CN1269269A - 一种轮圈的制造方法及产品 - Google Patents

Abstract

一种轮圈的制造方法及其产品,包括以下步骤:1．胚料制作:将轻合金材料熔制为圆柱材料,切断后制作成为环型材料;2．锻造成型:在环型锻造机上,用一个内滚轮、一外侧截面形状与轮圈外侧凹槽型状相对应的外滚轮相互配合,将环型胚料成型为轮圈的尺寸和形状,然后再用锯切方式切断,用车削方式整修轮圈的外侧面形状。它可以迅速且大批生产轻合金无缝轮圈,可以降低制造成本,并减少次品率,提高轻合金轮圈的强度、品质及制造效率。

Description

一种轮圈的制造方法及产品

本发明为一种无缝轮圈制造方法及产品，特别是指一种适用于自行车或轻型车辆的轮圈制造的无缝轮圈制造方法及产品。

目前，自行车为追求轻量化的目的，其轮圈大多采用铝合金或是钛合金等轻金属制成。目前轻合金轮圈的制造方法，大致上分为重力铸造与锻造焊接方法二种。其中铸造方法制成的轮圈由于强度的关系，使得轮圈的材料厚度必须加大，故仅能够应用在机车或汽车等较重型车辆的轮圈上。而一般自行车或其他轻型车辆所用的轻合金轮圈大多还是使用焊接的方式制成。其大致上的制造方法如下：

1.先将轻合金胚料(BILLET)加热后，然后以铝压型机将轻合金胚料挤压成条状材料，挤压出来的条状材料的截面形状与轮圈的断面形状相同，再将挤压出来的条状材料浸入水中冷却，拉伸矫直；

2.再依轮圈的圆周长度的倍数将轮圈胚料剪断，然后将轮圈胚料卷绕成直径与轮圈直径接近的多层螺旋状。

3.将螺旋状的轮圈胚料剪断成数个环状体，然后再将环状体扭回，并将环状体的首尾端相接，插入插销后再焊接。

4.将轮圈胚料焊接部位整平，使其成为一个轮圈。

5.以人工目视，调整轮圈的平面度。

以上的方法充满许多不确定的因素，因此使得制造出来的轮圈的品质差异相当大，其主要缺点如下：

1、轻合金加热挤型，然后再加以冷却后，分子结晶排列已固定，此时再强力卷成环状，将造成环型体外缘的结晶分子受到拉扯，而内圈的分子受到挤压，因此使得成型后的轮圈材料充满内应力，并布满结晶裂痕。

2、为求大量生产，将轮圈胚料卷成螺旋体，然后切断为环状体后，再将环状体扭回，焊接成为一个圆环，其除了会因为扭曲而产生内应力外，还会使得轮圈的平面度不佳。

3、大量生产中，焊接品质不易控制，很难避免在焊接部位产生残留应力，且容易造成疲劳断裂的脆弱点。同时焊接时添加的填充金属的材质与轮圈的材质不一，如一般铝合金轮圈材质为6061铝合金，其焊接时必须以5356或4043熔接棒焊接，因此使得和接点部位的物理性质不一。

4、轮圈制成后以人工矫正平面度，完全无任何科学标准的精确度可言。

一般自行车大场所要求的品质条件为：一、抗压强度：必须要能够同一点承受50公斤力量，二分钟以后变形量小于0.5mm；二、真圆度小于1mm，平面度小于0.6mm。然而以常用的方法制成的轻合金轮圈由于上述的原因，非常难以达到上述的品质要求，而且次品率极高。

自行车行走时，自行车随着动力来源忽左忽右来回交替，且轮子不断与地面滚动接触，因此会使得自行车的轮圈必须承受变化极大的应力，所以如果轮圈的真圆度、平面度及抗压力不佳的话，便会造成危险。

本发明的目的是要提供一种可以迅速且大批生产、降低制造成本、并降低次品率的轻合金一体轮圈的制造方法。

本发明的另一目的是要提供一种可以提高轻型车辆的轻合金轮圈的抗压强度、真圆度、平面度的一体轮圈。

本发明的目的是这样实现的：一种轮圈的制造方法，包括以下步骤：

(1)溶解轻合金材料，并在轻合金材料中添加其他材料；

(2)将熔解的轻合金材料成型为圆柱状胚料；

(3)将圆柱状胚料横向切断，使其成为圆板状胚料；

(4)检测轻合金材料的成份及材质是否良好；

(5)将圆板状胚料的中间成型一圆孔，形成一环型胚料；

(6)将环型胚料放置在环型锻造机上，用内滚轮、外侧截面形状与轮圈外侧凹槽形状相对应的外滚轮相互配合，将环型胚料成型为所需轮圈的尺寸和形状；

(7)将成型后的环型胚料切割，使其成为一个个分开的轮圈；

(8)用车削方式修整轮圈的尺寸。

环型胚料锻造成型后，为多数个轮圈外侧形状并排的型状；且每个轮圈连接位置可以切断，将环型胚料分割为多数个独立的轮圈。

轮圈切割完成后，用车削方式整修外型。

轮圈成型后，进行淬火处理。

一种轮圈，轮圈是一体化的。

一种轮圈的制造方法，包括以下步骤：

(1)溶解轻合金材料，成型为圆柱状胚料；

(2)将圆柱状胚料横向切断，使其成为圆板状胚料；

(3)将圆板状胚料的中间成型一圆孔，形成一环形配料；

(4)将环形胚料放置在环型锻造机上，用内滚轮、外侧截面形状与轮圈外侧凹槽形状相对应的外滚轮相互配合，将环型胚料成型为所需轮圈的尺寸和形状；

(5)将成型后的环型胚料切割，使其成为一个个分开的轮圈；

(6)用车削方式修整轮圈的尺寸。

利用本发明的方法制造出来的轻合金轮圈主要具有下列优点：

1、环型锻造机的成型速度相当快，因此可以节省常用的挤型然后焊接整型的繁复程序，提高生产速度。

2、可以一次成型多个轮圈，然后再将其切割分开后进行车削整型，因此其生产效率非常高，且制造成本降低，并提高生产速度。

3、可以利用锻造方式制造无缝的轮圈，因为锻造压缩比高，使得合金结晶绵密，而能够提升轮圈的强度，避免铸造成型的轻合金轮圈强度不足的缺点。

4、轮圈一体成型，避免了焊接不良引起的缺点，而且能够避免焊接点断裂的潜在危险。

5、轮圈在锻造成型冷却后不须再做扭曲扭转加工，因此可以使得材料组织排列最合理，而不会有断纹，且内应力减到最小，制造过程中经过多次热处理，使得轮圈的材质平均，且强度增加。

6、一般轻合金材料强度越高其切削性能越好，因此本发明的方法当轮圈经锻造成型后，材料强度增加，用CNC车床切削，可以将轮圈的尺寸修整到相当准确的程度，再经由三次元测量，可以对轮圈的尺寸公差做最精密的品管控制，由于轮圈的尺寸精密度提高后，使得轮圈在使用无内胎自行车用轮胎时，轮胎与轮圈的密合性提高，所以能够减缓轮胎漏气时间。

7、本发明方法制造的轮圈，品质水准提升，且制造效率高，几乎全数达成现今自行车大厂对于自行车轮圈品质的要求：(1)同一点承受50公斤力，二分钟以后变形量小于0.1mm。二、圆度小于0.5mm，平面度小于0.2mm。

下面结合附图详细说明本发明的具体方法。

图1为本发明的制造方法的制造流程图。

图2为本发明的制造方法所用的环状胚料的外观示意图。

图3为本发明所用的环型锻造方法的动作示意图。

图4为本发明的环型胚料锻造成型后的外观示意图。

本发明的无缝轮圈制造方法主要包括以下步骤：先将轻合金锭制造成环状的胚料，用环型锻造机将环型胚料的内侧面滚压锻造成为预定的直径，并且将胚料的外径滚压锻造成为轮圈外侧面的形状，制造成为一个轮圈。大量生产时，还可以一次成型整排的轮圈，再用锯片将各个并排的轮圈锯开，然后再用车削加工方式整修轮圈外侧面的形状，如此便可以快速地制造成型轻合金轮圈。

如图1所示，为本发明制造方法的制造流程图，第一步骤，胚料制作及检验，先将轻合金锭溶解，并添加矽、镁、铬、铜等各种合金成份，以调整轻合金材料的材质。然后再将融化后的轻合金材料制造成为直径约300mm的圆柱状材料。

当轻合金材料制成圆柱状的胚料后，用分光仪测定材质，用超音波探伤，检验胚料内部是否有沙孔，通过检验后该胚料方可使用。

当轻合金胚料成型为圆柱状并通过检验后，紧接着用锯切方式将圆柱状的轻合金胚料锯切成圆盘状，成为圆盘状的胚料，再用冲压方式将圆盘状的胚料中央冲孔，使其成为一个如图2所示的圆环状的环型胚料10。

然后再将前述环状胚料加热至适当的温度后，将胚料放置到环型锻造机上进行锻造。锻造时胚料的温度必须视材质的不同而改变，一般而言铝合金材料的锻造加工温度在530度-580度，且在锻造期间必须全程用红外线测温仪测温，并控制温度在一定范围内。

如图3所示，为本发明的方法所用的环型锻造方法的动作示意图，本发明用的环型锻造机利用一个内滚轮20与一个外滚轮30配合，将环状胚料10滚压成轮圈的内径、外径形状及材料的厚度，并且用一对上、下滚轮40、50控制环型胚料10滚压成型后的高度。

其中，外滚轮30的外侧面形状设有若干个凸环31，可以将环型胚料10的外侧面成型为若干个凹槽11，使得环型胚料的外侧面形成为轮圈外侧面的形状。

内滚轮20可伸入环型胚料10的中心孔12之中，并且以电脑控制逐渐向外位移，朝向外滚轮30靠近，使环型胚料10的厚度变薄，直到环型胚料10的厚度变成为预定的尺寸为止。

环型胚料10的高度，由上、下滚轮40、50加以控制，使得环型胚料10在成型时，其高度受到控制，从而使其材料厚度与直径变形为预定的尺寸。

本发明的方法在制造时，必须注意的一点是环型胚料10成型后的直径必须依照使用材料的膨胀系数放大直径，以使得制造完成后的轮圈的直径可以符合公差的要求。

本发明的轮圈直径控制方法，通过计算环型胚料10的重量与比重，换算出胚料的体积，然后再计算多少体积的材料在延展后其直径会变化多少，而加以控制。

本发明的方法可以一次成型单一的轮圈，但为求经济及生产效率，本发明可以一次成型多个轮圈，然后再用车削方式整修轮圈外型。如图3及图4所示，为本发明一次成型制造多个轮圈的制造方法，将环型胚料10一次成型为多数个轮圈并排的形状，然后再用锯切方式将各个轮圈连接部份切断，用车削方式整修轮圈的外侧面形状，以符合轮圈要求的外观形状。

如图1所示，当轮圈成型完毕后，再经过固熔化(淬火)，及时效处理(退火)，以使得轮圈的材质均一，并获得所需的强度。

通过以上方法，用锻造方式制造无接缝的轻合金轮圈，可以提高轻合金轮圈的强度、品质及制造效率。

Claims (6)

1、一种轮圈的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)溶解轻合金材料，并在轻合金材料中添加其他材料；

(2)将熔解的轻合金材料成型为圆柱状胚料；

(3)将圆柱状胚料横向切断，使其成为圆板状胚料；

(4)检测轻合金材料的成份及材质是否良好；

(5)将圆板状胚料的中间成型一圆孔，形成一环型胚料；

(6)将环型胚料放置在环型锻造机上，用内滚轮、外侧截面形状与轮圈外侧凹槽形状相对应的外滚轮相互配合，将环型胚料成型为所需轮圈的尺寸和形状；

(7)将成型后的环型胚料切割，使其成为一个个分开的轮圈；

(8)用车削方式修整轮圈的尺寸。

2、如权利要求1所述的一种轮圈的制造方法，其特征在于：环型胚料锻造成型后，为多数个轮圈外侧形状并排的型状；且每个轮圈连接位置可以切断，将环型胚料分割为多数个独立的轮圈。

3、如权利要求2所述的一种轮圈的制造方法，其特征在于：轮圈切割完成后，用车削方式整修外型。

4、如权利要求1所述的一种轮圈的制造方法，其特征在于：轮圈成型后，进行淬火处理。

5、一种轮圈，其特征在于：轮圈是一体化的。

6、一种轮圈的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)溶解轻合金材料，成型为圆柱状胚料；

(2)将圆柱状胚料横向切断，使其成为圆板状胚料；

(3)将圆板状胚料的中间成型一圆孔，形成一环形配料；

(4)将环形胚料放置在环型锻造机上，用内滚轮、外侧截面形状与轮圈外侧凹槽形状相对应的外滚轮相互配合，将环型胚料成型为所需轮圈的尺寸和形状；

(5)将成型后的环型胚料切割，使其成为一个个分开的轮圈；

(6)用车削方式修整轮圈的尺寸。

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