃの右側の図には、最終製品である鍛造クランク軸のピン部の第１位置Ｌ１～第３位置Ｌ３を想像線で示す。
　第１予備成形工程では、第１金型を用いてビレット２２を圧下する。その際の圧下方向は、ビレット２２の軸方向と垂直な方向である。これにより、ビレット２２のうち、３つのピン相当部および４つのジャーナル相当部が押し潰され、それらの部位で断面積を減少させる。これに伴って、ビレット２２に複数の扁平部２３ａが形成される。扁平部２３ａは、ピン相当部およびジャーナル相当部の位置に形成される。
　また、第１予備成形工程では、扁平部２３ａのうち、第２ピン相当部ＰＡ２を圧下方向に沿って偏心させる。このようにしてピン相当部およびジャーナル相当部が絞られることにより、体積が配分された初期荒地２３が得られる。ここで、初期荒地２３の第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかそれよりも小さい。仕上げ寸法の偏心量とは、鍛造クランク軸のピン部の偏心量を意味する。第１予備成形工程は、例えば、後述の加工フロー例に従って実施することができる。
　第２予備成形工程は、圧下工程と、偏心工程とを含む。
　圧下工程では、一対の第２金型を用いて初期荒地２３の複数のジャーナル部となる部位を圧下する。その際の圧下方向は、扁平部の幅方向である。すなわち、圧下方向は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向と垂直な方向である。より具体的には、第２予備成形工程では、第１予備成形工程で得られた初期荒地２３を９０°回転させた後、圧下する。
　偏心工程では、第２金型による圧下を開始後、第３金型を用い、第１位置に配置される第１ピン部となる部位（第１ピン相当部）および第３位置に配置される第３ピン部となる部位（第３ピン相当部）を互いに反対方向に偏心させる。その際の偏心方向は、扁平部の幅方向である。第１および第３ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくする。これにより、鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地２４が得られる。
　最終荒地２４において、第１ピン相当部ＰＡ１の偏心方向と第３ピン相当部ＰＡ３の偏心方向は互いに反対方向である。つまり、最終荒地２４において、第１ピン相当部ＰＡ１と第２ピン相当部ＰＡ２との位相角は９０°である。第３ピン相当部ＰＡ３と第２ピン相当部ＰＡ２との位相角は９０°である。また、第１ピン相当部ＰＡ１と第３ピン相当部ＰＡ３との位相角は１８０°である。また、最終荒地２４において、アーム相当部の軸方向の厚さｔ１（図３Ｃ参照）は、仕上げ寸法の厚さｔ０（図３Ｅ参照）と同じである。仕上げ寸法の厚さｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部の軸方向の厚さを意味する。第２予備成形工程の詳細は、後述する。
　仕上げ鍛造工程では、型鍛造によって最終荒地２４を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する。具体的には、上下に一対の金型が用いられる。最終荒地２４は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が水平面内で並ぶような姿勢で、下型の上に配置される。そして、上型の下降により鍛造が実施される。つまり、鍛造の圧下方向は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向である。これにより、余材の流出に伴ってバリＢが形成され、バリ付きの仕上げ鍛造材２５が得られる（図３Ｄ参照）。仕上げ鍛造材２５には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。最終荒地２４に鍛造クランク軸のおおよその形状が造形されているので、仕上げ鍛造工程において、バリＢの形成を最小限に留めることができる。仕上げ鍛造工程は、１回でもよいし、複数回に分けてもよい。
　バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２５を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材２５からバリＢが除去される。その結果、鍛造クランク軸１１（最終製品）が得られる。
２．第１予備成形工程の加工フロー例
　図４Ａ～図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。これらの図のうち、図４Ａは圧下開始時の状況を示す縦断面図であり、図４Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
　図５Ａおよび図５Ｂは、第２位置に配置されるピン部となる部位（第２ピン相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図５Ａは圧下開始時の状況を示し、図５Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図５Ａは、前記図４ＡのＶＡ－ＶＡ断面図であり、図５Ｂは、前記図４ＢのＶＢ－ＶＢ断面図である。
　図６Ａおよび図６Ｂは、ジャーナル相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図６Ａは圧下開始時の状況を示し、図６Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図６Ａは、前記図４ＡのＶＩＡ－ＶＩＡ断面図であり、図６Ｂは、前記図４ＢのＶＩＢ－ＶＩＢ断面図である。
　図７Ａおよび図７Ｂは、アーム相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図７Ａは圧下開始時の状況を示し、図７Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図７Ａは、前記図４ＡのＶＩＩＡ－ＶＩＩＡ断面図であり、図７Ｂは、前記図４ＢのＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ断面図である。
　図４Ａ～図７Ｂには、丸形の横断面を有するビレット２２（または初期荒地２３）と、上下で一対の第１金型３０とを示す。第１金型３０は、第１上型３１と、第１下型３２とを備える。状況の理解を容易にするため、図５Ａ～図７Ｂには、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂには、圧下開始時の第１上型３１、第１下型３２およびビレット２２を二点鎖線で併記する。一対の第１金型３０は、ピン相当部と当接するピン加工部、および、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部を備える。
　ピン加工部は、図５Ａに太線で示すように、第１上型３１に設けられる上型ピン加工部３１ｂ、および、第１下型３２に設けられる下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレット２２を収容可能である。下型ピン加工部３２ｂは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ピン加工部３２ｂがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
　第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部は、図５Ａおよび図５Ｂに示すような第２ピン相当部と当接するピン加工部と同様である。ただし、圧下方向において、第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、第２ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。
　ジャーナル加工部は、図６Ａに太線で示すように、第１上型３１に設けられる上型ジャーナル加工部３１ａ、および、第１下型３２に設けられる下型ジャーナル加工部３２ａからなる。上型ジャーナル加工部３１ａは、凹状であり、ビレット２２を収容可能である。下型ジャーナル加工部３２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部３２ａがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
　第１予備成形工程では、第１上型３１を上昇させて第１上型３１と第１下型３２を離間させた状態で、ビレット２２を第１上型３１と第１下型３２の間に配置する。この状態から第１上型３１を下降させると、図５Ａに示すように、ビレット２２のうちのピン相当部が凹状の上型ピン加工部３１ｂに収容される。また、図６Ａに示すように、ジャーナル相当部は、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａに収容される。第１上型３１をさらに下降させると、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂ、並びに上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａにより、ビレット２２が圧下される。このため、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積が減少する。その結果、図５Ｂおよび図６Ｂに示すような扁平部２３ａが形成される。
　また、ピン加工部およびジャーナル加工部のうちで第２ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、図４Ａに示すように、第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる。このため、第２ピン相当部は、変形しながら圧下方向に沿って偏心する。そして、第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかそれよりも小さい。第１金型３０による圧下の終了後、第１上型３１を上昇させ、加工済みのビレット２２（初期荒地２３）を取り出す。
　このような加工フロー例を採用すれば、ピン相当部およびジャーナル相当部を圧下してピン相当部およびジャーナル相当部の断面積が減少するのに伴い、ピン相当部およびジャーナル相当部の材料が、ビレット２２の軸方向に移動する。これにより、材料がピン相当部とジャーナル相当部との間のアーム相当部に流入する。その結果、体積が軸方向に配分された初期荒地２３を得ることができる。
　また、第１上型３１を下降させる過程で、凹状の上型ピン加工部３１ｂの開口が、下型ピン加工部３２ｂで塞がれ、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成される（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。また、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａの開口が、下型ジャーナル加工部３２ａで塞がれ、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成される（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。これにより、第１上型３１と第１下型３２の間にバリが形成されることがない。したがって、材料歩留りを向上できるとともに、体積の軸方向の配分を促進できる。
　第１予備成形工程では、後述するように、ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。また、ピン加工部によってピン相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。
　第１予備成形工程では、体積の軸方向の配分を促進する観点から、アーム相当部を第１金型によって圧下しなくてよい。
　扁平部２３ａの横断面において、圧下方向と垂直な方向の幅Ｂｆは圧下方向の厚さｔａよりも大きければよい。例えば、扁平部２３ａの断面形状は楕円状または長円状である（図５Ｂおよび図６Ｂ参照）。扁平部２３ａの幅Ｂｆおよび厚さｔａの寸法は、ジャーナル相当部とピン相当部で異なってもよい。
３．第２予備成形工程で用いられる第２金型および第３金型
　本実施形態の第２予備成形工程では、ジャーナル相当部の圧下と、第１および第３ピン相当部の偏心とを実施する。ジャーナル相当部の圧下と、第１および第３ピン相当部の偏心とは別個の金型によって実施される。
　ジャーナル相当部の圧下と、第１および第３ピン相当部の偏心とを１つの金型で実施すると、以下に示す問題が生じる可能性がある。
　図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。図８を参照して、第２上型４１と第２下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３は第２下型４２上に配置される。上述したように、第２予備成形工程では、第１ピン相当部および第３ピン相当部を偏心させる。初期荒地２３の第１ピン相当部を加工する第２下型４２のピン加工部４２ｈは、下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出している。したがって、第２下型４２に初期荒地２３を配置すると、初期荒地２３は傾きやすい。この状態で、第２金型４０が初期荒地２３を圧下すると、初期荒地２３が傾いているため、初期荒地２３が軸方向に移動しやすい。圧下中に初期荒地２３が移動すると、第２金型４０が圧下する初期荒地２３の位置が、予定の位置からずれる。すなわち、第２金型４０のピン加工部が初期荒地２３のアーム相当部を圧下する等の事態が生じ得る。そのため、圧下後の最終荒地に、欠肉等が生じることがある。これを防止するため、本実施形態の第２予備成形工程では、２つの金型を用いる。
　図９は、本実施形態の第２金型および第３金型を示す縦断面図である。図９を参照して、本実施形態の製造装置は、第２金型４０と第３金型５０とを含む。第３金型５０は、第３上型５１と、第３下型５２とを含む。第３上型５１は、第３ピン相当部を偏心させる。第３下型５２は、第１ピン相当部を偏心させる。第３上型５１および第３下型５２は、第２金型４０とは独立して昇降できる。初期荒地２３の圧下前では、第３下型５２は下型ジャーナル加工部４２ａと同じ高さもしくは下方に配置されている。また、第３上型５１は上型ジャーナル加工部４１ａと同じ高さもしくは上方に配置されている。すなわち、第３上型５１および第３下型５２は上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出していない。したがって、圧下開始前に、第２下型４２に初期荒地２３を配置しても、初期荒地２３はほぼ水平に保たれる。
　また、第２金型４０のジャーナル加工部４１ａ、４２ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第３金型５０による初期荒地２３の偏心が開始される。したがって、第３および第１ピン相当部の偏心中に、ジャーナル加工部４１ａ、４２ａによって初期荒地２３のジャーナル相当部が圧下されている。すなわち、初期荒地２３のジャーナル相当部がジャーナル加工部４１ａ、４２ａによって拘束されている。したがって、ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が傾きにくく、所定の位置で圧下される。
　要するに、第３上型５１および第３下型５２が独立して昇降することおよび初期荒地２３のジャーナル相当部が第３および第１ピン相当部に先行して圧下されることにより、第３および第１ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が軸方向に移動しにくい。体積配分された初期荒地２３が、第２金型４０の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくい。
　第２金型４０および第３金型５０の構成について説明する。第３金型５０は、第３上型５１および第３下型５２を独立して昇降させるために、制御機構を備える。制御機構は、例えばダイクッション、油圧シリンダである。
　図９を参照して、制御機構がダイクッション８１である場合について説明する。第２下型４２はダイクッション８１を介してボルスタベース８２に支持される。ダイクッション８１は緩衝機能を有する。第３上型５１および第３下型５２はピンベース８３を介してボルスタベース８２に支持される。第２金型４０が初期荒地２３を圧下し始めると、ダイクッション８１の緩衝機能により、第３下型５２が第２下型４２から突出し始め、第３上型５１が第２上型４１から突出し始める。ジャーナル加工部４１ａ、４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部に当接した後に、第３下型５２および第３上型５１が初期荒地２３の第１ピン相当部および第３ピン相当部と当接するようにダイクッション８１は設定される。これにより、初期荒地２３の第１ピン相当部および第３ピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
　図１０は、図９とは異なる本実施形態の第２金型および第３金型を示す縦断面図である。図１０を参照して、制御機構が油圧シリンダ８４である場合について説明する。油圧シリンダ８４は、第３上型５１および第３下型５２を昇降させることができる。第３上型５１および第３下型５２は油圧シリンダ８４を介してボルスタベース８２に支持される。第２金型４０が初期荒地２３を圧下し始めると、油圧シリンダ８４が作動し、第３下型５２が第２下型４２から突出し始め、第３上型５１が第２上型４１から突出し始める。ジャーナル加工部４１ａ、４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部に当接した後に、第３下型５２および第３上型５１が初期荒地２３の第１および第３ピン相当部と当接するように油圧シリンダ８４は設定される。これにより、初期荒地２３の第１ピン相当部および第３ピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
　制御機構がダイクッションまたは油圧シリンダのいずれの場合であっても、第３下型５２が第２下型４２から突出するタイミング、および第３上型５１が第２上型４１から突出するタイミングは適宜設定される。すなわち、初期荒地２３の第１および第３ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下開始後から圧下完了までの間に偏心されてもよい。第１および第３ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下完了後に偏心されてもよい。
　第１および第３ピン相当部の偏心を、第１予備成形工程ではなく第２予備成形工程で実施することで、次のような利点がある。第１予備成形工程でビレットの第１および第３ピン相当部の断面積は減少する。すなわち、初期荒地２３の第１および第３ピン相当部の断面積は、ビレットの第１および第３ピン相当部の断面積よりも小さい。そのため、初期荒地２３の第１および第３ピン相当部を偏心させた方が、ビレットの第１および第３ピン相当部を偏心させるよりも、偏心後の第１及び第３ピン相当部の断面積が小さく、余材料が少ない。余材料が少なければ、後工程の仕上げ鍛造工程後のバリの量も少なくて済み、歩留りが良い。したがって、本実施形態の製造方法では、歩留り向上のため、第１および第３ピン相当部の偏心は、第２予備成形工程で実施する。
４．第２予備成形工程の加工フロー例
　図１１Ａ～図１５Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。これらの図のうち、図１１Ａは圧下工程開始時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｂは圧下工程終了時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｃは偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。
　図１２Ａおよび図１２Ｂは、第３ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１２Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図１２Ｂは偏心工程終了時の状況を示す。なお、図１２Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＡ－ＸＩＩＡ断面図であり、図１２Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＢ－ＸＩＩＢ断面図である。
　図１３Ａおよび図１３Ｂは、第２ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１３Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１３Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１３Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＩＡ－ＸＩＩＩＡ断面図であり、図１３Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＩＢ－ＸＩＩＩＢ断面図である。
　図１４Ａおよび図１４Ｂは、ジャーナル相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１４Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１４Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１４Ａは、前記図１１ＡのＸＩＶＡ－ＸＩＶＡ断面図であり、図１４Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＶＢ－ＸＩＶＢ断面図である。
　図１５Ａおよび図１５Ｂは、アーム相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１５Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１５Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１５Ａは、前記図１１ＡのＸＶＡ－ＸＶＡ断面図であり、図１５Ｂは、前記図１１ＣのＸＶＢ－ＸＶＢ断面図である。
　図１２Ａ～図１５Ｂには、前述の第１予備成形工程で得られた初期荒地２３を示す。また、図１２Ａおよび図１２Ｂには第３金型５０を示し、図１３Ａ～図１５Ｂには上下で一対の第２金型４０を示す。第２金型４０は、第２上型４１と、第２下型４２とを備える。状況の理解を容易にするため、図１２Ａ～図１５Ｂには、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。また、図１２Ｂには圧下工程開始時の第２下型４２および第３金型５０を二点鎖線で併記し、図１３Ｂ、図１４Ｂおよび図１５Ｂには第２上型４１および第２下型４２を二点鎖線で併記する。一対の第２金型４０は、初期荒地２３の第２ピン相当部と当接するピン加工部４１ｆおよび４２ｆ、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部４１ａおよび４２ａ、並びに、アーム相当部と当接するアーム加工部４１ｃおよび４２ｃを備える。
　第２金型４０の第２ピン相当部と当接するピン加工部は、第２ピン相当部に対応する位置に設けられる。第２ピン相当部と当接する第２金型４０のピン加工部は、図１３Ａに太線で示すように、第２上型４１に設けられる上型ピン加工部４１ｆ、および、第２下型４２に設けられる下型ピン加工部４２ｆからなる。第２下型４２の下型ピン加工部４２ｆは、凹状であり、初期荒地２３を収容可能である。第２上型４１の上型ピン加工部４１ｆは、凸部の先端面に設けられる。なお、第２金型４０の上型ピン加工部４１ｆおよび下型ピン加工部４２ｆのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、第２上型４１の上型ピン加工部４１ｆが初期荒地を収容可能な凹状であってもよい。
　第３金型５０の第３上型５１は、図１２Ａに太線で示すように、凹状であり、初期荒地２３の扁平部２３ａを収容可能である。第３下型５２（図９参照）では、第３上型５１の上下が反転した構成となる。
　ジャーナル加工部は、図１４Ａに太線に示すように、第２上型４１に設けられる上型ジャーナル加工部４１ａ、および、第２下型４２に設けられる下型ジャーナル加工部４２ａからなる。上型ジャーナル加工部４１ａは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部２３ａを収容可能である。下型ジャーナル加工部４２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地の扁平部を収容可能な凹状であってもよい。
　アーム加工部は、図１５Ａに太線で示すように、第２上型４１に設けられる上型アーム加工部４１ｃ、および、第２下型４２に設けられる下型アーム加工部４２ｃからなる。アーム加工部の横断面形状は、図１５Ａに太線で示すように、上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃのうちの一方が全体として凹状である。例えば図１５Ａに示すように、下型アーム加工部４２ｃが全体として凹状であり、他方の上型アーム加工部４１ｃは、平面状である。なお、上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃのいずれを凹状とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。
　鍛造クランク軸のアーム部がウエイト部を含む場合、下型アーム加工部４２ｃは、ウエイト部となる部位（ウエイト相当部）と当接するウエイト加工部４２ｅを有する。ウエイト加工部４２ｅは凹状の下型アーム加工部４２ｃの開口側に位置する。ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｐは、凹状の下型アーム加工部４２ｃの底面から遠ざかるに従って広くなる。例えば図１５Ａに示すように、ウエイト加工部４２ｅは、両側面がいずれも傾斜面である。
　第２予備成形工程では、アーム相当部の軸方向の厚さｔ１を仕上げ寸法の厚さｔ０と同じにする（図３Ｃおよび図３Ｅ参照）。このため、上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃの軸方向の長さは、アーム部の仕上げ寸法の厚さと同じである。
　第２予備成形工程では、第２上型４１を上昇させて第２上型４１と第２下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３を第２上型４１と第２下型４２の間に配置する。その際、扁平部の幅方向（楕円の場合は長径方向）が圧下方向となるように、初期荒地２３は、第１予備成形工程の終了時における状態から軸回りに９０°回転した姿勢で配置される。このため、第２金型４０による圧下方向は、第２ピン相当部の偏心方向と垂直な方向となる。
　この状態から第２上型４１を下降させる。すると、図１３Ａおよび図１４Ａに示すように、初期荒地２３の扁平部が第２下型４２のピン加工部４２ｆ、第２上型４１の上型ジャーナル加工部４１ａに収容される。アーム部がウエイト部を含む場合、図１５Ａに示すように、アーム相当部は、下型アーム加工部４２ｃの底面と接触することなく、アーム相当部の大部分が下型アーム加工部４２ｃのうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。
　第２上型４１をさらに下降させると、上型ジャーナル加工部４１ａと下型ジャーナル加工部４２ａとによって閉断面が形成される。この状態で、第２上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、図１４Ｂに示すように、上型ジャーナル加工部４１ａと下型ジャーナル加工部４２ａとの内部の扁平部２３ａが圧下される。また、図１３Ｂに示すように第２上型４１の上型ピン加工部４１ｆと第２下型４２の下型ピン加工部４２ｆとの内部の扁平部２３ａが圧下される。このようにして初期荒地２３の扁平部２３ａが第２金型によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部および第２ピン相当部で断面積が減少する。これに伴い、余剰となった材料が軸方向に流動してアーム相当部に流入し、体積の配分が進行する。
　第２金型４０による圧下開始後、第３金型５０の第３下型５２および第３上型５１が、第１ピン相当部および第３ピン相当部を偏心させる。第１ピン相当部および第３ピン相当部はともに、第２金型４０の圧下方向に沿って偏心する。しかし、第１ピン相当部の偏心方向は第３ピン相当部の偏心方向と反対である。そして、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくなる。一方、第２ピン相当部は第２金型４０の圧下方向と垂直な方向に位置しており、偏心しない。そのため、第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じのままかそれよりも小さい。
　図１６は、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量を示す模式図である。図１６は、鍛造クランク軸の軸方向から見た図である。図１６を参照して、３気筒エンジンの鍛造クランク軸の第１ピン部が配置される第１位置Ｌ１と第２ピン部が配置される第２位置Ｌ２との位相差は１２０°である。しかしながら、第２予備成形工程で得られた最終荒地の第１ピン相当部の位置ＰＡ１と第２ピン相当部の位置ＰＡ２との位相差は９０°である。そのため、第２予備成形工程後に第１ピン相当部を、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃに対してさらに偏心させる。これにより、最終製品である鍛造クランク軸では、第１位置Ｌ１と第２位置Ｌ２との位相差が１２０°とされる。
　第１ピン部の偏心量（仕上げ寸法）は、第１位置Ｌ１の中心とジャーナル部の軸心Ｃとの距離Ｅ０である。したがって、ジャーナル部の軸心位置Ｃ、第１ピン相当部ＰＡ１の位置の中心、および第１位置Ｌ１の中心からなる直角三角形を仮想すると、偏心工程での第１ピン相当部ＰＡ１の偏心量Ｅｂは、第１ピン部の偏心量Ｅ０の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さい。第１ピン相当部の偏心量Ｅｂが第１ピン部の偏心量Ｅ０の（√３）／２よりも大きければ、後の仕上げ鍛造工程で第１ピン相当部を第１位置Ｌ１まで偏心させることは困難である。なぜなら、圧下方向（図１６の左右方向）と平行ではない方向に沿って第１ピン相当部を第１位置Ｌ１まで偏心させなければならないからである。なお、第１ピン相当部の偏心量Ｅｂが第１ピン部の偏心量Ｅ０の（√３）／２よりも小さい場合、後の仕上げ鍛造工程を複数回実施する。たとえば、１回目の仕上げ鍛造工程で第１ピン相当部の偏心量Ｅｂを第１ピン部の偏心量Ｅ０の（√３）／２まで偏心させる。２回目の仕上げ鍛造工程で第１ピン相当部ＰＡ１の位置を第１位置Ｌ１まで偏心させる。第３ピン相当部も同様である。
　第２金型４０による圧下および第３金型５０による偏心の終了後、第２上型４１および第３上型５１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（最終荒地２４）を取り出す。このようにして得られる最終荒地２４において、アーム相当部の厚さは、仕上げ寸法の厚さと同じである。
　第２予備成形工程によれば、第１ピン相当部および第３ピン相当部をそれぞれ偏心させることができる。また、第２ピン相当部およびジャーナル相当部からアーム相当部に材料を流動させることにより、体積を軸方向に配分できる。その結果、材料歩留りを向上できる。また、アーム部がウエイト部を含む場合、ウエイト部で欠肉が生じるのを抑制できる。さらに、第３金型５０の第３上型５１および第３下型５２が独立して昇降すること、および初期荒地２３のジャーナル相当部がピン相当部に先行して圧下されることにより、ピン相当部の偏心中に初期荒地が傾きにくい。これにより、体積配分された初期荒地が、第２金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくい。
５．好ましい態様等
　第１予備成形工程によって第２ピン相当部を偏心させる量（ｍｍ）、すなわち初期荒地２３（最終荒地２４）の第２ピン相当部の偏心量Ｅａ（ｍｍ）は、仕上げ寸法の偏心量（鍛造クランク軸のピン相当部の偏心量）Ｅ０（ｍｍ）の２０％以上とするのが好ましい。より好ましくは仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の５０％以上であり、最も好ましくは仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の１００％である。第２ピン相当部の偏心量Ｅａが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０よりも小さいと、仕上げ鍛造によって第２ピン相当部をさらに偏心させる必要がある。そのため、疵が発生するかもしれない。上記の実施形態では、第２ピン相当部の偏心量Ｅａが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０と同じ（１００％）である場合を示す。
　第２予備成形工程によって第１および第３ピン相当部を偏心させる量、すなわち、最終荒地２４の第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂ（ｍｍ）は、仕上げ寸法の偏心量Ｅ０（ｍｍ）の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくすることが好ましい。上記の実施形態では、第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の（√３）／２と同じである場合を示す。ただし、ピン部用彫刻部への材料の充満性を確保する観点から、最終荒地２４の第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂは、仕上げ寸法の偏心量Ｅ０に対する比（Ｅｂ／（（√３）／２×Ｅ０））で、（１．０－Ｄｐ／２／（（√３）／２×Ｅ０））以上とするのが好ましい。ここでＤｐは、仕上げ寸法のピン部の直径（鍛造クランク軸のピン部の直径）を意味する。同様の観点から、最終荒地２４の第１および第３ピン相当部の断面積Ｓｐｂ（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ２）に対する比（（Ｓｐｂ）／Ｓｐ０）で、０．７以上１．５以下とするのが好ましく、より好ましくは０．７５以上１．１以下とするのが好ましい。
　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ことは言うまでもない。
　本発明は、３気筒の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。
　１１　鍛造クランク軸
　２２　ビレット
　２３　初期荒地
　２３ａ　扁平部
　２４　最終荒地
　２５　仕上げ鍛造材
　３０　第１金型
　３１　第１上型
　３１ａ　第１金型の上型ジャーナル加工部
　３１ｂ　第１金型の上型ピン加工部
　３２　第１下型
　３２ａ　第１金型の下型ジャーナル加工部
　３２ｂ　第１金型の下型ピン加工部
　４０　第２金型
　４１　第２上型
　４１ａ　第２金型の上型ジャーナル加工部
　４１ｃ　第２金型の上型アーム加工部
　４１ｆ　第２金型の上型ピン加工部
　４２　第２下型
　４２ａ　第２金型の下型ジャーナル加工部
　４２ｃ　第２金型の下型アーム加工部
　４２ｅ　ウエイト加工部
　４２ｆ　第２金型の下型ピン加工部
　４２ｈ　第２下型のピン加工部
　５０　第３金型
　５１　第３上型
　５２　第３下型
　Ａ、Ａ１～Ａ６　クランクアーム部
　Ｊ、Ｊ１～Ｊ４　ジャーナル部
　Ｐ、Ｐ１～Ｐ３　ピン部
　Ｗ、Ｗ１～Ｗ４　カウンターウエイト部
　ＰＡ、ＰＡ１～ＰＡ３　ピン相当部
　Ｂ　バリ

Claims (2)

  1. 　回転中心となる４つのジャーナル部と、前記ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される３つのピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法であって、
    　当該製造方法は、
    　ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、
    　前記初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、
    　少なくとも１回の型鍛造によって前記最終荒地を前記鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含み、
    　前記第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、前記ビレットのうちの前記ピン部となる部位、および前記ジャーナル部となる部位を、前記ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、前記扁平部のうちで前記第２位置に配置される第２ピン部となる部位を偏心させ、前記第２ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくし、
    　前記第２予備成形工程では、一対の第２金型を用い、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして前記複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、前記第２金型による圧下を開始後、第３金型を用い、前記扁平部の幅方向を偏心方向にして前記第１位置に配置される第１ピン部となる部位および前記第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させ、前記第１および第３ピン部となる部位の偏心量を仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくする工程とを含み、
    　前記最終荒地は、前記複数のクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みと同じである、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であって、
    　前記第２予備成形工程では、前記一対の第２金型による圧下が完了した後、前記第３金型による前記第１ピン部となる部位および前記第３ピン部となる部位の偏心を開始する、鍛造クランク軸の製造方法。
     
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