JP3661055B2

JP3661055B2 - 大型鍛造品の製造方法

Info

Publication number: JP3661055B2
Application number: JP2000339479A
Authority: JP
Inventors: 友則黒崎
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002143971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型鍛造品の製造方法に関し、更に詳しくは、より低減した成形荷重でもって厚肉部を有する大型鍛造品を簡易に製造し得る製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鍛造品の製造方法として、例えば、特開昭５７−３２８４０号公報に示すように、熱間鍛造における仕上工程を２工程に分けて第１，２の仕上げ型を用意すると共に、各仕上げ型に局部的な局部成形領域を夫々設け、素材に対して荒地工程の後、各仕上げ型を所定の順序で用いて２回の仕上工程を施してバリを発生することなく鍛造品を製造するものが知られている。このような複数の仕上工程による製造方法では、単一の仕上げ型を用いて１回の仕上工程による製造方法に比べ、各仕上工程における成形荷重を抑え、つまり、金型への負荷を抑えて鍛造品を成形し得るものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大型鍛造品として、例えば、図６に示すように、自動車エンジン等の内燃機関におけるクランクシャフト１０１は、カウンタウエイトを一体とした一対のクランクアームからなるクランク部１０４ａ〜１０４ｄ（厚肉部）を複数備えて構成されている。このようなクランクシャフト１０１に上記従来の製造方法を適用し、例えば、クランクシャフト１０１の全成形領域を軸線方向に２つに区画し、第１仕上げ型１１０に対応して局部成形領域１１１を、また、第２仕上げ型１２０に対応して局部成形領域１２１を夫々設定し、第１，２仕上げ型１１０，１２０を順次用いてバリを発生させつつ２回の仕上工程を施し、成形荷重を抑えてクランクシャフト１０１を製造することが提案された。
【０００４】
しかし、上記従来の製造方法では、各仕上げ型１１０，１２０の夫々に設定された局部成形領域１１１，１２１を境界線で明確に区切っているため、第２仕上工程において、各局部成形領域１１１，１２１の境界線付近で、局部成形領域１２１からその領域１２１外への材料の無駄な流動及び多量のバリが発生し、局部成形領域１２１に適切な成形荷重がかからず、成形荷重が低減されるだけで目標とする型彫形状への肉張りが困難であるといった問題があった。
【０００５】
また、上記従来の製造方法では、クランクシャフト１０１の軸線方向の中心から異なる距離に位置するクランク部１０４ａ，１０４ｂ及びクランク部１０４ｃ，１０４ｄに対応する局部成形領域１１１，１２１を第１，２の仕上げ型１１０，１２０に夫々設定しているため、製造されるクランクシャフト１０１は、成形精度誤差等の影響で各局部成形領域１１１，１２１毎のクランク部１０４ａ，１０４ｂとクランク部１０４ｃ，１０４ｄとの間で重さのバラツキが生じる可能性があり、その際、使用されるクランクシャフト１０１は回転バランスが悪く、機械加工工程においてバランス修正加工が不可能となる恐れがあった。さらに、１回目の仕上工程後の局部成形領域１１１のみ成形された状態の中間部材は、当然、各局部成形領域１１１，１２１間で外郭サイズが異なっており、この中間部材の第２仕上げ型１２０に対する位置決めが煩雑であるといった問題があった。
【０００６】
以上より、クランクシャフト等の厚肉部を有する大型鍛造品では、単純に全成形領域を局部的に分割して順次成形を行っても、より低減された成形荷重で良好な製品を容易に製造することができないといった問題が介在していた。そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、より低減した成形荷重でもって厚肉部を有する大型鍛造品を簡易に製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の大型鍛造品の製造方法は、仕上工程を複数に分割して複数の仕上げ型を用意すると共に、該各仕上げ型に、全成形領域に対して局部的な局部成形領域を夫々設定し、素材に対して荒地工程の後、前記各仕上げ型を所定の順序で用いて前記各仕上工程を施し熱間鍛造によって大型鍛造品を製造する大型鍛造品の製造方法であって、前記大型鍛造品は複数の厚肉部を有し、前記局部成形領域は、該各厚肉部に対応すると共に、順次連続して用いられる仕上げ型間で、その領域の境界を重合するように設定され、前記各仕上げ型の周囲に形成されるフラッシュランドは、設定された局部成形領域を含む部位を所定厚さとし、それ以外の部位を該所定厚さより大きな厚さとし、前記各仕上工程では、前記各仕上げ型のフラッシュランドを介してバリを発生させつつ、対応する局部成形領域を適宜面圧でもって成形する一方、前回と今回の各仕上工程の夫々の局部成形領域の境界を重合させて順次成形を行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
上記「仕上工程」及び「仕上げ型」は、その分割数や個数は特に問わないが、２回の仕上工程及び２つの仕上げ型で構成することが好ましい。仕上工程が増えることによる製造の煩雑さを回避するためである。また、上記「大型鍛造品」は、複数の厚肉部を有しているものであれば、その用途は特に問わないが、請求項２に示すように、自動車エンジン等の内燃機関における各種クランクシャフトとして用いられることに適している。
【０００９】
また、上記「フラッシュランド」は、仕上げ型において、その設定された局部成形領域内の部位に所定厚さで設けられる幅狭フラッシュランド部と、それ以外の部位に該所定厚さより大きな厚さで設けられる幅広フラッシュランド部とを備えて構成される。また、この幅広フラッシュランド部と幅狭フラッシュランド部とに加え、その厚さを徐々に変化させて両部を連続させる連続部とで構成することが好ましい。成形時に発生するバリの急激な厚さ変化をなくし、余分なバリ発生を抑制するためである。
【００１０】
また、上記「局部成形領域」は、大型鍛造品の厚肉部に対応すると共に、隣り合う領域の境界を重合するように設定されていれば、その範囲や個数等の設定形態については特に問わないが、請求項３に示すように、クランクシャフトの軸線方向の中心から同じ距離に位置する少なくとも１対のクランク部に対応して局部成形領域を設定することが好ましい。回転バランスが良好なクランクシャフトを製造し得るためである。また、上記「局部成形領域」は、その工程順序は特に問わないが、請求項４に示すように、クランクシャフトの軸線方向の中心から最も遠く離れた局部成形領域を設定した仕上げ型を用いる仕上工程から開始するように構成することが好ましい。次の仕上工程での中間部材の仕上げ型に対する位置決めを容易に行い得るためである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により図１〜５に従って具体的に説明する。本実施例では、製造されるクランクシャフト１は、図５(ｃ)に示すように、その中心を通る中心線ＣＬに対して軸線方向に上下対称形状とされている。また、このクランクシャフト１は４気筒エンジン用であり、カウンタウエイト２を一体に形成した一対のクランクアーム３から成るクランク部４ａ〜４ｂ（厚肉部）を４つ備えている。尚、上記クランクシャフト１は４気筒エンジン用に限定されること無く、複数気筒エンジン用に対応するものであればよい。
【００１２】
１．仕上げ型
本実施例では、熱間鍛造における仕上工程は２工程に分割されており、図１に示すように、１回目の仕上工程で第１の仕上げ型１０が、２回目の仕上工程で第２の仕上げ型２０が用いられるようになっている。これらの仕上げ型１０，２０は、上下一対の金型から構成され、製造される大型鍛造品であるクランクシャフト１の外郭形状に沿ったインプレッション（型彫模様）が夫々形成されている。また、第１，２の仕上げ型１０，２０の周囲全周には、後述するバリ通過用のフラッシュランド及びこのフラッシュランドに連続するバリ溜用のガッタ７が形成されている。
【００１３】
（ａ）第１の仕上げ型
図１(ａ)に示すように、第１の仕上げ型１０には、中心線ＣＬに対して軸線方向に上下対称となる上下の局部成形領域１１ａ，１１ｂが設定されている。各局部成形領域１１ａ，１１ｂは、クランクシャフト１の軸線方向の中心から同じ距離に位置する両端のクランク部４ａ，４ｄに対応して各クランク部４ａ，４ｄを含み、その境界の一端が、隣接するクランク部４ｂ，４ｃの端面に達する領域に設定されている。また、第１の仕上げ型１０における各局部成形領域内１１ａ，１１ｂのインプレッションは、図２(ａ)に示すように、クランクシャフト１の最終製品寸法Ｐに応じた形状・サイズに形成され、また、各局部成形領域１１ａ，１１ｂ以外のインプレッションは、図２(ｂ)に示すように、最終製品寸法Ｐから厚さ方向に所定間隔（２ｍｍ）だけ大きな形状・サイズに形成されている。
【００１４】
また、図２(ａ)に示すように、第１の仕上げ型１０は、局部成形領域１１ａ，１１ｂ内の部位に、適宜成形面圧（圧縮応力）となるような所定厚さの幅狭フラッシュランド部１３を形成するようになっている（図４(ｅ)参照）。また、図２(ｂ)に示すように、第１仕上げ型１０は、局部成形領域１１ａ，１１ｂ以外の部位に、僅かな成形面圧となるように所定厚さより大きな厚さに設定された幅広フラッシュランド部１４を形成するようになっている（図４(ｅ)参照）。また、図４(ｅ)に示すように、幅狭フラッシュランド部１３と幅広フラッシュランド部１４とは、連続部１５によってその厚さを徐々に変化させて連続されている。
【００１５】
（ｂ）第２の仕上げ型
図１(ｂ)に示すように、第２の仕上げ型２０には、中央の局部成形領域２１が設定されている。この局部成形領域２１は、クランクシャフト１の軸線方向の中心から同じ距離に位置する２つのクランク部４ｂ，４ｃに対応して両クランク部４ｂ，４ｃを含み、その境界の上下端が隣接するクランク部４ａ，４ｄの端面に達する領域に設定されている。また、図３(ｃ)，図３(ｄ)に示すように、第２の仕上げ型２０における局部成形領域２１内及び局部成形領域２１以外のインプレッションは、クランクシャフト１の最終製品寸法Ｐに応じた形状・サイズに形成されている。
【００１６】
また、第１の仕上げ型１０と同様にして、図３(ｄ)に示すように、第２の仕上げ型２０は、局部成形領域２１内の部位に幅狭フラッシュランド部２３を形成し（図４(ｆ)参照）、図３(ｃ)に示すように、局部成形領域２１以外の部位に幅広フラッシュランド部２４を形成するようになっている（図４(ｆ)参照）。また、図４(ｆ)に示すように、幅狭フラッシュランド部２３と幅広フラッシュランド部２４とは連続部２５によって連続されている。尚、図１に示すように、上下の局部形成領域１１ａ，１１ｂと、中央の局部形成領域２１とは、夫々の境界をオーバーラップさせた重合部３０を形成するように設定されている。また、その重合部３０において、図４に示すように、第１，２の仕上げ型１０，２０に夫々設定された幅狭フラッシュランド部１３及び連続部１５と、幅狭フラッシュランド部２３及び連続部２５とがオーバーラップしている。
【００１７】
２．クランクシャフトの製造方法
先ず、適宜温度に加熱したバー材（図示せず）を適宜長さに切断し、この切断されたバー材に対して、荒地型（図示せず）による荒地工程が施され、４つのクランク部４ａ〜４ｄを含む全体を強圧した荒地部材Ｓ（図５(ａ)参照）が予備成形される。その後、この荒地部材Ｓに対して所定の成形荷重で第１の仕上げ型１０による１回目の仕上工程が施され、上下両端のクランク部４ａ，４ｄを主に強圧した中間部材Ｔ（図５(ｂ)参照）が成形されることとなる。この１回目の仕上工程の最中に、第１の仕上げ型１０の局部成形領域１１内では、余剰材料が幅狭フラッシュランド部１３を介してガッタ７に溜ってバリＢを発生させつつ（図２(ａ)参照）、適宜成形面圧でもってクランク部４ａ，４ｄが最終製品寸法Ｐに成形される。また、第１の仕上げ型１０の局部成形領域１１ａ，１１ｂ以外では、幅広フラッシュランド部１４を介して僅かなバリＢのみしか発生せず（図２(ｂ)参照）、比較的弱い成形面圧でもってクランク部４ｂ，４ｃが最終製品寸法Ｐより僅かに厚く（約２ｍｍ）成形され、上述の中間部材Ｔが成形される。
【００１８】
次に、このように成形された中間部材Ｔに対して所定の成形荷重で第２の仕上げ型２０による２回目の仕上工程が施され、中央の２つのクランク部４ｂ，４ｃを主に強圧したクランクシャフト１（図５(ｃ)参照）が成形されることとなる。この２回目の仕上工程の最中に、第２の仕上げ型２０の局部成形領域２１内では、幅狭フラッシュランド部２３を介してガッタ７にバリＢを発生させつつ（図３(ｄ)参照）、適宜成形面圧でもって最終製品寸法より２ｍｍ程度厚く形成されたクランク部４ｂ，４ｃが最終製品寸法Ｐに成形される。また、各局部成形領域１１ａ，１１ｂと局部成形領域２１との重合部３０では、１回目の仕上工程で所定の成形面圧で成形されたクランク部４ａ，４ｄの境界端部に対して、再度所定の成形面圧で成形を施し、局部成形領域２１からその領域２１外への余分な材料の流動及びバリＢの発生を必要最小限に抑えている（図１，４参照）。また、第２の仕上げ型２０の局部成形領域２１以外では、幅広フラッシュランド２４を介して僅かなバリＢを発生させつつ（図３(ｃ)参照）、比較的弱い成形面圧でもってクランク部４ａ，４ｄが、クランク部４ｂ，４ｃとの微細な厚さ不同なく最終製品寸法Ｐに成形される。尚、上述のように適宜最終製品寸法Ｐで成形されたバリ付きのクランクシャフト１は、その後、周知のバリ抜き工程、熱処理工程、精整工程を経て最終製品であるクランクシャフトが製造されることとなる。
【００１９】
３．実施例の効果
このようなクランクシャフト１の製造方法では、仕上工程を２工程に分割し、上下の局部成形領域１１ａ，１１ｂを設定した第１の仕上げ型１０と、中央の局部成形領域２１を設定した第２の仕上げ型２０とを用意し、これら局部成形領域１１ａ，１１ｂと局部成形領域２１との境界をオーバーラップさせて重合部３０を形成すると共に、その重合部３０では、第１，２の仕上げ型１０，２０に夫々設定された幅狭フラッシュランド部１３，２３をオーバーラップさせたので、２回目の仕上工程で、強圧される局部成形領域２１からその領域２１外への余分な材料の流動や多量のバリの発生を極力抑制することができ、従来のように１回の仕上工程でもって成形を行うものに比べ、極めて低減された成形荷重でもって欠肉の無い複数のクランク部４ａ〜４ｄ（厚肉部）を有するクランクシャフト１を製造することができ、ひいては、金型の寿命を延ばしたり、１ランク下のプレス装置を効率よく使用したりできる。
【００２０】
また、本実施例では、クランクシャフト１の軸線方向の中心から同じ距離に位置する上下両端のクランク部４ａ，４ｄに対応する上下の局部成形領域１１ａ，１１ｂを第１の仕上げ型１０に設定すると共に、クランクシャフト１の軸線方向の中心から同じ距離に位置する中央２つのクランク部４ｂ，４ｃに対応する中央の局部成形領域２１を第２の仕上げ型２０に設定したので、第１，２の仕上げ型１０，２０による成形で寸法精度誤差等があったとしても、製造されるクランクシャフト１において、その中心線ＣＬに対して軸線方向に上下対称となる１対のクランク部４ａ，４ｄ間あるいはクランク部４ｂ，４ｃ間で寸法精度誤差等はなく、従って、回転バランスのよいクランクシャフト１を製造することができる。
【００２１】
また、第１の仕上げ型１０による１回目の仕上工程の後、第２の仕上げ型２０による２回目の仕上工程を行うようにしたので、１回目の仕上工程で成形される中間部材Ｔは両端のクランク部４ａ，４ｄが最終製品寸法Ｐに形成されており、例えば、仕上工程を逆手順で行って１回目の仕上工程で中央の局部成形領域２１のみを最終製品寸法Ｐに形成したものに比べ、その中間部材Ｔの第２の仕上げ型２０に対する位置決めを正確に行うことができる。また、第１の仕上げ型１０では、荒地部材Ｓに対して局部成形領域１１ａ，１１ｂ以外でも比較的弱い成形面圧をもって中間部材Ｔを成形するようにしたので、さらに、中間部材Ｔの第２の仕上げ型２０に対する位置決めがより正確に行われる。また、２回の仕上工程間で、クランク部４ａ，４ｄとクランク部４ｂ，４ｃに略均等な成形荷重をかけるようにしてあるので、理想的に低減した成形荷重でもって成形できる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、厚肉部を有する大型鍛造品を、より低減された成形荷重で製造することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、大型鍛造品としてクランクシャフトを製造することができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加え、回転バランスのよいクランクシャフトを製造することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加え、前回の仕上工程で成形される中間部材の今回の仕上げ型に対する位置決めをより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕上げ型の平面図であり、（ａ）は第１の仕上げ型を示し、（ｂ）は第２の仕上げ型を示す。
【図２】図１における各部の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１における各部の断面図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図であり、（ｄ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図４】図１における各部の断面図であり、（ｅ）はＥ−Ｅ線断面図であり、（ｆ）はＦ−Ｆ線断面図である。
【図５】熱間鍛造プロセスを説明するための説明図であり、（ａ）は荒地工程後に成形される荒地部材を示し、（ｂ）は１回目の仕上工程後に成形される中間部材を示し、（ｃ）は２回目の仕上工程後に成形されるクランクシャフトを示す。
【図６】従来の技術を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１；クランクシャフト、４ａ〜４ｄ；クランク部、１０；第１の仕上げ型、１１ａ，１１ｂ；上下の局部成形領域、１３；幅狭フラッシュランド部、１４；幅広フラッシュランド部、２０；第２の仕上げ型、２１；中央の局部成形領域、２３；幅狭フラッシュランド部、２４；幅広フラッシュランド部、ＣＬ；中心線。

Claims

仕上工程を複数に分割して複数の仕上げ型を用意すると共に、該各仕上げ型に、全成形領域に対して局部的な局部成形領域を夫々設定し、素材に対して荒地工程の後、前記各仕上げ型を所定の順序で用いて前記各仕上工程を施し熱間鍛造によって大型鍛造品を製造する大型鍛造品の製造方法であって、前記大型鍛造品は複数の厚肉部を有し、前記局部成形領域は、該各厚肉部に対応すると共に、順次連続して用いられる仕上げ型間で、その領域の境界を重合するように設定され、前記各仕上げ型の周囲に形成されるフラッシュランドは、設定された局部成形領域を含む部位を所定厚さとし、それ以外の部位を該所定厚さより大きな厚さとし、
前記各仕上工程では、前記各仕上げ型のフラッシュランドを介してバリを発生させつつ、対応する局部成形領域を適宜面圧でもって成形する一方、前回と今回の各仕上工程の夫々の局部成形領域の境界を重合させて順次成形を行うようにしたことを特徴とする大型鍛造品の製造方法。
前記大型鍛造品は、前記厚肉部としてクランク部を有するクランクシャフトである請求項１記載の大型鍛造品の製造方法。
前記クランクシャフトの軸線方向の中心から同じ距離に位置する少なくとも１対のクランク部に対応して前記局部成形領域を設定した請求項２記載の大型鍛造品の製造方法。
前記クランクシャフトの軸線方向の中心から最も遠く離れた前記局部成形領域を設定した仕上げ型を用いる仕上工程から開始するようにした請求項３記載の大型鍛造品の製造方法。