本发明涉及利用热锻来制造曲轴的方法。
背景技术：
在汽车、摩托车、农业机械或船舶等的往复发动机中，为了将活塞的往复运动转换成旋转运动而输出动力，曲轴是不可缺少的。曲轴能够通过模锻或铸造来制造。在曲轴要求高强度和高刚度的情况下，多采用通过模锻制造成的曲轴(以下，也称为“锻造曲轴”)。
通常，锻造曲轴的原材料是钢坯。该钢坯的横截面是圆形或方形，截面积在全长范围内恒定。锻造曲轴的制造工序包括预成形工序、模锻工序以及模锻切边工序。根据需要，在模锻切边工序之后追加整形工序。通常，预成形工序包括辊轧成形和弯曲锻造各工序，模锻工序包括粗锻和精锻各工序。
图1a～图1f是用于说明以往的通常的锻造曲轴的制造工序的示意图。图1a表示钢坯，图1b表示辊轧坯件，图1c表示弯曲坯件，图1d表示粗锻件，图1e表示精锻件，图1f表示曲轴(最终产品)。图1f所例示的锻造曲轴1搭载于4汽缸发动机。该曲轴1具备5个轴颈部j1～j5、4个销部p1～p4、前部fr、凸缘部fl、8个曲臂部(以下，也简称为“臂部”)a1～a8、以及8个配重部(以下，也简称为“配重部”)w1～w8。臂部a1～a8分别将轴颈部j1～j5和销部p1～p4相连。另外，全部的臂部a1～a8分别一体地具有配重部w1～w8。
以下，在分别统称轴颈部j1～j5、销部p1～p4、臂部a1～a8以及配重部w1～w8时，对于其附图标记，也将轴颈部记作“j”，将销部记作“p”，将臂部记作“a”，将配重部记作“w”。也将销部p和与该销部p相连的一组臂部a(包括配重部w在内)统称为“曲拐”。
在图1a～图1f所示的制造方法中，如以下这样制造锻造曲轴1。首先，在利用加热炉(例如感应加热炉或气体气氛加热炉等)对图1a所示那样的预定的长度的钢坯2进行了加热之后，进行辊轧成形。在辊轧成形工序中，使用例如孔型辊来对钢坯2进行轧制，使钢坯2的长度方向上的局部的截面积减少。由此，将钢坯2的体积沿着长度方向分配，获得作为中间坯料的辊轧坯件3(参照图1b)。接着，在弯曲锻造工序中，从与长度方向垂直的方向将辊轧坯件3局部地压下，使辊轧坯件3的长度方向上的局部偏心。由此，将辊轧坯件3的体积分配，获得作为进一步的中间坯料的弯曲坯件4(参照图1c)。
接下来，在粗锻工序中，使用一对模具(上模和下模)来对弯曲坯件4进行锻压，获得粗锻件5(参照图1d)。所获得的粗锻件5具有曲轴(最终产品)的大概的形状。然后，在精锻工序中，使用上下一对模具来对粗锻件5进行锻压，从而获得精锻件6(参照图1e)。所获得的精锻件6具有与最终产品的曲轴一致的形状。在这些粗锻和精锻时，多余材料从上模与下模之间的间隙流出而成为飞边。因此，粗锻件5和精锻件6均在周围具有较大的飞边b。
在模锻切边工序中，例如，在由一对模具夹着并保持着带飞边的精锻件6的状态下，利用刀模对飞边b进行冲裁。由此，从精锻件6去除飞边b，获得无飞边锻件。该无飞边锻件是与图1f所示的锻造曲轴1大致相同的形状。
在整形工序中，利用模具从上下稍微压下无飞边锻件的主要部位，将无飞边锻件矫正成最终产品的尺寸形状。在此，无飞边锻件的主要部位是例如轴颈部j、销部p、前部fr以及凸缘部fl等这样的轴部，以及臂部a和配重部w。这样一来，锻造曲轴1就被制造出来了。
图1a～图1f所示的制造工序并不限于图1f所示的4汽缸-8个配重的曲轴，能够适用于各种曲轴。例如，也能够适用于4汽缸-4个配重的曲轴。
在4汽缸-4个配重的曲轴的情况下，8个臂部a中的一部分臂部a一体地具有配重部w。例如，开头的第1臂部a1、最末尾的第8臂部a8以及中央的两个臂部(第4臂部a4、第5臂部a5)具有配重部w。另外，剩余的臂部、具体而言第2臂部a2、第3臂部a3、第6臂部a6以及第7臂部a7不具有配重部。以下，将不具有配重部的臂部也称为“无配重臂部”。
此外，即使是要搭载于3汽缸发动机、直列6汽缸发动机、v型6汽缸发动机以及8汽缸发动机等的曲轴，制造工序也是同样的。此外，在需要调整销部的配置角度的情况下，在模锻切边工序之后追加扭转工序。
在这样的锻造曲轴的制造中，期望的是，通过减少模锻中的飞边的流出，来提高材料成品率。在此，材料成品率是指锻造曲轴(最终产品)的体积占钢坯的体积的比例(百分率)。通过在预成形中促进体积的分配，能够提高该材料成品率。
关于预成形的技术记载于日本特开2001-105087号公报(专利文献1)、日本特开平2-255240号公报(专利文献2)以及日本特开昭62-244545号公报(专利文献3)。
在专利文献1中记载有使用成对的上模和下模的预成形方法。在该预成形方法中，在利用上模和下模将棒状的被加工物压下之际，一边使被加工物的局部伸长而使截面积减少，一边使与局部连续的其他部分滑动而使其偏心。在这样的专利文献1所记载的预成形方法中，能够同时实施伸长和弯曲，因此，能够提供设备投资较少的预成形方法。
在专利文献2所记载的预成形中，替代以往的两轧道的辊轧成形，使用四轧道的高速辊轧设备。提出了在该预成形中与锻造曲轴(最终产品)的配重部、臂部以及轴颈部的截面积的分布相应地决定辊轧坯件的截面积。由此，在专利文献2中，能够提高材料成品率。
在专利文献3所记载的预成形中，利用横轧法将体积沿着轴向和径向分配，获得非轴对称的中间坯料。在横轧法中，利用两个锻模将圆棒状的原材料压下，利用该锻模的滚轧作用来分配体积。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-105087号公报
专利文献2：日本特开平2-255240号公报
专利文献3：日本特开昭62-244545号公报
专利文献4：wo2014/038183号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
在锻造曲轴的制造中，如前所述，期望的是，减少模锻时的飞边的流出，使材料成品率提高。通过在预成形中促进体积的分配，能够提高该材料成品率。
如图1a～图1f所示的制造工序那样，存在预成形由辊轧成形和弯曲锻造构成的情况。在该情况下，想到通过以下的方法来促进体积的分配。
(1)在辊轧成形中，使钢坯中的成为轴颈部的部位的截面积减少。
(2)在接下来的弯曲锻造中，将成为销部的部位和成为与该销部相连的1组具有配重部的臂部的部位局部地压下而使其向成为配重部的部位侧偏心。
此外，以下，也将成为轴颈部的部位称为“轴颈相当部”，将成为销部的部位称为“销相当部”，将销相当部和成为与该销相当部相连的1组臂部(包括成为配重部的部位在内)的部位称为“曲拐相当部”，将成为具有配重部的臂部的部位称为“带配重的臂相当部”。
然而，在上述的方法中，若利用辊轧成形使轴颈相当部的截面积大幅度减少，则在利用弯曲锻造使曲拐相当部偏心之际，从曲拐相当部向轴颈相当部的材料流动不可避免。由于该材料流动，存在在轴颈相当部的周边产生缺陷(所谓的折叠缺陷)的情况。另外，该材料流动阻碍预成形时的体积分配。由此，在预成形由辊轧成形和弯曲锻造构成的情况下，辊轧成形中的轴颈相当部的截面积的减少量和弯曲锻造中的曲拐相当部的偏心量并不充分。因此，期望的是进一步促进体积的分配。
在所述专利文献1所记载的预成形方法中，在利用成对的上模和下模压下之际，一边使棒状的被加工物的局部的截面积减少，一边使其他部分偏心。然而，由于利用成对的上模和下模同时进行截面积的减少和偏心，因此，截面积的减少量和偏心量并不充分。因此，期望的是进一步促进体积的分配。
在所述专利文献2所记载的预成形方法中，由于是辊轧成形，所以无法使钢坯的局部偏心。因此，需要对所获得的辊轧坯件进一步实施弯曲锻造等。在该情况下，如前所述，截面积的减少量和偏心量并不充分。
在所述专利文献3所记载的预成形中，通过横轧法将体积沿着轴向和径向分配。在横轧法中，使用的不是在弯曲锻造、模锻等中所使用的压力机，而是使用特别的设备。另外，在横轧法中，难以对多个部位同时进行加工，例如，依次对多个轴颈相当部和多个曲拐相当部进行加工。因此，锻模大型化。由此，设备成本增大。
本发明的目的在于提供一种锻造曲轴的制造方法，在该锻造曲轴的制造方法中，通过抑制设备成本增大，并且在预成形中促进体积分配，能够提高材料成品率。
用于解决问题的方案
本发明的一实施方式的锻造曲轴的制造方法是如下锻造曲轴的制造方法，该锻造曲轴包括：成为旋转中心的多个轴颈部；多个销部，其相对于所述多个轴颈部偏心；以及多个曲臂部，其将所述多个轴颈部和所述多个销部相连。所述多个曲臂部中的至少1个曲臂部是具有配重部的带配重的臂部。所述制造方法包括如下步骤：压下步骤，在该压下步骤中，利用一对第1模具将棒状构件的长度方向上的局部即第1部位压下，从而使所述第1部位的截面积减少；以及偏心步骤，在该偏心步骤中，在利用所述第1模具保持着被压下的所述第1部位的状态下，利用第2模具使所述棒状构件的第2部位偏心。所述第2部位是所述棒状构件中的除了所述第1部位之外的部位的至少一部分。利用所述第2模具进行偏心的偏心方向是与利用所述第1模具进行压下的压下方向和所述棒状构件的长度方向分别垂直的方向。
发明的效果
根据用于制造锻造曲轴的本发明的制造方法，能够抑制从进行偏心的第2部位向被压下而被保持着的第1部位的材料流动。因此，能够促进体积的分配，从而提高材料成品率。另外，本发明的制造方法能够使用压力机来实施。因此，能够抑制设备成本的增大。
附图说明
图1a是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的钢坯的示意图。
图1b是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的辊轧坯件的示意图。
图1c是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的弯曲坯件的示意图。
图1d是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的粗锻件的示意图。
图1e是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的精锻件的示意图。
图1f是表示以往的通常的锻造曲轴的制造工序中的曲轴的示意图。
图2a是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的压下开始时的纵剖视图。
图2b是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的压下结束时的纵剖视图。
图3a是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的压下结束时的俯视图。
图3b是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的偏心结束时的俯视图。
图4a是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的压下结束时的棒状构件的侧视图。
图4b是图4a所示的棒状构件的俯视图。
图4c是图4a的ivc-ivc剖视图。
图4d是图4a的ivd-ivd剖视图。
图5a是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例中的偏心结束时的棒状构件的侧视图。
图5b是图5a所示的棒状构件的俯视图。
图6a是表示使用第3模具的加工流程例中的压下开始时的纵剖视图。
图6b是表示使用第3模具的加工流程例中的压下结束时的纵剖视图。
图7a是表示使用第3模具的加工流程例中的压下结束时的俯视图。
图7b是表示使用第3模具的加工流程例中的偏心结束时的俯视图。
图8a是表示使用第3模具的加工流程例中的压下结束时的棒状构件的侧视图。
图8b是图8a所示的棒状构件的俯视图。
图9a是表示使用第3模具的加工流程例中的偏心结束时的棒状构件的侧视图。
图9b是图9a所示的棒状构件的俯视图。
图10a是表示利用楔机构的结构例中的压下前的横剖视图。
图10b是表示利用楔机构的结构例中的压下结束时的横剖视图。
图10c是表示利用楔机构的结构例中的第2模具动作时的横剖视图。
图11是表示由模锻步骤形成的粗锻件的一个例子的俯视图。
图12a是表示由本实施方式的制造方法制造的锻造曲轴的另一个例子的示意图。
图12b是表示在图12a所示的锻造曲轴的制造工序中被压下后的棒状构件的一个例子的示意图。
图12c是表示通过使图12b所示的棒状构件偏心而获得的坯件52的一个例子的示意图。
图13a是表示在图12a所示的锻造曲轴的制造工序中被压下后的棒状构件的另一个例子的示意图。
图13b是表示通过使图13a所示的棒状构件偏心而获得的坯件52的另一个例子的示意图。
图14a是表示由本实施方式的制造方法制造的锻造曲轴的另一个例子的示意图。
图14b是表示在图14a所示的锻造曲轴的制造工序中被压下后的棒状构件的一个例子的示意图。
图14c是表示通过使图14b所示的棒状构件偏心而获得的坯件52的另一个例子的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，举例来对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于以下说明的例子。
本实施方式的制造方法是锻造曲轴的制造方法。该锻造曲轴具备：成为旋转中心的多个轴颈部j；多个销部p，其相对于多个轴颈部j偏心；以及多个曲臂部a，其将多个轴颈部j和多个销部p相连。多个曲臂部a中的至少1个曲臂部a是具有配重部w的带配重的臂部aw。本实施方式的制造方法包括压下步骤和偏心步骤。
压下步骤是如下步骤：利用一对第1模具将棒状构件的长度方向上的局部即第1部位压下，从而使该第1部位的截面积减少。在第1部位被第1模具压下而被保持着的状态下，进行接下来的偏心步骤。
在压下步骤中被压下的棒状构件是成为锻造曲轴的材料的构件。该棒状构件能够使用上述的被称为钢坯的材料。
在压下步骤中，既可以第1部位仅被压下1次，也可以第1部位被压下多次(例如两次)。第1部位被压下两次的情况的一个例子如以下这样进行。首先，利用第1次的压下，将棒状构件的第1部位压下。利用该压下，使第1部位的截面沿着压下方向收缩，并且，沿着与压下方向和棒状构件的长度方向这两个方向垂直的方向伸长。在接下来的第2次的压下中，使棒状构件旋转90°而将第1部位再次压下。例如，在棒状构件的截面是圆形的情况下，由于第1次的压下，其截面成为椭圆状。在以椭圆状的截面的长轴方向成为铅垂方向(重力的方向)的方式配置的状态下进行第2次压下。通过如此进行两次压下，能够使第1部位的截面积大幅度减少。
偏心步骤是如下步骤：在利用第1模具保持着被压下的第1部位的状态下，利用第2模具使棒状构件的第2部位偏心。该第2部位是棒状构件中的除了第1部位之外的部位的至少一部分。即，棒状构件中的除了第1部位之外的部位的一部分或全部是第2部位。在一个例子中，将被第1部位夹着的部位全部设为第2部位。
利用第2模具进行偏心的偏心方向(偏心步骤中的偏心方向)是与利用第1模具进行压下的压下方向(压下步骤中的压下方向)和棒状构件的长度方向分别垂直的方向。根据该结构，能够不受第1模具、长度方向的材料移动的影响等地任意设定利用第2模具进行偏心的偏心量。在典型的一个例子中，在压下步骤中，使第1模具沿着铅垂方向移动，在偏心步骤中，使第2模具主要沿着水平方向移动。
第2部位也可以包括成为带配重的臂部aw的带配重的臂相当部awc。在带配重的臂部aw中，配重部w向与该带配重的臂部aw所相连的销部p相反的一侧偏心。配重部w的体积较大，因此，优选使成为带配重的臂部aw的带配重的臂相当部awc在偏心步骤中偏心。
在带配重的臂部aw中，配重部w向与带配重的臂部aw所相连的销部p相反的方向偏心。在第2部位包括带配重的臂相当部awc的情况下，本实施方式的制造方法也可以满足以下的条件(1)。只要根据以下的偏心步骤，之后的工序中的配重部w的形成就变得容易，能够提高材料成品率。
(1)在偏心步骤中，使第2部位向与配重部w的偏心方向相对应的方向偏心。
在此，“与配重部w的偏心方向相对应的方向”在之后未设置扭转工序的情况下等同于配重部w的偏心方向。另一方面，在之后设置扭转工序的情况下，“与配重部w的偏心方向相对应的方向”是指靠近配重部w的偏心方向那一侧的方向。
在第2部位包括带配重的臂相当部awc的情况下，本实施方式的制造方法也可以还满足以下的(2)和/或(3)的条件。
(2)第1部位包括成为轴颈部j的部位。
(3)第2部位包括成为销部p的销相当部和带配重的臂相当部awc。
在上述(2)的条件中，第1部位也可以包括全部的轴颈相当部。在该情况下，在偏心步骤中，能够不使轴颈相当部偏心地使第2部位偏心。
满足上述(3)的条件(例如(2)和(3)的条件)的制造方法也可以还满足以下的(4)和(5)的条件。
(4)在压下步骤中，利用一对第3模具将棒状构件的销相当部压下，从而使销相当部的截面积减少。
(5)在偏心步骤中，在利用第3模具保持着销相当部的状态下，利用第2模具一边使第3模具移动一边使销相当部偏心。
在包括配重部w的1个曲拐中，销部p和配重部w向相反的方向偏心。因此，在满足上述(3)的条件(例如(2)和(3)的条件)的制造方法中，在偏心步骤之后的工序中，需要使销相当部向与带配重的臂相当部相反的方向偏心。在该情况下，本实施方式的制造方法也可以满足以下的(6)和(7)的条件。
(6)本实施方式的制造方法在偏心步骤之后还包括模锻步骤，在该模锻步骤中，对通过偏心步骤形成的坯件进行模锻，从而形成粗锻件。
(7)在模锻步骤中，通过对第2部位进行模锻，使成为销部p的粗销部向与偏心步骤中的第2部位的偏心方向相反的方向形成。
在模锻步骤中形成的粗锻件具有与作为最终产品的锻造曲轴的形状大致相等的形状、或与作为最终产品的锻造曲轴的形状相近的形状。在实施上述(6)和(7)的模锻步骤的情况下，也可以在粗锻件形成飞边。在本实施方式的制造方法中，在偏心步骤中进行充分的体积分配。因此，即使是在上述模锻步骤中产生飞边的情况下，与以往的制造方法相比较，也能够减少飞边的量。
在满足上述(3)的条件(例如(2)和(3)的条件)的制造方法中，也可以使销相当部在除了模锻步骤以外的步骤中偏心。
以下，一边参照附图一边对本实施方式的锻造曲轴的制造方法的一个例子进行说明。以下说明的实施方式是例示，能够将以下的实施方式的构成的至少一部分置换成上述的构成。
1.制造工序例
作为本实施方式的制造方法的制造对象的锻造曲轴具备：成为旋转中心的轴颈部j；销部p，其相对于轴颈部j偏心；以及臂部a，其将轴颈部j和销部p相连。一部分臂部a或全部臂部a具备配重部w。本实施方式的制造方法能够以例如所述图1f所示的4汽缸-8个配重的曲轴为对象。另外，也能够以前述的4汽缸-4个配重的曲轴为对象。此外，也能够以搭载于3汽缸发动机、直列6汽缸发动机、v型6汽缸发动机或8汽缸发动机等的曲轴为对象。
本实施方式的锻造曲轴的制造方法包括压下步骤和偏心步骤。在压下步骤中，利用一对第1模具将棒状构件的长度方向上的局部(第1部位)压下，使该局部的截面积减少。在偏心步骤中，在利用第1模具保持着被压下的第1部位的状态下，利用第2模具使棒状构件的长度方向上的局部(第2部位)偏心。由此，能够促进棒状构件的体积的分配。压下步骤和偏心步骤的详细内容见后述。
本实施方式的由压下步骤和偏心步骤构成的加工相当于以往的制造工序的预成形，更具体而言，相当于由辊轧成形和弯曲锻造构成的预成形。辊轧成形和弯曲锻造利用不同的设备分别进行，但在本实施方式的制造方法中，由压下步骤和偏心步骤构成的加工如后述那样能够在单一的压力机内进行。
作为被加工件的棒状构件能够设为例如钢坯。或者，能够设为使长度方向上的局部的截面积减少而成的初始坯件。例如通过对钢坯实施辊轧成形等来获得该初始坯件。
在预成形之后，例如，与所述图1d～图1f所示的制造工序同样地，能够追加模锻工序和模锻切边工序，根据需要，能够在模锻切边工序之后追加整形工序。模锻工序能够由粗锻和精锻构成。此外，在需要调整销部的配置角度的情况下，在模锻切边工序之后追加扭转工序。这些工序均在热环境下连续进行。
或者，作为预成形的后工序，也可以追加利用wo2014/038183号公报(专利文献4)所记载的成形装置进行加工的工序。在专利文献4中提出从造形有曲轴的大致形状的粗坯料成形精锻用坯料的成形装置。作为该粗坯料，使用通过压下步骤和偏心步骤获得的坯件。在该情况下，也可以在利用上述的成形装置进行加工的工序之后追加精锻工序和模锻切边工序，也可以根据需要追加整形工序。这些工序均在热环境下连续地进行。
2.压下步骤和偏心步骤
一边参照附图一边对利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例进行说明。本加工流程例以4汽缸-8个配重的曲轴为对象。
图2a～图5b是表示利用压下步骤和偏心步骤的加工流程例的示意图。其中，图2a和图2b是纵剖视图，图2a表示压下开始时，图2b表示压下结束时。在图2a和图2b中示出棒状构件51(钢坯)和一对第1模具10，为了容易地理解附图，省略后述的第2模具。
图3a和图3b是俯视图，图3a表示压下结束时，图3b表示偏心结束时。在图3a和图3b中示出棒状构件51、坯件52、一对第1模具10中的第1上模11、以及第2模具20。为了容易地理解附图，在图3a和图3b中，对第1上模11和第2模具20分别标注剖面线。
图4a～图4d是表示压下结束时的棒状构件的示意图，图4a是侧视图，图4b是俯视图，图4c是ivc-ivc剖视图，图4d是ivd-ivd剖视图。另外，图5a和图5b是表示偏心结束时的棒状构件(坯件52)的示意图，图5a是侧视图，图5b是俯视图。在图5b的下侧，为了表示坯件52的各部位与锻造曲轴(最终产品)的各部位之间的对应关系，以假想线表示锻造曲轴1的形状。
在本加工流程例中，一对第1模具10由第1上模11和第1下模12构成。第1上模11被固定于压力机的上侧底板(未图示)，第1下模12被固定于压力机的下侧底板(未图示)。
利用这样的一对第1模具10将棒状构件51(钢坯)的长度方向上的局部压下，使第1部位51a(以下，也称为“压下部”)的截面积减少。在本加工流程例中，成为轴颈部的部位(轴颈相当部)和成为前部的部位(以下，也称为“前部相当部”)成为压下部51a(参照图5a和图5b)。
第1上模11和第1下模12为了将上述的压下部51a压下而分别具有凹状的模雕刻部。该模雕刻部的横截面形状是例如抛物线状或半椭圆状。
第1模具10的、棒状构件51的长度方向上的局部大幅度开放。更具体而言，第1模具10的与不被压下的部位(以下，也称为“非压下部”)相对应的范围开放。在本加工流程例中，与成为销部的部位(销相当部)和同该销相当部相连的1组带配重的臂相当部(成为具有配重部的臂部的部位)相对应的范围被开放。即，与曲拐相当部相对应的范围被开放。另外，与成为凸缘部的部位(以下，也称为“凸缘相当部”)相对应的范围也被开放。
在这些开放着的范围的至少一部分配置有第2模具20。利用该第2模具20，使棒状构件51中的被第2模具20压靠的第2部位51b(以下，也称为“偏心部”)偏心。该偏心部51b是非压下部中的至少一部分。在本加工流程例中，偏心部51b成为非压下部(凸缘相当部和曲拐相当部)中的曲拐相当部。另外，第2模具20能够沿着与利用第1模具10进行压下的压下方向和棒状构件51的长度方向分别垂直的方向(参照图3b的标注有剖面线的箭头)移动。
能够使用上述的第1模具10和第2模具20如以下这样进行压下步骤和偏心步骤。
随着压力机的动作，使第1上模11和第1下模12分开，将截面形状是圆形的棒状构件51载置于第1下模12上。此时，为了防止干涉棒状构件51，使第2模具20退避。
接下来，在压下步骤中，随着压力机的动作而使第1上模11下降，使棒状构件51与第1上模11抵接，开始利用第1模具10进行的压下(参照图2a)。若使第1上模11进一步下降，则由于第1模具10的压下，棒状构件51的长度方向上的局部(前述的压下部51a)的截面积减少。使第1上模11进一步下降而到达下止点，使压下结束(参照图2b和图3a)。其结果，压下部51a的截面形状从圆形状变形成扁平状(参照图4d)。
在压下部51a的截面积减少之际，压下部51a的材料不会作为飞边流出，而是向非压下部流动。因此，前述的非压下部的截面积增加，棒状构件51的体积被沿着长度方向分配(参照图4a～图4d)。
在偏心步骤中，通过将第1上模11的位置维持在下止点，利用一对第1模具10夹着保持棒状构件51的压下部51a。在该状态下，通过使第2模具20移动而压靠于棒状构件51(参照图3b)，使前述的偏心部51b偏心(参照图5b)。由此，能够促进体积的分配。如此一来，形成图5a和图5b所示的坯件52。
在偏心结束后，使第2模具20退避，并且，使第1上模11上升。在该状态下，将坯件52取出，向下一工序输送。
在能够采用这样的加工流程例的本实施方式的锻造曲轴的制造方法中，在压下步骤中，利用第1模具10使压下部51a的截面积减少，并且，在偏心步骤中，利用第2模具20使偏心部51b偏心。因此，能够促进体积的分配。
另外，在偏心步骤中，利用第1模具10保持棒状构件51的压下部51a，因此，能够抑制从偏心部51b向压下部51a的材料流动。因此，即使在压下步骤中使压下部51a的截面积大幅度减少，也能够防止偏心步骤中的折叠缺陷的产生。由此，也能够促进体积的分配。
如此，本实施方式的锻造曲轴的制造方法能够促进预成形时的体积分配，因此，能够在后工序的粗锻、精锻中减少飞边的流出，能够提高材料成品率。
如上所述，由一对第1模具10进行的压下能够利用压力机来实现。第2模具20的动作能够利用例如后述的楔机构或液压缸等来实现。因此，能够在压下步骤和偏心步骤中利用现有的压力机，不需要如横轧法那样特别的设备。因此，能够抑制设备成本的增大。
另外，如上述的加工流程例那样，能够在压力机的1个冲程(1次往复运动)内进行压下步骤和偏心步骤。因此，能够维持或提高制造效率，并且提高材料成品率。
如本加工流程例那样，优选的是，被第1模具压下的第1部位51a(压下部)包括轴颈相当部，利用第2模具进行偏心的第2部位51b(偏心部)包括销相当部和带配重的臂相当部。由此，能够在预成形中减少轴颈相当部的截面积，并且能够使曲拐相当部偏心。因此，能够进一步促进预成形时的体积分配。
在偏心部51b包括销相当部和带配重的臂相当部、即曲拐相当部的情况下，优选使偏心部51b向成为配重部的部位侧(销相当部的相反侧)偏心(参照图5b)。在此，在曲轴(最终产品)中，与销部的截面积相比，配重部的截面积较大的情况较多。在该情况下，只要使偏心部51b向成为配重部的部位侧偏心，就能够一边抑制销相当部的体积，一边确保成为配重部的部位的体积。其结果，能够提高材料成品率。
出于进一步促进预成形时的体积分配的观点考虑，更优选压下部51a包括前部相当部。在锻造曲轴具备无配重臂部的情况下，出于进一步促进预成形时的体积分配的观点考虑，更优选压下部51a包括成为无配重臂部的部位。
优选的是，在压下步骤中，利用一对第3模具将销相当部压下，使销相当部的截面积减少。在该情况下，在偏心步骤中，在利用第3模具保持着销相当部的状态下，利用第2模具一边使第3模具移动一边使销相当部偏心即可。一边参照附图一边对使用第3模具的情况的加工流程例进行说明。
图6a～图9b是表示使用第3模具的加工流程例的示意图。其中，图6a和图6b是纵剖视图，图6a表示压下开始时，图6b表示压下结束时。另外，图7a和图7b是俯视图，图7a表示压下结束时，图7b表示偏心结束时。与前述的图2a～图3b相比，在图6a～图7b中追加有一对第3模具30。为了容易地理解附图，在图7a和图7b中，对第1上模11、第2模具20和第3上模31分别标注剖面线。
图8a和图8b是表示使用第3模具的加工流程例中的压下结束时的棒状构件的示意图，图8a是侧视图，图8b是俯视图。另外，图9a和图9b是表示使用第3模具的加工流程例中的偏心结束时的棒状构件(坯件52)的示意图，图9a是侧视图，图9b是俯视图。
在本加工流程例中，一对第3模具30由第3上模31和第3下模32构成。第3上模31被保持于压力机的上侧底板(未图示)，第3下模32被保持于压力机的下侧底板(未图示)。由此，在压下步骤中，随着压力机的动作，能够利用第3模具30将销相当部51c从与利用第1模具10进行压下的压下方向相同的方向压下。第3上模31和第3下模32均被保持在能够沿着与利用第1模具10进行压下的压下方向和棒状构件51的长度方向分别垂直的方向(参照图7b的标注有剖面线的箭头)移动的状态。随着其移动，在偏心步骤中，使销相当部51c偏心。如此一来，形成坯件52。
第3上模31和第3下模32为了将销相当部51c压下而分别具有凹状的模雕刻部。该模雕刻部的横截面形状是例如抛物线状或半椭圆状。
在使用第3模具30的情况的压下步骤中，随着压力机的动作，使第3上模31与第1上模11一起下降，使第1上模11和第3上模31到达下止点(参照图6b和图7a)。此时，棒状构件51的压下部51a(轴颈相当部和前部相当部)被第1模具10压下，这些部位的截面积减少。此外，利用第3模具30将棒状构件51的销相当部51c压下，销相当部51c的截面积减少。其结果，棒状构件51的销相当部51c的截面形状与所述图4d所示的轴颈相当部同样地从圆形状变形成扁平状。
也可以不必使第1上模11和第3上模31同时下降。也可以是，例如第1上模11先下降到下止点之后，第3上模31下降。通过如此设置，具有对由于被第1上模11压下而被沿着轴向挤出的材料与被第3上模31压下而被挤出的材料相互干涉从而使所需载荷增加这样的情况进行抑制等效果。
在偏心步骤中，通过将第1上模11和第3上模31的位置维持在下止点，利用一对第1模具10保持棒状构件51的轴颈相当部和前部相当部，并且，利用一对第3模具30保持棒状构件51的销相当部51c。在该状态下，通过使第2模具20移动并压靠于棒状构件51，使偏心部51b(销相当部51c和带配重的臂相当部)偏心(参照图7b)。此时，销相当部51c被一对第3模具30保持，因此，第3模具30介于第2模具20与棒状构件51的销相当部51c之间。另外，随着第2模具20的压靠，一边使第3模具30移动，一边使棒状构件51的销相当部51c偏心。如此一来，形成坯件52。
只要如此使用一对第3模具30，就能够在使销相当部51c的截面积减少了的状态下，使销相当部51c偏心。另外，在偏心步骤中，利用一对第3模具来保持销相当部51c，因此，能够防止材料从带配重的臂相当部向销相当部51c流动。因此，能够进一步促进体积的分配。
第2模具20的动作能够利用例如后述的楔机构或液压缸等来实现。出于使第2模具与压力机的往复运动可靠地同步动作并且实现高速的动作的观点考虑，优选利用楔机构使第2模具动作。以下，一边参照附图一边对利用楔机构使第2模具动作的情况的结构例进行说明。
图10a～图10c是示意性地表示利用楔机构使第2模具动作的情况的结构例的横剖视图，图10a表示压下前，图10b表示压下结束时，图10c表示第2模具动作时。在图10a～图10c中示出压力机40的一部分、棒状构件51(钢坯)、一对第1模具10、第2模具20以及楔44。压力机40具备机座43、上下往复运动的上侧底板41、下侧底板42以及弹性构件45(例如弹簧)。下侧底板42借助弹性构件45而能够上下运动地保持于机座43。
第1模具10中的第1上模11被固定于上侧底板41，第1下模12被固定于下侧底板42。第2模具20以能够沿着与第1模具的压下方向垂直的方向(在本结构例中是水平方向)移动的状态被保持于下侧底板42。第2模具20的底面的一部分是倾斜面20a，该倾斜面20a的高度随着远离第1模具10而变高。楔44沿着上下方向延伸，该楔44的下端被固定于机座43。另外，楔44的上表面是倾斜面44a，该倾斜面44a的高度随着远离第1模具10而变高。
在采用这样的结构例的情况下，在压下步骤中，第1上模11随着上侧底板41的下降而下降。与此相伴，棒状构件51被一对第1模具10压下。弹性构件45的弹簧常数等基于在压下过程中施加于下侧底板42的载荷而被适当调整，因此，压下过程的弹性构件45并不怎么压缩。因此，在压下过程中下侧底板42几乎不下降，因此，第2模具20也几乎不沿着水平方向移动。
若使上侧底板41进一步下降，则第1上模11的分模面与第1下模12的分模面抵接，压下结束(参照图10b)。若在压下结束后使上侧底板41进一步下降，则施加于下侧底板42的载荷与压下过程相比大幅度增加。弹性构件45压缩(参照图10c)。与此相伴，第1上模11、第1下模12以及第2模具20下降。此时，第2模具20的倾斜面20a被推压于楔44的倾斜面44a，第2模具20沿着水平方向移动(参照图10c的标注有剖面线的箭头)。由此，第2模具20被压靠于棒状构件51，棒状构件51的局部偏心。只要如此采用楔机构，就能够随着上侧底板41的往复运动而使第2模具动作。
在使用前述的加工流程例和楔机构的结构例中，在由一对第1模具10进行的压下结束后，开始利用第2模具20进行的偏心。在本实施方式的锻造曲轴的制造方法中，也可以在由一对第1模具10进行的压下的最后阶段开始利用第2模具20进行的偏心。即，也可以在压下步骤的最后阶段开始偏心步骤。
于在压下步骤的最后阶段开始偏心步骤的情况下，优选将偏心步骤开始时的第1模具的移动距离设为75％以上且小于100％。在此，第1模具的移动距离是第1上模或第1下模中的一者相对于另一者相对移动的距离(mm)，将压下开始时设为0％，将压下结束时设为100％。只要偏心步骤开始时的第1模具的移动距离是75％以上，第1模具10对棒状构件51的保持就变得充分，且由第1上模11的模雕刻部和第1下模12的模雕刻部构成的模具空间充分变窄，因此，能够可靠地抑制从偏心部向压下部的材料流动。
在降低设备负荷的观点中，优选的是，与使用前述的加工流程例和楔机构的结构例同样地，在压下步骤结束后开始偏心步骤。其原因在于，同时需要利用第1模具压下的能量和用于使第2模具水平方向移动的能量，设备能力变大。
在使用前述的加工流程例和楔机构的结构例中，第2模具20中的与棒状构件51抵接的部位的形状设为平面状，其结果，在压下部51a与偏心部51b的边界形成台阶状的台阶s(参照图5b)。该台阶s的高度成为偏心部51b的偏心量。在本实施方式的锻造曲轴的制造方法中，在压下部51a与偏心部51b的边界也可以没有台阶s。即，也可以在压下部51a与偏心部51b的边界的周边使偏心量逐渐变化。例如，通过适当变更第2模具20(与棒状构件51抵接的部位)的形状，能够消除台阶s。
在前述的加工流程例中，使第2模具20沿着与利用第1模具10进行压下的压下方向和棒状构件51的长度方向分别垂直的方向(参照图3b和图7b的标注有剖面线的箭头)移动。第2模具20的移动方向，即，使棒状构件的偏心部51b偏心的方向根据例如锻造曲轴的形状(产品形状)适当设定即可。
也可以以上述的(7)的条件对通过上述的偏心步骤形成的坯件进行模锻。例如，也可以是，在模锻步骤中，通过对图5b所示的坯件52的第2部位(偏心部51b)进行模锻，成为销部p的粗销部向与偏心部51b的偏心方向相反的方向形成。将通过这样的模锻步骤形成的粗锻件53表示在图11中。图11是粗锻件53的俯视图，图11中的粗锻件53的配置方向与图5b中的坯件52的配置方向相同。
图11的粗锻件53是通过对图5b所示的坯件52进行模锻而获得的。粗锻件53包括与轴颈部j1～j5相对应的粗轴颈部j1’～j5’、与销部p1～p4相对应的粗销部p1’～p4’、与臂部a1～a8相对应的粗臂部a1’～a8’、与配重部w1～w8相对应的粗配重部w1’～w8’、与前部fr相对应的粗前部fr’、以及与凸缘部fl相对应的粗凸缘部fl’。在各曲拐中，粗销部的偏心方向与粗配重部的偏心方向相反。即，粗配重部的偏心方向与具有该粗配重部的粗臂部所相连的粗销部的偏心方向相反。
从坯件52形成粗锻件53的模锻能够通过会产生飞边b的通常的模锻来实施。在产生飞边b的情况下，也能够通过预先进行使材料向配重部w侧移动的偏心步骤，来提高材料成品率。通过将粗锻件53提供于预定的工序(例如，精锻工序和模锻切边工序)，能够获得图9b的虚线所示的锻造曲轴1。此外，也可以对图9b所示的坯件52同样地进行模锻。
在上述的例子中，图示了4汽缸-8个配重的锻造曲轴。如上所述，本实施方式的制造方法能够用于其他锻造曲轴的制造。例如，能够用于包括不具有配重部w的臂部a在内的锻造曲轴的制造方法。作为那样的例子，参照图12a～图12c对制造4汽缸-4个配重的锻造曲轴的一个例子进行说明。
图12a是4汽缸-4个配重的锻造曲轴1的俯视图。在图12a所示的锻造曲轴1中，臂部a1、a4、a5以及a8分别具有配重部w1、w4、w5以及w8。其他臂部不具有配重部，其截面是例如椭圆状。
在图12a所示的锻造曲轴1的制造中也进行上述的压下步骤和偏心步骤。图12b是与图4a相对应的侧视图，表示压下步骤结束时的棒状构件51的形状。在压下步骤中，第1部位(压下部51a)被压下。该一个例子中的压下部51a包括无配重臂相当部和轴颈相当部，也可以还包括销相当部的至少一部分。
在接下来的在偏心步骤中，如图12c所示，通过使第2部位(偏心部51b)偏心，形成坯件52。图12c是与图5b相对应的俯视图。该一个例子中的偏心部51b包括带配重的臂相当部。如此一来，获得用于制造锻造曲轴1(4汽缸-4个配重)的坯件52。
参照图13a～图13b对制造图12a所示的4汽缸-4个配重的锻造曲轴1的另一个例子进行说明。在该另一个例子中也进行上述的压下步骤和偏心步骤。
图13a是与图4a相对应的侧视图，表示压下步骤结束时的棒状构件51的形状。在压下步骤中，第1部位(压下部51a)被压下。该另一个例子中的第1部位包括无配重臂相当部和轴颈相当部的一部分，也可以还包括销相当部的至少一部分。该第1部位不包括轴颈相当部中的成为轴颈部j3的部分。
在接下来的在偏心步骤中，如图13b所示，通过使第2部位(偏心部51b)偏心，形成坯件52。图13b是与图5b相对应的俯视图。该另一个例子的偏心部51b包括带配重的臂相当部和成为轴颈部j3的轴颈相当部。如此一来，获得4汽缸-4个配重的锻造曲轴1的坯件52。
参照图14a～图14c对制造3汽缸-4个配重的锻造曲轴的一个例子进行说明。图14a是3汽缸-4个配重的锻造曲轴1的俯视图。在图14a所示的锻造曲轴1中，臂部a1、a2、a5以及a6分别具有配重部w1、w2、w5以及w6。臂部a3和a4不具有配重部，其截面是例如椭圆状。臂部a3与臂部a4之间的销部p2沿着与纸面垂直的方向偏心。
在图14a所示的锻造曲轴1的制造中，也进行上述的压下步骤和偏心步骤。图14b是与图4a相对应的侧视图，表示压下步骤结束时的棒状构件51的形状。在压下步骤中，第1部位(压下部51a)被压下。该一个例子中的压下部51a包括无配重臂相当部、被无配重臂相当部夹着的销相当部、以及轴颈相当部。
在接下来的偏心步骤中，如图14c所示，通过使第2部位(偏心部51b)偏心，形成坯件52。图14c是与图5b相对应的俯视图。该一个例子的偏心部51b包括带配重的臂相当部和被带配重的臂相当部夹着的销相当部。如此一来，获得3汽缸-4个配重的锻造曲轴1的坯件52。
产业上的可利用性
本发明能够有效地利用于搭载于往复发动机的锻造曲轴的制造。
附图标记说明
1、锻造曲轴；10、第1模具；11、第1上模；12、第1下模；20、第2模具；20a、倾斜面；30、第3模具；31、第3上模；32、第3下模；40、压力机；41、上侧底板；42、下侧底板；43、机座；44、楔；44a、倾斜面；45、弹性构件；51、棒状构件；51a、第1部位(压下部)；51b、第2部位(偏心部)；51c、成为销部的部位(销相当部)；52、坯件；a、a1～a8、曲臂部；b、飞边；j、j1～j5、轴颈部；p、p1～p4、销部；fr、前部；fl、凸缘部；w、w1～w8；配重部。