JP2006312978A - コンロッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】コラム部の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッドを得ることができる製造方法を提供すること。
【解決手段】熱間鍛造工程とバリ抜き工程と冷間コイニング工程とを含むコンロッドの製造方法である。バリ抜き工程においては、抜き穴50を有すると共にその周囲にバリ切断刃51を備えた抜き型5を用い、抜き型5の抜き穴50にコンロッドを挿入してバリ2をバリ切断刃51に当接させ、抜き穴50を貫通突出したコンロッドの少なくともコラム部13に対し、コラム部13の両側のリブ131が開く方向に変形することを阻止するように拘束する拘束型6を当接させ、拘束型6によるコラム部13の拘束状態を維持したまま、加圧型4によってコンロッドを押圧してバリ2をバリ切断刃51に押しつけることにより、バリ2の切除を行う。
【選択図】図4
【解決手段】熱間鍛造工程とバリ抜き工程と冷間コイニング工程とを含むコンロッドの製造方法である。バリ抜き工程においては、抜き穴50を有すると共にその周囲にバリ切断刃51を備えた抜き型5を用い、抜き型5の抜き穴50にコンロッドを挿入してバリ2をバリ切断刃51に当接させ、抜き穴50を貫通突出したコンロッドの少なくともコラム部13に対し、コラム部13の両側のリブ131が開く方向に変形することを阻止するように拘束する拘束型6を当接させ、拘束型6によるコラム部13の拘束状態を維持したまま、加圧型4によってコンロッドを押圧してバリ2をバリ切断刃51に押しつけることにより、バリ2の切除を行う。
【選択図】図4
Description
本発明は、座屈強度の低下を抑制できるコンロッドの製造方法に関する。
自動車等に用いられるエンジンの部品の一つであるコンロッドは、熱間鍛造によって製造される場合が多い。一般的な製造方法としては、熱間鍛造工程、バリ抜き工程、冷間コイニング工程を行う方法がある(例えば、特許文献1)。
ところで、上記コンロッドは、周知のように大端部と小端部とこれらを繋ぐコラム部とを有するものであり、上記コラム部は、両側に配されたリブと、これらを繋ぐ幹部とよりなる断面略H型とすることが通常である。そして、コンロッドは、シリンダー内の爆発力をコンロッドの小端部側に固定されたピストンで受けた際の圧縮力に耐える必要があるため、コラム部の座屈強度を高めることが軽量化を可能にするために不可欠となる。そのため、座屈強度を向上するための研究が盛んに進められている。
ところで、上記コンロッドは、周知のように大端部と小端部とこれらを繋ぐコラム部とを有するものであり、上記コラム部は、両側に配されたリブと、これらを繋ぐ幹部とよりなる断面略H型とすることが通常である。そして、コンロッドは、シリンダー内の爆発力をコンロッドの小端部側に固定されたピストンで受けた際の圧縮力に耐える必要があるため、コラム部の座屈強度を高めることが軽量化を可能にするために不可欠となる。そのため、座屈強度を向上するための研究が盛んに進められている。
また、座屈強度を高める研究が盛んに行われている一方で、製造上座屈強度が低下する要因となる問題も残っている。すなわち、実際の製造では、コラム部の断面形状が完全に対称となるコンロッドを製造することが難しいという問題である。
コラム部の断面形状が表裏対称でない場合、たとえばH型の両側のリブが平行でなく斜めに傾いている場合には、H断面の上部と下部で圧縮力に対する抵抗力に差異が生じてしまうため、どうしてもコラム部に曲げ歪みが生じてしまうことになる。したがって、この曲げ歪みが一定量を超えて大きくなると当然座屈現象が生じることとなり、完全対称の場合に比較して、曲げ歪みが大きく生じる分だけ座屈強度がより大きく低下してしまうことになるのである。上記の一般的な製造方法において製造したコンロッドは、コラム部に上記のような変形が生じる場合が多く、その分全体の剛性向上のために肉厚化するなどの対応策が必要となり、軽量化の妨げの1つともなっている。
コラム部の断面形状が表裏対称でない場合、たとえばH型の両側のリブが平行でなく斜めに傾いている場合には、H断面の上部と下部で圧縮力に対する抵抗力に差異が生じてしまうため、どうしてもコラム部に曲げ歪みが生じてしまうことになる。したがって、この曲げ歪みが一定量を超えて大きくなると当然座屈現象が生じることとなり、完全対称の場合に比較して、曲げ歪みが大きく生じる分だけ座屈強度がより大きく低下してしまうことになるのである。上記の一般的な製造方法において製造したコンロッドは、コラム部に上記のような変形が生じる場合が多く、その分全体の剛性向上のために肉厚化するなどの対応策が必要となり、軽量化の妨げの1つともなっている。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コラム部の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッドを得ることができる製造方法を提供しようとするものである。
本発明は、素材に熱間鍛造を施して、大端部と小端部とこれらを繋ぐ断面略H型のコラム部とを有すると共に外周部にバリを備えたコンロッドを成形する熱間鍛造工程と、上記コンロッドの外周部に生じた上記バリを除去するバリ抜き工程と、上記大端部、上記小端部および上記コラム部に冷間コイニングを施す冷間コイニング工程とを含むコンロッドの製造方法において、
上記バリ抜き工程においては、抜き穴を有すると共にその周囲にバリ切断刃を備えた抜き型を用い、該抜き型の上記抜き穴に上記コンロッドを挿入して上記バリを上記バリ切断刃に当接させ、
上記抜き穴を貫通突出した上記コンロッドの少なくとも上記コラム部に対し、該コラム部の両側のリブが開く方向に変形することを阻止するように拘束する拘束型を当接させ、
該拘束型による上記コラム部の拘束状態を維持したまま、加圧型によって上記コンロッドを押圧して上記バリを上記バリ切断刃に押しつけることにより、上記バリの切除を行うことを特徴とするコンロッドの製造方法にある(請求項1)。
上記バリ抜き工程においては、抜き穴を有すると共にその周囲にバリ切断刃を備えた抜き型を用い、該抜き型の上記抜き穴に上記コンロッドを挿入して上記バリを上記バリ切断刃に当接させ、
上記抜き穴を貫通突出した上記コンロッドの少なくとも上記コラム部に対し、該コラム部の両側のリブが開く方向に変形することを阻止するように拘束する拘束型を当接させ、
該拘束型による上記コラム部の拘束状態を維持したまま、加圧型によって上記コンロッドを押圧して上記バリを上記バリ切断刃に押しつけることにより、上記バリの切除を行うことを特徴とするコンロッドの製造方法にある(請求項1)。
本発明の製造方法において注目すべき点は、上記バリ抜き工程において、上記拘束型を用い、上記コラム部の上記変形を阻止するための上記拘束型による拘束状態を維持したままバリの切除を行うことである。これにより、最終的に、コラム部の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッドを得ることができる。
すなわち、上記バリ抜き工程では、上記拘束型によって両側のリブが開かないように拘束した状態で上記バリを上記抜き型のバリ切断刃に押しつける。このとき、上記拘束型を用いない場合には、コラム部がバリ抜き時の剪断力によって引っ張られて、両側のリブが「ハ」字状に開くように変形する可能性がある。これに対し、上記拘束型によってコラム部を拘束している場合には、上記の「ハ」字状への変形を抑制することができ、バリ抜き工程直後におけるコラム部の変形を皆無に近くまたは従来よりも小さくすることができる。
上記バリ抜き工程の後に行う上記冷間コイニング工程では、上記コラム部を上記バリ抜きの方向と同じ方向に圧縮する工程である。そのため、コラム部が冷間コイニング工程を実施する前に「ハ」字状に変形していた場合には、冷間コイニングの際の圧縮力が、上記変形を増長させる方向に働き、より大きな変形を引き起こしてしまう。また、これは、冷間コイニング前の「ハ」字状への変形が大きいほど顕著となる。このような変形の増長をも、上記バリ抜き工程での変形抑制効果によって抑制することができる。
そして、これにより、上述したごとく、コラム部の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッドを得ることができるのである。
そして、これにより、上述したごとく、コラム部の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッドを得ることができるのである。
本発明においては、上記拘束型は、上記抜き型から突出した上記コラム部の両側の上記リブの先端部を収容する収容凹部を備えていることが好ましい(請求項2)。この場合には、上記収容凹部に上記コラム部の先端部を収めておくことによって、その拘束を確実に行うことができる。なお、上記収容凹部としては、H型の両側のリブの先端部2つに対してそれぞれ対応するよう2つ設けることが、その変形防止効果が最も高く好ましい。一方、両側のリブの先端部2つをまとめて収容し、少なくともその外方部からの拘束効果が得られる1つの収容凹部とすることも可能である。
なお、上記収容凹部を設けない拘束方法として、非常に摩擦係数の高い表面を上記拘束型に設けることも可能である。その場合には、十分な摩擦力を確保するために十分な当接力を維持し続けるよう制御することが重要となる。そのため、上記収容凹部に頼る方が製造上合理的である。
また、上記熱間鍛造工程および上記冷間コイニング工程としては、従来一般的に行われている方法を採用することができる。また、冷間コイニング工程の前には、ショットブラスト工程を追加することもできる。
また、上記素材としては、コンロッドとして使用できるものであれば特に限定する必要はない。
また、上記素材としては、コンロッドとして使用できるものであれば特に限定する必要はない。
(実施例1)
本発明の実施例に係るコンロッドの製造方法につき、図1〜図6を用いて説明する。
本例では、図1に示すごとく、大端部11と小端部12とこれらを繋ぐ断面略H型のコラム部13とを有するコンロッド1を製造する。コラム部13は、同図に示すごとく、両側に配されたリブ131と、これらを繋ぐ幹部130とより構成され、上記のごとく、なる断面略H型である。
本例の製造方法は、図2に示すごとく、熱間鍛造工程S1、バリ抜き工程S2、ショットブラスト工程S3、及び冷間コイニング工程S4を含むものである。なお、ショットブラスト工程S3は、省略することも可能である。また、同図に示すごとく、冷間コイニング工程S4の後には、必要に応じて、ショットピーニング工程S5と機械加工工程S6を追加する場合もある。
本発明の実施例に係るコンロッドの製造方法につき、図1〜図6を用いて説明する。
本例では、図1に示すごとく、大端部11と小端部12とこれらを繋ぐ断面略H型のコラム部13とを有するコンロッド1を製造する。コラム部13は、同図に示すごとく、両側に配されたリブ131と、これらを繋ぐ幹部130とより構成され、上記のごとく、なる断面略H型である。
本例の製造方法は、図2に示すごとく、熱間鍛造工程S1、バリ抜き工程S2、ショットブラスト工程S3、及び冷間コイニング工程S4を含むものである。なお、ショットブラスト工程S3は、省略することも可能である。また、同図に示すごとく、冷間コイニング工程S4の後には、必要に応じて、ショットピーニング工程S5と機械加工工程S6を追加する場合もある。
まず、上記熱間鍛造工程S1は、素材に熱間鍛造を施して、大端部11と小端部12とこれらを繋ぐ断面略H型のコラム部13とを有するコンロッド1を成形する周知の工程である。実際には、図3に示すごとく、コンロッド1の外周に、一対の鍛造型の間隙に据え込まれて形成されるバリ2が生じている。そのため、次のバリ抜き工程S2を実施する。
本例のバリ抜き工程S2では、図4(a)に示すごとく、抜き穴50を有すると共にその周囲にバリ切断刃51を備えた抜き型5を用い、抜き型5の抜き穴50にコンロッド1を挿入してバリ2をバリ切断刃51に当接させる。そして、抜き穴50を貫通突出したコンロッド1のコラム部13に対し、その幅方向の変形を阻止するように拘束する拘束型6を当接させる。
同図に示すごとく、本例の拘束型6は、抜き型5から突出したコラム部13の両側のリブ131の先端部132をそれぞれ収容する2つの収容凹部61を備えている。各収容凹部61は、深さDが1mmとなるように設定してあり、図4(b)に示すごとく、コラム部131の先端部132の外側面133及び内側面134に対し、凹部外側面613と凹部内側面614とが当接するようにしてある。なお、この側面の当接関係は、あらかじめ許容交差分だけクリアランスを設けておき、変形が起こった際に実際に当接するように設定することも可能である。
そして、図4(b)に示すごとく、拘束型6によるコラム部13の拘束状態を維持したまま、加圧型4によってコンロッド1を押圧する。なお、加圧型4は、バリ2を押さえるバリ押さえ部41をスプリング42を介して有している。そのため、コンロッド1を押圧する際には、上記バリ押さえ部41によってバリ2を保持することができる。そして、この押圧時には、拘束型6は図示しないバネのバネ力によって必要とする拘束力を保持したまま、加圧型4の下方への移動と共に下方へ移動する。それと共に、バリ2が固定されているバリ切断刃51に押しつけられた際にも、コラム部13全体が下方の拘束型6へ押しつけられることとなるため、その結果、コラム部が拘束された状態のままバリ2が切除可能となる。
つまり、本例では、上記のごとく拘束型6によるコラム部13の拘束状態を維持した状態でバリ2の切除を行うので、コラム部13における両側のリブ131が「ハ」字状に開かれるように変形することを抑制することができる。
つまり、本例では、上記のごとく拘束型6によるコラム部13の拘束状態を維持した状態でバリ2の切除を行うので、コラム部13における両側のリブ131が「ハ」字状に開かれるように変形することを抑制することができる。
このバリ抜き工程S2を行った後、本例では酸化スケールを除去するためのショットブラスト工程S3を行い、その後、冷間コイニング工程S4を実施する。
冷間コイニング工程S4では、図5、図6に示すごとく、上下一対のコイニング型71または72によって、コンロッド1の大端部11、小端部12およびコラム部13を挟持して圧縮荷重を加える。コイニング型としては、図5に示すごとく、コラム部13に関してはその長手方向中央部のみに圧縮荷重を加えるコイニング型71と、図6に示すごとく、コラム部13の長手方向全長に圧縮荷重を加えるコイニング型72とがある。
冷間コイニング工程S4では、図5、図6に示すごとく、上下一対のコイニング型71または72によって、コンロッド1の大端部11、小端部12およびコラム部13を挟持して圧縮荷重を加える。コイニング型としては、図5に示すごとく、コラム部13に関してはその長手方向中央部のみに圧縮荷重を加えるコイニング型71と、図6に示すごとく、コラム部13の長手方向全長に圧縮荷重を加えるコイニング型72とがある。
このような製造方法を採用することにより、本例で得られるコンロッド1は、従来よりもコラム部13の変形が少なく、座屈強度も従来よりも向上したものとなる。
すなわち、本例では、上記のような拘束型6を用いることにより、バリ抜き工程S2においてコラム部13がバリ抜き時の剪断力によって引っ張られて、両側のリブ131が「ハ」字状に変形することを十分に抑制することができるのである。
そして、バリ抜き工程S2での変形の抑制によって、その後の冷間コイニング工程S4における圧縮力による変形の増長も抑制することができる。
それ故、本例の製造方法では、コラム部13の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッド1を得ることができるのである。
すなわち、本例では、上記のような拘束型6を用いることにより、バリ抜き工程S2においてコラム部13がバリ抜き時の剪断力によって引っ張られて、両側のリブ131が「ハ」字状に変形することを十分に抑制することができるのである。
そして、バリ抜き工程S2での変形の抑制によって、その後の冷間コイニング工程S4における圧縮力による変形の増長も抑制することができる。
それ故、本例の製造方法では、コラム部13の断面形状の対称性に優れ、座屈強度の高いコンロッド1を得ることができるのである。
(実施例2)
本例では、実施例1の作用効果を明確にするために、複数種類の条件(試験No.1〜9)によってコンロッドを作製し、その変形状態および座屈強度を評価した。
本例では、素材として、S55C(0.55%C−0.25%Si−0.75%Mn)鋼を用い、基本的に上述した実施例1と同様の製造工程を実施した(図2)。
本例では、実施例1の作用効果を明確にするために、複数種類の条件(試験No.1〜9)によってコンロッドを作製し、その変形状態および座屈強度を評価した。
本例では、素材として、S55C(0.55%C−0.25%Si−0.75%Mn)鋼を用い、基本的に上述した実施例1と同様の製造工程を実施した(図2)。
熱間鍛造工程S1は、上記素材を1250℃に加熱し、熱間鍛造を施して大端部11、小端部12、及びコラム部13を形成した。
次いで、バリ抜き工程S2は、3種類の条件で行った。本発明の実施例としては、前述した図4に示すごとく、2つの収容凹部61を有しその深さDを1mmとしたタイプの第1の拘束型6を用いた試験(No.1〜3)と、同様に2つの収容凹部61を有するがその深さDを0.5mmとしたタイプの第2の拘束型6を用いた試験(No.4〜6)を行った。
次いで、バリ抜き工程S2は、3種類の条件で行った。本発明の実施例としては、前述した図4に示すごとく、2つの収容凹部61を有しその深さDを1mmとしたタイプの第1の拘束型6を用いた試験(No.1〜3)と、同様に2つの収容凹部61を有するがその深さDを0.5mmとしたタイプの第2の拘束型6を用いた試験(No.4〜6)を行った。
また、図7(a)(b)に示すごとく、比較例として、拘束型を全く用いない試験(No.7〜9)も行った。すなわち、試験No.7〜9では、同図に示すごとく、上記バリ抜き工程S2においては、抜き穴50を有すると共にその周囲にバリ切断刃51を備えた抜き型5を用い、抜き型5の抜き穴50にコンロッド1を挿入してバリ2をバリ切断刃51に当接させ、拘束型を用いることなく、加圧型4によってコンロッド1を押圧してバリ2をバリ切断刃51に押しつけることにより、バリ2の切除を行った。
バリ抜き工程S2の後にはショットブラスト工程S3を実施し、その後に冷間コイニング工程S4を実施した。この冷間コイニング工程S4では、3種類の条件を採用した。第1の条件は、コイニング型71(図5)を用いて、加工率を5%とする条件である(試験No.1、4、7)。この条件は、通常のコイニング方法であるので、後述する表1では加工種類を「通常」と示した。第2の条件は、コイニング型72(図6)を用いて、加工率を15%とする条件である(試験No.2、5、8)。第3の条件は、コイニング型72(図6)を用いて、加工率を25%とする条件である(試験No.3、6、9)。この第2の条件及び第3の条件は、コイニング加工によってコラム部の強度を高めることができるため、後述する表1では、加工種類を「コラム強化」と示した。なお、加工率は、リブ高さの減少率、すなわち、(1−コイニング後リブ高さ/コイニング前のリブ高さ)×100(%)によって定めることができる。
得られた9種類のコンロッドについて、まず、その変形状態を評価した。変形状態は、図8に示すごとく、「ハ」字状となった状態を、両側のリブ131の傾きを示す中心線139のなす角度αによって評価することとした。
また、得られた9種類のコンロッドについて、座屈試験(圧縮試験)を行い、0.2%耐力を測定した。
これらの結果を表1に示す。
また、得られた9種類のコンロッドについて、座屈試験(圧縮試験)を行い、0.2%耐力を測定した。
これらの結果を表1に示す。
得られた結果は、冷間コイニングの条件ごとに評価することができる。すなわち、表1より知られるごとく、冷間加工率5%の場合には、本発明の例のうち、第1の拘束型を用いたもの(試験No.1)が、変形量(ハの字角度)が一番小さく、0.2%耐力が一番高かった。これに対し、比較例(試験No.7)の場合は、変形量(ハの字角度)が一番大きく、0.2%耐力も一番低かった。本発明の例のうち、第2の拘束型を用いたもの(試験No.4)は、上記2つの結果の中間の特性を示した。
また、この傾向は、冷間加工率が15%の場合の比較(試験No.2、5、8)と、冷間加工率が25%の場合の比較(試験No.3、6、9)においても同様である。
また、この傾向は、冷間加工率が15%の場合の比較(試験No.2、5、8)と、冷間加工率が25%の場合の比較(試験No.3、6、9)においても同様である。
以上の結果から、従来の製造方法(試験No.7〜9)に比べて、本発明の拘束型を用いたバリ抜き工程S2を実施した製造方法(試験No.1〜6)は、冷間加工率ごとに評価すると、従来よりも変形量を抑制することができ、座屈強度を向上させることができることがわかる。また、試験No.1〜3と試験No.4〜5との比較から、拘束型の収容凹部は、その深さが深い方が拘束力が高くなり、より良好な結果が得られることがわかる。ただし、その深さの最適な寸法は、コンロッドの寸法サイズ等によって変化することが考えられ、実験によって最適化することが好ましいと考えられる。
1 コンロッド
11 大端部
12 小端部
13 コラム部
131 リブ
2 バリ
4 加圧型
5 抜き型
50 抜き穴
51 バリ切断刃
6 拘束型
61 収容凹部
11 大端部
12 小端部
13 コラム部
131 リブ
2 バリ
4 加圧型
5 抜き型
50 抜き穴
51 バリ切断刃
6 拘束型
61 収容凹部
Claims (2)
- 素材に熱間鍛造を施して、大端部と小端部とこれらを繋ぐ断面略H型のコラム部とを有すると共に外周部にバリを備えたコンロッドを成形する熱間鍛造工程と、上記コンロッドの外周部に生じた上記バリを除去するバリ抜き工程と、上記大端部、上記小端部および上記コラム部に冷間コイニングを施す冷間コイニング工程とを含むコンロッドの製造方法において、
上記バリ抜き工程においては、抜き穴を有すると共にその周囲にバリ切断刃を備えた抜き型を用い、該抜き型の上記抜き穴に上記コンロッドを挿入して上記バリを上記バリ切断刃に当接させ、
上記抜き穴を貫通突出した上記コンロッドの少なくとも上記コラム部に対し、該コラム部の両側のリブが開く方向に変形することを阻止するように拘束する拘束型を当接させ、
該拘束型による上記コラム部の拘束状態を維持したまま、加圧型によって上記コンロッドを押圧して上記バリを上記バリ切断刃に押しつけることにより、上記バリの切除を行うことを特徴とするコンロッドの製造方法。 - 請求項1において、上記拘束型は、上記抜き型から突出した上記コラム部の両側の上記リブの先端部を収容する収容凹部を備えていることを特徴とするコンロッドの製造方法。
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2005
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