WO2019155847A1 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

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WO2019155847A1
WO2019155847A1 PCT/JP2019/001403 JP2019001403W WO2019155847A1 WO 2019155847 A1 WO2019155847 A1 WO 2019155847A1 JP 2019001403 W JP2019001403 W JP 2019001403W WO 2019155847 A1 WO2019155847 A1 WO 2019155847A1
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WO
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pin
journal
billet
mold
die
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PCT/JP2019/001403
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English (en)
French (fr)
Inventor
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
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
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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
    • B21J5/02—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
    • 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
    • F16C3/08—Crankshafts made in one piece

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a crankshaft by hot forging.
  • crankshaft In a reciprocating engine such as an automobile, a motorcycle, an agricultural machine, or a ship, a crankshaft is indispensable for converting the reciprocating motion of the piston into a rotational motion and taking out the power.
  • the crankshaft can be manufactured by die forging or casting.
  • a crankshaft manufactured by die forging hereinafter also referred to as “forged crankshaft”.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are schematic views showing an example of the shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1A is an overall view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A.
  • one crank arm portion A7, a counterweight portion W7 integrated with the crank arm portion A7, and a pin portion P4 and a journal portion J4 connected to the crank arm portion A7 are typically shown.
  • the forged crankshaft 11 shown in FIGS. 1A and 1B is a forged crankshaft of a 4-cylinder-8-counter weight mounted on a 4-cylinder engine.
  • the forged crankshaft 11 includes five journal portions J1 to J5, four pin portions P1 to P4, a front portion Fr, a flange portion Fl, and eight crank arm portions (hereinafter also referred to as “arm portions”).
  • A1 to A8 The arm portions A1 to A8 connect the journal portions J1 to J5 and the pin portions P1 to P4, respectively.
  • the eight (all) arm portions A1 to A8 are integrally provided with counterweight portions (hereinafter also referred to as “weight portions”) W1 to W8.
  • a front portion Fr is provided at the front end of the forged crankshaft 11 in the axial direction, and a flange portion Fl is provided at the rear end.
  • the front part Fr is connected to the first first journal part J1, and the flange part Fl is connected to the last fifth journal part J5.
  • journal portions J1 to J5, the pin portions P1 to P4, the arm portions A1 to A8, and the weight portions W1 to W8 are collectively referred to, the reference numerals are “J” for the journal portion and “P” for the pin portion. Also, “A” for the arm portion and “W” for the weight portion. Further, the arm part A and the weight part W integrated with the arm part A are collectively referred to as a “web”.
  • the width Bw of the weight part W is larger than the width Ba of the arm part A. For this reason, the weight part W protrudes largely from the arm part center plane (surface including the center axis of the pin part P and the center axis of the journal part J).
  • a billet is generally used as a starting material.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet that is, the cross section, is round or square.
  • the area of the cross section is constant over the entire length of the billet.
  • the “transverse section” means a section having the normal direction in the longitudinal direction of each billet or each later-described wasteland or the axial direction of the forged crankshaft.
  • the “longitudinal cross section” means a cross section parallel to the longitudinal direction of the billet or each wasteland described later or the axial direction of the forged crankshaft and parallel to the vertical direction.
  • the area of the cross section is also simply referred to as “cross-sectional area”.
  • a forged crankshaft is manufactured by going through a preforming step, a die forging step, and a deburring step in that order. If necessary, a shaping process is performed after the deburring process.
  • a preforming process includes each process of roll forming and bending.
  • the die forging process includes roughing and finishing processes.
  • FIG. 2A to FIG. 2F are schematic diagrams 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 bent wasteland.
  • FIG. 2D shows the rough forging.
  • FIG. 2E shows the finished forging.
  • FIG. 2F shows a forged crankshaft.
  • 2A to 2F show a series of steps in manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIGS. 1A and 1B.
  • a method for manufacturing the forged crankshaft 11 will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • roll forming for example, the billet 12 is rolled and squeezed using a perforated roll. Thereby, the volume of the billet 12 is distributed in the axial direction, and the roll wasteland 13 as an intermediate material is obtained (see FIG. 2B).
  • the roll wasteland 13 is partially pressed from the direction perpendicular to the axial direction. Thereby, the volume of the roll wasteland 13 is distributed and the bending wasteland 14 which is the further intermediate material is obtained (refer FIG. 2C).
  • the rough forged material 15 is obtained by forging the bent rough ground 14 up and down using a pair of molds (see FIG. 2D).
  • the rough forged material 15 is formed with the approximate shape of the forged crankshaft 11 (final product).
  • the finish punching process the rough forging material 15 is forged using a pair of dies up and down to obtain the finished forging material 16 (see FIG. 2E).
  • the finished forged material 16 is shaped to match the forged crankshaft 11 of the final product.
  • surplus material flows out from between the mold splitting faces of the molds facing each other, and the surplus material becomes burr B. For this reason, both the rough forging material 15 and the finish forging material 16 have large burrs B around them.
  • the burrs B are punched out with a cutter tool while the finished forging material 16 with burrs is held between a pair of molds. Thereby, the burr
  • the forged material without burrs has substantially the same shape as the forged crankshaft 11 shown in FIG. 2F.
  • the key points of the burr-free forging material are slightly lowered from above and below with a mold, and the burr-free forging material is corrected to the dimensional shape of the final product.
  • the key points of the burr-free forging material are, for example, the shaft portion such as the journal portion J, the pin portion P, the front portion Fr, the flange portion Fl, the arm portion A, and the weight portion W.
  • the forged crankshaft 11 is manufactured.
  • FIGS. 2A to 2F can be applied to various forged crankshafts as well as the forged crankshaft of the 4-cylinder-8-counterweight shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the present invention can also be applied to a forged crankshaft having a 4-cylinder-4 counterweight.
  • some of the eight arm portions A1 to A8 are integrally provided with a weight portion W.
  • the first arm portion A1 at the beginning, the eighth arm portion A8 at the tail end, and the two central arm portions (the fourth arm portion A4 and the fifth arm portion A5) integrally have the weight portion W.
  • the remaining arm portions, specifically, the second, third, sixth and seventh arm portions (A2, A3, A6 and A7) do not include the weight portion, and the shape thereof is an oval shape. Become.
  • the manufacturing process is the same for forged crankshafts mounted on 3-cylinder engines, in-line 6-cylinder engines, V-type 6-cylinder engines, 8-cylinder engines, and the like.
  • a twist process is added after a deburring process.
  • the main purpose of the preforming process is to allocate 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 waste land obtained by the pre-molding is formed into a forged crankshaft in a subsequent die forging process.
  • Patent Document 1 discloses a preforming method using a pair of upper mold and lower mold. In the preforming method, when the rod-shaped workpiece is rolled down by the upper mold and the lower mold, a part of the workpiece is extended in the axial direction and the part is offset with respect to the axis. Thereby, in patent document 1, since extending and bending can be implemented simultaneously, it is supposed that capital investment can be reduced.
  • Patent Document 2 uses a 4-pass high-speed roll facility instead of the conventional 2-pass roll facility.
  • the cross-sectional area of the roll wasteland is determined according to the distribution of the cross-sectional areas of the weight part, the arm part, and the journal part of the forged crankshaft (final product).
  • Patent Document 3 a part of the billet volume is distributed in the axial direction and the radial direction of the billet by rolling.
  • a forged crankshaft is obtained by die forging the volume-distributed billet.
  • a billet is formed on a forged crankshaft by one die forging using a pair of upper die, lower die and punch.
  • a region to be a journal portion and a region to be a pin portion of the billet are reduced by a punch that operates separately.
  • the volume of the billet is distributed by the reduction.
  • die forging is performed by the upper die and the lower die. That is, preforming and die forging can be performed in one step.
  • the portion that becomes the weight portion is also referred to as a “weight equivalent portion”.
  • a portion serving as an arm portion (excluding the weight portion) integrally including the weight portion is also referred to as an “arm equivalent portion”.
  • the weight equivalent part and the arm equivalent part are collectively referred to as “web equivalent part”.
  • Patent Document 3 requires equipment for performing rolling. Therefore, the equipment cost is high and it is difficult to improve the production efficiency.
  • Patent Document 4 since preforming and die forging are performed with a single facility, it is not possible to perform preforming that greatly deforms the billet. Therefore, it is difficult to improve the material yield in the manufacturing method of Patent Document 4.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a forged crankshaft capable of forming a forged crankshaft having a precise shape and improving the material yield.
  • a method for manufacturing a forged crankshaft according to the present embodiment is a method for manufacturing a forged crankshaft including a journal portion serving as a rotation center, a pin portion eccentric with respect to the journal portion, and a crank arm portion connecting the journal portion and the pin portion. Is the method.
  • the forged crankshaft manufacturing method of the present embodiment includes a first preliminary forming step for obtaining an initial wasteland from a billet, a second preliminary forming step for obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging the final wasteland by at least one die forging. And a finishing forging process for forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the first pre-forming step uses a pair of first molds and reduces the cross-sectional area of the journal portion by reducing the bill portion of the billet from the direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the flat portion is pressed down in the initial waste land, with the width direction of the flat portion being the down direction.
  • the thickness of the portion that becomes the crank arm portion 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 wasteland in which the volume distribution in the axial direction is promoted by the first preforming step and the second preforming step. Further, in the final wasteland, the volume of the part that becomes the journal part, the volume of the part that becomes the pin part, and the volume of the part that becomes the arm part are appropriately distributed.
  • the shape of the forged crankshaft can be formed from the final waste land by the finish forging process. Thus, the material yield can be improved. Further, according to the present invention, it is possible to form a precisely shaped rough ground by the first pre-forming step and the second pre-forming step. Therefore, a forged crankshaft with a precise shape can be manufactured.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of an overall shape of a general forged crankshaft.
  • 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a schematic view showing a billet in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a roll wasteland in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2C is a schematic diagram showing a bent wasteland in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2D is a schematic diagram showing a rough forged material in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2E is a schematic diagram showing a finished forged material in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2F is a schematic diagram showing a forged crankshaft in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of an overall shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IB-I
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing a billet in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic diagram illustrating an initial wasteland in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3C is a schematic diagram illustrating a final wasteland in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3D is a schematic diagram illustrating a finish forged material in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3E is a schematic view showing a forged crankshaft in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a case where the first preforming step is performed with one mold.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a first mold and a second mold of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a first mold and a second mold of the present embodiment different from FIG.
  • FIG. 7A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the start of the flat portion forming process in the example of the processing flow of the first preforming process.
  • FIG. 7B is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the end of the flat part forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7C is a longitudinal sectional view showing a situation at the end of the eccentric process in the example of the processing flow of the first preforming process.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion at the start of the flat portion forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion at the end of the flat portion forming step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion at the start of the eccentric step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion at the end of the eccentric step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a portion that becomes an arm portion at the start of the flat portion forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a portion that becomes an arm portion at the end of the flat portion forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 11A is a longitudinal sectional view schematically showing a state before reduction in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of rolling in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 12A is a transverse cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion before reduction in the processing flow example of the second preforming step.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion at the end of reduction in the processing flow example of the second preforming step.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion before reduction in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion at the end of rolling in the processing flow example of the second preforming step.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing the arm-corresponding portion before reduction in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • FIG. 14B is a transverse cross-sectional view showing the arm-corresponding portion at the end of the rolling in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • a method for manufacturing a forged crankshaft according to the present embodiment is a method for manufacturing a forged crankshaft including a journal portion serving as a rotation center, a pin portion eccentric with respect to the journal portion, and a crank arm portion connecting the journal portion and the pin portion. Is the method.
  • the forged crankshaft manufacturing method of the present embodiment includes a first preliminary forming step for obtaining an initial wasteland from a billet, a second preliminary forming step for obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging the final wasteland by at least one die forging. And a finishing forging process for forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the first pre-forming step uses a pair of first molds and reduces the cross-sectional area of the journal portion by reducing the bill portion of the billet from the direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the flat portion is pressed down in the initial waste land, with the width direction of the flat portion being the down direction.
  • the thickness of the portion that becomes the crank arm portion is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the manufacturing method of the present embodiment it is possible to obtain the final wasteland in which the axial volume distribution is promoted by the first preforming step and the second preforming step. Further, in the final wasteland, the volume of the part that becomes the journal part, the volume of the part that becomes the pin part, and the volume of the part that becomes the arm part are appropriately distributed. Therefore, the final waste land having a shape close to the shape of the forged crankshaft can be obtained also in the second preforming step. And the shape of a forge crankshaft can be modeled from the final waste land by a finish forging process. Thus, the material yield can be improved.
  • the part where the second mold, which is different from the first mold that compresses the part serving as the journal part is decentered. If the first mold is integrated with the second mold, the part that decenters the part that becomes the pin part protrudes from the part that depresses the part that becomes the journal part. Therefore, if molding is started, only the portion that becomes the pin portion is eccentric, and the billet is likely to be bent. However, if the second mold is moved separately from the first mold, the second mold that decenters the portion that becomes the pin portion can be prevented from protruding beyond the portion that lowers the portion that becomes the journal portion.
  • the portion that becomes the journal portion is reduced, and the portion that becomes the pin portion can be eccentric after the portion that becomes the journal portion is reduced. Therefore, the billet is difficult to bend during the eccentricity of the portion that becomes the pin portion. Since the billet is rolled down at a predetermined position of the first mold, it is difficult to cause a lack of thickness or the like in the initial wasteland after the rolling down.
  • the eccentricity of the portion that becomes the pin portion by the second die is started.
  • the amount of eccentricity of the portion that becomes the pin portion is equal to or smaller than the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • forged crankshaft targeted by the manufacturing method of the present embodiment includes a journal portion J that is a rotation center, a pin portion P that is eccentric with respect to the journal portion J, and an arm that connects the journal portion J and the pin portion P.
  • the forged crankshaft may include a plurality of journal portions J, a plurality of pin portions P, and a plurality of arm portions A.
  • the forged crankshaft 11 of the 4-cylinder-8-counterweight shown in FIGS. 1A and 1B is an object to be manufactured.
  • all of the plurality of arm portions A are integrally provided with a weight portion W.
  • the forged crankshaft and the like of the above-mentioned 4-cylinder / four-piece counterweight are also manufactured.
  • a part of the plurality of arm portions A includes a weight portion W integrally. Further, all the arm portions A may not include the weight portion W.
  • the shape of the arm portion A that does not include the weight portion W is oval.
  • 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 subsequent process of the finish forging process.
  • you may add a shaping process after a deburring process as needed. If adjustment of the pin portion arrangement angle is necessary, a twisting step may be added after the deburring step.
  • FIG. 3A to 3E are schematic views for explaining an example of a manufacturing process of the forged crankshaft of the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a billet.
  • FIG. 3B shows the initial wasteland.
  • FIG. 3C shows the final wasteland.
  • FIG. 3D shows the finished forging.
  • FIG. 3E shows a forged crankshaft.
  • 3A to 3E show a series of steps when manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIG. 1A.
  • the first preforming process includes a flat part forming process and an eccentric process.
  • a portion (hereinafter also referred to as “journal equivalent portion”) that becomes the journal portion of the billet 22 is reduced using a pair of first molds. Thereby, the cross-sectional area of the journal equivalent portion is reduced. Accordingly, a flat portion 23a is formed at the position of the billet corresponding to the journal. As shown in FIG. 8B to be described later, the flat portion 23a has a width Bf in the direction perpendicular to the rolling-down direction larger than the thickness ta in the rolling-down direction. Thus, the initial wasteland 23 to which the volume is allocated is obtained.
  • a portion (hereinafter also referred to as “pin equivalent portion”) that becomes a pin portion is eccentric using the second mold.
  • the reduction direction and the eccentric direction are directions perpendicular to the billet axial direction.
  • the pin equivalent portion and the flat portion 23a (journal equivalent portion) of the initial wasteland 23 are reduced.
  • the reduction direction is the width direction of the flat portion 23a. That is, in the second pre-forming step, the initial waste land 23 obtained in the first pre-forming step is rotated 90 ° around the axial direction and then reduced. Thereby, the final wasteland 24 in which the approximate shape of the forged crankshaft is formed is obtained.
  • the axial thickness t1 (see FIG. 3C) of the arm-corresponding portion is the same as the finished dimension thickness t0 (see FIG. 3E).
  • the finished dimension thickness t0 means the axial thickness of the arm portion of the forged crankshaft 11 (final product).
  • the amount of eccentricity of the pin-corresponding portion of the final wasteland 24 is the same as or smaller than the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • the amount of eccentricity of the finishing dimension means the amount of eccentricity of the pin portion of the forged crankshaft. Details of the second preforming step will be described later.
  • the final waste land 24 is formed into the finished dimensions of the forged crankshaft by die forging, as in the conventional finish punching process described above. Specifically, a pair of upper and lower molds are used. The final wasteland 24 is disposed on the lower mold in such a posture that the pin-corresponding portions are arranged in a horizontal plane. Then, forging is performed by lowering the upper die. Thereby, the burr
  • the finishing forging process may be performed once or divided into a plurality of times.
  • the burrs B are punched out with a blade mold in a state where the finished forged material 25 with burrs is held between a pair of molds. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 25. As a result, a forged crankshaft 11 (final product) is obtained.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a case where the first preforming step is performed with one mold.
  • billet 22 is arranged on first lower mold 42 in a state where first upper mold 41 and first lower mold 42 are separated from each other.
  • the pin equivalent portion is eccentric.
  • a lower pin processing portion 42b of the first lower die 42 for processing the pin corresponding portion of the billet 22 protrudes from the lower die journal processing portion 42a. Therefore, when the billet 22 is disposed on the first lower mold 42, the billet 22 is supported at two points by the two lower mold pin machining portions 42b. Further, the upper pin processing portion 41b of the first upper mold 41 is disposed closer to the end side of the billet 22 than the lower mold pin processing portion 42b.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the first mold and the second mold of the present embodiment.
  • the manufacturing apparatus of the present embodiment includes a first mold 40 and a second mold 50.
  • the second mold 50 includes a second upper mold 51 and a second lower mold 52.
  • the second mold 50 includes two second upper dies 51 and two second lower dies 52.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 can be moved up and down independently of the first mold 40.
  • the second lower die 52 is disposed at the same height or below the lower die journaling portion 42a, and the second upper die 51 is disposed at the same height or above the upper die journaling portion 41a. ing.
  • the second lower mold 52 and the second upper mold 51 do not protrude from the lower mold journal processing section 42a and the upper mold journal processing section 41a. Therefore, even if the billet 22 is arranged on the first lower mold 42 before the start of the reduction, the billet 22 is not supported by the second lower mold 52.
  • the billet 22 is supported by a plurality of lower journal processing portions 42a.
  • the area where the plurality of lower mold journal processing portions 42a support the billet 22 is wider than the area where the second lower mold 52 supports the billet.
  • the eccentricity of the pin equivalent portion of the billet 22 by the second lower die 52 of the second die 50 is started.
  • the eccentricity of the pin-corresponding portion of the billet 22 by the second upper die 51 of the second die 50 is started. Therefore, during the eccentricity of the pin equivalent part, the journal equivalent part of the billet 22 is pressed down by the upper die journaling part 41a and the lower die journaling part 42a. That is, the journal equivalent portion of the billet 22 is constrained by the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a. Therefore, the billet 22 hardly moves during the eccentricity of the pin equivalent part, and the pin equivalent part can be eccentric in a stable state.
  • the eccentricity of the pin-corresponding portion by the second mold 50 is performed on the billet 22. Therefore, wrinkles due to the second mold 50 are unlikely to occur in the pin equivalent part or the arm equivalent part. More specifically, it is assumed that the eccentricity of the pin-corresponding portion by the second mold 50 is performed on the pre-formed (volume distribution to some extent) rough land. Since the pin and the arm portion are formed to some extent in the preformed wasteland, the second mold 50 contacts the region other than the pin equivalent portion when the placement of the preformed wasteland on the first lower mold 42 is shifted. there's a possibility that. In this case, wrinkles may remain in the arm equivalent part.
  • the eccentricity of the pin equivalent portion by the second mold 50 is performed on the billet 22. Since the billet 22 is not preformed, the manufacturing method according to the present embodiment hardly causes wrinkles as in the case where the preform-corresponding pin portion of the rough ground is eccentric.
  • the second upper die 51 and the second lower die 52 are moved up and down independently, and the journal equivalent portion of the billet 22 is squeezed prior to the pin equivalent portion, so that the pin equivalent portion is being eccentric.
  • the billet 22 is difficult to bend.
  • the billet 22 is crushed at a predetermined position of the first mold 40, so that it is difficult for a lack of thickness or the like to occur in the initial wasteland after the tumbling.
  • the pin-corresponding portion is decentered with respect to the billet 22 instead of the preformed wasteland, the pin-corresponding portion or the arm-corresponding portion is unlikely to be wrinkled.
  • the configuration of the first mold 40 and the second mold 50 will be described.
  • the second mold 50 includes a control mechanism for raising and lowering the second upper mold 51 and the second lower mold 52 independently.
  • the control mechanism is, for example, a die cushion or a hydraulic cylinder.
  • the first lower mold 42 is supported by the bolster base 82 via the die cushion 81.
  • the die cushion 81 has a buffer function.
  • the second lower mold 52 is supported on the bolster base 82 via the pin base 83.
  • the die cushion 81 is set so that the second lower mold 52 contacts the pin corresponding portion of the billet 22 after the upper mold journal processing portion 41a and the lower mold journal processing portion 42a contact the journal corresponding portion of the billet 22. .
  • the pin equivalent part of the billet 22 is eccentric after the start of the reduction of the journal equivalent part.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a first mold and a second mold of the present embodiment different from FIG.
  • the case where the control mechanism is a hydraulic cylinder 84 will be described with reference to FIG.
  • the hydraulic cylinder 84 can raise and lower the second lower mold 52.
  • the second lower mold 52 is supported on the bolster base 82 via a hydraulic cylinder 84.
  • the hydraulic cylinder 84 is set so that the second lower mold 52 contacts the pin corresponding portion of the billet 22 after the upper mold journal processing portion 41a and the lower mold journal processing portion 42a contact the journal corresponding portion of the billet 22. .
  • the pin equivalent part of the billet 22 is eccentric after the start of the reduction of the journal equivalent part.
  • the timing at which the second lower mold 52 protrudes from the first lower mold 42 is appropriately set.
  • the pin equivalent portion may be eccentric from the start of the reduction of the journal equivalent portion to the completion of the reduction.
  • the pin equivalent portion may be eccentric after completion of the reduction of the journal equivalent portion.
  • FIGS. 7A to 10B are schematic diagrams illustrating a processing flow example of the first pre-forming process.
  • FIG. 7A is a longitudinal sectional view showing the situation at the start of the flat part forming process
  • FIG. 7B is a longitudinal sectional view showing the situation at the end of the flat part forming process
  • FIG. 7C is an eccentric process. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the condition at the time of completion
  • FIG. 8A and 8B are cross-sectional views showing a journal equivalent part.
  • FIG. 8A shows the situation at the start of the flat part forming process
  • FIG. 8B shows the situation at the end of the flat part forming process.
  • 8A is a sectional view taken along the line VIIIA-VIIIA in FIG. 7A
  • FIG. 8B is a sectional view taken along the line VIIIB-VIIIB in FIG. 7C.
  • FIG. 9A and 9B are cross-sectional views showing a pin equivalent portion. Of these figures, FIG. 9A shows the situation at the start of the eccentric process, and FIG. 9B shows the situation at the end of the eccentric process. 9A is a sectional view taken along the line IXA-IXA in FIG. 7A, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line IXB-IXB in FIG. 7C.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are cross-sectional views showing the arm equivalent part.
  • FIG. 10A shows the situation at the start of the flat part forming process
  • FIG. 10B shows the situation at the end of the flat part forming process.
  • 10A is a cross-sectional view taken along the line XA-XA in FIG. 7A
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line XB-XB in FIG. 7C.
  • FIG. 9A and 9B show the billet 22 and the second mold 50.
  • the first die 40 or the second die 50 and the billet 22 at the start of the reduction are shown together with a two-dot chain line, and the journal equivalent part Is shown by a black circle.
  • the pair of first molds 40 includes an upper mold journal processing section 41a and a lower mold journal processing section 42a that come into contact with the journal equivalent section.
  • the pair of first dies 40 includes an upper mold arm processing portion 41 c and a lower mold arm processing portion 42 c that come into contact with the arm corresponding portion of the billet 22.
  • the second mold 50 includes a second upper mold 51 and a second lower mold 52.
  • One second upper mold 51 is in contact with a portion to be the first pin portion (first pin equivalent portion), and the other second upper die 51 is to have a portion to be the fourth pin portion (fourth pin equivalent portion).
  • One second lower mold 52 is in contact with a portion to be a second pin portion (second pin equivalent portion), and the other second lower die 52 is a portion to be a third pin portion (third pin equivalent portion). Abut.
  • one pin equivalent portion may be eccentric in the first preforming step, or two or more pin equivalent portions may be eccentric. What is necessary is just to decenter the pin equivalent part which was not decentered in the 1st preforming process by a well-known method in a post process.
  • the journal processing section is composed of an upper mold journal processing section 41a and a lower mold journal processing section 42a, as shown by a thick line in FIG. 8A.
  • the upper die journal processing part 41 a is provided in the first upper die 41.
  • the lower mold journal processing portion 42 a is provided in the first lower mold 42.
  • the upper die journal processing portion 41 a is concave and can accommodate the entire journal equivalent portion of the billet 22.
  • the lower mold journal processing portion 42a is provided on the tip surface of the convex portion.
  • mold journal processing part 42a is made into concave shape.
  • the lower journal processing portion 42a may be a concave shape that can accommodate the entire journal equivalent portion of the billet 22.
  • the second upper mold 51 of the second mold 50 is concave as shown by a thick line in FIG. 9A and can accommodate the entire pin-corresponding portion of the billet 22.
  • the second lower mold 52 has a configuration in which the second upper mold 51 is turned upside down.
  • the billet 22 and the first upper mold 41 are moved in a state where the first upper mold 41 is raised and the first upper mold 41 and the first lower mold 42 are separated from each other. Arranged between the first lower molds 42.
  • the first upper mold 41 of the first mold 40 is lowered. Then, as shown in FIG. 8A, the journal equivalent portion of the billet 22 is accommodated in the concave upper journal processing portion 41a. As shown in FIG. 9A, the pin equivalent part of the billet 22 is accommodated in the second upper mold 51.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold of the second mold 50 have the pin corresponding portions. Make it eccentric.
  • the center of gravity of the pin equivalent part moves in the eccentric direction of the pin part (see the hatched arrow in FIG. 1B).
  • the eccentric amount of a pin equivalent part becomes the same as the eccentric amount of a finishing dimension.
  • the amount of eccentricity of the pin equivalent portion is not limited to this.
  • the eccentric amount of the pin equivalent portion may be smaller than the eccentric amount of the finished dimension. In this case, in the finish forging step, the eccentric amount of the pin equivalent portion is set as the eccentric amount of the finished dimension.
  • the upper mold arm processing portion 41c and the lower mold arm processing portion 42c are concave.
  • the arm portion is not actively processed. Therefore, even if the first upper mold 41 reaches the bottom dead center, the upper arm processed part 41 c does not contact the arm corresponding part of the billet 22.
  • the first upper mold 41 and the second upper mold 51 are raised, and the processed billet 22 (initial wasteland 23) is taken out.
  • the material flows from the journal equivalent part to the arm equivalent part.
  • a volume can be allocated to an axial direction.
  • the surplus material provided in an arm equivalent part can be reduced, and a material yield can be improved.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 of the second mold 50 are moved up and down independently, and the journal equivalent part of the billet 22 is squeezed before the pin equivalent part, thereby causing the pin The billet 22 is difficult to bend during the eccentricity of the corresponding part.
  • the billet 22 distributed in volume is crushed at a predetermined position of the first mold, so that the initial waste land 23 after the pulverization is less likely to be thin.
  • FIGS. 11A to 14B are schematic diagrams showing an example of processing flow in the second preliminary forming process.
  • FIG. 11A is a longitudinal sectional view showing a state before the reduction
  • FIG. 11B is a longitudinal sectional view showing a state at the end of the reduction.
  • FIG. 12A and FIG. 12B are cross-sectional views showing journal equivalent parts.
  • FIG. 12A shows the situation before the reduction
  • FIG. 12B shows the situation at the end of the reduction
  • 12A is a sectional view taken along the line XIIA-XIIA in FIG. 11A
  • FIG. 12B is a sectional view taken along the line XIIB-XIIB in FIG. 11B.
  • FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views showing pin equivalent portions.
  • FIG. 13A shows the situation before the reduction
  • FIG. 13B shows the situation at the end of the reduction
  • 13A is a sectional view taken along the line XIIIA-XIIIA in FIG. 11A
  • FIG. 13B is a sectional view taken along the line XIIIB-XIIIB in FIG. 11B.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are cross-sectional views showing an arm-corresponding portion.
  • FIG. 14A shows the situation before the reduction
  • FIG. 14B shows the situation at the end of the reduction
  • 14A is a cross-sectional view taken along the line XIVA-XIVA in FIG. 11A
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line XIVB-XIVB in FIG. 11B.
  • the third mold 30 includes a third upper mold 31 and a third lower mold 32.
  • the third upper mold 31, the third lower mold 32, and the initial wasteland 23 before reduction are shown together with a two-dot chain line, and the journal equivalent part. Is shown by a black circle.
  • dies 30 are provided with the pin process part which contact
  • the journal processing section is composed of an upper mold journal processing section 31a and a lower mold journal processing section 32a as shown by a thick line in FIG. 12A.
  • the upper die journal processing part 31 a is provided in the third upper die 31.
  • the lower mold journal processing portion 32 a is provided in the third lower mold 32.
  • the upper die journal processing portion 31a and the lower die journal processing portion 32a are concave and can accommodate a journal equivalent portion of the initial wasteland 23.
  • the pin processed part is composed of an upper mold pin processed part 31b and a lower mold pin processed part 32b as shown by a thick line in FIG. 13A.
  • the upper die pin processing portion 31 b is provided on the third upper die 31.
  • the lower mold pin machining portion 32 b is provided on the third lower mold 32.
  • the upper die pin machining portion 31b and the lower die pin machining portion 32b are concave and can accommodate the pin equivalent portion of the initial wasteland 23.
  • the upper die arm machining portion 31c and the lower die arm machining portion 32c have a weight machining portion 32e that comes into contact with a portion to be a weight portion (weight equivalent portion) (FIG. 14A). reference).
  • the weight processed portion 32e is located at the end of the concave lower arm processed portion 32c opposite to the eccentric direction of the pin equivalent portion.
  • the opening width Bp (see FIG. 14B) of the weight processed portion 32e becomes wider in the direction opposite to the eccentric direction of the pin equivalent portion. For example, as shown in FIG. 14A, in the weight processed portion 32e, both side surfaces in the rolling direction are both inclined surfaces.
  • the thickness of the arm equivalent portion is made equal to the thickness of the finished dimension. For this reason, the lengths in the axial direction of the upper mold arm machining section 31c and the lower mold arm machining section 32c are the same as the thicknesses of the finished dimensions of the arm sections.
  • the initial waste land 23 is moved to the third upper mold 31 in a state where the third upper mold 31 is raised and the third upper mold 31 and the third lower mold 32 are separated from each other. And the third lower mold 32.
  • the pin equivalent portion of the initial wasteland 23 is accommodated in the concave upper die pin processing portion 31b (see FIG. 13A), and the journal equivalent portion is the concave upper die machining. It is accommodated in the part 31a (see FIG. 12A).
  • the initial waste land 23 is crushed and crushed by the upper die pin machining portion 31b and the lower die pin machining portion 32b, and the upper die journal machining portion 31a and the lower die journal machining portion 32a.
  • the cross-sectional area of the part is reduced.
  • the material moves in the axial direction of the billet as the pin equivalent portion and the journal equivalent portion are reduced. Thereby, the material flows into the arm equivalent portion between the pin equivalent portion and the journal equivalent portion. As a result, the final wasteland 24 in which the volume is distributed in the axial direction can be obtained.
  • the opening of the concave upper pin processing portion 31b is closed by the lower mold pin processing portion 32b.
  • a closed cross section is formed by the upper die pin machining portion 31b and the lower die pin machining portion 32b.
  • the opening of the concave upper journal processing portion 31a is closed by the lower mold journal processing portion 32a, and a closed cross section is formed by the upper and lower journal processing portions 31a and 32a.
  • the arm equivalent part When using a pair of third dies 30 in the second preforming step, it is not necessary to reduce the arm equivalent portion by the third dies 30 from the viewpoint of promoting the axial distribution of the volume. Further, in order to adjust the shape (dimension) of the arm equivalent part, the arm equivalent part may be partially squeezed by the third mold (see FIGS. 14A and 14B).
  • the final wasteland can be obtained by the first preforming step and the second preforming step described above. For this reason, a material yield can be improved.
  • the volume distribution in the axial direction can be promoted by the first preforming step and the second preforming step. That is, the cross-sectional areas of the pin equivalent part and the journal equivalent part can be reduced, and the cross-sectional area of the arm equivalent part can be increased. Since the final rough ground in which the approximate shape of the forged crankshaft is formed is used, the formation of burrs can be minimized even in the finish forging process. By these, material yield can be improved. Since the finish forging process is a well-known die forging process, detailed description thereof is omitted.
  • the second upper die 51 is positioned higher than the upper die journal machining portion 41a before the billet 22 is machined.
  • the second lower mold 52 is preferably at a position lower than the lower journal processing portion 42a. The reason for this is as follows.
  • the journal equivalent portion is rolled down by the upper journal processing portion 41a and the lower journal processing portion 42a prior to the eccentricity of the pin equivalent portion. .
  • the material of the billet 22 flows into the arm equivalent portion and the pin equivalent portion.
  • the second upper mold 51 is located above the upper journal processing portion 41a, a space is formed between the second upper mold 51 and the billet 22. Therefore, the material from the journal equivalent portion can smoothly flow into this space without being obstructed by the second upper mold 51. Therefore, in the first preforming step, it becomes easier to distribute the volume, and it is easy to secure the material for the volume of the counterweight portion. The same applies to the second lower mold 52.
  • the second upper die 51 is at the same height as the upper die journal machining portion 41 a before machining the billet 22.
  • the second lower mold 52 is preferably the same height as the lower mold journal processing portion 42a. The reason for this is as follows.
  • the crank arm portion that does not have the counterweight portion has a small volume, and therefore, the volume distribution in the preforming process may be smaller than in the case of the crank arm portion that has the counterweight portion. If the second upper mold 51 is positioned at the same height as the upper journal processing portion 41 a, no space is formed between the second upper mold 51 and the billet 22. Therefore, it is difficult for the material from the journal equivalent portion to smoothly flow into this space. Therefore, it can suppress that material flows in excessively from a journal equivalent part.
  • the upper portion of the upper journal processing portion 41a acts as a partition that restricts the axial flow of the material.
  • the opening width Bj of the concave upper journal processed portion is too narrow, the load increases in the subsequent process.
  • the opening width Bj (mm) of the concave upper journal processed portion is preferably 0.5 to 1.5 in terms of the ratio of the forged crankshaft (final product) to the diameter (mm) of the journal portion. .
  • the third mold 30 is used to reduce the entire circumference of the billet.
  • the closed cross section is formed by the upper mold journal processing section 31a and the lower mold journal processing section 32a
  • the closed cross section is formed by the upper mold pin processing section 31b and the lower mold pin processing section 32b.
  • a forged crankshaft eg, a forged crankshaft having a four-cylinder / four-counter weight
  • oval arm portion hereinafter also referred to as “no-weight arm portion”.
  • the present invention can be effectively used for manufacturing a forged crankshaft to be mounted on a reciprocating engine.

Landscapes

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Abstract

クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、少なくとも１回の仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程は、一対の第１金型（４０）を用い、ジャーナル部となる部位をビレット（２２）の軸方向と垂直な方向から圧下することにより、扁平部（２３ａ）を形成する工程と、第１金型（４０）による圧下を開始後、第２金型（５０）を用い、ビレット（２２）の軸方向と垂直な方向を偏心方向にしてピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。第２予備成形工程では、扁平部（２３ａ）の幅方向を圧下方向にして初期荒地（２３）のうちのピン部となる部位、および扁平部（２３ａ）を圧下する。最終荒地は、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。

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おいて、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および図１Ｂ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断面図である。図１Ｂに示す例では、代表的に、一つのクランクアーム部Ａ７と、そのクランクアーム部Ａ７と一体のカウンターウエイト部Ｗ７と、そのクランクアーム部Ａ７につながるピン部Ｐ４およびジャーナル部Ｊ４を示す。
　図１Ａおよび図１Ｂに示す鍛造クランク軸１１は、４気筒エンジンに搭載される４気筒－８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、５つのジャーナル部Ｊ１～Ｊ５と、４つのピン部Ｐ１～Ｐ４と、フロント部Ｆｒと、フランジ部Ｆｌと、８枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１～Ａ８とを備える。アーム部Ａ１～Ａ８は、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ５とピン部Ｐ１～Ｐ４をそれぞれつなぐ。また、８枚（全部）のアーム部Ａ１～Ａ８は、カウンターウエイト部（以下、「ウエイト部」ともいう）Ｗ１～Ｗ８を一体で備える。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５ジャーナル部Ｊ５につながる。
　以下では、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ５、ピン部Ｐ１～Ｐ４、アーム部Ａ１～Ａ８およびウエイト部Ｗ１～Ｗ８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）から大きく張り出している。
　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を法線とする断面を意味する。「縦断面」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平行、かつ、鉛直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、ロール成形と曲げ打ちの各工程を含む。型鍛造工程は、荒打ちと仕上げ打ちの各工程を含む。
　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および図１Ｂ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１１（最終製品）のおおよその形状が造形される。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１１と合致する形状が造形される。これら荒打ちおよび仕上げ打ち工程のとき、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は、いずれも、周囲にバリ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。
　図２Ａ～図２Ｆに示す製造工程は、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸に限らず、様々な鍛造クランク軸に適用できる。例えば、４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸にも適用できる。
　４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、８枚のアーム部Ａ１～Ａ８のうち、一部のアーム部がウエイト部Ｗを一体で備える。例えば先頭の第１アーム部Ａ１、最後尾の第８アーム部Ａ８および中央の２枚のアーム部（第４アーム部Ａ４および第５アーム部Ａ５）がウエイト部Ｗを一体で有する。また、残りのアーム部、具体的には、第２、第３、第６および第７のアーム部（Ａ２、Ａ３、Ａ６およびＡ７）は、ウエイト部を備えず、その形状は長円状となる。
　その他に、３気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、８気筒エンジン等に搭載される鍛造クランク軸であっても、製造工程は同様である。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加される。
　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、被加工物の一部を軸方向に延ばすとともに、その一部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パスのロール設備に代え、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ている。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オフセットをある程度行うことができる。
　しかしながら、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、前記特許文献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、回転中心となるジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心したピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ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予備成形工程は、一対の第１金型を用い、ビレットのうちの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、ジャーナル部となる部位の断面積を減少させて扁平部を形成する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、ビレットの軸方向と垂直な方向を偏心方向にしてピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
　第２予備成形工程では、扁平部の幅方向を圧下方向にして初期荒地のうちのピン部となる部位、および扁平部を圧下する。
　最終荒地は、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全体形状の一例を示す模式図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ断面図である。 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４は、１つの金型で第１予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。 図５は、本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。 図６は、図５とは異なる本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。 図７Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程開始時の状況を示す縦断面図である。 図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程終了時の状況を示す縦断面図である。 図７Ｃは、第１予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。 図８Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程開始時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図８Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程終了時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図９Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における偏心工程開始時のピン部となる部位を示す横断面図である。 図９Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。 図１０Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程開始時のアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１０Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における扁平部形成工程終了時のアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下前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における圧下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における圧下前のジャーナル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における圧下終了時のジャーナル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における圧下前の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における圧下終了時の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における圧下前のア－ム相当部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における圧下終了時のアーム相当部を示す横断面図である。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となるジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心したピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ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予備成形工程は、一対の第１金型を用い、ビレットのうちの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、ジャーナル部となる部位の断面積を減少させて扁平部を形成する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、ビレットの軸方向と垂直な方向を偏心方向にしてピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
　第２予備成形工程では、扁平部の幅方向を圧下方向にして初期荒地のうちのピン部となる部位、および扁平部を圧下する。
　最終荒地は、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。そのため、第２予備成形工程においても、鍛造クランク軸の形状に近い形状の最終荒地を得ることができる。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１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１金型とは別動の第２金型がピン部となる部位を偏心させる。第１金型が第２金型と一体であれば、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、成形が開始されれば、ピン部となる部位のみが偏心され、ビレットが湾曲しやすい。しかし、第２金型が第１金型と別動であれば、ピン部となる部位を偏心させる第２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、成形が開始されても、まず、ジャーナル部となる部位が圧下され、ジャーナル部となる部位の圧下後に、ピン部となる部位を偏心させることができる。そのため、ピン部となる部位の偏心中にビレットが湾曲しにくい。ビレットが、第１金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の初期荒地に欠肉等が生じにくい。
　好ましくは、第１予備成形工程では、一対の第１金型による圧下が完了した後、第２金型によるピン部となる部位の偏心を開始する。
　好ましくは、ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい。
　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、回転中心となるジャーナル部Ｊと、ジャーナル部Ｊに対して偏心したピン部Ｐと、ジャーナル部Ｊとピン部Ｐをつなぐアーム部Ａと、を備える。鍛造クランク軸は、複数のジャーナル部Ｊ、複数のピン部Ｐ、複数のアーム部Ａを備えていてもよい。例えば、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１１が製造対象である。４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１１の場合、複数のアーム部Ａのうちの全部がウエイト部Ｗを一体で備える。前述の４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸等も製造対象である。４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、複数のアーム部Ａのうちの一部がウエイト部Ｗを一体で備える。また、全てのアーム部Ａがウエイト部Ｗを備えていなくてもよい。ウエイト部Ｗを備えないアーム部Ａの形状は長円状である。
　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が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程を追加してもよい。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。
　第１予備成形工程は、扁平部形成工程と、偏心工程とを含む。扁平部形成工程では、一対の第１金型を用いてビレット２２の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）を圧下する。これにより、ジャーナル相当部の断面積が減少する。これに伴って、ビレットのジャーナル相当部の位置に扁平部２３ａが形成される。扁平部２３ａは、後述の図８Ｂに示すように、圧下方向の厚さｔａよりも圧下方向と垂直な方向の幅Ｂｆが大きい。このようにして体積が配分された初期荒地２３を得る。偏心工程では、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用いてピン部となる部位（以下、「ピン相当部」ともいう）を偏心させる。第１予備成形工程において、圧下方向および偏心方向は、ビレットの軸方向と垂直な方向である。
　第２予備成形工程では、初期荒地２３のうち、ピン相当部、および扁平部２３ａ（ジャーナル相当部）を圧下する。第２予備成形工程において、圧下方向は、扁平部２３ａの幅方向である。すなわち、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を軸方向周りに９０°回転させた後、圧下する。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、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１１（最終製品）のアーム部の軸方向の厚さを意味する。また、最終荒地２４のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたは小さい。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２予備成形工程の詳細については、後述する。
　仕上げ鍛造工程では、前述の従来の仕上げ打ち工程と同様に、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、ピン相当部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。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、仕上げ鍛造工程で最終荒地２４に鍛造を施す際、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予備成形工程で用いられる第１金型および第２金型
　本実施形態の第１予備成形工程では、ジャーナル相当部の圧下と、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、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、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４は、１つの金型で第１予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。図４を参照して、第１上型４１と第１下型４２を離間させた状態で、ビレット２２は第１下型４２上に配置される。上述したように、第１予備成形工程では、ピン相当部を偏心させる。ビレット２２のピン相当部を加工する第１下型４２の下型ピン加工部４２ｂ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１下型４２にビレット２２を配置すると、ビレット２２は２つの下型ピン加工部４２ｂによって２点で支持される。また、第１上型４１の上型ピン加工部４１ｂは、下型ピン加工部４２ｂよりもビレット２２の端部側に配置される。この状態で、第１金型４０がビレット２２を圧下すると、下型ピン加工部４２ｂを支点、上型ピン加工部４１ｂを力点として、ビレット２２に曲げモーメントが作用する。ビレット２２に作用する曲げモーメントが過剰に大きければ、ビレット２２は湾曲する。ビレット２２が湾曲した状態で第１上型４１が下死点に到達すると、第１金型４０が圧下するビレット２２の位置が、予定の位置からずれる。すなわち、第１金型４０のピン加工部がビレット２２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、圧下後の初期荒地に、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１予備成形工程では、２つの金型を用いる。
　図５は、本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。図５を参照して、本実施形態の製造装置は、第１金型４０と第２金型５０とを含む。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを含む。４気筒エンジンの鍛造クランク軸の場合、第２金型５０は、２つの第２上型５１と、２つの第２下型５２とを含む。第２上型５１および第２下型５２は、第１金型４０とは独立して昇降できる。ビレット２２の圧下前では、第２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、第２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２下型５２および第２上型５１は下型ジャーナル加工部４２ａおよび上型ジャーナル加工部４１ａよりも突出していない。したがって、圧下開始前に、第１下型４２にビレット２２を配置しても、ビレット２２は第２下型５２に支持されない。ビレット２２は、複数の下型ジャーナル加工部４２ａに支持される。複数の下型ジャーナル加工部４２ａがビレット２２を支持する面積は、第２下型５２がビレットを支持する面積よりも広い。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。この状態で、第１金型４０がビレット２２を圧下すると、ジャーナル相当部が均等に圧下される。すなわち、ビレット２２に曲げモーメントが作用しにくい。
　また、第１金型４０の下型ジャーナル加工部４２ａによるビレット２２のジャーナル相当部の圧下開始後に、第２金型５０の第２下型５２によるビレット２２のピン相当部の偏心が開始される。加えて、第１金型４０の上型ジャーナル加工部４１ａによるビレット２２の圧下開始後に、第２金型５０の第２上型５１によるビレット２２のピン相当部の偏心が開始される。したがって、ピン相当部の偏心中に、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によってビレット２２のジャーナル相当部が圧下されている。すなわち、ビレット２２のジャーナル相当部が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によって拘束されている。そのため、ピン相当部の偏心中にビレット２２が動きにくく、安定した状態でピン相当部を偏心させることができる。
　さらに、第２金型５０によるピン相当部の偏心は、ビレット２２に対して行われる。そのため、ピン相当部またはアーム相当部に第２金型５０による疵が生じにくい。具体的に説明すると、仮に、第２金型５０によるピン相当部の偏心が、予備成形された（ある程度体積配分された）荒地に対して行われるとする。予備成形された荒地ではピン及びアーム部がある程度形成されているので、予備成形された荒地の第１下型４２への配置がずれると、第２金型５０がピン相当部以外の領域と接触する可能性がある。この場合、アーム相当部等に疵が残る可能性がある。しかしながら、本実施形態の製造方法によれば、第２金型５０によるピン相当部の偏心は、ビレット２２に対して行われる。ビレット２２は予備成形されていないので、本実施形態の製造方法によれば、予備成形された荒地のピン相当部を偏心させる場合のような疵が生じることが少ない。
　要するに、第２上型５１および第２下型５２が独立して昇降すること、およびビレット２２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ビレット２２が湾曲しにくい。これにより、ビレット２２が第１金型４０の所定の位置で圧下されるため、圧下後の初期荒地に欠肉等が生じにくい。また、予備成形された荒地ではなく、ビレット２２に対してピン相当部の偏心を行うため、ピン相当部またはアーム相当部に疵が生じにくい。
　第１金型４０および第２金型５０の構成について説明する。第２金型５０は、第２上型５１および第２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５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１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２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１下型４２がビレット２２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２下型５２が第１下型４２から突出し始める。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がビレット２２のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２がビレット２２の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。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、ビレット２２のピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
　図６は、図５と異なる本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。図６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２下型５２を昇降させることができる。第２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１下型４２がビレット２２を圧下し始めると、油圧シリンダ８４が作動し、第２下型５２が第１下型４２から突出し始める。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がビレット２２のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２がビレット２２の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。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、ビレット２２のピン相当部が、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８１または油圧シリンダ８４のいずれの場合であっても、第２下型５２が第１下型４２から突出するタイミングは適宜設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。すなわち、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。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。
３．第１予備成形工程の加工フロー例
　図７Ａ～図１０Ｂ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７Ａは、扁平部形成工程開始時の状況を示す縦断面図であり、図７Ｂは扁平部形成工程終了時の状況を示す縦断面図であり、図７Ｃは偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。
　図８Ａおよび図８Ｂ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８Ａは扁平部形成工程開始時の状況を示し、図８Ｂは扁平部形成工程終了時の状況を示す。なお、図８Ａは、前記図７ＡのＶＩＩＩＡ－ＶＩＩＩＡ断面図であり、図８Ｂは、前記図７ＣのＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ断面図である。
　図９Ａおよび図９Ｂは、ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図９Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図９Ｂは偏心工程終了時の状況を示す。なお、図９Ａは、前記図７ＡのＩＸＡ－ＩＸＡ断面図であり、図９Ｂは、前記図７ＣのＩＸＢ－ＩＸＢ断面図である。
　図１０Ａおよび図１０Ｂ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１０Ａは扁平部形成工程開始時の状況を示し、図１０Ｂは扁平部形成工程終了時の状況を示す。なお、図１０Ａは、前記図７ＡのＸＡ－ＸＡ断面図であり、図１０Ｂは、前記図７ＣのＸＢ－ＸＢ断面図である。
　図９Ａおよび図９Ｂには、ビレット２２と、第２金型５０とを示す。状況の理解を容易にするため、図８Ｂ、図９Ｂおよび図１０Ｂには、圧下開始時の第１金型４０または第２金型５０およびビレット２２を二点鎖線で併記するとともに、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７Ａを参照して、一対の第１金型４０は、ジャーナル相当部と当接する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を備える。一対の第１金型４０は、ビレット２２のアーム相当部と当接する上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃを備える。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを備える。一つの第２上型５１は第１ピン部となる部位（第１ピン相当部）と当接し、もう一つの第２上型５１は第４ピン部となる部位（第４ピン相当部）と当接する。一つの第２下型５２は第２ピン部となる部位（第２ピン相当部）と当接し、もう一つの第２下型５２は第３ピン部となる部位（第３ピン相当部）と当接する。
　なお、本実施形態では図７Ａ～図７Ｃに示すように、複数のピン相当部の全てを偏心させる場合を示すが、本実施形態のクランク軸の製造方法はこれに限定されない。本実施形態のクランク軸の製造方法では、第１予備成形工程で１つのピン相当部を偏心させてもよいし、２つ以上のピン相当部を偏心させてもよい。第１予備成形工程で偏心させなかったピン相当部は、後工程で周知の方法により偏心させればよい。
　ジャーナル加工部は、図８Ａに太線で示すように、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からなる。上型ジャーナル加工部４１ａは、第１上型４１に設けられる。下型ジャーナル加工部４２ａは、第１下型４２に設けられる。上型ジャーナル加工部４１ａは、凹状であり、ビレット２２のジャーナル相当部の全体を収容可能である。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がビレット２２のジャーナル相当部の全体を収容可能な凹状であってもよい。
　第２金型５０の第２上型５１は、図９Ａに太線で示すように、凹状であり、ビレット２２のピン相当部の全体を収容可能である。第２下型５２は、第２上型５１の上下が反転した構成である。
　第１予備成形工程では、図７Ａに示すように、第１上型４１を上昇させて第１上型４１と第１下型４２を離間させた状態で、ビレット２２を第１上型４１と第１下型４２の間に配置する。
　この状態から第１金型４０の第１上型４１を下降させる。すると、図８Ａに示すように、ビレット２２のジャーナル相当部が凹状の上型ジャーナル加工部４１ａに収容される。図９Ａに示すように、ビレット２２のピン相当部が第２上型５１に収容される。
　第１上型４１をさらに下降させると、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によって閉断面が形成される。この状態で、第１上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、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の内部のジャーナル相当部全体が圧下される。このようにしてビレット２２のジャーナル相当部が第１金型４０によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部で断面積が減少し、扁平部２３ａが形成される。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。
　図９Ａおよび図９Ｂを参照して、第１金型による圧下が開始した後、好ましくは圧下が終了した後、第２金型５０の第２上型５１および第２下型がピン相当部を偏心させる。ピン相当部の重心は、ピン部の偏心方向（図１Ｂのハッチングを施した矢印参照）に移動する。そして、ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じになる。しかしながら、ピン相当部の偏心量は、これに限定されない。ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さくてもよい。この場合、仕上げ鍛造工程で、ピン相当部の偏心量を仕上げ寸法の偏心量とする。
　アーム加工部の横断面形状は、図１０Ａ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は凹状である。第１予備成形工程では、アーム部は積極的には加工しない。したがって、第１上型４１が下死点に到達しても上型アーム加工部４１ｃは、ビレット２２のアーム相当部に当接しない。
　第１金型４０による圧下の終了後、第１上型４１および第２上型５１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。
　第１予備成形工程によれば、ジャーナル相当部からアーム相当部に材料が流動する。これにより、軸方向に体積を配分できる。その結果、後工程の仕上げ鍛造工程において、アーム部で欠肉が生じるのを抑制できる。また、アーム相当部に設ける余剰の材料を低減でき、材料歩留りを向上できる。さらに、第２金型５０の第２上型５１および第２下型５２が独立して昇降すること、およびビレット２２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ビレット２２が湾曲しにくい。これにより、体積配分されたビレット２２が、第１金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の初期荒地２３に欠肉等が生じにくい。
４．第２予備成形工程の加工フロー例
　図１１Ａ～図１４Ｂ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、圧下前の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
　図１２Ａおよび図１２Ｂ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１２Ａは圧下前の状況を示し、図１２Ｂは圧下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１１ＢのＸＩＩＢ－ＸＩＩＢ断面図である。
　図１３Ａおよび図１３Ｂは、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は圧下前の状況を示し、図１３Ｂは圧下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１１ＢのＸＩＩＩＢ－ＸＩＩＩＢ断面図である。
　図１４Ａおよび図１４Ｂ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１４Ａは圧下前の状況を示し、図１４Ｂは圧下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１１ＢのＸＩＶＢ－ＸＩＶＢ断面図である。
　図１１Ａ～図１４Ｂには、初期荒地２３と、上下で一対の第３金型３０とを示す。第３金型３０は、第３上型３１と、第３下型３２とを備える。状況の理解を容易にするため、図１２Ｂ、図１３Ｂおよび図１４Ｂには、圧下前の第３上型３１、第３下型３２および初期荒地２３を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。一対の第３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。
　ジャーナル加工部は、図１２Ａに太線で示すように、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からなる。上型ジャーナル加工部３１ａは、第３上型３１に設けられる。下型ジャーナル加工部３２ａは、第３下型３２に設けられる。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は、凹状であり、初期荒地２３のジャーナル相当部を収容可能である。
　ピン加工部は、図１３Ａに太線で示すように、上型ピン加工部３１ｂ、および、下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、第３上型３１に設けられる。下型ピン加工部３２ｂは、第３下型３２に設けられる。上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂは、凹状であり、初期荒地２３のピン相当部を収容可能である。
　鍛造クランク軸のアーム部がウエイト部を含む場合、上型アーム加工部３１ｃおよび下型アーム加工部３２ｃ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３２ｅを有する（図１４Ａ参照）。ウエイト加工部３２ｅは凹状の下型アーム加工部３２ｃのピン相当部の偏心方向と反対側の端部に位置する。ウエイト加工部３２ｅの開口幅Ｂｐ（図１４Ｂ参照）は、ピン相当部の偏心方向と反対方向に向かって広くなる。例えば図１４Ａに示すように、ウエイト加工部３２ｅは、圧下方向の両側面がいずれも傾斜面である。
　第１予備成形工程では、前述の通り、アーム相当部の厚さを仕上げ寸法の厚さと同じにする。このため、上型アーム加工部３１ｃおよび下型アーム加工部３２ｃ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、図１１Ａに示すように、第３上型３１を上昇させて第３上型３１と第３下型３２を離間させた状態で、初期荒地２３を第３上型３１と第３下型３２の間に配置する。この状態から第３上型３１を下降させると、初期荒地２３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（図１３Ａ参照）、ジャーナル相当部が凹状の上型ジャーナル加工部３１ａに収容される（図１２Ａ参照）。第３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によって初期荒地２３が圧下され、圧下された部位の断面積が減少する。
　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するのに伴い、ビレットの軸方向に材料が移動する。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最終荒地２４を得ることができる。
　また、図１１Ａ～図１４Ｂに示す加工フロー例によれば、第３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。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。これにより、第３上型３１と第３下型３２と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２予備成形工程で一対の第３金型３０を用いる場合、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３金型３０によって圧下しなくてもよい。また、アーム相当部の形状（寸法）を整えるため、アーム相当部を部分的に第３金型によって圧下してもよい（図１４Ａおよび図１４Ｂ参照）。
　本実施形態の製造方法によれば、前述の第１予備成形工程および第２予備成形工程により、最終荒地を得ることができる。このため、材料歩留りを向上できる。
　さらに、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を促進できる。つまり、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積を減少できるとともに、アーム相当部の断面積を増加できる。この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を用いるので、仕上げ鍛造工程でも、バリの形成を最小限に留めることができる。これらによって、材料歩留りを向上できる。仕上げ鍛造工程は、周知の型鍛造工程であるので、詳細な説明は省略する。
５．好ましい態様等
　図５を参照して、クランク軸のクランクアーム部がカウンターウエイト部を有する場合、ビレット２２を加工する前、第２上型５１は上型ジャーナル加工部４１ａよりも高い位置であるのが好ましく、第２下型５２は下型ジャーナル加工部４２ａよりも低い位置であるのが好ましい。この理由は次のとおりである。
　図７Ｂを参照して、上述したように、第１予備成形工程ではピン相当部の偏心よりも先行して、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によってジャーナル相当部が圧下される。ジャーナル相当部が圧下されると、ビレット２２の材料がアーム相当部およびピン相当部に流れ込む。第２上型５１が上型ジャーナル加工部４１ａよりも上方に位置していれば、第２上型５１とビレット２２との間に空間が形成されている。そのため、ジャーナル相当部からの材料が第２上型５１に邪魔されずにスムーズにこの空間に流れ込むことができる。したがって、第１予備成形工程において、より体積配分がし易くなり、カウンターウエイト部の体積分の材料を確保しやすい。第２下型５２についても同様である。
　図５を参照して、クランク軸のクランクアーム部がカウンターウエイト部を有さない場合、ビレット２２を加工する前、第２上型５１は上型ジャーナル加工部４１ａと同じ高さであるのが好ましく、第２下型５２は下型ジャーナル加工部４２ａと同じ高さであるのが好ましい。この理由は次のとおりである。
　図７Ｂを参照して、カウンターウエイト部を有さないクランクアーム部は体積が小さいため、カウンターウエイト部を有するクランクアーム部の場合と比べて、予備成形工程での体積配分は小さくて済む。第２上型５１が上型ジャーナル加工部４１ａと同じ高さに位置していれば、第２上型５１とビレット２２との間に空間が形成されない。そのため、ジャーナル相当部からの材料がスムーズにこの空間に流れ込みにくくなる。そのため、ジャーナル相当部から過剰に材料が流れ込むことを抑制できる。
　前述の通り、第１予備成形工程では、アーム相当部を形成する際に、上型ジャーナル加工部４１ａの上側の部位が材料の軸方向の流動を制限する仕切りとして作用する。この作用を増大させるには、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａにおいて、開口幅（Ｂｊ：図１２Ａ参照）を狭くすることが重要となる。一方で、凹状の上型ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊが狭すぎると、後工程で負荷が大きくなる。
　これらから、凹状の上型ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊ（ｍｍ）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の直径（ｍｍ）に対する比で、０．５～１．５とするのが好ましい。
　前述の第２予備成形工程では、第３金型３０を用い、ビレットの全周を圧下する。その圧下の際に、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によって閉断面が形成された状態とし、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た状態とする。これにより、バリの形成を防止できる。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。
　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。例えば、ウエイト部を備えない長円状のアーム部（以下、「ウエイト無しアーム部」ともいう。）を備えた鍛造クランク軸（例：４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸）を製造する場合であっても、上記の実施形態の第１予備成形工程、第２予備成形工程、および仕上げ鍛造工程を適用できる。
　本発明は、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３金型
　３１　第３上型
　３１ａ　第３金型の上型ジャーナル加工部
　３１ｂ　第３金型の上型ピン加工部
　３２　第３下型
　３２ａ　第３金型の下型ジャーナル加工部
　３２ｂ　第３金型の下型ピン加工部
　４０　第１金型
　４１　第１上型
　４１ａ　第１金型の上型ジャーナル加工部
　４１ｂ　第１金型の上型ピン加工部
　４１ｃ　第１金型の上型アーム加工部
　４２　第１下型
　４２ａ　第１金型の下型ジャーナル加工部
　４２ｂ　第１金型の下型ピン加工部
　４２ｃ　第１金型の下型アーム加工部
　５０　第２金型
　５１　第２上型
　５２　第２下型
　Ａ、Ａ１～Ａ８　クランクアーム部
　Ｊ、Ｊ１～Ｊ５　ジャーナル部
　Ｐ、Ｐ１～Ｐ４　ピン部
　Ｗ、Ｗ１～Ｗ８　カウンターウエイト部
　Ｂ　バリ

Claims (3)

  1. 　回転中心となるジャーナル部と、前記ジャーナル部に対して偏心したピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ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予備成形工程は、一対の第１金型を用い、前記ビレットのうちの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、前記ジャーナル部となる部位の断面積を減少させて扁平部を形成する工程と、前記第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、前記ビレットの軸方向と垂直な方向を偏心方向にして前記ピン部となる部位を偏心させる工程とを含み、
    　前記第２予備成形工程では、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして前記初期荒地のうちの前記ピン部となる部位、および前記扁平部を圧下し、
    　前記最終荒地は、前記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１予備成形工程では、前記一対の第１金型による圧下が完了した後、前記第２金型による前記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。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
    　前記ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい、鍛造クランク軸の製造方法。
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