曲轴及其制造方法

专利名称：曲轴及其制造方法
技术领域：
本发明涉及曲轴及其制造方法，特别涉及到在曲轴的曲轴销部形成中空状的孔部的技术。
背景技术：
内燃机例如具备图10所示的曲轴10。曲轴10具备轴颈部11，在轴颈部11上通过臂部12连结有跟该轴颈部11平行的曲轴销部13。在臂部12形成有配重部12A，配重部 12A的相对于轴颈部11的形成位置是与曲轴销部13的连接部位相反一侧。在轴颈部11形成有向轴颈部11的表面供给机油的轴颈用贯通孔21。在曲轴销部 13形成有向曲轴销部13的表面供给机油的销用贯通孔22。轴颈用贯通孔21和销用贯通孔22由油流路23连接。轴颈用贯通孔21内的机油通过油流路23而从销用贯通孔22供给到曲轴销部13表面。另外，标号M是堵塞油流路23的开口的旋塞24。对于这样的曲轴10，从提高燃料消耗率的观点出发，提出有用于实现轻量化的各种技术。例如，提出有在臂部12的曲轴销部13和轴颈部11侧表面整体形成凹槽的方案 (例如专利文献1)。此外，还提出有在曲轴销部13形成中空状的孔部的方案。在该情况下， 由于中空状的孔部的形成是局部性地进行的，因此对曲轴10的刚性的影响较小，因此在曲轴销部13形成孔部是优选的。为了形成这样的中空状的孔部，提出有使用向与压力机压头的移动方向垂直的方向移动的侧方成型用冲头的锻造装置的方案(例如专利文献幻。在该技术中，由于无法同时形成多个孔部，因此需要在孔部的形成部位准备所对应的模具来一个一个地进行孔部的形成，因此非常麻烦。根据这样的理由，在修正成型后，不将图11所示的曲轴10配置到封闭空间中而形成中空状的孔部。具体来说，例如在曲轴10中形成孔部的情况下，如图12所示，使一方的臂部12 (图11最右侧的臂部12)的一个面与下模1 (图中斜线部)抵接，并将冲头2从由曲轴销部13连结的另一方的臂部12的上表面侧向曲轴销部13插入。在该情况下，存在在臂部12 (图11最右侧的臂部12)的一个面的与下模1抵接的抵接部处残留抵接痕迹的情况。在机动车发动机等内燃机中，使用经由连杆而将活塞的往复运动转换为旋转运动的曲轴。曲轴具备轴颈部，在轴颈部上通过臂部连结有跟该轴颈部平行的曲轴销部。在臂部形成有配重部，配重部的相对于轴颈部的形成位置是与曲轴销部的连接部位相反一侧。曲轴主要通过采用了可分割的上下模的锻造来制造。在锻造中，将实施过加热处理的坯料放入锻造压力机，并使用锻造压力机内的各种上下模对坯料进行各种成型，从而得到曲轴。在机动车中，为了提高燃料消耗率而要求发动机的轻量化，因此要实现发动机中采用的曲轴的轻量化。在曲轴的轻量化中，主要采用以下技术通过曲轴的坯料的材质变更和硬化处理来实现坯料强化，进行坯料的细轴化。在该技术中，在上述锻造中，作为曲轴的材质，主要采用碳素钢和一部分特种钢等，并根据需要进行局部性的高频淬火、氮化等热处理。取代这样的使中空状态的曲轴细轴化的技术，提出有使曲轴销部或轴颈部的内部中空化的技术。在曲轴的中空化技术中，在机油通道以外的部位沿轴线方向形成中空部，该中空曲轴比实心曲轴重量显著减轻。作为中空化技术，存在通过采用钻头的钻孔在曲轴销部形成中空状的孔部的技术。在该技术中，孔部的形状为圆形形状或者椭圆形状，然而在孔部的形状复杂的情况下， 由于钻孔使用各种钻头且加工时间增长，因此必然会使孔部的形状自由度减小。因此，可考虑通过锻造进行曲轴的中空化。在现有的锻造装置中，是在上下模可分割的形态下进行零部件设计的，因孔部形成而产生的材料难以除去，因此考虑进行侧方成型。例如在专利文献2的锻造装置中，通过使用与压力机压头联动的凸轮机构，使侧方成型用冲头向与压力机压头的移动方向垂直的方向移动，从而在曲轴销部形成中空状的孔部。在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-114131号公报专利文献2 日本实开昭61-143727号公报

发明内容
发明所要解决的课题以上所述的利用冲头2的插入的孔部13A、13B的形成是独立地进行的，不过在该情况下，在形成孔部13A时，如图12(A)所示地，在从与轴颈部11平行的方向插入冲头2的情况下，轴颈部11的上侧部分随着冲头2的插入而向下侧变形。并且，在形成孔部13B时， 会与跟臂部12相邻的部分发生干涉，因此无法进行冲头2的插入。此外，如图12⑶所示，在使轴颈部11和臂部12的配重部12A的外周部与下模1 抵接，并从与轴颈部11垂直的方向进行冲头2的插入的情况下，由同一个曲轴销部13连结的臂部12向下侧变形。此外，如图12(C)所示，在使下模1倾斜预定角度并使轴颈部11和臂部12的配重部12A的外周部与下模1抵接，并从相对于轴颈部11呈预定角度的方向进行冲头2的插入的情况下，不仅由同一个曲轴销部13连结的臂部12向下侧变形，而且该配重部12A也发生向下模1的倾斜方向的歪斜变形。如上所述，在图12㈧ (C)所示的方法中，由于曲轴10的臂部12和曲轴销部13 的除与下模1抵接的部分以外的部分是自由的，因此在这些部分会发生变形。此外，在该情况下，对于曲轴销部13，在孔部13A、i;3B的开口端面处会发生曲轴销部13的轴向的面收缩， 在孔部13A、13B的开口缘部产生毛刺。因此，曲轴10无法得到预定的尺寸精度，且需要追加毛刺去除工序、以及在臂部12的配重部12A大量地形成多个孔部(图示省略)等大幅度的平衡修正，导致制造成本增加。此外，在孔部13A、i;3B发生变形的情况下，会在形成孔部 13A、i;3B后进行的、在曲轴销部13中加工油流路23 (仅在图10中示出)时产生不良情况。
因此，本发明的目的在于提供一种曲轴及其制造方法，当然能够通过在曲轴销部形成孔部来实现轻量化，而且能够防止由孔部形成所引起的曲轴的尺寸精度和产品强度的降低。
此外，在曲轴销部，由于是在形成孔部后加工从轴颈部的轴颈用贯通孔向曲轴销部表面供给机油的油流路，因此孔部的形成要避免与油流路的加工预定位置交叉地进行。 供给到曲轴的滑动部的机油的粘性因内燃机高负载运转时燃烧室周围的高温化而降低，存在着在滑动部发生烧结的可能。因此，虽然利用机油冷却装置冷却机油，但是冷却效果并不充分。因此，本发明的目的在于提供一种能够防止在曲轴的滑动部发生烧结的曲轴及其制造方法。用于解决课题的手段本发明的曲轴的特征在于，在曲轴销部的两侧具有孔部，一方的孔部与另一方的孔部相比，底面的面积大，且距曲轴销部的表面形成得浅。本发明的曲轴通过如下的曲轴的制造方法得到。即，本发明的曲轴的制造方法的特征在于，预成型具备曲轴销部的曲轴，在由能够分割的上模和下模构成的模具的腔体内配置曲轴的预成型品并锻造预成型品，在预成型中，将曲轴的预成型品的形状成型得比模具的腔体的形状小，在锻造中，通过向曲轴销部的两侧同时插入冲头，从而在曲轴销部形成孔部的同时，向腔体内填充预成型品的材料，在形成孔部时，将一方的孔部设定为与另一方的孔部相比，底面的面积大，且距曲轴销部的表面浅。在本发明的曲轴的制造方法中，使用由能够分割的上模和下模构成的模具对曲轴的预成型品进行锻造。在该情况下，将曲轴的预成型品成型为比在锻造中使用的上述模具的腔体的形状小。在锻造中，通过将冲头向曲轴销部中插入，从而向模具内填充成型品的材料，因此通过将模具的腔体设定为与曲轴的目标形状对应的形状，能够通过锻造得到曲轴的目标形状。这样，当然能够通过在曲轴销部形成中空状的孔部来实现轻量化，并且由于在封闭空间内填充材料来进行锻造，因此能够提高曲轴的尺寸精度。在此，在本发明的曲轴的制造方法中，在封闭空间内的锻造中，向曲轴销部的两侧同时插入冲头，因此能够防止在以往的孔部形成中发生的孔部的变形(通过插入另一方的冲头而形成孔部时在一方的已形成孔部附近部位产生面收缩和毛刺)。由此，能够进一步提高尺寸精度。因此，能够防止因在配重部形成多个孔部等平衡修正的增大引起的制造成本增加。此外，在像上述那样在曲轴销部形成孔部后，加工连结曲轴销部中央部的曲轴销部用孔部和臂部之间的轴颈部中央部的轴颈部用孔部的油流路的情况下，在形成孔部时， 将一方的孔部设定为与另一方的孔部相比，底面的面积大，且距曲轴销部的表面的深度浅，因此通过根据油流路适当配置这种形状不同的孔部，从而能够以最短直线距离形成机油供给充分的油流路。此外，在该情况下，如上所述，在形成孔部时未发生变形，因此油流路的加工不会产生不良情况。通过如上所述地得到的本发明的曲轴，当然能够通过在曲轴销部形成孔部来实现轻量化，并且提高了尺寸精度，由此旋转平衡变得良好，且提高了产品强度。本发明的曲轴的制造方法能够采用各种结构。例如，在锻造中的预成型品的配置中，可以将预成型品与模具的腔体之间的间隙的最大长度设定为超过Omm且为0. 5mm以下。 在该情况下，在预成型品与模具的腔体之间，沿预成型品的表面形成间隙(空隙)，而间隙的最大长度指的是在该间隙中预成型品的表面与模具的腔体面之间的距离为最大的部位的间隔。在该形态下，能够可靠地进行曲轴的脱模，且能够防止在锻造时曲轴的配重部的歪斜变形。此外，本发明的曲轴的特征在于具备曲轴销部、形成于曲轴销部的表面的中空状的孔部、以及形成于曲轴销部的内部的油流路，孔部的最靠近油流路的一个面与油流路大致平行地延伸。在本发明的曲轴中，孔部的最靠近油流路的一个面与油流路大致平行地延伸，因此这个面与油流路之间的壁部变薄，且连结曲轴销部的臂部的表面积变大。因此，提高了臂部的散热性，因而即使是在内燃机的高负载运转时的燃烧室周围达到高温的情况下，也能够使在油流路中流通的机油的温度降低。其结果是，能够实现机油粘性的提高，因此能够防止在曲轴的滑动部发生烧结。本发明的曲轴的制造方法是制造本发明的曲轴的方法。即，本发明的曲轴的制造方法为具备曲轴销部和形成于曲轴销部的内部的油流路的曲轴的制造方法，其特征在于， 在曲轴销部的表面形成中空状的孔部，在曲轴销部内部避开孔部而加工油流路，在形成孔部时，将孔部的形状设定为孔部的最靠近所述油流路的一个面与油流路大致平行地延伸。本发明的曲轴的制造方法能够得到与本发明的曲轴相同的效果。为了提高各种特性，本发明的曲轴的制造方法可以采用各种结构。例如，可以通过锻造成型来形成孔部。在该情况下，优选孔部的形状如下所述地设定。即，将孔部的形状设定为，在曲轴销部的包含轴颈部的轴线的截面中，将孔部的截面面积分为两部分的直线通过曲轴销部的轴颈部侧表面。在上述形态中，孔部的形成是通过锻造成型进行的，因此与机械加工不同，能够防止在孔部的开口缘形成棱边，所以无需用于防止应力集中的通过手工作业进行的研磨工序。因此，能够减少制造工序数。此外，沿孔部的形状重新生成纤维流(fiber flow)，所以与通过机械加工得到的钻孔产品相比，耐磨损性提高了。在这样的锻造成型中，将孔部的形状设定为在曲轴销部的包含轴颈部的轴线的截面中，将该截面面积分为两部分的直线通过曲轴销部的轴颈部侧表面，从而能够使曲轴销部的轴颈部侧表面的组织细化，能够提高疲劳强度。曲轴销部的轴颈部侧是内燃机运转时应力集中的部位，因此如上所述地实现疲劳强度的提高是重要的。发明效果根据本发明的曲轴或其制造方法，通过在曲轴销部形成中空状的孔部当然能够实现轻量化，并且由于能够提高曲轴的尺寸精度，因此能够防止由于在配重部形成多个孔部等平衡修正的增加引起制造成本增加。此外，能够确保最短直线距离的油流路，并且其加工不会发生不良情况。此外，根据本发明的曲轴或其制造方法，臂部的散热性提高了，因此能够降低在油流路流通的机油的温度，其结果是，能够得到能够防止曲轴的滑动部发生烧结等的效果。


图1是表示在本发明涉及的一个实施方式的曲轴的制造方法中使用的锻造装置的示意图，是表示锻造装置的下模的立体图。
图2是用于说明根据本发明涉及的一个实施方式的曲轴的制造方法形成孔部的图。图3是表示在本发明涉及的一个实施方式的曲轴的制造方法中使用的锻造装置的示意图，是表示锻造装置的概要结构的沿图1的A-A’线的侧剖视图。图4是用于说明本发明涉及的一个实施方式的曲轴的制造方法的示意图。图5表示本发明涉及的一个实施方式的曲轴的概要结构，图5㈧是曲轴的侧剖视图，图5(B)是曲轴销部的一侧的孔部的底面图，图5(C)是曲轴销部的另一侧的孔部的底面图。图6是用于说明曲轴的制造方法的比较形态的问题点的图。图7(A) (C)是表示曲轴的制造方法中的曲轴的预成型品相对于模具的各种配置状态的侧剖视图。图8(A)、(B)是用于说明曲轴的制造方法的比较形态中产生的歪斜变形的图。图9是表示在实施例中得到的间隙量与歪斜量之间的关系的图表。图10是表示现有的曲轴的概要结构的侧剖视图。图11是表示现有的曲轴的概要结构的立体图。图12㈧ (C)是用于说明在曲轴销部形成孔部的现有方法的图。图13是表示本发明涉及的一个实施方式的曲轴的结构的侧剖视图。图14是表示图13所示的曲轴的曲轴销部的放大结构的侧剖视图。图15㈧、⑶是表示形成于图13所示的曲轴销部的孔部的结构的主视图。图16是用于说明通过形成孔部达到的轻量化所产生的效果的臂部的概要结构图。图17(A) (C)是表示通过各种方法形成的孔部的形状的剖视图。图18㈧ (C)是通过各种方法形成的孔部的形状的实验例或比较实验例的照片。图19是表示在适当地设定曲轴的坯料的体积的情况下所形成的孔部的实验例的照片。图20表示形成于锻造曲轴的纤维流，图20(A)是机械加工前的锻造曲轴中的纤维流的示意图，图20(B)是机械加工后的锻造曲轴中的纤维流的示意图。图21是通过锻造在锻造曲轴中形成的孔部附近的纤维流的示意图。图22是表示通过锻造形成了孔部的锻造曲轴的状态的照片，图22 (A)是表示包括孔部的臂部的状态的照片，图22(B)是表示孔部的状态的照片。图23表示未形成孔部的比较实验例的曲轴销部，图23(A)是表示曲轴销部的整体照片，图23(B)是表示距孔部的表面的深度为IOmm的部位的剖面组织的光学显微镜照片。图M是表示通过锻造形成了孔部的本发明的实验例的曲轴销部，图M(A)是表示曲轴销部的整体照片，图M(B)是表示距孔部的表面的深度为IOmm的部位的剖面组织的光学显微镜照片。图25表示通过锻造形成了孔部的本发明的实验例的曲轴销部，是表示距倒角部的表面为3mm以内的区域的纵剖面组织的光学显微镜照片。
具体实施例方式1、第一实施方式下面，参照

本发明的一个实施方式。图1、图3是表示在本发明涉及的一个实施方式的曲轴的制造方法中使用的锻造装置100的示意图。图3是用于说明通过图1、 图2所示的锻造装置100形成孔部的图。图1是表示锻造装置100的下模的立体图。图3 是表示锻造装置100的概要结构的沿图IWA-A'线的侧剖视图。在图3中，将锻造装置 100的各部位(特别是模具103)的图示进行了简化。锻造装置100是应用本发明的曲轴制造方法的装置的一例，是用于得到四缸的曲轴的装置。如图3所示，锻造装置100例如具备压力机垫板101，在压力机垫板101上支承有压力机压头102。在压力机垫板101与压力机压头102之间配置有模具103。模具103具备下模103A、上模103B、以及侧方成型用冲头Illp 118p (以下简称作冲头Illp 118p)。上模1(X3B被设定为能够相对于下模103A移动。图3中的标号104 是调整对上模10 的初始载荷的载荷调整部(液压单元或气压单元等)。在预成型品200 的体积比设定值大的情况下，上模1(X3B与模具103内的成型压力相应地向打开方向(上方)移动。在模具103配置曲轴的预成型品200。预成型品200具备轴颈部211，在轴颈部 211上通过臂部212连结有跟该轴颈部211平行的曲轴销部213。在臂部212形成有配重部212A，配重部212A相对于轴颈部211的形成位置是与曲轴销部213的连接部位相反一侧。冲头Illp 118p被设置成能够向与上模10!3B的移动方向垂直的方向移动。具体来说，冲头lllp、112p能够沿形成于模具103的侧部的冲头用孔Illa 118a相对于模具103的内部移动。冲头Illp 118p具有使其与压力机压头102的移动联动地向模具103的内部移动的凸轮机构。如图3所示，使冲头lllp、112p移动的凸轮机构111、112具备凸轮111c、 112c、以及驱动凸轮lllc、112c的凸轮驱动件llld、112d。另外，冲头113p 118p的凸轮机构具有与冲头lllp、112p大致相同的结构和作用，因此在以下省略其说明和图示。在凸轮111c、112c的朝模具103内部侧的侧面设置有冲头lllp、112p。凸轮111c、 112c的朝模具103外部侧的侧面为倾斜面。凸轮驱动件llld、112d的下表面为在初始状态下相对于凸轮lllc、112c的倾斜面隔开预定间隔地配置的倾斜面。凸轮驱动件llld、112d 随着压力机压头102向下方的移动而下降，当凸轮驱动件llld、112d的下表面与凸轮111c、 112c的倾斜面接触时，所述倾斜面彼此滑动。在凸轮机构111、112设有退避部件llls、112s。在压力机压头102的下止点处的由冲头lllp、112p进行的侧方成型结束后，随着压力机压头102向上止点的移动，凸轮驱动件llld、112d上升时，侧方成型用冲头lllp、112p借助退避部件llls、112s向模具103外部退避，回到初始位置。通过采用这样的凸轮机构，例如，同时向图1所示的曲轴销部213的两侧插入冲头 lllp、112p和冲头113p、114p，然后同时进行冲头115p、116p的插入和冲头117p、118p的插入。图2表示向曲轴销部213的两侧插入冲头lllp、112p的形态。在从压力机压头102的上止点至下止点的一个工序内插入冲头Illp 118p的情况下，优选采用本申请人在日本特愿第2009-27050中提出的防止冲头彼此干涉的方法。在锻造装置100的模具103配置有曲轴的预成型品200。预成型品200配置为，轴颈部211的轴向与压力机压头102的移动方向垂直。冲头Illp 118p的插入方向被设定为避免与相邻的臂部的配重部碰撞的方向，例如优选在曲轴销部213的中央部的与跟轴线垂直的方向所成的角度θ (图5(A))为45度。预成型品200被实施过修整成型，并且成型为比曲轴的目标形状小，模具103的腔体被设定为与曲轴的目标形状对应的形状。在该情况下，在将预成型品200配置到模具时， 在预成型品200与模具103的腔体之间形成有间隙，不过优选将间隙的最大长度设定为超过Omm且为0. 5mm以下。对于使用如上所述的锻造装置100的本实施方式的曲轴制造方法，主要参照图 1 图5进行说明。首先，在模具103的下模103A配置曲轴的预成型品200。接着，压力机压头102从上止点向下方移动，同时进行向曲轴销部213的两侧插入冲头lllp、112p和冲头113p、114p，然后同时进行冲头115p、116p的插入和冲头117p、118p的插入。由此，在预成型品200的各曲轴销部213的两侧同时形成孔部。在这样形成孔部后，使曲轴相对于模具103脱模。在这样的本实施方式中，预成型品200预先成型为比曲轴的目标形状(即，模具的腔体的形状)小。在锻造中，用模具103将预成型品200封闭，并且向预成型品200的曲轴销部插入侧方成型用冲头IllP 118p，从而能够在曲轴销部形成孔部的同时，向模具103 内填充预成型品200的材料。图4是用于说明本实施方式的曲轴制造方法的示意图，示出了利用一根冲头P进行孔部形成的情况。在图4中，朝下箭头表示从模具103向预成型品200的限制压力方向， 图4的朝上箭头示出了预成型品200的填充方向。如图4所示，将成型为比腔体形状小的预成型品200配置到模具103的腔体中时，在预成型品200与腔体之间存在间隙，不过通过将侧方成型用冲头P插入到预成型品200中，能够进行材料填充。在这样的锻造中，通过将冲头Illp 118p向曲轴销部插入，从而向模具103内填充预成型品200的材料，因此通过将模具103的腔体设定为与曲轴的目标形状对应的形状， 能够得到曲轴的目标形状。在此，在本实施方式中，在模具103的封闭空间内的锻造中，通过同时向曲轴销部 213的两侧插入冲头lllp、112p，并且同时插入冲头113p、114p，同时插入冲头115p、116p， 同时插入冲头117p、118p。由此，能够防止在现有的孔部形成中发生的孔部的变形(在通过另一方的冲头的插入形成孔部时，在一方的已形成孔部附近部位处产生面收缩、毛刺)，因此能够进一步提高尺寸精度。在如上所述的锻造中的预成型品200的配置，优选将预成型品200与模具103的腔体之间的间隙的最大长度设定为超过Omm且为0. 5mm以下。例如如图7(B)所示，在间隙的最大长度C超过0. 5mm的情况下，在曲轴200的配重部212A发生歪斜变形。具体来说，如图8 (A)所示地将冲头P插入到预成型品200中时， 材料向图中的箭头方向发生移动。在该情况下，对于臂部212的被轴颈部211支承的部位， 由于确保了刚性，因此基本不会发生变形。与此相对，臂部212的配重部212A由于是自由的，因此刚性较小，在该处会发生较
9大的变形。如此地形成孔部H的结果是，如图8 (B)所示，相邻的臂部212以配重部212A彼此接近的方式发生歪斜变形。此外，在曲轴销部213两侧形成不同形状的孔部213L、213M(图 5)的情况下，配重部212A的变形取决于孔部213L、213M的形状，因此两侧的配重部212A形成为不同形状，后续工序的平衡修正(通过对配重部212A底部进行钻孔加工等进行的平衡修正)变得困难。另一方面，如图7(C)所示，将间隙的最大长度C设定为Omm时，难以将预成型品 200放入到模具103的腔体中。因此，如图7(A)所示，通过将间隙的最大长度C设定为超过 Omm且为0. 5mm以下，能够容易地将预成型品200放入到模具103的腔体中，能够防止在锻造时配重部212A的歪斜变形。在如上所述形成孔部后，加工将臂部212之间的轴颈部211中央部的轴颈部用孔部221与曲轴销部213中央部的曲轴销用孔部222连接的油流路223。图5 (A) (C)是表示曲轴的概要结构的侧剖视图。在此，在本实施方式中，为了将油流路223设定为最短直线距离，在上述孔部形成中，孔部213L被设定为与孔部213M相比，底面的面积大且距曲轴销部213的表面的深度浅。在该情况下，假设例如图6㈧所示地，在曲轴销部213的两侧配置距曲轴销部213 的表面设定得较深的孔部213M的情况下，图中左侧的孔部213M会与最短直线距离的油流路223重叠。此外，假设例如图6(B)所示地，在曲轴销部213的两侧配置面积设定得较大的孔部213L的情况下，图中右侧的孔部213L会与最短直线距离的油流路223重叠。由此，通过以不与油流路223的加工位置重叠的方式如图5(A)所示地配置不同形状的孔部213L、213M，能够以最短直线距离形成充分地进行机油供给的油流路223。此外， 在该情况下，如上所述地，在形成孔部213L、213M时未发生变形，因此油流路223的加工不会产生不良情况。如上所述，在本实施方式中，通过在曲轴销部213形成中空状的孔部213L、213M当然能够实现轻量化，还能够提高曲轴的尺寸精度，因此能够防止由对配重部212A进行多个钻孔的加工等平衡修正的孔数增加而引起制造成本增加。此外，能够确保最短直线距离的油流路223，并且其加工不会发生不良情况。2、第二实施方式(1)曲轴的结构下面，参照

本发明的一个实施方式。图13是表示本发明涉及的一个实施方式的曲轴400的结构的剖视图。曲轴400具备轴颈部411，在轴颈部411上通过臂部412 连结有与该轴颈部411平行的曲轴销部413。在臂部412形成有配重部412A，配重部412A相对于轴颈部411的形成位置是与曲轴销部413的连接部位相反一侧。在曲轴销部413的两侧形成有中空状的孔部413A、413B。 在曲轴销部413与臂部之间的边界部的靠轴颈部411轴线侧的表面形成有倒角部414A、 414B。在轴颈部411形成有向轴颈部411的表面供给机油的轴颈用贯通孔421。在曲轴销部413形成有向曲轴销部413的表面供给机油的销用贯通孔422。轴颈用贯通孔421和销用贯通孔422由油流路423连接。轴颈用贯通孔421内的机油通过油流路423而从销用贯通孔422供给到曲轴销部413表面。在油流路423的开口固定有封闭该开口的旋塞424。在形成孔部413A、4i;3B后加工油流路423。(2)孔部的结构(A)基于孔部和油流路之间的配置关系的冷却效果图14是表示图13所示的曲轴400的曲轴销部413的放大结构的侧剖视图。图 15(A)、(B)是表示形成于曲轴销部413的孔部413A、4i;3B的结构的主视图。孔部413A具有底面431和开口缘432，并且在底面431和开口缘432之间形成有侧面433。孔部413A的最靠近油流路423的底面431与油流路423大致平行地延伸。孔部 413B具有底面441和开口缘442，并且在底面441和开口缘442之间形成有侧面443。孔部 413B的侧面443具有最靠近油流路423的侧面443A，侧面443A与油流路423大致平行地延伸。这样，孔部413A、4i;3B的最靠近油流路423的底面431和侧面443A与油流路423 大致平行地延伸，因此所述面431、443A与油流路423之间的壁部变薄，且臂部412的表面积增大。通过形成这样的孔部413A、413B，臂部412的散热性提高。在该情况下，最靠近油流路423的一个面431、443A的、将其面积分为两部分的直线与油流路423大致平行地延伸，优选一个面431、443A形成为以该直线为中心围绕油流路423的形状。(B)由轻量化产生的效果通过形成中空状的孔部413A、413B，当然能够实现曲轴400的轻量化，还能够得到如下所述的效果。图16是用于说明通过形成孔部所实现的轻量化所产生的效果的臂部412 的概要结构图。另外，在图16中省略了孔部413A、4i;3B的图示。通过形成中空状的孔部413A、413B，能够实现放入到锻造模具中的材料的削减。此外，通过形成中空状的孔部413A、413B，降低了配重部412A的高度H(图16)，从而能够降低锻造时对模具的载荷，其结果是，能够提高模具寿命。根据以上，能够实现锻造成本的降低。 考虑到这种通过形成孔部413A、4i;3B而达到的轻量化所实现的效果，优选孔部413A、41!3B 具有如下的形状。在现有的孔部中，剖面形状被设定为圆形形状或者椭圆形状，底面被设定得平坦。 与此相对地，在本实施方式的曲轴400中，在与曲轴销部413相对于轴颈部411的连结部位相反一侧形成有配重部412A，因此优选在曲轴销部与配重部412A取得平衡的位置形成孔部 413A、413B。当设曲轴销部侧的重量为W1、重心位置为R1、配重部侧的重量为W2、重心位置为 R2(图16)时，曲轴销部413与配重部412A的平衡量表示为WlXRl = W2XR2。配重部 412A是确保动态平衡的部位，因此当相对于轴颈部411位于相反侧的曲轴销部413变得轻量时，与此相伴地，能够实现配重部412A的轻量化。由此，孔部413A、4i;3B在曲轴销部413 上的形成位置以使重心位置配置于外侧的方式设定在轴颈部411侧，并且通过设计与油流路423的配置适合的孔部413A、4i;3B的剖面形状、深度以及底面位置，从而确定能够通过轻量化得到较大的效果(锻造成本降低)的孔部413A、4i;3B的形状。(C)由锻造实现的效果(C-I)在孔部的开口缘形成曲面形状假设孔部的剖面形成为圆形形状或椭圆形状且孔部的底面平坦的情况，现有技术的机械加工的孔部形成可以是短时间内的加工。然而，在现有技术的机械加工中，能够得到较大的轻量化效果的本实施方式的孔部413A、4i;3B的形成需要大量的加工中心和各种钻头，因此制造成本增加，加工时间变长。此外，如图17所示，对于机械加工的孔部形成，孔部的开口缘432、442形成为棱边。为了防止在这样的孔部413A、4i;3B的开口缘432、442处形成棱边而引起应力集中，需要在孔部的开口缘432、442进行手工作业的研磨工序，因此工序数量增加。图17㈧是表示通过机械加工而形成的孔部413A、4i;3B的形状的剖视图。在如上所述的机械加工的情况下，在图18(A)所示的比较实验例中确认了孔部413A、4i;3B的开口缘432、442为棱边。图18(A)是表示通过机械加工而形成的孔部41 的比较实验例(图中的框内的孔部)的照片。与此相对地，在本实施方式中，通过锻造成型而形成孔部413A、413B。在锻造成型中，采用具备上下分割模的锻造装置，所述上下分割模具有沿垂直方向移动的侧方成型用冲头。在锻造装置中，在下模中配置曲轴的坯料，利用压力机压头使上模向下模移动，从而将曲轴的坯料封闭在上下分割模内，并且将侧方成型用冲头向曲轴销部插入。由此，得到具有中空状的孔部413A、4i;3B的曲轴400。在该情况下，作为侧方成型用冲头的驱动源优选采用凸轮机构，凸轮机构与伺服电机、液压单元相比，机构简单，无需设置到模组的外部，并且能够线性地追随压力机的压头的动作。这样的由锻造实现的孔部形成能够通过插入侧方成型用冲头进行，因此能够由冲头的形状确定孔部413A、4i;3B的形状。因此，与通过机械加工进行的孔部形成相比，孔部 413A、413B的形状的自由度提高，且能够降低制造成本。在此，在曲轴的坯料的体积过剩的情况下，如图17(C)所示，当上下分割模封闭时，在孔部413A、4i;3B的开口缘432、442产生毛刺B。图17(C)是表示将曲轴的坯料的体积设定得过剩的情况下所形成的孔部413A、413B的形状的剖视图。在设定为如上所述的条件的情况下，在图18(C)所示的比较实验例中确认了在孔部413A、4i;3B的开口缘432、442产生毛刺B。图18(C)是表示将曲轴的坯料的体积设定得过剩的情况下所形成的孔部413A、 413B的比较实验例的照片(左侧为孔部413A的照片，右侧为孔部41 的照片)。因此，在本实施方式中，为了防止在孔部413A、4i;3B的开口缘432、442产生毛刺， 预先预测孔部形成前的体积，且进行控制以能够形成具有缓和应力功能的倒角部，并在此基础上进行锻造。由此，如图17(B)所示，孔部413A、4i;3B能够形成为能够防止应力集中的塌角形状。图17(B)是表示将曲轴的坯料的体积设定得适当的情况下所形成的孔部413A、 41 的形状的剖视图。在设定为如上所述的条件的情况下，在图18(B)所示的本发明的实验例中确认了孔部413A、4i;3B形成为具有塌角形状。图18(B)是在将曲轴的坯料的体积设定得适当的情况下所形成的孔部413A、4i;3B的实验例的照片(左侧为孔部413A的照片，右侧为孔部413B的照片)。图19是将曲轴的坯料的体积设定得适当的情况下所形成的孔部413A、4i;3B的实验例的正面照片(左侧为孔部413A的照片，右侧为孔部41 的照片)。对图19所示的孔部的开口缘的曲率变形进行计量的结果是，区域a的曲率半径为1.0 2.0，区域b的曲率半径为1. 0 1. 5，区域c的曲率半径为1. 0 1. 5，区域d的曲率半径为1. 5 2. 5，区域 e的曲率半径为1. 0 1. 5，区域f的曲率半径为1. 0 1. 5，区域g的曲率半径为1. 0 1. 5，区域h的曲率半径为2. 5 4. 0。这样，在本发明的实验例中确认了能够形成曲率半径约为1.0 4.0的倒角部。(C-2)纤维流的形成图20(A)表示通过锻造而成型的曲轴310中所形成的纤维流，图20(A)是机械加工前的曲轴310中的纤维流的示意图，图20(B)是机械加工后的曲轴310中的纤维流的示意图。图21是通过锻造在曲轴310形成的孔部313A附近的纤维流的示意图。另外，图中的标号312表示臂部，标号313表示曲轴销部，标号314A表示倒角部。在经过多个工序的锻造成型而得到的实心的曲轴310中，如图20(A)所示地形成有纤维流，而在通过机械加工在实心的曲轴310形成中空状的孔部313A、3i;3B时，如图 20(B)所示地，纤维流被切断。对此，在本实施方式的通过锻造来形成孔部313A、3i;3B的过程中，如图21所示地， 沿孔部313A、3i;3B的形状重新生成了纤维流。因此，与通过机械加工的钻孔产品相比，耐磨损性提高了。这样，在本实施方式中，通过利用锻造成型而形成图13所示的孔部413A、 4i;3B，能够实现耐磨损性的提高。图22是表示通过锻造来形成孔部313A的曲轴310的状态的照片，图22(A)是表示包括孔部313A的臂部310的状态的照片，图22(B)是表示孔部 313A的状态的照片(图22(A)的由矩形形状包围的部分的放大照片)。由图22可知，在本发明的实验例中确认了沿孔部的形状重新生成了纤维流。(C-3)组织的细化图13、14所示的倒角部414六、4148(图21中的标号314A)是曲轴400旋转时供连杆(图示省略)抵接的部位，因此扭曲应力和弯曲应力容易集中。因此，为了强化倒角部 414A、414B，采用了滚压加工法、高频淬火法、氮化等。然而，在对钢材的氮化处理中，与珠光体部相比，氮容易进入铁素体部。因此，在对铁素体粒子和珠光体粒子粗大化后的组织进行氮化处理的情况下，与组织状态相应地形成氮化层，因此硬化深度产生较大的差异。在氮化层距表面较深且为硬质的情况下，疲劳极限升高，但是如上所述当氮化层距表面的深度存在差异的时候，强度分布变得不均勻，且强度降低。此外，氮化层的较深部分在弯曲矫正时产生应力集中从而容易产生裂缝，因此需要使铁素体部的结晶粒和珠光体部的结晶粒双方尽量细化，使得氮化处理后的硬化深度均勻。在本实施方式中，通过锻造进行孔部形成，从而在曲轴销部413的孔部413A、4i;3B 周边部，使组织沿孔部413A、4i;3B的形状细化。通过锻造形成孔部413A、413B，从而将这样的组织细化至倒角部414A、414B，由此氮化层容易均勻地进入到距表面较深的区域。为了将直至倒角部414A、414B的组织细化，优选使孔部413A、413B的延伸方向与倒角部414A、414B交叉。在该情况下，更为优选的是，将孔部413A、41!3B的形状设定为，在曲轴销部413的包含轴颈部411的轴线的截面中，使将孔部413A、4i;3B的截面面积分为两部分的直线(图21中的标号1)通过曲轴销部413的轴颈部411侧表面。图23表示未形成孔部的比较实验例的曲轴销部，图23(A)是表示曲轴销部的整体照片，图23(B)是表示距孔部的表面的深度为IOmm的部位的剖面组织的光学显微镜照片。 图M表示通过锻造形成孔部的本发明的实验例的曲轴销部，图M(A)是表示曲轴销部的整体照片，图M(B)是表示距孔部的表面的深度为IOmm的区域的剖面组织的光学显微镜照片。在实验例和比较实验例中，都形成了由铁素体部和珠光体部构成的组织(除去氮化处
13理层)，然而如从图23、对所明确地那样，通过锻造形成孔部的本发明的实验例的组织，与未形成孔部的比较实验例相比被细化了。图25表示通过锻造形成孔部的本发明的实验例的曲轴销部，是表示距倒角部的表面为3mm以内的区域X(图21，但去除了软氮化处理层)的纵剖面组织的光学显微镜照片。由图25可以确认，铁素体部的结晶粒的平均尺寸与未形成孔部的比较实验例相比细化了 2 3成左右。此外，确认了通过在锻造时以1000度左右进行组织细化，能够实现疲劳强度的提高。如上所述，在本实施方式中，孔部413A、413B的最靠近油流路423的底面431和侧面443A与油流路423大致平行地延伸，因此所述面431、443A与油流路423之间的壁部变薄，且连结曲轴销部413的臂部412的表面积增大。因此，提高了臂部412的散热性，因而即使是在内燃机的高负载运转时燃烧室周围达到高温的情况下，也能够使在油流路423中流通的机油的温度降低。其结果是，能够实现机油粘性的提高，因此能够防止在曲轴400的滑动部发生烧结。特别地，孔部413A、4i;3B的形成是通过锻造成型进行的，因此与机械加工不同，能够防止在孔部413A、4i;3B的开口缘432、442形成棱边，所以无需用于防止应力集中的通过手工作业进行的研磨工序。因此，能够减少制造工序数。此外，沿孔部413A、4i;3B的形状重新生成纤维流，所以，与机械加工的钻孔产品相比，耐磨损性提高了。在这样的锻造成型中，将孔部413A、4i;3B的形状设定为在曲轴销部413的包含轴颈部411的轴线的截面中，使将孔部413A、4i;3B的截面面积分为两部分的直线通过曲轴销部413的轴颈部411侧表面，从而能够使曲轴销部413的轴颈部411侧表面的组织细化，能够提高疲劳强度。实施例下面，参考具体的实施例进一步详细地说明本发明。在实施例中，采用本实施方式的锻造装置100，将曲轴的预成型品200与模具103的腔体之间的间隙的最大长度设定为 Omm(比较实验例11)、0. 5(实验例11)、lmm(比较实验例12)而进行锻造。实验条件为，预成型品200的材质采用碳素钢，锻造时的加热温度设定为 1100°C 1300°C，并且设定为如下冲头的插入角度θ (图5(A))为45度，孔部213L的底面或孔部213Μ的侧面与油流路223之间的壁厚Κ(图5(A))为6 10mm，冲头的插入路径与配重部212A之间的间隔L(非干涉量)为3 5mm，孔部213M的底面与曲轴销部213的轴颈部211侧表面之间的壁厚量N(曲率半径，图5)为15 20mm。将其结果在表1和图9 中示出。表1表示间隙的最大长度C的设定值和该设定值C时得到的歪斜量。图9是表示表1所示的间隙的最大长度C与歪斜量的关系的图表。另外，歪斜量是由冲头插入前的配重部彼此的间隔A(图8(A))与冲头插入后的配重部彼此的间隔B(图8(B))之差(=(A-B)) 而得到的。表1
权利要求
1.一种曲轴，其特征在于， 在曲轴销部的两侧形成有孔部，一方的孔部与另一方的孔部相比，具有面积大的底面且距所述曲轴销部的表面形成得浅。
2.—种曲轴的制造方法，其特征在于， 预成型具备曲轴销部的曲轴，在由能够分割的上模和下模构成的模具的腔体内配置所述曲轴的预成型品并锻造所述预成型品，在所述预成型中，将所述曲轴的预成型品的形状成型得比所述模具的腔体的形状小， 在所述锻造中，通过向所述曲轴销部的两侧同时插入冲头，从而在所述曲轴销部形成孔部的同时向所述腔体内填充所述预成型品的材料，在所述孔部的形成中，将一方的孔部设定为与另一方的孔部相比，底面的面积大且距所述曲轴销部的表面浅。
3.根据权利要求2所述的曲轴的制造方法，其特征在于，在所述锻造中的所述预成型品的配置中，将所述预成型品与所述模具的腔体之间的间隙的最大长度设定为超过Omm且为0. 5mm以下。
4.一种曲轴，其特征在于， 该曲轴具备曲轴销部；形成于所述曲轴销部的表面的中空状的孔部；以及形成于所述曲轴销部的内部的油流路，所述孔部的最靠近所述油流路的一个面与所述油流路大致平行地延伸。
5.根据权利要求4所述的曲轴，其特征在于， 所述孔部是锻造成型的孔部，在所述曲轴销部的包含轴颈部的轴线的截面中，将所述孔部的截面面积分为两部分的直线通过所述曲轴销部的所述轴颈部侧表面。
6.一种曲轴的制造方法，该曲轴具备曲轴销部和形成于所述曲轴销部的内部的油流路，该曲轴的制造方法的特征在于，在所述曲轴销部的表面形成中空状的孔部， 在所述曲轴销部内部避开所述孔部而加工所述油流路，在所述孔部的形成中，将所述孔部的形状设定为所述孔部的最靠近所述油流路的一个面与所述油流路大致平行地延伸。
7.根据权利要求6所述的曲轴的制造方法，其特征在于， 通过锻造成型来形成所述孔部，将所述孔部的形状设定为在所述曲轴销部的包含轴颈部的轴线的截面中，将孔部的截面面积分为两部分的直线通过所述曲轴销部的所述轴颈部侧表面。
全文摘要
一种曲轴及其制造方法，在曲轴(200)中，形成于曲轴销部(213)的一方的孔部(213L)与另一方的孔部(213M)相比，具有面积大的底面，且相对于曲轴销部的表面形成得浅。在这样的孔部(213L、213M)的形成中，将比腔体的形状小的曲轴的预成型品(200)配置于模具中，将冲头同时向曲轴销部(213)中插入。由此，在预成型品(200)的各曲轴销部(213)侧两侧同时形成孔部(213L、213M)。
文档编号F16C3/08GK102365467SQ20108001383
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月26日
发明者伊藤康裕, 大沼孝之, 安藤勤 申请人:本田技研工业株式会社