鍛造曲軸的制造方法
【專利摘要】鍛造曲軸(1)包括含有S的碳鋼，在與軸頸部(J)、銷部(P)、前端部(Fr)以及凸緣部(Fl)這樣的軸部的外周機(jī)械加工后的表面相當(dāng)?shù)牟糠?，與精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位置(X)處的硫化物面積率x和與精鍛用模具的模具雕刻部的底對(duì)應(yīng)的位置(Y)處的硫化物面積率y之比x/y為1.5以下。該鍛造曲軸(1)在外周機(jī)械加工之后能夠在軸頸部(J)和銷部(P)防止產(chǎn)生加工表面裂紋。
【專利說明】
鍛造曲軸的制造方法
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年12月9日，申請(qǐng)?zhí)枮?01380065137.9(國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/ JP2013/007217)，發(fā)明名稱為"鍛造曲軸及其制造方法"的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002 ]本發(fā)明涉及一種鍛造曲軸的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]曲軸是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而獲得動(dòng)力的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零 部件，大致區(qū)分為利用鍛造制造的曲軸、和利用鑄造制造的曲軸。在轎車、貨車、特殊作業(yè)車 等汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)中，特別是在汽缸數(shù)為兩個(gè)以上的多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸被要求較高的強(qiáng) 度和剛性，大量使用優(yōu)先滿足強(qiáng)度和剛性的要求的鍛造曲軸。另外，在摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船 舶等的多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中也使用鍛造曲軸。
[0004]通常，多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)用的鍛造曲軸以截面呈圓形或方形且在整個(gè)長度上截面積恒 定的鋼坯為原材料，依次經(jīng)過預(yù)成形、模鍛、模鍛切邊以及整形各工序而制造(例如，參照專 利文獻(xiàn)1~3)。預(yù)成形工序包括輥乳成形和彎曲鍛造的各工序，模鍛工序包括粗鍛和精鍛的 各工序。
[0005] 圖1是用于對(duì)以往的通常的鍛造曲軸的制造工序進(jìn)行說明的示意圖。圖2是示意性 表示以往的鍛造曲軸的一例的圖，圖2的(a)是俯視圖，圖2的(b)是側(cè)視圖，圖2的（c)是代表 軸部的軸頸部的徑向剖視圖。
[0006] 圖1、圖2所例示的曲軸1搭載于四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)，包括五個(gè)軸頸部J1~軸J5、四個(gè)銷 部P1~P4、前端部Fr、凸緣部F1、以及分別將軸頸部J1~軸頸部J5和銷部P1~銷部P4相連的 八個(gè)曲臂部（以下，也簡稱為"臂部"）A1~A8,該曲軸1是在全部八個(gè)臂部A1~A8上都具有平 衡配重的四汽缸一八個(gè)配重的曲軸。以下，在分別統(tǒng)稱軸頸部J1~軸頸部J5、銷部P1~銷部 P4以及臂部A1~臂部A8時(shí)，其附圖標(biāo)記記為:軸頸部為"J"，銷部為"P"，臂部為"A"。其中，軸 頸部J、銷部P、前端部Fr以及凸緣部F1均為圓柱狀的軸部。
[0007] 在圖1所示的制造方法中，如以下那樣制造鍛造曲軸1。首先，在利用感應(yīng)加熱爐、 氣體氣氛加熱爐對(duì)預(yù)先已切割為預(yù)定長度的圖1的(a)所示的鋼坯2進(jìn)行加熱之后，進(jìn)行輥 乳成形。在輥乳成形工序中，利用例如孔型輥乳制鋼坯2而使鋼坯2縮徑并且將其體積分配 在長度方向上，從而使成為中間坯料的輥乳坯件103成形(參照?qǐng)D1的（b))。接下來，在彎曲 鍛造工序中，對(duì)利用輥乳成形而獲得的輥乳坯件103從與長度方向成直角的方向局部沖壓 下壓而將該輥乳坯件103的體積分配，使成為進(jìn)一步的中間坯料的彎曲坯件104成形(參照 圖1的(c))。
[0008] 接下來，在粗鍛工序中，使用上下一對(duì)模具對(duì)通過彎曲鍛造而獲得的彎曲坯件104 進(jìn)行鍛壓，使被造形成曲軸（最終鍛造產(chǎn)品）的大致的形狀的鍛造件105成形（參照?qǐng)D1的 (d))。而且，在精鍛工序中，提供通過粗鍛而獲得的粗鍛件105,使用上下一對(duì)模具對(duì)粗鍛件 105進(jìn)行鍛壓，使被造形成與曲軸一致的形狀的鍛造件106成形（參照?qǐng)D1的（e))。在進(jìn)行這 些粗鍛和精鍛時(shí)，剩余材料作為飛邊自互相相對(duì)的模具的模具分割面之間流出。因此，粗鍛 件105、精鍛件106在已被造形的曲軸的周圍分別帶有較大的飛邊105a、106a。
[0009] 在模鍛切邊工序中，從上下利用模具將通過精鍛而獲得的帶有飛邊106a的精鍛件 106進(jìn)行保持，并且利用刀具類模將飛邊106a沖切去除。由此，如圖1的（f)、圖2所示，獲得鍛 造曲軸1。在整形工序中，對(duì)去除了飛邊的鍛造曲軸1的重要部位、例如軸頸部J、銷部P、前端 部Fr、凸緣部F1等這樣的軸部自上下利用模具略微沖壓、根據(jù)情況對(duì)臂部A自上下利用模具 略微沖壓，而矯正為期望的尺寸形狀。如此，制造鍛造曲軸1。
[0010] 圖1所示的制造工序并不限定于例示的四汽缸一八個(gè)配重的曲軸，即使是在八個(gè) 臂部A中的開頭的第1臂部A1、最末尾的第8臂部A8、以及中央的兩個(gè)第4臂部A4、第5臂部A5 具有平衡配重的四汽缸一四個(gè)配重的曲軸，制造工序也相同。另外，即使是搭載于三汽缸發(fā) 動(dòng)機(jī)、直列六汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)、V型六汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)、八汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)等的曲軸，制造工序也相同。另 外，在需要調(diào)整銷部的配置角度的情況下，在模鍛切邊工序之后，可增加扭轉(zhuǎn)工序。
[0011] 如圖2所示，鍛造曲軸1在上述模鍛工序中產(chǎn)生飛邊，在模鍛切邊工序中去除該飛 邊，因此作為其痕跡，在整周出現(xiàn)了飛邊線107。作為軸部的軸頸部J、銷部P、前端部Fr以及 凸緣部F1的徑向截面形狀是將隔著飛邊線107對(duì)稱的半圓組合而成的大致的圓形(參照?qǐng)D2 的（c))。該半圓的部分分別通過精鍛利用上下一對(duì)模具的半圓形的模具雕刻部形成，飛邊 線107的位置與上下模具的模具分割面的位置一致(參照?qǐng)D2的(c)中的虛線）。
[0012] 這樣的鍛造曲軸1作為搭載于發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸發(fā)揮作用，因此被實(shí)施各種加工、熱處 理。例如，作為軸部的軸頸部J、銷部P、前端部Fr以及凸緣部F1的外周均被實(shí)施了切削加工， 精加工為預(yù)定的外徑(參照?qǐng)D2的(c)中的兩點(diǎn)劃線）。特別是軸頸部J和銷部P的外周被進(jìn)一 步實(shí)施研磨加工而精加工為預(yù)定的外徑和表面粗糙度。外周被實(shí)施了機(jī)械加工的軸頸部借 助滑移軸承襯套支承于發(fā)動(dòng)機(jī)模塊。同樣地銷部借助滑移軸承襯套與連結(jié)有活塞的連桿的 端部相連結(jié)。
[0013] 另外，軸頸部和銷部由于與滑移軸承襯套一起滑動(dòng)，因此被要求耐磨耗性。因此， 在軸頸部和銷部的外周，多是在切削加工之后、研磨加工之前實(shí)施高頻淬火(IH)。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)
[0016] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平5 - 000349號(hào)公報(bào) [0017] 專利文獻(xiàn)2:日本特開平11 一320019號(hào)公報(bào) [0018] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2003 - 253384號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 發(fā)明要解決的問題
[0020] 另外，在被實(shí)施了外周機(jī)械加工的軸頸部和銷部，有時(shí)由于因研磨加工、高頻淬火 而在其外周面產(chǎn)生的拉伸殘余應(yīng)力，而產(chǎn)生了研磨裂紋、IH裂紋這樣的裂紋（以下，也稱作 "加工表面裂紋"）。以往，當(dāng)產(chǎn)生了加工表面裂紋時(shí)，調(diào)整研磨加工、高頻淬火的各個(gè)條件來 進(jìn)行應(yīng)對(duì)。但是，該各個(gè)條件的調(diào)整是極其復(fù)雜的操作，也存在使軸頸部和銷部的外徑尺 寸、外周面的表面粗糙度、淬火固化層的特性發(fā)生改變的隱患，因此存在局限。因此，無法充 分地抑制加工表面裂紋的產(chǎn)生，期望革新的應(yīng)對(duì)之策。
[0021 ]本發(fā)明是鑒于上述問題而做成的，其目的在于提供一種在外周機(jī)械加工之后能夠 在軸頸部和銷部防止產(chǎn)生加工表面裂紋的鍛造曲軸及其制造方法。
[0022] 用于解決問題的方案
[0023] 本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的，進(jìn)行了各種試驗(yàn)并反復(fù)認(rèn)真研究，結(jié)果獲得了下述 (a)~(e)的知識(shí)。
[0024] (a)通常，作為鍛造曲軸的原材料，使用含有S(硫磺)的碳鋼。這是為了在對(duì)鍛造曲 軸進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)確保良好的切削性。
[0025] (b)詳細(xì)調(diào)查了在以往的鍛造曲軸的軸部產(chǎn)生加工表面裂紋的情況。其結(jié)果可知， 加工表面裂紋限定產(chǎn)生于與飛邊線上相當(dāng)?shù)奈恢?、即與精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位 置，在除此以外的自飛邊線上偏離的位置、其中與精鍛用模具的模具雕刻部的底（以下，也 稱作"模底"）對(duì)應(yīng)的位置完全沒有產(chǎn)生。
[0026] (c)這樣的加工表面裂紋的產(chǎn)生狀況能夠根據(jù)以下理由進(jìn)行說明。在作為鍛造曲 軸的原材料的鋼坯的內(nèi)部分散有各種夾雜物。在像上述(a)那樣使用含S碳鋼作為原材料的 情況下，該夾雜物大部分是MnS(錳硫化物）。在制造鍛造曲軸時(shí)的模鍛工序中，在模具的模 具分割面附近，鋼被明顯壓下，鋼的流動(dòng)也較明顯，因此MnS夾雜物當(dāng)然在自模具的模具分 割面之間流出的飛邊中伸長并聚集，也聚集在鍛造曲軸的軸部的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位 置。
[0027]因此，在鍛造曲軸的軸部的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置，MnS夾雜物密集存在。該密 集的MnS夾雜物的裂紋敏感性較高，當(dāng)在外周機(jī)械加工后暴露于軸部的表面時(shí)，成為以密集 的MnS夾雜物為起點(diǎn)易于產(chǎn)生加工表面裂紋的狀況。
[0028] 另一方面，在鍛造曲軸的軸部的自飛邊線偏離的位置、特別是與模底對(duì)應(yīng)的位置， 在模鍛工序中鋼的流動(dòng)較少。因此，MnS夾雜物維持適度分散的狀態(tài)且裂紋敏感性較低，即 使當(dāng)在外周機(jī)械加工后暴露于軸部的表面時(shí)，也成為難以產(chǎn)生加工表面裂紋的狀況。
[0029] (d)根據(jù)上述(b)、（c)所示的內(nèi)容可知，即使是在鍛造曲軸的軸部的與模具分割面 對(duì)應(yīng)的位置、只要MnS夾雜物也不會(huì)密集而是適度地分散的狀態(tài)，就難以產(chǎn)生加工表面裂 紋。該MnS夾雜物的分布狀態(tài)能夠在恒定的區(qū)域內(nèi)以MnS夾雜物所占的面積率（以下，也稱作 "硫化物面積率"）為指標(biāo)來進(jìn)行整理。而且，像在后述的實(shí)施例中所證實(shí)的那樣，在與軸部 的外周機(jī)械加工后的表面相當(dāng)?shù)牟糠郑c精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物 面積率為X，與精鍛用模具的模具雕刻部的底對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率為 y，這些硫化 物面積率同程度，其比x/y為1.5以下的鍛造曲軸不會(huì)產(chǎn)生加工表面裂紋。
[0030] (e)上述(d)所示的鍛造曲軸只要是在其制造過程中不產(chǎn)生飛邊或者即使產(chǎn)生飛 邊也較少的鍛造曲軸即可。當(dāng)這樣的鍛造曲軸用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，能夠通過應(yīng)用使用了 后述的成形裝置的制造方法來進(jìn)行制造。
[0031] 本發(fā)明是基于上述(a)~（e)的知識(shí)而完成的，其主旨在于下述鍛造曲軸及其制造 方法。
[0032] 作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鍛造曲軸包括含有S的碳鋼，在與軸部的外周機(jī)械加 工后的表面相當(dāng)?shù)牟糠?，與精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率X和與 精鍛用模具的模具雕刻部的底對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率y之比x/y為1.5以下。
[0033] 優(yōu)選的是，上述鍛造曲軸包括以質(zhì)量％計(jì)含有C: 0.30 %~0.60 %和S: 0.01 %~ 0.30%的碳鋼。
[0034] 優(yōu)選的是，上述鍛造曲軸用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0035] 在上述鍛造曲軸用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，該鍛造曲軸能夠經(jīng)過下述第1預(yù)成 形工序、下述第2預(yù)成形工序以及下述精鍛工序的一系列工序進(jìn)行制造。
[0036] 在第1預(yù)成形工序中，成形曲軸形狀的粗坯料，該曲軸形狀的粗坯料分別造形有： 軸向的長度與鍛造曲軸的軸頸部的軸向的長度相同的粗軸頸部、軸向的長度與鍛造曲軸的 銷部的軸向的長度相同且與軸向成直角的偏心方向的偏心量比所述銷部的與軸向成直角 的偏心方向的偏心量小的粗銷部、以及軸向的厚度比鍛造曲軸的曲臂部的軸向的厚度厚的 粗曲臂部。
[0037] 在第2預(yù)成形工序中，使用包括固定軸頸模、可動(dòng)軸頸模以及銷模的成形裝置。 [0038]固定軸頸模配置于所述粗坯料的粗軸頸部中的一個(gè)粗軸頸部的位置，且以沿著與 軸向成直角的偏心方向夾入該粗軸頸部的方式保持該粗軸頸部，并且該固定軸頸模接觸于 與該粗軸頸部相連的粗曲臂部的側(cè)面。
[0039] 可動(dòng)軸頸模分別配置于除被固定軸頸模夾入的粗軸頸部以外的各個(gè)粗軸頸部的 位置，且以沿著與軸向成直角的偏心方向分別夾入該各個(gè)粗軸頸部的方式保持該各個(gè)粗軸 頸部，并且各個(gè)可動(dòng)軸頸模分別接觸于與該各個(gè)粗軸頸部分別相連的粗曲臂部的側(cè)面，且 能朝向固定軸頸模沿著軸向移動(dòng)。
[0040] 銷模分別配置于各個(gè)粗銷部的位置，且分別貼緊在該各個(gè)粗銷部的偏心中心側(cè)， 并且各個(gè)銷模分別接觸于與該粗銷部分別相連的粗曲臂部的側(cè)面，且能沿著朝向固定軸頸 模的軸向和與軸向成直角的偏心方向移動(dòng)。
[0041] 在第2預(yù)成形工序中，使用這種結(jié)構(gòu)的成形裝置成形精鍛用坯料，在該成形精鍛用 坯料的第2預(yù)成形工序中，自以用固定軸頸模和可動(dòng)軸頸模夾入粗軸頸部的方式保持粗軸 頸部、將銷模貼緊于粗銷部的狀態(tài)起，通過使可動(dòng)軸頸模沿著軸向移動(dòng)且使銷模沿著軸向 和偏心方向移動(dòng)，從而在軸向上擠壓粗曲臂部而使粗曲臂部的厚度減小至鍛造曲軸的曲臂 部的厚度，并且在偏心方向上按壓粗銷部而使粗銷部的偏心量增加至鍛造曲軸的銷部的偏 心量。
[0042] 在精鍛工序中，使用上下一對(duì)模具對(duì)所述精鍛用坯料進(jìn)行精鍛，成形被造形成鍛 造曲軸的最終形狀的精鍛件。
[0043] 發(fā)明的效果
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的鍛造曲軸，與精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積 率X和與精鍛用模具的模具雕刻部的底對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率y同程度，因此在外周 機(jī)械加工之后在軸頸部和銷部裂紋敏感性較低，能夠防止產(chǎn)生由研磨加工、高頻淬火引起 的加工表面裂紋。
【附圖說明】
[0045] 圖1是用于對(duì)以往的通常的鍛造曲軸的制造工序進(jìn)行說明的示意圖。
[0046] 圖2是示意性表示以往的鍛造曲軸的一例的圖，圖2的(a)是俯視圖，圖2的(b)是側(cè) 視圖，圖2的(c)是代表軸部的軸頸部的徑向剖視圖。
[0047] 圖3是示意性表示本發(fā)明的鍛造曲軸的一例的圖，圖3的(a)是俯視圖，圖3的(b)是 側(cè)視圖，圖3的(c)是代表軸部的軸頸部的徑向剖視圖。
[0048] 圖4是示意性表示在制造本發(fā)明的鍛造曲軸的制造過程中、在成形裝置中作為被 成形對(duì)象的粗坯料和已成形的精鍛用坯料的各個(gè)形狀的俯視圖。
[0049] 圖5是表示本發(fā)明的鍛造曲軸的制造工序的示意圖。
[0050]圖6是表示在本發(fā)明的鍛造曲軸的制造中使用的成形裝置的結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0051] 圖7是用于對(duì)基于圖6所示的成形裝置的精鍛用坯料的成形方法進(jìn)行說明的縱剖 視圖，且表示成形初期的狀態(tài)。
[0052] 圖8是用于對(duì)基于圖6所示的成形裝置的精鍛用坯料的成形方法進(jìn)行說明的縱剖 視圖，且表示成形完成時(shí)的狀態(tài)。
[0053]圖9是用于對(duì)在本發(fā)明的鍛造曲軸的制造過程中、在精鍛用坯料的成形中產(chǎn)生有 飛邊的狀況進(jìn)行說明的圖。
[0054]圖10是用于對(duì)在本發(fā)明的鍛造曲軸的制造過程中、在精鍛用坯料的成形中實(shí)施飛 邊的應(yīng)對(duì)之策時(shí)的狀況進(jìn)行說明的圖。
[0055]圖11是軸頸部的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的本發(fā)明例和比較例各自的顯微觀 察照片。
[0056] 附圖標(biāo)記說明
[0057] 1:鍛造曲軸；1、11~邗：軸頸部;？、？1~？4 :銷部#〇前端部#1:凸緣部^)1~ A8:曲臂部;2:鋼坯;4:粗坯料;J'、J1'~J5 ' ：粗坯料的粗軸頸部;P'、ΡΓ~P4 ' ：粗坯料的粗 銷部;Fr'：粗坯料的粗前端部;F1'：粗坯料的粗凸緣部;Α'、Α1'~Α8'：粗坯料的粗曲臂部； 5:精鍛用坯料;J"、J1"~J5" ：精鍛用坯料的粗軸頸部;Ρ"、Ρ1"~Ρ4" ：精鍛用坯料的粗銷部； Fr" ：精鍛用坯料的粗前端部;F1" ：精鍛用坯料的粗凸緣部;Α"、Α1"~Α8" ：精鍛用坯料的粗 曲臂部;5a:飛邊部；10U、10Β:固定軸頸模；11U、11Β:可動(dòng)軸頸模；12:銷模；12a:刻入部；13: 輔助銷模；13a:刻入部；10Ua、10Ba:固定軸頸模的第1刻入部；10Ub、10Bb:固定軸頸模的第2 刻入部；111^、118 &:可動(dòng)軸頸模的第1刻入部；111]13、11813:可動(dòng)軸頸模的第2刻入部；141]、 14B:第1粗軸頸部、第5粗軸頸部的可動(dòng)軸頸模的傾斜面；151M5B:第2粗軸頸部、第4粗軸頸 部的可動(dòng)軸頸模的傾斜面；16:液壓缸;20:下側(cè)墊板;21:上側(cè)墊板;22:下側(cè)模具支承臺(tái)； 23:上側(cè)模具支承臺(tái)；24:彈性構(gòu)件;25:支柱;26:第1楔塊;27:第2楔塊。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下，關(guān)于本發(fā)明的鍛造曲軸及其制造方法，對(duì)其實(shí)施方式進(jìn)行詳述。
[0059] 1.鍛造曲軸的特性
[0060] 圖3是示意性表示本發(fā)明的鍛造曲軸的一例的圖，圖3的(a)是俯視圖，圖3的(b)是 偵_圖，圖3的（c)是代表軸部的軸頸部的徑向剖視圖。在圖3的（c)中，為了便于說明，用虛 線示出了上下一對(duì)精鍛用模具的形狀，用兩點(diǎn)劃線示出了軸部、即軸頸部J、銷部P、前端部 Fr以及凸緣部F1的外周機(jī)械加工的表面。另外，在圖3中，例示了四汽缸一八個(gè)配重的曲軸。
[0061] 如圖3所示，本發(fā)明的鍛造曲軸1沒有出現(xiàn)飛邊線，或者即使出現(xiàn)飛邊線也是輕微 的，在其制造過程中未產(chǎn)生飛邊，或者即使產(chǎn)生飛邊也是較少的。另外，本發(fā)明的鍛造曲軸1 包括含有S的碳鋼，是以該含S碳鋼的鋼坯為原材料來制造的。該含S碳鋼作為其代表性的組 成，以質(zhì)量％計(jì)含有C :0.30 %~0.60 %和S :0.01 %~0.30 %。在此，將C含量的范圍設(shè)為 0.30 %~0.60 %的理由是為了確保曲軸的強(qiáng)度和淬火性，并且抑制韌性和切削性的降低。C 含量的下限優(yōu)選為0.35%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.37%以上。另一方面，C含量的上限優(yōu)選為 0.58%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.55%以下。
[0062] 將S含量設(shè)為0.01 %~0.30 %的理由如下所述。若S含量小于0.01 %，則在對(duì)鍛造 曲軸進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，無法確保良好的切削性。雖然如果基于切削性的觀點(diǎn)考慮則S越多越 好，但是若S含量超過0.30%而過多，則易于產(chǎn)生加工表面裂紋，鋼坯的制造(連續(xù)鑄造)實(shí) 質(zhì)上也變困難。因而，S含量的下限設(shè)為0.01 %以上。更優(yōu)選為0.03%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.05%以上。另一方面，S含量的上限設(shè)為0.30%以下。
[0063] 另外，本發(fā)明的鍛造曲軸1在與軸部的外周機(jī)械加工后的表面(參照?qǐng)D3的（c)中的 兩點(diǎn)劃線)相當(dāng)?shù)牟糠志哂腥缦绿匦?。與精鍛用模具的模具分割面對(duì)應(yīng)的位置（由圖3的(c) 中的附圖標(biāo)記X表示的粗線包圍的位置)處的硫化物面積率為X，與精鍛用模具的模底對(duì)應(yīng) 的位置（由圖3的(c)中的附圖標(biāo)記Y表示的粗線包圍的位置)處的硫化物面積率為y，這些硫 化物面積率同程度，其比 x/y為1.5以下。與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置X在以往的鍛造曲軸中相 當(dāng)于飛邊線上的位置。在此所說的硫化物面積率是指在該位置處的軸向截面上的恒定的區(qū) 域內(nèi)MnS夾雜物所占的面積率（％ )，成為MnS夾雜物在該位置處的分布狀態(tài)的指標(biāo)。即，硫化 物面積率越大，表示MnS夾雜物越密集，硫化物面積率越小，表示MnS夾雜物越分散。
[0064] 與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置X處的硫化物面積率X和與模底對(duì)應(yīng)的位置Y處的硫化物 面積率y同程度，其比χ/y為1.5以下的鍛造曲軸1呈即使在其軸部的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位 置X處、MnS夾雜物也不會(huì)跟與模底對(duì)應(yīng)的位置Y相同程度地密集而是適當(dāng)?shù)胤稚⒌臓顟B(tài)。因 此，在外周機(jī)械加工后在軸頸部和銷部裂紋敏感性較低，能夠防止產(chǎn)生由研磨加工、高頻淬 火引起的加工表面裂紋。
[0065] 這種鍛造曲軸1例如在用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，能夠通過適用以下所示的制造方法 來進(jìn)行制造。
[0066] 2.鍛造曲軸的制造方法
[0067]在本發(fā)明的鍛造曲軸用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，以在其制造過程中進(jìn)行精鍛為 前提。而且，在精鍛的前工序中，為了自粗坯料來成形在該精鍛中所使用的精鍛用坯料而使 用后述的成形裝置。
[0068] 2 - 1.被成形對(duì)象的粗坯料和已成形的精鍛用坯料
[0069] 圖4是示意性地表示在本發(fā)明的鍛造曲軸的制造方法中、在成形裝置中作為被成 形對(duì)象的粗坯料和已成形的精鍛用坯料的各個(gè)形狀的俯視圖。在圖4中例示了在制造四汽 缸一八個(gè)配重的曲軸時(shí)的粗坯料和精鍛用坯料。
[0070] 如圖4所示，粗坯料4也是以圖1的（f)、圖3所示的鍛造曲軸1的形狀為依據(jù)且整體 上較粗的曲軸形狀，包括五個(gè)粗軸頸部J1'~J5'、四個(gè)粗銷部ΡΓ~P4'、粗前端部Fr'、粗凸 緣部F1'、以及分別將粗軸頸部J1'~粗軸頸部J5 '和粗銷部ΡΓ~粗銷部P4'相連的八個(gè)粗 曲臂部（以下，也簡稱為"粗臂部"）ΑΓ~粗曲臂部A8'。粗坯料4未帶有飛邊。以下，在分別統(tǒng) 稱粗坯料4的粗軸頸部J1'~粗軸頸部J5'、粗銷部Ρ1'~粗銷部Ρ4'以及粗臂部Α1'~Α8 '時(shí)， 其附圖標(biāo)記記為:粗軸頸部為"J'"，粗銷部為"P'"，粗臂部為"A'"。
[0071] 精鍛用坯料5是由上述粗坯料4成形而得到的，詳細(xì)地說，該精鍛用坯料5利用后述 的成形裝置成形而得到的，包括五個(gè)粗軸頸部J1"~J5"、四個(gè)粗銷部ΡΓ~P4"、粗前端部 Fr"、粗凸緣部FI"、以及分別將粗軸頸部J1"~粗軸頸部J5"和粗銷部ΡΓ~粗銷部P4"相連 的八個(gè)粗曲臂部（以下，也簡稱為"粗臂部"）ΑΓ~粗曲臂部A8"。精鍛用坯料5未帶有飛邊。 以下，在分別統(tǒng)稱精鍛用坯料5的粗軸頸部J1"~粗軸頸部J5"、粗銷部Ρ1"~粗銷部Ρ4"以及 粗臂部Α1"~Α8"時(shí)，其附圖標(biāo)記記為:粗軸頸部為"J""，粗銷部為"Ρ""，粗臂部為"Α""。
[0072] 精鍛用坯料5的形狀與曲軸（最終鍛造產(chǎn)品）的形狀大致一致，剛好相當(dāng)于圖1的 (d)所示的粗鍛件105的已去除飛邊105a的部分。即，精鍛用坯料5的粗軸頸部J"的軸向的長 度與最終形狀的鍛造曲軸的軸頸部J的軸向的長度相同。精鍛用坯料5的粗銷部P"的軸向的 長度與最終形狀的鍛造曲軸的銷部P的軸向的長度相同，精鍛用坯料5的粗銷部P"的在與軸 向成直角的偏心方向上的偏心量也與最終形狀的鍛造曲軸的銷部P的在與軸向成直角的偏 心方向上的偏心量相同。精鍛用坯料5的粗臂部A"的軸向的厚度與最終形狀的鍛造曲軸的 臂部A的軸向的厚度相同。
[0073] 相對(duì)于此，粗坯料4的粗軸頸部J'的軸向的長度與精鍛用坯料5的粗軸頸部J"的軸 向的長度、即鍛造曲軸的軸頸部J的軸向的長度相同。粗坯料4的粗銷部P'的軸向的長度與 精鍛用坯料5的粗銷部P"的軸向的長度、即鍛造曲軸的銷部P的軸向的長度相同，但是粗坯 料4的粗銷部P'的偏心量比精鍛用坯料5的粗銷部P"的偏心量小。粗坯料4的粗臂部A'的軸 向的厚度比精鍛用坯料5的粗臂部A"的軸向的厚度、即鍛造曲軸的臂部A的軸向的厚度厚。 總之，與精鍛用坯料5(最終形狀的鍛造曲軸)相比較，粗坯料4的全長長出與粗臂部A'的厚 度比粗臂部A"的厚度厚的量對(duì)應(yīng)的量，粗銷部P'的偏心量較小，粗坯料4成為相對(duì)較為平緩 的曲軸形狀。
[0074] 但是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，精鍛用坯料5相對(duì)于最終形狀的鍛造曲軸而言，使粗臂部A"的厚 度略微變薄，粗軸頸部J"和粗銷部P"的軸向的長度相應(yīng)地略微變大。這是為了在精鍛時(shí)易 于將精鍛用坯料5容納于模具內(nèi)，防止產(chǎn)生粘著（日文:如缺陷。據(jù)此，粗坯料4也相對(duì)于 最終形狀的鍛造曲軸而言，使粗軸頸部J'和粗銷部P'的軸向的長度略微變大。
[0075] 2 -2.制造工序
[0076] 圖5是表示本發(fā)明的鍛造曲軸的制造工序的示意圖。如圖5所示，鍛造曲軸的制造 方法包括第1預(yù)成形、第2預(yù)成形、精鍛各工序，根據(jù)需要，包括模鍛切邊、整形各工序。另外， 在需要調(diào)整銷部的配置角度的情況下，在模鍛切邊工序之后，增加扭轉(zhuǎn)工序。
[0077] 第1預(yù)成形工序是用于對(duì)上述粗坯料4進(jìn)行造形的工序。在第1預(yù)成形工序中，以截 面為圓形的圓鋼坯為原材料，通過在利用感應(yīng)加熱爐、氣體氣氛加熱爐對(duì)該圓鋼坯進(jìn)行加 熱之后實(shí)施預(yù)成形加工，能夠?qū)Υ峙髁?進(jìn)行造形。例如，若進(jìn)行利用孔型輥將圓鋼坯縮徑 乳制而將其體積分配到長度方向上的輥乳成形，重復(fù)進(jìn)行對(duì)由此得到的輥乳坯件自與長度 方向成直角的方向局部沖壓下壓而將其體積分配的彎曲鍛造(也通稱為"壓扁（日文:平押 U"）的話，則能夠?qū)Υ峙髁?進(jìn)行造形。此外，使用所述專利文獻(xiàn)1、2所公開的技術(shù)也能夠 進(jìn)行粗坯料4的造形。另外，也可以采用斜置乳輥、閉塞鍛造。
[0078] 第2預(yù)成形工序是用于通過使用下述的圖6所示的成形裝置而自上述粗坯料4來成 形上述精鍛用坯料5的工序。精鍛工序是用于提供上述精鍛用坯料5、并通過使用上下一對(duì) 模具進(jìn)行鍛壓來獲得鍛造曲軸1的工序。
[0079] 2 - 3.精鍛用坯料的成形裝置
[0080]圖6是表示在本發(fā)明的鍛造曲軸的制造中使用的成形裝置的結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。在 圖6中例示了制造四汽缸一八個(gè)配重的曲軸時(shí)的成形裝置，即自所述圖2所示的粗坯料4來 成形精鍛用坯料5的成形裝置。
[0081] 如圖6所示，成形裝置是利用壓力機(jī)的裝置，其具有成為基礎(chǔ)的固定的下側(cè)墊板 (日文：八一 -卜)20、和伴隨著壓力機(jī)的沖頭的驅(qū)動(dòng)而下降的上側(cè)墊板21。在下側(cè)墊 板20的正上方借助彈性構(gòu)件24彈性支承有下側(cè)模具支承臺(tái)22,容許該下側(cè)模具支承臺(tái)22在 上下方向上移動(dòng)。能夠使用碟形彈簧、螺旋彈簧、空氣彈簧等作為彈性構(gòu)件24,此外也能夠 使用液壓彈簧系統(tǒng)作為彈性構(gòu)件24。在上側(cè)墊板21的正下方借助支柱25固定有上側(cè)模具支 承臺(tái)23,該上側(cè)模具支承臺(tái)23利用壓力機(jī)(沖頭)的驅(qū)動(dòng)與上側(cè)墊板21-體地下降。
[0082] 在圖6所示的成形裝置中，以使粗銷部Ρ'的偏心方向與鉛垂方向相一致、且將第1 粗銷部Ρ1'、第4粗銷部Ρ4'配置在上方的姿態(tài)、換言之將第2粗銷部Ρ2'、第3粗銷部Ρ3'配置 在下方的姿態(tài)將粗坯料4容納于模具內(nèi)，并成形為精鍛用坯料。因此，在下側(cè)模具支承臺(tái)22 和上側(cè)模具支承臺(tái)23安裝有沿粗坯料4的軸向劃分的、各自上下成對(duì)的固定軸頸模10U、 10Β、可動(dòng)軸頸模11U、11Β，以及銷模12和輔助銷模13。
[0083] 固定軸頸模10U、10B配置于粗坯料4的粗軸頸部J'中的一個(gè)粗軸頸部J'的位置，例 如在圖6中，固定軸頸模10U、10B配置于中央的第3粗軸頸部J3'的位置，上方的固定軸頸模 10U安裝于上側(cè)模具支承臺(tái)23,下方的固定軸頸模10B安裝于下側(cè)模具支承臺(tái)22。特別是，上 方的固定軸頸模10U相對(duì)于上側(cè)模具支承臺(tái)23完全固定，下方的固定軸頸模10B相對(duì)于下側(cè) 模具支承臺(tái)22完全固定。
[0084] 在固定軸頸模10U、10B分別形成有半圓筒狀的第1刻入（日文：彫Ο込辦）部10Ua、 10Ba，和與該第1刻入部10Ua、10Ba的前后（圖6中的左右)相鄰的第2刻入部10Ub、10Bb。第1 刻入部10Ua、10Ba的長度與精鍛用坯料5的第3粗軸頸部J3"的軸向的長度相同。第2刻入部 10Ub、10Bb的長度與精鍛用坯料5的與其軸頸部J3"相連的粗臂部A"（第4粗臂部A4"、第5粗 臂部A5"）的軸向的厚度相同。
[0085]固定軸頸模10U、10B通過伴隨著壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)的上側(cè)模具支承臺(tái)23的下降、即壓 力機(jī)的壓下，用第1刻入部l〇Ua、10Ba以從上下方向夾入第3粗軸頸部J3 '的方式保持第3粗 軸頸部J3'。與此同時(shí)，固定軸頸模10U、10B成為第2刻入部10Ub、10Bb的靠第1刻入部10Ua、 l〇Ba側(cè)的表面接觸于與第3粗軸頸部J3'相連的第4粗臂部A4'、第5粗臂部A5'的靠第3粗軸 頸部J3'側(cè)的側(cè)面的狀態(tài)。
[0086]可動(dòng)軸頸模11U、11B配置于粗坯料4的除用固定軸頸模10U、10B所夾入的粗軸頸部 J'以外的各個(gè)粗軸頸部J'的位置，例如在圖6中，可動(dòng)軸頸模11U、11B配置于第1粗軸頸部 J1'、第2粗軸頸部J2'、第4粗軸頸部J4'、第5粗軸頸部J5'各自的位置，上方的可動(dòng)軸頸模 11U安裝于上側(cè)模具支承臺(tái)23,下方的可動(dòng)軸頸模11B安裝于下側(cè)模具支承臺(tái)22。特別是，容 許上方的可動(dòng)軸頸模11U相對(duì)于上側(cè)模具支承臺(tái)23在朝向固定軸頸模10U的軸向上移動(dòng)，容 許下方的可動(dòng)軸頸模11B相對(duì)于下側(cè)模具支承臺(tái)22在朝向固定軸頸模10B的軸向上移動(dòng)。 [0087]在可動(dòng)軸頸模11U、11B分別形成有半圓筒狀的第1刻入部llUa、llBa、和與該第1刻 入部llUa、llBa的前后（圖6中的左右)相鄰的第2刻入部llUb、llBb。第1刻入部llUa、llBa的 長度與精鍛用坯料5的第1粗軸頸部J1"、第2粗軸頸部J2"、第4粗軸頸部J4"和第5粗軸頸部 J5"的軸向的長度相同。第2刻入部1 lUb、11 Bb的長度與精鍛用坯料5的與第1粗軸頸部JΓ、 第2粗軸頸部J2"、第4粗軸頸部J4"和第5粗軸頸部J5"相連的粗臂部A"的軸向的厚度相同。
[0088] 可動(dòng)軸頸模11U、11B利用伴隨著壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)的上側(cè)模具支承臺(tái)23的下降、即壓 力機(jī)的壓下，用第1刻入部llUa、llBa以分別從上下方向夾入各粗軸頸部J'的方式保持各粗 軸頸部J'。與此同時(shí)，可動(dòng)軸頸模11U、11B成為第2刻入部llUb、llBb的靠第1刻入部llUa、 llBa側(cè)的表面接觸于與各粗軸頸部J'相連的粗臂部A'的靠各粗軸頸部J'側(cè)的側(cè)面的狀態(tài)。
[0089] 此處，在兩端的第1粗軸頸部J1'、第5粗軸頸部J5'的位置處配置的可動(dòng)軸頸模 11U、11B的端面成為傾斜面14U、14B。相對(duì)于此，在下側(cè)墊板20上，與這些第1粗軸頸部J1'、 第5粗軸頸部J5'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面14U、14B的位置相對(duì)應(yīng)地分別豎立設(shè)置有 第1楔塊26,各第1楔塊26貫通下側(cè)模具支承臺(tái)22而朝上方突出。第1粗軸頸部J1'、第5粗軸 頸部J5'的可動(dòng)軸頸模11U、11B中的下側(cè)的可動(dòng)軸頸模11B的傾斜面14B在初期狀態(tài)下與第1 楔塊26的斜面相接觸。另一方面，上側(cè)的可動(dòng)軸頸模11U的傾斜面14U利用伴隨著壓力機(jī)的 驅(qū)動(dòng)的上側(cè)模具支承臺(tái)23的下降、即壓力機(jī)的壓下，成為與第1楔塊26的斜面相接觸的狀 ??τ 〇
[0090] 另外，在靠中央的第2粗軸頸部J2'、第4粗軸頸部J4'的位置處配置的可動(dòng)軸頸模 11U、11B上，在自第1刻入部llUa、llBa和第2刻入部llUb、llBb偏離的側(cè)部（圖6中的紙面向 外和向里）固定有具有傾斜面15U、15B的未圖示的塊。相對(duì)于此，在下側(cè)墊板20上，與這些第 2粗軸頸部J2'、第4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面15U、15B的位置相對(duì)應(yīng)地分 別豎立設(shè)置有第2楔塊27,各第2楔塊27貫通下側(cè)模具支承臺(tái)22而朝上方突出。第2粗軸頸部 J2'、第4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B中的下側(cè)的可動(dòng)軸頸模11B的傾斜面15B在初期 狀態(tài)下與第2楔塊27的斜面相接觸。另一方面，上側(cè)的可動(dòng)軸頸模11U的傾斜面15U利用伴隨 著壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)的上側(cè)模具支承臺(tái)23的下降、即壓力機(jī)的壓下，成為與第2楔塊27的斜面相 接觸的狀態(tài)。
[0091]之后，伴隨著壓力機(jī)繼續(xù)壓下，上側(cè)的可動(dòng)軸頸模11U與下側(cè)的可動(dòng)軸頸模11B- 體地被下壓。由此，對(duì)于第1粗軸頸部J1'、第5粗軸頸部J5'的可動(dòng)軸頸模11U、11B來說，上下 無論哪個(gè)均由于其傾斜面14U、14B沿著第1楔塊26的斜面滑動(dòng)，因此朝第3粗軸頸部J3'的固 定軸頸模10U、10B沿著軸向移動(dòng)。與此同時(shí)，對(duì)于第2粗軸頸部J2'、第4粗軸頸部J4'的可動(dòng) 軸頸模11U、11B來說，上下無論哪個(gè)均由于其傾斜面15U、15B沿著第2楔塊27的斜面滑動(dòng)，因 此朝第3粗軸頸部J3'的固定軸頸模10U、10B沿著軸向移動(dòng)?？傊?，可動(dòng)軸頸模11U、11B能夠 分別利用斜楔機(jī)構(gòu)沿著軸向移動(dòng)。
[0092] 上下成對(duì)的銷模12和輔助銷模13配置于粗坯料4的粗銷部P'各自的位置，上方的 銷模12和輔助銷模13安裝于上側(cè)模具支承臺(tái)23,下方的銷模12和輔助銷模13安裝于下側(cè)模 具支承臺(tái)22。銷模12配置于粗銷部P'各自的偏心中心側(cè)，另一側(cè)的輔助銷模13配置于與粗 銷部P'各自的偏心中心側(cè)相反的外側(cè)。例如，在第1粗銷部ΡΓ的位置處，由于第1粗銷部ΡΓ 配置于上側(cè)，因此銷模12安裝于下側(cè)模具支承臺(tái)22,并且輔助銷模13安裝于上側(cè)模具支承 臺(tái)23〇
[0093] 特別是，容許銷模12和輔助銷模13中的上下無論哪個(gè)均相對(duì)于上側(cè)模具支承臺(tái) 23、下側(cè)模具支承臺(tái)22在朝向固定軸頸模10U、10B的軸向上移動(dòng)。而且，只有銷模12也被容 許在朝向粗銷部P'的偏心方向上移動(dòng)。
[0094]在銷模12、輔助銷模13分別形成有半圓筒狀的刻入部12a、13a。刻入部12a、13a的 長度與精鍛用坯料5的粗銷部P"的軸向的長度相同。
[0095] 利用伴隨著壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)的上側(cè)模具支承臺(tái)23下降、即壓力機(jī)壓下，銷模12成為 刻入部12a貼緊于各粗銷部P'的偏心中心側(cè)、銷模12的兩側(cè)面接觸于與各粗銷部P'相連的 粗臂部A'的靠各粗銷部P'側(cè)的側(cè)面的狀態(tài)。
[0096] 之后，銷模12和輔助銷模13伴隨著壓力機(jī)繼續(xù)壓下而一體地被下壓。由此，銷模12 和輔助銷模13隨著如上述那樣可動(dòng)軸頸模11U、11B沿著軸向移動(dòng)而朝向第3粗軸頸部J3'的 固定軸頸模10U、10B沿著軸向移動(dòng)。另外，銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)利用與各銷模12相連 結(jié)的液壓缸16的驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行。
[0097] 此外，銷模12和輔助銷模13沿著軸向的移動(dòng)也可以利用與可動(dòng)軸頸模11U、11B同 樣的斜楔機(jī)構(gòu)、液壓缸、伺服馬達(dá)等另外的機(jī)構(gòu)強(qiáng)制進(jìn)行。輔助銷模13也可以與相鄰的一對(duì) 可動(dòng)軸頸模11U、11B中的一者一體化。
[0098] 在圖6所示的初期狀態(tài)下，在分別在軸向上相連的固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸 模11U、11B與銷模12和輔助銷模13之間，為了容許可動(dòng)軸頸模11U、11B、以及銷模12和輔助 銷模13沿著軸向的移動(dòng)，確保有間隙。這些各間隙的尺寸為精鍛用坯料5的粗臂部A"的厚度 與粗坯料4的粗臂部A'的厚度之差。
[0099] 接下來，對(duì)基于這種結(jié)構(gòu)的成形裝置的精鍛用坯料的成形方法進(jìn)行說明。
[0100] 圖7和圖8是用于對(duì)基于圖6所示的成形裝置的精鍛用坯料的成形方法進(jìn)行說明的 縱剖視圖，圖7表示成形初期的狀態(tài)，圖8表示成形完成時(shí)的狀態(tài)。
[0101] 將粗坯料4容納于所述圖6所示的下側(cè)的固定軸頸模10B、可動(dòng)軸頸模11B、以及銷 模12和輔助銷模13,并開始?jí)毫C(jī)的壓下。之后，首先，如圖7所示，上側(cè)的固定軸頸模10U和 可動(dòng)軸頸模11U分別抵接于下側(cè)的固定軸頸模10B和可動(dòng)軸頸模11B。
[0102] 由此，粗坯料4成為各粗軸頸部J'被固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B自 上下保持、且銷模12貼緊于各粗銷部P'的偏心中心側(cè)的狀態(tài)。在該狀態(tài)時(shí)，固定軸頸模10U、 10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B與粗坯料4的各粗臂部A'的靠粗軸頸部J'側(cè)的側(cè)面相接觸，銷模 12與各粗臂部A'的靠粗銷部P'側(cè)的側(cè)面相接觸。另外，在該狀態(tài)時(shí)，第1粗軸頸部J1'、第5粗 軸頸部J5'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面14U、14B與第1楔塊26的斜面相接觸，第2粗軸頸 部J2'、第4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面15U、15B與第2楔塊27的斜面相接 觸。
[0103] 自該狀態(tài)起，使壓力機(jī)在該狀態(tài)下的壓下繼續(xù)。這樣的話，第1粗軸頸部J1'、第5粗 軸頸部J5 '的可動(dòng)軸頸模11U、11B各自的傾斜面14U、14B沿著第1楔塊26的斜面滑動(dòng)，且該第 1粗軸頸部J1'、第5粗軸頸部J5 '的可動(dòng)軸頸模11U、11B利用該斜楔機(jī)構(gòu)朝第3粗軸頸部J3 ' 的固定軸頸模10U、10B沿著軸向移動(dòng)。與此同時(shí)，第2粗軸頸部J2 '、第4粗軸頸部J4 '的可動(dòng) 軸頸模11U、11B各自的傾斜面15U、15B沿著第2楔塊27的斜面滑動(dòng)，且該第2粗軸頸部J2'、第 4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B利用該斜楔機(jī)構(gòu)朝第3粗軸頸部J3'的固定軸頸模10U、 10B沿著軸向移動(dòng)。如此伴隨著可動(dòng)軸頸模11U、11B分別利用斜楔機(jī)構(gòu)沿著軸向移動(dòng)，銷模 12和輔助銷模13也朝向第3粗軸頸部J3'的固定軸頸模10U、10B沿著軸向移動(dòng)。
[0104]由此，固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B與銷模12和輔助銷模13之間的間 隙逐漸變窄，最終它們之間的各間隙消失。此時(shí)，粗坯料4利用固定軸頸模10U、10B、可動(dòng)軸 頸模11U、11B以及銷模12,一邊維持粗軸頸部J'和粗銷部P'的軸向的長度，一邊在軸向上擠 壓粗臂部A'，粗臂部A'的厚度減小至精鍛用坯料5的粗臂部A"的厚度(參照?qǐng)D8)。
[0105] 另外，根據(jù)可動(dòng)軸頸模11U、1 IB、以及銷模12和輔助銷模13沿著軸向的移動(dòng)，驅(qū)動(dòng) 各銷模12的液壓缸16。之后，各銷模12分別在偏心方向上按壓粗坯料4的粗銷部P'。由此，粗 坯料4的粗銷部P'在偏心方向上偏離，其偏心量增加至精鍛用坯料5的粗銷部P"的偏心量 (參照?qǐng)D8)。
[0106] 如此，能夠由沒有飛邊的粗坯料4以與臂部A的厚度較薄的鍛造曲軸(最終鍛造產(chǎn) 品）的形狀大致一致的形狀來成形沒有飛邊的精鍛用坯料5。而且，若將這樣的沒有飛邊的 精鍛用坯料5向精鍛提供而進(jìn)行精鍛的話，雖然產(chǎn)生少量飛邊，但能夠包含臂部的輪廓形狀 地對(duì)鍛造曲軸的最終形狀進(jìn)行造形。因此，能夠成品率良好地、并且無論其形狀如何都以較 高的尺寸精度制造多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)用的鍛造曲軸。但是，如果在粗坯料的階段在臂部造形成 相當(dāng)于平衡配重的部分，則也能夠制造具有平衡配重的鍛造曲軸。
[0107] 在所述圖6~圖8所示的成形裝置中，第1粗軸頸部J1'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾 斜面14U、14B和與其接觸的第1楔塊26的斜面的傾斜角度同第5粗軸頸部J5 '的可動(dòng)軸頸模 11U、11B的傾斜面14U、14B和與其接觸的第1楔塊26的斜面的傾斜角度以鉛垂面為基準(zhǔn)剛好 相反。另外，第2粗軸頸部J2 '的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面15U、15B和與其接觸的第2楔塊 27的斜面的傾斜角度同第4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面15U、15B和與其接 觸的第2楔塊27的斜面的傾斜角度以鉛垂面為基準(zhǔn)剛好相反。而且，第1楔塊26的斜面的角 度(第1粗軸頸部J1'、第5粗軸頸部J5'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面14U、14B的角度)比第 2楔塊27的斜面的角度(第2粗軸頸部J2'、第4粗軸頸部J4'的可動(dòng)軸頸模11U、11B的傾斜面 15U、15B的角度)大。如此，使得使各可動(dòng)軸頸模11U、11B沿著軸向移動(dòng)的斜楔機(jī)構(gòu)的楔塊角 度根據(jù)每個(gè)可動(dòng)軸頸模11U、11B而不同的理由在于，將在軸向上擠壓粗臂部A'而使其厚度 減小的變形速度在整個(gè)粗臂部A'處設(shè)為恒定。
[0108] 所述圖6~圖8所示的成形裝置所使用的粗坯料4的粗軸頸部J'的截面積與精鍛用 坯料5的粗軸頸部J"的截面積、即鍛造曲軸的軸頸部J的截面積相同，或者比精鍛用坯料5的 粗軸頸部J"的截面積、即鍛造曲軸的軸頸部J的截面積大。同樣地，粗坯料4的粗銷部P'的截 面積與精鍛用坯料5的粗銷部P"的截面積、即鍛造曲軸的銷部P的截面積相同，或者比精鍛 用坯料5的粗銷部P"的截面積、即鍛造曲軸的銷部P的截面積大。即使在粗坯料4的粗軸頸部 J'的截面積比精鍛用坯料5的粗軸頸部J"的截面積大、粗坯料4的粗銷部P'的截面積比精鍛 用坯料5的粗銷部P"的截面積大的情況下，伴隨著利用固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模 111]、118夾入并保持粗軸頸部1'、以及之后的可動(dòng)軸頸模111]、118沿著軸向的移動(dòng)，也能夠 使粗軸頸部J'的截面積減小至精鍛用坯料5的粗軸頸部J"的截面積，伴隨著銷模12沿著軸 向的移動(dòng)和沿著偏心方向的移動(dòng)，也能夠使粗銷部P'的截面積減小至精鍛用坯料5的粗銷 部P"的截面積。
[0109] 作為在以上說明的精鍛用坯料的成形中應(yīng)該注意的方面，有時(shí)產(chǎn)生局部的飛邊。 以下，對(duì)飛邊的產(chǎn)生原理和其應(yīng)對(duì)之策進(jìn)行說明。
[0110]圖9是用于對(duì)基于本發(fā)明的成形裝置的精鍛用坯料的成形中產(chǎn)生飛邊的狀況進(jìn)行 說明的圖，圖1 〇是用于對(duì)在實(shí)施飛邊的應(yīng)對(duì)之策時(shí)的狀況進(jìn)行說明的圖。圖9的（a)和圖10 的（a)表示成形初期的狀態(tài)，圖9的（b)和圖10的（b)表示成形中途的狀態(tài)，圖9的（c)和圖10 的（c)表示成形完成時(shí)的狀態(tài)，圖9的（d)和圖10的（d)表示成形完成后自成形裝置取出的精 鍛用坯料。
[0111] 如圖9的（a)所示，成形開始后，可動(dòng)軸頸模11U、11B沿著軸向移動(dòng)，并且銷模12和 輔助銷模13沿著軸向和偏心方向移動(dòng)。之后，如圖9的(b)所示，可動(dòng)軸頸模11U、11B、以及銷 模12和輔助銷模13沿著軸向的移動(dòng)完成之前，即固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B 與銷模12和輔助銷模13之間的間隙閉合之前，偏心變形的粗銷部P'到達(dá)輔助銷模13后，粗 銷部P'的材料流入該輔助銷模13與固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B之間的間隙。 該已流入的材料雖然伴隨著成形的進(jìn)行而延伸為較薄，但如圖9的（c)所示，在成形完成時(shí) 還有殘留。這樣，如圖9的(d)所示，在精鍛用坯料5的粗銷部P"的外側(cè)，在粗銷部P"和與粗銷 部P"相鄰的粗臂部A'之間的邊界出現(xiàn)局部的飛邊部5a。
[0112] 飛邊部5a在下一工序的精鍛中被打入產(chǎn)品而成為夾層（日文：如名⑴缺陷。因此， 從確保產(chǎn)品品質(zhì)的觀點(diǎn)，需要防止產(chǎn)生飛邊。
[0113] 作為防止產(chǎn)生飛邊的應(yīng)對(duì)之策，在固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、11B與銷 模12和輔助銷模13之間的間隙閉合之后，控制銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)使得偏心變形的 粗銷部P'到達(dá)輔助銷模13即可。具體地說，可動(dòng)軸頸模11U、11B、以及銷模12和輔助銷模13 沿著軸向的移動(dòng)完成之后，使銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)完成即可。例如，優(yōu)選的是，銷模 12沿著偏心方向的總移動(dòng)距離設(shè)為100%時(shí)，在與該銷模12相鄰的可動(dòng)軸頸模11U、11B沿著 軸向的移動(dòng)完成的時(shí)刻，銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)距離為總移動(dòng)距離的90%以下（更優(yōu) 選的是83%以下、進(jìn)一步優(yōu)選的是60%以下），之后銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)完成。
[0114] 即，如圖10的(a)所示，開始進(jìn)行成形，之后，如圖10的（b)所示，在銷模12沿著偏心 方向的移動(dòng)距離達(dá)到總移動(dòng)距離的90%之前，使可動(dòng)軸頸模11U、11B、以及銷模12和輔助銷 模13沿著軸向的移動(dòng)完成。這樣一來，在該時(shí)刻，盡管固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模 11U、11B與銷模12和輔助銷模13之間的間隙閉合，但偏心變形的粗銷部P'未到達(dá)輔助銷模 13。然后，伴隨著銷模12沿著偏心方向的移動(dòng)，粗銷部P '到達(dá)輔助銷模13，且該移動(dòng)完成后， 如圖10的(c)所示，成形完成。因此，在輔助銷模13與固定軸頸模10U、10B和可動(dòng)軸頸模11U、 11B之間的間隙未產(chǎn)生粗銷部P'的材料流入的情況。這樣，如圖10的(d)所示，能夠得到?jīng)]有 飛邊的尚品質(zhì)的精鍛用還料5。
[0115] 銷模沿著偏心方向移動(dòng)的移動(dòng)過程在可動(dòng)軸頸模沿著軸向的移動(dòng)完成之前能夠 任意地改變。例如，銷模沿著偏心方向的移動(dòng)可以與可動(dòng)軸頸模沿著軸向的移動(dòng)開始同時(shí) 開始，也可以在可動(dòng)軸頸模沿著軸向的移動(dòng)開始前開始，或者也可以在可動(dòng)軸頸模沿著軸 向的移動(dòng)進(jìn)行一定程度后開始。另外，銷模沿著偏心方向的移動(dòng)也可以在自開始后移動(dòng)了 預(yù)定量的位置處暫時(shí)停止，在可動(dòng)軸頸模沿著軸向的移動(dòng)完成之后再重新開始。
[0116] 另外，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行 各種改變。例如，在所述圖6所示的成形裝置中，作為使可動(dòng)軸頸模沿著軸向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，在 上述實(shí)施方式中采用利用了壓力機(jī)的斜楔機(jī)構(gòu)，但不限于此，也可以采用連桿機(jī)構(gòu)，也可以 代替利用壓力機(jī)而利用液壓缸、伺服馬達(dá)。另外，作為使銷模沿著偏心方向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，不 限于液壓缸，也可以是伺服馬達(dá)。
[0117]另外，在所述圖6所示的成形裝置中構(gòu)成為，將上側(cè)模具支承臺(tái)固定于上側(cè)墊板， 并且用下側(cè)墊板彈性支承下側(cè)模具支承臺(tái)，且在該下側(cè)墊板設(shè)置楔塊，而用該楔塊使上下 的可動(dòng)軸頸模移動(dòng)，但也可以與上述構(gòu)成上下倒置地構(gòu)成。也能夠構(gòu)成為用各自的墊板彈 性支承上下的各模具支承臺(tái)，并在墊板上分別設(shè)置楔塊，而用各楔塊使上下的各可動(dòng)軸頸 模移動(dòng)。
[0118] 另外，在所述圖6所示的成形裝置中，僅容許輔助銷模沿著軸向移動(dòng)，但也可以除 此之外形成也容許輔助銷模沿著與偏心方向相反的方向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，由此，也可以是銷模 和輔助銷模一邊以分別從上下方向夾入各粗銷部P'的方式保持各粗銷部P'，一邊相互連動(dòng) 地沿著偏心方向移動(dòng)。
[0119] [實(shí)施例]
[0120] 為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，以直徑為61mm且長度為600mm的圓鋼還為原材料，經(jīng)過使 用了所述圖6所示的成形裝置的包括預(yù)成形工序在內(nèi)的所述圖5所示的制造工序，制造了軸 頸部的外徑為49mm且銷部的外徑為46mm的四汽缸一八個(gè)配重的鍛造曲軸。另外，為了進(jìn)行 比較，經(jīng)過所述圖1所示的制造工序，制造了具有飛邊線的鍛造曲軸。此時(shí)，在本發(fā)明例中， 使用了下述表1所示的鋼種A的含S碳鋼作為原材料，在比較例中使用了表1所示的鋼種B、C 這兩種含S碳鋼作為原材料。
[0121] [表 1]
[0122] 表1
[0123]
[0124] 自制造成的鍛造曲軸切出軸頸部和銷部并對(duì)各自的外周進(jìn)行切削加工，以與各自 的精加工外徑相當(dāng)?shù)?4mm的外徑制作出厚度為10_的試驗(yàn)體。然后，進(jìn)行以下所示的兩個(gè) 評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
[0125] 作為第1個(gè)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，自軸頸部和銷部的各試驗(yàn)體的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置(所 述圖3的（c)中的附圖標(biāo)記X所示的位置）以及與模底對(duì)應(yīng)的位置(所述圖3的（c)中的附圖標(biāo) 記Y所示的位置)各自的外周面采集20mm見方的試樣，將各試樣的表面研磨之后，進(jìn)行該表 面的顯微觀察。通過該顯微觀察，計(jì)算出各位置的硫化物面積率x、y。此時(shí)，以400倍的倍率 對(duì)試樣表面的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行顯微觀察，對(duì)各視場(chǎng)分別通過圖像解析來識(shí)別MnS夾雜物所占 的區(qū)域并計(jì)算出硫化物面積率，從該硫化物面積率較高的范圍中選擇八個(gè)視場(chǎng)部分，將其 平均值作為各位置處的硫化物面積率x、y。然后，根據(jù)所獲得的硫化物面積率x、y計(jì)算出各 位置處的硫化物面積率之比χ/y。
[0126] 作為第2個(gè)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，使用軸頸部和銷部的各試驗(yàn)體，對(duì)各自的外周進(jìn)行高頻淬 火，之后將各試驗(yàn)體浸漬于濃度為4.1%的鹽酸中24小時(shí)。然后，通過熒光磁粉探傷(MT)對(duì) 所獲得的軸頸部和銷部的各試驗(yàn)體的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置(所述圖3的（c)中的附圖標(biāo) 記X所示的位置）、以及與模底對(duì)應(yīng)的位置(所述圖3的（c)中的附圖標(biāo)記Y所示的位置)各自 的外周面進(jìn)行觀察，調(diào)查有無裂紋產(chǎn)生。該第2個(gè)評(píng)價(jià)試驗(yàn)是在更殘酷的條件下假定了產(chǎn)生 加工表面裂紋的試驗(yàn)。
[0127] 在下述表2中統(tǒng)一表示這兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。另外，在圖11中，作為實(shí)施例中的試驗(yàn)結(jié) 果的一例，示出軸頸部的與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的本發(fā)明例和比較例各自的顯微觀察 照片。在圖11中，散布的黑色的部分是MnS夾雜物。
[0128] [表 2]
[0129] 表2
[0130]
[0131] 注）"P"表示銷部，"J"表示軸頸部
[0132] 根據(jù)表2和圖11所示的結(jié)果，示出如下內(nèi)容。如表2所示，試驗(yàn)No. 1~試驗(yàn)No. 4是本 發(fā)明例，試驗(yàn)No. 5~試驗(yàn)No. 10是比較例。
[0133] 在本發(fā)明例的試驗(yàn)No. 1~試驗(yàn)No. 4中，如表2所示，與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置處的 硫化物面積率X為〇 . 09%~0.21 %，與模底對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率y為0.14 %~ 0.17%，兩者之比x/y最大為1.31。而且，均未產(chǎn)生裂紋。另外，在與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置， 如圖11所示，成為了MnS夾雜物適度分散的狀態(tài)。
[0134] 另一方面，在比較例的試驗(yàn)No.5~試驗(yàn)No. 10中，如表2所示，與模具分割面對(duì)應(yīng)的 位置處的硫化物面積率X為0.34 %~0.53%，與模底對(duì)應(yīng)的位置處的硫化物面積率y為 0.14%~0.23%，兩者之比x/y最小為1.90。而且，雖然在與模底對(duì)應(yīng)的位置全部未產(chǎn)生裂 紋，但是在與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置全部產(chǎn)生了裂紋。另外，在與模具分割面對(duì)應(yīng)的位置， 如圖11所示，成為了MnS夾雜物密集存在的狀態(tài)。
[0135] 因而可知，如果硫化物面積率x、y之比x/y即使預(yù)估了偏差也為1.5以下，則呈MnS 夾雜物不會(huì)密集而適度分散的狀態(tài)，裂紋敏感性較低，不會(huì)產(chǎn)生加工表面裂紋。
[0136] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0137] 本發(fā)明能夠有效地利用于通過熱鍛造制造的鍛造曲軸、特別是多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)用的 鍛造曲軸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鍛造曲軸的制造方法，該鍛造曲軸用于多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 該制造方法包括下述一系列工序： 第1預(yù)成形工序，在該工序中，成形曲軸形狀的粗坯料，該曲軸形狀的粗坯料分別造形 有:軸向的長度與鍛造曲軸的軸頸部的軸向的長度相同的粗軸頸部、軸向的長度與鍛造曲 軸的銷部的軸向的長度相同且與軸向成直角的偏心方向的偏心量比所述銷部的與軸向成 直角的偏心方向的偏心量小的粗銷部、以及軸向的厚度比鍛造曲軸的曲臂部的軸向的厚度 厚的粗曲臂部； 第2預(yù)成形工序，在該工序中，使用成形裝置成形精鍛用坯料，該成形裝置包括： 固定軸頸模，其配置于所述粗坯料的粗軸頸部中的一個(gè)粗軸頸部的位置，且以從與軸 向成直角的方向夾入該粗軸頸部的方式保持該粗軸頸部，并且該固定軸頸模接觸于與該粗 軸頸部相連的粗曲臂部的側(cè)面； 可動(dòng)軸頸模，其分別配置于除被固定軸頸模夾入的粗軸頸部以外的各個(gè)粗軸頸部的位 置，且以從與軸向成直角的方向分別夾入該各個(gè)粗軸頸部的方式保持該各個(gè)粗軸頸部，并 且各個(gè)可動(dòng)軸頸模分別接觸于與該粗軸頸部分別相連的粗曲臂部的側(cè)面，且能朝向固定軸 頸模沿著軸向移動(dòng)；以及 銷模，其分別配置于各個(gè)粗銷部的位置，且分別貼緊在該各個(gè)粗銷部的偏心中心側(cè)，并 且各個(gè)銷模分別接觸于與該粗銷部分別相連的粗曲臂部的側(cè)面，且能沿著朝向固定軸頸模 的軸向和與軸向成直角的偏心方向移動(dòng)， 在該成形精鍛用坯料的第2預(yù)成形工序中，自以用固定軸頸模和可動(dòng)軸頸模夾入粗軸 頸部的方式保持粗軸頸部、將銷模貼緊于粗銷部的狀態(tài)起，通過使可動(dòng)軸頸模沿著軸向移 動(dòng)且使銷模沿著軸向和偏心方向移動(dòng)，從而在軸向上擠壓粗曲臂部而使粗曲臂部的厚度減 小至鍛造曲軸的曲臂部的厚度，并且在偏心方向上按壓粗銷部而使粗銷部的偏心量增加至 鍛造曲軸的銷部的偏心量;以及 精鍛工序，在該工序中，使用上下一對(duì)模具對(duì)所述精鍛用坯料進(jìn)行精鍛，成形被造形成 鍛造曲軸的最終形狀的精鍛件， 所述成形裝置在與所述粗銷部各自的偏心中心側(cè)相反的外側(cè)還包括沿軸向移動(dòng)的輔 助銷模， 在所述第2預(yù)成形工序中，伴隨著所述可動(dòng)軸頸模、以及所述銷模和所述輔助銷模沿著 軸向的移動(dòng)，在所述固定軸頸模和所述可動(dòng)軸頸模與所述銷模和所述輔助銷模之間的間隙 閉合之后，控制所述銷模沿著偏心方向的移動(dòng)使得偏心變形的所述粗銷部到達(dá)所述輔助銷 模。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造曲軸的制造方法，其中， 在所述第2預(yù)成形工序中，所述銷模沿著偏心方向的總移動(dòng)距離設(shè)為100%時(shí)，在與該 銷模相鄰的所述可動(dòng)軸頸模沿著軸向的移動(dòng)完成的時(shí)刻，所述銷模沿著偏心方向的移動(dòng)距 離為總移動(dòng)距離的90%以下，之后所述銷模沿著偏心方向的移動(dòng)完成。
【文檔編號(hào)】B21J5/00GK105855450SQ201610249119
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月9日
【發(fā)明人】多比良裕章, 金基成, 大久保潤, 大久保潤一
【申請(qǐng)人】新日鐵住金株式會(huì)社