説明

コンロッドの製造方法および製造装置

【課題】強度低下を防止しつつ形状精度を向上できるコイニング加工を含むコンロッドの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】大端部W1および小端部W2とこれらをつなぐコラム部W3とを備え、大端部W1および小端部W2をコイニングダイ2により挟圧して加圧することによりコイニングを施すコンロッドWの製造方法および製造装置であり、コンロッドWの大端部W1および小端部W2を除くコラム部W3を予め加熱する加熱工程S4と、前記加熱したコラム部W3を備えるコンロッドWの大端部W1および小端部W2をコイニングダイ2により挟圧・加圧するコイニング工程S5と、前記コイニングダイ2により大端部W1および小端部W2を加圧したコイニング状態において、コラム部W3を冷却する冷却工程S6と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車用エンジン等に用いられるコンロッドの製造方法および製造装置に関し、特に、コンロッドの曲り矯正や大小端部の厚み精度向上および大小端部の面性状(面粗度等)向上のためのコイニング加工を含むコンロッドの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から熱間鍛造されたコンロッドの曲り矯正や大小端部の厚み精度向上のため、コイニング加工が一般的に実施されている(特許文献1、2参照)。
【0003】
特許文献1では、素材鋼をコンロッド形状に熱間鍛造し、得られた鍛造粗材に熱間コイニングを施して鍛造粗材の形状・寸法を矯正することにより、鍛造粗材の大端部および小端部の厚さ精度および平行度を向上させて機械加工の工数を削減することができ、しかも座屈強度を低下させることのないコンロッドの製造方法が提案されている。
【0004】
また、特許文献2では、素材に熱間鍛造を施して大端部,小端部,及びコラム部を形成する熱間鍛造工程と,熱間鍛造工程後の冷却途中の500〜1000℃の温度領域において,コラム部に熱間コイニング又は温間コイニングを施す熱間/温間コイニング工程と,熱間/温間コイニング工程の後にコラム部にさらに100℃以下の温度領域において冷間コイニングを施す冷間コイニング工程とを備える。そして、冷間コイニング工程では,冷間コイニング前のコラム部のリブ高さをh1,冷間コイニング後のコラム部のリブ高さをh2とした場合,加工率(h1−h2)/h1が0.15〜0.25となる条件で冷間コイニングを施すことにより、熱間鍛造粗形材の寸法がばらついた場合でも安定した強度を有する強度ばらつきの小さい冷間コイニング強化コンロッドの製造方法が提案されている。
【特許文献1】特開平10−258335号公報
【特許文献2】特開2005−14078号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記冷間コイニングでは、常温でコイニング加工を行うため、コンロッドのIセクション部(連桿部・コラム部)にひずみが残り強度が低下したり、スプリングバックにより曲がり矯正の精度が向上できないという問題があった。
【0006】
また、前記ホットコイニングでは、800℃程度と高温状態のワークにコイニングを行うため、熱収縮によりワークの厚み精度が低下したり、コイニング前後でもコイニング面に酸化スケールが発生し、コイニング面(大小端部)の面性状が悪化するという問題があった。
【0007】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、強度低下を防止しつつ形状精度を向上できるコイニング加工を含むコンロッドの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、コンロッドの大端部および小端部を除くコラム部を予め加熱する加熱工程と、前記加熱したコラム部を備えるコンロッドの大端部および小端部をコイニングダイにより挟圧・加圧するコイニング工程と、前記コイニングダイにより大端部および小端部を加圧したコイニング状態において、コラム部を冷却する冷却工程と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【0009】
したがって、本発明では、コンロッドのコラム部を予め加熱する加熱工程と、前記加熱したコラム部を備えるコンロッドの大端部および小端部をコイニングダイにより挟圧・加圧するコイニング工程と、前記大端部および小端部を加圧したコイニング状態のコンロッドのコラム部を冷却する冷却工程と、を備えるようにした。このため、冷間コイニングに比べ、コラム部にひずみが残らないため強度が低下しない。また、スプリングバックも起こらないため大端部および小端部の平面度が向上する。また、ホットコイニングに比べ、大端部および小端部は加熱しないため、厚み精度が確保でき、面性状に問題が生じない。しかも、コイニング中にそのまま冷却することができるため、冷却時のコラム部の曲がりも抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明に係わるコンロッドの製造方法および製造装置を各実施形態に基づいて説明する。
【0011】
(第1実施形態)
図1〜図4は、本発明を適用したコンロッドの製造方法の第1実施形態を示し、図1はコンロッドの製造装置であるコイニングプレス装置の概略構成図、図2はコイニングダイの別の一例を示す断面図、図3はコンロッドの製造工程を示す工程図、図4は製造するコンロッドの平面図および側面図である。
【0012】
図1は本実施形態におけるコイニングプレス装置1であり、コンロッドWの大端部W1および小端部W2を挟み加圧する上下コイニングダイ2A、2Bと、上下コイニングダイ2A、2BにコンロッドWのコラム部W3(Iセクション部ともいう)に臨んで通路端を開放させて配置した複数の冷却液路3と、冷却液路3に電磁弁4を介して冷却液を供給する冷却液供給装置5と、これらをコントロールするコントローラ6とを備える。
【0013】
前記冷却液供給装置5は、冷却液タンク5Aに貯めている冷却液をポンプ5Bにより汲み上げて吐出し、レギュレータ5Cによりその供給圧力および供給流量を調整して各電磁弁4に供給するよう機能する。コイニングプレス機1、各電磁弁4、レギュレータ5Cおよびポンプ5Bはコントローラ6により制御される。
【0014】
前記上下コイニングダイ2A、2Bは、ワークであるコンロッドWの大端部W1および小端部W2を夫々の端面から挟圧して加圧する平面部分を対向して備える。また、コンロッドWのIセクション部W3に臨む部分は、Iセクション部W3に対して隙間が存在するよう形成されているが、下方コイニングダイ2Aのみならず上方コイニングダイ2Bにおいて、Iセクション部W3に対面する部位に窪み2Cを設けて、積極的に隙間を拡大させた断熱空間を形成するようにすることが望ましい。
【0015】
また、コイニング修正と同時にコラム部W3の形状も修正することが望ましい場合には、図2に示すように、上下のコイニングダイ2A、2Bのコラム部W3に対面する窪み2Cの一部に突起2Eを夫々設けて、突起2Eの先端同士によりコラム部W3を押圧して、その形状を修正するようにする。なお、図中に示すように、窪み2C内に加熱手段7を配置して、型開き状態のコイニングダイ2A、2BにワークWを投入後に加熱手段7によりコラム部W3を加熱することもできる。
【0016】
前記コントローラ6は、コイニングプレス機1によりコイニングダイ2同士を離間させた型開きの待機状態において、電磁弁4を閉状態とし、ポンプ5Bを作動させて冷却液を吐出させ、レギュレータ5Cにより調圧して電磁弁4に供給する。そして、下方コイニングダイ2Aの上にワークとしてのコンロッドWが載置された時点から起動され、コイニングプレス機1により上方コイニングダイ2Bを下降させてコイニングダイ2A、2B同士の平面部分によりワークWの大端部W1および小端部W2を端面方向から挟圧して加圧する型閉め状態とする。
【0017】
そして、型締め状態を維持した状態で、電磁弁4を開放してポンプ5Bよりの冷却液を冷却液路3に供給してコイニング中のコンロッドWのIセクション部W3に噴出させるよう機能する。そして、予め設定した所定時間経過後に、電磁弁4を閉じ、コイニングプレス機1により上方コイニングダイ2Bを上昇させて型開きを行い、ワークであるコンロッドWの搬出を可能とするよう作動させる。
【0018】
以上の構成のコイニングプレス装置1を用いたコンロッドの製造方法について以下に説明する。
【0019】
図3は本実施形態におけるコンロッドWの製造工程を示し、先ず、通常の熱間鍛造コンロッドWと同様、熱間鍛造工程S1により、図4に示すように、大端部W1、小端部W2,及びIセクション部W3を有するコンロッドWの粗形材を製造する。そして、得られたコンロッドWの粗形材を冷却工程S2により冷却する。この冷却温度は鍛造後の温度降下に伴うワーク寸法の熱収縮が収斂する温度、例えば、500℃以下に下がればよい。そして、冷却工程S2の前工程若しくは後工程に配置したショットブラスト工程S3によりスケールを除去する。
【0020】
次いで、加熱工程S4により、大端部W1および小端部W2とこれらに隣接する領域のIセクション部W3を除く中央領域のIセクション部W3を局部加熱することにより700℃以上に加熱して、次工程のコイニング工程S5に投入する。前記中央領域のIセクション部W3の局部加熱の方法としては、例えば、高周波誘導加熱により加熱し、隣接する領域のIセクション部W3および大小端部W1、W2は、例えば、保護材によりカバーして加熱しないようにする。
【0021】
コイニング工程S5では、コイニングプレス機1によりコンロッドWの大端部W1と小端部W2とを挟んで加圧して、コンロッドWの曲がり矯正を行う。具体的には、前記コンロッドWは、コイニングプレス機1の下方コイニングダイ2A上に中央領域を加熱して温度上昇させたコンロッドWの大端部W1および小端部W2の端面を当接させて載置される。載置状態においては、コンロッドWのIセクション部W3は下方コイニングダイ2Aとの間に隙間若しくは断熱空間があるよう構成されている。
【0022】
そして、上方コイニングダイ2Bをコイニングプレス機1により下降させてコイニングダイ2A、2B同士で大端部W1および小端部W2を端面から加圧し、その状態に保持する。コンロッドWは大端部W1および小端部W2がコイニングダイ2A、2Bにより加圧されることにより、大端部W1および小端部W2の厚さ方向に塑性変形を与え、大小端部W1、W2の厚さ精度と面の平行度を向上させ、機械加工時の削り代を少なくするようにする。
【0023】
このように、鍛造粗材の大端部W1および小端部W2のみに塑性加工を施す場合には、矯正された大小端部W1、W2の平行度が大小端部W1、W2を連結するIセクション部W3も変形させるよう作用するが、Iセクション部W3は加熱されて高温に維持されているため、大小端部W1、W2の塑性変形に追従して残留応力を生じさせることなく変形し、Iセクション部W3にひずみが残らないため強度が低下しない。また、スプリングバックも生じないため、大端部W1および小端部W2の平面度を向上させることができる。さらに、大端部W1、小端部W2は加熱しないため、厚み精度が確保でき、面性状にも問題を生じさせない。また、ひずみが残らず強度低下が生じないため、コラム部W3を直接加圧して曲がりを矯正することもできる。
【0024】
そして、前記加圧に引続く冷却工程S6において、各電磁弁4が開放され、冷却液供給装置5より供給された冷却液を冷却液路3を経由させてコンロッドWの中央領域のIセクション部W3に噴射して、中央領域のIセクション部W3およびそれに隣接するIセクション部W3および大小端部W1、W2を冷却する。この冷却時においても、コンロッドWはその大小端部W1、W2がコイニングダイ2により継続して加圧されているため、Iセクション部W3の曲がりも抑制できる。この冷却装置によれば、コイニングダイ2に複数の細穴からなる冷却液路3により、そこからコントローラ6の指令により電磁弁4を開いて、冷却液を出すようにしているため、冷却時間を短くでき、また冷却ノズルを別に設ける必要がなく、省スペース化できる。
【0025】
その後、必要に応じてショットブラストによって鍛造粗材の表面のスケールが除去され、機械加工工程S7によって製品コンロッドに仕上げられる。
【0026】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【0027】
(ア)大端部W1および小端部W2とこれらをつなぐコラム部W3とを備え、大端部W1および小端部W2をコイニングダイ2により挟圧して加圧することによりコイニングを施すコンロッドWの製造方法および製造装置であり、コンロッドWの大端部W1および小端部W2を除くコラム部W3を予め加熱する加熱工程S4と、前記加熱したコラム部W3を備えるコンロッドWの大端部W1および小端部W2をコイニングダイ2により挟圧・加圧するコイニング工程S5と、前記コイニングダイ2により大端部W1および小端部W2を加圧したコイニング状態において、コラム部W3を冷却する冷却工程S6と、を備えるようにした。
【0028】
このため、冷間コイニングに比べ、コラム部W3にひずみが残らないため強度が低下しない。また、スプリングバックも起こらないため大端部W1および小端部W2の平面度が向上する。また、ホットコイニングに比べ、大端部W1および小端部W2は加熱しないため、厚み精度が確保でき、面性状に問題が生じない。しかも、コイニング中にそのまま冷却することができるため、冷却時のコラム部W3の曲がりも抑制できる。
【0029】
(イ)冷却工程S6は、コラム部W3に臨ませてコイニングダイ2に開口させた複数の冷却液流路3より冷却液を噴射することにより実行されることにより、冷却時間を短くでき、また冷却ノズルを別に設ける必要がなく、省スペース化できる。
【0030】
(第2実施形態)
図5〜図8は、本発明を適用したコンロッドの製造方法および製造装置の第2実施形態を示し、図5はコンロッドの製造装置であるコイニング装置の概略構成図、図6は下方コイニングダイの上端面形状を示す平面図および断面図、図7および図8はコイニングプレス機によるコンロッドの製造過程を示す概略断面図である。本実施形態においては、コンロッドのIセクション部の加熱手段をコイニングプレス機に設けた構成を第1実施形態に追加したものである。なお、第1実施形態と同一装置・部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【0031】
図5において、本実施形態のコイニングプレス機1においては、上下コイニングダイ2A、2BのコンロッドWのIセクション部W3に臨むコイニング面を大きく抉ってコイル収容空間2Dを形成しており、上方コイニングダイ2Bとも接触しないように、上方コイニングダイ2Bにもコイニング面から大きく抉ってコイル収容空間2Dを形成している。このコイル収容空間2Dには高周波電流による誘導加熱コイル7が設置されている。前記誘導加熱コイル7は、コイニングプレス機1に隣接させて配置した高周波発振装置8により発生する高周波電流が供給される構成され、電流供給時にコイル7内に配置されるワークWを誘導加熱するよう機能する。前記高周波発振装置8の動作はコントローラ6により制御するよう構成している。
【0032】
前記誘導加熱コイル7は、下方コイニングダイ2Aのコイル収容空間2Dに下半分が収容され、その上半分がコイル収容空間2Dから上方へ露出する状態となったコイル状のものであり、コイル7で形成する空間の前後端の外側には、コンロッドWの大端部W1および小端部W2の下端面に当接する下側コイニングダイ2Aのコイニング面が隣接して配列される位置関係となる。このため、ワークであるコンロッドWは、例えば、その小端部W2を、コイル7内に挿入し、コイル7の向こう側に位置するコイニング面に載置することでIセクション部W3をコイル7内に位置させるようにする。この場合、誘導加熱コイル7の形状が、上方に開放された形状である場合には、上記のようなコンロッド投入方法によることなく、通常のように上方からワークを投入することができる。
【0033】
前記コイニングプレス装置1は、下方コイニングダイ2AにコンロッドWが投入された場合に、コントローラ6の指令で、先ず誘導加熱コイル7に高周波発振装置8から高周波電流を供給して、コンロッドWのIセクション部W3の加熱を実行させる。この加熱の際に、図6に示すように、コンロッドWの大端部W1および小端部W2を位置決めする窪み9が型彫りされている場合には、コンロッドWを精度よく位置決めすることができ、誘導加熱コイル7により加熱する部分の位置精度を高めることができ、結果として、Iセクション部W3の焼入れ範囲を一定して決めることができる。そして、誘導加熱コイル7による加熱によりIセクション部W3の温度が、例えば、500〜1000℃の間の予め設定した加熱温度に達した時点で誘導加熱コイル7よりの加熱を終了させる。以後のコントローラ6の動作は、第1実施形態と同様である。
【0034】
以上の構成のコイニングプレス装置1を用いたコンロッドWの製造方法では、図7に示すように、初期状態では上方コイニングダイ2Bは上昇しており、コンロッドWが誘導加熱コイル7内に投入されると、コンロッドWのIセクション部W3の加熱を開始する。Iセクション部W3が所望の温度になれば、上方コイニングダイ2Bを下降させて、図8に示すように、コイニングダイ2A、2Bのコイニング面同士によりコンロッドWの大端部W1および小端部W2を挟圧・加圧してコイニングを行う。この時点で誘導加熱コイル7による加熱動作を終了させてもよい。そして、コンロッドWを上下コイニングダイ2A、2Bにより保持したまま、指定のタイミングで冷却液路3の細穴から冷却液を噴射し、Iセクション部W3の冷却を行う。
【0035】
前記誘導加熱コイル7による加熱温度を調整することで、Iセクション部W3に焼入れすることが可能であり、Iセクション部W3の強度を向上させることができる。また、冷却時にはコンロッドWのIセクション部W3に曲がりが生じやすいが、コイニングダイ2A、2Bによるコイニングを実行しながら冷却することにより、Iセクション部W3の曲がりを抑制することができる。
【0036】
また、誘導加熱コイルが設置されているため、ワークであるコンロッドWは、Iセクション部W3を予め加熱して高温状態とする必要がない。
【0037】
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)、(イ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【0038】
(ウ)加熱工程S4は、コイニングダイ2Aに設けた加熱手段7によりコイニングダイ2AにセットされたコンロッドWのコラム部W3を加熱することにより実行し、コイニング工程S5は、前記加熱されたコンロッドWに対してコイニングダイ2A、2Bにより挟圧・加圧することにより実行することにより、コンロッドWのコラム部W3の加熱および冷却を、コイニングプレス機1内でコイニング工程S5の前後で行うことができ、コンロッドWの工程間移動を省略できる。
【0039】
(エ)コイニングダイ2には、コンロッドWの大端部W1および小端部W2を位置決めする窪み9を備えるため、コンロッドWを定位置に置くことができ、コラム部W3の焼入れ範囲を一定に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の一実施形態を示すコンロッドの製造装置であるコイニングプレス装置の概略構成図。
【図2】同じくコイニングダイの別の一例を示す断面図。
【図3】同じくコンロッドの製造工程を示す工程図。
【図4】製造するコンロッドの平面図(A)および側面図(B)。
【図5】本発明の第2実施形態を示すコンロッドの製造装置であるコイニングプレス装置の概略構成図。
【図6】下方コイニングダイの上端面形状を示す平面図(A)および断面図(B)。
【図7】コイニングプレス機によるコンロッドの製造過程を示す概略断面図。
【図8】図7に続くコイニングプレス機によるコンロッドの製造過程を示す概略断面図。
【符号の説明】
【0041】
W コンロッド
W1 大端部
W2 小端部
W3 コラム部、Iセクション部
1 コイニングプレス機、コイニングプレス装置
2 コイニングダイ
3 冷却液路
4 電磁弁
5 冷却液供給装置
6 コントローラ
7 誘導加熱コイル
8 高周波発振装置
9 窪み

【特許請求の範囲】
【請求項1】
大端部および小端部とこれらをつなぐコラム部とを備え、大端部および小端部をコイニングダイにより挟圧して加圧することによりコイニングを施すコンロッドの製造方法において、
前記コンロッドの大端部および小端部を除くコラム部を予め加熱する加熱工程と、
前記加熱したコラム部を備えるコンロッドの大端部および小端部をコイニングダイにより挟圧して加圧するコイニング工程と、
前記コイニングダイにより大端部および小端部を加圧したコイニング状態において、コラム部を冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とするコンロッドの製造方法。
【請求項2】
前記冷却工程は、前記コラム部に臨ませてコイニングダイに開口させた複数の冷却液流路より冷却液を噴射することにより実行されることを特徴とする請求項1に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項3】
前記加熱工程は、コイニングダイに設けた加熱手段によりコイニングダイにセットされたコンロッドのコラム部を加熱することにより実行し、
コイニング工程は、前記加熱されたコンロッドに対してコイニングダイにより挟圧して加圧することにより実行することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコンロッドの製造方法。
【請求項4】
大端部および小端部とこれらをつなぐコラム部とを備え、大端部および小端部をコイニングダイにより挟圧して加圧することによりコイニングを施すコンロッドの製造装置において、
前記大端部および小端部を除くコラム部を高温状態としたコンロッドの投入に応じてコンロッドの大端部および小端部を挟圧・加圧してコイニングするコイニングダイと、
前記コイニングダイにより大端部および小端部の前記コイニングによる加圧状態において、コラム部を冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とするコンロッドの製造装置。
【請求項5】
前記冷却手段は、前記コラム部に臨ませてコイニングダイに開口させた複数の冷却液流路に冷却液を供給し、冷却液流路からコラム部に冷却液を噴射するよう構成していることを特徴とする請求項4に記載のコンロッドの製造装置。
【請求項6】
前記コイニングダイは、コンロッドのコラム部を高温状態に加熱する加熱手段を備え、
前記コイニングダイは、投入されたコンロッドのコラム部を前記加熱手段により高温状態に加熱した後に、型閉じによりコンロッドの大端部および小端部をコイニングすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のコンロッドの製造装置。
【請求項7】
前記コイニングダイには、コンロッドの大端部および小端部を位置決めする窪みを備えていることを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか一つに記載のコンロッドの製造装置。
【請求項8】
前記コイニングダイには、コンロッドのコラム部に対面する部分にコラム部の形状を矯正する突起を備えていることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一つに記載のコンロッドの製造装置。
【請求項9】
前記加熱手段は、コイニングダイに取付けた高周波加熱コイルであることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか一つに記載のコンロッドの製造装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−160344(P2007−160344A)
【公開日】平成19年6月28日(2007.6.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−358991(P2005−358991)
【出願日】平成17年12月13日(2005.12.13)
【出願人】(000003997)日産自動車株式会社 (16,386)
【Fターム(参考)】