CN101394954B - 制造轮盘的方法和形成轮组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造轮盘的方法开始于一个平毛坯。在轮盘中形成多个窗，其中各窗具有绕着轮盘的圆周，与连续的外圈邻近的相应的外边缘。窗限定在相邻的窗之间的多个轮辐，各窗沿外圈的角度尺寸大于各轮辐的角度尺寸。通过把斜楔模接合抵靠外圈的至少一部分部分封闭外圈成圆筒形。通过用圆筒形模具轴向冲击外圈基本完全封闭外圈成圆筒形。在冲击后，中间用凸轮加工的操作没有引入会使轮盘削弱及变形的应力而达到要求的最终的形状。本发明还涉及一种形成轮组件的方法。

Description

制造轮盘的方法和形成轮组件的方法
技术领域
本发明涉及适宜用于制造轮盘的改进的方法和形成轮组件的方法。
背景技术
普通制造的车轮的一个类型包括有内轮盘和外轮辋的两件结构。轮盘包括内轮安装部分及外环形部分。轮安装部分限定内侧安装表面和包括中心导向或轮毂孔，以及多个穿透形成的长平头螺栓接收孔用于把轮装到车轴上。轮辋由钢、铝或其它合金制成并包括内侧轮胎边座挡边、内侧轮胎边座和轴向延伸凹部、外侧轮胎边座和外侧轮胎边座挡边。轮盘的外环形部分典型地由焊接固定到轮辋的内径向表面。
用于轮盘的一些优选材料是从平毛坯冷加工成轮盘的要求的最终形状的钢和其它合金。使用几级的冲压和冲孔，可经济地制造出有足够尺寸精度和强度的轮盘。用多级高速送料压力机设备制造轮盘的顺序模具冲压的一个实例在1996年10月29日授予Daudi的美国专利5,568,745中公开，这里该文件全部结合作为参考。
除了对轮盘和轮辋的强度和形状的严格要求外，要求轮盘有吸引人的外观。在典型的轮盘中设有窗，通过在各对相邻的窗之间形成一个单一的轮辐而给以轮装轮辐的外观。窗也起到把冷却空气流供到设在轮的内侧的制动单元的作用。
为了进一步改进冲压轮盘的外观，在轮盘装配到轮辋后，可在轮盘的外侧加上各种形状和光洁度的金属包层。包层的形状可与轮盘的形状一致或有很不同的外观。不考虑实际的美观，优选地在装上包层后留有足够“可看穿的”区域以允许足够的空气流冷却车轮及闸。
对于车轮美观的现时倾向是要求提供大的窗使得在窗之间的整体的轮辐尽可能小。当使用包层时，在轮盘中大的窗的尺寸对包层美观 提供更大的灵活性使得包层的窗可位于更任意的位置。
使用普通的从平毛坯制出冲压轮盘的技术不可能得到大的窗的尺寸。在制造时，毛坯典型地要在冲压出窗之前弯曲以形成外圈，因为如果要先冲压出窗，那么在弯曲时，它们会变形到不可接受的程度。对于大的窗的尺寸，压孔操作变得更加困难，因为需要提供接收冲出的废料的空间。
为了得到大的窗的尺寸，已使用如铸造等其它成形的方法。但是，这些其它的方法和材料不太适合低成本、批生产。因此要求用冲压轮盘得到增加的窗的尺寸。
发明内容
本发明提供了允许增加窗的尺寸的改进的制造轮盘的方法。中间用凸轮加工的操作进行一个用冲击模最后成形前的初步成形，使得可以不导入会削弱轮盘或使窗的形状变形的应力下形成轮盘。
在发明的一个方面，提供了成形轮盘的方法。多个窗设在轮盘中，其中各窗带有绕着轮盘的周边邻近连续的外圈的相应的外边缘。窗限定在相邻的窗之间的多个轮辐，并且每个窗沿着外圈的角度尺寸大于各轮辐的角度尺寸。通过把斜楔模接合抵靠外圈的至少一部分部分地封闭外圈成圆筒形。通过使用圆筒形模轴向冲击(wiping)外圈使外圈基本完全封闭为圆筒形。
在发明的另一个方面，提供了一种成形轮盘的方法。把一个平的轮盘毛坯成形为碗形的轮盘，并成形一个中心孔；成形所述的碗形轮盘以形成邻近窗形成区的轮辐形成区；形成绕着所述的中心孔的多个长平头螺栓孔区和把所述的中心孔翻边；相应于所述的轮盘的窗形成区形成多个窗，其中各所述的窗有绕着所述的轮盘的周边接近连续的外圈的各自的外边缘，所述的窗限定多个在邻近的窗之间的轮辐形成区的轮辐，各所述的窗沿所述的外圈的角度尺寸优选地大于各所述的轮辐的角度尺寸；精压所述的多个窗；通过把一个斜楔模接合抵靠所述的外圈的至少一部分，部分地封闭所述的外圈成圆筒形；通过使用一个圆筒形模具冲击所述的外圈，把所述的外圈完全封闭成基本为圆 筒形及在螺栓孔区穿出螺栓孔；并且通过用沿大致平行于所述的轮盘轴线送进的突出部分撞击所述的圆周边缘，校正所述的外圈的圆周边缘并且精压所述的螺栓孔。
在本发明的又一个方面，提供一种形成轮组件的方法。把一个平的轮盘毛坯成形为碗形的轮盘，并成形一个中心孔；成形所述的碗形轮盘以形成邻近窗形成区的轮辐形成区；形成绕着所述的中心孔的多个螺栓孔区；相应于所述的轮盘的窗形成区形成多个窗，其中各所述的窗有绕着所述的轮盘的周边接近连续的外圈的各自的外边缘，所述的窗限定多个在邻近的窗之间的轮辐形成区的轮辐，各所述的窗沿所述的外圈的角度尺寸优选地大于各所述的轮辐的角度尺寸；精压所述的多个窗；通过把一个斜楔模径向接合抵靠所述的外圈的至少一部分，部分地封闭所述的外圈成圆筒形；通过使用一个圆筒形模具冲击所述的外圈，把所述的外圈完全封闭成基本为圆筒形，同时在螺栓孔区穿出螺栓孔；通过用沿大致平行于所述的轮盘轴线送进的突出部分撞击所述的圆周边缘，校正所述的外圈的圆周边缘，并且精压所述的螺栓孔，以制出所述的轮盘；和把所述的轮盘固定到一个轮辋上以制出所述的轮组件。
当借助附图阅读本发明下面的详细说明，本专业技术人员会明白本发明的其它优点。
附图说明
图1是按照本发明一个实施例制造的轮盘的透视图；
图2是与一个轮辋接合的图1的轮盘的透视图；
图3和3A是在按照一个优选实施例的第一操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图4和4A是在按照一个优选实施例的第二操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图5和5A是在按照一个优选实施例的第三操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图6和6A是在按照一个优选实施例的第四操作处理轮盘后闭合 的压机的剖面图；
图7和7A是在按照一个优选实施例的第五操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图8和8A是在按照一个优选实施例的第六操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图9和9A是在按照一个优选实施例的第七操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图10和10A是在按照一个优选实施例的第八操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图；
图11和11A是在按照一个优选实施例的第九操作处理轮盘后闭合的压机的剖面图。
具体实施方式
参见图1，具有所示形状的轮盘10是使用冷冲压从平的毛坯制成。在制成后，如图2所示，轮盘10可以焊接、铆接或其它合适方法固定到合适的轮辋11，以制造出有轮子或轮盘轴线X的轮子W。轮辋11由例如钢、铝或它们的合金、镁或钛等合适的材料制成或形成。
轮盘10由具有冷加工必要的延展性的合适材料如钢、铝、它们的合金、镁或钛等制成或形成。轮盘10包括总的位于中央的轮安装表面或轮廓12、多个向外延伸的整体的轮辐13和外环形的轮辋连接带或凸缘14。在所示的实施例中，轮盘10包括五个这种与轮安装表面12和外圈14成整体的整体轮辐13。在所示的实施例中，轮辐形成为实心的轮辐；但是，如果要求，一个或多个轮辐13可设有孔(未示出)。另外，如图1示出的实施例所示，各轮辐13限定与轮盘轴线X相交的径向线R，并且各轮辐13优选地相对径向线R对称。或者，如果需要，可用不同数目、方向和/或形状的轮辐13。
轮安装表面12设有位于中央的定位孔15和绕着定位孔15沿圆周分布的多个长平头螺栓插入孔16。长平头螺栓插入孔16插进用于把成品轮固定在车辆的轴上的长平头螺栓(未示出)。
轮盘10还包括多个在相邻的轮辐13之间形成的孔或窗17。如在 图1和2示出的实施例所示，窗17的角度范围优选地大于整体的轮辐13的角度范围，特别在靠近外圈14处在轮盘10的外径向圆周处。或者，如果需要，窗17相对于轮辐13的角度范围可与所示出的不同。
外圈14沿总的为轴向方向延伸并仅通过轮辐13与轮盘10的其余部分连接。在各轮辐13和外圈14之间的过渡部分应是没有断裂、开裂或会削弱轮盘10以及因而车轮的结构整体性的其它缺陷而形成。由于外圈14限定用于焊到轮辋11的一个环形的安装凸缘，在冲压过程中从原始的毛坯平面向下弯约90°。如图1和2示出的实施例所示，窗17如此大使得窗17的侧边表面20有基本与轮轴线X垂直的面。换言之，外圈14是一个总的为(至少在各窗17的圆周的中心的区域)不带弧度的平的圆筒体以便沿总的为轴向方向延伸并限定在沿总的为轴向外侧方向延伸的每一对相邻的轮辐13之间延伸的侧边表面14A。总的为平的圆筒形使得在轮盘10连接到轮辋11后，只有最少量的外圈14通过窗17进入视野的干扰，这是为了美观要求的。但是，当使用现有技术的冲压工艺时，整体的轮辐13的弯曲度和窄度会导致在轮辐13和外圈14之间的过渡区的过分的材料应力。
图3和3A示出总的标为21的一套工具组，用于实施在轮盘坯料(未示出)上的第一操作以制造轮盘20。工具组21适于装到冲床上(未示出)和进行看了图3的本专业技术人员很容易明白的金属冲压操作。一个总的为平的圆毛坯(未示出)装进工具组21，随后压机运动到图3所示的封闭结构。工具组21中的冲头22在轮盘20中冲出初步的中心孔23，而轮盘20的外边缘被向下拉成总的为对称的碗形。把毛坯拉成碗形和冲出初步的中心孔23的结果是加进对以后的拉拔步骤中必要的材料体积和使材料加工硬化。
为了开始把轮盘20的外周边弯成一个外圈，可用一个模具25在形成轮盘20的区域24的外圈中形成一个突出部分。工具组21包括移去从初步的中心孔23冲出的废料的一个槽26。在完成图3所示的第一操作后，打开工具组21，并把轮盘20传送到进行下一步操作的下一个压机。
图4和4A示出第二操作，其中总的标为30的工具组进行轮盘20的进一步预成形。模具块31和33分别进行里面的轮安装区32和34的预成形。更具体地，区域32与长平头螺栓安装孔区相应。模具块35和36配合冲出一个轮辐形成区37和一个窗形成区38。在图1和2所示的实施例中，绕着轮盘20的全周边形成总数为五个的轮辐形成区37和五个窗形成区38。在所示的实施例中，窗形成区38示出有比轮辐形成区37更大的冲压高度，但是根据轮盘的要求的最终形状，在窗及轮辐形成区之间的任何其它的高度也是可能的。工具组30也包括按照形成最终的轮毂安装/导向孔要留下的轮盘材料的量冲出最终的中心孔41的冲头40。设有一个槽42用于移去在冲孔操作中产生的废料。虽然图中示出的工具组30是剖面，但本专业技术人员明白模具块有三维形状。
在所示的实施例中，工具组30还可优选地包括模具块43，模具块43有与模具块35的倾斜部分互补的总的为斜的边用于把突出部分转换成轮盘20的外圈形成区44的斜角的腿。优选地，在所示的实施例中，外圈形成区44的斜角的腿可定向为与轮盘轴线X(也就是通过最终的中心孔41的中心的中央垂直轴线)成约45°或更大。要求在冲出窗之前把区域44弯下不大于约45°。否则，在至少相应的窗的一侧冲孔的角度将偏离垂直线很远，导致窗的很尖的边缘。
图5和5A示出一工具组，用标号45表示，用于在轮盘20要送到的下一个压机中进行的下一个操作。这操作在绕着中心孔的螺栓的形成区的专门的螺栓孔位置拉出一个长平头螺栓安装孔的形状。因此，在上模块46和47及下模块48之间按压轮盘20以再分配绕着用于最终的长平头螺栓安装孔的位置的材料体积。在该操作中还可以包括窗形成区和轮辐形成区的成形的微小调节。
下一步操作在图6和6A中示出，包括用总的标为50的工具组冲出窗。冲头块51拉入轮盘20的窗形成区制出轮盘中的窗，而废料通过槽52移出。
在所示的实施例中，冲头块51优选地沿与轮盘轴线X倾斜的冲 头轴线P操作。这帮助确保沿被冲出的各窗的周边形成直的、几乎垂直的边缘。更具体地，冲头轴线P可与轮盘轴线X倾斜小于约20°，更优选为约10°。根据要冲孔的表面的定向，其它倾斜角也是合适的。
在图7和7A所示的下一步操作中，用总的标为54的工具组精压窗孔。专门地，模具块55冲击窗的周边以精压窗的边缘。
在图8和8A所示的下一步操作中，用总的标为60的工具组部分封闭外圈。示出的工具组60处在把轮盘20固定就位以允许外圈形成区44弯到更接近圆筒形形状的封闭结构。因此，轮盘20可夹持就位在模具块61和62之间在由穿过窗64的定位销63对准的位置中。示出一个径向斜楔模块65在已驱动外圈形成区44径向向内以部分封闭外圈形成区的一个径向向内位置。
斜楔模块65可以沿箭头66的方向通过凸轮驱动器67的上下运动以往复的方式被驱动。驱动器67有用于接合模具块65中凸轮随动槽69的斜部分68。随着斜楔模块65径向向内移动直到外圈形成区44接合模具块61的斜表面71，模具块65的斜表面70把外圈形成区44向下弯。因此，在到轮辐形成区的过渡区的外圈形成区44弯到接近其最终的弧度而没有将施加应力到该区会导致断裂或变薄的拉延或再成形。
优选地，斜楔模块65包括用于同时用凸轮加工外圈成形区44的相应部分的、绕着工具组60周边隔开的、分开的圆周凸轮段。分开的凸轮段以更小的半径说明减小的圆周。在分开的凸轮段之间的小的间隙在更小的半径处为约四分之一英寸。间隙可优选地设在位于远离轮辐的周边的点相应的地方(也就是与窗邻接)，因为那里不需要显著的弯曲。在外圈形成区44用凸轮加工之后，驱动器67向上移动以缩回模具块65到其径向向外的位置，并且轮盘20可传送到下一个操作。
图9和9A示出总的标为75的工具组，用于把外圈完全封闭成环形的或圆筒形的凸缘，而同时在螺栓形成区穿出长平头螺栓孔。更具体地，一个冲击模具块76向下移动接合外圈形成区44以便轴向冲击外圈区域。外圈形成区44被向下拉到离其原始的水平位置约90°角， 因此形成与轮盘轴线X平行的环形或圆筒形表面，用于在装配时与轮辋的内侧配合。冲头块77(仅示出一个)同时接合长平头螺栓孔形成区32以便制出合适数目及形状的长平头螺栓安装孔。
图10和10A示出下一个操作，其中向下延伸的外圈44被校正，并且预先冲出的长平头螺栓孔初步精压。因此，设置总的标为80的工具组，工具组80包括模具块81和82用于保持轮盘20就位，同时校正模具块83沿平行轮盘轴线X的方向撞击外圈44的周边边缘。模块83包括用于接收外圈44的圆周边的突出部分84。模块83绕着工具组80的周边分段，使得在图10的左侧可见在模块83之间的一个间隙。因此，外圈84的一部分85不被模具块83冲击。但是，在绕着轮盘20的分开的圆周段之间的间隙优选地为仅仅约四分之一英寸使得达到外圈的全部校正。在外圈的轴向校正的同时，可使用精压模块86实施长平头螺栓孔最后的精压。
在优选实施例中的最后操作在图11和11A中示出，其中校正中心孔的直径同时二次精压长平头螺栓孔。因此设置总的标为90的工具组，工具组90包括驱动进入中心孔41的校正模块91和驱动对着长平头螺栓形成区的精压模块92。
通过上面的说明，已示出一个冲压或金属成形过程，其中比较大的窗可形成在轮盘中。通过在把外圈冲到最终的圆筒形之前的一个中间用凸轮加工的操作，得到了在轮辐和外圈之间的过渡区不带缺陷的用于把轮盘连接到轮辋的圆筒形凸缘。
按照专利法规定，已在优选实施例中解释及示出了本发明的原理和操作模式。但是，必须明白本发明可以不背离本发明精神和范围而以与专门解释和示出不同的方式实施。

Claims (17)

1.一种形成轮盘的方法，包括以下步骤：
在所述的轮盘中形成多个窗，其中绕着所述的轮盘的周边在接近连续的外圈处，各窗具有一个相应的外边缘，所述的窗限定在相邻的窗之间的多个轮辐，并且各所述的窗沿着所述的外圈的角度尺寸大于各整体的轮辐的角度尺寸；
通过把一个斜楔模径向接合抵靠所述的外圈的至少一部分，部分地封闭所述的外圈成一个圆筒形；并且
通过使用一个圆筒形模具冲击外圈，把所述的外圈完全封闭为圆筒形。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下面步骤：
在邻近窗形成区压出轮辐形成区的形成步骤前，预成形一个轮盘毛坯。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的轮盘限定一个轴线，并且沿着与所述的轮盘轴线倾斜的冲头轴线，所述的窗形成在所述的窗形成区。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的冲头轴线与所述的轮盘轴线倾斜小于20°。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的冲头轴线与所述的轮盘轴线倾斜10°。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的斜楔模包括径向驱动进入所述的外圈的一个斜的接合表面。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的部分封闭阶段之前，所述的外圈定向在离所述的轮盘轴线45°或更大，而在所述的部分封闭阶段之后，所述的外圈定向在离所述的轮盘轴线20°或更小。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下面的步骤：
通过平行于所述的轮盘轴线地撞击所述的周边边缘来校正所述的外圈的周边边缘。
9.一种成形轮盘的方法，包括下面的步骤：
把一个平的轮盘毛坯成形为碗形的轮盘，并成形一个中心孔；
成形所述的碗形轮盘以形成邻近窗形成区的轮辐形成区；
形成绕着所述的中心孔的多个长平头螺栓孔区和把所述的中心孔翻边；
相应于所述的轮盘的窗形成区形成多个窗，其中各所述的窗有绕着所述的轮盘的周边接近连续的外圈的各自的外边缘，所述的窗限定多个在邻近的窗之间的轮辐形成区的轮辐，各所述的窗沿所述的外圈的角度尺寸大于各所述的轮辐的角度尺寸；
精压所述的多个窗；
通过把一个斜楔模接合抵靠所述的外圈的至少一部分，部分地封闭所述的外圈成圆筒形；
通过使用一个圆筒形模具冲击所述的外圈，把所述的外圈完全封闭成圆筒形及在螺栓孔区穿出螺栓孔；并且
通过用沿平行于所述的轮盘轴线送进的突出部分撞击所述的圆周边缘，校正所述的外圈的圆周边缘并且精压所述的螺栓孔。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括下面步骤，在所述的轴向校正步骤后，
校正所述的中心孔的直径和精压所述的长平头螺栓孔。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在把平的轮盘毛坯成形为碗形的轮盘时成形一个初步的中心孔，所述的方法还包括：
在成形所述的碗形轮盘以形成邻近窗形成区的轮辐形成区时，形成一个最终的中心孔。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的窗沿着与所述的轮盘轴线倾斜的冲头轴线形成在所述的窗形成区。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的冲头轴线与所述的轮盘轴线倾斜小于20°。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的冲头轴线与所述的轮盘轴线倾斜10°。
15.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的斜楔模包括用于径向驱动进入所述的外圈的一个倾斜的接合表面。
16.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述的部分封闭步骤之前，所述的外圈定向成离所述的轮盘轴线45°或更大，而在所述的部分封闭步骤之后，所述的外圈定向成离所述的轮盘轴线20°或更小。
17.一种形成轮组件的方法，包括下面的步骤：
把一个平的轮盘毛坯成形为碗形的轮盘，并成形一个中心孔；
成形所述的碗形轮盘以形成邻近窗形成区的轮辐形成区；
形成绕着所述的中心孔的多个螺栓孔区；
相应于所述的轮盘的窗形成区形成多个窗，其中各所述的窗有绕着所述的轮盘的周边接近连续的外圈的各自的外边缘，所述的窗限定多个在邻近的窗之间的轮辐形成区的轮辐，各所述的窗沿所述的外圈的角度尺寸大于各所述的轮辐的角度尺寸；
精压所述的多个窗；
通过把一个斜楔模径向接合抵靠所述的外圈的至少一部分，部分地封闭所述的外圈成圆筒形；
通过使用一个圆筒形模具冲击所述的外圈，把所述的外圈完全封闭成为圆筒形，同时在螺栓孔区穿出螺栓孔；
通过用沿平行于所述的轮盘轴线送进的突出部分撞击所述的圆周边缘，校正所述的外圈的圆周边缘，并且精压所述的螺栓孔，以制出所述的轮盘；和
把所述的轮盘固定到一个轮辋上以制出所述的轮组件。
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