JP2016107271A - Crankshaft manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の金型間にワークを移動して、順次、複数の鍛造工程を行う鍛造技術に関する。 The present invention relates to a forging technique in which a workpiece is moved between a plurality of dies and a plurality of forging steps are sequentially performed.
従来、複数の鍛造工程を順次行い、ビレットからクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造技術が知られている(例えば、特許文献1(図1)参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a crankshaft manufacturing technique in which a plurality of forging processes are sequentially performed to manufacture a crankshaft from a billet is known (see, for example, Patent Document 1 (FIG. 1)).
特許文献1の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図8に示されるように、クランクシャフト100は、エンジンに保持され軸として機能するジャーナル部101と、ジャーナル部101から軸直角方向に延びるクランクアーム102と、このクランクアーム102の先端部に設けられコネクティングロッドが接続されるピン部103と、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和するウェイト部104を備える。
The technique of
As shown in FIG. 8, the
クランクシャフト100の鍛造では、主に出発材料のビレットから軸直角方向に材料を流動させてクランクシャフト100が成形される。具体的にはジャーナル部101、クランクアーム102及びピン部103が先に充填され、その後にウェイト部104が充填される。そのため、軸直角方向の断面積が最も大きいウェイト部104の断面積に、ビレットの断面積を合わせる必要があり、ジャーナル部101及びピン部103の部分では、余剰となった材料がバリとして大量に排出され、材料の歩留まりが悪くなる。
In the forging of the
特許文献1の技術では、前半の鍛造工程(潰し成形工程)で、クランクアーム102とピン部103に囲まれた部分に体積余剰肉部105を成形し、後半の鍛造工程(荒成形工程)で体積余剰肉部105の材料がウェイト部104側に流れることでウェイト部104が成形される。しかし、体積余剰肉部105の材料は、ピン部103側にも流れるため、ウェイト部104に充填不足が発生する。対策として、仕上げ成形工程でさらに材料を充填して成形する必要がある。このため、大きな出発材料を必要とし、成形荷重も高くなっていた。
In the technique of
本発明は、材料の歩留まりを向上させることができるクランクシャフトの製造方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the crankshaft which can improve the yield of material.
請求項1に係る発明は、棒状のビレットから、ピン部の一方端にウェイト部を有するクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法であって、第1潰し成形工程、第2潰し成形工程、荒成形工程、仕上げ成形工程を、前記ビレットに対して順次行い、前記第1潰し成形工程では、第1金型で前記ビレットに対し、前記クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、前記第1金型に設けた突起部を食い込ませて前記ビレットの軸方向の体積配分を行うとともに、軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形することで第1中間体を取得し、前記第2潰し成形工程では、第2金型で前記第1中間体に対し、軸端部側の前記ピン部に設けた前記体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させることで第2中間体を取得し、前記荒成形工程では、第3金型で前記第2中間体に対し、各前記ウェイト部への材料流動を行うことで第3中間体を取得し、前記仕上げ成形工程では、第4金型で前記第3中間体を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、前記第1潰し成形工程と、前記第2潰し成形工程において、前記中央バランスウェイト近傍の成形量を、軸端部側の前記ピン部及び前記ウェイト部の成形量より大きくしたことを特徴とする。
The invention according to
請求項2に係る発明は、体積余剰肉部は、さらにピン部とジャーナル部の間にも設けられていることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明では、第1潰し成形工程では、第1金型でビレットに対し、クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、第1金型に設けた突起部を食い込ませてビレットの軸方向の体積配分を行う。中央側を先に成形するとともに、ビレットを軸方向に延ばして軸端側に材料を流すので、軸方向に短いビレットとすることができ、出発材料を小さくして歩留まりを向上させることができる。 In the first aspect of the invention, in the first crushing molding step, the protrusion provided on the first mold is bitten into the billet of the first mold at the portion corresponding to the vicinity of the center balance weight of the crankshaft. The volume distribution of billets in the axial direction is performed. Since the center side is formed first and the billet is extended in the axial direction to flow the material to the shaft end side, the billet can be shortened in the axial direction, and the starting material can be reduced and the yield can be improved.
加えて、第1潰し成形工程では、軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形し、第2潰し成形工程では、軸端部側のピン部に設けた体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させる。ピン部の体積余剰肉部から、軸端部側のウェイト部成形予定部へ材料を流動させ、荒成形工程でウェイト部への材料流動を行うので、断面積の大きいビレットを使用する必要がない。結果、無駄なく必要部位へ最適な材料配分をすることができ、過剰なバリの発生を抑制し、材料の歩留まりを向上させることができる。すなわち、軸方向への材料配分並びに、必要部位への材料配分を可能にしたことで、断面積が小さく且つ軸方向に短いビレットでクランクシャフトを成形でき、材料の歩留まりを向上させるとともに、成形荷重の低減を図ることができる。 In addition, in the first crushing molding process, the volume surplus meat part is molded in the pin part molding scheduled part on the shaft end side, and in the second crushing molding process, the volume surplus meat part provided on the pin part on the shaft end side side. And the material is allowed to flow to the weight part forming planned part. Since the material flows from the excess volume meat portion of the pin portion to the weight portion forming planned portion on the shaft end side, and the material flows to the weight portion in the rough forming step, it is not necessary to use a billet having a large cross-sectional area. . As a result, it is possible to optimally distribute the material to the necessary part without waste, to suppress the generation of excessive burrs, and to improve the material yield. That is, by enabling the material distribution in the axial direction and the material distribution to the required part, the crankshaft can be formed with a billet with a small cross-sectional area and a short axial direction, improving the material yield and forming load Can be reduced.
請求項2に係る発明では、体積余剰肉部は、さらにピン部とジャーナル部の間にも設けられている。軸端部側の形状部(ピン部周辺)の、外側に且つ軸方向中心側に体積余剰肉部を設けたので、中心側から軸端部側への材料の流動量を大きくすることができ、最適な材料配分を行うことができる。
In the invention which concerns on
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1に示されるように、鍛造成形装置10は、第1潰し成形工程用の第1金型11,12、第2潰し成形工程用の第2金型13,14、荒成形工程用の第3金型15,16、仕上げ成形工程用の第4金型17,18及びワークの搬送装置31とからなる。
First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
第1潰し成形工程用の第1金型11,12は、上型11と、下型12とからなる。第2潰し成形工程用の第2金型13,14は、上型13と、下型14とからなる。荒成形工程用の第3金型15,16は、上型15と、下型16とからなる。仕上げ成形工程用の第4金型17,18は、上型17と、下型18とからなる。
The
上型11,13,15,17は、ラムプレート21に設けられており、昇降手段(型締め手段)によってラムプレート21と共に昇降する。下型12,14,16,18はボルスタ22に設けられている。搬送装置31は、搬送装置本体32からアーム33が延ばされ、このアーム33の先端にワーク保持部34が設けられている。ワーク保持部34は、軸35を中心にして回転可能であり、ワークの姿勢を維持したまま搬送し次工程の下型14に配置することができる。
The
なお、搬送装置31は、ワークを所定の角度回転させて搬送し次工程の下型14に配置することができる。また、便宜上、搬送装置31を第1金型11,12と第2金型13,14との間にのみ図示したが、第2金型13,14、第3金型15,16及び第4金型17,18の間にも設置されている。さらには、搬送装置31は、実施例に示した構成に限定されず、ワークを次工程の金型に搬送できれば他の構成であっても差し支えない。
In addition, the
次に第1〜第4金型について説明する。
図2に示されるように、第1金型(下型)12、第2金型(下型)14、第3金型(下型)16、第4金型(下型)18が順に配置されている。第1金型12、第2金型14、第3金型16、第4金型18には、クランクシャフトの軸(長手方向)が横並びになるように成形面12a,14a,16a,18aが設けられている。
Next, the first to fourth molds will be described.
As shown in FIG. 2, a first mold (lower mold) 12, a second mold (lower mold) 14, a third mold (lower mold) 16, and a fourth mold (lower mold) 18 are arranged in this order. Has been. The
次にクランクシャフト及び第1金型11,12について説明する。
図7(c)に示されるように、クランクシャフト50は、エンジンに保持され軸として機能するジャーナル部51と、ジャーナル部51から軸直角方向に延びるクランクアーム52と、このクランクアーム52の先端部に設けられコネクティングロッドが接続されるピン部53とを備える。
Next, the crankshaft and the
As shown in FIG. 7C, the
さらにクランクシャフト50は、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和する軸中央側の中央バランスウェイト54と、ピストン及びコネクティングロッドの運動による慣性力を緩和する軸端部側のウェイト部55とを備える。軸端部側のウェイト部55は、ピン部53の一方端に設けられている。
The
図2、図3、図7(c)に示されるように、第1金型11,12は、クランクシャフト50の長手方向に沿って、成形面11a,12aが設けられている。第1金型11,12は、クランクシャフト50の中央バランスウェイト54近傍を成形する部分に、第1の突起部11b,12b及び第2の突起部11c,12cが設けられている。第1の突起部11b,12bの突出する高さは、第2の突起部11c,12cの突出する高さよりも大きい。
As shown in FIGS. 2, 3, and 7 (c), the
また、第1金型11,12は、クランクシャフト50の軸端部側のピン部成形予定部50aを成形する部分に、第1の余剰空間部41及び第2の余剰空間部42が設けられている。詳細には、第1の余剰空間部41は、第1金型11,12の、ピン部53とジャーナル部51の間51aを成形する部分に設けられている。第2の余剰空間部42は、第1金型11,12の、ピン部53とクランクアーム52に囲まれた部分52aを成形する部分に設けられている。
Moreover, the 1st metal mold | die 11 and 12 is provided with the 1st
なお、クランクシャフト50の軸端部側のピン部成形予定部50aは、ピン部53、ピン部53とクランクアーム52に囲まれた部分52a、クランクシャフト50の外形の外側で且つクランクアーム52より中心側におけるピン部53とジャーナル部51の間51aを指す。
The pin part forming scheduled
次に第2金型13,14について説明する。
図2、図5、図7(c)に示されるように、第2金型13,14は、クランクシャフト50の長手方向に沿って、成形面13a,14aが設けられている。第2金型13,14は、クランクシャフト50の中央バランスウェイト54近傍を成形する部分に、第3の突起部13b,14b及び第4の突起部13c,14cが設けられている。第3の突起部13b,14bの突出する高さは、第4の突起部13c,14cの突出する高さと同等である。
Next, the
As shown in FIGS. 2, 5, and 7 (c), the
また、第2金型13,14は、クランクシャフト50の軸端部側のピン部成形予定部50aを成形する部分に、第3の余剰空間部43が設けられている。詳細には、第3の余剰空間部43は、第2金型13,14の、ピン部53とジャーナル部51の間51aを成形する部分に設けられている。
The
次に第3金型15,16について説明する。
図2、図6、図7(c)に示されるように、第3金型15,16は、クランクシャフト50の長手方向に沿って、成形面15a,16aが設けられている。第3金型15,16は、クランクシャフト50の中央バランスウェイト54近傍を成形する部分とクランクアーム52近傍を成形する部分とに、4つの第5の突起部15b,16bが設けられている。4つの第5の突起部15b,16bの突出する高さは、同等である。
Next, the
As shown in FIGS. 2, 6, and 7 (c), the
次に第4金型17,18について説明する。
図2、図7に示されるように、第4金型17,18は、クランクシャフト50の長手方向に沿って、成形面17a,18aが設けられている。成形面17a,18aは、クランクシャフト50の外形と同等に形成されている。
Next, the
As shown in FIGS. 2 and 7, the
以上に述べた鍛造成形装置10の作用を説明する。
図1、図3に示されるように、鍛造成形装置10の第1金型12に、出発材料となるビレット60をセットする。ビレット60は、成形面12aの図右側に寄せて配置する。(準備工程)
The operation of the forging
As shown in FIGS. 1 and 3, a
クランクシャフト50(図7参照)は、図右端部に体積の大きい部分を有し、予めビレット60を成形面12aの図右側に配置することで、主に径方向への材料の流動でクランクシャフト50の右端部を形成することができ、中央部より左側の材料を図左端図へ流動させることができる。また、ビレット60は、材料を長手方向に流動させることで、軸方向の長さを短くすることができる。ビレット60の長さは、成形面11a,12aの長手方向の長さよりも短い。
The crankshaft 50 (see FIG. 7) has a portion with a large volume at the right end of the drawing, and the
次に第1潰し成形工程について説明する。
図4(a)に示されるように、第1金型11,12の上型11を矢印(1)のように移動させ、ビレット60をプレスする。第1の突起部11b,12bが、矢印(2)のようにビレット60の中央部左寄りに食い込み始める。
Next, the first crushing molding process will be described.
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示されるように、上型11をさらに矢印(3)のように移動させる。第1の突起部11b,12bが、矢印(4)のようにビレット60の中央左寄りに深く食い込み、第2の突起部11c,12cが、矢印(5)のようにビレット60の中央右寄りに食い込み始める。
As shown in FIG. 4B, the
ビレット60のうち、クランクシャフト50の中央バランスウェイト54(図7参照)近傍に相当する部分に、第1の突起部11b,12b及び第2の突起部11c,12cが食い込むことで、ビレット60の左部の材料が押され、矢印(6)のように軸方向に流動する。
The
すると、図4(c)に示されるように、中央部が潰された第1中間体61を得る。
図4(d)に示されるように、第1中間体61は、軸端部側のピン成形予定部50aに、第1の体積余剰肉部62と第2の体積余剰肉部63とが成形される。第1の体積余剰肉部62は、第1金型11,12の第1の余剰空間部41(図2参照)によって形成される。第2の体積余剰肉部63は、第1金型11,12の第2の余剰空間部42によって形成される。
Then, as shown in FIG. 4C, the first
As shown in FIG. 4D, the first
詳細には、第1の体積余剰肉部62は、ピン部とジャーナル部の間51a(図7参照)に形成され、第2の体積余剰肉部63は、ピン部とクランクアームに囲まれた部分52aに形成されている。第1の体積余剰肉部62と第2の体積余剰肉部63とによって、軸端部側のピン成形予定部50aに、材料を大量に溜めることができる。
Specifically, the first volume
次に第2潰し成形工程について説明する。
図5(a)に示されるように、第2金型13,14の上型13を矢印(7)のように移動させ、第1中間体61をプレスする。第4の突起部13c,14cが、矢印(8)のように第1中間体61の中央部右寄りに食い込み始める。
Next, the second crushing molding process will be described.
As shown in FIG. 5A, the
図5(b)に示されるように、上型13をさらに矢印(9)のように移動させる。第4の突起部13c,14cが、矢印(10)のように第1中間体61の中央右寄りに深く食い込み、第3の突起部13b,14bが、矢印(11)のように第1中間体61の中央左寄りに食い込む。
As shown in FIG. 5B, the
このようにして、クランクシャフト50(図7参照)の中央部が、軸端部よりも先に成形されるとともに、材料が矢印(12)ように流動する。このように、中央から遠い位置にあるクランクアーム52(図7参照)に相当する位置に、早い段階で材料を充填することで、少ない材料で効率のよくウェイト部55を立ち上げることができる。
In this way, the center portion of the crankshaft 50 (see FIG. 7) is formed before the shaft end portion, and the material flows as indicated by the arrow (12). In this way, by filling the material corresponding to the crank arm 52 (see FIG. 7) located far from the center with the material at an early stage, the
すると、図5(c)に示されるように、中央部が成形された第2中間体71を得る。
図5(d)に示されるように、プレスされることで材料はウェイト部成形予定部72へ矢印(13)ように流動される。第2中間体71は、軸端部側のピン部53に、第3の体積余剰肉部73が成形されている。第3の体積余剰肉部73は、第2金型13,14の第3の余剰空間部43(図2参照)によって形成される。
Then, as shown in FIG. 5C, a second
As shown in FIG. 5 (d), the material flows as shown by an arrow (13) to the weight portion forming
詳細には、第3の体積余剰肉部73は、ピン部とジャーナル部の間51a(図7参照)に形成されている。第3の体積余剰肉部73によって、軸端部側のピン部53に、材料を大量に溜めることができる。また、中央側を先に成形するとともに、ビレット60(図3参照)を軸方向に延ばして軸端側に材料を流すので、軸方向に短いビレットとすることができ、出発材料を小さくして歩留まりを向上させることができる。
Specifically, the third volume
次に荒成形工程について説明する。
図6(a)に示されるように、第3金型15,16の上型15を矢印(14)のように移動させ、第2中間体71をプレスする。軸端部側の第5の突起部15b,16bが、矢印(15)のように第2中間体71の軸端部側に食い込み始める。
Next, the rough forming process will be described.
As shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示されるように、上型15をさらに矢印(16)のように移動させる。第5の突起部15b,16bが、矢印(17)のように第2中間体71の中央部及び軸端部に深く食い込む。このようにして、クランクシャフト50(図7参照)の軸端部側も中央部に続いて成形される。
As shown in FIG. 6B, the
図6(c)に示されるように、ピン部とクランクアームに囲まれた部分52aの材料は、矢印(18)のように軸端部側のウェイト部55へ流動する。中央バランスウェイト54にも材料は流動する。
As shown in FIG. 6C, the material of the
また、第3の体積余剰肉部73から、矢印(19)のようにピン部53へ材料が流動する。結果、無駄なく必要部位へ最適な材料配分をすることができ、過剰なバリの発生を抑制し、材料の歩留まりを向上させることができる。
Further, the material flows from the third volume
このように、軸方向への材料配分並びに、必要部位への材料配分を可能にしたことで、断面積が小さく且つ軸方向に短いビレット61(図3参照)でクランクシャフト50を成形でき、材料の歩留まりを向上させるとともに、成形荷重の低減を図ることができる。軸端部側の形状部(ピン部53周辺)の、外側に且つ軸方向中心側に第3の体積余剰肉部73を設けたので、中心側から軸端部側への材料の流動量を大きくすることができ、最適な材料配分を行うことができる。
As described above, the material distribution in the axial direction and the material distribution to the necessary portions are enabled, so that the
図6(d)に示されるように、全体の形状が大体形成された第3中間体81を得る。
図6(e)に示されるように、第3中間体81は、クランクシャフト50の大体の形状が形成される。
As shown in FIG. 6 (d), a third
As shown in FIG. 6 (e), the third
次に仕上げ成形工程について説明する。
図7(a)に示されるように、第4金型15,16で第3中間体81(図6参照)をプレスすることで、周囲にバリ82が形成されたクランクシャフト50を得る。第4金型17,18で第3中間体81を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、第1潰し成形工程と、第2潰し成形工程において、中央バランスウェイト54近傍の成形量を、軸端部側のピン部53及びウェイト部55の成形量より大きくし、その後仕上げ成形工程が実施されている。
Next, the finish molding process will be described.
As shown in FIG. 7A, the third intermediate body 81 (see FIG. 6) is pressed by the
図7(b)に示されるように、クランクシャフト50の周囲に形成されたバリ82は、従来技術に比較して小さい。結果、材料歩留まりを向上させることができる。
図7(c)に示されるように、周囲のバリ82を除去しクランクシャフト50を得る。
As shown in FIG. 7B, the
As shown in FIG. 7C, the
尚、実施例では便宜上、下型12、14、16、18について説明したが、上型11、13、15、17についても、成形面、突起部、余剰空間部が同様に設けられているものとする。また、クランクシャフト50、第1中間体61、第2中間体71、第3中間体81について一方の面について説明したが、他方の面についても形状が同様に形成されているものとする。
In the embodiment, the
本発明のクランクシャフトの製造方法は、複数の金型間にワークを移動して、順次、複数の鍛造工程を行うクランクシャフトの鍛造に好適である。 The crankshaft manufacturing method of the present invention is suitable for forging a crankshaft in which a workpiece is moved between a plurality of dies and a plurality of forging steps are sequentially performed.
10…鍛造成形装置、11…上型(第1金型)、12…下型(第1金型)、11b,12b…第1の突起部、11c,12c…第2の突起部、13…上型(第2金型)、14…下型(第2金型)、15…上型(第3金型)、16…下型(第3金型)、17…上型(第4金型)、18…下型(第4金型)、50…クランクシャフト、50a…ピン成形予定部、53…ピン部、54…中央バランスウェイト、55…軸端部側のウェイト部、60…ビレット、61…第1中間体、62…第1の体積余剰肉部、63…第2の体積余剰肉部、71…第2中間体、72…ウェイト部成形予定部、73…第3の体積余剰肉部、81…第3中間体。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第1潰し成形工程、第2潰し成形工程、荒成形工程、仕上げ成形工程を、前記ビレットに対して順次行い、
前記第1潰し成形工程では、第1金型で前記ビレットに対し、前記クランクシャフトの中央バランスウェイト近傍に相当する部分に、前記第1金型に設けた突起部を食い込ませて前記ビレットの軸方向の体積配分を行うとともに、
軸端部側のピン部成形予定部に体積余剰肉部を成形することで第1中間体を取得し、
前記第2潰し成形工程では、第2金型で前記第1中間体に対し、軸端部側の前記ピン部に設けた前記体積余剰肉部を成形し、ウェイト部成形予定部へ材料を流動させることで第2中間体を取得し、
前記荒成形工程では、第3金型で前記第2中間体に対し、各前記ウェイト部への材料流動を行うことで第3中間体を取得し、
前記仕上げ成形工程では、第4金型で前記第3中間体を、所定のクランクシャフト形状に仕上げるにあたり、
前記第1潰し成形工程と、前記第2潰し成形工程において、前記中央バランスウェイト近傍の成形量を、軸端部側の前記ピン部及び前記ウェイト部の成形量より大きくしたことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。 A crankshaft manufacturing method for manufacturing a crankshaft having a weight portion at one end of a pin portion from a rod-shaped billet,
A first crushing molding process, a second crushing molding process, a rough molding process, and a finish molding process are sequentially performed on the billet,
In the first crushing molding step, a protrusion provided on the first mold is bitten into a portion of the first mold corresponding to the vicinity of the center balance weight of the crankshaft with respect to the billet. While performing volume distribution in the direction,
The first intermediate is obtained by molding a volume surplus meat part in the pin part molding scheduled part on the shaft end side,
In the second crushing molding step, the volume excess meat portion provided in the pin portion on the shaft end side is molded with respect to the first intermediate body with a second mold, and the material is flowed to the weight portion molding scheduled portion. To obtain the second intermediate,
In the rough forming step, a third intermediate is obtained by performing material flow to each of the weight parts with respect to the second intermediate in a third mold,
In the finish molding step, in finishing the third intermediate body with a fourth mold into a predetermined crankshaft shape,
In the first crushing forming step and the second crushing forming step, a forming amount in the vicinity of the center balance weight is made larger than forming amounts of the pin portion and the weight portion on the shaft end side. Manufacturing method of shaft.
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