CN106061643A - 用于制造热成型的轮辐的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造车轮的轮辐(1)的方法和设备，其中，轮辐(1)通过热成型由钢构成的扁坯(6)制成，扁坯(6)在热成型期间或之后至少部分地硬化、优选加压硬化，其中，扁坯(6)在使用至少一个冲头(7)和至少一个凹模(8)的条件下热成型并在使用热切割装置(9,10)的条件下在扁坯(6)中引入至少一个孔(3,4,5)。本发明的目的在于说明一种制造车轮的轮辐(1)的方法，通过该方法可以以简单的方式以高精确度制造轮辐(1)，从而轮辐(1)满足了进一步的重量减轻和所要求的形状和安全要求，在用于制造车轮的轮辐(1)的方法或设备中该目的由此得以实现，即，在使用至少一个切割螺栓(9)和限止螺栓(10)的条件下在热切割过程中引入至少一个孔(3,4,5)，其中，限止螺栓(10)具有至少一个区域(10a)，该区域具有在限止螺栓(10)的纵向上变化的横截面形状，而且在使用限止螺栓(10)的条件下通过该变化的横截面形状校准至少一个孔(3,4,5)。

Description

用于制造热成型的轮辐的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造车轮的轮辐的方法，其中，轮辐通过热成型由钢构成的扁坯制成，扁坯在热成型期间或之后至少部分地硬化、优选加压硬化，其中，扁坯在使用至少一个冲头和至少一个凹模的条件下热成型并在使用热切割装置的条件下在扁坯中引入至少一个孔。此外，本发明还涉及一种由钢组成的扁坯制造轮辐的设备，其中，该设备适合于实施扁坯到轮辐的热成型，具有用于热成型的至少一个冲头和至少一个凹模并且设置有用于实施热切割的装置，该热切割用于将至少一个孔引入到扁坯。

背景技术

汽车的车轮是安全部件并因此必须在运行过程中能够持久地承受高的机械变换要求。常规的钢轮由确保了与轮毂的连接的轮辐和容纳轮胎的轮辋组成。轮辐目前通过冷成型在具有不超过十一级的多级压力机中制成。在此，几乎仅使用能够冷成型的、微合金化的双相钢，其具有400至600MPa的强度。除了钢轮的使用寿命之外，重量也具有重要的意义，其特别是对材料消耗、非弹性重量(die ungefederten Massen)、回旋惯性起到作用并因此也对燃料损耗起到作用。原则上可以使用具有高强度的材料，例如更高的抗震强度。但是，材料的可成形性通常随着钢材的强度的提高而降低，从而在能够冷成型的材料中轻质构造的潜力视为是耗尽的。通过使用热成型存在这样的可能性，即，在所产生的部件的非常高的强度和尺寸稳定性的同时满足对于高可成形性的要求。在热成型过程中，优选将扁坯加热到能够显著改善成型性能的温度。例如在向奥氏体的组织结构的组织结构转换过程中实现了成型性的显著改善。为此必须将扁坯加热到取决于钢的组成成分的A_C1温度点以上的温度。由于在热成型过程中材料较大的成型性能，特别是当钢材具有奥氏体的组织结构时，可以实现使冷成型中必需的成型步骤的数量显著减少。在此，将尽可能多的成型或过程步骤转移到工具中，从而省略了后续操作。但是问题在于，在轮辐的制造过程中必须设置不同种类的孔，这些孔不能在热成型之前引入到扁坯中。目前这些孔必须在部件的调质处理之后引入，但是只能在材料厚度例如大于3mm的情况下借助激光切割而进行。通常，轮辐中的这些孔，例如车轮螺栓孔必须具有高尺寸稳定性，因此这些孔不能在热成型之前引入。此外还要求用于容纳车轮螺栓的、标准化的形状。在热成型之后在轮辐中引入孔与较高的花费相关。这些花费例如与后续的孔的激光切割相关或者由用于后续的机械切割的巨大磨损而产生。

属于本申请人的公开文本DE 103 23 833 A1中已知一种由调质钢，例如22MnB5品质的锰硼钢通过热成型的轮辐的制造。此外，在DE 10 2011 117 066 A1中已知由具有至少一个孔的板坯制造至少局部硬化的板件，该孔具有凸起的凸缘。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于说明一种用于制造车轮的轮辐的方法，通过该方法可以以简单的方式以高精确度制造轮辐，从而轮辐满足了进一步的重量减轻和所要求的形状和安全要求。此外，本发明的目的还在于提出一种用于实施按照本发明的方法的设备。

根据本发明的第一教导，在用于制造车轮的轮辐的方法方面上述目的由此得以实现，即，在使用至少一个切割螺栓和限止螺栓的条件下在热切割过程中引入至少一个孔，其中，限止螺栓具有至少一个区域，该区域具有在限止螺栓的纵向上变化的横截面形状，而且在使用限止螺栓的条件下通过该变化的横截面形状校准至少一个孔。

已发现，在热成型过程中，用于在已热成型的轮辐中引入孔的扁坯的切割随之产生了在热切割过程中的工具磨损的降低，从而在低成本和花费的条件下实现了轮辐的机械切割。此外，通过具有至少局部变化的横截面形状的限止螺栓可以在切割之后直接进行已引入的孔的校准。此处也可以利用，仍在热的状态下，即在高温下(例如在取决于钢的组成成分的Ms起始点以上的温度下)进行校准，并且需要较小的力。在使用限止螺栓的条件下可以在孔区域内同时进行整体成型和校准。整体成型例如理解为锻造和镦锻。

通过初始扁坯的板厚例如在1mm至7mm的范围内，优选在2mm至5mm的范围内，可以实现进一步的重量减轻。较小的板厚可以通过选择具有更高强度的材料而实现。特别是在使用锰硼钢(所谓的调质钢)的情况下存在这样的可能性，即，通过热成型实现同时至少局部的硬化或加压硬化，从而制成的轮辐在低重量的情况下具有最高的强度。在此优选热切割和热成型在实际的加压硬化之前结束。

根据按照本发明的方法的第一种设计，在使用至少一个切割螺栓和至少一个限止螺栓的条件下在热切割过程中引入轮辐的车轮螺栓孔、通气孔和/或轮毂孔。所有这三种孔必须满足最高的精确度要求并且不允许是易于形成裂纹的。通过按照本发明的方法存在这样的可能性，即，孔的切边区域进行整体成型，从而降低了在开口区域中的裂纹危险。另外可以通过整体成型在无需后续加工的条件下实现平整的孔边缘。

通过在一个工作冲程中进行扁坯热成型和热切割成轮辐，可以进一步降低用于制造轮辐的花费。特别是按照本发明地使用切割螺栓和限止螺栓实现了在一个操作步骤或工作冲程中实现该方法的实施。

根据按照本发明的方法的另一种设计，使用至少一个空心的限止螺栓，对应的切割螺栓在热切割过程中冲入该限止螺栓中。因此一方面通过限止螺栓可以提供特别耐磨损的切边。而另一方面给出了一种用于运走切料的可能性。另外，空心的限止螺栓和相应对应的切割螺栓实现了使切割例如与冲头或凹模的移动相关联。

根据该方法的另一种设计，通过整体成型使孔的切边至少部分地变形。通过至少部分的整体成型例如可以以简单的方式制成车轮螺栓孔的所要求的形状，车轮螺栓孔为锥形或球形扩孔。相应的孔边缘另外还降低了在孔区域内裂纹形成的危险并且提供了孔内的必要的刚性。

根据一种接近的变型，如果热切割通过向下地切除切料而进行，重力可以用于轻易地运出切料。

根据该方法的另一种设计，至少一个切割螺栓和至少一个限止螺栓的移动路径与冲头和/或凹模的移动路径相关联，从而可以将设备中简单的强制引导用于扁坯的热成型，使得以简单方式确保了切割螺栓和至少一个限止螺栓的移动路径。

为此，替代性地例如至少一个切割螺栓和至少一个限止螺栓的移动路径可以至少局部地与冲头和/或凹模的移动路径分离地触发。该触发例如可以以液压、气动或辅助电动的方式进行并且就此而言实现了关于实施热切割的时间点和工具位置的更大的灵活性。根据该方法的另一种设计，特别优选这样切割待成型的扁坯，以使得可以在不使用压紧装置的条件下实施热成型和集成的热切割而成为轮辐。由此减小了在热成型过程中的成型力，因为使成型过程中的材料回缩最小化。

最后，根据该方法的另一种设计，将由锰硼钢、多相钢或多层的复合钢材组成的扁坯热成型为轮辐。锰硼钢，也比如其他调质钢，可以在热成型之后加压硬化，从而实现了特别高的强度。这也适用于多相钢和相应的能够硬化或能够加压硬化的复合钢材。

根据本发明的另一个教导，上述目的通过一种用于制造轮辐的设备由此得以实现，即，设置有至少一个切割螺栓和至少一个对应的限止螺栓，其中，限止螺栓具有至少一个区域，该区域具有在限止螺栓的纵向上变化的横截面形状，而且设置有在使用限止螺栓具有变化的横截面形状的区域的条件下用于校准孔的装置。

如上所述，通过设置用于热成型的设备具有集成的切割螺栓和限止螺栓实现了同时的热成型和扁坯或已热成型的轮辐的切割，从而除了减小的成型力之外还可以同时制成轮辐的高精确度的孔。强制引导装置例如可以设置作为在使用限止螺栓具有变化的横截面形状的区域的条件下用于校准孔的装置，在设备关闭过程期间以及在冲头进入凹模的过程中实现了限止螺栓的相应的移动。

优选至少一个限止螺栓形成为空心的，从而对应的切割螺栓可以冲入该限止螺栓中。通过切割螺栓冲入限止螺栓中可以经简单的强制引导装置以简单的方式实现在工具中切割螺栓和限止螺栓的移动。特别是在这种结构中也得到了关于在一个操作过程中实施扁坯到轮辐的热成型以及热切割的优点。因此，限止螺栓例如可以提供高强度的切边，因为实施成空心的限止螺栓例如具有特别高的刚性。

如果将至少一个切割螺栓设置为其从上方冲入对应的限止螺栓中，由该切割螺栓产生的扁坯的切料经过对应的限止螺栓从设备区域中移除。在此，特别是重力可以使切料自动地从设备区域中运出。

最后，一方面可以设置有用于将切割螺栓和限止螺栓的移动控制与冲头和/或凹模的移动路径相关联的装置，或者设置有用于分离地移动控制切割螺栓、限止螺栓、冲头和/或凹模的装置。关联的移动控制，例如通过强制引导装置，通过切割螺栓、限止螺栓、冲头和/或凹模的移动控制的特别简单的设计改善了过程可靠性。另一方面，替代方案，即，设置切割螺栓、限止螺栓、冲头和/或凹模的分开的移动控制，得到了关于在轮辐的制造过程中调整特定的操作步骤方面的更大的灵活性。因此，在切割螺栓例如冲入限止螺栓中或者通过冲头进行切割的时间点可以分开地进行控制。

附图说明

以下借助实施例结合附图进一步说明本发明。其中

图1示出了汽车的车轮的立体图示，

图2以前视图示出了车轮的轮辐，

图3至图5以截面示意图示出了在方法的三个不同的时间点上的由扁坯制造轮辐的设备实施例，以及

图6至图8以截面示意图示出了在实施该方法的过程中切割螺栓和限止螺栓之间的共同作用。

具体实施方式

图1中首先以示意图示出了一种典型的车轮，其由轮辐1和轮辋2构成。轮辐1与轮辋2材料配合地连接并且将轮毂的力传递到轮辋2上。

图2以前视图示出了轮辐1。可以看出轮辐1具有三种不同的孔。首先将轮毂孔3设置在中央，该轮毂孔由总共5个同心设置的车轮螺栓孔4围绕。在轮辐的外侧区域中额外地设置通气孔5，其对于刹车的通风是必需的。轮毂孔3、车轮螺栓孔4和通气孔5必须极其精确地引入到轮辐中，因为否则轮辐1在超过尺寸公差的情况下会在安装到车轮中的过程中导致问题，比如不平衡。

图3、4和5现示出了在三个不同的时间点上的用于制造车轮轮辐的方法，其中，为了简单起见仅在图3中示出了扁坯6。扁坯6例如加热到材料的A_C1温度点以上的温度并且放到在图3示出的设备中。在该状态下，主要存在对可成型性起到积极影响的奥氏体的组织结构。该设备包括冲头7以及凹模8，通过它们可以使扁坯6热成型。通常热成型在高温下进行，即，当扁坯例如具有奥氏体的组织结构时，该组织结构确保了优选的成型条件。

图3中另外还示出了切割螺栓9以及限止螺栓10，限止螺栓10形成为空心的并且具有区域10a,限止螺栓10的横截面形状在该区域中变化。在该方法的进行过程中，如图4中所示，冲头7冲入由凹模8提供的开口中，从而例如冲压出轮辐的轮毂孔3。在图4中，切割螺栓9例如位于扁坯上，但尚未进行切割。但是原则上可以或多或少自由地选择切割的时间点。切割螺栓9随后引入限止螺栓10中而且在该区域中切割扁坯6(在图4和图5中未示出)，从而产生车轮螺栓孔。在图5中，切割螺栓例如已经冲入限止螺栓中。该限止螺栓10此外还具有区域10a,该区域具有变化的横截面形状。因此，限止螺栓的横截面在该区域中垂直向下地减小。

在图6至图8中进一步说明了在已成型的扁坯6的热成型过程中实际的热切割。图6至图8以放大的方式示出了图3至5中的设备的切割区域11。

图6示出了图3至图5所示的实施例中的切割螺栓9、已热成型的扁坯6以及限止螺栓10。在图6中所示的方法的时间点上，切割螺栓设置在扁坯6上并且进一步地朝限止螺栓的方向移动。如图7中所示，切割螺栓例如冲入到限止螺栓10中并且通过限止螺栓将切料运输到成型区域之外。在此，切割螺栓优选沿重力的方向将扁坯6的切料向下地运送出成型区域。在切割出孔之后，限止螺栓10垂直向上移动，从而使具有变化的横截面形状的区域10a校准扁坯6的孔。如图8所示，例如可以在校准的过程中进行孔区域的增厚或者进行锥形或球形的扩孔的成型。例如可以使扁坯6的孔区域的边缘6a增厚。通过增厚或展平切边的表面可以使孔获得更高的强度和耐裂纹形成性。另外也可以通过整体成型(例如锻造或镦锻)经由限止螺栓的可变横截面形状而导致对于轮辐的刚性的其他要求。在孔的校准过程中，凹模8或冲头7的常规区域可以额外地促成整体成型。

优选扁坯6具有2mm至7mm的厚度，特别优选为3mm至5mm的厚度。对于设置用于载重汽车车轮的轮辐而言，更大的壁厚可能也是必需的。

通过在图6至8中示出的方法原理不仅可以引入轮辐1的车轮螺栓孔4而且可以引入中央的轮毂孔以及轮辐的通风孔。如从图6至8中可以看出，扁坯6的热成型和热切割优选在一个工作步骤中完成。

在图3至5以及图6至8中没有示出用于控制切割螺栓、限止螺栓或冲头和凹模的移动路径的装置。但是能够轻易地设想，在分开地控制切割螺栓、限止螺栓或冲头和凹模的移动路径的情况下，可以非常灵活地选择各个孔的切割或校准的时间点。为了特别简单地控制切割螺栓、限止螺栓以及冲头和凹模的移动路径，也可以设置简单关联的触发装置，例如强制引导装置。这类触发装置非常结实但尽管如此仍能提供非常精确的移动路径。

与轮辐例如在局部的加压硬化过程中的后续强度相比，由于待成型扁坯的高温使在热成型以及热切割过程中的成型力相对较小。就此而言，通过按照本发明的方法制造的轮辐实现了另外的重量减轻的潜力，而无需放弃相对简单且低成本的制造方式。

Claims (16)

1.一种用于制造车轮的轮辐的方法，其中，所述轮辐由钢构成的扁坯通过热成型制成，所述扁坯在所述热成型期间或之后至少部分地硬化，其中，所述扁坯在使用至少一个冲头和至少一个凹模的条件下热成型并在使用热切割装置的条件下在所述扁坯中引入至少一个孔，其特征在于，在使用至少一个切割螺栓和限止螺栓的条件下在热切割过程中引入至少一个孔，其中，所述限止螺栓具有至少一个区域，所述区域具有在所述限止螺栓的纵向上变化的横截面形状，而且在使用所述限止螺栓的条件下通过所述变化的横截面形状校准至少一个所述孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使用至少一个切割螺栓和至少一个限止螺栓的条件下在热切割过程中引入所述轮辐的车轮螺栓孔、通气孔和/或轮毂孔。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扁坯的所述热成型和所述热切割在一个工作冲程中进行。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，使用至少一个空心的限止螺栓，在所述热切割过程中，对应的切割螺栓冲入所述限止螺栓中。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，通过整体成型使所述孔的切边至少部分地变形。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述热切割通过向下地切除切料而进行。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述切割螺栓和至少一个所述限止螺栓的移动路径与所述冲头和/或所述凹模的移动路径相关联。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述切割螺栓和至少一个所述限止螺栓的移动路径与所述冲头和/或所述凹模的移动路径相分离地触发。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，这样切割待成型的所述扁坯，以使得在不使用压紧装置的条件下实施所述热成型和集成的热切割而成为所述轮辐。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，由锰硼钢、多相钢或多层的复合钢材组成的扁坯热成型为所述轮辐。

11.一种用于由扁坯(6)制造轮辐(1)的设备，其中，所述设备适合于实施所述扁坯(6)到所述轮辐(1)的热成型，具有用于所述热成型的至少一个冲头(7)和至少一个凹模(8)并且设置有用于实施热切割的装置(9,10)，所述热切割用于将至少一个孔(3,4,5)引入到所述扁坯(6)中，其特征在于，设置有至少一个切割螺栓(9)和至少一个对应的限止螺栓(10)，其中，所述限止螺栓具有至少一个区域(10a)，所述区域具有在所述限止螺栓(10)的纵向上变化的横截面形状，而且设置有在使用所述限止螺栓(10)具有变化的横截面形状的所述区域(10a)条件下用于校准所述孔的装置。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，至少一个限止螺栓(10)形成为空心的，从而对应的切割螺栓(9)可以冲入所述限止螺栓中。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述切割螺栓(9)和所述限止螺栓(10)设置用于形成车轮螺栓孔(4)、通气孔(5)和/或轮毂孔(3)。

14.根据权利要求11至13中任意一项所述的设备，其特征在于，至少一个切割螺栓(9)设置为，其从上方冲入对应的限止螺栓(10)中。

15.根据权利要求11至14中任意一项所述的设备，其特征在于，设置有用于将切割螺栓(9)和限止螺栓(10)的移动控制与所述冲头(7)和/或所述凹模(8)的移动路径相关联的装置。

16.根据权利要求11至15中任意一项所述的设备，其特征在于，设置有用于切割螺栓(9)、限止螺栓(10)、冲头(7)和/或凹模(8)的分离的移动控制的装置。