曲轴的制造方法以及曲轴与流程

本发明涉及曲轴的制造方法以及曲轴。

背景技术：

作为曲轴的制造方法，模锻被广泛利用(例如，参照国际公开第09/004738)。模锻例如是在上模具与下模具之间夹入作为坯料的棒状的碳钢地进行模锻。图10是对相关技术的方法中的曲轴的模锻工序进行说明的图。成形了的曲轴900呈如下曲柄构造：沿着轴向连续为轴颈部913→臂部914→销部915→臂部914→轴颈部913→…，销部915相对于设为位于纸面上的轴颈部913而位于纸面跟前侧或位于里侧。并且，配重部919从臂部914向轴颈部913的与销部915相反的一侧突出。

对这样的曲轴900进行模锻的情况下的模具将轴颈部913、臂部914、销部915、配重部919各自分割为上下对称，图10的通过虚线表示的平面成为上模具与下模具的分型面。即，曲轴900在与曲柄面正交的方向上被模锻而成形。

技术实现要素：

如果是被以平面分割了的上模具与下模具，则能够使模具构造简单。但是，若鉴于对棒状的坯料进行模锻地锻造，则模锻方向相对于坯料的纤维流向正交，所以存在特别需要刚性的销部周边和/或配重部的根部没有被充分锻造的情况。另外，使坯料向模锻方向变形的比率即锻压比小的这一情况也在提高刚性的方面不利。

本发明提供一种特别需要刚性的销部周边和/或配重部的根部被充分锻造那样的曲轴的制造方法和具有在采用那样的制造方法时优选的构成的曲轴。

本发明的技术方案之一包括一种曲轴的制造方法，所述曲轴包括销部和轴颈部。所述方法包括：准备工序，其准备模具，所述模具成形为销部和轴颈部各自的分型面相对于模锻方向互相分离；和模锻工序，其通过利用所述模具对坯料进行模锻，从而成形包括所述销部和所述轴颈部的轴部。

根据这样的模锻工序，使所谓的曲柄面立起地进行模锻，所以能够增大锻压比。另外，能够在销部周边和/或配重部的根部附近沿着坯料的纤维流向进行锻造。因此，能够提高在使用时容易受到爆炸载荷的影响的销部周边和/或配重部的根部的刚性。

所述曲轴的制造方法也可以包括：配重成形工序，其成形配重部作为分体部分；和安装工序，其将配重部安装于所述轴部。如果追加这样的配重成形工序和安装工序，则在模锻工序中无需使轴部与配重部一体地成形。通过成形配重部作为分体部分，从而即使在使曲柄面立起地进行模锻的情况下，也不会使配重部为牺牲其功能性的形状。

即，为了脱模需要在模具设置相对于分型面打开的锥面，所以若欲将配重部一体地成形，则配重部的形状成为随着从轴颈部向辐射方向离开而变窄的形状。配重部优选为质量偏于距作为旋转轴的轴颈部尽可能远的位置的形状，所以在将配重部一体地成形的情况下，会违反该要求。但是，如果成形配重部作为分体部分，则不会受到模具的制约，所以能够采用质量分布于距轴颈部远的位置的形状。

另外，上述的安装工序可以包括凿密工序，该凿密工序将通过模锻工序而成形于轴部的轴侧嵌合部、与通过配重成形工序而成形的配重侧嵌合部互相嵌合并凿密。在使用分体部件地将轴部与配重部接合的情况下，这些分体部件在使用曲轴时，有因离心力等而剥离或松弛的危险。但是，如果通过凿密而将轴部与配重部一体化，则能够减轻该危险。

所述曲轴的制造方法也可以包括追加加工工序，该追加加工工序在模锻工序之后且在安装工序之前，对轴侧嵌合部进行追加加工，以使所述轴侧嵌合部包括在使用曲轴时承受作用于配重部的离心力的承受面。所述追加加工工序也可以包括：对所述轴侧嵌合部进行加工，以使所述轴侧嵌合部的形状至少为大致倒三角形状、扇形、T字形状中的一个。如果设置这样的承受面，则在使用曲轴时，即使配重部承受离心力，轴侧嵌合部也发挥将配重部挽留于轴部侧的功能。因此，即使设置配重部作为分体部分，也可减轻因使用时的振动等而配重部相对于轴部摇晃或分离的危险。

另外，在通过模锻工序形成设有偶数个销部和在所述轴部的轴向上设置的多个所述轴颈部的所述轴部时，所述轴侧嵌合部也可以设置于所述多个轴颈部中的、配置于中央的轴颈部的两端部，并且所述轴侧嵌合部也可以不设置在与该轴颈部相邻的轴颈部。如果成形配重部作为分体部分，则能够使形状最优化，所以能够以少的数量的配重部发挥与以往的多个配重部同等以上的性能。另外，如果在配置于中央的轴颈部的两端部设置轴侧嵌合部并在此处安装配重部，则能够更有效地满足要求性能。

作为本发明的一个技术方案，包括曲轴。所述曲轴包括：轴部，其包括销部和轴颈部，并包括轴侧嵌合部；和配重部，其安装于所述轴部，并包括配重侧嵌合部，所述轴部和所述配重部通过所述轴侧嵌合部与所述配重侧嵌合部互相嵌合而一体化；并且所述轴侧嵌合部包括承受从所述轴部向辐射方向作用的所述配重部的离心力的承受面。

这样构成的曲轴能够分别使配重部与轴部的形状最优化，并且在使用曲轴时，即使配重部承受离心力，轴侧嵌合部也发挥将配重部挽留于轴部侧的功能，可减轻配重部摇晃或分离的危险。

所述轴侧嵌合部的形状也可以至少为大致倒三角形状、扇形、T字形状中的一个。通过上述构成，在使用曲轴时，即使配重部承受离心力，轴侧嵌合部也发挥将配重部挽留于轴部侧的功能。因此，即使设置配重部作为分体部分，也可减轻因使用时的振动等而配重部相对于轴部摇晃或分离的危险。

通过本发明，能够提供一种能够提高曲轴中尤其是销部周边和/或配重部的根部的刚性的曲轴的制造方法和具有在采用那样的制造方法时优选的构成的曲轴。

附图说明

以下将参照附图来说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：

图1是作为本发明的一个实施方式的成品的曲轴的立体图。

图2是用于对轴部与模具的模锻方向进行说明的图。

图3A是对预成形工序进行说明的图。

图3B是对预成形工序进行说明的图。

图4A是对模锻工序进行说明的图。

图4B是对模锻工序进行说明的图。

图4C是对模锻工序进行说明的图。

图5是轴部的A-A剖视图。

图6A是轴部的B-B剖视图。

图6B是轴部的B-B剖视图。

图7A是对配重部进行说明的图。

图7B是对配重部进行说明的图。

图8A是对安装工序进行说明的图。

图8B是对安装工序进行说明的图。

图9是制造工序的整体流程图、

图10是对相关技术的方法中的曲轴的模锻工序进行说明的图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但权利要求书的发明并不限定于以下的实施方式。

图1示出作为本实施方式的成品的曲轴100的整体构造。经过了后述的制造工序的曲轴100呈如下构造：在轴部110安装了作为分体部分而成形的配重部190。

曲轴100的轴部110例如将连结于曲轴皮带轮(英文：crankshaft pulley)的驱动轴部111设为一端，将用于连接飞轮的飞轮安装部116设为另一端。轴部110将对驱动轴部111的中心与飞轮安装部116的中心进行连结的直线设为旋转轴线Xb，并具备沿着旋转轴线Xb的多个轴颈部113。分别相邻的2个轴颈部113之间通过2个臂部114和被夹于其间的销部115这一组而连接。

轴颈部113承担作为以旋转轴线Xb为旋转中心的旋转轴的功能，也被称为曲轴轴颈。销部115是用于连接连杆的大端的部分，也被称为曲柄销。销部115是具有与旋转轴线Xb平行且分离开一定距离r的中心线Xc的圆柱轴。

臂部114是将各自中心线不同的轴颈部113与销部115连接的连接部，也被称为曲柄臂。在其中的几个上设有轴侧嵌合部112。轴侧嵌合部112是如下突起部：在与从轴颈部113朝向销部115的方向大致相反的朝向上，从臂部114中的与轴颈部113连接的连接部位附近相对于旋转轴线Xb向辐射方向延伸。

轴颈部113、臂部114、以及销部115与驱动轴部111、飞轮安装部116一起，如后述那样由一根棒状坯料一体地成形。与此相对，配重部190被成形作为分体部分。配重部190承担将曲轴100的不平衡抵消而防止振动等的功能，也被称为平衡重。配重部190具有用于与轴侧嵌合部112嵌合的、成形为凹状的配重侧嵌合部(CW侧嵌合部)191。通过轴侧嵌合部112与CW侧嵌合部191嵌合，从而配重部190被固定安装于轴部110并被一体化。

图2是用于对轴部110与模具的模锻方向进行说明的图。图表示从侧面方向观察了模锻后的轴部110的情形。

本实施方式的曲轴100为4汽缸发动机用曲轴，轴部110具备4个销部115(115-1～115-4)。其中，最靠近驱动轴部111的销部115-1、与最靠近飞轮安装部116的销部115-4从旋转轴线Xb向相同侧(纸面下侧)分离。另外，位于中央附近的2个销部115-2、115-3从旋转轴线Xb向作为相同侧的、与销部115-1、115-4相反的一侧(纸面上侧)分离。

销部115-1在驱动轴部111侧与臂部114-1连接，并在飞轮安装部116侧与臂部114-2连接，销部115-1以被2个臂部114-1、114-2夹持的方式从旋转轴线Xb分离。同样，销部115-2与臂部114-3、114-4连接，销部115-3与臂部114-5、114-6连接，销部115-4与臂部114-7、114-8连接，并分别从旋转轴线Xb分离。

轴部110具备5个轴颈部113(113-1～113-5)。均沿着旋转轴线Xb而配置，轴颈部113-1位于驱动轴部111与臂部114-1之间，轴颈部113-2位于臂部114-2、114-3之间，轴颈部113-3位于臂部114-4、114-5之间，轴颈部113-4位于臂部114-6、114-7之间，轴颈部113-5位于臂部114-8与飞轮安装部116之间。

轴侧嵌合部112设置于4个部位。具体而言，轴侧嵌合部112-1设置于臂部114-1，轴侧嵌合部112-2设置于臂部114-4，轴侧嵌合部112-3设置于臂部114-5，轴侧嵌合部112-4设置于臂部114-8。即，在剩余的4个臂部114(114-2、114-3、114-6、114-7)，没有设置轴侧嵌合部112。

轴侧嵌合部112-1、112-4朝向纸面上侧突出。另一方面，轴侧嵌合部112-2、112-3朝向纸面下侧突出。即，以质量分别向上述的朝向偏的方式安装配重部190。这样，仅在一部分的臂部114安装配重部190即可的这一情况是因为成形配重部190作为分体部分。即，配重部190可以采用不受成形轴部110的模具的制约的自由的形状，所以能够比以往的配重部更提高惯性力的减轻性能。

这样，在能够减少配重部的数量的情况下，优选为下述的配置：首先，在中央的轴颈部113-3的两端侧分别设置轴侧嵌合部112-2、112-3，在与轴颈部113-3相邻的轴颈部113-2、113-4不设置轴侧嵌合部112。一般偶数汽缸用的曲轴将隔着配置于中央的轴颈部(在图的例子中为轴颈部113-3)而相邻的2个销部(在图的例子中为销部115-2、115-3)配置为相同相位。因此，具有配置于中央的轴颈部的振动变大的倾向，为了抑制该振动，优选使配重部靠近该轴颈部。即，在作为偶数汽缸用的曲轴用而在轴部设有偶数个销部的情况下，优选为如下构成：在轴部的轴向上设置的多个轴颈部中的、配置于中央的轴颈部的两端部设置轴侧嵌合部，并在与该轴颈部相邻的轴颈部不设置轴侧嵌合部。

轴侧嵌合部112-2、112-3朝向相同侧突出，所以安装于它们的2个配重部190也朝向相同侧而配置。因此，将朝向相反侧配置的配重部190设置于某处，但作为其位置优选为位于端的臂部114-1、114-8。因此，在本实施方式中，在臂部114-1、114-8分别设置轴侧嵌合部112-1、112-4。如果在该位置安装配重部190，则能够适当地减轻通过连杆的运动而产生的惯性力，同时也能够平衡良好地抑制在轴向上产生的整体的振动。

本实施方式中的轴部110通过由在图2中沿着粗的虚线而与纸面正交的分型面分割出的上模具与下模具而进行模锻。即，轴部110在如图2所示那样将包含连结各自的要素的中心而出现的折线(＝粗的虚线)的平面、即所谓的曲柄面垂直地立起了的状态下进行模锻。

在轴颈部113中，分型面为包含旋转轴线Xb并与模锻方向正交的平面，在销部115中，分型面为包含中心线Xc并与模锻方向正交的平面。在臂部114中，分型面为将轴颈部113的分型面与销部115的分型面连接的平面。因此，如图所示，销部115与轴颈部113各自的分型面为相对于模锻方向互相分离的关系。

更具体而言，以轴颈部113的分型面PJ为上模具以及下模具的基准面，销部115-2、115-3所共有的分型面PUP设置成，上模具被在进深方向上下挖，且下模具突出。同样，销部115-1、115-4所共有的分型面PDP设置成，下模具被在进深方向上下挖，且上模具突出。

本实施方式的轴部110没有配重部，所以在用于脱模的锥面的设定中没有勉强，容易制作这样的构造的模具。即，即使设定这样的立体的分型面，也能够制作不产生过切(英文：under cut)的上模具与下模具。

接下来，对于曲轴100的制造工序按顺序对主要的工序进行说明。图3A、图3B是对预成形工序进行说明的图。图3A是经将圆柱状的坯件(英文：billet)切断为预定的长度的切断工序得到的棒状坯料110a的主视图与侧视图。棒状坯料110a例如以碳钢、铬钼钢等特殊钢为坯料。另外，纤维流(锻件纤维流线)沿着棒状坯料110a的轴向。

图3B是经预成形工序而得到的预成形件110b的主视图与侧视图。在预成形工序中，将图3A的棒状坯料110a加热到例如1200℃以上的预定温度，实施弯曲加工等，获得接近轴部110的形状一些的预成形件110b。

图4A-图4C是对模锻工序进行说明的图。图4A示出通过图3B得到的预成形件110b。图4B示出模具200的中央剖视图。图4C示出通过模具200成形的轴部110。

在模锻工序中，将预成形件110b向设置于锻造装置的模具200设置，进行模锻。模具200如上述那样由上模具201与下模具202构成。预成形件110b被上模具201与下模具202夹入，并将其形状向轴部110调整。此外，在图中，简化并概念性地示出了通过模具200锻造的情形，但在实际的工序中，也可以从模锻为粗加工形状的粗加工工序到模锻为精加工形状的精加工工序为止、按顺序经提高了精度的多个模具成形。另外，也进行除去毛刺的修整工序。

在这样将曲柄面立起地进行模锻时，其模锻方向成为与轴侧嵌合部112和/或臂部114的纤维流向大致一致。于是，这些部位被特别地锻造从而刚性增大。另外，与曲柄面为横向的以往的锻造相比，向模锻方向变形的变形量变大，所以锻压比变大，在这一点上也在这些部位的刚性增强的方面是优选的。尤其是，轴侧嵌合部112是用于安装配重部190的部位，是在曲轴100旋转时承受作用于配重部190的离心力等爆炸载荷的部位，所以非常优选轴侧嵌合部112具有更大的刚性。

图5是图4C所示的轴部110的A-A剖视图。如图所示，可知：在从下方观察将销部115夹入的两肋的臂部114时，各臂部114在与销部115连接的相反的面侧设有减轻重量部114a。

在曲柄面为横向的以往的模锻中，由于用于脱模的锥面的制约，无法在臂部实施这样的减轻重量。该部分的多余重量无助于曲轴100的扭转刚性，只会引起整体重量的增大。在如本实施方式那样将曲柄面立起地进行模锻的模具200中，即使设置这样的减轻重量部114a，也不会在用于脱模的锥面形成产生任何不良情况。即，能够节省多余重量而实现曲轴100的轻量化。尤其是，能够通过将缘部堆起而作为整体设为H字截面形状(在图5中为旋转了90°的H的形状)，这样的截面形状有助于扭转刚性的提高。

图6A与图6B是图4C所示的轴部110的B-B剖视图，是对轴侧嵌合部112的追加加工工序进行说明的图。图6A是追加加工前的轴部110的B-B剖视图，图6B是追加加工后的轴部110的B-B剖视图。

在本实施方式中，如上所述，将轴侧嵌合部112与CW侧嵌合部191嵌合，从而将轴部110与配重部190一体化。此时，如图6A所示，也可以将CW侧嵌合部191的形状设定为嵌合于不实施追加加工的状态下的轴侧嵌合部112。但是，在本实施方式的曲轴100中，以能够更高速地使曲轴100旋转的方式、另外以能够安装大型的配重部190的方式，对嵌合部的形状进行改良。具体而言，通过切削对在图中通过虚线的箭头表示的、轴侧嵌合部112中的与臂部114连接的连接部112a的附近进行追加加工。

如图6B所示，通过追加加工将轴侧嵌合部112设为将连接部112a侧设为顶部并将前端部112b侧设为底边的大致倒三角形状。即，从前端部112b遍及到连接部112a地设置对抗斜面(日文：対抗斜面)112c。对抗斜面112c承担在安装了配重部190的曲轴100旋转了时承受作用于配重部190的离心力的功能。即，对抗斜面112c发挥将因离心力欲从旋转轴线Xb向辐射方向离开的配重部190通过CW侧嵌合部191卡挂并挽留于轴部侧的功能。因此，关于这样的对抗斜面112c，即使设置配重部190作为分体部分，也会减轻因使用时的振动等而配重部190相对于轴部110摇晃或分离。

本实施方式中的嵌合部加工为大致倒三角形状并设置了对抗斜面112c，但用于承受离心力的形状并不限定于此。只要是具有斜面的形状，则可以是任何形状，所述斜面具有承受从旋转轴线Xb向辐射方向作用的离心力的角度。例如，也可以是扇形或T字形状。

此外，图6B所示的减轻重量部114a示出从正面方向观察了在图5中说明了的减轻重量部114a的情形。在有助于扭转刚性的提高的部分将两肋堆起而设为H字截面形状，但在与销部115的相反侧相当的前端部，几乎无助于扭转刚性，所以大多作为多余部分而除去。

图7A、图7B是对配重部190进行说明的图。图7A是配重部190的主视图，图7B是配重部190的仰视图。配重部190与曲轴100的规格一致，将整体形状设定为能够适当地减轻惯性力。

配重部190具有与轴侧嵌合部112嵌合的CW侧嵌合部191。CW侧嵌合部191形成为凹状的有底槽。另外，配重部190在CW侧嵌合部191的周边部设有从表面隆起的凿密部192。

配重部190也可以与轴部110为相同坯料，也可以为不同坯料。在本实施方式中，成形配重部190作为分体部分，所以也可以采用密度比轴部110的坯料的密度高的坯料。另外，配重部190并不限于通过锻造来成形，也可以采用其他的加工方法。例如也可以通过铸造和/或冲压来成形。如果采用其他的加工方法，则能够扩大坯料的选择范围。

图8A、图8B是对安装工序进行说明的图。图8A示出将配重部190向轴部110安装的情形，图8B示出将配重部190向轴部110凿密的情形。

如图8A所示，作为安装工序，首先，将成形作为分体部分的配重部190向结束了轴侧嵌合部112的追加加工的轴部110安装。具体而言，使轴侧嵌合部112与CW侧嵌合部191嵌合。CW侧嵌合部191如上述那样为有底槽，所以向轴向的定位通过面配合实现。

接下来，作为安装工序的一环进行凿密工序。凿密工序是将凿密部192压扁的工序。在将凿密部192压扁时，一部分流入到嵌合间隙，一部分覆盖于轴侧嵌合部112的表面。由此，配重部190以不向轴向也不向辐射方向摇晃的方式切实地固定安装于轴部110。

接下来，简单地总结曲轴100的制造工序。图9是制造工序的整体流程图。

作为成形轴部110的工序，首先执行准备工序(步骤S101)。在准备工序中，包括将纤维流动沿着轴向的圆柱状的坯件切断为预定的长度的切断工序等。接下来，执行预成形工序(步骤S102)。预成形工序如使用图3A、图3B进行了说明那样，是实施弯曲加工等来获得预成形件110b的工序。

接下来，执行模锻工序(步骤S103)。模锻工序如使用图4A～图4C进行了说明那样，是对预成形件110b进行模锻来成形轴部110的工序。模锻工序也可以包括模锻为粗加工形状的粗加工工序、和将粗加工成形品模锻为精加工形状的精加工工序。另外，根据需要，也可以有选择性地追加除去毛刺的修整工序、实施表面处理的表面处理工序、除去热的冷却工序等。

在模锻工序结束后，执行使用图6A、图6B进行了说明的追加加工工序(步骤S104)。追加加工工序是将在使用时承受作用于配重部190的离心力的承受面设置于轴侧嵌合部112的工序。

另一方面，执行成形配重部190作为分体部分的CW成形工序(步骤S105)。在CW成形工序中，形成配重部190的外形，并且成形CW侧嵌合部191作为有底槽。

在安装工序中，在经追加加工工序得到的轴部110，安装通过CW成形工序成形的配重部190(步骤S106)。安装工序包括凿密工序，在凿密工序中，将凿密部192压扁，从而将配重部190固定安装于轴部110。在结束了安装工序之后，进行实施必要部位的切削和/或研磨的精加工工序(步骤S108)，完成曲轴100。

以上说明了的曲轴100为4汽缸发动机用曲轴，但当然不是4汽缸的发动机用的曲轴也能够通过同样的制造工序来制造。配重部190的个数与配置优选分别最优化。另外，以上说明了的曲轴100如上述那样为采用了各种特征的曲轴，但也可以有选择性地采用特定的特征来制造曲轴。例如，将曲柄面立起地进行模锻从提高刚性的观点出发是有效的，所以在将配重部与轴部一体地成形的情况下也能够采用。另外，也可以采用通过焊接来将轴侧嵌合部112与CW侧嵌合部191一体化的焊接工序来代替凿密工序。

在以上说明了的制造工序中，采用了对坯料进行加热并进行锻造的热锻造工序，但如果满足坯料、锻压比等条件，则也可以采用不对坯料进行加热地进行锻造的冷锻造工序。