三汽缸发动机用锻造曲轴的精锻用坯料的成形装置及使用该成形装置的三汽缸发动机用 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用热锻造制造三汽缸发动机用的曲轴（以下，也称作"锻造曲 轴"）的技术。特别是涉及在该锻造曲轴的制造过程中供成形供造形锻造曲轴的最终形状 的精锻用的精锻用坯料的成形装置、以及包括使用了该成形装置的预成形工序的三汽缸发 动机用锻造曲轴的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在以轿车为首的机动二轮车、农业机械等的发动机中，为了将活塞的往复运动转 换为旋转运动并取出动力而需要曲轴。曲轴大致区分为利用锻造制造的曲轴和利用铸造制 造的曲轴，但是大量使用强度和刚性优异的前者的锻造曲轴。近年来，为了提高燃油效率和 应对排气限制，发动机排气量的规模缩小化加速，三汽缸发动机引起了关注。
[0003] 通常，三汽缸发动机用的锻造曲轴以截面呈圆形或方形且在整个长度上截面积恒 定的钢坯为原材料，依次经过预成形、模锻、模锻切边以及整形各工序而制造。预成形工序 包括辊轧成形和弯曲锻造（也通称作"压扁"）的各工序，模锻工序包括粗锻和精锻的各工 序。
[0004] 图1是用于对以往的通常的三汽缸发动机用锻造曲轴的制造工序进行说明的示 意图。图1所例示的曲轴1搭载于三汽缸发动机，包括四个轴颈部Jl~J4、三个销部Pl~ P3、前端部Fr、凸缘部Fl以及分别将轴颈部Jl~轴颈部J4和销部Pl~销部P3相连的六 个曲臂部（以下，也简称为"臂部"）A1~A6,该曲轴1是在六个臂部Al~A6中的、与两端 的第1销部P1、第3销部P3相连的第1臂部A1、第2臂部A2以及第5臂部A5、第6臂部 A6上具有平衡配重的三汽缸一四个配重的曲轴。以下，在分别统称轴颈部Jl~轴颈部J4、 销部Pl~销部P3以及臂部Al~臂部A6时，其附图标记记为：轴颈部为"J"，销部为"P"， 臂部为"A"。
[0005] 在图1所示的制造方法中，如以下那样制造锻造曲轴1。首先，在利用感应加热炉、 气体气氛加热炉对预先已切割为预定长度的图1的（a)所示的钢坯2进行加热之后，进行 辊轧成形。在辊轧成形工序中，利用例如孔型辊轧制钢坯2而使钢坯2缩径并且将其体积 分配在长度方向上，从而使成为中间坯料的辊轧坯件103成形（参照图1的（b))。接下来， 在弯曲锻造工序中，对利用辊轧成形而获得的辊轧坯件103从与长度方向成直角的方向局 部冲压下压而将该辊轧坯件103的体积分配，使成为中间坯料的弯曲坯件104进一步成形 (参照图1的（C))。
[0006] 接下来，在粗锻工序中，使用上下一对模具对通过弯曲锻造而获得的弯曲坯件104 进行锻压，使被造形成曲轴（最终锻造产品）的大致的形状的锻造件105成形（参照图1的 (d))。而且，在精锻工序中，提供通过粗锻而获得的粗锻件105,使用上下一对模具对粗锻件 105进行锻压，使被造形成与曲轴一致的形状的锻造件106成形（参照图1的（e))。在进 行这些粗锻和精锻时，剩余材料作为飞边自互相相对的模具的模具分割面之间流出。因此， 粗锻件105、精锻件106在已被造形的曲轴的周围分别带有较大的飞边105a、106a。
[0007] 在模锻切边工序中，从上下利用模具将通过精锻而获得的带有飞边106a的精锻 件106进行保持，并且利用刀具类模将飞边106a冲切去除。由此，如图1的（f)所示，获得 锻造曲轴1。在整形工序中，对去除了飞边的锻造曲轴1的重要部位、例如轴颈部J、销部P、 前端部Fr、凸缘部Fl等这样的轴部自上下利用模具略微冲压、根据情况对臂部A自上下利 用模具略微冲压，而矫正为期望的尺寸形状。如此，制造锻造曲轴1。
[0008] 图1所示的制造工序并不限定于例示的三汽缸一四个配重的曲轴，即使是在全部 六个臂部A上都具有平衡配重的三汽缸一六个配重的曲轴，制造工序也相同。另外，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，可增加扭转工序。
[0009] 另外，在这样的制造方法中，由于大量产生无法成为产品的不需要的飞边，因此成 品率降低是不可否认的。因此，以往，在制造锻造曲轴的基础上，尽量抑制飞边的产生、实现 成品率的提高的事情成为至上的问题。作为应对该问题的现有技术有下述的技术。
[0010] 例如，在专利文献1中，公开有如下的制造曲轴的技术：相当于曲轴的轴颈部和销 部的部分分别以缩颈而得的带有阶梯的圆棒作为坯料，分别用冲模把持中间隔有相当于销 部的部分的一对相当于轴颈部的部分，自该状态，通过使两冲模在轴向上靠近而对圆棒坯 料施加压缩变形、并且在与轴向成直角的方向上将冲头向相当于销部的部分按压而使相当 于销部的部分偏心、跨越全部的曲柄行程地依次重复上述动作，从而造形成轴颈部和销部， 臂部也相应地进行造形。
[0011] 另外，在专利文献2中，公开了如下的制造曲轴的技术：将单纯的圆棒作为坯料， 分别用固定模保持该圆棒坯料的两端部中的一端部、用可动模保持该圆棒坯料的两端部中 的另一端部，并且分别用轴颈模保持圆棒坯料的相当于轴颈部的部分、用销模保持相当于 销部的部分，自该状态，通过使可动模、轴颈模和销模朝向固定模沿着轴向移动而对圆棒坯 料施加压缩变形、同时使销模沿着与轴向成直角的偏心方向移动而使相当于销部的部分偏 心，从而造形成轴颈部和销部，臂部也相应地进行造形。
[0012] 在专利文献1、2中所公开的技术中，由于任意一者都不产生飞边，因此能够期待 成品率的显著提高。
[0013] 现有抟术f献
[0014] 专利f献
[0015] 专利文献1 :日本特开2008 - 155275号公报
[0016] 专利文献2 :日本特开2011 - 161496号公报
【发明内容】
[0017] 发明要解决的问题
[0018] 如上所述，所述专利文献1、2所公开的技术将圆棒的坯料立刻成形为曲轴形状。 然而，由于锻造曲轴被要求高强度和高刚性，因此该坯料难以变形。因此，实际能够制造的 曲轴的臂部的厚度不得不变厚、销部的偏心量也不得不变小，该曲轴被限定成相对较平缓 的曲轴形状。而且，臂部的形状被限定成全部没有平衡配重的简单的形状。
[0019] 另外，在所述专利文献1、2所公开的技术中，通过伴随着圆棒坯料的轴向的压缩 变形而进行的沿着与轴向成直角的方向的自由膨胀和伴随着圆棒坯料的相当于销部的部 分的偏心移动而进行的拉伸变形来对臂部进行造形。因此，臂部的轮廓形状往往变得不定 形，无法确保尺寸精度。
[0020] 本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于，为了成品率良好地、且无论其形状 如何都以较高的尺寸精度制造三汽缸发动机用的锻造曲轴，而提供一种在锻造曲轴的制造 过程中以实施对该锻造曲轴的最终形状进行造形的精锻为前提、用于成形供该精锻用的精 锻用坯料的成形装置。另外，本发明的其他目的在于提供一种能够成品率良好地、且无论其 形状如何都以较高的尺寸精度制造三汽缸发动机用的锻造曲轴的制造方法。
[0021] 用于解决问题的方案
[0022] 本发明为了解决上述问题，其主旨在于下述（1)和（2)所示的三汽缸发动机用锻 造曲轴的精锻用坯料的成形装置、以及下述（3)~（6)所示的三汽缸发动机用锻造曲轴的 制造方法。
[0023] 作为本发明的一实施方式的成形装置在制造三汽缸发动机用的锻造曲轴的过程 中用于成形精锻用坯料，该精锻用坯料供造形锻造曲轴的最终形状的精锻用，并且，
[0024] 该成形装置自粗坯料来成形精锻用坯料，其中，该粗坯料分别造形有：轴向的长度 与锻造曲轴的轴颈部的轴向的长度相同的粗轴颈部、轴向的长度与锻造曲轴的销部的轴向 的长度相同的粗销部、以及轴向的厚度比锻造曲轴的曲臂部的轴向的厚度厚的粗曲臂部， 该成形装置具有以下结构。
[0025] (1)粗坯料的粗销部的与轴向成直角的方向的偏心量形成得比锻造曲轴的销部的 偏心量小，
[0026] 作为本发明的一实施方式的成形装置包括下述基准销模、可动销模以及轴颈模。
[0027] 基准销模配置于粗销部中的一个粗销部的位置，且贴紧（日文：宛汾打札§ )于该 粗销部，并且接触于与该粗销部相连的粗曲臂部的侧面，且被限制了轴向的移动，能沿着与 轴向成直角的方向移动。
[0028] 可动销模分别配置于除贴紧有基准销模的粗销部以外的粗销部的位置，且分别贴 紧于该粗销部，并且分别接触于与该粗销部相连的粗曲臂部的侧面，且能沿着朝向基准销 模的轴向和与轴向成直角的方向移动。
[0029] 轴颈模分别配置于粗轴颈部的位置，且分别以从与轴向成直角的方向夹入该粗轴 颈部的方式保持该粗轴颈部，并且分别接触于与该粗轴颈部相连的粗曲臂部的侧面，且能 朝向基准销模沿着轴向移动。
[0030] 该成形装置构成为：自以用轴颈模夹入粗轴颈部的方式保持粗轴颈部、将基准销 模和可动销模贴紧于粗销部的状态起，使轴颈模沿着轴向移动，并且使可动销模沿着轴向 移动并沿着与轴向成直角的方向移动，同时使基准销模沿着与轴向成直角的方向移动，从 而在轴向上挤压粗曲臂部而使粗曲臂部的厚度减小至锻造曲轴的曲臂部的厚度，并且在与 轴向成直角的方向上按压粗销部而使粗销部的偏心量增加至锻造曲轴的销部的偏心量。
[0031] 在上述（1)的成形装置中，优选的是，构成为，所述基准销模和所述可动销模包含 配置在各个所述粗销部的与贴紧有所述基准销模和所述可动销模的侧相反的外侧的辅助 销模，伴随着所述轴颈模、以及所述可动销模和与该可动销模成对的所述辅助销模沿着轴 向的移动，在所述轴颈模与所述基准销模、所述可动销模以及所述辅助销模之间的间隙闭 合之后，控制所述销模沿着与轴向成直角的方向的移动，以使按压变形的所述粗销部到达 所述辅助销模。
[0032] 该成形装置的情况下，优选的是，构成为，将所述基准销模和所述可动销模沿着与 轴向成直角的方向的总移动距离设为100%时，在与该销模相邻的所述轴颈模沿着轴向的 移动完成的时刻，该销模沿着与轴向成直角的方向的移动距离为总移动距离的90%以下， 之后该销模沿着与轴向成直角的方向的移动完成。
[0033] 另外，在上述（1)的成形装置中，优选的是，构成为，所述基准销模、所述可动销模 以及所述轴颈模安装于能够在沿着与轴向成直角的方向的方向上进行压下的压力机，伴随 着压力机进行压下，所述轴颈模以夹入所述粗轴颈部的方式保持所述粗轴颈部，并且伴随 着所述基准销模和所述可动销模贴紧于所述粗销部并且使压力机在该状态下继续进行压 下，所述轴颈模分别在楔块机构的作用下沿着轴向移动，同时所述可动销模伴随着该轴颈 模的移动分别沿着轴向移动。
[0034] 该成形装置的情况下，优选的是，所述楔块机构的楔块角度在各个所述轴颈模处 互不相同。而且，优选的是，构成为，所述基准销模和所述可动销模与液压缸相连结，并在该 液压缸的驱动作用下沿着与轴向成直角的方向移动。
[0035] (2)粗坯料的粗销部中的、两端的第1粗销部、第3粗销部的与轴向成直角的方向 的偏心量在彼此相反的方向上形成得比锻造曲轴的销部的偏心量的W/2小，中央的第2粗 销部的与轴向成直角的方向的偏心量形成为零、或者在与第1粗销部、第3粗销部的偏心方 向正交的方向上形成得与锻造曲轴的销部的偏心量相同，
[0036] 作为本发明的一实施方式的成形装置包括下述基准销模、可动销模以及轴颈模。
[0037] 基准销模，其配置于第2粗销部的位置，且贴紧于该粗销部，并且接触于与该粗销 部相连的粗曲臂部的侧面，且被限制了轴向的移动。
[0038] 可动销模，其分别配置于第1粗销部、第3粗销部的位置，且分别贴紧于该粗销部， 并且分别接触于与该粗销部相连的粗曲臂部的侧面，且能沿着朝向基准销模的轴向和与轴 向成直角的方向移动。
[0039] 轴颈模，其分别配置于粗轴颈部的位置，且分别以从与轴向成直角的方向夹入该 粗轴颈部的方式保持该粗轴颈部，并且分别接触于与该粗轴颈部相连的粗曲臂部的侧面， 且能朝向基准销模沿着轴向移动。
[0040] 该成形装置构成为：自以用轴颈模夹入粗轴颈部的方式保持粗轴颈部、将基准销 模和可动销模贴紧于粗销部的状态起，使轴颈模沿着轴向移动，并且使可动销模沿着轴向 移动并沿着与轴向成直角的方向移动，从而在轴向上挤压粗曲臂部而使粗曲臂部的厚度减 小至锻造曲轴的曲臂部的厚度，并且在与轴向成直角的方向上相互向相反方向按压第1粗 销部、第3粗销部而使第1粗销部、第3粗销部的偏心量增加至锻造曲轴的销部的偏心量的
[0041] (3) -种制造三汽缸发动机用的锻造曲轴的方法，其中，该制造方法包括下述第1 预成形工序、下述第2预成形工序以及下述精锻工序的一系列工序。
[0042] 在第1预成形工序中，作为向上述（1)的成形装置提供的所述粗坯料，造形如下的 粗坯料：所述粗销部中的、两端的第1粗销部、第3粗销部的与轴向成直角的方向的偏心量 在彼此相反的方向上形成得与锻造曲轴的销部的偏心量的士/2相同、且中央的第2粗销部 的与轴向成直角的方向的偏心量在与第1粗销部、第3粗销部的偏心方向正交的方向上形 成得比锻造曲轴的销部的偏心量小。
[0043] 在第2预成形工序中，使用上述（1)所述的成形装置，作为所述精锻用坯料，成形 包含销部的配置角度在内被造形成锻造曲轴的最终形状的精锻用坯料。
[0044] 在精锻工序中，对所述精锻用坯料进行精锻，成形包含销部的配置角度在内被造 形成锻造曲轴的最终形状的精锻件。
[0045] (4) -种制造三汽缸发动机用的锻造曲轴的方法，其中，该制造方法包括下述第1 预成形工序、下述第2预成形工序、下述精锻工序以及下述扭转工序的一系列工序。
[0046] 在第1预成形工序中，作为向上述（1)的成形装置提供的所述粗坯料，造形如下的 粗坯料：所述粗销部中的、两端的第1粗销部、第3粗销部的与轴向成直角的方向的偏心量 在相同的方向上形成得比锻造曲轴的销部的偏心量小、且中央的第2粗销部的与轴向成直 角的方向的偏心量在与第1粗销部、第3粗销部的偏心方向相反的方向上形成得比锻造曲 轴的销部的偏心量小。
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