WO2019039199A1 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

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WO2019039199A1
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mold
pin
journal
forged crankshaft
arm
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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
新日鐵住金株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • 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
    • B21J5/025—Closed die 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a crankshaft by hot forging.
  • crankshaft In reciprocating engines such as automobiles, motorcycles, agricultural machines or ships, a crankshaft is essential to convert the reciprocating motion of the piston into rotational motion and extract power.
  • the crankshaft can be manufactured by die forging or casting.
  • a crankshaft manufactured by die forging hereinafter, also referred to as "forged crankshaft" is often used.
  • FIG. 1A and 1B are schematic views showing an example of the general shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1A is a general view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A.
  • the example shown in FIG. 1B representatively shows one crank arm A7, a counterweight W7 integral with the crank arm A7, and a pin P4 and a journal J4 connected to the crank arm A7.
  • the forged crankshaft 11 shown in FIGS. 1A and 1B is a forged crankshaft of four-cylinder eight-piece counterweight mounted on a four-cylinder engine.
  • the forged crankshaft 11 has five journal portions J1 to J5, four pin portions P1 to P4, a front portion Fr, a flange portion Fl, and eight crank arm portions (hereinafter also referred to as "arm portions").
  • A1 to A8 are provided.
  • the arm parts A1 to A8 respectively connect the journal parts J1 to J5 and the pin parts P1 to P4.
  • the eight (all) arm portions A1 to A8 integrally include counterweight portions (hereinafter also referred to as "weight portions”) W1 to W8.
  • a front portion Fr is provided at the front end in the axial direction of the forged crankshaft 11, and a flange portion Fl is provided at the rear end.
  • the front part Fr is connected to the leading first journal part J1
  • the flange part Fl is connected to the trailing fifth journal part J5.
  • the reference numerals are “J” in the journal and “P” in the pins. Also described as “A” in the arm part and “W” in the weight part. Further, the arm portion A and the weight portion W integral with the arm portion A are collectively referred to as "web".
  • the width Bw of the weight portion W is larger than the width Ba of the arm portion A. For this reason, the weight portion W protrudes largely from the arm central surface (a surface including the central axis of the pin portion P and the central axis of the journal portion J).
  • a billet is generally used as a starting material.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet i.e. the cross section, is round or square.
  • the area of the cross section is constant over the entire length of the billet.
  • the “cross section” means a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the billet or each of the rough surfaces described later or the forged crankshaft.
  • Longitudinal section means a section parallel to its longitudinal direction or its axial direction.
  • the area of the cross section is simply referred to as "cross-sectional area”.
  • the forged crankshaft is manufactured by sequentially performing a preforming process, a die forging process and a deburring process. In addition, if necessary, a deburring process is followed by a shaping process.
  • the preforming process includes the steps of roll forming and bending.
  • the die forging process includes the steps of roughing and finishing.
  • FIGS. 2A to 2F are schematic views 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 bending waste.
  • FIG. 2D shows a rough forged material.
  • FIG. 2E shows a finish forged material.
  • FIG. 2F shows a forged crankshaft.
  • 2A to 2F show a series of steps in the case of manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIGS. 1A and 1B.
  • a method of manufacturing the forged crankshaft 11 will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • roll forming and bending are performed in that order in a preliminary forming process.
  • the billet 12 is rolled and squeezed using, for example, a hole type roll.
  • the volume of the billet 12 is distributed in the axial direction to obtain a roll stock 13 as an intermediate material (see FIG. 2B).
  • the roll stock 13 is partially pressed from a direction perpendicular to the axial direction.
  • the volume of the roll waste 13 is distributed, and the bending waste 14 which is a further intermediate material is obtained (see FIG. 2C).
  • a rough forged material 15 is obtained by forging the bending rough 14 up and down using a pair of molds (see FIG. 2D).
  • the rough forging material 15 is shaped into an approximate shape of a forged crankshaft (final product).
  • the forged material 16 is obtained by forging the rough forging material 15 up and down using a pair of molds (see FIG. 2E).
  • the finish forging 16 is shaped to match the forged crankshaft of the final product.
  • the excess material flows out from between the mold split surfaces of the molds facing each other, and the excess material becomes burrs B. For this reason, the rough forgings 15 and the finish forgings 16 both have a large amount of burrs B around.
  • the burr B is punched out with a blade type in a state in which the finish forged material 16 with burrs is sandwiched and held by a pair of dies. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 16, and a burrless forged material is obtained.
  • the burrless forged material has substantially the same shape as the forged crankshaft 11 shown in FIG. 2F.
  • the burr-free forging material In the shaping process, a key portion of the burr-free forging material is slightly pressed down from above and below by a mold, and the burr-free forging material is corrected to the dimensional shape and shape of the final product.
  • the important points of the burr-free forging material are, for example, shaft portions such as the journal portion J, the pin portion P, the front portion Fr, the flange portion Fl, etc., and further the arm portion A and the weight portion W.
  • the forged crankshaft 11 is manufactured.
  • FIGS. 2A to 2F can be applied to various forged crankshafts as well as the forged crankshafts of four-cylinder and eight-piece counterweights shown in FIGS. 1A and 1B. For example, it can be applied to forged crankshafts of four cylinders and four counterweights.
  • some of the eight arm portions A1 to A8 have the weight portion W integrally.
  • the remaining arm parts specifically, the second, third, sixth and seventh arm parts (A2, A3, A6 and A7) do not have weight parts, and the shape is an oval shape and the like. Become.
  • the manufacturing process is the same even if it is a forged crankshaft mounted on a 3-cylinder engine, in-line 6-cylinder engine, V-type 6-cylinder engine, 8-cylinder engine or the like.
  • a twisting process is added after a burr removal process.
  • the main purpose of the preforming process is to distribute the 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 wasteland obtained by the pre-forming is formed on the forged crankshaft in the die forging process of the post process.
  • Patent Document 1 discloses a preforming method using a pair of upper mold and lower mold. In the preforming method, when a bar-like workpiece is pressed down by the upper and lower dies, a portion of the workpiece is extended and a portion continuous with the portion is offset with respect to the axial center. Thereby, in patent document 1, since extending and bending can be implemented simultaneously, it is supposed that equipment investment can be reduced.
  • Patent Document 2 uses a 4-pass high-speed roll facility instead of the conventional 2-pass roll forming.
  • the cross-sectional area of the roll stock is determined in accordance with the distribution of the cross-sectional area of the weight portion, the arm portion and the journal portion of the forged crankshaft (final product).
  • the material yield can be improved.
  • Patent Document 3 distributes the volume of a part of the billet in the axial direction and the radial direction of the billet by rolling. By forging the volume-allocated billet, a forged crankshaft is obtained. Thus, in Patent Document 3, the material yield can be improved.
  • a billet is formed on a forged crankshaft by one-time die forging using a pair of upper die, lower die, and punch.
  • the die forging step first, an area to be a journal portion and an area to be a pin portion of the billet are pressed down by punches that are operated separately. The pressure causes the billet volume to be distributed. Thereafter, die forging is performed by the upper die and the lower die. That is, preforming and die forging can be performed in one step.
  • it is supposed that the forged crankshaft of complicated shape can be efficiently manufactured by single installation.
  • Patent Document 3 requires equipment for performing rolling. As a result, the equipment cost is high, and it is difficult to improve the production efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a forged crankshaft capable of forming a forged crankshaft with a precise shape and improving the material yield.
  • the manufacturing method of the forged crankshaft according to the present embodiment includes: a plurality of journals as a rotation center; a plurality of pins eccentric to the journals; and a plurality of crank arms connecting the journals and the pins. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided.
  • a first preforming step of obtaining an initial wasteland from a billet a second preforming step of obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging a final wasteland by at least one die forging And a finish forging step of forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the cross-sectional area of each portion is reduced by pressing down the portion to be the pin portion of the billet and the portion to be the journal portion from the direction perpendicular to the axial direction of the billet. Form a flat part.
  • the width direction of the flat portion is the pressure reduction direction to reduce the portions to be the plurality of journals, and after the start of the pressure reduction by the first mold, And (2) using a mold and making the width direction of the flat portion eccentrically to eccentrically move the portions to be a plurality of pin portions.
  • the thickness of a portion to be a plurality of crank arms is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the manufacturing method of the forged crankshaft according to the embodiment of the present invention can obtain the final waste with the axial volume distribution promoted by the first preforming step and the second preforming step.
  • the volume of the portion to be the journal, the volume of the portion to be the pin, and the volume of the portion to be the arm are properly distributed.
  • the finish forging process can shape the shape of the forged crankshaft from the final waste area. From these, material yield can be improved.
  • FIG. 1A is a schematic view showing an example of the general shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a schematic view showing a billet in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 2B is a schematic view showing a roll waste in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2C is a schematic view showing a bending waste in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 2D is a schematic view showing a rough forged material in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 2E is a schematic view showing a finish forged material in the conventional manufacturing process.
  • FIG. 2F is a schematic view showing a forged crankshaft in a conventional manufacturing process.
  • FIG. 1A is a schematic view showing an example of the general shape of a general forged crankshaft.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB of FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a schematic view showing a billet in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic view showing an initial waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3C is a schematic view showing the final waste land in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3D is a schematic view showing a finish forged material in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 3E is a schematic view showing a forged crankshaft in the example of the manufacturing process of the present embodiment.
  • FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a state before reduction in a processing flow example of the first preliminary forming step.
  • FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a state before reduction in a processing flow example of the first preliminary forming step.
  • FIG. 4B is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the condition at the end of rolling in the example of the processing flow of the first preliminary forming step.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a portion to be a journal portion before rolling in a processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the end of rolling in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion before rolling in a processing flow example of the first preforming step.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion at the end of rolling in the processing flow example of the first preliminary forming step.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing an arm equivalent portion before reduction in an example of a processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing the arm equivalent portion at the end of rolling in the example of the processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the case where the second preforming step is performed with one mold.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a first mold and a second mold of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing the first mold and the second mold of the present embodiment different from FIG. 9.
  • FIG. 11A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the start of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view showing the condition at the end of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 11C is a longitudinal cross-sectional view showing the condition at the end of the eccentricity step in the processing flow example of the second preliminary forming step.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the start of the pressing process in the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the end of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the start of the pressing process in the example of the processing flow of the second preforming process.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view showing a portion to be an arm at the end of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the start of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing a portion to be a journal at the end of the pressing process in the processing flow example of the second preliminary forming process.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion at the start of the eccentricity process in the example of the processing flow of the second preliminary forming process.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing a portion to be a pin portion at the end of the eccentricity step in the example of the processing flow of the second preliminary forming step.
  • the manufacturing method of the forged crankshaft according to the present embodiment includes: a plurality of journals as a rotation center; a plurality of pins eccentric to the journals; and a plurality of crank arms connecting the journals and the pins. It is a manufacturing method of a forged crankshaft provided.
  • a first preforming step of obtaining an initial wasteland from a billet a second preforming step of obtaining a final wasteland from the initial wasteland, and forging a final wasteland by at least one die forging And a finish forging step of forming the finished dimensions of the crankshaft.
  • the cross-sectional area of each portion is reduced by pressing down the portion to be the pin portion of the billet and the portion to be the journal portion from the direction perpendicular to the axial direction of the billet. Form a flat part.
  • the width direction of the flat portion is the pressure reduction direction to reduce the portions to be the plurality of journals, and after the start of the pressure reduction by the first mold, And (2) using a mold and making the width direction of the flat portion eccentrically to eccentrically move the portions to be a plurality of pin portions.
  • the thickness of a portion to be a plurality of crank arms is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the manufacturing method of the present embodiment it is possible to obtain the final waste land in which the distribution of the axial volume is promoted by the first preforming step and the second preforming step.
  • the final waste land has a shape close to the shape of a forged crankshaft because the volume of the region to be the journal, the volume of the region to be the pin, and the volume of the region to be the arm are properly distributed. .
  • the shape of the forged crankshaft can be formed from the final waste area by the finish forging process. From these, material yield can be improved.
  • the portion to be the journal portion is pressed first, and the portion to be the pin portion can be decentered after the portion to be the journal portion is pressed. Therefore, it is difficult for the initial waste land to be curved during eccentricity of the portion to be the pin portion. Since the volume-distributed initial waste land is pressed down at a predetermined position of the first mold, it is difficult to cause scraps and the like in the final waste land after the pressing.
  • the eccentricity of the portions to be the plurality of pin portions by the second mold is started.
  • the amount of eccentricity of the portion to be the pin portion is equal to or smaller than the amount of eccentricity of the finished dimension.
  • the forged crankshaft targeted by the manufacturing method of the present embodiment includes a plurality of journals J as rotation centers, a plurality of pins P eccentric with respect to the journals J, a journal J and pins And a plurality of arm parts A connecting P.
  • a forged crankshaft of four cylinders and eight counterweights shown in FIGS. 1A and 1B is an object to be manufactured.
  • all of the plurality of arm portions A integrally include the weight portion W.
  • Forged crankshafts and the like of the aforementioned four-cylinder four-piece counterweight are also objects of manufacture.
  • a part of the plurality of arm parts A integrally includes a weight part W. Further, not all the arm portions A may have the weight portion W.
  • the shape of the arm portion not provided with the weight portion is oval.
  • an arm part comprises a weight part "integrally" means that an arm part and a weight part are not separate components, but both are shape
  • the manufacturing method of the present embodiment includes a first preforming step, a second preforming step, and a finish forging step.
  • a deburring process may be added as a process after the finish forging process.
  • a shaping process may be added after the deburring process.
  • a twisting step may be added after the deburring step.
  • FIG. 3A to 3E are schematic views for explaining an example of a manufacturing process of the forged crankshaft according to the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a billet.
  • FIG. 3B shows the initial wasteland.
  • FIG. 3C shows the final wasteland.
  • FIG. 3D shows a finish forged material.
  • FIG. 3E shows a forged crankshaft.
  • 3A to 3E show a series of steps in the case of manufacturing the forged crankshaft 11 having the shape shown in FIG. 1A.
  • a plurality of portions (hereinafter, also referred to as "pin equivalent portions”) to be a pin portion and a plurality of portions to be a journal portion (hereinafter, “journal equivalents”)
  • the cross-sectional area is reduced in each of
  • a plurality of flat portions 23 a are formed in the billet.
  • the flat portion 23a is formed at the position of the pin equivalent portion and the journal equivalent portion.
  • the flat portion 23a has a width Bf in the direction perpendicular to the rolling direction larger than the thickness ta in the rolling direction, as shown in FIGS. 5B and 6B described later.
  • a reduce roll or a cross roll can be used in the first preforming step.
  • the first pre-forming step can also be performed in accordance with an example of a processing flow using a third mold described later.
  • the second preforming step includes a pressing step and an eccentric step.
  • the pressing process the journal equivalent portion of the initial waste land 23 is pressed using a pair of first molds.
  • the eccentric step after starting the pressure reduction by the first mold, the pin equivalent portion is eccentric using the second mold.
  • the pressing direction and the eccentric direction are the width direction of the flat portion 23a. That is, in the second preforming step, the initial waste 23 obtained in the first preforming step is rotated by 90 ° and then pressed down. This provides a final waste area 24 in which the approximate shape of the forged crankshaft is shaped.
  • the axial thickness t1 (see FIG. 3C) of the arm equivalent is the same as the thickness t0 (see FIG.
  • the thickness t0 of the finished dimension means the axial thickness of the arm portion of the forged crankshaft (final product). Further, the eccentricity of the pin equivalent portion of the final waste area 24 is equal to or smaller than the eccentricity of the finished dimension.
  • the eccentricity of the finishing dimension means the eccentricity of the pin portion of the forged crankshaft. Details of the second preforming step will be described later.
  • a final forged area 24 is formed into a finished size of a forged crankshaft by die forging. Specifically, a pair of molds are used at the top and the bottom. The final waste land 24 is disposed above the lower mold in a posture in which the pin portions are aligned in the horizontal plane. Then, forging is performed by lowering the upper die. As a result, burrs B are formed as the excess material flows out, and a finished forged material 25 with burrs is obtained (see FIG. 3D). The finish forging 25 is shaped to match the forged crankshaft of the final product.
  • the rough shape of the forged crankshaft is formed in the final waste area 24, so that the formation of burrs B can be minimized when the final waste area 24 is forged in the finish forging process.
  • the finish forging process may be performed once or may be divided into multiple times.
  • the burr B is punched out with a blade type in a state in which the finish forged material 25 with a burr is sandwiched and held by a pair of dies. Thereby, the burrs B are removed from the finish forged material 25. As a result, a forged crankshaft 11 (final product) is obtained.
  • FIGS. 4A to 7B are schematic views showing an example of a processing flow of the first preforming step.
  • FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation before reduction
  • FIG. 4B is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the end of reduction.
  • FIG. 5A and 5B are cross sectional views showing the journal equivalent. Of these figures, FIG. 5A shows the situation before reduction, and FIG. 5B shows the situation at the end of reduction. 5A is a cross-sectional view taken along the line VA-VA of FIG. 4A, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB of FIG. 4B.
  • FIG. 6A and 6B are cross-sectional views showing the corresponding parts of the pins. Of these figures, FIG. 6A shows the situation before reduction and FIG. 6B shows the situation at the end of reduction. 6A is a cross-sectional view taken along line VIA-VIA in FIG. 4A, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line VIB-VIB in FIG. 4B.
  • FIG. 7A and 7B are cross-sectional views showing the arm equivalent. Of these figures, FIG. 7A shows the situation before reduction and FIG. 7B shows the situation at the end of reduction. 7A is a cross-sectional view taken along the line VIIA-VIIA in FIG. 4A, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 4B.
  • the third mold 30 includes a third upper die 31 and a third lower die 32.
  • the third upper mold 31, the third lower mold 32, and the billet 22 before reduction are indicated by two-dot chain lines, and
  • the axial center position C is indicated by a black circle.
  • the pair of third molds 30 includes a pin processing portion that abuts on the pin equivalent portion and a journal processing portion that abuts on the journal equivalent portion.
  • the journal processing unit is composed of an upper mold journal processing unit 31a and a lower mold journal processing unit 32a as shown by thick lines in FIG. 5A.
  • the upper die journal processing unit 31 a is provided in the third upper die 31.
  • the lower die journal processing unit 32 a is provided to the third lower die 32.
  • the upper die journaling portion 31a is concave and can accommodate a billet.
  • the lower die journal processing portion 32 a is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • type journal process part 32a is made into concave shape. That is, the lower die journalized portion 32a may be concave capable of accommodating the billet.
  • the pin processing portion is composed of an upper mold pin processing portion 31b and a lower mold pin processing portion 32b, as shown by thick lines in FIG. 6A.
  • the upper mold pin processing portion 31 b is provided to the third upper mold 31.
  • the lower mold pin processing portion 32 b is provided to the third lower mold 32.
  • the upper mold pin processing portion 31 b is concave and can accommodate a billet.
  • the lower mold pin processing portion 32 b is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • the billet 22 is moved to the third upper die 31 with the third upper die 31 raised and the third upper die 31 and the third lower die 32 separated. Arranged between the third lower mold 32.
  • the third upper die 31 is lowered from this state, the pin equivalent portion of the billet 22 is accommodated in the concave upper die pin processing portion 31b (refer to FIG. 6A), and the journal equivalent portion is the concave upper die journal processing portion 31a (see FIG. 5A).
  • the billet is pressed down by the upper die pin processing portion 31b and the lower die pin processing portion 32b, and the upper die journal processing portion 31a and the lower die journal processing portion 32a. Cross sectional area decreases.
  • the width Bf is larger than the thickness ta (see FIGS. 5B and 6B).
  • the dimensions of the width Bf and the thickness ta of the flat portion 23a may be different between the journal equivalent part and the pin equivalent part.
  • the material moves in the axial direction of the billet as the pin equivalent portion and the journal equivalent portion are pressed down. Thereby, the material flows into the arm equivalent between the pin equivalent and the journal equivalent. As a result, it is possible to obtain an initial waste area in which the volume is distributed in the axial direction.
  • the opening of the concave upper mold pin processing portion 31b is closed by the lower mold pin processing portion 32b.
  • a closed cross section is formed by the upper die pin processing portion 31 b and the lower die pin processing portion 32 b.
  • the opening of the concave upper die journalizing portion 31a is closed by the lower die journaling portion 32a, and a closed cross section is formed by the upper die journaling portion 31a and the lower die journal milling portion 32a.
  • the arm equivalent When a pair of third molds is used in the first pre-forming step, the arm equivalent may not be pressed by the third mold in order to promote the axial distribution of the volume (see FIGS. 7A and 7B). . Further, in order to adjust the shape (dimension) of the arm equivalent portion, the arm equivalent portion may be partially pressed by the third mold.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the case where the second preforming step is performed with one mold.
  • the initial waste land 23 is disposed on the first lower die 42.
  • the pin equivalent portion is decentered.
  • the lower mold pin processing portion 42b of the first lower mold 42 for processing the pin equivalent portion of the initial waste land 23 protrudes more than the lower mold journal processing portion 42a. Therefore, when the initial rough surface 23 is arranged in the first lower mold 42, the initial rough surface 23 is supported at two points by the two lower mold pin processing portions 42b.
  • the upper mold pin processing portion 41b of the first upper mold 41 is disposed closer to the end portion side of the initial rough surface 23 than the lower mold pin processing portion 42b.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a first mold and a second mold of the present embodiment.
  • the manufacturing apparatus of the present embodiment includes a first mold 40 and a second mold 50.
  • the second mold 50 includes a second upper mold 51 and a second lower mold 52.
  • the second mold 50 includes two second upper dies 51 and two second lower dies 52.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 can move up and down independently of the first mold 40.
  • the second lower mold 52 is disposed at the same height or lower than the lower mold journal processing portion 42a, and the second upper mold 51 is disposed at the same height or upper than the upper mold journal processing portion 41a. It is done.
  • the second lower die 52 and the second upper die 51 do not project beyond the lower die journal processing portion 42a and the upper die journal processing portion 41a. Therefore, even if the initial rough surface 23 is arranged in the first lower mold 42 before the start of the reduction, the initial rough area 23 is not supported by the second lower mold 52.
  • the initial wasteland 23 is supported by a plurality of lower die journaling portions 42a.
  • the area in which the plurality of lower die journal processing portions 42a support the initial waste land 23 is larger than the area in which the second lower mold 52 supports the initial waste land.
  • the eccentricity of the pin corresponding portion of the initial waste area 23 by the second lower die 52 of the second mold 50 is started.
  • the eccentricity of the pin corresponding portion of the initial waste area 23 by the second upper mold 51 of the second mold 50 is started. Therefore, during eccentricity of the pin equivalent portion, the journal equivalent portion of the initial waste land 23 is pressed down by the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a.
  • journal equivalent portion of the initial rough area 23 is restrained by the upper die journal processing unit 41a and the lower die journal processing unit 42a. Therefore, during the eccentricity of the pin equivalent portion, the initial rough surface 23 is difficult to move and is pressed at a predetermined position.
  • the second upper die 51 and the second lower die 52 move up and down independently, and the journal equivalent portion of the initial wasteland 23 is pushed down prior to the pin equivalent portion, so that the eccentricity of the pin equivalent portion is being performed.
  • the land 23 is hard to bend. Since the volume-distributed initial waste 23 is pressed at a predetermined position of the first mold 40, it is difficult to cause a defect or the like in the final waste after pressing.
  • the configuration of the first mold 40 and the second mold 50 will be described.
  • the second mold 50 includes a control mechanism to raise and lower the second upper mold 51 and the second lower mold 52 independently.
  • the control mechanism is, for example, a die cushion or a hydraulic cylinder.
  • the first lower mold 42 is supported by the bolster base 82 via the die cushion 81.
  • the die cushion 81 has a buffer function.
  • the second lower mold 52 is supported by the bolster base 82 via the pin base 83.
  • the die cushion 81 is set such that the second lower die 52 contacts the pin equivalent portion of the initial wasteland 23 after the upper die journal processing portion 41a and the lower die journal processing portion 42a contact the journal equivalent portion of the initial wasteland 23 Be done.
  • the pin equivalent portion of the initial waste land 23 is decentered after the start of rolling of the journal equivalent portion.
  • FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing the first mold and the second mold of the present embodiment different from FIG. 9.
  • the hydraulic cylinder 84 can raise and lower the second lower mold 52.
  • the second lower die 52 is supported by the bolster base 82 via a hydraulic cylinder 84.
  • the hydraulic cylinder 84 is set so that the second lower die 52 contacts the pin equivalent portion of the initial wasteland 23 after the upper die journal processing portion 41a and the lower die journaling portion 42a contact the journal equivalent portion of the initial wasteland 23 Be done.
  • the pin equivalent portion of the initial waste land 23 is decentered after the start of rolling of the journal equivalent portion.
  • the timing at which the second lower die 52 protrudes from the first lower die 42 is appropriately set.
  • the pin equivalent portion may be decentered between the start of the pressure reduction of the journal equivalent portion and the completion of the pressure reduction.
  • the pin portion may be decentered after the reduction of the journal portion.
  • eccentricity of the pin equivalent portion in the second preforming step instead of the first preforming step has the following advantages.
  • the first preforming step the cross-sectional area of the pin portion of the billet is reduced. That is, the cross-sectional area of the pin equivalent portion of the initial waste land 23 is smaller than the cross-sectional area of the pin equivalent portion of the billet. Therefore, the cross-sectional area of the pin equivalent portion after eccentricity is smaller and the amount of remaining material is smaller when the pin equivalent portion of the initial waste 23 is eccentric than when the pin equivalent portion of the billet is eccentric. If the amount of remaining material is small, the amount of burrs after the finish forging step in the post process can be small, and the yield is good. Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, the eccentricity of the pin equivalent portion is performed in the second preforming step in order to improve the yield.
  • FIGS. 11A to 14B are schematic views showing an example of a processing flow of the second pre-forming step.
  • FIG. 11A is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the start of the reduction process
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view showing the situation at the end of the reduction process
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows.
  • FIG. 12A and 12B are cross sectional views showing the arm equivalent. Of these figures, FIG. 12A shows the situation at the start of the reduction step, and FIG. 12B shows the situation at the end of the reduction step. 12A is a cross-sectional view taken along the line XIIA-XIIA of FIG. 11A, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line XIIB-XIIB shown in FIG. 11C.
  • FIG. 13A and 13B are cross-sectional views showing the journal equivalent. Of these figures, FIG. 13A shows the situation at the start of the reduction step, and FIG. 13B shows the situation at the end of the reduction step. 13A is a cross-sectional view taken along line XIIIA-XIIIA of FIG. 11A, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line XIIIB-XIIIB shown in FIG. 11C.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are cross-sectional views showing the pin equivalent.
  • FIG. 14A shows the situation at the start of the eccentric process
  • FIG. 14B shows the situation at the end of the eccentric process.
  • 14A is a cross-sectional view taken along line XIVA-XIVA of FIG. 11A
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line XIVB-XIVB of FIG. 11C.
  • FIGS. 11A to 13B show the initial waste land 23 obtained in the above-mentioned first pre-forming step and a pair of first molds 40 at the top and bottom.
  • 14A and 14B show an initial wasteland 23 and a second mold 50.
  • FIG. The first mold 40 includes a first upper die 41 and a first lower die 42.
  • the first upper mold 41, the first lower mold 42, and the initial waste area 23 at the start of the reduction are indicated by the two-dot chain line.
  • the heart position C is indicated by a black circle.
  • the second mold 50 includes a second upper mold 51 and a second lower mold 52.
  • One second upper mold 51 is in contact with a portion (first pin equivalent portion) to be a first pin portion
  • another second upper die 51 is a fourth pin portion (a fourth pin equivalent portion) Abut.
  • One second lower die 52 is in contact with a portion (second pin equivalent portion) to be a second pin portion
  • another second lower die 52 is a portion (third pin equivalent portion) to be a third pin portion Abut.
  • the lower mold arm processed portion 42c is concave.
  • the upper mold arm processed portion 41c is planar.
  • which of the upper mold arm processed portion and the lower mold arm processed portion is to be concave can be appropriately set according to the shape of the forged crankshaft.
  • the lower mold arm processed portion 42c has a weight processed portion 42e that abuts a portion (weight equivalent portion) to be the weight portion.
  • the weight processing unit 42e is located on the opening side of the concave lower mold arm processing unit 42c.
  • the opening width Bp of the weight processing part 42e becomes wider as it goes away from the bottom surface of the concave lower mold arm processing part 42c.
  • the weight process part 42e as for the both sides, all are inclined surfaces.
  • the thickness of the arm equivalent portion is made the same as the thickness of the finished dimension. Therefore, the axial length of the upper mold arm processed portion 41c and the lower mold arm processed portion 42c is the same as the thickness of the finished dimension of the arm portion.
  • the journal processing unit includes an upper mold journal processing unit 41a and a lower mold journal processing unit 42a, as shown by thick lines in FIG. 13A.
  • the upper die journal processing unit 41 a is provided on the first upper die 41.
  • the lower die journal processing unit 42 a is provided on the first lower die 42.
  • the upper die journal processing portion 41 a is concave and can accommodate the entire flat portion of the initial waste land 23.
  • the lower die journal processing portion 42 a is provided on the tip end surface of the convex portion.
  • type journal process part 42a is made into concave shape. That is, the lower die journal processing portion may be concave so as to be able to accommodate the entire flat portion of the initial rough area.
  • the second upper mold 51 of the second mold 50 is concave as shown by a thick line in FIG. 14A, and can accommodate the entire flat portion of the initial waste land 23.
  • the second lower mold has a configuration in which the upper and lower sides of the second upper mold 51 are inverted.
  • the initial waste 23 is processed as the first upper mold 41. And the first lower mold 42.
  • the initial rough surface 23 was rotated 90 ° around the axis from the state at the end of the first preforming step so that the width direction (long axis direction in the case of an ellipse) of the flat portion becomes the pressure reduction direction and the eccentric direction. It is arranged by posture.
  • the first upper mold 41 of the first mold 40 is lowered. Then, as shown to FIG. 13A and FIG. 14A, the flat part of the initial stage wasteland 23 is accommodated in concave upper mold
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 of the second mold 50 eccentricize the pin corresponding portion.
  • the center of gravity of the pin equivalent portion moves in the eccentric direction of the pin portion (see the hatched arrow in FIG. 1B).
  • the amount of eccentricity of the portion corresponding to the pin is equal to the amount of eccentricity of the finish dimension.
  • the amount of eccentricity of the pin equivalent portion is not limited to this.
  • the eccentricity of the pin equivalent portion may be smaller than the eccentricity of the finished dimension. In this case, in the finish forging step, the eccentricity of the portion corresponding to the pin is taken as the eccentricity of the finish dimension.
  • the first upper mold 41 and the second upper mold 51 are raised, and the processed initial waste land 23 (final waste land 24) is taken out.
  • the thickness of the arm equivalent is the same as the thickness of the finished dimension.
  • the material flows from the pin equivalent portion and the journal equivalent portion to the arm equivalent portion.
  • This allows the volume to be distributed in the axial direction.
  • the material corresponding to the arm flows in the inside of the arm processed portions 41c and 42c, narrows on the concave bottom side, and widens on the concave opening side. Therefore, the volume is properly distributed within the arm equivalent portion.
  • the finish forging step of the post process it is possible to suppress the occurrence of chipping in the arm portion.
  • an arm part contains a weight part, it can suppress that a missing part arises in a weight part.
  • the second upper mold 51 and the second lower mold 52 of the second mold 50 move up and down independently, and the journal equivalent portion of the initial waste land 23 is pushed down prior to the pin equivalent portion, During the eccentricity of the portion corresponding to the pin, the initial land 23 is difficult to bend. As a result, since the volume-distributed initial waste 23 is pressed at a predetermined position of the first mold 40, it is difficult to cause a defect or the like in the final waste after pressing, and a final waste having a precise shape can be obtained.
  • the final waste land can be obtained by the first and second preforming steps described above. Therefore, the material yield can be improved.
  • the distribution of axial volume can be promoted by the first preforming step and the second preforming step. That is, the cross-sectional areas of the pin equivalent part and the journal equivalent part can be reduced, and the cross-sectional area of the arm equivalent part can be increased. Since the rough shape of this forged crankshaft is used to form the final wasteland, even in the finish forging process, the formation of burrs can be minimized. These can improve the material yield.
  • volume distribution in the arm equivalent portion is adjusted by appropriately changing the shape of the arm processed portions 41c and 42c according to the shape of the forged crankshaft (final product) Can.
  • the opening width of the arm processing portion may be changed, or the arm processing portion may be an inclined surface.
  • the upper portion of the upper mold journalized portion 41a acts as a partition that restricts the axial flow of the material.
  • the opening width Bj of the concave upper die journaled portion is too narrow, the load becomes large in the later step.
  • the opening width Bj (mm) of the concave upper die journaling portion is 0.5 to 1.5 in ratio to the diameter Dj (mm) of the journal portion of the forged crankshaft (final product) preferable.
  • the third die 30 is used to press down the entire circumference of the billet.
  • the closed cross section is formed by the upper die journal processing part 31a and the lower die journal processing part 32a during the reduction
  • the closed cross section is formed by the upper die pin processing part 31b and the lower die pin processing part 32b I assume.
  • This can prevent the formation of burrs.
  • the formation of burrs may be prevented by partially pressing the portion corresponding to the journal by the journal processing portion. Further, formation of burrs may be prevented by partially pressing the portion corresponding to the pin by the pin processing portion.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • a forged crankshaft for example, a forged crankshaft with four cylinders and four counterweights
  • the first embodiment of the above-described embodiment can be used.
  • the preforming process, the second preforming process, and the finish forging process can be applied.
  • the present invention can be effectively used for the manufacture of forged crankshafts mounted on reciprocating engines.

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Abstract

製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程では、ピン相当部およびジャーナル相当部を、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、複数の扁平部を形成する。第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。

Description

鍛造クランク軸の製造方法
　本発明は、熱間鍛造によりクランク軸を製造する方法に関する。
　自動車、自動二輪車、農業機械または船舶等のレシプロエンジンにおいて、ピストンの往復運動を回転運動に変換して動力を取り出すために、クランク軸が不可欠である。クランク軸は、型鍛造または鋳造によって製造できる。特に、高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、型鍛造によって製造されたクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）が多用される。
　図１Ａおよび図１Ｂは、一般的な鍛造クランク軸の全体形状の一例を示す模式図である。これらの図のうち、図１Ａは全体図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ－ＩＢ断面図である。図１Ｂに示す例では、代表的に、一つのクランクアーム部Ａ７と、そのクランクアーム部Ａ７と一体のカウンターウエイト部Ｗ７と、そのクランクアーム部Ａ７につながるピン部Ｐ４およびジャーナル部Ｊ４を示す。
　図１Ａおよび図１Ｂに示す鍛造クランク軸１１は、４気筒エンジンに搭載される４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸である。鍛造クランク軸１１は、５つのジャーナル部Ｊ１～Ｊ５と、４つのピン部Ｐ１～Ｐ４と、フロント部Ｆｒと、フランジ部Ｆｌと、８枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１～Ａ８とを備える。アーム部Ａ１～Ａ８は、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ５とピン部Ｐ１～Ｐ４をそれぞれつなぐ。また、８枚（全部）のアーム部Ａ１～Ａ８は、カウンターウエイト部（以下、「ウエイト部」ともいう）Ｗ１～Ｗ８を一体で備える。鍛造クランク軸１１の軸方向の前端にはフロント部Ｆｒが設けられ、後端にはフランジ部Ｆｌが設けられる。フロント部Ｆｒは、先頭の第１ジャーナル部Ｊ１につながり、フランジ部Ｆｌは、最後尾の第５ジャーナル部Ｊ５につながる。
　以下では、ジャーナル部Ｊ１～Ｊ５、ピン部Ｐ１～Ｐ４、アーム部Ａ１～Ａ８およびウエイト部Ｗ１～Ｗ８のそれぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「Ｊ」、ピン部で「Ｐ」、アーム部で「Ａ」、ウエイト部で「Ｗ」とも記す。また、アーム部Ａおよびそのアーム部Ａと一体のウエイト部Ｗをまとめて「ウェブ」ともいう。
　図１Ｂに示すように、ウエイト部Ｗの幅Ｂｗは、アーム部Ａの幅Ｂａより大きい。このため、ウエイト部Ｗは、アーム部中心面（ピン部Ｐの中心軸とジャーナル部Ｊの中心軸とを含む面）から大きく張り出している。
　このような形状の鍛造クランク軸を製造する際、一般に、出発素材としてビレットが用いられる。ビレットの長手方向に垂直な断面、すなわち横断面は、丸形または角形である。その横断面の面積は、ビレットの全長にわたって一定である。本明細書において、「横断面」は、ビレット若しくは後述する各荒地の長手方向、または鍛造クランク軸の軸方向に垂直な断面を意味する。「縦断面」は、その長手方向またはその軸方向に平行な断面を意味する。また、横断面の面積を単に「断面積」ともいう。鍛造クランク軸は、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程をその順に経ることによって製造される。また、必要に応じ、バリ抜き工程の後に整形工程を経る。通常、予備成形工程は、ロール成形と曲げ打ちの各工程を含む。型鍛造工程は、荒打ちと仕上げ打ちの各工程を含む。
　図２Ａ～図２Ｆは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。これらの図のうち、図２Ａはビレットを示す。図２Ｂはロール荒地を示す。図２Ｃは曲げ荒地を示す。図２Ｄは荒鍛造材を示す。図２Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図２Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図２Ａ～図２Ｆは、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。
　図２Ａ～図２Ｆを参照し、鍛造クランク軸１１の製造方法を説明する。先ず、図２Ａに示すような所定の長さのビレット１２を加熱炉によって加熱した後、予備成形工程でロール成形および曲げ打ちをその順に行う。ロール成形では、例えば孔型ロールを用いてビレット１２を圧延して絞る。これにより、ビレット１２の体積を軸方向に配分し、中間素材であるロール荒地１３を得る（図２Ｂ参照）。次に、曲げ打ちでは、ロール荒地１３を軸方向と垂直な方向から部分的にプレス圧下する。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る。これら荒打ちおよび仕上げ打ちのとき、互いに対向する金型の型割面の間から余材が流出し、その余材がバリＢとなる。このため、荒鍛造材１５および仕上げ鍛造材１６は、いずれも、周囲にバリＢが大きく付いている。
　バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材１６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材１６からバリＢが除去され、バリ無し鍛造材が得られる。そのバリ無し鍛造材は、図２Ｆに示す鍛造クランク軸１１とほぼ同じ形状である。
　整形工程では、バリ無し鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリ無し鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリ無し鍛造材の要所は、例えば、ジャーナル部Ｊ、ピン部Ｐ、フロント部Ｆｒ、フランジ部Ｆｌなどといった軸部、さらにはアーム部Ａおよびウエイト部Ｗである。こうして、鍛造クランク軸１１が製造される。
　図２Ａ～図２Ｆに示す製造工程は、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸に限らず、様々な鍛造クランク軸に適用できる。例えば、４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸にも適用できる。
　４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、８枚のアーム部Ａ１～Ａ８のうち、一部のアーム部がウエイト部Ｗを一体で備える。例えば先頭の第１アーム部Ａ１、最後尾の第８アーム部Ａ８および中央の２枚のアーム部（第４アーム部Ａ４および第５アーム部Ａ５）がウエイト部Ｗを一体で有する。また、残りのアーム部、具体的には、第２、第３、第６および第７のアーム部（Ａ２、Ａ３、Ａ６およびＡ７）は、ウエイト部を備えず、その形状は長円状となる。
　その他に、３気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、８気筒エンジン等に搭載される鍛造クランク軸であっても、製造工程は同様である。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加される。
　予備成形工程の主目的は、ビレットの体積を配分することである。予備成形工程でビレットの体積を配分することにより、後工程の型鍛造工程でバリの形成を低減でき、材料歩留りを向上できる。ここで、材料歩留りとは、ビレットの体積に対する鍛造クランク軸（最終製品）の体積の割合（百分率）を意味する。
　また、予備成形によって得られる荒地は、後工程の型鍛造工程で鍛造クランク軸に成形される。精密な形状の鍛造クランク軸を得るため、予備成形工程では精密な形状の荒地を成形する必要がある。
　鍛造クランク軸の製造に関する技術は、例えば、特開２００１－１０５０８７号公報（特許文献１）、特開平２－２５５２４０号公報（特許文献２）、特開昭６２－２４４５４５号公報（特許文献３）および特開昭５９－４５０５１号公報（特許文献４）に開示される。特許文献１は、一対からなる上型と下型を用いた予備成形方法を開示する。その予備成形方法では、上型と下型とで棒状の被加工物を圧下する際に、被加工物の一部を延ばすとともに、その一部に連続した部分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パスのロール成形に代え、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る。また、予備成形工程において、精密な形状の荒地を成形することが望まれている。前記特許文献１に記載の予備成形方法では、ビレットの体積の配分とオフセットをある程度行うことができる。
　しかしながら、前記特許文献１の予備成形方法では、ウェブとなる部位において、ウエイト部となる部位の体積と、ウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位の体積と、の配分が検討されていない。そのため、後工程の型鍛造工程において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部で、材料の充満性が不十分となり、欠肉が生じ易い。ウエイト部の欠肉を防止するには、簡便には、荒地で余剰の体積を増加させればよい。しかし、この場合、材料歩留りが低下する。以下では、ウエイト部となる部位を「ウエイト相当部」ともいう。ウエイト部を一体で備えるアーム部（ウエイト部を除く）となる部位を「アーム相当部」ともいう。ウエイト相当部とアーム相当部をまとめて「ウェブ相当部」ともいう。
　前記特許文献２の予備成形方法では、ウェブ相当部でウエイト相当部とアーム相当部との体積配分を行えない。ロール成形によるからである。そのため、後工程の型鍛造工程において、ウエイト部の材料の充満性が不十分となる。その結果、欠肉が生じ易い。
　前記特許文献３の予備成形方法では、転造を実施するための設備が必要となる。そのため、設備費用が高くなり、また、生産効率の向上も難しい。
　前記特許文献４の製造方法では、単一の設備で予備成形および型鍛造を実施するため、ビレットを大きく変形させる予備成形を実施できない。そのため、特許文献４の製造方法では、材料歩留りを向上させることは難しい。
　本発明の目的は、精密な形状の鍛造クランク軸の成形ができ、かつ、材料歩留りを向上できる鍛造クランク軸の製造方法を提供することである。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、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、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
　第１予備成形工程では、ビレットのうちのピン部となる部位、および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、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成する。
　第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
　最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。
　本発明の実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分される。仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。また、本発明によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により精密な形状の荒地を成形できる。そのため、精密な形状の鍛造クランク軸を成形できる。
図１Ａは、一般的な鍛造クランク軸の全体形状の一例を示す模式図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ断面図である。 図２Ａは、従来の製造工程におけるビレットを示す模式図である。 図２Ｂは、従来の製造工程におけるロール荒地を示す模式図である。 図２Ｃは、従来の製造工程における曲げ荒地を示す模式図である。 図２Ｄは、従来の製造工程における荒鍛造材を示す模式図である。 図２Ｅは、従来の製造工程における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図２Ｆは、従来の製造工程における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図３Ａは、本実施形態の製造工程例におけるビレットを示す模式図である。 図３Ｂは、本実施形態の製造工程例における初期荒地を示す模式図である。 図３Ｃは、本実施形態の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。 図３Ｄは、本実施形態の製造工程例における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図３Ｅは、本実施形態の製造工程例における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図４Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前の状況を模式的に示す縦断面図である。 図４Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図５Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図５Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図６Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のピン部となる部位を示す横断面図である。 図６Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。 図７Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のア－ム相当部を示す横断面図である。 図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のアーム相当部を示す横断面図である。 図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。 図９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１０は、図９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１１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程開始時の状況を示す縦断面図である。 図１１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程終了時の状況を示す縦断面図である。 図１１Ｃは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。 図１２Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程開始時のアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１２Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程終了時のアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１３Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程開始時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１３Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程終了時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１４Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程開始時のピン部となる部位を示す横断面図である。 図１４Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。
　本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、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、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
　第１予備成形工程では、ビレットのうちのピン部となる部位、および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、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成する。
　第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
　最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。
　本実施形態の製造方法によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分されるため、鍛造クランク軸の形状に近い形状である。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。
　また、第２予備成形工程では、ジャーナル部となる部位を圧下する第１金型とは別動の第２金型がピン部となる部位を偏心させる。第１金型が第２金型と一体であれば、ピン部となる部位を偏心させる部分が、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出する。そのため、成形が開始されれば、ピン部となる部位のみが偏心され、初期荒地が湾曲しやすい。しかし、第２金型が第１金型と別動であれば、ピン部となる部位を偏心させる第２金型を、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出させないことができる。そのため、成形が開始されても、まず、ジャーナル部となる部位が圧下され、ジャーナル部となる部位の圧下後に、ピン部となる部位を偏心させることができる。そのため、ピン部となる部位の偏心中に初期荒地が湾曲しにくい。体積配分された初期荒地が、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。
　好ましくは、第２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金型による複数のピン部となる部位の偏心を開始する。
　好ましくは、ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい。
　以下に、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
１．製造工程例
　本実施形態の製造方法が対象とする鍛造クランク軸は、回転中心となる複数のジャーナル部Ｊと、ジャーナル部Ｊに対して偏心した複数のピン部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。例えば、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸が製造対象である。４気筒－８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、複数のアーム部Ａのうちの全部がウエイト部Ｗを一体で備える。前述の４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸等も製造対象である。４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、複数のアーム部Ａのうちの一部がウエイト部Ｗを一体で備える。また、全てのアーム部Ａがウエイト部Ｗを備えていなくてもよい。ウエイト部を備えないアーム部の形状は長円状である。なお、アーム部がウエイト部を「一体」で備えるとは、アーム部とウエイト部とが別部品ではなく、１つのビレットから両者が成形されていることを意味する。
　本実施形態の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、仕上げ鍛造工程とを含む。仕上げ鍛造工程の後工程として、バリ抜き工程を追加してもよい。また、必要に応じて、バリ抜き工程の後に、整形工程を追加してもよい。ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程を追加してもよい。これらの一連の工程は、熱間で実施される。
　図３Ａ～図３Ｅは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造工程例を説明するための模式図である。これらの図のうち、図３Ａはビレットを示す。図３Ｂは初期荒地を示す。図３Ｃは最終荒地を示す。図３Ｄは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｅは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ～図３Ｅは、前記図１Ａに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。
　第１予備成形工程では、被加工材であるビレット２２のうち、ピン部となる複数の部位（以下、「ピン相当部」ともいう）、およびジャーナル部となる複数の部位（以下、「ジャーナル相当部」ともいう）のそれぞれで断面積を減少させる。これに伴って、ビレットに複数の扁平部２３ａを形成する。扁平部２３ａは、ピン相当部およびジャーナル相当部の位置に形成される。扁平部２３ａは、後述の図５Ｂおよび図６Ｂに示すように、圧下方向の厚さｔａよりも圧下方向と垂直な方向の幅Ｂｆが大きい。このようにして体積が配分された初期荒地２３を得る。第１予備成形工程には、例えば、レデュースロールまたはクロスロールを用いることができる。また、第１予備成形工程は、後述の第３金型を用いた加工フロー例に従って実施することもできる。
　第２予備成形工程は、圧下工程と、偏心工程とを含む。圧下工程では、一対の第１金型を用いて初期荒地２３のジャーナル相当部を圧下する。偏心工程では、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用いてピン相当部を偏心させる。第２予備成形工程において、圧下方向および偏心方向は、扁平部２３ａの幅方向である。すなわち、第２予備成形工程では、第１予備成形工程で得られた初期荒地２３を９０°回転させた後、圧下する。これにより、鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地２４が得られる。最終荒地２４において、アーム相当部の軸方向の厚さｔ１（図３Ｃ参照）は、仕上げ寸法の厚さｔ０（図３Ｅ参照）と同じである。仕上げ寸法の厚さｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部の軸方向の厚さを意味する。また、最終荒地２４のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じか又は小さい。仕上げ寸法の偏心量とは、鍛造クランク軸のピン部の偏心量を意味する。第２予備成形工程の詳細については、後述する。
　仕上げ鍛造工程では、前述の従来の仕上げ打ち工程と同様に、型鍛造によって最終荒地２４を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する。具体的には、上下に一対の金型が用いられる。最終荒地２４は、ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢で、下型の上に配置される。そして、上型の下降により鍛造が実施される。これにより、余材の流出に伴ってバリＢが形成され、バリ付きの仕上げ鍛造材２５が得られる（図３Ｄ参照）。仕上げ鍛造材２５には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。最終荒地２４に鍛造クランク軸のおおよその形状が造形されているので、仕上げ鍛造工程で最終荒地２４に鍛造を施す際、バリＢの形成を最小限に留めることができる。仕上げ鍛造工程は、１回でもよいし、複数回に分けてもよい。
　バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２５を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材２５からバリＢが除去される。その結果、鍛造クランク軸１１（最終製品）が得られる。
２．第１予備成形工程の加工フロー例
　図４Ａ～図７Ｂ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４Ａは、圧下前の状況を示す縦断面図であり、図４Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
　図５Ａおよび図５Ｂ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５Ａは圧下前の状況を示し、図５Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図５Ａは、前記図４ＡのＶＡ－ＶＡ断面図であり、図５Ｂは、前記図４ＢのＶＢ－ＶＢ断面図である。
　図６Ａおよび図６Ｂは、ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図６Ａは圧下前の状況を示し、図６Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図６Ａは、前記図４ＡのＶＩＡ－ＶＩＡ断面図であり、図６Ｂは、前記図４ＢのＶＩＢ－ＶＩＢ断面図である。
　図７Ａおよび図７Ｂ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７Ａは圧下前の状況を示し、図７Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図７Ａは、前記図４ＡのＶＩＩＡ－ＶＩＩＡ断面図であり、図７Ｂは、前記図４ＢのＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ断面図である。
　図４Ａ～図７Ｂには、丸形の横断面を有するビレット２２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５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂには、圧下前の第３上型３１、第３下型３２およびビレット２２を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。一対の第３金型３０は、ピン相当部と当接するピン加工部、および、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部を備える。
　ジャーナル加工部は、図５Ａに太線で示すように、上型ジャーナル加工部３１ａ、および、下型ジャーナル加工部３２ａからなる。上型ジャーナル加工部３１ａは、第３上型３１に設けられる。下型ジャーナル加工部３２ａは、第３下型３２に設けられる。上型ジャーナル加工部３１ａは、凹状であり、ビレットを収容可能である。下型ジャーナル加工部３２ａ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３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａ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３２ａがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
　ピン加工部は、図６Ａに太線で示すように、上型ピン加工部３１ｂ、および、下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、第３上型３１に設けられる。下型ピン加工部３２ｂは、第３下型３２に設けられる。上型ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレットを収容可能である。下型ピン加工部３２ｂは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ピン加工部３２ｂがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
　第１予備成形工程では、図４Ａに示すように、第３上型３１を上昇させて第３上型３１と第３下型３２を離間させた状態で、ビレット２２を第３上型３１と第３下型３２の間に配置する。この状態から第３上型３１を下降させると、ビレット２２のうちのピン相当部が凹状の上型ピン加工部３１ｂに収容され（図６Ａ参照）、ジャーナル相当部が凹状の上型ジャーナル加工部３１ａに収容される（図５Ａ参照）。第３上型３１をさらに下降させると、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂ、並びに上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによってビレットが圧下され、圧下された部位の断面積が減少する。その結果、図５Ｂおよび図６Ｂに示すような扁平部２３ａが形成される。扁平部２３ａの横断面において、幅Ｂｆは厚さｔａよりも大きい（図５Ｂおよび図６Ｂ参照）。扁平部２３ａの幅Ｂｆおよび厚さｔａの寸法は、ジャーナル相当部とピン相当部で異なってもよい。第３金型３０による圧下の終了後、第３上型３１を上昇させ、加工済みのビレット２２（初期荒地２３）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するのに伴い、ビレットの軸方向に材料が移動する。これにより、材料がピン相当部とジャーナル相当部との間のアーム相当部に流入する。その結果、体積が軸方向に配分された初期荒地を得ることができる。
　また、図４Ａ～図７Ｂに示す加工フロー例によれば、第３上型３１を下降させる過程で、凹状の上型ピン加工部３１ｂの開口が、下型ピン加工部３２ｂで塞がれ、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成される。また、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａの開口が、下型ジャーナル加工部３２ａで塞がれ、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成される。これにより、第３上型３１と第３下型３２との間にバリが形成されることがない。したがって、材料歩留りを向上できるとともに、体積の軸方向の配分を促進できる。
　第１予備成形工程で一対の第３金型を用いる場合、体積の軸方向の配分を促進する観点から、アーム相当部を第３金型によって圧下しなくてよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。また、アーム相当部の形状（寸法）を整えるため、アーム相当部を部分的に第３金型によって圧下してもよい。
３．第２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２予備成形工程では、ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とを実施する。ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とは別個の金型によって実施される。
　ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とを１つの金型で実施すると、以下に示す問題が生じる可能性がある。
　図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。図８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、初期荒地２３は第１下型４２上に配置される。上述したように、第２予備成形工程では、ピン相当部を偏心させる。初期荒地２３のピン相当部を加工する第１下型４２の下型ピン加工部４２ｂは、下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出している。したがって、第１下型４２に初期荒地２３を配置すると、初期荒地２３は２つの下型ピン加工部４２ｂによって２点で支持される。また、第１上型４１の上型ピン加工部４１ｂは、下型ピン加工部４２ｂよりも初期荒地２３の端部側に配置される。この状態で、第１金型４０が初期荒地２３を圧下すると、下型ピン加工部４２ｂを支点、上型ピン加工部４１ｂを力点として、初期荒地２３に荷重が負荷される。これにより、初期荒地２３に曲げモーメントが作用する。初期荒地２３に作用する曲げモーメントが過剰に大きければ、初期荒地２３は湾曲する。初期荒地２３が湾曲した状態で第１上型４１が下死点に到達すると、第１金型４０が圧下する初期荒地２３の位置が、予定の位置からずれる。すなわち、第１金型４０のピン加工部が初期荒地２３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、圧下後の最終荒地に、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２予備成形工程では、２つの金型を用いる。
　図９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９を参照して、本実施形態の製造装置は、第１金型４０と第２金型５０とを含む。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを含む。４気筒エンジンの鍛造クランク軸の場合、第２金型５０は、２つの第２上型５１と、２つの第２下型５２とを含む。第２上型５１および第２下型５２は、第１金型４０とは独立して昇降できる。初期荒地２３の圧下前では、第２下型５２は下型ジャーナル加工部４２ａと同じ高さもしくは下方に配置され、第２上型５１は上型ジャーナル加工部４１ａと同じ高さもしくは上方に配置されている。すなわち、第２下型５２および第２上型５１は下型ジャーナル加工部４２ａおよび上型ジャーナル加工部４１ａよりも突出していない。したがって、圧下開始前に、第１下型４２に初期荒地２３を配置しても、初期荒地２３は第２下型５２に支持されない。初期荒地２３は、複数の下型ジャーナル加工部４２ａに支持される。複数の下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３を支持する面積は、第２下型５２が初期荒地を支持する面積よりも広い。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。この状態で、第１金型４０が初期荒地２３を圧下すると、ジャーナル相当部が均等に圧下される。すなわち、初期荒地２３のピン相当部に荷重が負荷されにくい。そのため、初期荒地２３に曲げモーメントが作用しにくい。
　また、第１金型４０の下型ジャーナル加工部４２ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第２金型５０の第２下型５２による初期荒地２３のピン相当部の偏心が開始される。第１金型４０の上型ジャーナル加工部４１ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第２金型５０の第２上型５１による初期荒地２３のピン相当部の偏心が開始される。したがって、ピン相当部の偏心中に、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによって初期荒地２３のジャーナル相当部が圧下されている。すなわち、初期荒地２３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。したがって、ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が移動しにくく、所定の位置で圧下される。
　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、および初期荒地２３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初期荒地２３が湾曲しにくい。体積配分された初期荒地２３が、第１金型４０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。
　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９を参照して、制御機構がダイクッション８１である場合について説明する。第１下型４２はダイクッション８１を介してボルスタベース８２に支持される。ダイクッション８１は緩衝機能を有する。第２下型５２はピンベース８３を介してボルスタベース８２に支持される。第１下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、ダイクッション８１の緩衝機能により、第２下型５２が第１下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２が初期荒地２３のピン相当部と当接するようにダイクッション８１は設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
　図１０は、図９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１０を参照して、制御機構が油圧シリンダ８４である場合について説明する。油圧シリンダ８４は、第２下型５２を昇降させることができる。第２下型５２は油圧シリンダ８４を介してボルスタベース８２に支持される。第１下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、油圧シリンダ８４が作動し、第２下型５２が第１下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２が初期荒地２３のピン相当部と当接するように油圧シリンダ８４は設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
　制御機構がダイクッション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は適宜設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。すなわち、ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下開始後から圧下完了までの間に偏心されてもよい。ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下完了後に偏心されてもよい。
　ピン相当部の偏心を、第１予備成形工程ではなく第２予備成形工程で実施することで、次のような利点がある。第１予備成形工程でビレットのピン相当部の断面積は減少する。すなわち、初期荒地２３のピン相当部の断面積は、ビレットのピン相当部の断面積よりも小さい。そのため、初期荒地２３のピン相当部を偏心させた方が、ビレットのピン相当部を偏心させるよりも、偏心後のピン相当部の断面積が小さく、余材料が少ない。余材料が少なければ、後工程の仕上げ鍛造工程後のバリの量も少なくて済み、歩留りが良い。したがって、本実施形態の製造方法では、歩留り向上のため、ピン相当部の偏心は、第２予備成形工程で実施する。
４．第２予備成形工程の加工フロー例
　図１１Ａ～図１４Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。これらの図のうち、図１１Ａは、圧下工程開始時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｂは圧下工程終了時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｃは偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。
　図１２Ａおよび図１２Ｂ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１２Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１２Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１２Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＡ－ＸＩＩＡ断面図であり、図１２Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＢ－ＸＩＩＢ断面図である。
　図１３Ａおよび図１３Ｂ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１３Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１３Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１３Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＩＡ－ＸＩＩＩＡ断面図であり、図１３Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＩＢ－ＸＩＩＩＢ断面図である。
　図１４Ａおよび図１４Ｂは、ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１４Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図１４Ｂは偏心工程終了時の状況を示す。なお、図１４Ａは、前記図１１ＡのＸＩＶＡ－ＸＩＶＡ断面図であり、図１４Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＶＢ－ＸＩＶＢ断面図である。
　図１１Ａ～図１３Ｂ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１金型４０とを示す。図１４Ａおよび図１４Ｂには、初期荒地２３と、第２金型５０とを示す。第１金型４０は、第１上型４１と、第１下型４２とを備える。状況の理解を容易にするため、図１２Ｂおよび図１３Ｂには、圧下開始時の第１上型４１、第１下型４２および初期荒地２３を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図１４Ｂには、圧下開始時の第２上型５１および初期荒地２３を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。一対の第１金型４０は、初期荒地２３のアーム相当部と当接する上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃ、並びに、ジャーナル相当部と当接する上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａを備える。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを備える。一つの第２上型５１は第１ピン部となる部位（第１ピン相当部）と当接し、もう一つの第２上型５１は第４ピン部となる部位（第４ピン相当部）と当接する。一つの第２下型５２は第２ピン部となる部位（第２ピン相当部）と当接し、もう一つの第２下型５２は第３ピン部となる部位（第３ピン相当部）と当接する。
　アーム加工部の横断面形状は、図１２Ａに太線で示すように、下型アーム加工部４２ｃが凹状である。上型アーム加工部４１ｃは平面状である。なお、上型アーム加工部および下型アーム加工部のいずれを凹状とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。
　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４２ｃ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４２ｅを有する。ウエイト加工部４２ｅは凹状の下型アーム加工部４２ｃの開口側に位置する。ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｐは、凹状の下型アーム加工部４２ｃの底面から遠ざかるに従って広くなる。例えば図１２Ａに示すように、ウエイト加工部４２ｅは、両側面がいずれも傾斜面である。
　第２予備成形工程では、前述の通り、アーム相当部の厚さを仕上げ寸法の厚さと同じにする。このため、上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃの軸方向の長さは、アーム部の仕上げ寸法の厚さと同じである。
　ジャーナル加工部は、図１３Ａに太線で示すように、上型ジャーナル加工部４１ａ、および、下型ジャーナル加工部４２ａからなる。上型ジャーナル加工部４１ａは、第１上型４１に設けられる。下型ジャーナル加工部４２ａは、第１下型４２に設けられる。上型ジャーナル加工部４１ａは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能である。下型ジャーナル加工部４２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部が初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状であってもよい。
　第２金型５０の第２上型５１は、図１４Ａに太線で示すように、凹状であり、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能である。第２下型は、第２上型５１の上下が反転した構成である。
　第２予備成形工程では、図１１Ａに示すように、第１上型４１を上昇させて第１上型４１と第１下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３を第１上型４１と第１下型４２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）が圧下方向および偏心方向となるように、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１金型４０の第１上型４１を下降させる。すると、図１３Ａおよび図１４Ａに示すように、初期荒地２３の扁平部が凹状の上型ジャーナル加工部４１ａおよび第２上型５１に収容される。その際、図１２Ａに示すように、アーム相当部は、下型アーム加工部４２ｃの底面と接触することなく、アーム相当部の大部分が下型アーム加工部４２ｃのうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。
　第１上型４１をさらに下降させると、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによって閉断面が形成される。この状態で、第１上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａの内部の扁平部全体が圧下される。このようにして初期荒地２３の扁平部が第１金型４０によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部で断面積が減少する。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。
　第１金型４０による圧下が開始した後、好ましくは圧下が終了した後、第２金型５０の第２上型５１および第２下型５２がピン相当部を偏心させる。ピン相当部の重心は、ピン部の偏心方向（図１Ｂのハッチングを施した矢印参照）に移動する。そして、ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じになる。しかしながら、ピン相当部の偏心量は、これに限定されない。ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さくてもよい。この場合、仕上げ鍛造工程で、ピン相当部の偏心量を仕上げ寸法の偏心量とする。
　第１金型４０による圧下の終了後、第１上型４１および第２上型５１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（最終荒地２４）を取り出す。このようにして得られる最終荒地２４において、アーム相当部の厚さは、仕上げ寸法の厚さと同じである。
　第２予備成形工程によれば、ピン相当部およびジャーナル相当部からアーム相当部に材料が流動する。これにより、軸方向に体積を配分できる。さらに、アーム相当部は、アーム加工部４１ｃ、４２ｃの内部で材料が流動し、凹状の底面側で狭くなり、凹状の開口側で広くなる。このため、アーム相当部内で体積が適正に配分される。その結果、後工程の仕上げ鍛造工程において、アーム部で欠肉が生じるのを抑制できる。また、アーム相当部に設ける余剰の材料を低減でき、材料歩留りを向上できる。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、および初期荒地２３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初期荒地２３が湾曲しにくい。これにより、体積配分された初期荒地２３が、第１金型４０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く、精密な形状の最終荒地が得られる。
　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、最終荒地を得ることができる。このため、材料歩留りを向上できる。
　さらに、本実施形態の製造方法によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分を促進できる。つまり、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積を減少できるとともに、アーム相当部の断面積を増加できる。この鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地を用いるので、仕上げ鍛造工程でも、バリの形成を最小限に留めることができる。これらによって、材料歩留りを向上できる。
５．アーム相当部内の体積配分
　第２予備成形工程によるアーム相当部内の体積配分は、鍛造クランク軸（最終製品）の形状に応じてアーム加工部４１ｃ、４２ｃの形状を適宜変更することにより、調整することができる。例えば、アーム加工部の開口幅を変更したり、アーム加工部を傾斜面としたりすればよい。
６．好ましい態様等
　前述の通り、第２予備成形工程では、アーム相当部を形成する際に、上型ジャーナル加工部４１ａの上側の部位が材料の軸方向の流動を制限する仕切りとして作用する。この作用を増大させるには、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａにおいて、開口幅（Ｂｊ：図１３Ａ参照）を狭くすることが重要となる。一方で、凹状の上型ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊが狭すぎると、後工程で負荷が大きくなる。
　これらから、凹状の上型ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊ（ｍｍ）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の直径Ｄｊ（ｍｍ）に対する比で、０．５～１．５とするのが好ましい。
　前述の第１予備成形工程では、第３金型３０を用い、ビレットの全周を圧下する。その圧下の際に、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成された状態とし、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成された状態とする。これにより、バリの形成を防止できる。ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。また、ピン加工部によってピン相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。
　その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、ウエイト部を備えない長円状のアーム部を備えた鍛造クランク軸（例：４気筒－４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸）を製造する場合であっても、上記の実施形態の第１予備成形工程、第２予備成形工程、および仕上げ鍛造工程を適用できる。
　本発明は、レシプロエンジンに搭載される鍛造クランク軸の製造に有効に利用できる。
　１１　鍛造クランク軸
　２２　ビレット
　２３　初期荒地
　２３ａ　扁平部
　２４　最終荒地
　２５　仕上げ鍛造材
　３０　第３金型
　３１　第３上型
　３１ａ　第３金型の上型ジャーナル加工部
　３１ｂ　第３金型の上型ピン加工部
　３２　第３下型
　３２ａ　第３金型の下型ジャーナル加工部
　３２ｂ　第３金型の下型ピン加工部
　４０　第１金型
　４１　第１上型
　４１ａ　第１金型の上型ジャーナル加工部
　４１ｂ　第１金型の上型ピン加工部
　４１ｃ　第１金型の上型アーム加工部
　４２　第１下型
　４２ａ　第１金型の下型ジャーナル加工部
　４２ｂ　第１金型の下型ピン加工部
　４２ｃ　第１金型の下型アーム加工部
　４２ｅ　ウエイト加工部
　５０　第２金型
　５１　第２上型
　５２　第２下型
　Ａ、Ａ１～Ａ８　クランクアーム部
　Ｊ、Ｊ１～Ｊ５　ジャーナル部
　Ｐ、Ｐ１～Ｐ４　ピン部
　Ｗ、Ｗ１～Ｗ８　カウンターウエイト部
　Ｂ　バリ

Claims (3)

  1. 　回転中心となる複数のジャーナル部と、前記ジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、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、
    　前記初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、
    　少なくとも１回の型鍛造によって前記最終荒地を前記鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含み、
    　前記第１予備成形工程では、前記ビレットのうちの前記ピン部となる部位、および前記ジャーナル部となる部位を、前記ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成し、
    　前記第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして前記複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、前記第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、前記扁平部の幅方向を偏心方向にして前記複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含み、
    　前記最終荒地は、前記複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである、鍛造クランク軸の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
    　前記第２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金型による前記複数のピン部となる部位の偏心を開始する、鍛造クランク軸の製造方法。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
    　前記ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい、鍛造クランク軸の製造方法。
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