(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴明き製品を冷間鍛造で成形する方法であって、
可動側ダイと、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の穴を明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設したパンチとを備え、前記固定側ダイは、固定側ダイホルダに若干のストロークで摺動し得るよう装着した固定側ダイプレート上に取付けられ、前記固定側ダイホルダには、前記固定側ダイプレートの下側に位置して、固定側パンチホルダが摺動自在に内挿されており、前記固定側パンチホルダ上に前記製品の穴を明ける固定側パンチを立設し、前記固定側ダイプレートの下側に第１の油室を、また前記固定側パンチホルダの下側に第２の油室を備えた鍛造用複動金型を用い、
前記第１および第２の油室に油圧を供給し、前記固定側ダイと素材とを共に前進位置に移動させ、鍛圧しつつ前記可動側ダイを前記固定側ダイに対し型締めして、素材を製品状に荒成形する第１鍛造工程と、
前記第１の油室から排油し、前記固定側ダイを前記可動側ダイからの押圧力で押し下げて、前記固定側パンチを前記固定側ダイに対し相対的に前進させると共に、可動パンチホルダを介して前記可動側ダイを押し下げることにより、前記各パンチを前記両ダイ間の成形空間に製品の穴を明ける部分を鍛圧しつつ突出させて、成形空間内の欠肉部を埋める第２鍛造工程と、
前記可動パンチの押し下げを維持したまま、前記第２の油室から排油し前記可動側ダイと前記固定側ダイとの一方のダイに挿設したパンチを他方のダイに挿設したパンチを成形空間から押し出しつつ他方のダイに達するように突出させて、穴を明ける部分に残された余肉を打ち抜く穴明け工程とを１回のプレスサイクルで行なうようにしたものにおいて、
前記穴明け工程を、前記他方のダイに挿設したパンチに前記成形空間からの押し出しに抵抗する方向の負荷を、前記第１鍛造工程と前記第２鍛造工程で付与した状態で行う、
ことを特徴とする穴明き製品の成形方法。
【請求項２】
穴明き製品を冷間鍛造で成形する成形装置であって、
固定側ダイホルダに若干のストロークで摺動し得るよう装着した固定側ダイプレート上に取付けられた固定側ダイと、
前記固定側ダイプレートの下側に位置して、前記固定側ダイホルダに摺動自在に内挿されている固定側パンチホルダと、
前記固定側ダイプレートの下側に備えた第１の油室と、
前記固定側パンチホルダの下側に備えた第２の油室と、
前記第２の油室に接続し、油圧源からの油圧を前記第２の油室に供給する供給位置と、前記第２の油室を閉塞する閉塞位置と、前記第２の油室の油を排油路に排出する排油位置とに切り替え自在な切替弁と、
可動側ダイと前記固定側ダイにそれぞれ製品の穴を明ける部分を挟んで対向する出没自在に挿設したパンチとを備えた、
ことを特徴とする穴明き製品の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン用コンロッド等の穴明き製品を冷間鍛造で成形する穴明き製品の成形方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形方法として、本願出願人は、先に特願平９−３０８４９７号により、可動側ダイと、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の穴を明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設したパンチとを備える鍛造用複動金型を用い、素材を鍛圧しつつ可動側ダイを固定側ダイに対し型締めして、素材を製品形状に荒成形する第１鍛造工程と、各パンチを両ダイ間の成形空間に製品の穴を明ける部分を鍛圧しつつ突出させて、成形空間内の欠肉部を埋める第２鍛造工程と、可動側ダイと固定側ダイとの一方のダイに挿設したパンチを他方のダイに挿設したパンチを成形空間から押し出しつつ他方のダイに達するように突出させて、穴を明ける部分に残された余肉を打ち抜く穴明け工程とを１回のプレスサイクルで行うようにしたものを提案している。
【０００３】
そして、このものでは、穴明け工程において、前記他方のダイに挿設したパンチを成形空間側に押圧する油室を大気開放し、該パンチが成形空間から押し出されるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願の方法では、製品の穴部周壁面の余肉打ち抜き方向の端部寄りの部分に、図６に示す如くクラックａが発生することがあり、製品の品質を確保する上で問題になっている。
【０００５】
クラックの発生原因を調べるため、余肉が完全に打ち抜かれる前に余肉と製品部分との間に発生する引張り応力の分布を、外径（直径）３１ｍｍ、内径（直径）２２ｍｍ、厚さ２０ｍｍの冷間鍛造用鋼から成る穴明き製品についてコンピュータ解析したところ、穴明け工程で成形空間から押し出されるパンチに押し出しに抵抗する方向の負荷を作用させない先願の方法では、図５（Ａ）に示す分布になり、このパンチに押し出しに抵抗する方向の９０ｋｇｆ／ｍｍ2の負荷を作用させた場合は、図５（Ｂ）に示す分布になることが判明した。
【０００６】
図５（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、パンチを無負荷にした場合は、製品部分にかなり高い引張り応力が発生するのに対し、パンチに負荷を作用させた場合は、製品部分に発生する引張り応力が低くなる。そして、引張り応力が低くなると、クラックが発生しにくくなることも確認された。このことから、クラックは、余肉の打ち抜き時に製品部分に発生する引張り応力の影響で発生することが判明した。
【０００７】
本発明は、以上の知見に基づき、クラックを生ずることなく穴明き製品を鍛造成形し得るようにした方法および装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、穴明き製品を冷間鍛造で成形する方法であって、可動側ダイと、固定側ダイと、両ダイに夫々製品の穴を明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設したパンチとを備え、前記固定側ダイは、固定側ダイホルダに若干のストロークで摺動し得るよう装着した固定側ダイプレート上に取付けられ、前記固定側ダイホルダには、前記固定側ダイプレートの下側に位置して、固定側パンチホルダが摺動自在に内挿されており、前記固定側パンチホルダ上に前記製品の穴を明ける固定側パンチを立設し、前記固定側ダイプレートの下側に第１の油室を、また前記固定側パンチホルダの下側に第２の油室を備えた鍛造用複動金型を用い、前記第１および第２の油室に油圧を供給し、前記固定側ダイと素材とを共に前進位置に移動させ、鍛圧しつつ前記可動側ダイを前記固定側ダイに対し型締めして、素材を製品状に荒成形する第１鍛造工程と、前記第１の油室から排油し、前記固定側ダイを前記可動側ダイからの押圧力で押し下げて、前記固定側パンチを前記固定側ダイに対し相対的に前進させると共に、可動パンチホルダを介して可動側ダイを押し下げることにより、前記各パンチを前記両ダイ間の成形空間に製品の穴を明ける部分を鍛圧しつつ突出させて、成形空間内の欠肉部を埋める第２鍛造工程と、前記可動パンチの押し下げを維持したまま、前記第２の油室から排油し前記可動側ダイと前記固定側ダイとの一方のダイに挿設したパンチを他方のダイに挿設したパンチを成形空間から押し出しつつ他方のダイに達するように突出させて、穴を明ける部分に残された余肉を打ち抜く穴明け工程とを１回のプレスサイクルで行なうようにしたものにおいて、前記穴明け工程を、前記他方のダイに挿設したパンチに前記成形空間からの押し出しに抵抗する方向の負荷を、前記第１鍛造工程と前記第２鍛造工程で付与した状態で行うようにしている。また、請求項２に記載の発明は、穴明き製品を冷間鍛造で成形する成形装置であって、固定側ダイホルダに若干のストロークで摺動し得るよう装着した固定側ダイプレート上に取付けられた固定側ダイと、固定側ダイプレートの下側に位置して、前記固定側ダイホルダに摺動自在に内挿されている固定側パンチホルダと、前記固定側ダイプレートの下側に備えた第１の油室と、前記固定側パンチホルダの下側に備えた第２の油室と、前記第２の油室に接続し、油圧源からの油圧を前記第２の油室に供給する供給位置と、前記第２の油室を閉塞する閉塞位置と、前記第２の油室の油を排油路に排出する排油位置とに切り替え自在な切替弁と、可動側ダイと前記固定側ダイにそれぞれ製品の穴を明ける部分を挟んで対向する出没自在に挿設したパンチとを備えている。
【０００９】
穴明け工程において、成形空間から押し出されるパンチ（他方のダイに挿設したパンチ）に本発明の如く押し出しに抵抗する方向の負荷を、第１鍛造工程と第２鍛造工程で付与した状態で行うことにより、製品部分に発生する引張り応力が低くなる。そして、上記負荷を或る程度以上にすることでクラックの発生が防止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、クランクピンに対する連結部となる大端部Ｗａとピストンピンに対する連結部となる小端部Ｗｂと大小両端部Ｗａ，Ｗｂ間の棹部Ｗｃとを有するエンジン用のコンロッドＷを示しており、大端部Ｗａと小端部Ｗｂとには夫々クランクピン用とピストンピン用の穴Ｗｄ，Ｗｅが明けられている。このコンロッドＷは、冷間鍛造用鋼から成る図１（Ｂ）に示すプリフォームＷ′を素材とし、図２に示す鍛造用複動金型により冷間鍛造で成形される。
【００１１】
プリフォームＷ′は、棹部Ｗｃに相当する軸部Ｗ′ｃと、大端部Ｗａに相当する軸部Ｗ′ｃの一端の大端用塊部Ｗ′ａと、小端部Ｗｂに相当する軸部Ｗ′ｃの他端の小端用塊部Ｗ′ｂとを有しており、これら大端用塊部Ｗ′ａと小端用塊部Ｗ′ｂと軸部Ｗ′ｃとの体積比は大端部Ｗａと小端部Ｗｂと棹部Ｗｃとの体積比と略同等に設定されている。
【００１２】
鍛造用複動金型は、可動側ダイたる上ダイ１と、固定側ダイたる下ダイ２と、両ダイ１，２に、夫々、コンロッドＷの大端部Ｗａの穴Ｗｄを明ける部分を挟んで対向するよう出没自在に挿設した大端用の上下１対のパンチ３1，３2と、両ダイ１，２に、夫々、コンロッドＷの小端部Ｗｂの穴Ｗｅを明ける部分を挟んで対向するように出没自在に挿設した小端用の上下１対のパンチ４1，４2とを備えている。
【００１３】
下ダイ２は、下ダイホルダ５に若干のストロークで上下動し得るように装着した下ダイプレート６上に取付けられている。また、下ダイホルダ５には、下ダイプレート６の下側に位置して、下パンチホルダ７が  上下動自在に内挿されており、該ホルダ７上に大端用と小端用の下パンチ３2，４2を立設している。
【００１４】
また、下ダイホルダ５には、複数のタイロッド８が立設されており、これら各タイロッド８の上端に取付けたピストン９ａを挿入するタイロッドシリンダ９を形成した上ダイホルダ１０を設け、上ダイホルダ１０に上下動自在に装着した上ダイプレート１１の下面に上ダイ１を取付けている。また、上ダイホルダ１０の上部にはラムピストン１２が挿設されており、ラムピストン１２と上ダイプレート１１との間に上パンチホルダ１３を設けて、該ホルダ１３に大端用と小端用の上パンチ３1，４1を垂設している。
【００１５】
コンロッドＷの成形に際しては、先ず、下ダイプレート６の下側の油室６ａと下パンチホルダ７の下側の油室７ａとに油圧を供給して、下ダイ２と大端用と小端用の下パンチ３2，４2とを共に上昇端位置に上動させ、この状態で下ダイ２にプリフォームＷ′をセットする。次に、タイロッドシリンダ９に油圧を供給して上ダイホルダ１０を下降端位置に下降させ、続いて上ダイプレート１１の上側の油室１１ａに油圧を供給して上ダイ１を下降させる。これによれば、上ダイ１がプリフォームＷ′を鍛圧しつつ図３（Ａ）に示す如く下ダイ２に対し型締めされ、プリフォームＷ′がコンロッドＷの形状に荒成形される（第１鍛造工程）。
【００１６】
この段階でコンロッドＷの棹部Ｗｃは精度良く成形されるが、加工率の大きな大端部Ｗａや小端部Ｗｂには欠肉部が残り易い。そこで、型締め後、下ダイプレート６の下側の油室６ａから排油し、下ダイ２を上ダイ１からの押圧力で押し下げて、大端用と小端用の下パンチ３2，４2を下ダイ２に対し相対的に上動させると共に、ラムピストン１２により上パンチホルダ１３を介して大端用と小端用の上パンチ３1，４1を押し下げる。これによれば、図３（Ｂ）に示す如く、上ダイ１と下ダイ２との間の成形空間に大端用の上下のパンチ３1，３2と小端用の上下のパンチ４1，４2とが大端部Ｗａと小端部Ｗｂの穴Ｗｄ，Ｗｅを明ける部分を鍛圧しつつ突出し、この鍛圧により欠肉部に肉が流れて欠肉部が埋められ、大端部Ｗａや小端部Ｗｂも精度良く成形される（第２鍛造工程）。
【００１７】
次に、ラムピストン１２による大端用と小端用の上パンチ３1，４1の押し下げを継続したまま、下パンチホルダ７の下側の油室７ａから排油する。これによれば、図３（Ｃ）に示す如く、大端用と小端用の上パンチ３1，４1が大端用と小端用の下パンチ３2，４2を成形空間から押し出しつつ下ダイ１に対するように突出され、大端部Ｗａと小端部Ｗｂの穴Ｗｄ，Ｗｅを明ける部分に残された余肉Ｗｆが打ち抜かれて、穴Ｗｄ，Ｗｅが明けられる（穴明け工程）。
【００１８】
下パンチホルダ７の下側の油室７ａには、油圧源１４からの油圧を油室７ａに供給する給油位置と、油室７ａを閉塞する閉塞位置と、油室７ａの油を排油路１５に排出する排油位置とに切換自在な切換弁１６が接続されている。そして、第１鍛造工程と第２鍛造工程とでは切換弁１６を閉塞位置に切換えて、大端用と小端用の小パンチ３2，４2を上昇端位置に保持し、穴明け工程で切換弁１６を排油位置に切換える。
【００１９】
排油路１５にはリリーフ弁１７が介設されている。図４は下パンチホルダ７の下側の油室７ａの油圧Ｐの穴明け工程における変化を示している。油室７ａの油圧Ｐは、切換弁１６の排油位置への切換えで一旦急降下するが、リリーフ弁１７の設定リリーフ圧に低下したところでそれ以上の降圧が抑制され、上パンチ３1，４1が下降端位置に達して下パンチ３2，４2に上パンチ３1，４1 からの押圧力が作用しなくなったところで大気圧に降圧される。
【００２０】
排油路１５にリリーフ弁１７を介設しないと、油室７ａの油圧は大気圧まで急降下し、この場合には、特に、小端部Ｗｃの穴Ｗｅの周壁面の下ダイ２寄りの部分に図６に示す如きクラックａが発生し易くなる。この原因は、［発明が解決しようとする課題］の項で説明したように、余肉Ｗｆの打ち抜き時に図５（Ａ）に示す如く製品部分に高い引張り応力が発生するためである。
【００２１】
これに対し、本実施形態のようにリリーフ弁１７を設けて油室７ａの油圧Ｐの降圧を抑制すると、この油圧により下パンチ３2，４2の押し下げに抵抗する方向の負荷が付与され、余肉Ｗｆの打ち抜き時に製品部分に発生する引張り応力が図５（Ｂ）に示す如く減少する。そして、小端部Ｗｂの外径（直径）が３１ｍｍ、内径（直径）が２２ｍｍ、厚さが２０ｍｍの冷間鍛造用鋼から成るコンロッドＷについて実験したところ、リリーフ弁１７の設定リリーフ圧を３１ｋｇｆ／ｍｍ2以上に設定すれば、クラックａが発生しなくなることが確認された。
【００２２】
以上、コンロッドＷの成形に本発明を適用した実施形態について説明したが、コンロッド以外の穴明き製品の成形にも同様に本発明を適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、製品の穴部周壁面にクラックが発生することを防止して、高品質の穴明き製品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）コンロッドの斜視図、（Ｂ）プリフォームの斜視図
【図２】  本発明方法の実施に用いる鍛造用複動金型の断面図
【図３】  （Ａ）前記金型の第１鍛造工程完了時の状態を示す要部の断面図、（Ｂ）前記金型の第２鍛造工程完了時の状態を示す要部の断面図、（Ｃ）前記金型の穴明け工程完了時の状態を示す要部の断面図、
【図４】  下パンチホルダの下側の油室の油圧の穴明け工程における変化を示すグラフ
【図５】  （Ａ）下パンチを無負荷にしたときの引張り応力の分布を示す図、（Ｂ）下パンチに負荷を作用させたときの引張り応力の分布を示す図
【図６】  製品の穴部周壁面に生じたクラックを示す図
【符号の説明】
Ｗ  コンロッド（穴明き製品）    Ｗｄ，Ｗｅ  穴
Ｗ′  プリフォーム（素材）                １  上ダイ（可動側ダイ）
２  下ダイ（固定側ダイ）          ３1，３2 大端用パンチ
４1，４2 小端用パンチ                      １７  リリーフ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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