(57)【要約】【課題】軸部の取り代の最小化を図ること。【解決手段】軸部１ａ〜１ｄ以外の他部分１ｅ，１ｆのインプレッション形状２ｂを、真円を有するジャーナル軸部２ｂａの中心ＣＬから各上下方向に軸径の２. ０％以上掘り下げると共に、軸部減面率を３. ０％以上としたサイジング型２を使用して、クランクシャフト素形材１を部分的にサイジング成形する。その後、このクランクシャフト素形材１の精度が必要な軸部１ａ〜１ｄを、少なくとも荒旋削加工を省略して仕上げ、クランクシャフトを製造する。【効果】サイジング工程において、軸幅の両側面を積極的に拘束しながら軸部のみを圧下して、軸方向メタルフローを強化するので、軸幅左右の不均一変形が抑制され、軸幅方向の曲がり量を大幅に軽減して、後の加工工程での軸部の取り代を半減できる。更にトリミングに使用する工具の寿命が改善される。【選択図】        図１
2004195544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部以外の他部分のインプレッション形状を、真円を有するジャーナル軸部中心から各上下方向に、前記軸部径の２. ０％以上掘り下げると共に、軸部減面率を３. ０％以上としたことを特徴とするサイジング型。
【請求項２】
型鍛造によりクランクシャフト素形材を成形する方法において、請求項１記載のサイジング型を用いて軸部のみ部分的にサイジング成形することを特徴とするクランクシャフト素形材の成形方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法で成形したクランクシャフト素形材の精度が必要な軸部を、少なくとも荒旋削加工を省略して仕上げることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、型鍛造によりクランクシャフト素形材を成形し、その後精度が必要な部位を機械加工により仕上げてクランクシャフトを製造するに際し、少なくとも荒旋削加工を省略して仕上げることが可能なように、軸部の取り代を最小化して加工コストと加工時間の短縮、更には加工工具寿命を向上させることを可能としたサイジング型、並びに、クランクシャフト素形材の成形方法及びクランクシャフトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車各メーカーの製造コスト合理化競争が激しさを増す中、エンンジンの主要部品の一つであるクランクシャフトについても、機械加工ラインの工程省略を含めた合理化への要求は増大しており、素形材メーカーであるクランクシャフト鍛造業界に対しての高精度化要求はますます厳しくなっている。
【０００３】
そこで、軸部の旋削加工を省略し研削加工のみを可能としたクランクシャフト素形材の成形方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３２００１９号公報（第４頁、図３）
【０００５】
上記特許文献１に記載された従来技術では、
A)  仕上げ成形工程において軸部の高さを、サイジング工程の所定径φＤより大きく選ぶこと、
B)  トリミング成形工程において軸部の幅を、前記所定径φＤより小さくなるように両側面をカットすること、
【０００６】
C)  サイジング成形工程における軸部成形は、仕上げ成形品での加肉部からトリミング成形品での削肉部に対して軸幅方向の塑性流動を生じさせることを主とすること、
D)  機械加工工程において、軸部の取り代部分を研削工程のみで仕上げること、を製造の基本思想としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上記特許文献１に記載された従来技術においては、軸部の取り代の削減を追求すると、以下の限界を余儀なくされる。
【０００８】
▲１▼  仕上げ型鍛造工程における型打厚みのばらつきに伴い、軸部の高さ方向に断面積が変動する。その結果、軸部幅方向への塑性流動を主体とする前記サイジング工程においては、一つのロット内で、軸部のパーチ面（上下型割り面）にバリが発生したり（手入れ率が多くなる）、軸部のパーチ面近傍の幅が欠肉したりする（軸部の取り代が多くなる）。
【０００９】
なお、前記型打厚みのばらつきの原因としては、
a)  ライントラブル等での鍛造温度変化により鍛造荷重が変動してプレスフレームが伸び変化し、ワーク全体の高さが変わること、
b)  型の損耗進展に伴って型密着が発生した場合、現場的に型への負荷軽減のため少し厚めに仕上げること、
c)  型の損耗進展・型潤滑剤の付着量変動に伴って欠肉が発生した場合、現場的に圧下を大きくして少し薄めに仕上げること、
等がある。
【００１０】
▲２▼  トリミング工程で生じる上下左右の軸線の曲がりに対し、本サイジング工程においては、軸幅方向の塑性流動を主体とするサイジング成形であるため、軸幅の左右の芯ずれ（軸部型内での成形直前のワーク中心と軸部型中心とのずれ）を対称均一変形化させる効果は少ない。従って、これをカバーするために、軸部に必要以上の取り代を確保せざるを得なかった（軸部取り代の最小化に限界がある）。
【００１１】
▲３▼  加えて、トリミング工程においては、削肉部を確保するため軸部両側面の切り幅が大きくなり、かえって剪断抵抗が上昇し、トリミング刃物の工具寿命が短くなることも難点であった。
【００１２】
しかるに、この従来技術には、本発明が解決しようとする、現場操業上で起こる型打厚みのばらつき等に対して、これらを吸収して軸部の取り代の最小化を図ることができる技術に関する記載は全くない。
【００１３】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、軸部の取り代の最小化を図ることができるサイジング型、並びに、クランクシャフト素形材の成形方法及びクランクシャフトの製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、軸部以外の他部分のインプレッション形状を、真円を有するジャーナル軸部中心から各上下方向に軸径の２. ０％以上掘り下げると共に、軸部減面率を３. ０％以上としたサイジング型を用いて軸部を部分的にサイジング成形することとしている。
【００１５】
そして、このようにすることで、上記従来技術の問題点である「現場操業上で起こる型打厚みのばらつき等に起因した軸部の取り代の増大」を吸収して軸部の取り代の最小化を図ることができ、少なくとも荒旋削加工を省略してクランクシャフトに仕上げることができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
従来からのサイジング工程におけるクランクシャフトの曲がり矯正は、３点曲げ原理に従う各軸部圧下による上下方向の矯正が主体であった。ところで「軸幅方向の曲がり矯正には、軸部に引張りを作用させ軸方向メタルフロー（軸伸び）を積極的に加えること」が有効であることは良く知られている。
【００１７】
発明者は、クランクシャフトのサイジング工程に、前述の「軸伸びを積極的に加えること」による幅方向曲がり矯正効果を持ち込み、その結果、型打厚みのばらつきが生じても、軸部のみに圧下が加わり、軸方向メタルフローが十分に進行し、幅方向曲がり矯正効果が有効に作用することを見出した。
【００１８】
つまり、従来技術では、仕上げ工程で型打厚みのばらつきによりクランクシャフト全体の高さが厚めに仕上がった場合、サイジング工程では、軸部圧下のみならず軸部以外のアーム部やカウンタウェイト部も圧下を受ける。その結果、軸方向のメタルフローがほとんど抑制されて軸幅方向の曲がり矯正効果が消失する。そのため、曲がりによる芯ずれが残る軸部断面内において左右不均一変形がそのまま進行し、噛み出しも発生しやすくなる。
【００１９】
そこで、本発明では、サイジング工程において、軸部に軸方向メタルフローが大幅に作用するように以下の部分サイジング成形法を加えることにより、従来の問題点を解決した。
【００２０】
▲１▼  仕上げ工程等において型打厚みにばらつき（最大２ｍｍ）が生じても、サイジング工程で軸部のみが圧下され、軸方向へのメタルフローを容易にならしめるように、上下サイジング型の軸部パ−チ面に対して、パーチ面を含む軸部以外のアーム部やカウンタウェイト部を型打厚みのばらつき以上に掘り下げること。
【００２１】
具体的には、ジャーナル軸部の型パーチ面に対するアーム部やカウンタウェイト部等の軸部以外の部位の型パーチ面の掘り下げを、真円を有するジャーナル軸部中心から各上下方向に軸径の２. ０％以上とすること。
【００２２】
▲２▼  当該軸部のみの圧下により軸線の曲がり矯正効果を大きくもたらすために、軸伸び率を３．０％以上、望ましくは３．０％〜８．５％の範囲を確保すること。
具体的には、仕上げ工程において軸部のオフセット高さｓ0 を軸径の２％以上、望ましくは２．０％〜４．５％として、軸部減面率（軸部成形前後の断面積変化率）を３％以上、望ましくは３．０％〜８．５％を確保すること。
【００２３】
すなわち、本発明は、軸部以外の他部分のインプレッション形状を、真円を有するジャーナル軸部中心から各上下方向に軸径の２. ０％以上掘り下げると共に、軸部減面率を３. ０％以上としたサイジング型を使用して、クランクシャフト素形材を部分的にサイジング成形した後、このクランクシャフト素形材の精度が必要な軸部を、少なくとも荒旋削加工を省略して仕上げ、クランクシャフトを製造するものである。
【００２４】
本発明において、軸部減面率の範囲を上記のように限定する理由は、仕上げ加工に要する時間を半減させることを目標に、軸部の取り代を従来の半分（０．５ｍｍ) 以内に収めた場合には、クランクシャフト軸部の真円度差は型ずれ・型の損耗等の管理により０．３ｍｍ以内に収まるので、軸曲がり分の取り代を０．２ｍｍ以内、すなわち曲がり量を±０．１ｍｍ以内にする必要があるからである。そして、±０．１ｍｍ以内の曲がり矯正効果を発揮させるためには、図４に示す通り、軸伸び率が３．０％以上であることが必要である。
【００２５】
なお、軸伸び量が大きくなり過ぎると、カウンタウェイトの幅ｗが増肉して型内で踏ん張る状態となり、型密着を多発させるので、軸伸び率をあまり大きく選ぶことは好ましくない。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１はクランクシャフトの部分サイジング成形法を説明する図、図２はクランクシャフト軸部の部分サイジング成形前後の関係を示す図、図３は軸部とカウンタウェイト部の部分サイジング成形後におけるサイジング型とクランクシャフト素形材の関係を示す図、図４は軸伸び率と曲がり量の関係を示す図である。
【００２７】
本実施例では、クランクシャフトのカウンタウェイト部が黒皮仕上がりで、機械加工仕上げ部位が軸部主体の４気筒直列８枚カウンタウェイト品について実証テストを行った結果について説明する。
【００２８】
先ず、本発明において採用する部分サイジング成形法で成形されたクランクシャフト素形材１は、図１（ａ）に示すように、フロント１ａ・ジャーナル１ｂ・ピン１ｃ・リヤ（フランジ）１ｄからなる各軸部１ａ〜１ｄと、これらの各軸部１ａ〜１ｄをつなぐアーム部１ｅ及びカウンタウェイト部１ｆから構成される。
【００２９】
この部分サイジング成形法を実施するに際しては、クランクシャフト素形材１を構成する前記の各軸部１ａ〜１ｄのみに圧下を加え、他の部位（アーム部１ｅ及びカウンタウェイト部１ｆ）には圧下力が作用しないように、サイジング金型２に形成されたインプレッション形状２ｂのうちのジャーナル軸部２ｂｂの中心ＣＬの型パーチ面２ａに対して、サイジング金型２のインプレッション形状２ｂのうちのアーム部２ｂｅ・カウンタウェイト部２ｂｆはサイジング成形するクランクシャフト１の形状より上下に少し深く掘り下げておく。なお、図１（ｂ）中の２ｂａはインプレッション形状２ｂのうちのフロント、２ｂｃは同じくピン、２ｂｄは同じくリヤで、図１（ｂ）に斜線を施した部分が、サイジング成形時に圧下を加える部分である。
【００３０】
このサイジング金型２のインプレッション形状２ｂのうちの軸部形成部分は、図２に示すように、機械加工仕上げ後の軸径φｄに研削代ｅを加えた真円径φＤ（＝φｄ＋２ｅ）を有し、型口の逃がし半径Ｒｃは僅かである。この軸部のみの圧下により、本発明方法により成形されたクランクシャフト素形材１は、軸部１ａ〜１ｄにほぼ一様な軸方向メタルフローが優先的に生じ、幅方向の曲がりが大幅に矯正される。従って、軸部断面の幅はほとんど増大することがなく噛み出しの恐れもない。
【００３１】
以下、クランクシャフトのジャーナル軸部を機械加工仕上げした後の軸径φｄが４８．００ｍｍ、軸部における片側取り代（研削代）ｅが０．５０ｍｍである場合につき、サイジング後の軸径をφＤ＝４９．００ｍｍとして、本発明で採用する部分サイジング成形法の作用及び効果を、図２及び図３を用いて詳細に説明する。なお、図２の実線はサイジング金型２の軸部インプレッション形状を、破線はクランクシャフト素形材１のトリミング後の形状を、二点鎖線は同じく仕上げ成形後のバリ部形状を、図３の実線はサイジング金型２を、破線はサイジング後のクランクシャフト素形材１を夫々示している。
【００３２】
先ず、クランクシャフト素形材１の仕上げ成形工程においての軸部の半径ｒ0 を、サイジング工程で噛み出しがでない範囲でできる限りサイジング金型２の軸部半径Ｒ（＝２４．５０ｍｍ）に近づけ、ｒ0 ＝Ｒ−０．２５ｍｍ（２４．２５ｍｍ）となるように選ぶ。
【００３３】
そのオフセット高さｓ0 は、サイジング工程での軸部の伸びが３．０％〜８．５％の範囲内となるように、＋１．０ｍｍ〜＋２．２５ｍｍ（ジャーナル軸部２ｂａの高さｈ0 ＝２（ｒ0 ＋ｓ0 ）＝５０．５ｍｍ〜５３．０ｍｍ）とする。
【００３４】
トリミング工程においては、軸幅両側面を必要以上にカットする必要はなく、ばりの型口部を剪断するのみで良い。
【００３５】
サイジング金型２は、軸部型パーチ面２ａに対してアーム部２ｂｅ・カウンタウェイト部２ｂｆの掘り下げ量ｇを、仕上げ工程での型打厚みのばらつき（最大２．０ｍｍ）を越えるべく、ｇ≧１．０ｍｍ（ｇ／Ｄ≧２．０％）以上に選ぶ。但し、掘り下げ量ｇをあまり大きくとると、カウンタウェイト幅ｗの寸法公差を越えるので最小限に止めるのがポイントである。
【００３６】
これにより、仕上げ工程で型打厚みがばらついてもサイジング成形時にアーム部１ｅやカウンタウェイト部１ｆが圧下されることはなく、軸部１ａ〜１ｄのみに１．５ｍｍ〜４．０ｍｍの圧下が優先的に加わることで、所定の軸伸び率３．０％〜８．５％を確保することができる。
テスト結果は下記表１に示す通りである。
【００３７】
【表１】
2004195544.tif 000003
【００３８】
図４は表１における軸伸び率（軸部減面率）と曲がりの関係をグラフ化したものである。
上記表１には記載していないが、従来は、軸部減面積の大部分を幅方向へ出すことを基本思想とするので、軸部以外のアーム部１ｅやカウンタウェイト部１ｆも圧下され易く、軸長手方向のメタルフローを発生させることが困難となり、当然に、図４に想像線で示したように、３％以上の軸方向伸び率を確保することは難しくなる。
【００３９】
これに対し、部分サイジング成形法を採用する本発明では、クランクシャフト素形材１において軸部取り代の０．５ｍｍ以内を実現できているので、本発明により例えば荒旋削加工と仕上げ旋削加工を省略できて機械加工時間を半減でき、加工コストと加工時間の大幅短縮、更には加工工具の寿命を向上させることが可能となった。
【００４０】
なお、本発明は、従来の荒旋削加工のみを省略し、仕上げ旋削加工と研削加工を施すものにおいても十分にその効果を発揮するものであり、研削工程のみで効果を求めるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
▲１▼  現場操業上の型打厚みのばらつき等が原因で、トリミング工程で生じる軸線の曲がり量増大に対して、サイジング工程において、軸幅の両側面を積極的に拘束しながら軸部のみを圧下して、軸方向メタルフローを強化することにより、軸幅左右の不均一変形を均一化し、軸幅方向の曲がり量を大幅に軽減して、後の機械加工工程での軸部の取り代を半減可能ならしめる、
▲２▼  更にトリミング工程で軸部の切り幅を増大させる必要がなくなり、トリミング刃物の工具寿命が改善する、
等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で採用するクランクシャフトの部分サイジング成形法を説明する図で、（ａ）はクランクシャフト素形材、（ｂ）はサイジング金型を示す。
【図２】クランクシャフト軸部の部分サイジング成形前後の関係を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ切断面における軸部及びカウンタウエイト部のサイジング成形後におけるサイジング型とクランクシャフト素形材の関係を示す図である。
【図４】軸伸び率と曲がり量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１      クランクシャフト
１ａ    フロント
１ｂ    ジャーナル
１ｃ    ピン
１ｄ    リヤ（フランジ）
１ｅ    アーム部
１ｆ    カウンタウェイト部
２      サイジング金型
２ａ    型パーチ面
２ｂａ  フロント
２ｂｂ  ジャーナル軸部
２ｂｃ  ピン
２ｂｄ  リヤ
２ｂｅ  アーム部
２ｂｆ  カウンタウェイト部
【図１】
2004195544.tif 000004
【図２】
2004195544.tif 000005
【図３】
2004195544.tif 000006
【図４】
2004195544.tif 000007