WO2019181366A1 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

鍛造クランク軸の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019181366A1
WO2019181366A1 PCT/JP2019/006843 JP2019006843W WO2019181366A1 WO 2019181366 A1 WO2019181366 A1 WO 2019181366A1 JP 2019006843 W JP2019006843 W JP 2019006843W WO 2019181366 A1 WO2019181366 A1 WO 2019181366A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pin
journal
mold
equivalent
billet
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/006843
Other languages
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
Priority to JP2020507457A priority Critical patent/JP6958724B2/ja
Publication of WO2019181366A1 publication Critical patent/WO2019181366A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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.
  • crankshafts are indispensable for reciprocating engines such as automobiles, motorcycles, agricultural machines, and ships in order to extract the power by converting the reciprocating motion of pistons into rotational motion.
  • 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 to 1C are schematic views showing examples 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 of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a view showing a phase of a pin portion.
  • FIG. 1B typically, one crank arm portion A1, a counterweight portion W1 integral with the crank arm portion A1, and a pin portion P1 and a journal portion J1 connected to the crank arm portion A1 are shown.
  • the forged crankshaft 11 shown in FIGS. 1A to 1C is a forged crankshaft of a three-cylinder / four-piece counterweight mounted on a three-cylinder engine.
  • the forged crankshaft 11 includes 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 The arm portions A1 to A6 connect the journal portions J1 to J4 and the pin portions P1 to P3, respectively.
  • some of the six arm portions A1 to A6 are integrally provided with counterweight 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 are respectively provided with weight portions W1, W2, W3, and W4.
  • the third arm portion A3 and the fourth arm portion A4 do not include a weight portion, and the shape thereof is an oval shape.
  • the front portion Fr is provided at the front end of the forged crankshaft 11 in the axial direction, and the 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 fourth journal part J4.
  • journal portions J1 to J4, the pin portions P1 to P3, the arm portions A1 to A6, and the weight portions W1 to W4 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 three pin portions P1 to P3 are displaced by 120 ° from 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 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.
  • the preforming process includes a roll forming process and a bending process.
  • the die forging process includes a roughing process and a finishing process.
  • 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 shown in FIGS. 1A to 1C.
  • 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 an approximate shape of a forged crankshaft (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 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, the burr B is largely attached around the rough forged material 15 and the finished forged material 16.
  • 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.
  • a twisting process may be added after the deburring process in order to adjust the pin arrangement angle (120 ° phase angle). .
  • FIGS. 2A to 2F The manufacturing process shown in FIGS. 2A to 2F is applicable not only to the forged crankshaft of 3 cylinders to 4 counterweights shown in FIGS. 1A to 1C but also to the forged crankshaft of 3 cylinders to 6 counterweights.
  • 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 a single 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”.
  • the pre-molding method of Patent Document 2 cannot decenter the pin equivalent part. This is because of roll forming. For this reason, a large burr is formed when the pin portion is formed by die forging in a subsequent process. Further, in the preforming method of Patent Document 2, volume distribution between the weight equivalent part and the arm equivalent part cannot be performed in the web equivalent part. This is because of roll forming. For this reason, in the subsequent die forging process, the material filling of the weight portion becomes insufficient. As a result, lack of meat is likely to occur.
  • 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 with 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.
  • the forged crankshaft manufacturing method includes four journal portions serving as the rotation center, and the first position, the second position, and the third position that are eccentric with respect to the journal section and have a phase angle of 120 °. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided with three pin parts each arranged, and a plurality of crank arm parts which connect a journal part and a pin part.
  • the forged crankshaft manufacturing method of the present embodiment includes a first preforming step for obtaining initial wasteland from a billet, a second preforming step for obtaining intermediate wasteland from the initial wasteland, and a final preforming step for obtaining final wasteland from the intermediate wasteland. And a final forging step in which the final waste is formed into a finished dimension of the forged crankshaft by die forging.
  • the first pre-forming step uses a pair of first molds to squeeze the four journal portions by reducing the billet's four journal portions from a direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the second mold is used to place the billet in the first position with the direction perpendicular to the axial direction of the billet as the eccentric direction.
  • the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion arranged at the third position are eccentric in opposite directions, and the amount of eccentricity of the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion Is made equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount of the finished dimension.
  • a pair of third molds are used, and the flat portions in the initial waste land are arranged in the second position, with the width direction of the flat portions being the reduction direction.
  • the thickness of the portion that becomes the crank arm portion is made larger than the thickness of the finished dimension.
  • a pair of fourth dies are used to reduce the intermediate wasteland from the same direction as the second preforming process, and further, the part to be the crank arm part is reduced from the axial direction of the intermediate wasteland.
  • the thickness of the portion that becomes the crank arm portion is reduced to the thickness of the finished dimension while maintaining the eccentric amount of the portion that becomes the first pin portion and the portion that becomes the third pin portion.
  • the method for manufacturing a forged crankshaft according to an embodiment of the present invention can obtain an intermediate wasteland in which axial volume distribution is promoted without forming burrs by the first preforming step and the second preforming step. it can. Further, in the intermediate 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, even in the final preforming step, a final waste land having a shape close to the shape of the crankshaft can be obtained without forming any burrs. And the shape of a crankshaft can be modeled from the final wasteland by a finish forge 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 an overall view schematically showing a shape example of a general forged crankshaft.
  • 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a diagram showing the phase of the pin portion of the forged crankshaft of 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. 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 an intermediate wasteland in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3D is a schematic diagram illustrating a final wasteland in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • FIG. 3E is a schematic diagram showing a finish forged material in an example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3F is a schematic diagram illustrating a forged crankshaft in the manufacturing process example of the present embodiment.
  • 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
  • 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 schematically showing a situation at the start of the flat part forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of the flat part forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the start of the flat part forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of the flat part forming step in the example of the
  • FIG. 7C is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of the eccentric step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 8A is a transverse cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion at the start of the flat portion forming step in the processing flow example 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 an arm portion at the start of a flat portion forming step in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 9B is a transverse cross-sectional view showing a portion that becomes an arm portion at the end of the flat portion forming step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion arranged at the third position at the start of the eccentric 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 a pin portion that is disposed at the third position at the end of the eccentric step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 11A is a transverse cross-sectional view showing a portion to be a pin portion arranged at the second position at the start of the flat portion forming step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion arranged at the second position at the end of the flat portion forming step in the processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the amount of eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion.
  • FIG. 13A is a longitudinal sectional view schematically showing a situation at the start of rolling in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 13B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of rolling in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a journal portion at the start of rolling in the example of the processing flow in the second preforming step.
  • FIG. 14B 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. 15A is a transverse cross-sectional view showing an arm-corresponding portion at the start of rolling in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 15B is a transverse cross-sectional view showing an arm-corresponding portion at the end of rolling in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion arranged at the second position at the start of rolling in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view showing a portion that becomes a pin portion arranged at the second position at the end of the rolling reduction in the example of the processing flow of the second preforming step.
  • FIG. 17A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion arranged at the third position at the start of reduction in the processing flow example of the second preforming step.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion arranged at the third position at the end of reduction in the processing flow example of the second preforming step.
  • FIG. 18A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a state before reduction in an example of a processing flow in the final preforming step.
  • FIG. 18B is a longitudinal sectional view schematically showing a situation when the bottom dead center of the upper die is reached in the example of the processing flow of the final preforming step.
  • FIG. 18C is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a situation at the end of movement in the axial direction in the processing flow example of the final preforming step.
  • FIG. 18A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a state before reduction in an example of a processing flow in the final preforming step.
  • FIG. 18B is a longitudinal sectional view schematically showing a situation when the bottom dead center of the upper die is reached in the example of the processing flow of the final preforming step.
  • FIG. 19A is a cross-sectional view schematically showing a state before reduction in the example of the processing flow in the final preforming step.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view schematically showing the situation when the bottom dead center of the upper mold is reached in the example of the processing flow of the final preforming step.
  • FIG. 19C is a cross-sectional view schematically showing the situation at the end of axial movement in the example of the processing flow of the final preforming step.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the posture of the intermediate wasteland in the final preforming step and the clamping direction by the upper and lower molds, and is a view of the intermediate wasteland viewed from the axial direction.
  • the forged crankshaft manufacturing method includes four journal portions serving as the rotation center, and the first position, the second position, and the third position that are eccentric with respect to the journal section and have a phase angle of 120 °. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided with three pin parts each arranged, and a plurality of crank arm parts which connect a journal part and a pin part.
  • the forged crankshaft manufacturing method of the present embodiment includes a first preforming step for obtaining initial wasteland from a billet, a second preforming step for obtaining intermediate wasteland from the initial wasteland, and a final preforming step for obtaining final wasteland from the intermediate wasteland. And a final forging step in which the final waste is formed into a finished dimension of the forged crankshaft by die forging.
  • the first pre-forming step uses a pair of first molds to squeeze the four journal portions by reducing the billet's four journal portions from a direction perpendicular to the billet axial direction.
  • the second mold is used to place the billet in the first position with the direction perpendicular to the axial direction of the billet as the eccentric direction.
  • the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion arranged at the third position are eccentric in opposite directions, and the amount of eccentricity of the portion to be the first pin portion and the portion to be the third pin portion Is made equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount of the finished dimension.
  • the flat portions in the initial waste land are arranged in the second position, with the width direction of the flat portions being the reduction direction.
  • a pair of fourth dies are used to reduce the intermediate wasteland from the same direction as the second preforming process, and further, the part to be the crank arm part is reduced from the axial direction of the intermediate wasteland.
  • the thickness of the portion that becomes the crank arm portion is reduced to the thickness of the finished dimension while maintaining the eccentric amount of the portion that becomes the first pin portion and the portion that becomes the third pin portion.
  • an intermediate wasteland in which the axial volume distribution is promoted can be obtained without forming burrs by the first preforming step and the second preforming step. Further, in the intermediate wasteland, the volume of the portion that becomes the journal portion, the volume of the portion that becomes the first pin portion and the portion that becomes the third pin portion, and the volume of the portion that becomes the arm portion are appropriately distributed. Therefore, even in the final preforming step, a final waste land having a shape close to the shape of the crankshaft can be obtained without forming any burrs. And the shape of a crankshaft can be modeled from the final wasteland by a finish forge process. Thus, the material yield can be improved.
  • the reduction of the portion that becomes the journal portion and the reduction of the portion that becomes the first pin portion and the portion that becomes the third pin portion are performed by separate molds. Therefore, since the site
  • the eccentricity of the portion that becomes the first pin portion and the portion that becomes the third pin portion by the second die is started.
  • a forged crankshaft targeted by the manufacturing method according to the present embodiment includes four journal portions J serving as a rotation center, three pin portions P eccentric with respect to the journal portion J, journal portions J, and pin portions. A plurality of arm portions 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 the 1st position L1 is also called 1st pin part P1.
  • positioned at the 2nd position L2 is also called 2nd pin part P2.
  • the pin portion arranged 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 °.
  • the forged crankshaft of the three-cylinder / four-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, a final preforming step, and a finish forging step.
  • a deburring process may be added as a subsequent process of the finish forging process.
  • Adjustment of the arrangement angle of the pin portion can be performed in the finish forging process.
  • a twisting process may be added after the deburring process, and the pin portion arrangement angle may be adjusted in this twisting process.
  • FIGS. 3A to 3F 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 intermediate wasteland.
  • FIG. 3D shows the final wasteland.
  • FIG. 3E shows the finished forging.
  • FIG. 3F shows the forged crankshaft.
  • 3A to 3F show a series of steps in manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIGS. 1A to 1C.
  • 3B to 3D are diagrams on the right side of the portion (hereinafter referred to as “first pin”) which is the first, second and third pin portions with respect to the center of the portion serving as the journal portion (hereinafter also referred to as “journal equivalent portion”).
  • first pin which is the first, second and third pin portions with respect to the center of the portion serving as the journal portion (hereinafter also referred to as “journal equivalent portion”).
  • journal equivalent portion The positions of PA1, PA2 and PA3 are also shown.
  • the diagrams on the right side of FIGS. 3E and 3F show the positions of the first, second and third pin portions P1, P2 and P3 with respect to the center of the journal portion.
  • 3B to 3D, the first position L1 to the third position L3 of the pin portion of the forged crankshaft, which is the final product, are indicated by imaginary lines.
  • the first preforming process includes a flat part forming process and an eccentric process.
  • the flat portion forming step the four journal portion equivalent portions of the billet 22 are crushed using a pair of first molds.
  • the reduction direction at that time is a direction perpendicular to the axial direction of the billet 22.
  • the four journal equivalent portions of the billet 22 are crushed and the cross-sectional area is reduced at the four journal equivalent portions.
  • four flat portions 23 a are formed in the billet 22.
  • the four flat portions 23a are formed at positions corresponding to journals.
  • the second mold 50 is used to decenter the first pin equivalent part and the third pin equivalent part in opposite directions.
  • the eccentric direction at that time is a direction perpendicular to the axial direction of the billet 22.
  • the amount of eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion is equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount of the finished dimension.
  • the initial wasteland 23 is crushed using the third mold 30.
  • the reduction direction at that time is the width direction of the flat portion. 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 intermediate wasteland 24 is obtained.
  • the eccentric direction of the first pin equivalent part PA1 and the eccentric direction of the third pin equivalent part PA3 are opposite to each other. That is, the phase angle between the first pin equivalent part PA1 and the third pin equivalent part PA3 is 180 °.
  • the axial thickness t1 (see FIG. 3C) of the arm-corresponding portion is larger than the finished dimension thickness t0 (see FIG. 3F).
  • the finished dimension thickness t0 means the axial thickness of the arm portion of the forged crankshaft (final product).
  • a pair of fourth dies are used to lower the intermediate wasteland 24 from the same direction as that of the second pre-forming step. Further, the part corresponding to the arm is reduced from the axial direction of the intermediate wasteland. Thereby, the thickness of the arm equivalent portion is reduced to the thickness of the finished dimension while maintaining the phase angle and the eccentricity of the first pin equivalent portion PA1 and the third pin equivalent portion PA3. As a result, the final wasteland 25 in which the approximate shape of the forged crankshaft is formed is obtained.
  • the final wasteland 25 is formed into the finished dimensions of the forged crankshaft by die forging. Specifically, a pair of upper and lower molds are used. The final wasteland 25 is arranged on the lower mold in such a posture that the first pin equivalent part PA1 and the third pin equivalent part PA3 are arranged in a horizontal plane. Then, forging is performed by lowering the upper die. In the finish forging step, the portion corresponding to the second pin disposed at the second position is decentered. The forging reduction direction is the eccentric direction of the second pin equivalent portion PA2. Thereby, the burr
  • the finished forged material 26 is shaped to match the forged crankshaft of the final product. Since the rough shape of the forged crankshaft is formed on the final wasteland 25, the formation of burrs B can be minimized in the finish forging process.
  • the finishing forging process may be performed once or divided into a plurality of times.
  • the burrs B are punched out with a blade tool while the finished forged material 26 with burrs is held between a pair of molds. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 26. As a result, a forged crankshaft 11 (final product) is obtained.
  • First mold and second mold used in the first preforming process In the first preforming process of the present embodiment, the reduction of the journal equivalent part and the eccentricity of the first pin equivalent part and the third pin equivalent part are performed. carry out. The reduction of the journal equivalent portion and the eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion are performed by separate molds.
  • 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 first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion are eccentric.
  • the pin processing portion 42h of the first lower mold 42 that processes the portion corresponding to the first pin of the billet 22 protrudes from the lower mold journal processing portion 42a. Therefore, when the billet 22 is arranged on the first lower mold 42, the billet 22 is easily inclined. In this state, when the first mold 40 lowers the billet 22, the billet 22 is inclined, so that the billet 22 is easily moved in the axial direction.
  • the position of the billet 22 where the first mold 40 is reduced shifts from the planned position. That is, a situation may occur in which the pin processed portion of the first mold 40 squeezes the arm equivalent portion of the billet 22. For this reason, lack of meat may occur in the initial wasteland after the reduction. In order to prevent this, two molds are used in the first preforming step of the present embodiment.
  • 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 first mold 40 includes a first upper mold 41 and a first lower mold 42.
  • the second mold 50 includes a second upper mold 51 and a second lower mold 52.
  • the second upper mold 51 decenters the portion corresponding to the third pin.
  • the second lower mold 52 decenters the portion corresponding to the first pin.
  • 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 mold 52 Prior to the reduction of the billet 22, the second lower mold 52 is disposed at the same height as or below the lower mold journal processing part 42a that reduces the journal equivalent part of the billet 22.
  • the second upper die 51 is disposed at the same height as or above the upper die journal processing portion 41a. That is, the second upper mold 51 and the second lower mold 52 do not protrude from the upper mold journal processing section 41a and the lower mold journal processing section 42a. Therefore, even if the billet 22 is arranged on the first lower mold 42 before the start of the reduction, the billet 22 is kept substantially horizontal.
  • the eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion by the second die 50 is increased. Be started. Therefore, during the eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion, the journal equivalent portion of the billet 22 is crushed by the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a. In other words, the journal equivalent portion of the billet 22 is restrained by the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a. Therefore, the billet 22 is difficult to move during the eccentricity of the pin equivalent part, and the first pin equivalent part and the third pin equivalent part can be eccentric in a stable state.
  • the eccentricity of the first and third pin equivalent parts 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 arm equivalent portions connected to the first and third pin equivalent portions or the first and third pin equivalent portions, respectively. More specifically, it is assumed that the eccentricity of the first and third pin equivalent parts by the second mold 50 is performed on the pre-formed (that is, to some extent volume distributed) wasteland.
  • the pre-formed wasteland is formed to the extent that the first and third pin portions are present.
  • arm portions connected to the first and third pin portions are formed to some extent.
  • the second mold 50 may come into contact with a region other than the first and third pin equivalent portions. In this case, wrinkles may remain in the arm equivalent part.
  • the eccentricity of the first and third pin equivalent portions by the second mold 50 is performed on the billet 22. Billet 22 is not preformed. For this reason, the wrinkles as in the case of decentering the first and third pin equivalent portions of the preformed wasteland are less likely to occur.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 are moved up and down independently, and the journal equivalent part of the billet 22 is rolled down prior to the first pin equivalent part and the third pin equivalent part.
  • the billet 22 is difficult to move in the axial direction during the eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion. Since the billet 22 is crushed at a predetermined position of the first mold 40, it is difficult for a lack of thickness or the like to occur in the initial wasteland after the reduction.
  • the first and third pin equivalent parts or the first and third pin equivalent parts respectively correspond to the arms connected to the billet instead of the pre-formed waste land. It is hard to produce wrinkles in the part.
  • 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 upper mold 51 and the second lower mold 52 are supported by the bolster base 82 via the pin base 83.
  • the pair of first dies 40 includes journal processing portions 41 a and 42 a that come into contact with the journal equivalent portion of the billet 22.
  • the second lower die 52 and the second upper die 51 abut on the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the billet 22.
  • the die cushion 81 is set.
  • the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the billet 22 are eccentric after the start of the reduction of the journal equivalent portion.
  • 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 upper mold 51 and the second lower mold 52.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 are supported by the bolster base 82 via the hydraulic cylinder 84.
  • the hydraulic cylinder 84 operates, the second lower mold 52 starts to protrude from the first lower mold 42, and the second upper mold 51 starts to protrude from the first upper mold 41. .
  • the hydraulic cylinder 84 is arranged so that the second lower die 52 and the second upper die 51 abut against the first and third pin equivalent portions of the billet 22. Is set.
  • the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion of the billet 22 are eccentric after the start of the reduction of the journal equivalent portion.
  • the timing at which the second lower mold 52 projects from the first lower mold 42 and the timing at which the second upper mold 51 projects from the first upper mold 41 are Set as appropriate. That is, the first and third pin equivalent parts of the billet 22 may be eccentric from the start of the reduction of the journal equivalent part to the completion of the reduction. The first and third pin equivalent portions may be eccentric after completion of the reduction of the journal equivalent portion.
  • FIGS. 7A to 11B are schematic views showing 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 the end of the eccentric process. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the condition of time.
  • 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 the arm-corresponding portion.
  • FIG. 9A shows the situation at the start of the flat part forming process
  • FIG. 9B shows the situation at the end of the flat part forming process.
  • 9A is a sectional view taken along the line IXA-IXA in FIG. 7A
  • FIG. 9B is a sectional view taken along the line IXB-IXB in FIG. 7C.
  • FIG. 10A and 10B are cross-sectional views showing a portion corresponding to the third pin.
  • FIG. 10A shows the situation at the start of the eccentric process
  • FIG. 10B shows the situation at the end of the eccentric 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. 11A and FIG. 11B are cross-sectional views showing a portion corresponding to the second pin.
  • FIG. 11A shows the situation at the start of the eccentric process
  • FIG. 11B shows the situation at the end of the eccentric process.
  • 11A is a cross-sectional view taken along the line XIA-XIA in FIG. 7A
  • FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line XIB-XIB in FIG. 7C.
  • FIGS. 10A and 10B show the second mold 50
  • FIGS. 8A to 9B, FIGS. 11A and 11B show the pair of first molds 40 at the top and bottom.
  • FIGS. 8A to 11B show the shaft center position C of the journal equivalent portion by a black circle.
  • mold 42, and the billet 22 are written together with the dashed-two dotted line.
  • the second upper mold 51 and the billet 22 at the start of the eccentric process are shown together with a two-dot chain line.
  • the journal processing section includes an upper mold journal processing section 41a provided in the first upper mold 41, and a lower mold journal processing section 42a provided in the first lower mold 42, as indicated by a thick line in FIG. 8A.
  • the upper die journal processing portion 41 a is concave and can accommodate the 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 have a concave shape that can accommodate the journal equivalent portion of the billet 22.
  • the arm equivalent part does not contact the first upper mold 41 as shown in FIG. 9A. Therefore, the arm equivalent part of the billet 22 is not actively processed in the first preforming step. However, as the journal equivalent portion, the first pin equivalent portion, and the third pin equivalent portion are processed, the cross-sectional shape of the arm equivalent portion changes.
  • the second upper die 51 for processing the third pin equivalent portion is concave as shown by a thick line in FIG. 10A and can accommodate the third pin equivalent portion of the billet 22.
  • the second lower mold 52 that processes the first pin equivalent portion is simply inverted upside down from the second upper die 51 that processes the third pin equivalent portion, and thus the description thereof is omitted.
  • the second pin equivalent part does not contact the first upper mold 41 and the first lower mold 42 as shown in FIG. 11A. Therefore, in the first preforming step, the portion corresponding to the second pin of the billet 22 is not actively processed. However, as the journal equivalent portion, the first pin equivalent portion, and the third pin equivalent portion are processed, the cross-sectional shape changes.
  • the billet 22 is placed between the first upper mold 41 and the first lower mold 42 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. To place. At that time, the reduction direction is a direction perpendicular to the axial direction of the billet 22.
  • the width Bf in the direction perpendicular to the reduction direction may be larger than the thickness ta in the reduction direction.
  • the cross-sectional shape of the flat portion 23a is elliptical or oval (see FIG. 8B).
  • the second lower mold 52 and the second upper mold 51 of the second mold 50 decenter the first pin equivalent part and the third pin equivalent part.
  • Both the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion are eccentric along the reduction direction of the first mold 40.
  • the eccentric direction of the first pin equivalent portion is opposite to the eccentric direction of the third pin equivalent portion.
  • the eccentric amount of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion is equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount of the finished dimension.
  • the portion corresponding to the second pin is not eccentric.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the amount of eccentricity of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion.
  • FIG. 12 is a view as seen from the axial direction of the forged crankshaft.
  • the phase difference between the first position L1 where the first pin portion of the forged crankshaft of the three-cylinder engine is arranged and the third position L3 where the third pin portion is arranged is 120 °.
  • the phase difference between the position PA1 of the first pin equivalent portion and the position PA3 of the third pin equivalent portion of the initial waste land obtained in the first preforming step is 180 °. Therefore, the first pin equivalent portion is further decentered with respect to the axial position C of the journal equivalent portion after the first preforming step.
  • the phase difference between the first position L1 and the third position L3 is 120 °.
  • the eccentric amount (finished dimension) of the first pin portion is a distance DL between the center of the first position L1 and the axis C of the journal portion. Therefore, assuming a right triangle composed of the axial center position C of the journal part, the center of the position of the first pin equivalent part PA1, and the center of the first position L1, the eccentricity DL1 of the first pin equivalent part in the eccentric process is The eccentric amount DL of the first pin portion is equal to or smaller than ( ⁇ 3) / 2. If the eccentric amount DL1 of the first pin equivalent portion is larger than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount DL of the first pin portion, the first pin equivalent portion is eccentric to the first position L1 in the subsequent finish forging step. It is difficult.
  • the portion corresponding to the first pin must be decentered to the first position L1 along a direction that is not parallel to the reduction direction (the left-right direction in FIG. 12). If the eccentric amount DL1 of the portion corresponding to the first pin is smaller than ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount DL of the first pin portion, the subsequent finish forging process is performed a plurality of times. For example, in the first finish forging step, the eccentric amount DL1 of the portion corresponding to the first pin is eccentric to ( ⁇ 3) / 2 of the eccentric amount DL of the first pin portion. In the second finish forging step, the position of the first pin equivalent part PA1 is decentered to the first position L1. The same applies to the portion corresponding to the third pin.
  • 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 first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion can be eccentric. Further, the volume can be distributed in the axial direction by flowing the material from the journal equivalent portion to the arm equivalent portion. As a result, the material yield can be improved. Moreover, when an arm part contains a weight part, it can suppress that a thin part arises in a weight part. Further, 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 is difficult to tilt during the eccentricity of the corresponding part. As a result, the volume-distributed billet is crushed at a predetermined position of the first mold, so that it is difficult to cause a lack of thickness or the like in the final wasteland after the tumbling.
  • FIGS. 13A to 17B are schematic diagrams illustrating an example of a processing flow in the second preliminary forming process.
  • FIG. 13A is a longitudinal sectional view showing a situation at the start of the reduction
  • FIG. 13B is a longitudinal sectional view showing a situation at the end of the reduction.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are cross-sectional views showing journal equivalent parts. Of these figures, FIG. 14A shows the situation at the start of the reduction, and FIG. 14B shows the situation at the end of the reduction. 14A is a sectional view taken along the line XIVA-XIVA in FIG. 13A, and FIG. 14B is a sectional view taken along the line XIVB-XIVB in FIG. 13B.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are cross-sectional views showing the arm equivalent part.
  • FIG. 15A shows the situation at the start of the reduction
  • FIG. 15B shows the situation at the end of the reduction
  • 15A is an XVA-XVA sectional view of FIG. 13A
  • FIG. 15B is an XVB-XVB sectional view of FIG. 13B.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are cross-sectional views showing a portion corresponding to the second pin.
  • FIG. 16A shows the situation at the start of the reduction
  • FIG. 16B shows the situation at the end of the reduction.
  • 16A is a sectional view taken along the line XVIA-XVIA in FIG. 13A
  • FIG. 16B is a sectional view taken along the line XVIB-XVIB in FIG. 13B.
  • FIG. 17A and FIG. 17B are cross-sectional views showing a portion corresponding to the third pin.
  • FIG. 17A shows the situation at the start of reduction
  • FIG. 17B shows the situation at the end of reduction
  • 17A is a cross-sectional view taken along the line XVIIA-XVIIA in FIG. 13A
  • FIG. 17B is a cross-sectional view taken along the line XVIIB-XVIIB in FIG. 13B.
  • FIGS. 14A to 17B show the initial waste land 23 obtained in the first preforming step and a pair of third molds 30 on the top and bottom.
  • the third mold 30 includes a third upper mold 31 and a third lower mold 32.
  • FIGS. 14A to 17B show the axial center position C of the journal equivalent part with a black circle
  • FIGS. 14B, 15B, 16B and 17B start the reduction.
  • the third upper mold 31, the third lower mold 32, and the initial wasteland 23 at the time are written together with a two-dot chain line.
  • the pair of third dies 30 includes a pin processing portion that contacts the pin equivalent portion, a journal processing portion that contacts the journal equivalent portion, and an arm processing portion that contacts the arm equivalent portion.
  • the journal processing section includes an upper mold journal processing section 31a provided in the third upper mold 31 and a lower journal processing section 32a provided in the third lower mold 32, as indicated by a thick line in FIG. 14A.
  • 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 arm processing section includes an upper mold arm processing section 31c provided in the third upper mold 31 and a lower mold arm processing section 32c provided in the third lower mold 32, as indicated by a thick line in FIG. 15A.
  • the cross-sectional shape of the arm processing part is that the upper arm processing part 31c and the lower arm processing part 32c are concave as a whole.
  • the lower mold arm processing portion 32c has a weight processing portion 32e that comes into contact with a portion (weight equivalent portion) that becomes the weight portion.
  • 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 of the weight processed portion 32e becomes wider in the direction opposite to the eccentric direction of the pin equivalent portion.
  • the weight processed portion 32e has inclined surfaces on both side surfaces in the rolling direction.
  • the axial thickness t1 of the arm-corresponding portion is made larger than the finished thickness t0 (see FIGS. 3C and 3F). For this reason, the axial lengths of the upper die arm machining portion 31c and the lower die arm machining portion 32c are larger than the thickness of the finished dimension of the arm (the arm portion integrally including the weight portion and the weight portion).
  • the pin processing portion that processes the second pin equivalent portion includes an upper die processing portion 31f provided in the third upper die 31 and a lower die pin provided in the third lower die 32. It consists of a processing part 32f.
  • the upper die pin machining portion 31f and the lower die pin machining portion 32f are concave and can accommodate the second pin equivalent portion of the initial wasteland 23.
  • the pin processed portion that comes into contact with the third pin equivalent portion is provided at a position corresponding to the third pin equivalent portion.
  • the pin processing portion of the third mold 30 that contacts the third pin equivalent portion includes an upper die processing portion 31 b provided in the third upper die 31, and a third lower die 32.
  • the lower die pin processing portion 32b is provided.
  • the upper die pin machining portion 31b and the lower die pin machining portion 32f are concave and can accommodate the third pin equivalent portion of the initial wasteland 23.
  • the initial waste land 23 is moved between the third upper mold 31 and the third lower mold 32 with the third upper mold 31 raised and the third upper mold 31 and the third lower mold 32 separated. Place between.
  • the initial wasteland 23 is arranged in a posture rotated by 90 ° around the axis from the state at the end of the first pre-forming step so that the width direction of the flat part (the major axis direction in the case of an ellipse) is the reduction direction. Is done.
  • the third upper mold 31 is lowered from this state, as shown in FIG. 17A, the portion corresponding to the third pin in the initial waste land 23 is accommodated in the concave upper mold pin processing section 31b.
  • the second pin equivalent portion is accommodated in the concave lower pin processing portion 32f.
  • the journal equivalent portion is accommodated in the concave upper-type journal processing portion 31a.
  • the third upper mold 31 is raised, and the processed initial wasteland 23 (intermediate wasteland 24) is taken out.
  • the material of the pin equivalent part and the journal equivalent part becomes It moves in the axial direction of the initial wasteland 23. Thereby, the material flows into the arm equivalent portion between the pin equivalent portion and the journal equivalent portion. As a result, it is possible to obtain the intermediate wasteland 24 in which the volume is distributed in the axial direction.
  • the opening of the concave upper pin working portion 31f is closed by the lower die pin working portion 32f, and the upper die pin working portion 31f. Then, a closed cross section is formed by the lower die pin processing portion 32f (see FIGS. 16A and 16B).
  • 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 die journal processing portion 31a and the lower mold journal processing portion 32a (FIG. 14A and FIG. 14B).
  • burr formation may be prevented by partially reducing the journal equivalent part by the journal processing part. Moreover, burr formation may be prevented by partially reducing the pin-corresponding portion by the pin processing portion.
  • the arm-corresponding portion may not be reduced by the third mold from the viewpoint of promoting the axial distribution of the volume.
  • the method for manufacturing a forged crankshaft according to the present embodiment includes the second preforming step described above. However, it is possible to omit the second preforming step.
  • the initial wasteland may be formed into the final wasteland in the final preforming step described later after the first preforming step.
  • the second pre-forming step is omitted, the initial wasteland is greatly deformed, so that the formed final wasteland is likely to wrinkle. Therefore, it is better to carry out the second preforming step from the viewpoint of suppressing wrinkles.
  • FIGS. 18A to 18C are longitudinal sectional views schematically showing an example of a process flow of the final preliminary process.
  • FIG. 18A shows the situation before rolling.
  • FIG. 18B shows the situation when the bottom dead center of the upper mold is reached.
  • FIG. 18C shows the situation at the end of axial movement.
  • 19A to 19C are cross-sectional views schematically showing an example of the processing flow in the final preforming step.
  • FIG. 19A shows the situation before the reduction.
  • FIG. 19B shows the situation when the bottom dead center of the upper mold is reached.
  • FIG. 19C shows the situation at the end of axial movement.
  • FIG. 19A shows the situation before the reduction.
  • FIG. 19B shows the situation when the bottom dead center of the upper mold is reached.
  • FIG. 19C shows the situation at the end of axial movement.
  • FIG. 19A shows the situation before the reduction.
  • FIG. 19B shows the situation when the bottom dead center of the upper mold is reached.
  • FIG. 19C shows the situation at
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the posture of the intermediate wasteland in the final preforming step and the clamping direction by the upper and lower molds, and is a view of the intermediate wasteland viewed from the axial direction.
  • the actual second pin equivalent portion is located in front of or behind the first and third pin equivalent portions, but for convenience, the first to third pin equivalent portions are shown on the same plane.
  • 19A to 19C show the intermediate wasteland 24, the fourth lower mold 70, and the lower plate 93.
  • the intermediate wasteland 24 is indicated by a broken line for easy understanding of the drawing.
  • the fourth mold 90 includes a fourth upper mold 60 and a fourth lower mold 70.
  • the fourth upper mold 60 is supported on the upper plate 92.
  • the upper plate 92 moves up and down with the operation of a ram (not shown) of the press machine.
  • the fourth lower mold 70 is supported on the lower plate 93.
  • the lower plate 93 is fixed to a base (not shown) of the press machine.
  • the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 are divided into a plurality of members in order to reduce the arm equivalent portion from the axial direction of the intermediate wasteland 24.
  • the members constituting the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 are arranged side by side along the axial direction of the intermediate wasteland 24.
  • the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 are respectively composed of fixed pin mold members 64 and 74, a plurality of fixed journal mold members 61 and 71, a plurality of movable journal mold members 62 and 72, and a plurality of movable pins. Mold members 63 and 73 are provided.
  • the fixed pin type members 64 and 74 are arranged at the position corresponding to the center second pin in the intermediate wasteland 24.
  • the fixed pin type members 64 and 74 cannot move with respect to the upper plate 92 and the lower plate 93.
  • the fixed journal type members 61 and 71 are arranged in front and rear of the fixed pin type members 64 and 74 in the axial direction. That is, the fixed journal type members 61 and 71 are the arm equivalent part connected to the second pin equivalent part in the intermediate wasteland 24, the second journal equivalent part and the third journal equivalent part connected to the arm equivalent part, and those It is arranged at a position corresponding to an arm equivalent part connected to the journal equivalent part.
  • the fixed journal type members 61 and 71 cannot move with respect to the upper plate 92 and the lower plate 93.
  • the movable pin type members 63 and 73 are arranged at positions of the first pin equivalent portion and the third pin equivalent portion in the intermediate wasteland 24, respectively.
  • the movable pin type members 63 and 73 are on the upper plate 92 and the lower plate 93 in the axial direction of the intermediate wasteland 24 and toward the fixed pin type members 64 and 74 (fixed journal type members 61 and 71). It is movable.
  • the movable pin type members 63 and 73 cannot move in directions other than the axial direction with respect to the upper plate 92 and the lower plate 93.
  • the movable journal type members 62 and 72 are arranged at positions corresponding to the first journal equivalent portion, the fourth journal equivalent portion, and the arm equivalent portion connected to the journal equivalent portion in the intermediate wasteland 24, respectively.
  • the front movable journal members 62 and 72 are also arranged at positions corresponding to the front part of the crankshaft.
  • the rear movable journal type members 62 and 72 are also arranged at positions corresponding to the portions to be the flanges of the crankshaft.
  • the movable journal type members 62 and 72 are on the upper plate 92 and the lower plate 93 in the direction of the axial direction of the intermediate wasteland 24 and toward the fixed pin type members 64 and 74 (fixed journal type members 61 and 71). It is movable.
  • the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 made of such members are respectively formed with mold engraving portions (see reference numerals 61a, 62a, 63a, 64a, 71a, 72a, 73a and 74a in FIG. 18A). ing.
  • the mold engraving portion reflects the approximate shape of the forged crankshaft (final product).
  • the intermediate wasteland 24 is disposed between the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 in a state where the fourth upper mold 60 is raised.
  • the intermediate wasteland 24 is arranged in such a posture that the first pin equivalent part PA1 and the third pin equivalent part PA3 are arranged in a horizontal plane. That is, the intermediate wasteland 24 is arranged in such a posture that the eccentric direction of the second pin equivalent part PA2 is the vertical direction. Since the second pin equivalent part PA2 is decentered in a subsequent process, in FIG. 20, the second pin equivalent part PA2 is arranged in the horizontal plane together with the first pin equivalent part PA1 and the third pin equivalent part PA3.
  • the fourth upper mold 60 is lowered. Then, the intermediate wasteland 24 is crushed from the direction (vertical direction) perpendicular to the axial direction of the intermediate wasteland 24 by the fourth upper mold 60 and the fourth lower mold 70 (see FIG. 18B). Thereby, the journal equivalent part, the pin equivalent part, and the arm equivalent part of the intermediate wasteland 24 are pressed down, and the approximate shapes of the journal part, the pin part, and the arm part are formed.
  • the movable journal type member 72 and the movable pin type member 73 are moved in the axial direction of the intermediate wasteland 24 and toward the fixed pin type member 74.
  • This movement can be realized, for example, by a wedge mechanism or a hydraulic cylinder.
  • the movable journal mold member 62 and the movable pin mold member 63 of the fourth upper mold 60 are similarly oriented in the axial direction of the intermediate wasteland 24 and toward the fixed pin mold member 64. Move.
  • the fourth upper mold 60 is raised, and the processed intermediate wasteland 24 (final wasteland) is taken out.
  • the arm equivalent part is squeezed in the axial direction, so that the fullness of the material can be improved at the arm part, and the occurrence of a lack of thickness can be suppressed. Moreover, since it is excellent in the filling property of the material of an arm part, a final wasteland can be obtained, forming almost no burr
  • an intermediate wasteland can be obtained without forming burrs 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.
  • the arm In the second preforming step, the arm can be widened. For this reason, it is possible to form the approximate shape of the forged crankshaft by suppressing the formation of burrs in the final preliminary forming step in the subsequent step. 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 upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a correspond to the journal prior to the eccentricity of the first and third pin equivalent portions.
  • the part is rolled down.
  • 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. For this reason, the volume distribution in the preforming step can be smaller than in the case of the crank arm portion having 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 thickness t1 (mm) of the arm-corresponding portion of the intermediate waste land is a ratio (t1 / t0) to the finished dimension t0 (mm) from the viewpoint of improving the material filling property of the arm portion in the subsequent step. Therefore, it is preferably 1.1 or more, and more preferably 1.5 or more.
  • the ratio (t1 / t0) exceeds 3.5, the bulge deformation region on the material surface becomes large, and the dimensional accuracy of the outer periphery of the arm portion may be reduced. For this reason, the ratio (t1 / t0) is preferably 3.5 or less.
  • the cross-sectional area Sw2 (mm 2 ) of the web-corresponding portion of the intermediate wasteland is determined from the viewpoint of preventing the weight portion from being thinned while ensuring the fullness of the weight portion material in the subsequent process.
  • the ratio (Sw2 / Sw0) of the forged crankshaft (final product) to the cross-sectional area Sw0 (mm 2 ) of the web is preferably 0.3 to 0.9.
  • the cross-sectional area Sw1 (mm 2 ) of the web corresponding portion of the initial wasteland is a ratio (Sw1 / Sw0) of the forged crankshaft (final product) to the cross-sectional area Sw0 (mm 2 ) of the web.
  • the cross-sectional area Sw1 of the web equivalent portion is the sum of the cross-sectional area of the arm equivalent portion and the cross-sectional area of the weight equivalent portion.
  • the cross-sectional area Sw0 of the web is the sum of the cross-sectional area of the weight part and the cross-sectional area of the arm part integrally provided in the weight part.
  • the cross-sectional area Sj2 (mm 2 ) of the journal equivalent portion of the intermediate wasteland is a ratio of the cross-sectional area Sj0 (mm 2 ) of the journal portion of the forged crankshaft (final product) ( Sj2 / Sj0) is preferably set to 1.0 to 1.9.
  • the cross-sectional area of the journal portion corresponding initial wasteland Sj1 (mm 2) is a forged crankshaft ratio to the cross-sectional area of the (final product) Sj0 (mm 2) (Sj1 / Sj0), 1.2 ⁇ 1 .9 is preferred.
  • the cross-sectional area Sp2 (mm 2 ) of the pin-corresponding portion of the intermediate wasteland is the ratio of the cross-sectional area Sp0 (mm 2 ) of the pin portion of the forged crankshaft (final product) ( Sp2 / Sp0) is preferably 0.7 to 1.9.
  • the cross-sectional area Sp1 (mm 2 ) of the pin-corresponding portion in the initial wasteland is a ratio (Sp1 / Sp0) to the cross-sectional area Sp0 (mm 2 ) of the pin portion of the forged crankshaft (final product). It is preferably 9 to 1.9.
  • the part of the arm equivalent part including the weight equivalent part is obtained.
  • the thickness of the arm equivalent part not including the weight equivalent part is the same as the thickness of the finish dimension. Since the arm equivalent part (that is, the web equivalent part) including the weight equivalent part has a large volume, it is necessary to collect the material before the final preforming step. On the other hand, it is not necessary to collect so much material because the arm-corresponding portion not including the weight-corresponding portion has a small volume. Therefore, the yield is further suppressed by reducing the material collected in the arm equivalent part not including the weight equivalent part.
  • the present invention can be effectively used for manufacturing a forged crankshaft to be mounted on a reciprocating engine.

Abstract

第１予備成形工程では、第１金型（４０）を用い、ジャーナル部（Ｊ）となる部位を圧下し、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、第１ピン相当部および第３ピン相当部を偏心させる工程とを含み、ビレット（２２）から初期荒地（２３）を得る。第２予備成形工程では、第３金型（３０）を用い、扁平部（２３ａ）およびピン部（Ｐ）となる部位を圧下することにより、アーム部（Ａ）となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みよりも大きくなり、初期荒地（２３）から中間荒地（２４）を得る。最終予備成形工程では、第４金型（９０）を用い、アーム部（Ａ）となる部位を軸方向から圧下することにより、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量を維持しつつ、アーム部（Ａ）となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。

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も適用できる。
　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、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、前記特許文献１での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、初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、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４つ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、４つのジャーナル部となる部位の断面積を減少させて複数の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ピン部となる部位および第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。
　第２予備成形工程では、一対の第３金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして初期荒地の複数の扁平部、第１ピン部となる部位、第２位置に配置される第２ピン部となる部位および第３ピン部となる部位を圧下することにより、クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みよりも大きくする。
　最終予備成形工程では、一対の第４金型を用い、第２予備成形工程と同じ方向から中間荒地を圧下し、さらに、クランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下することにより、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量を維持しつつ、クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。
　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、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、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、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、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中間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最終荒地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仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図３Ｆ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の扁平部形成工程開始時の状況を模式的に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の扁平部形成工程終了時の状況を模式的に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８Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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８Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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９Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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９Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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１０Ａは、第１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１０Ｂは、第１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１１Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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１１Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の扁平部形成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１２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１３Ａは、第２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１３Ｂは、第２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１４Ａは、第２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１４Ｂは、第２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１５Ａは、第２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１５Ｂは、第２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１６Ａは、第２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１６Ｂは、第２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１７Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時における第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１７Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時における第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１８Ａは、最終予備成形工程の加工フロー例の圧下前の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１８Ｂは、最終予備成形工程の加工フロー例における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１８Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１９Ａは、最終予備成形工程の加工フロー例の圧下前の状況を模式的に示す横断面図である。 図１９Ｂは、最終予備成形工程の加工フロー例における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す横断面図である。 図１９Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す横断面図である。 図２０は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。
　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、初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、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４つ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、４つのジャーナル部となる部位の断面積を減少させて複数の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ピン部となる部位および第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。
　第２予備成形工程では、一対の第３金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして初期荒地の複数の扁平部、第１ピン部となる部位、第２位置に配置される第２ピン部となる部位および第３ピン部となる部位を圧下することにより、クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みよりも大きくする。
　最終予備成形工程では、一対の第４金型を用い、第２予備成形工程と同じ方向から中間荒地を圧下し、さらに、クランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下することにより、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量を維持しつつ、クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。
　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、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、第１ピン部となる部位および第３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、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、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予備成形工程において、ジャーナル部となる部位の圧下と、第１ピン部となる部位および第３ピン部となる部位の圧下を別個の金型で行う。そのため、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中にジャーナル部となる部位が第１金型により拘束されているため精密な形状の荒地を成形できる。その結果、精密な形状の鍛造クランク軸を製造できる。
　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、最終予備成形工程と、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３Ｆ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は中間荒地を示す。図３Ｄは最終荒地を示す。図３Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ～図３Ｆ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～図３Ｄ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３Ｅおよび図３Ｆ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～図３Ｄ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４つのジャーナル部相当部を圧下する。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、４つのジャーナル相当部が押し潰され、４つのジャーナル相当部で断面積が減少する。これに伴って、ビレット２２に４つの扁平部２３ａが形成される。４つの扁平部２３ａは、ジャーナル相当部の位置に形成される。
　偏心工程では、第１金型４０による圧下を開始後、第２金型５０を用い、第１ピン相当部および第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、ビレット２２の軸方向と垂直な方向である。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する。これにより、体積が配分され、かつ、第１ピン相当部および第３ピン相当部が偏心した初期荒地が得られる。
　第２予備成形工程では、第３金型３０を用いて初期荒地２３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、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、中間荒地２４が得られる。
　中間荒地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、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、中間荒地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３Ｆ参照）よりも大きい。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。
　最終予備成形工程では、一対の第４金型を用い、中間荒地２４を第２予備成形工程の圧下方向と同じ方向から圧下する。さらに、アーム相当部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下する。これにより、第１ピン相当部ＰＡ１および第３ピン相当部ＰＡ３の位相角および偏心量を維持しつつ、アーム相当部の厚さを仕上げ寸法の厚みまで小さくする。その結果、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２５が得られる。
　仕上げ鍛造工程では、型鍛造によって最終荒地２５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２５は、第１ピン相当部ＰＡ１および第３ピン相当部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。また、仕上げ鍛造工程では、第２位置に配置される第２ピン相当部を偏心させる。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２６が得られる（図３Ｅ参照）。仕上げ鍛造材２６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２５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２６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２６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、第１ピン相当部および第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ピン相当部および第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ピン相当部および第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、第１ピン相当部および第３ピン相当部を偏心させる。ビレット２２の第１ピン相当部を加工する第１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１下型４２にビレット２２を配置すると、ビレット２２は傾きやすい。この状態で、第１金型４０がビレット２２を圧下すると、ビレット２２が傾いているため、ビレット２２が軸方向に移動しやすい。圧下中にビレット２２が移動すると、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１金型４０は、第１上型４１と、第１下型４２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。第２上型５１は、第３ピン相当部を偏心させる。第２下型５２は、第１ピン相当部を偏心させる。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はビレット２２のジャーナル相当部を圧下する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上型５１および第２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１下型４２にビレット２２を配置しても、ビレット２２はほぼ水平に保たれる。
　また、第１金型４０の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によるジャーナル相当部の圧下開始後に、第２金型５０による第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心が開始される。したがって、第１ピン相当部および第３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。換言すれば、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、安定した状態で第１ピン相当部および第３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による第１および第３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、第１および第３ピン相当部または第１および第３ピン相当部それぞれにつながるアーム相当部に第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による第１および第３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第１および第３ピン部が有る程度形成されている。また、予備成形された荒地では第１および第３ピン部につながるアーム部がある程度形成されている。そのため、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が第１および第３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による第１および第３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。そのため、予備成形された荒地の第１および第３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第１ピン相当部および第３ピン相当部に先行して圧下されること、により第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心中にビレット２２が軸方向に移動しにくい。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、ビレットに対して第１および第３ピン相当部の偏心を行うため、第１および第３ピン相当部または第１および第３ピン相当部それぞれにつながる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上型５１および第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。一対の第１金型４０は、ビレット２２の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を備える。第１金型４０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、第２上型５１が第１上型４１から突出し始める。ジャーナル加工部４１ａ、４２ａがビレット２２のジャーナル相当部に当接した後に、第２下型５２および第２上型５１がビレット２２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、ビレット２２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上型５１および第２下型５２を昇降させることができる。第２上型５１および第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金型４０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、第２上型５１が第１上型４１から突出し始める。ジャーナル加工部４１ａ、４２ａがビレット２２のジャーナル相当部に当接した後に、第２下型５２および第２上型５１がビレット２２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、ビレット２２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２下型５２が第１下型４２から突出するタイミング、および第２上型５１が第１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、ビレット２２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。
３．第１予備成形工程の加工フロー例
　図７Ａ～図１１Ｂ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、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９Ａは扁平部形成工程開始時の状況を示し、図９Ｂは扁平部形成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、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１０Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図１０Ｂは偏心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１１Ａおよび図１１Ｂ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１１Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図１１Ｂは偏心工程終了時の状況を示す。なお、図１１Ａは、前記図７ＡのＸＩＡ－ＸＩＡ断面図であり、図１１Ｂは、前記図７ＣのＸＩＢ－ＸＩＢ断面図である。
　図１０Ａおよび図１０Ｂには第２金型５０を示し、図８Ａ～図９Ｂ、図１１Ａおよび図１１Ｂには上下で一対の第１金型４０を示す。状況の理解を容易にするため、図８Ａ～図１１Ｂ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８Ｂ、図９Ｂおよび図１１Ｂには、扁平部形成工程開始時の第１上型４１、第１下型４２、およびビレット２２を二点鎖線で併記する。図１０Ｂには、偏心工程開始時の第２上型５１およびビレット２２を二点鎖線で併記する。
　ジャーナル加工部は、図８Ａに太線に示すように、第１上型４１に設けられる上型ジャーナル加工部４１ａ、および、第１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、ビレット２２のジャーナル相当部を収容可能である。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を収容可能な凹状であってもよい。
　アーム相当部は、図９Ａに示すように、第１上型４１と接触しない。そのため、第１予備成形工程ではビレット２２のアーム相当部は積極的に加工はされない。ただし、ジャーナル相当部、第１ピン相当部および第３ピン相当部が加工されることに伴い、アーム相当部の断面形状は変化する。
　第３ピン相当部を加工する第２上型５１は、図１０Ａに太線で示すように、凹状であり、ビレット２２の第３ピン相当部を収容可能である。第１ピン相当部を加工する第２下型５２は、第３ピン相当部を加工する第２上型５１と上下が反転しただけであるので説明は省略する。
　第２ピン相当部は、図１１Ａに示すように、第１上型４１および第１下型４２と接触しない。そのため、第１予備成形工程ではビレット２２の第２ピン相当部は積極的に加工はされない。ただし、ジャーナル相当部、第１ピン相当部および第３ピン相当部が加工されることに伴い、断面形状は変化する。
　第１予備成形工程では、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。その際、圧下方向はビレット２２の軸方向と垂直な方向である。
　この状態から第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第１上型４１の上型ジャーナル加工部４１ａ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１上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、図８Ｂ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との内部のビレット２２のジャーナル相当部が圧下される。このようにしてビレット２２のジャーナル相当部が第１金型によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部の断面積が減少し、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。
　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８Ｂ参照）。
　第１金型４０による圧下開始後、第２金型５０の第２下型５２および第２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１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ピン相当部は偏心しない。
　図１２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１２は、鍛造クランク軸の軸方向から見た図である。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３ピン部が配置される第３位置Ｌ３との位相差は１２０°である。しかしながら、第１予備成形工程で得られた初期荒地の第１ピン相当部の位置ＰＡ１と第３ピン相当部の位置ＰＡ３との位相差は１８０°である。そのため、第１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３位置Ｌ３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ＤＬ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ピン相当部の偏心量ＤＬ１は、第１ピン部の偏心量ＤＬ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ＤＬ１が第１ピン部の偏心量ＤＬ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１２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ＤＬ１が第１ピン部の偏心量ＤＬ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ＤＬ１を第１ピン部の偏心量ＤＬ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１金型４０による圧下および第２金型５０による偏心の終了後、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、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、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が傾きにくい。これにより、体積配分されたビレットが、第１金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地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１３Ａ～図１７Ｂ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１３Ａは圧下開始時の状況を示す縦断面図であり、図１３Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
　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は圧下開始時の状況を示し、図１４Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１４Ａは、前記図１３ＡのＸＩＶＡ－ＸＩＶＡ断面図であり、図１４Ｂは、前記図１３Ｂ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は圧下開始時の状況を示し、図１５Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１５Ａは、前記図１３ＡのＸＶＡ－ＸＶＡ断面図であり、図１５Ｂは、前記図１３ＢのＸＶＢ－ＸＶＢ断面図である。
　図１６Ａおよび図１６Ｂ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１６Ａは圧下開始時の状況を示し、図１６Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１６Ａは、前記図１３ＡのＸＶＩＡ－ＸＶＩＡ断面図であり、図１６Ｂは、前記図１３ＢのＸＶＩＢ－ＸＶＩＢ断面図である。
　図１７Ａおよび図１７Ｂ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１７Ａは圧下開始時の状況を示し、図１７Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１７Ａは、前記図１３ＡのＸＶＩＩＡ－ＸＶＩＩＡ断面図であり、図１７Ｂは、前記図１３ＢのＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢ断面図である。
　図１４Ａ～図１７Ｂには、前述の第１予備成形工程で得られた初期荒地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１４Ａ～図１７Ｂ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し、図１４Ｂ、図１５Ｂ、図１６Ｂおよび図１７Ｂには、圧下開始時の第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。一対の第３金型３０は、ピン相当部と当接するピン加工部、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部、およびアーム相当部と当接するアーム加工部を備える。
　ジャーナル加工部は、図１４Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型ジャーナル加工部３１ａ、および、第３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。
　アーム加工部は、図１５Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型アーム加工部３１ｃ、および、第３下型３２に設けられる下型アーム加工部３２ｃ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３１ｃおよび下型アーム加工部３２ｃは全体として凹状である。
　鍛造クランク軸のアーム部がウエイト部を含む場合、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。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１５Ａ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よりも大きくする（図３Ｃおよび図３Ｆ参照）。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（ウエイト部およびそのウエイト部を一体で備えるアーム部）の仕上げ寸法の厚さより大きい。
　第２ピン相当部を加工するピン加工部は、図１６Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型ピン加工部３１ｆ、および、第３下型３２に設けられる下型ピン加工部３２ｆからなる。上型ピン加工部３１ｆおよび下型ピン加工部３２ｆは、凹状であり、初期荒地２３の第２ピン相当部を収容可能である。
　第３ピン相当部と当接するピン加工部は、第３ピン相当部に対応する位置に設けられる。第３ピン相当部と当接する第３金型３０のピン加工部は、図１７Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型ピン加工部３１ｂ、および、第３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および下型ピン加工部３２ｆは、凹状であり、初期荒地２３の第３ピン相当部を収容可能である。
　第２予備成形工程では、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。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。この状態から第３上型３１を下降させると、図１７Ａに示すように、初期荒地２３のうちの第３ピン相当部が凹状の上型ピン加工部３１ｂに収容される。第１ピン相当部も同様である。第２ピン相当部は、図１６Ａに示すように、凹状の下型ピン加工部３２ｆに収容される。また、図１４Ａ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３上型３１をさらに下降させると、第３金型３０により初期荒地２３が圧下される。このため、第１～第３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。
　第３金型３０による圧下の終了後、第３上型３１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（中間荒地２４）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、初期荒地２３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中間荒地２４を得ることができる。
　また、第２ピン相当部においては、第３上型３１を下降させる過程で、凹状の上型ピン加工部３１ｆの開口が、下型ピン加工部３２ｆで塞がれ、上型ピン加工部３１ｆおよび下型ピン加工部３２ｆによって閉断面が形成される（図１６Ａおよび図１６Ｂ参照）。第１ピン相当部および第３ピン相当部も同様である。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（図１４Ａおよび図１４Ｂ参照）。これにより、第３上型３１と第３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２予備成形工程では、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２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３金型によって圧下しなくてもよい。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、上述した第２予備成形工程を含む。しかしながら、第２予備成形工程を省略することは可能である。たとえば、第１予備成形工程終了後に初期荒地を、後述する最終予備成形工程で最終荒地に成形してもよい。ただし、第２予備成形工程を省略する場合、初期荒地を大きく変形させるため、成形された最終荒地に疵が生じやすい。そのため、疵を抑制する観点から、第２予備成形工程は実施される方がよい。
５．最終予備成形工程の加工フロー例
　図１８Ａ～図１８Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例を模式的に示す縦断面図である。これらの図のうち、図１８Ａは圧下前の状況を示す。図１８Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図１８Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。また、図１９Ａ～図１９Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例を模式的に示す横断面図である。これらの図のうち、図１９Ａは圧下前の状況を示す。図１９Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図１９Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。図２０は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。なお、図１８Ａ～図１８Ｃにおいて、実際の第２ピン相当部は第１および第３ピン相当部の手前または奥に位置するが、便宜上、第１～第３ピン相当部を同一面上に示す。図１９Ａ～図１９Ｃには、中間荒地２４と、第４下型７０と、下側プレート９３とを示す。なお、図１９Ａでは、図面の理解を容易にするため中間荒地２４は破線で示す。
　図１８Ａ～図１８Ｃには、前述の第２予備成形工程で得られた中間荒地２４と、上下で一対の第４金型９０と、上側プレート９２と、下側プレート９３とを示す。第４金型９０は、第４上型６０と、第４下型７０とを備える。第４上型６０は、上側プレート９２上に支持される。上側プレート９２はプレス機のラム（図示省略）の作動に伴って上下動する。第４下型７０は、下側プレート９３上に支持される。下側プレート９３はプレス機の土台（図示省略）に固定される。
　アーム相当部を中間荒地２４の軸方向から圧下するために、第４上型６０および第４下型７０は、複数の部材に分割されている。第４上型６０および第４下型７０を構成する部材は、中間荒地２４の軸方向に沿って並べて配置される。第４上型６０および第４下型７０は、それぞれ、固定ピン型部材６４および７４と、複数の固定ジャーナル型部材６１および７１と、複数の可動ジャーナル型部材６２および７２と、複数の可動ピン型部材６３および７３とを備える。
　固定ピン型部材６４および７４は、中間荒地２４のうちで中央の第２ピン相当部の位置に配置される。固定ピン型部材６４および７４は、上側プレート９２および下側プレート９３に対し、移動不能である。
　固定ジャーナル型部材６１および７１は、固定ピン型部材６４および７４の軸方向の前後に配置される。つまり、固定ジャーナル型部材６１および７１は、中間荒地２４のうちで第２ピン相当部につながるアーム相当部、そのアーム相当部につながる第２ジャーナル相当部および第３ジャーナル相当部、および、それらのジャーナル相当部につながるアーム相当部、に対応する位置にそれぞれ配置される。固定ジャーナル型部材６１および７１は、上側プレート９２および下側プレート９３に対し、移動不能である。
　可動ピン型部材６３および７３は、中間荒地２４のうちで第１ピン相当部および第３ピン相当部の位置にそれぞれ配置される。可動ピン型部材６３および７３は、上側プレート９２および下側プレート９３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４および７４（固定ジャーナル型部材６１および７１）に向く方向に移動可能である。可動ピン型部材６３および７３は、上側プレート９２および下側プレート９３に対し、その軸方向以外の方向に移動不能である。
　可動ジャーナル型部材６２および７２は、中間荒地２４のうちで第１ジャーナル相当部および第４ジャーナル相当部、および、そのジャーナル相当部につながるアーム相当部に対応する位置にそれぞれ配置される。なお、前側の可動ジャーナル型部材６２および７２は、クランク軸のフロントとなる部位に対応する位置にも配置される。後側の可動ジャーナル型部材６２および７２は、クランク軸のフランジとなる部位に対応する位置にも配置される。可動ジャーナル型部材６２および７２は、上側プレート９２および下側プレート９３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４および７４（固定ジャーナル型部材６１および７１）に向く方向に移動可能である。
　このような部材からなる第４上型６０および第４下型７０には、それぞれ型彫刻部（図１８Ａ中の符号６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａおよび７４ａ参照）が形成されている。その型彫刻部には、鍛造クランク軸（最終製品）のおおよその形状が反映されている。
　最終予備成形工程では、図１８Ａに示すように、第４上型６０を上昇させた状態で、第４上型６０と第４下型７０の間に中間荒地２４を配置する。その際、図２０に示すように、中間荒地２４は、第１ピン相当部ＰＡ１および第３ピン相当部ＰＡ３が水平面内で並ぶような姿勢で配置される。つまり、中間荒地２４は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向が鉛直方向となるような姿勢で配置される。なお、第２ピン相当部ＰＡ２は後工程で偏心させるため、図２０では第２ピン相当部ＰＡ２は、第１ピン相当部ＰＡ１および第３ピン相当部ＰＡ３とともに水平面内で並んでいる。
　この状態から、第４上型６０を下降させる。すると、中間荒地２４が、第４上型６０および第４下型７０によって中間荒地２４の軸方向と垂直な方向（鉛直方向）から圧下される（図１８Ｂ参照）。これにより、中間荒地２４のジャーナル相当部、ピン相当部、およびアーム相当部が圧下され、ジャーナル部、ピン部およびアーム部のおおよその形状が造形される。
　さらに、図１９Ａ～図１９Ｃに示すように、可動ジャーナル型部材７２、並びに可動ピン型部材７３を、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材７４に向く方向に移動させる。この移動は、例えば、くさび機構または油圧シリンダによって実現できる。なお、図１８Ａ～図１８Ｃに示すように第４上型６０の可動ジャーナル型部材６２、並びに可動ピン型部材６３も同様に中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４に向く方向に移動させる。
　図１９Ａ～図１９Ｃに示すように、可動ジャーナル型部材７２、並びに可動ピン型部材７３の軸方向移動に伴い、中間荒地２４のアーム相当部が中間荒地２４の軸方向に圧下される。これにより、アーム相当部の厚さが仕上げ寸法の厚さまで小さくなり、アーム部（ウエイト部を含む場合はウェブ）のおおよその形状が造形される。その際、ピン相当部は偏心方向に移動しない。つまり、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と同じかそれよりも小さい状態に維持される。
　第４金型９０による圧下の終了後、第４上型６０を上昇させ、加工済みの中間荒地２４（最終荒地）を取り出す。
　このような最終予備成形工程によれば、アーム相当部を軸方向に圧下することから、アーム部で、材料の充満性を向上でき、欠肉が生じるのを抑制できる。また、アーム部の材料の充満性に優れることから、バリをほとんど形成することなく、最終荒地を得ることができる。
　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、バリを形成することなく、中間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。また、第２予備成形工程では、アーム相当部で広くすることができる。このため、後工程の最終予備成形工程で、バリの形成を抑制して、鍛造クランク軸のおおよその形状を造形できる。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。
６．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予備成形工程では第１および第３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。そのため、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。
　後工程でアーム部の材料の充満性を向上させる観点から、第２予備成形工程において、中間荒地のアーム相当部の厚みｔ１（ｍｍ）は、仕上げ寸法ｔ０（ｍｍ）に対する比（ｔ１／ｔ０）で、１．１以上とするのが好ましく、１．５以上とするのがより好ましい。一方、比（ｔ１／ｔ０）が３．５を超えると、材料表面のバルジ変形領域が大きくなり、アーム部外周の寸法精度が低下するおそれがある。このため、比（ｔ１／ｔ０）を３．５以下とするのが好ましい。
　鍛造クランク軸がウエイト部を含む場合、後工程でウエイト部の材料の充満性を確保しつつウエイト部の欠肉を防止する観点から、中間荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｗ２／Ｓｗ０）で、０．３～０．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｗ１／Ｓｗ０）で、０．２～０．８とするのが好ましい。ここで、ウェブ相当部の断面積Ｓｗ１は、アーム相当部の断面積と、ウエイト相当部の断面積との合計である。また、ウェブの断面積Ｓｗ０は、ウエイト部の断面積と、そのウエイト部が一体で備えるアーム部の断面積との合計である。
　後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の断面積Ｓｊ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｊ２／Ｓｊ０）で、１．０～１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）の断面積Ｓｊ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｊ１／Ｓｊ０）で、１．２～１．９とするのが好ましい。
　後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｐ２／Ｓｐ０）で、０．７～１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｐ１／Ｓｐ０）で、０．９～１．９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。上述の説明では、一部のアーム相当部がウエイト部を含む場合を説明した。しかしながら、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法はこの場合に限定されない。たとえば、複数のアーム相当部の全部のアーム相当部がウエイト相当部を含んでいてもよい（例：３気筒－６枚カウンターウエイトのクランク軸）。
　また、一部のアーム相当部がウエイト部を含む場合（例：３気筒－４枚カウンターウエイト部のクランク軸）、第２予備成形工程終了後に、ウエイト相当部を含む一部のアーム相当部の厚さが仕上げ寸法の厚さよりも大きく、ウエイト相当部を含まないアーム相当部の厚さは仕上げ寸法の厚さと同じであるのが好ましい。ウエイト相当部を含むアーム相当部（すなわちウェブ相当部）は体積が大きいため、最終予備成形工程前に材料を集める必要がある。一方で、ウエイト相当部を含まないアーム相当部は体積が小さいため材料をそれほど多く集める必要はない。したがって、ウエイト相当部を含まないアーム相当部に集める材料を減らすことで、歩留りがさらに抑制される。
　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　中間荒地
　２５　最終荒地
　２６　仕上げ鍛造材
　３０　第３金型
　４０　第１金型
　５０　第２金型
　９０　第４金型
　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
　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、
    　前記初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、
    　前記中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、
    　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、前記ビレットの前記４つの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４つのジャーナル部となる部位の断面積を減少させて複数の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、
    　前記第２予備成形工程では、一対の第３金型を用い、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして前記初期荒地の前記複数の扁平部、前記第１ピン部となる部位、前記第２位置に配置される第２ピン部となる部位および前記第３ピン部となる部位を圧下することにより、前記クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みよりも大きくし、
    　前記最終予備成形工程では、一対の第４金型を用い、前記第２予備成形工程と同じ方向から前記中間荒地を圧下し、さらに、前記クランクアーム部となる部位を、前記中間荒地の軸方向から圧下することにより、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量を維持しつつ、前記クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする、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。
PCT/JP2019/006843 2018-03-20 2019-02-22 鍛造クランク軸の製造方法 WO2019181366A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020507457A JP6958724B2 (ja) 2018-03-20 2019-02-22 鍛造クランク軸の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018052109 2018-03-20
JP2018-052109 2018-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019181366A1 true WO2019181366A1 (ja) 2019-09-26

Family

ID=67987060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/006843 WO2019181366A1 (ja) 2018-03-20 2019-02-22 鍛造クランク軸の製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6958724B2 (ja)
WO (1) WO2019181366A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014091730A1 (ja) * 2012-12-12 2014-06-19 新日鐵住金株式会社 ３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、およびこれを用いた３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法
WO2015129208A1 (ja) * 2014-02-27 2015-09-03 新日鐵住金株式会社 ３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、及びこれを用いた３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法
WO2016152933A1 (ja) * 2015-03-24 2016-09-29 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法
WO2018061765A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014091730A1 (ja) * 2012-12-12 2014-06-19 新日鐵住金株式会社 ３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、およびこれを用いた３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法
WO2015129208A1 (ja) * 2014-02-27 2015-09-03 新日鐵住金株式会社 ３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、及びこれを用いた３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法
WO2016152933A1 (ja) * 2015-03-24 2016-09-29 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法
WO2018061765A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 新日鐵住金株式会社 鍛造クランク軸の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019181366A1 (ja) 2021-03-11
JP6958724B2 (ja) 2021-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6384592B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
US10456828B2 (en) Method for producing forged crankshaft
WO2018056135A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6561576B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2018061765A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6561577B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6935821B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2019176508A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6822573B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6962250B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2019181366A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6822574B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6935822B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2018100810A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
JP6933048B2 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法
WO2017110887A1 (ja) 鍛造クランク軸の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19771834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020507457

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19771834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1