(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下、曲げ打ち、荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きの各工程を経る一体形クランク軸の製造方法であって、前記対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下によって一体形クランク軸鍛造荒地を製造する際に、素材のフロント相当部を、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になるように圧下することを特徴とする一体形クランク軸の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の一体形クランク軸の製造方法であって、一体形クランク軸鍛造荒地を製造する際に、対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下と曲げ打ちを同時に行うことを特徴とする一体形クランク軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍛造によって製造される一体形クランク軸の製造方法に関し、詳しくは、対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下、曲げ打ち、荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きの各工程を経る一体形クランク軸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などのクランク軸は、従来、鋳造や鍛造によって製造されてきた。しかし、近年、エンジンの軽量化や高出力化が進むにともない、クランク軸には高強度、高靱性が要求されるようになり、鍛造で製造される一体形クランク軸の需要が高まっている。
【０００３】
鍛造で製造される一体形クランク軸（以下、「製品」ともいう）は、機械構造用炭素鋼や合金鋼の角ビレットや丸ビレットを素材として、例えば、▲１▼ロール成形、▲２▼曲げ打ち（曲げ加工）、▲３▼荒打ち（型鍛造の第１工程）、▲４▼仕上げ打ち（型鍛造の第２工程）、▲５▼バリ抜き（バリ取り）の各工程を経て成形されてきた。なお、一般に、ロール成形と曲げ打ちを経て成形された被鍛造材は、曲げ打ち時の姿勢に対して軸回りに９０度回転させた姿勢で荒打ちに供される。
【０００４】
上記▲１▼〜▲５▼の工程のうち、▲１▼のロール成形は、凹凸を有するロールによる圧延成形工程で、素材（被鍛造材）の各部位の断面積を調整することで、軸方向に体積配分を行う処理である。すなわち、このロール成形は、素材の製品フロント部に相当する部位を、製品のフロント部に近い断面積を有する細長い形状に延伸し、フロント部近傍の歩留りを高めようとするものである。
【０００５】
しかし、ロールで圧延する場合、被加工材の表面が内部より延びやすい。このため、ロールで成形した後の製品フロント部に相当する部位の端面は、後述の図１（ｂ）に示すような中央が凹んだ形状になることが多く、これを▲３▼に示した荒打ちに供した場合には、前記端面が内部に折り込まれて疵が発生する。こうした疵が製品部分に生じると不良品となってしまう。したがって、従来は、予め荒打ち前の被鍛造材の製品フロント部に相当する部位を長めに加工して「捨て代」として確保し、前記の疵が「捨て代」に入るようにして製品内に残存しないように調整されていた。このため、ロール成形で被鍛造材を加工する場合、フロント部の歩留りが低くなることを避けられなかった。
【０００６】
特開平２−２５５２４０号公報に、ロール荒地の断面積分布を製品クランク軸の断面積分布に近付けることで、ロール成形時の歩留まり向上が可能な「型鍛造クランク軸の荒地取り方法」が開示されている。しかし、この公報で提案された技術もロール成形であることには変わりがないので、前記した製品フロント部に相当する部位の端面には凹みが生じることを完全には避けられず、したがって、製品部分に疵が入るのを防ぐために捨て代が必要となり、フロント部の歩留まりはやはり低いものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、その目的は、一体形クランク軸のフロント部に相当する部位の端面に凹みを生じさせることがなく、フロント部歩留まりを高めることができる一体形クランク軸の製造方法を提供することである。なお、以下の説明において、一体形クランク軸を単に「クランク軸」ともいう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の（１）及び（２）に示す一体形クランク軸の製造方法にある。
【０００９】
すなわち、
「（１）対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下、曲げ打ち、荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きの各工程を経る一体形クランク軸の製造方法であって、前記対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下によって一体形クランク軸鍛造荒地を製造する際に、素材のフロント相当部を、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になるように圧下することを特徴とする一体形クランク軸の製造方法。」
「（２）上記（１）に記載の一体形クランク軸の製造方法であって、一体形クランク軸鍛造荒地を製造する際に、対向する２つの型での型押しによる素材フロント相当部の圧下と曲げ打ちを同時に行うことを特徴とする一体形クランク軸の製造方法。」
である
【００１０】
なお、「鍛造荒地」とは型鍛造の第１工程である荒打ちに供される被鍛造材を指す。又、既に述べた「一体形クランク軸のフロント部」とは、クランク軸の軸方向端部の一方をいい、その形状は円柱形で他の部位に比較して軸に垂直な断面での断面積が小さい。
なお、素材の「フロント相当部」とは、製品クランク軸のフロント部になる素材の部分を指す。そして、素材の「フロント相当部」以外の部分を「非フロント相当部」ということにする。
【００１１】
素材の「軸方向」とは図１（ａ）のＸ−Ｘ方向、つまり、素材の長さ方向をいい、「厚み」とは、軸方向に垂直な断面における圧下方向での最大寸法のことをいう。
【００１２】
本発明者らは、前記の課題を解決するために、図２に示すような形状の４気筒用のピン数が４である８枚カウンターウェイト品クランク軸を対象とした基礎実験を行った。
【００１３】
すなわち、先ず、従来サイズのＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃの角ビレットを素材として、通常の方法でロール成形、曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った。
【００１４】
図１（ａ）に素材である角ビレットの形状を示す。前記角ビレットをロール成形した後の形状は、図１（ｂ）に示すように、素材の角ビレットと同じ断面を有する部分（以下、「太胴部」という）、製品クランク軸のフロント部に相当する部位（以下、「細胴部」という）及び太胴部と細胴部をつなぐテーパ部で構成されていた。なお、「細胴部」端面は中央が凹んだ形状であった。これに曲げ打ちと荒打ちを行い、最後に仕上げ打ちを施した後のクランク軸のフロント部は、主に、上記ロール成形後の「細胴部」とテーパ部の材料で構成されていた。
【００１６】
上記従来サイズのＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃの角ビレットを素材として、通常の方法でロール成形、曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った製品のフロント部には疵や、欠肉と呼ばれる未充満部は生じなかった。
【００１７】
次に、断面形状は前記従来サイズの角ビレットと同じであるが、フロント相当部の長さを種々に変化させたものを素材として、通常の方法でロール成形、曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちを行った。この場合も「細胴部」端面は中央が凹んだ形状であった。このフロント相当部の長さを種々に変化させた実験から、素材となるビレットのフロント相当部の体積が各断面形状に対して特定の値（以下、この特定の値をＶＲという）未満の場合には、仕上げ打ち後の製品フロント部に、ロール成形で生じた中央の凹んだ端面の折れ込みに起因する疵が発生することがわかった。
【００１８】
更に、断面形状は前記従来サイズの角ビレットと同じで、フロント相当部の長さを種々に変化させたものを素材として、ロール成形に代えて、素材の軸方向に垂直な方向にフロント相当部に厚みが素材厚みの６０％になるように型押しによる圧下を加え、次いで、非フロント相当部に通常の曲げ打ちを行い、その後、通常の方法で荒打ちと仕上げ打ちする実験も行った。この場合、図１（ｃ）に示すように、「細胴部」端面には中央の凹みは生じなかったので、仕上げ打ち後の製品フロント部にも、ロール成形した場合に見られるような中央の凹んだ端面の折れ込みに起因する疵は発生しなかった。但し、素材となるビレットのフロント相当部の体積が特定の値（以下、この特定の値をＶＮという）未満の場合には、製品フロント部に欠肉が発生することがわかった。
【００１９】
なお、「ＶＲ」と、上記のフロント相当部に厚みが素材厚みの６０％になるように型押しで圧下した場合の「ＶＮ」とを比較すると、ＶＲ＞ＶＮであった。このことから、上記の条件で型押しすれば、ロール成形する場合に比べてフロント部分の歩留りを大きくできることもわかった。
【００２０】
そこで更に、断面形状は前記従来サイズの角ビレットと同じで、フロント相当部の長さを種々に変化させたものを素材として、ロール成形に代えて、素材の軸方向に垂直な方向にフロント相当部に厚みが素材厚みの種々の割合になるように型押しによる圧下を加え、次いで、非フロント相当部に通常の曲げ打ちを行い、その後、通常の方法で荒打ちと仕上げ打ちする実験も行った。この実験から、次の事項が明らかになった。
【００２１】
（ａ）素材の軸方向に垂直な方向にフロント相当部を型押しで圧下（以下、単に「素材フロント相当部の型押しによる圧下」という）した場合、圧下後のフロント相当部の厚みが素材厚みの８０〜３５％であれば、製品フロント部に欠肉が生じないために最低限必要なフロント相当部の体積ＶＮは、前記ＶＲ以下となる。
【００２２】
（ｂ）素材フロント相当部の型押しによる圧下で、圧下後のフロント相当部の厚みが素材厚みの８０％を超えれば、製品フロント部に欠肉が生じないために最低限必要なフロント相当部の体積ＶＮは、却って前記ＶＲよりも大きくなる。
【００２３】
（ｃ）素材フロント相当部の型押しによる圧下で、圧下後のフロント相当部の厚みが素材厚みの３５％未満となれば、荒打ちの際にフロント相当部に座屈が生じ、そのため製品フロント部に疵が生じる。
【００２４】
なお、前記の座屈は、素材フロント相当部に圧下を加えた後の扁平度が大きくなりすぎ、曲げ打ち後、軸回りに９０度回転して荒打ち金型上に配置すると、フロント相当部の高さが幅に比べて大きくなりすぎることに基づく。
【００２５】
上記（ａ）〜（ｃ）から、素材のフロント相当部に、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になるように型押しによる圧下を加えることで、通常のロール成形の場合よりもフロント部の歩留まりを高くできることが判明した。
【００２６】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細を説明する。
【００２８】
先ず、通常の方法で溶製した鋼塊から通常の方法で素材ビレットを製造する。なお、素材ビレットの断面サイズは、通常のロール成形を行う場合、つまりレデュースロールで軸絞りを加えて製造する場合の、レデュースロールによる軸絞りを行った後の鋼材の非フロント相当部の断面と同程度のものとすればよい。
【００２９】
次に、この素材のフロント相当部に、対向する２つの型によって、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になるように圧下を加えて成形する。この後、通常の方法で、曲げ打ち、荒打ち、仕上げ打ちを行い、更にバリ抜きを行う。なお、対向する２つの型による前記の素材フロント相当部の圧下と曲げ打ちを同時に行ってもよい。
【００３０】
上記の方法によれば、ロール成形後に曲げ打ち、荒打ち、仕上げ打ちを行い、更にバリ抜きを行う通常の製造方法による場合に比べて、フロント部の歩留りを高めることができる。
【００３１】
なお、前記圧下後の厚みが素材厚みの８０％を超える場合、製品フロント部に欠肉を生じさせないために最低限必要なフロント相当部の体積が、却って従来のロール成形で疵を生じさせないために最低限必要なフロント相当部の体積よりも大きくなって歩留りを高めることができない。一方、前記圧下後の厚みが素材厚みの３５％未満の場合には、フロント相当部に座屈が生じ、そのため製品フロント部に疵が生じてしまう。
【００３２】
圧下後の厚みが素材厚みの８０〜３５％でありさえすれば、素材の軸方向に垂直な方向に圧下を加えた後の断面形状には特に制限はない。例えば、角ビレットを素材として型押しによる圧下を行った場合、断面の上下の辺の形状が幅方向（図１（ｃ）のＹ−Ｙ方向）の中央部で最大厚みとなる様な円弧形、つまり、幅中央部での厚さが最も大きくその他の部位の厚さが小さい形状であってもよい。
【００３３】
上記の対向する２つの型によって素材の軸方向に垂直な方向に素材フロント相当部に加える圧下は、曲げ打ちと同時に行ってもよい。例えば、曲げ打ちに用いる型のフロント相当部に当たる部分の形状を、前記した圧下条件を満たすような形状にして、フロント相当部の圧下と非フロント相当部の曲げ打ちを一回の型打ちで同時に行ってもよい。
【００３４】
なお、上記の素材の軸方向に垂直な方向に加える素材フロント部の圧下の前に、次のようなロール成形を行ってもよい。すなわち、レデュースロールによって素材フロント部に加えられる絞りが非フロント相当部に加えられる最大の絞り以下のものである。
【００３５】
以下、実施例により本発明を説明する．
【００３６】
【実施例】
図２に示す４気筒用のピン数４、カウンターウェイト数８の一体形クランク軸を下記の製造法１〜４の各種方法によって製造した。なお、上記クランク軸の寸法は、全長が４７７ｍｍ、フロント長さが８２ｍｍ、フロント直径が３５ｍｍ、クランクピン直径が５０ｍｍ、クランクピン長さが３０ｍｍ、クランクジャーナル直径が５４ｍｍ、クランクジャーナル長さが２６ｍｍ、カウンターウェイト高さが１１０ｍｍ、カウンターウェイト厚さが１５ｍｍである。
【００３７】
製造法１：ＪＩＳのＳ４５Ｃを素材鋼とし、断面が７６ｍｍ×７６ｍｍで種々の長さの角ビレットを通常の方法で作製した。次いで、これらの角ビレットを素材として、１２６０℃に加熱した後、素材のフランジ側の端から３８０ｍｍ以上の領域にある部分、つまりフロント相当部に、対向する２つの型により軸方向に垂直な方向に圧下を加えて４６ｍｍ厚さとした。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させた姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工した。
【００３８】
製造法２：上記の製造法１と同様の角ビレットを素材として、これらを１２６０℃に加熱した後、素材のフロント相当部を型押しによって圧下を加え、厚さ６８ｍｍにした。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させた姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工した。
【００３９】
製造法３：上記の製造法１と同様の角ビレットを素材として、これらを１２６０℃に加熱した後、素材のフロント相当部を型押しによって圧下を加え、厚さ２３ｍｍにした。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させた姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工した。
【００４０】
製造法４：ロール成形後に曲げ打ち、荒打ち及び仕上げ打ちし、更に、バリ抜きを行う従来法で一体形クランク軸を作製した。すなわち、上記の製造法１と同様の角ビレットを素材として、これらを１２６０℃に加熱した後、レデュースロールで、素材のフロント相当部に軸絞りを加え、先端部分を断面が４１ｍｍ×４１ｍｍの形状に成形した。次いで、通常の曲げ打ちを行って鍛造荒地を作製し、通常と同様に９０度軸回りに回転させた姿勢で荒打ち型上に配置し、通常の荒打ち、仕上げ打ち及びバリ抜きを行って、所定形状のクランク軸を加工した。
【００４１】
上記の各製造法でクランク軸を製造した結果は次のようになった。
【００４２】
本発明に係る製造法１によって、図２に示すクランク軸を製造する場合、素材角ビレットのフロント相当部の体積が２１８ｃｍ3 未満であると、製品フロント部に欠肉が生じた。しかし、素材角ビレットのフロント相当部の体積が２１８ｃｍ3 以上の場合には、製品フロント部に欠陥の無い良好な製品が得られた。この２１８ｃｍ3 という体積は、後述の従来法である製造法４で良好な製品を得るための素材角ビレットのフロント相当部の体積２２４ｃｍ3 よりも小さく、したがって、従来法に比べて歩留りを高くできることが明らかである。
【００４３】
製造法２によって、図２に示すクランク軸を製造する場合、素材角ビレットのフロント相当部の体積が２２９ｃｍ3 以上であれば、製品フロント部に欠陥の無い良好な製品が得られた。しかし、この場合、従来法（製造法４）で良好な製品を得るための素材角ビレットのフロント相当部の体積２２４ｃｍ3 よりも大きな体積が必要で、従来法よりも歩留りが低くなってしまう。
【００４４】
製造法３によって、図２に示すクランク軸を製造する場合、荒打ち時にフロント相当部に座屈が生じ、フロント相当部の体積に関わりなく、製品フロント部には疵が生じた。
【００４５】
従来法である製造法４によって、図２に示すクランク軸を製造する場合、素材角ビレットのフロント相当部の体積が２２４ｃｍ3 以上であれば、鍛造荒地のフロント端面に生じた凹みによる疵が製品部分から外に押し出されるため、製品フロント部に欠陥の無い良好な製品が得られた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、一体形クランク軸のフロント部に相当する部位の端面に凹みを生じさせることがないので、フロント部の歩留まりを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】素材のビレット形状とそのフロント相当部を加工した後の形状を説明する図で、（ａ）は素材の角ビレット形状、（ｂ）はフロント相当部をロール成形した場合の形状、（ｃ）はフロント相当部を本発明に係る型押しで成形した場合の形状である。
【図２】４気筒用のピン数４、カウンターウェイト数８の一体形クランク軸を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１】
0003680651.tif 000002
【図２】
0003680651.tif 000003