JP2000512214A - 単体自動車ホイール製造のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ほぼ円板状でアンダカットの無いプリフォームが鋳物である単体自動車ホイールを製造する装置および方法が得られる。プリフォームは鋳造直後に残留熱を保持しながら流動成形装置に運ばれ、ここに固定される。固体されたプリフォームの円周領域が分割され、既に完成自動車ホイールのリムの壁厚を十分に有するリムを持った中間形状体として次のスピニング法と流動成形法により構成される。中間形状体が冷却され、矯正され、最終加工を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】 単体自動車ホイール製造のための方法及び装置 技術分野 本発明は、ハブとリムとを備えた単体自動車ホイールを製造する方法および装 置に関する。 背景技術 鋳造により自動車ホイールを製造する方法が知られている。このような鋳造さ れたワークに比較して、ドロップフォージングでブランクを成形し、次に流動成 形装置により更に加工すると高強度が得られる。このような公知の方法は工具が 必要であるから複雑にして高価である。 本発明の目的は高強度の自動車ホイールを簡単に製造することができる方法お よび装置を提供することである。 本発明によれば、この目的を請求の範囲第１項に記載の特徴を有する方法で達 成することができる。本発明はハブとリムとを備えた単体自動車ホイールを製造 する方法において、 ａ） アンダカットのない、ほぼ円板状のプリフォームが鋳造され、 ｂ） 前記プリフォームが鋳造の直後に残留熱を保持しながら流動成形装置に搬 送され、ここに固定され、 ｃ） 固定された前記プリフォームは既に完成自動車ホイールのリムの壁厚をほ ぼ有しており、該プリフォームがその円周領域を分割され、次のスピニングと流 動成形作業によりリムベース領域を有する中間形状体に成形され、 ｄ） 前記中間形状体が冷却され、 ｅ） 冷却された前記中間形状体が矯正され、かつ端部加工されて完成自動車ホ イールに仕上げられる、工程を有する単体自動車ホイールの製造方法に関する。 ほぼ円板状でアンダカットのないワークのようなプリフォームのデザインは、 構造の簡単な鋳造用具を使用するを可能にする。一般に必要とされている多数部 品に別れた工具の代わりに、簡単な二部品の鋳造工具を使用できる。また、多数 部品工具では避けることができない鋳造継ぎ目の煩雑な移動作業を無くすことが できる。鋳造プリフォームの中心領域は、ほぼ完成自動車ホイールのハブに一致 している。 顕著なエネルギーの節約を伴う製造法の簡略化は、鋳造プリフォームを次の流 動成形装置の加工工程に直ちに搬送することにより生ずる。鋳造後のプリフォー ムは約３００℃になる。特に、軽金属を使用する場合、なるべく材料の再結晶温 度以上の高温度で流動成形を実施することがクラックの発生を防止するために有 効である。加熱されたプリフォームの流動成形時の成形加工力は、室温における ワークの場合よりも遥かに小さい。 リムの形状と壁厚について最終の機械切削のために一定の余裕を取っておく従 来公知の方法に比較して、本発明の方法ではリムベースと側方リムビードとがほ ぼ最終成形される。側方領域および孔の形成に対し、一定の塑性移動加工が必要 である。 発明の開示 本発明による方法は、鋳造後のプリフォームに中間形状体（中間品）に成形さ れる前に付加的な熱を加えることにより一層効果的に発展させられる。例えば、 プリフォームはコンベアにより鋳造装置から流動成形装置に送られる途中で炉の 中を通過して４００℃に加熱される。この炉により、鋳造後の温度から流動成形 時の希望の機械加工温度にまで加熱することのみが必要である。このことは、室 温から加熱を始めるのに比べて安定所要時間を短縮し、かつエネルギー平衡を改 善することになる。 本発明の別の実施の形態によれば、自動車ホイールは非時効硬化性アルミニウ ム合金、特にＧＫ−Ａｌ Ｓｉ １１ Ｍｇから製造される。中間形状体は付加 的な熱処理を必要とせず、冷却後直接矯正することができる。冷却は中間形状体 がコンベアにより矯正装置へ送られる時に、トンネル形状の冷却装置の中で行わ れる。 本発明の方法の別の実施の形態では、自動車ホイールが人造の時効硬化性アル ミニウム合金、特にＧＫ−Ａｌ Ｓｉ ７ Ｍａ Ｗａから製造される。 このようなアルミニウム合金は非切削成形を容易に受けることができる。希望 の強度を得るために、中間形状体の成形作業に続いて熱処理する必要がある。 この熱処理はなるべく固溶化熱処理と急冷却作業を含んでいる。固溶化熱処理 の温度制御とその持続時間は使用する材料により変わる。冷却作業は通常室温で 行われる。 本発明の方法の別の実施形態では、リムの矯正作業が流動成形装置の断面ロー ラにより行われ、リムのみがその側面のリムビードに最終仕上げ加工を受ける。 この断面ローラはリムベースとリムビードとの望ましい輪郭からなる雌型形状を 有する。したがって、矯正作業は断面ローラを単に半径方向に送ればよい。 また、本発明の目的は請求の範囲第７項の特徴の記載により達成されることが できる。ほぼ円板状のプリフォームの縁領域が最初に分割される。その後のスピ ニング工程と流動成形工程により放射状フランジと、完成自動車ホイールのリム の壁厚をすでに有しているリムベース領域が成形される。次に、放射状フランジ は２回目に外側脚部と、リムベースの方を向いた内側脚部とに分割される。最後 に外側脚部からリムビードが成形され、かつアンダカットがリムベース領域とリ ム肩部の間に成形される。 好適な方法の実施形態において、スピニング工程と流動成形工程とにより、外 側脚部からリムビードが成形され、かつリム肩部が内側脚部から成形される。 別の好適な方法の実施形態では、リム肩部にハンプが成形される。 本発明によれば、目的の達成のため請求の範囲第１０項による装置が提供され る。 アンダカットのない鋳造法は、プリフォームを簡単で問題のない製造を許容する 。複雑な鋳物は最初に清浄しなければならないが、本発明の場合は単純な部品が 直接流動成形作業に供給される。搬送中に予定どおり冷却し、かつ付加的に加熱 することにより希望の流動成形温度が得られる。 本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。 図面の簡単な説明 第１図 プリフォームの部分断面図。 第２図 中間形状体の部分断面図。 第３図 矯正後の中間形状体の部分断面図。 第４図 本発明による発明方法を実施するための装置の平面図。 第５図 他の実施の形態を示した部分断面図。 第６図 第１の分割後の中間形状体の部分断面図。 第７図 リムベース成形のための造形時の中間形状体の部分断面図。 第８図 第２の分割および内側リムビードを有するリムベースの成形のための造 形後の中間形状体の部分断面図。 第９図 アンダカットおよび外側リムビードの成形のための造形工程に続く中間 形状体の部分断面図。 第１０図 本発明によるアンダカットを有する最終造形により製造された自動車 ホイールの部分断面図。 発明を実施するための最良の形態 第１図はハブ領域１２と傾斜円周領域１３とを有するほぼ円板状の鋳造プリフ ォーム１１を示す。ハブ領域１２には中央孔１４および別の孔１５が設けられて いる。ハ ブ領域１２は鋳造時に中央孔１４の近傍の移動する一定量の金属以外の金属が完 成自動車ホイールのハブに一致するように形成される。 プリフォーム１１は鋳型から分離されて直ちに流動成形装置に送られ、ここで 第２図に点線で示すプリフォーム１１が非切削作業で成形されて中間形状体２１ になる。この目的でプリフォーム１１は対応する外側輪郭にスピニングチャック で固定される。次にプリフォーム１１の円周領域１３が分割され、円周領域１３ の大きい部分が流動成形されて片側のリムベース領域２２となり、小さい部分が 流動成形されて反対側のリムベース領域２３となる。リムベース領域２２とリム ベース領域２３とは完成自動車ホイールのリムの全厚さを備え、わずかな限定さ れた矯正作業と再加工を必要とするのみである。流動成形作業は高温度で実施さ れ、鋳造作業時および流動成形装置への搬送時にワークに実施される。 中間形状体２１は次いで冷却される。この作業は流動成形装置上で同じ取り付 け状態で実施するか、または、なるべくワークの輪郭を矯正するための第２流動 成形装置への搬送時に実施する。材料の選択事項として熱処理例えば人工的エー ジングをあらかじめ実施することができる。 中間形状体２１は冷却作業に続いて、第３図から分かるように、流動成形装置 で矯正される。点線で示す中間形状体２１がスピニングチャックで固定されてい る。完成自動車ホイール３０のリムベース３１の望ましい輪郭に一致する外側輪 郭を有する倣い削りローラが中間形状体２１に対し半径方向に送り込まれる。２ 個のリムビード３２、３３も矯正作業中に成形される。 次に２個のリムビード３２、３３の形つけられた縁と中央孔１４の領域が材料 移動により最終処理される。第３図から明らかなように、黒塗りつぶし表示して いる材料移動は最小になっている。 本発明による方法の成形を行うための装置５０を第４図に示す。鋳型から取り 除か れたプリフォーム１１の温度は材料の溶融点より低温であるが、周囲温度より高 温であり、このプリフォーム１１がコンベアベルト５１により流動成形ステーシ ョンに送られ、本実施の形態ではこのステーションに２台の流動成形装置５２、 ５３が設けられている。コンベアベルト５１は流動成形ステーションに来る途中 でトンネル状加熱炉５４を通り、その高温によりプリフォーム１１が鋳造直後の 温度から最適の流動成形温度まで昇温される。 加熱されたプリフォーム１１は処理装置５５によりコンベアベルト５１から取 り除かれ、２台の流動成形装置５２、５３の一方に供給される。また、処理装置 ５５を使用して、成形した中間形状体２１を流動成形装置５２、５３から取り除 いて、別のコンベアベルト５６に乗せる。緩衝区画５７と一緒に、固溶化熱処理 のための熱処理ステーションをコンベアベルト５６に設けることができる。図示 の実施の形態において、コンベアベルト５６がトンネル状冷却装置を通り較正ス テーションまたは矯正ステーション５９に進む。冷却された中間形状体２１が別 の処理装置６０により流動成形装置６１に送られ、ここで矯正作業が行われる。 ワークの機械的最終加工も矯正ステーション５９で施工される。最終成形された ワークは処理装置６０により別のコンベアベルト６２に運ばれる。 第５図はもう一つのプリフォーム１１ａを示し、本発明の方法の根本に対して 好適な変形に基づいて実施される。プリフォーム１１ａは、基本的に放射状構造 をした完成自動車ホイール体２と、中央孔１４ａと、孔１５ａとを有している。 円周領域１３は中心軸線４１に垂直な中心面に対しほぼ対称的な構造である。 第６図は円周領域１３を２個の脚、すなわち放射状フランジ６と中心軸線４１ に同軸の領域１７とに分割して作ったものである。 第７図は同心領域が自由端３４にほとんど円錐状に作られている中間形状体を 示す。同心領域１７と放射状フランジ６が隅領域１０を囲み、その構造は作られ るアンダカ ット５を正確に決定する(第９図、第１０図参照)。中心軸線４１の方を向いた同 心領域１７の内壁２５はホイール本体２と同様に完成自動車ホイールと一致する 構造を有する。 放射状フランジ６と同心領域１７の壁厚と長さは、生ずる材料の蓄積量がリム ４の望ましい構造に適するように決められる(第１０図参照)。 第８図の破線形状は同心領域１７を示す。実線形状はプリフォーム構造におい てリムビード３２ａを有するリムベース３１ａを示している。同心領域１７をプ リフォームされたリムベース３１ａとプリフォームされた内側リムビード３２ａ とに成形する作業は、スピニング装置の中で、半径方向に調節可能なスピニング ローラ（図示せず）の援助と特に加熱作用の援助とにより実施される。内側リム ビード３２ａを有するリムベース３１ａは短ホイール側１９に対抗して長ホイー ル側９と称することができる(第９図、第１０図参照)。隅領域１０に点線で窪み ２０を示す。この窪み２０はこの領域における放射状フランジ６の材料移動また はスピニングによって任意に形成される。この窪み２０は重量を一層軽くする。 このことは特に効果的である。 長いホイール側９は単に第８図の流動成形装置によりプリフォーム加工され、 また最終成形法すなわち仕上げ旋削法が第１０図に図示されている。 第９図は流動成形装置におけるリムベース領域２２ａとリム肩部２６との間の アンダカット５の構成を示す。この流動成形装置には図示されていないが少なく とも１個の分割ローラが放射状フランジ６に作用している。放射状フランジ６は 点線から分かるように半径方向に分割され、内側脚１６と外側脚１８とを成形す る。内側脚１６と外側脚１８は分割作業が正確に実施されるよう対称構造である 。実線は外側リムビード３３ａとリム肩部２６を示し、これらは内側脚１６また は外側脚１８からスピニングローラにより成形される。外側リムビード３３ａは 外側に曲がっているが、リム肩部２６は殆ど水平で、かつ中心軸線４１に平行で ある。このリム肩部２６の近傍にタ イヤビードが配置される。第９図はアンダカット５の構成と、結果的に材料が節 約され重量が軽くなることを明瞭に示している。 第１０図は完成自動車ホイールを示す。リム肩部２６にハンプ２７が成形され ている。リムベース３１ａ、内側リム肩部２８、ハンプ２７、別のハンプ２９、 内側リムビード３２ａ、外側リムビード３３ａの近傍のリム肩部２６、アンダカ ット５は標準化されており機械加工により作られる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年４月９日（１９９９．４．９） 【補正内容】 請求の範囲 １． ａ）プリフォーム（１１）が鋳造され、 ｂ） 前記プリフォーム（１１）が残留熱を保持しながら流動成形装置（５２、 ５３）に固定され、 ｃ） 固定された前記プリフォーム（１１）は既に完成自動車ホイール（３０） のリムの壁厚をほぼ有しており、該プリフォームがスピニングと流動成形作業に よりリムベース領域（２２）を有する中間形状体（２１）に成形され、 ｄ） 前記中間形状体（２１）が冷却され、 ｅ） 冷却された前記中間形状体（２１）が矯正され、かつ最終加工されて完成 自動車ホイール（３０）にされた、 工程とを備えたハブとリムとを備えた単体の自動車ホイール（３０）を製造する 方法において、 アンダカットのない、ほぼ円板状のプリフォーム（１１）が使用され、 前記プリフォーム（１１）が鋳造の直後にコンベア手段により流動成形装置（５ ２、５３）に搬送され、搬送途中に温度制御装置により前記プリフォーム（１１ ）の望ましい流動成形温度にされ、 前記プリフォーム（１１）の円周領域（１３）の分割作業がスピニング作業お よび流動成形作業に先行する ようにしたことを特徴とする単体自動車ホイールの製造方法。 ２． 鋳造後であって中間形状体に成形される前に、前記プリフォーム（１１） に追加熱が加えられることを特徴とする請求項１に記載の単体自動車ホイールの 製造方法。 ３． 前記完成自動車ホイール（３０）が非時効硬化性アルミニウム合金、特に ＧＫ−Ａｌ Ｓｉ １１ Ｍｇから製造されたことを特徴とする請求項１または 請求項２に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ４． 前記完成自動車ホイール（３０）が人工時効硬化性アルミニウム合金、特 にＧＫ−Ａｌ Ｓｉ ７ Ｍａ Ｗａから製造されたことを特徴とする請求項１ または２に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ５． 前記中間形状体（２１）が溶体化熱処理と急冷処理を実施されたことを特 徴とする請求項４に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ６． 前記リム（３１）の矯正が流動成形装置の断面ローラにより施工されたこ と、および前記リム（３１）がリムビード（３２、３３）の側面において機械的 に最終加工されたのみであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の単体自動 車ホイールの製造方法。 ７． ハブとリムとを備えた単体の自動車ホイール（３０）を製造する方法、特 に請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の製造方法において、 ａ） プリフォーム（１１）の円周領域が分割されて第１脚部と第２脚部が成形 され、 ｂ） 中間形状体（２１）が流動成形により成形され、前記第１脚部が既にほぼ 完成自動車ホイール（３０）のリムの壁厚を有しているリムベース領域（２２ａ ）に成形され、かつ前記第２脚部が放射状フランジ（６）を成形し、 ｃ） 別の分割作業により前記放射状フランジ（６）が外側脚部（１８）と前記 リムベース領域（２２ａ）の方を向いた内側脚部（１６）とに分割され、 ｄ） 前記外側脚部（１８）からリムビード（３３ａ）が成形され、 ｅ） 前記内側脚部（１６）からほぼ軸方向を向いたリム肩部（２６）が成形さ れ、 アンダカット（５）が前記リムベース領域（２２ａ）と前記リム肩部（２６）と の間に成形された、 ことを特徴とする単体自動車ホイールの製造方法。 ８． 前記外側脚部（１８）からリムビード（３３ａ）を成形することと、前記 内側脚部（１６）からリム肩部（２６）を成形することが、流動成形により実施 されたこ とを特徴とする請求項７に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ９． 前記リム肩部（２６）にハンプ（２７）が成形されたことを特徴とする請 求項７または請求項８に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 １０． ａ） プリフォーム（１１）を鋳造するための鋳造ステーション、 ｂ） 少なくとも１台の流動成形装置（５２）を有する流動成形ステーション、 とを備え、特に請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の単体自動車ホイー ルの製造方法により単体自動車ホイールを製造する装置において、 前記鋳造ステーションが、アンダカットのないほぼ円板状のプリフォーム（１１ ）を鋳造するために構成され、 コンベア手段が鋳造ステーションと流動成形ステーションとの間に配置され、 かつプリフォーム（１１）を鋳造ステーションから流動成形ステーションに搬送 するために構成され、 温度制御装置特に加熱炉が、前記コンベア手段に沿って配置され、プリフォー ム（１１）を搬送途中で望ましい流動成形温度に調整されるよう構成されたこと を特徴とする単体自動車ホイールの製造装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＡ，Ｊ Ｐ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ハブとリムとを備えた単体の自動車ホイール（３０）を製造する方法にお いて、 ａ） アンダカットのないほぼ円板状のプリフォーム（１１）が鋳造され、 ｂ） 前記プリフォーム（１１）が鋳造の直後に残留熱を保持しながら流動成形 装置（５２、５３）に搬送され、ここに固定され、 ｃ） 固定された前記プリフォーム（１１）は既にほぼ完成自動車ホイール（３ ０）のリムの壁厚を有しており、該プリフォームがその円周領域を分割され、次 のスピニングと流動成形作業によりリムベース領域（２２）を有する中間形状体 （２１）に成形され、 ｄ） 前記中間形状体（２１）が冷却され、 ｅ） 冷却された前記中間形状体（２１）が矯正され、かつ端部加工されて完成 自動車ホイール（３０）になる、 ことを特徴とする単体自動車ホイールの製造方法。 ２． 鋳造後であって中間形状体に成形される前に、前記プリフォーム（１１） に追加熱が加えられることを特徴とする請求項１に記載の単体自動車ホイールの 製造方法。 ３． 前記完成自動車ホイール（３０）が非時効硬化性アルミニウム合金、特に ＧＫ−Ａｌ Ｓｉ １１ Ｍｇから製造されたことを特徴とする請求項１または 請求項２に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ４． 前記完成自動車ホイール（３０）が人工時効硬化性アルミニウム合金、特 にＧＫ−Ａｌ Ｓｉ ７ Ｍａ Ｗａから製造されたことを特徴とする請求項１ または請求項２に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ５． 前記中間形状体（２１）が溶体化熱処理と急冷処理を実施されたことを特 徴とする請求項４に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ６． 前記リム（３１）の矯正が流動成形装置の断面ローラにより施工されたこ と、 および前記リム（３１）がリムビード（３２、３３）の側面において機械的に最 終加工されたのみであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項 に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ７． ハブとリムとを備えた単体の自動車ホイール（３０）を製造する方法、特 に請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の製造方法において、 ａ） ほぼ円板状のプリフォーム（１１）がその円周領域に分割されて第１脚部 と第２脚部が成形され、 ｂ） 中間形状体（２１）が流動成形により成形され、前記第１脚部が既にほぼ 完成自動車ホイール（３０）のリムの壁厚を有しているリムベース領域（２２ａ ）に成形され、かつ前記第２脚部が放射状フランジ（６）を成形し、 ｃ） 別の分割作業により前記放射状フランジ（６）が外側脚部（１８）と前記 リムベース領域（２２ａ）の方を向いた内側脚部（１６）とに分割され、 ｄ） 前記外側脚部（１８）からリムビード（３３ａ）が成形され、 ｅ） 前記内側脚部（１６）からほぼ軸方向を向いたリム肩部（２６）が成形さ れ、 アンダカット（５）が前記リムベース領域（２２ａ）と前記リム肩部（２６）と の間に成形されたことを特徴とする単体自動車ホイールの製造方法。 ８． 前記外側脚部（１８）からリムビード（３３ａ）を形成すること、および 前記内側脚部（１６）からリム肩部（２６）を成形することは、流動成形により 実施することを特徴とする請求項７に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 ９． 前記リム肩部（２６）にハンプ（２７）が成形されたことを特徴とする請 求項７または請求項８に記載の単体自動車ホイールの製造方法。 １０．単体自動車ホイールの製造装置、特に請求項１乃至請求項９のいずれか１ 項に記載の単体自動車ホイールの製造方法により単体自動車ホイールを製造する 装置において、 ａ） アンダカットのないほぼ円板状のプリフォーム（１１）を鋳造するための 鋳造ステーション、 ｂ） 少なくとも１台の流動成形装置（５２）を備えた流動成形ステーション、 ｃ） 鋳造ステーションと流動成形ステーションとの間に配置され、かつプリフ ォーム（１１）を鋳造ステーションから流動成形ステーションに搬送するコンベ ア手段、 ｄ） 前記コンベア手段に沿って配置され、かつプリフォーム（１１）を搬送途 中で望ましい流動成形温度に調整するように構成された温度制御装置、特に加熱 炉、とを備えたことを特徴とする単体自動車ホイールの製造装置。