CN102189224B - 车辆用轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆用轮及其制造方法。其目的是提供一种使用侧浇口方式的铸造方法制造的车辆用轮，其轮圈部的圆周方向的强度偏差小，整个圆周方向的强度均衡性优良。使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模铸造得到了轮毛坯(1)，通过对轮毛坯(1)沿轮圈部(3)的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将将轮圈部的截面外周形状成型为规定直径的圆形。轮毛坯(1)通过将轮圈部(3)的壁厚从浇口对应部位(3a)朝向90°移动部位(3b)，铸造成壁厚逐渐变薄的形状；通过对该轮毛坯(1)实施旋压加工，从而使浇口对应部位(3a)的加工变形率高于90°移动部位(3b)的加工变形率。

Description

车辆用轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及车辆用轮及其制造方法。更详细地说，本发明涉及通过对由侧浇口方式的铸造方法成形的轮毛坯的轮圈部实施旋压加工得到的、轮圈部的圆周方向上的强度偏差小，且整个圆周方向上的强度均衡性优良的车辆用轮及其制造方法。

背景技术

以往，利用铸造方法制造由轻质的铝合金材料构成的车辆用轮时，广泛地采用中心浇口方式的铸造方法，该方法使用设置了与型腔的中心部相通的浇口(直浇口)的金属模，以熔融金属从圆盘部流向轮圈的方式浇注。

近几年，从燃料费上涨等的观点来看，要求车辆用轮更加轻量化，为了与此对应，在车辆用轮的制造中逐渐采用侧浇口方式的铸造方法来代替以往的中心浇口方式的铸造方法。侧浇口式的铸造方法是指，使用设置了多个与相当于型腔的轮圈部的部位相通的浇口(通常，在相对于轮轴为对称的位置设置两个)的金属模，以从轮圈部流向圆盘部的方式浇注熔融金属。这样，当浇口不设置在型腔的中心部，而以与轮圈部相通的方式设置时，能够冷却与轮圈的设计部接触的金属模中央部分，能够提高冷却速度。当铸造时的冷却速度很快时，由于铝合金具有金相组织细微化，强度增高的性质，因而，如果采用侧浇口方式的铸造方法，能够得到壁更薄、重量更轻的高强度的车辆用轮。

但是，使用侧浇口方式的铸造方法制造车辆用轮时，在轮的轮圈部内部，由于在铸造时与铸造模具的浇口位置对应的部位(以下，有时称为“浇口对应部位”)比轮圈部的其它部位凝固得慢，因而有组织变粗强度变低的倾向。其结果，存在在轮圈部的圆周方向产生强度偏差之类的问题。如果在轮圈部的圆周方向具有强度偏差，则需要将轮圈部整个圆周方向的壁厚设定成，即使在该轮圈部中强度最低的浇口对应部位也能确保必要的强度，因而，这样的轮圈部的圆周方向的强度偏差在利用轮圈部的薄壁化来实现轮的轻量化这方面就成为最大障碍。

作为以抑制这样的轮圈部的圆周方向的强度偏差为目的的技术，专利文献件1(日本特开2003-117625号公报)公开了以下技术，即，通过对使用侧浇口方式的铸造方法铸造的轮坯料(轮毛坯)，沿内凸缘侧的轮圈端的圆周方向实施旋压加工等的塑性加工，从而使组织致密化而提高强度的技术。

但是，该专利文献1所公开的技术虽然能够整体地提高轮圈部的强度，但对于浇口对应部位的其它部位的相对强度依然较低，不能说轮圈部的圆周方向的强度偏差这个问题已得到解决。。

发明内容

本发明正是鉴于以往存在的这些问题而提出的，其目的在于提供一种使用侧浇口方式的铸造方法制造的车辆用轮，该车辆用轮的轮圈的圆周方向的强度偏差小，整个圆周方向的强度均衡性优良。

为了实现上述发明目的，本发明提供下述的车辆用轮及其制造方法。

(1).一种车辆用轮，是对于具有与轮近似形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周形状成型为规定直径的圆形，上述轮毛坯是使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法铸造得到的；其特征是，上述轮毛坯是通过将上述轮圈部的壁厚铸造成从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向移动了90°的部位，即90°移动部位，壁厚逐渐变薄的形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯实施上述旋压加工，使上述浇口对应部位的加工变形率高于上述90°移动部位的加工变形率。

(2).在(1)所述的车辆用轮中，优选加工变形率从上述90°移动部位朝向上述浇口对应部位逐渐提高。

(3).在(1)或(2)所述的车辆用轮中，优选上述浇口对应部位的加工变形率与上述90°移动部位的加工变形率之差在5％以上。

(4).在(1)-(3)中任意一项所述的车辆用轮中，优选上述浇口对应部位的加工变形率为25-60％。

(5).一种车辆用轮的制造方法，其特征是，使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法进行铸造，得到具有与轮近似形状的轮毛坯，其轮圈部的壁厚为从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向移动了90°的部位，即90°移动部位逐渐变薄；对于该轮毛坯，通过沿该轮毛坯的轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周形状成型为规定直径的圆形。

发明的效果如下。

本发明的车辆用轮在采用了侧浇口方式的铸造方法时，通过积极地提高强度比轮圈部的其它部位低的浇口对应部位的加工变形率，从而使浇口对应部位经旋压加工后强度提高的程度大于轮圈部的其它部位经旋压加工后强度提高的程度，其结果，轮圈部的浇口对应部位和其它部位的强度差变小，成为整个圆周方向的强度均衡性优良的车辆用轮。另外，采用本发明的车辆用轮的制造方法，能够得到如上所述的整个圆周方向的强度均衡性优良的车辆用轮。

附图说明

图1是表示在本发明中的轮毛坯的铸造中所使用的侧浇口方式的轮铸造用金属模的一个例子的概略剖视图。

图2是表示轮毛坯的概略剖视图。

图3是表示通过对轮毛坯实施旋压加工而产生的轮圈部壁厚变化的概略剖视图。

图4是用于说明旋压加工方法的说明图。

图5是轮圈部的截面内周形状是正多边形的轮的概略剖视图。

图6是表示轮圈部的加工变形率与屈服强度及拉伸强度的关系的图表。

图7是表示轮圈部的加工变形率与延伸率之间关系的图表。

图8是表示轮圈部的加工变形率与冲击值之间关系的图表。

图9是表示轮圈部的加工变形率与疲劳特性之间关系的曲线图。

图10是利用侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯在实施旋压加工之前(加工变形率为0％)的轮圈部截面的显微镜照片。

图11是对利用侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯的轮圈部，实施加工变形率为25％的旋压加工后的轮圈部截面的显微镜照片。

图12是对利用侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯的轮圈部，实施加工变形率为40％的旋压加工后的轮圈部截面的显微镜照片

图13是对利用侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯的轮圈部，实施加工变形率为55％的旋压加工后的轮圈部截面的显微镜照片

图中：

1-轮毛坯，3-轮圈部，3a-浇口对应部位，3b-90°移动部位，5-车辆用轮，7-在浇道内凝固的材料，11-轮铸造用金属模，11a-金属模的内侧部分，11b-金属模的外侧部分，13-浇口，15-型腔，21-心轴，23-滚轮。

具体实施方式

以下，基于具体的实施方式对本发明进行说明，但本发明并不解释为限定与此，只要在不脱离本发明的范围内，基于本领域技术人员的知识，可进行种种变更、修正、改良。

本发明的车辆用轮是对于具有与轮近似形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯的轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周形状成型为规定直径圆形；上述轮毛坯是使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法铸造而得到的。在该车辆用轮中，上述轮毛坯是将上述轮圈的壁厚铸造成从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向上移动了90°的部位，即90°移动部位，壁厚逐渐变薄的形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯实施上述的旋压加工，从而使上述浇口对应部位的加工变形率比上述90°移动部位的加工变形率还要高。

此外，在本发明中，“加工变形率”是指，当令实施旋压加工之前的轮圈部的某个部位的厚度为D₁，令实施旋压加工之后的轮圈部的同一部位的厚度为D₂时，通过下式求出的值。

加工变形率(％)＝(D₁-D₂)/D₁×100(1)

而且，在本发明中，“具有与轮近似形状”的意思是指，在锻造后通过实施旋压加工或机械加工等的加工，能够给予最终的轮产品形状的形状。

图1是表示在本发明中，在轮毛坯的铸造中所使用侧浇口方式的轮铸造用金属模的一个例子的概略剖视图(表示与利用该金属模铸造的轮毛坯的轮轴垂直的剖面的概略剖视图)。如前所述，该轮铸造用金属模11是侧浇口方式的轮铸造用金属模，两个浇口13设置在相对于轮轴呈对称的位置。即、这两个浇口具有从一个浇口在圆周方向移动了180°的位置存在另一个浇口这样的位置关系。

而且，在该轮铸造用金属模11中，给予轮圈部的内周面侧形状的金属模的内侧部分11a的截面外周形状为圆形；与此相对，给予轮圈部的外周面侧形状的金属模的外侧部分11b，其剖面的内周形状为略大致椭圆形(椭圆形或与其近似的形状)，而且，其长轴的两端位于与每个浇口13的位置对应的位置。

通过从这种结构的轮铸造用金属模11的浇口13将铝合金材料的熔融金属浇注到型腔15内使其凝固，如图2所示，做成轮圈部3的壁厚从作为与浇口13的位置对应的部位的浇口对应部位3a，朝向从该浇口对应部位3a在圆周方向上移动了90°的部位，即90°移动部3b逐渐变薄的形状，也就是说，铸造了从90°移动部位3b朝向浇口对应部位3a壁厚逐渐变厚的形状的轮毛坯1。

本发明的车辆用轮，通过对于这样以轮圈部3的壁厚不均匀方式铸造的轮毛坯1，对该轮毛坯1的轮圈部3的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部3的截面外周的形状成型为规定直径的圆形。如图3所示，若通过这样的旋压加工实施成型，则在轮毛坯1的轮圈部3中，越是壁厚较厚的部位，即越靠近浇口对应部位3a的部位，由旋压加工导致的壁厚的减少量就越大，其加工变形率越高，能够得到浇口对应部位3a的加工变形率高于90°移动部位3b的加工变形率的车辆用轮5。

图6是表示轮圈部的加工变形率与屈服强度及拉伸强度的关系的图表，图7是表示轮圈部的加工变形率与延伸率的关系的图表。图8是表示轮圈部的加工变形率与冲击值的关系的图表。图9是表示轮圈部的加工变形率与疲劳特性的关系的曲线图。从这些图中可以得知，随着加工变形率的提高，与强度相关的多个特性基本都提高了。这样，随着加工变形率的提高，与强度相关的多个特性得到改善的原因可以认为是，加工变形率越高，铸造组织的晶粒在轮圈部的圆周方向上大大地被拉长，在轮圈的厚度方向上，组织实现了致密化所致。

此外，图6中的“屈服强度”及“拉伸强度”以及图7中的“延伸率”是以JISZ2241为基准测得的；图8中的“冲击值”是以JIS Z2242为基准测定的；图9中的“疲劳特性(应力和断裂次数)”是以JIS Z2243为基准测得的。

本发明的车辆用轮，如上所述通过预先将轮毛坯的轮圈部的壁厚做成不均匀的状态，在使用侧浇口方式的铸造方法时，与轮圈部的其它部位相比积极地提高强度低的浇口对应部位的加工变形率。因此，轮圈的浇口对应部位通过旋压加工而提高强度的程度比轮圈部的其它部位通过旋压加工而提高强度的程度要大，其结果，轮圈的浇口对应部位和其它部位的强度差与实施旋压加工前相比变小，能够得到在整个圆周方向上的强度均衡性优良的轮。

此外，轮圈部的不同部位之间的加工变形率的高低能够通过观察每个部位的剖面的组织的状态进行判断。图10是对以侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯实施旋压加工之前(加工变形率为0％)的轮圈部截面的显微镜照片。图11-图13是对由侧浇口方式的铸造方法铸造的轮毛坯的轮圈，分别实施加工变形率为25％、40％、55％的旋压加工后的轮圈部截面的显微镜照片。通过观察比较图10-图13可以得知，加工变形率较高的一方，晶粒在轮圈的圆周方向(图的左右方向)大大地被拉长，在轮圈的厚度方向(图的上下方向)组织更加致密化。

另外，在刚铸造之后的轮毛坯1与在通向浇口的浇道内凝固的材料(图2中用标号7表示的部分)处于连接成一体的状态，该材料部分在分离模具后被除去。

在本发明中，优选浇口对应部位的加工变形率与90°移动部位的加工变形率的差为5％以上，更优选10％以上。如果浇口对应部位的加工变形率与90°移动部位的加工变形率的差不足5％，则存在不能充分地消除因使用侧浇口方式的铸造方法而引起的浇口对应部位与90°移动部位之间的强度差，不太能改善轮圈部的整个圆周方向的强度均衡性的情况。

在本发明中，优选浇口对应部位的加工变形率为25-60％，更优选40-60。如果浇口对应部位的加工变形率不足30％，则存在不能通过旋压加工充分地得到提高浇口对应部位的强度的效果，不能充分地消除因使用侧浇口方式的铸造方法引起的浇口对应部位与轮圈部的其它部位的强度差的情况。而且，由于加工变形率越高，旋压加工需要的时间越长，加工成本也增大，所以浇口对应部位的加工变形率优选60％以下。

接下来，就本发明的车辆用轮的制造方法进行说明。本发明的车辆用轮的制造方法用于制造此前说明的本发明的车辆用轮，该方法首先制得具有与轮近似形状的轮毛坯，该轮毛坯使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法进行铸造，从而将轮圈部的壁厚做成从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向移动了90°的部位，即90°移动部位逐渐变薄那样的形状；接着，通过对该轮毛坯沿着该轮毛坯的轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周的形状成型为规定直径的圆形。

轮铸造用金属模，如前所述，使用了如图1所示的侧浇口方式的轮铸造用金属模11。如前所述，在该轮铸造用金属模11中，两个浇口设置在相对于轮轴呈对称的位置。而且，在该轮铸造用金属模11中，给予轮圈部的内周面侧形状的金属模的内侧部分11a的截面外周形状为圆形；与此相对，给予轮圈部的外周面侧形状的金属模的外侧部分11b，其剖面的内周形状为大致椭圆形(椭圆形或与其近似的形状)，而且，其长轴的两端位于与每个浇口13的位置对应的位置。

通过从这种结构的轮铸造用金属模11的浇口13将铝合金材料的熔融金属浇注到型腔15内并使其凝固，如图2所示，轮圈部3的壁厚从作为与浇口13的位置对应的部位的浇口对应部位3a，朝向从该浇口对应部位3a在圆周方向上移动了90°的部位，即90°移动部3b位逐渐变薄的形状，也就是说，铸造成从90°移动部位3b朝向浇口对应部位3a壁厚逐渐变厚那样形状的轮毛坯1。

在本发明的车辆用轮的制造方法中，这样，通过对以轮圈部3的壁厚不均匀的方式铸造的轮毛坯1，沿着该轮毛坯1的轮圈部3的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部3的截面外周的形状成型为规定直径的圆形。

旋压加工也被称作旋压(flow forming)的加工技术。具体来说，如图4所示，通过将心轴21安装在轮毛坯1的内部而使心轴21旋转，一边带动轮毛坯1旋转，一边用带有旋转机构的滚轮23挤压轮圈部3的外周，从而将轮圈部3在轴方向上拉长而减小其壁厚，并将上述轮圈部3的截面外周形状成型为规定直径的圆形，得到车辆用轮5。

通过该旋压加工，为了将轮圈部3的截面外周形状成型为圆形，如图3所示，在轮毛坯1的轮圈部3中，壁厚较厚的部位，即、越靠近浇口对应部位3a的部位，由旋压加工导致的壁厚的减小量就越大，形成高加工变形率，因此能够得到浇口对应部位3a的加工变形率高于90°移动部位3b的加工变形率的本发明车辆用轮5。

另外，在旋压加工中通常心轴21使用剖面形状(与轴向垂直的剖面的形状)为圆形的零件，但在本发明中，在对轮毛坯的轮圈部实施旋压加工时，除了剖面形状是圆形的心轴之外、也可以使用剖面形状是正多边形的心轴。在使用剖面形状为正多边形的心轴的情况下，当旋压加工时，通过用滚轮23将轮圈部3向心轴21挤压，使轮圈部3的内周面复制了心轴21的正多边形形状，就能够得到如图5所示的轮圈部3的内周面形状为正多边形的车辆用轮5。

在轮圈部的平均壁厚相同的情况下，与轮圈部的剖面内周形状为圆形的轮相比，由于轮圈部的剖面内周形状为正多边形的轮对于来自径向的外力表现出来的强度更高，因此通过将轮圈部的剖面内周形状做成正多边形，能提高整个轮的强度，或者通过将整个轮圈部做得更薄能够实现进一步的轻量化。

在本发明中，作为轮毛坯铸造时所使用的铝合金材料，可以使用铸造用铝合金。对铸造用铝合金虽并无限定，但优选含有硅元素(Si)为6.5-7.5质量％，以及镁元素(Mg)为0.2-0.45质量％的铸造用铝合金。作为这样的合金可以列举例如AC4CH(日本工业标准)合金。

本发明能很好地利用于追求轻量化、高强度的车辆用轮及其制造方法。

Claims (5)

1.一种车辆用轮，是对于具有与轮近似形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周形状成型为规定直径的圆形，上述轮毛坯是使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法铸造得到的；其特征在于：

上述轮毛坯是通过将上述轮圈部的壁厚铸造成从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向移动了90°的部位，即90°移动部位，壁厚逐渐变薄的形状的轮毛坯，通过对该轮毛坯实施上述旋压加工，积极使上述浇口对应部位的加工变形率高于上述90°移动部位的加工变形率，从而使上述浇口对应部位经旋压加工后强度提高的程度大于轮圈部的其它部位经旋压加工后强度提高的程度。

2.根据权利要求1所述的车辆用轮，其特征在于，加工变形率从上述90°移动部位朝向上述浇口对应部位逐渐提高。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用轮，其特征在于，上述浇口对应部位的加工变形率与上述90°移动部位的加工变形率之差在5％以上。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的车辆用轮，其特征在于，上述浇口对应部位的加工变形率为25-60％。

5.一种车辆用轮的制造方法，其特征在于：

使用两个浇口设置在相对于轮轴呈对称位置的侧浇口方式的轮铸造用金属模，通过将铝合金材料以侧浇口方式的铸造方法进行铸造，得到具有与轮近似形状的轮毛坯，其轮圈部的壁厚为从作为与上述浇口位置对应的部位的浇口对应部位，朝向从上述浇口对应部位在圆周方向移动了90°的部位，即90°移动部位逐渐变薄；对于该轮毛坯，通过沿该轮毛坯的轮圈部的整个圆周实施同样的旋压加工，从而将上述轮圈部的截面外周形状成型为规定直径的圆形，且通过对该轮毛坯实施上述旋压加工，积极使上述浇口对应部位的加工变形率高于上述90°移动部位的加工变形率，从而使上述浇口对应部位经旋压加工后强度提高的程度大于轮圈部的其它部位经旋压加工后强度提高的程度。