(57)【要約】      （修正有）【課題】鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性を改善し得るクランクシャフトの鍛造方法および鍛造金型を提供する。【解決手段】バリ出し鍛造法によってクランクシャフトを製造するクランクシャフト用の鍛造金型２０，３０であって、クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイト５０ａ、５０ｂに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２を成形するときに出るバリの流出方向に対して段差をなす段差部４１を形成してある。【選択図】            図５
2004322137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリ出し鍛造法によってクランクシャフトを製造するクランクシャフトの鍛造方法において、
クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域を成形するときに出るバリの流出を、鍛造金型に設けられバリの流出方向に対して段差を形成する段差部によって規制することを特徴とするクランクシャフトの鍛造方法。
【請求項２】
前記領域は、隣り合うカウンターウェイトの対向する側面間よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの鍛造方法。
【請求項３】
バリ出し鍛造法によってクランクシャフトを製造するクランクシャフト用の鍛造金型において、
クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域を成形するときに出るバリの流出方向に対して段差をなす段差部が形成されていることを特徴とする鍛造金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトの鍛造方法および鍛造金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クランクシャフトを鍛造により製造する工程は、一般的に、素材としての鋼片を製品形状に応じた体積配分に整える予備成形工程、略製品形状まで成形する荒地工程、製品形状に成形する仕上げ工程、および、バリを打ち抜くトリム工程などを含んでいる。
【０００３】
このような工程からなるクランクシャフトの鍛造において、金型の型彫り部のうちカウンターウェイトを成形する部位は深く形成されているために、この部位に材料が充満し難く、カウンターウェイトに欠肉が発生し易いという問題がある。かかる不具合を改善するため、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
特許文献１には、バリの流出を規制する傾斜断差面を型の全周にわたって形成し、バリの流出を抑えることによりカウンターウェイトの充満性を改善し、材料歩留まりの向上を図る技術が記載されている。しかしながら、特許文献１の技術では、型の全周にわたってバリの流出を抑えることから、鍛造荷重の増大が著しく、型寿命の急激な低下が発生するという不具合がある。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献２には、フランジ部側のバリをバリ流出対称軸線より上下方向のどちらかに移動した位置で流出させ、鍛造荷重の増大を抑えつつカウンターウェイトの充満性を改善する技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−４５００９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１９２３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の技術は、バリ流出対称軸線に対し上下方向に移動させる金型部位をフランジ部のみとしているため、フランジ部より離れた位置にあるカウンターウェイト、すなわちギヤシャフト側のカウンターウェイトでは、充満性の改善という所期の効果を期待できない。このため、ギヤシャフト側のカウンターウェイトにおいては、通常のバリ出し鍛造において欠肉せずに成形できる場合に定まる材料歩留まり以上に、材料歩留まりを向上させることができない虞がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性を改善し得るクランクシャフトの鍛造方法および鍛造金型を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、下記の手段により達成される。
【００１０】
バリ出し鍛造法によってクランクシャフトを製造するクランクシャフトの鍛造方法において、
クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域を成形するときに出るバリの流出を、鍛造金型に設けられバリの流出方向に対して段差を形成する段差部によって規制することを特徴とするクランクシャフトの鍛造方法である。
【００１１】
また、バリ出し鍛造法によってクランクシャフトを製造するクランクシャフト用の鍛造金型において、
クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域を成形するときに出るバリの流出方向に対して段差をなす段差部が形成されていることを特徴とする鍛造金型である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性が改善され、もって、材料歩留まりを向上することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
クランクシャフトの鍛造において、最後に成形が完了するカウンターウェイトの成形タイミングを見るため、プラスティシン（油粘土）を用いたモデル実験を行った。
【００１５】
その結果、カウンターウェイト高さおよび成形ストロークには、図１に示される関係が成り立つことがわかった。つまり、成形初期では、カウンターウェイトは単に型によって潰されるだけであり、カウンターウェイト高さは、成形ストロークの増加とともに低くなる。成形ストロークがさらに増加し、あるストローク（充満開始ストローク）に達すると、この充満開始ストロークを境にして、カウンターウェイトに材料が充満し始め、カウンターウェイト高さは、成形ストロークの増加とともに高くなる。そして、素材の投入重量が適正であれば、最終ストロークに達した時点で、カウンターウェイトには材料が充満し、欠肉が発生しないカウンターウェイトの成形が完了する。
【００１６】
次に、カウンターウェイトに材料が充満し始めるタイミングを決める要因を検証するための実験を行った。
【００１７】
実験するにあたり、カウンターウェイトへの材料の充満が始まる理由として、以下の仮説を立てた。
【００１８】
仮説１：成形が進むにつれてバリが流出するため、この流出したバリとフラッシュランドとの間の摩擦抵抗によって、金型の型彫り部への材料の流入が促進される結果、カウンターウェイトへの材料の充満が開始される。
【００１９】
仮説２：成形の初期段階では、材料は型彫り部の浅い部位に流れ易いので、型彫り部の深い部位での成形は、型彫り部の浅い部位での成形が完了してから始まる。このため、型彫り部が深いカウンターウェイトについては、型彫り部が浅いカウンターウェイト以外の部分の成形が完了した後に、成形が開始される。
【００２０】
上記２つの仮説を検証するため、以下の実験を行った。
【００２１】
仮説１の検証実験は次のとおりである。カウンターウェイトに材料が充満し始めるタイミングである充満開始ストロークの直前のストロークで成形を一旦止め、成形途中のワークのバリを製品形状に沿って一律に切り取る。バリを切り取った後に、最終ストロークまで成形を再開する。バリを切り取った後においては、バリを切り取る前に比べると、バリとフラッシュランドとの摩擦抵抗は明らかに減少する。これより、充満開始ストロークが変化すれば、カウンターウェイトに材料が充満し始めるタイミングを決める要因は、バリとフラッシュランドとの摩擦抵抗である、と判断できることになる。
【００２２】
仮説１の検証実験の結果を図２に示す。図２に示されるように、バリを切り取った場合と、バリを切り取らなかった場合とで、充満開始ストロークは、変化しなかった。よって、仮説１は棄却された。
【００２３】
仮説２の検証実験は次のとおりである。充満開始ストロークの直前のストロークで成形を一旦止め、成形途中のワークのカウンターウェイト以外の部分を切り取る。すなわち、カウンターウェイト以外の部分の成形が完了していない状態を擬似的に作り出す。ここで、「カウンターウェイト以外の部分」とは、隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２（図４参照）と定義される。カウンターウェイト以外の部分を切り取った後に、最終ストロークまで成形を再開する。これより、充満開始ストロークが変化すれば、カウンターウェイトに材料が充満し始めるタイミングを決める要因は、カウンターウェイト以外の部分の成形が完了していることである、と判断できることになる。
【００２４】
仮説２の検証実験の結果を図３に示す。図３に示されるように、カウンターウェイト以外の部分を切り取った場合と、カウンターウェイト以外の部分を切り取らなかった場合とで、充満開始ストロークが変化した。カウンターウェイト以外の部分を切り取らなかった場合の方が、より早いストロークで、カウンターウェイトへの材料の充満が開始しているのがわかる。よって、カウンターウェイトに材料が充満し始めるタイミングを決める要因は、仮説２のとおり、カウンターウェイト以外の部分の成形が完了していることであることがわかった。さらに、カウンターウェイト以外の部分の成形を早期に完了させてやることによりカウンターウェイトの充満開始ストロークが早まることから、早まったストローク分に相当する材料は、カウンターウェイトの成形のために用いられることになる。これは、カウンターウェイト以外の部分の成形を早期に完了させてやることにより、型彫り部に投入する材料の重量を削減できることを意味している。これにより、材料歩留まりを向上することが可能となる。
【００２５】
上述した検証結果より、カウンターウェイト以外の部分の成形が完了した後に、カウンターウェイトに材料が充満し始めるという材料の流動充満する挙動が明らかとなり、この知見に基づいて、本実施形態の鍛造金型は、次のように構成されている。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る鍛造金型１０の下型３０を示す平面図、図５（Ａ）は、図４の５Ａ−５Ａ線に沿う断面図、図５（Ｂ）は、図４の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【００２７】
図示する鍛造金型１０は、バリ出し鍛造法で用いられる半密閉型の金型であり、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、例えば上型２０と、当該上型２０に対して相対的に接近離反移動自在に設けられた下型３０とから構成されている。図４に示すように、下型３０には、バリ道をなすフラッシュランド４０と、クランクシャフトの外形形状に対応した内形形状に形成された型彫り部５０とが設けられている。型彫り部５０には、クランクシャフトのカウンターウェイトを成形する凹所５０ａ、ジャーナルを成形する凹所５０ｂ、ピンを成形する凹所５０ｃなどが形成されている。上型２０も同様に構成されている。上下型２０、３０を型締めすることにより、上下型２０、３０の凹所５０ａ、５０ｂ、５０ｃが合わさって、クランクシャフトの外形形状に対応したキャビティ６０が形成される。
【００２８】
図５（Ａ）に示すように、クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２を成形する部位においては、上下型２０、３０により形成されるフラッシュランド４０は、バリの流出方向に対して段差をなす形状を有している。上下型２０、３０の合わせ面には、型内方側の平坦面２１、３１と、当該平坦面２１、３１と段差をなす型外方側の平坦面２２、３２と、が形成されている。型内方側の平坦面２１、３１は、ワークの軸心を含む図中水平線にほぼ一致して形成されている。型外方側の平坦面２２、３２は、前記水平線よりも図中上方位置に形成されている。両平坦面２１と２２、３１と３２は、好ましくは、傾斜面２３、３３を介して連続されている。したがって、カウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２では、この領域Ｓ１、Ｓ２を成形するときに出るバリの流出方向に対して段差をなす段差部４１が形成されている。この段差部４１によって、成形に伴ってフラッシュランド４０に出たバリの流出が規制される。角度θは、０〜４５°の範囲でバリの流出を規制する効果を現すが、好ましくは、角度θは、５°である。
【００２９】
図５（Ｂ）に示すように、前記領域Ｓ１、Ｓ２以外を成形する部位は、通常のバリ出し鍛造法において用いられる型構造と同様に構成され、上下型２０、３０により形成されるフラッシュランド４０は、バリの流出方向に沿うフラットな形状を有している。上下型２０、３０の合わせ面には、型内方側の平坦面２４、３４と、バリだまり４２を形成する型外方側の平坦面２５、３５と、が形成されている。型内方側の平坦面２４、３４は、ワークの軸心を含む図中水平線にほぼ一致して形成されている。型外方側の平坦面２５、３５のそれぞれは、傾斜面２６、３６を介して型内方側の平坦面２４、３４に連続するが、前記水平線よりも図中上下方向に均等に変位した位置に形成されている。型外方側の平坦面２５、３５のそれぞれによって、前記水平線から拡開した形状のバリだまり４２が形成される。したがって、前記領域Ｓ１、Ｓ２以外では、バリの流出方向に対して段差をなす段差部は形成されていない。
【００３０】
上記構成の鍛造金型１０を用いてクランクシャフトを鍛造すると、カウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２では、成形に伴ってフラッシュランド４０に出たバリの流出は、段差部４１によって規制ないし妨げられる。
【００３１】
このため、バリ流出方向に対して段差が形成されていない、通常のバリ出し鍛造法の金型を用いる場合に比較して、成形性が良くなる。このため、前記領域Ｓ１、Ｓ２の成形が早期に完了する。
【００３２】
したがって、前述した検証結果より、カウンターウェイト以外の部分の成形が早期に完了することから、カウンターウェイトへの材料の充満が早期に開始され、通常のバリ出し鍛造法の金型を用いる場合に比較して、カウンターウェイトへの材料の充満が早期に終了する。カウンターウェイトへの材料の充満が早まることから、早まったストローク分に相当する材料は、カウンターウェイトの成形のために用いられることになり、型彫り部５０に投入する材料の重量をそのストローク差分だけ削減でき、材料歩留まりが向上する。本実施形態による材料歩留まりは、特許文献２に記載された技術による材料歩留まりに比べて、一層向上したものである。
【００３３】
また、素材の投入重量を適正なものとすることにより、カウンターウェイトには材料が充満し、欠肉が発生しないカウンターウェイト、ひいては、良好な品質のクランクシャフトの粗材を成形できる。
【００３４】
さらに、必要最小限の範囲（クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２）に対してのみバリの流出を規制する段差部４１を設けてあるので、鍛造荷重の過度の上昇を抑えて、金型寿命の急激な低下を防止することができる。
【００３５】
なお、段差部４１を設ける前記領域Ｓ１、Ｓ２は、隣り合うカウンターウェイトの対向する側面間よりも狭いこと、すなわち、カウンターウェイトを成形する部分を含まないことが必要である。前記領域Ｓ１、Ｓ２が隣り合うカウンターウェイトの対向する側面間よりも狭ければ、鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性が改善されるという本発明の効果を発揮するが、図４に示したようにピン中心間の範囲に段差部４１を設けるのが望ましい。
【００３６】
以上説明したように本実施形態のクランクシャフトの鍛造方法によれば、クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２を成形するときに出るバリの流出を、金型１０に設けられバリの流出方向に対して段差を形成する段差部４１によって規制しているので、鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性を改善し、もって、材料歩留まりを向上することが可能となる。
【００３７】
また、前記領域Ｓ１、Ｓ２が、隣り合うカウンターウェイトの対向する側面間に相当していれば、上記の効果を確実に得ることができる。
【００３８】
また、本実施形態のクランクシャフト用の鍛造金型１０によれば、クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域Ｓ１、Ｓ２を成形するときに出るバリの流出方向に対して段差をなす段差部４１が形成されているので、鍛造荷重の増大を抑えつつ、複数のカウンターウェイトにおける充満性を改善し、もって、材料歩留まりを向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成形ストロークとカウンターウェイト高さとの関係を示すグラフである。
【図２】仮説１の検証実験の結果を示すグラフであり、バリを切り取った場合と、バリを切り取らなかった場合との、充満開始ストロークの変化の状態を示すグラフである。
【図３】仮説２の検証実験の結果を示すグラフであり、カウンターウェイト以外の部分を切り取った場合と、カウンターウェイト以外の部分を切り取らなかった場合との、充満開始ストロークの変化の状態を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る鍛造金型の下型を示す平面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４の５Ａ−５Ａ線に沿う断面図、図５（Ｂ）は、図４の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０…鍛造金型
２０…上型
３０…下型
２１、３１…型内方側の平坦面
２２、３２…型外方側の平坦面
２３、３３…傾斜面
４０…フラッシュランド
４１…段差部
５０…型彫り部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…クランクシャフトのカウンターウェイト、ジャーナル、ピンを成形する凹所
Ｓ１、Ｓ２…クランクシャフトの隣り合うカウンターウェイトに挟まれ、かつ、ジャーナルを含んでいる領域
【図１】
2004322137.tif 000003
【図２】
2004322137.tif 000004
【図３】
2004322137.tif 000005
【図４】
2004322137.tif 000006
【図５】
2004322137.tif 000007