JP4491810B2 - 軸付部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クランクシャフトのような軸付部材の製造方法に係り、特に軸部やつば状部に正確な穴を形成できるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず熱間成形により、つば状部とこれに直交する方向へ延出する軸部とを一体に有する軸付部材の素形を成形し、続いて冷間成形により軸部をサイジングすることは公知である（一例として、特開平１０−９９９３７号参照）。図１３はクランクシャフトの片側半分の成形に関する従来の一例を示し、このクランクシャフトの素形１００を、軸部１０１とつば状部１０２とを一体して熱間成形により成形し、その後、つば状部１０２を貫通するピン穴１０３をドリル１０４で穿孔する。
【０００３】
このとき軸部１０１も太径基部１０５の一部がピン穴１０３を形成する前の状態におけるピン穴１０３が形成される場所の延長上へ突出しているので、この重合部分１０６も一緒に削り取る。また軸部１０１の周囲を旋盤１０７で切削し、さらにつば状部１０２及び軸部１０１の端面の各中心にセンター穴１０８をマシニングセンター１０９で形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例のように、ピン穴１０３を形成する場合、つば状部１０２を貫通したドリル１０４が重合部分１０６を切削し始めると、ドリル１０４の一部のみが重合部分１０６へ接触するだけのため、次第にドリル１０４が外方へ逃げ、太径基部１０５の切削面１０５ａは正確に形成されずピン穴１０３の延長上へ部分的に張り出すように曲がることになる。その結果、切削面１０５ａを含むピン穴１０３は実質的に曲がる（以下、これを倒れという）ことになり、加工不良となる。また、このようなドリル加工には多くの加工時間を要し、加工サイクルを長くする。
【０００５】
さらに、軸部１０１の旋盤加工にも多くの加工時間を要する。また、旋盤加工に代えて冷間成形でサイジングすることも考えられるが、この場合には、つば状部１０２を下型に形成された固定用凹部へ嵌合固定し、上型により抜き加工することにより軸部１０１をサイジングするが、このときセンターがずれることがあるので、このズレを考慮した取り代を十分に設けてサイジングしなければならず、その結果、さらに後加工で厚い取り代分を切削する必要があるから、この場合も加工時間が多くなり、そのうえ材料の無駄も多くなる。そこで本願発明はこのような課題の解決を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため軸付部材の製造方法に係る請求項１に係る発明は、つば状部とこれに直交する方向へ延出する軸部とを一体化した軸付部材の軸部を冷間成形によりサイジングする方法において、前記つば状部を下型の固定用凹部内へ遊嵌し、上型により前記軸部をサイジングすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は上記請求項１において、前記軸部のサイジング時に、前記つば状部と前記軸部先端面の各中心へそれぞれポンチによりセンター穴を形成することを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、冷間成形における抜き加工に際してつば状部を下型の固定用凹部内へ遊嵌するので、上型により軸部を抜き加工でサイジングすると同時に、軸部は上型の抜き加工穴へ入り込んで成形されることにより心出しされる。しかもこのときつば状部は下型の固定用凹部内へ遊嵌されているので、上型による軸部の心出しにつれて固定用凹部内を自由に心出しのために移動できるため、軸部の心出しが決まれば、つば状部も同時に心出しされるようになり、心出し作業が極めて簡単になる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、上記請求項１においてつば状部と軸部がそれぞれ心出しされているので、つば状部の中心と軸部の先端面中心へポンチにより正確にセンター穴を形成でき、しかも効率的に形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基いてクランクシャフトの片側を成形する一実施例を説明する。図１は本実施例における成形工程を断面で示し、図２は熱間成形時におけるワークの断面を示し、図３は冷間成形時におけるワークの断面を示し、図４は熱間成形装置全体の断面図、図５は加圧部の平面図、図６は図５の６−６線断面図、図７はストリッパの平面図、図８は図７の８−８線断面図、図９は上型の平面図、図１０は図９の１０−１０線断面図、図１１は熱間成形装置の成形部平面図、図１２は冷間成形装置全体の断面図である。なお、本願において上下左右の各方向は対応各図の図示状態を基準にするものとする。
【００１６】
まず図１において、棒状鋼等からなる素材１を所定寸法に切断して熱間成形の適温に加熱する第１工程Ａと、これを絞って軸部２を主体とする第１の素形３に粗成形する第２工程Ｂと、第１の素形３の未成形部４を加圧してつば状部５をつば出し成形して第２の素形６を成形する第３工程Ｃと、第２の素形６におけるつば状部５に対してクランクシャフトのクランクピンを圧入するためのピン穴７を打ち抜く第４工程Ｄと、続いてつば状部５の周囲に形成されているバリ８をバリ取りして第３の素形９とする第５工程Ｅと、その後、第３の素形９に対して軸部２をサイジングするとともに、センター穴１０及び１１を形成して製品を得る第６工程Ｆを有する。
【００１７】
このうち、第２工程から第５工程は熱間成形で行われ、第２工程Ｂにおける軸部２は製品に対して第６工程におけるサイジングで切除する部分に相当する若干の取り代分だけ太く形成される。この取り代は例えば、０．２ｍｍであり、前記従来例の場合の約１／６程度になっている。
【００１８】
また、第３〜５工程は同一成形装置内で行われる。第３工程ではつば状部５を軸部２を中心にしてその軸直交方向へ円形に広がるようにつば出しされ、第４及び第５工程ではそれぞれパンチングされる。第６工程は冷間成形であり、軸部２のサイジングは抜き加工により行われ、センター穴１０、１１は同一成形装置において形成され、各センター穴１０，１１の心出しは後述する上型により行われる。
【００１９】
図２はこの熱間成形の第４工程を原理的に説明するものであり、図示しない下型に支持された第２の素形６が加圧板１２で押さえられ、かつ押さえバネ１３を介して例えば３トン程度の押圧力を均一化して加圧することによりパンチング時に横ズレしないよう強固に固定される。
【００２０】
この状態でつば状部５をパンチ１４で打ち抜くことによりピン穴７を貫通形成する。このとき軸部２のつば状部５に連続する基部は太径基部１５をなし、その一部はピン穴７を形成する前段階で、想定されるピン穴７の延長上と重なるように張り出し、パンチ１４により打ち抜き屑１６の一部となって除去される。
【００２１】
図４は熱間成形用成形装置の第４工程実行部分を示し、この成形装置２０は、基台２１上に支持された、第４工程の下型２２、その上に支持された第２の素形６を上方から押さえる加圧板１２、さらにこの上方に昇降自在の穴開け用上型２３、この穴開け用上型２３を昇降させる加圧部２４を備える。
【００２２】
押さえバネ１３は大小のコイルスプリング１３ａ及び１３ｂから構成され、それぞれは一端を穴開け用上型２３と一緒に加圧部２４へ当接されるとともに、穴開け用上型２３に貫通形成されたスプリング穴２５ａ、２５ｂへ挿入されて他端を加圧板１２の上面へ当接されている。
【００２３】
パンチ１４は上端部を加圧部２４へ取付けられて加圧部２４と一体に上下動し、加圧部２４及び加圧板１２へ貫通形成されたパンチガイド穴２６，２７内を上下動する。パンチ１４の頭部にはコア２４ａがパンチガイド穴２６へ挿入され、加圧部２４によるパンチング時に加圧部２４の打撃荷重をパンチ１４へ伝達するとともに、被成形部材（ワーク）の種類に応じて高さ調節可能になっている。
【００２４】
図示状態はパンチ１４が下死点にあり、第４工程の下型２２の排除縦穴２８の上端部近傍へ達し、排除縦穴２８の下端部は基台２１に形成された排除横穴２９と連通し、打ち抜き屑１６を排除する。このとき排除横穴２９は外部へ通じる一端側が低くなるように傾斜するため、スムーズに排除できる。
【００２５】
符号３０は加圧板１２から突出するガイドであり、円形をなす加圧板１２の周方向へ所定間隔で複数設けられ、その突出端側は、第４工程の下型２２に形成されたガイド穴３１内へ嵌合され、第４工程の下型２２に対する位置決めを行っている。３２は加圧板１２と穴開け用上型２３の両外周部を摺動自在に嵌合する円筒状ガイドである。また３３は穴開け用上型２３に設けられる軸部２の収容穴であり、３４は加圧板１２に設けられる同様の収容穴である。さらに３５はつば状部５に対する押圧部、３６は、第４工程の下型２２に設けられたつば状部５を嵌合する固定用凹部である。
【００２６】
図５〜図１０はこの熱間成形用成形装置における構成各部を詳細に示す図であり、図５及び図６に示す下型２２は、円形をなしてその外周側に複数（本実施例では３個）のガイド穴３１が設けられ、これらガイド穴３１の形成部より中央側に円形の固定用凹部３６が形成されている。この固定用凹部３６はつば状部５を密に嵌合できるよう高い寸法精度で円形に形成される。また、その底部には排除穴２８及びつば状部５の表面形状に対応する凹凸部３７が形成され、この凹凸部３７によりつば状部５の周方向が位置決めされる。
【００２７】
図７及び図８に示す加圧板１２は、その外周側に複数のガイド３０が設けられ、これらガイド３０の取付位置より中央側に軸部２の収容穴３４が形成され、さらにその近傍にパンチガイド穴２７が形成されている。
【００２８】
図９及び図１０に示す穴開け用上型２３は円形をなし、その周方向に大径のスプリング穴２５ａと小径のコイルスプリング２５ｂがそれぞれ等間隔で複数（本実施例では各３個）づつ交互に設けられ、これらは中央側に設けられた軸部２の収容穴３３とその近傍のパンチガイド穴２６を囲み、これらのスプリング穴２５ａ及び２５ｂの合計開口面積が可及的に大きくなるように設定されている。このようにすることにより、加圧板１２に対して均一に加圧力するようになっている。
【００２９】
図１１は、熱間成形における基台２１を上方から概略的に示す図であり、共通の基台２１上に、第３工程の下型３８、第４工程の下型２２及び第５工程の下型３９が並べて配置され、同一の成形装置で同時に３工程を実行できる。したがって、加圧部２４により一回加圧する毎に、第３工程の下型３８で成形された第２の素形６を取り出して隣接する第４工程の下型２２へ移し、第４工程の下型２２から取り出した第２の素形６を隣接する第５工程の下型３９へ移し、第５工程の下型３９で成形された第２の素形６を取り出して次の冷間成形（第６工程）へ移す。また、第３工程の下型３８には第１の素形３をセットし、これらに対して加圧部２４を下降させて同時に熱間成形を行い、これを反復することにより効率よく成形できるようになっている。
【００３０】
図３は冷間成形である第６工程を原理的に説明するものであり、冷間成形用下型４０に形成された固定用凹部４１につば状部５を遊嵌し、上方より冷間成形用上型４２を下降させ、軸部２に対応する形状に形成された抜き加工穴４３により軸部２を絞ってサイジングする。このとき冷間成形用上型４２に取付けられている上ポンチ４６により軸部２の先端面中心にセンター穴１０を同時に形成する。また、つば状部５の中心にも下方から上昇する下ポンチ４７によりセンター穴１１を形成する。上ポンチ４６と下ポンチ４７は軸部２及びつば状部５の中心となる中心線上に配置される。符号４４はストリッパ、４５はストリッパガイドである。
【００３１】
図１２は冷間成形装置全体を示し、冷間成形用下型４０は基台４８上に支持され、基台４８の中心部を貫通して下ポンチ４７を一端に設けた伸縮アーム４９が設けられ、図示しない油圧シリンダ等により図の上下方向へ移動される。なお、上ポンチ４６は冷間成形用上型４２と一体化されており冷間成形用上型４２とともに昇降するのに対して、下ポンチ４７は、冷間成形用上型４２及び上ポンチ４６による成形後、冷間成形用下型４０の下方より伸縮アーム４９で上方へ突出するようになっている。
【００３２】
冷間成形用上型４２及びストリッパガイド４５の上には加圧板５０、中間板５１，５２及び加圧部５３をこの順に重ねてある。加圧部５３にはガイドピン５４の頭部が当接し、その軸部は下方へ長く延出して、ストリッパガイド４５、加圧板５０、中間板５１及び５２のそれぞれに貫通形成されたガイド穴５５〜５８を貫通し、下端でストリッパ４４と一体化されている。
【００３３】
ガイドピン５４の上半部側周囲には、ガイド穴５７及び５８に収容されたコイルスプリング５９が設けられ、その一端はガイドピン５４の頭部へ当接し、他端は加圧板５０の上面へ当接されている。ガイドピン５４は図示省略の機構により拘束されて移動を阻止され、冷間成形用上型４２等の昇降と連動せずにこれらの上昇時にそのまま残り、ストリッパ４４がつば状部５を押さえた状態を維持できる。この状態ではコイルスプリング５９が圧縮されるため、その後、前記機構によりガイドピン５４が解放されるとストリッパ４４と共に上動するようになっている。
【００３４】
ストリッパ４４は冷間成形時に冷間成形用上型４２と一緒に下降してつば状部５に当接する。このときストリッパ４４の内側上面はテーパー面をなし、冷間成形用上型４２の下端外周部に形成されたテーパー面が当接することによりつば状部５の周縁部を押さえつける。冷間成形用上型４２のサイジングが終了すると、ストリッパ４４を残して冷間成形用上型４２のみが上昇し、その後ストリッパ４４が上昇して第３の素形９を取り出し可能になる。
【００３５】
加圧板５０とストリッパガイド４５に連続するように形成された穴６０及び６１内にはショルダーボルトからなるガイドピン６２が挿入され、そのネジ部側はストリッパ４４を貫通してナット６３によりストリッパ４４へ固定されている。ガイドピン６２の周囲にはコイルスプリング６４が収容され、その一端はガイドピン６２の頭部へ当接され、他端は穴６１内へ突出するストリッパガイド４５の凸部６５へ当接されている。
【００３６】
したがって、ストリッパ４４を残して冷間成形用上型４２と一緒にストリッパガイド４５が上昇すると、コイルスプリング６４が圧縮され、その後ストリッパ４４が上動可能になるとこれを上動させる力を与えるとともに、ストリッパ４４の上下動における倒れを防止する。
【００３７】
固定用凹部４１はつば状部５を収容する円形の凹部であるが、つば状部５を遊嵌できるよう、つば状部５よりも若干大径に形成され、直径方向で寸法ｄなる隙間を形成する。この隙間ｄの大きさは、冷間成形用上型４２側のストリッパガイド４５と冷間成形用上型４２とのはめ合い間隙よりも大きくなるように設定され、例えば、上記はめ合い間隙が０．０３ｍｍ程度のときｄが１ｍｍ程度等、１０〜５０倍程度、より好ましくは３０倍程度の相違になるように設定する。
【００３８】
次に、本実施例の作用を説明する。まず熱間成形の第４工程でパンチングによりピン穴７を形成するので、比較的厚肉のつば状部５に対しても簡単に穴開けでき、ピン穴７の形成を著しく効率化できる。しかも、このピン穴７は太径基部１５を部分的に削除するものであるから、従来のようにドリル加工の場合は、この太径基部１５を加工するときドリルの逃げによりピン穴７の曲がりが生じ易くなる。
【００３９】
一方、単純にパンチングしたのでは横ズレによりやはり曲がり易くなってしまうところ、穴開け用上型２３及びコイルスプリング１３ａ、１３ｂからなる加圧固定手段でつば状部５を強固に固定するため、パンチング時に横ズレせず正確にピン穴７を形成できる。そのうえ、大径のコイルスプリング１３ａと小径のコイルスプリング１３ｂを組み合わせたので、つば状部５全体を均一化した押圧力で固定でき、横ズレの発生をより一層生じにくくさせることができる。
【００４０】
冷間成形においては、冷間成形用上型４２による抜き加工に際してつば状部５を固定用凹部４１へ遊嵌するので、冷間成形用上型４２により軸部２を抜き加工でサイジングすると同時に、軸部２は冷間成形用上型４２の抜き加工穴４３により心出しされる。
【００４１】
しかもこのときつば状部５は、ストリッパガイド４５と冷間成形用上型４２とのはめ合い間隙よりも大きな隙間ｄで固定用凹部４１内へ遊嵌されているので、冷間成形用上型４２による軸部２の心出しにつれて固定用凹部４１を自由に移動できるため、軸部２の心出しが決まれば、つば状部５も同時に心出しされるようになり、心出し作業が極めて簡単になり、かつ上ポンチ４６及び下ポンチ４７で正確な位置へセンター穴１０，１１を形成できる。
【００４２】
さらに、冷間成形の抜き加工によるため、サイジングを極めて短時間で済ませることができ、寸法精度を高くできる。また、加工面を緻密に仕上げることができ、その後の仕上げ作業を軽減できる。
【００４３】
そのうえ、ピン穴７を熱間成形で高精度に形成できるので、軸部２側へ設定される修正用の取り代を少なくでき、その分だけ材料の無駄を少なくできるようになり、ピン穴７の加工を含む熱間成形と冷間成形を組み合わせることにより、無駄の少ない効率的な成形が可能になる。
【００４４】
なお、本願発明は上記実施例に限定されず、例えば、成形対象はクランクシャフトのみならず、軸部とつば状部を備え、かつ穴開けするとき一部を切除する太径基部を軸部に有するものであれば適用できる。また、つば状部に設ける貫通穴はピン穴に限らず、成形される製品におけるそれぞれの用途にしたがうものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る軸付部材の製造方法における各工程を示す図
【図２】 熱間成形時におけるワークの断面を示す図
【図３】 冷間成形時におけるワークの断面を示す図
【図４】 熱間成形装置全体の断面図
【図５】 加圧板の平面図
【図６】 図５の６−６線断面図
【図７】 ストリッパの平面図
【図８】 図７の８−８線断面図
【図９】 上型の平面図
【図１０】図９の１０−１０線断面図
【図１１】熱間成形装置の成形部概略平面図
【図１２】冷間成形装置全体の断面図
【図１３】従来例の製造方法を説明する図
【符号の説明】
２：軸部、５：つば状部、７：ピン穴、１０：センター穴、１１：センター穴、１２：加圧板、１３：バネ、１４：パンチ、２２：第４工程の下型、２３：穴開け用上型、４０：冷間成形用下型、４１：固定用凹部、４２：冷間成形用上型

Claims (2)

1. つば状部とこれに直交する方向へ延出する軸部とを一体化した軸付部材の軸部を冷間成形によりサイジングする方法において、前記つば状部を下型の固定用凹部内へ遊嵌し、上型により前記軸部をサイジングすることを特徴とする軸付部材の製造方法。
2. 前記軸部のサイジング時に、前記つば状部と前記軸部先端面の各中心へそれぞれポンチによりセンター穴を形成することを特徴とする請求項１に記載した軸付部材の製造方法。

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