JP2005059072A - アルミホイールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外側フランジを鍛造することができるアルミホイールとその製造方法の提供。
【解決手段】（１）製品ホイールの軸方向外側フランジを含むディスク部の全域が鍛造されており、製品ホイールのリム部の少なくとも軸方向内側部がフローフォーミングで成形されているアルミホイール。（２）素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放されたホイール素材を鋳造する鋳造工程１０１と、ホイール素材の軸方向外側フランジを含むディスク部の全域を鍛造する鍛造工程１０２と、ホイール素材の素材リム部にフローフォーミングを施すフローフォーミング工程１０４と、を有するアルミホイールの製造方法。（３）ホイール素材の素材リム部を半径方向外側に押し広げる押し広げ工程１０３を有するアルミホイールの製造方法。
【選択図】 図７

Description

本発明は、鋳造、鍛造、フローフォーミングの複合加工で製造されたアルミホイールと、その製造方法に関する。

アルミホイールの鋳造法には、グラビティー鋳造法、低圧鋳造法、および高圧鋳造法などがあり、それぞれに特徴を有している（たとえば、特開２００１−２８７０１６号公報）。
グラビティー鋳造法では、一般的に、図８に示すように、ディスク面１を下にして鋳造し、大きな押し湯圧により、冷却時の収縮に伴うボリュームの補填をはかり、極力、巣やピンホールなどの欠陥を少なくしている。
低圧鋳造法でも、一般的にディスク部２を下にして鋳造し、図９に示すように、ディスクセンター１ヵ所４から給湯する方式をとっている。最近では、素材性状を向上すべく、図１０に示すように、リム部３の外周部に湯口５を設けてリム部３の外周からも給湯する複数湯口法や、鋳造時間短縮のための差圧鋳造法なども開発され、採用されている。
高圧鋳造法は、素材性状の向上に効果があるため、最近採用の広がりを見せている。

また、これらの鋳造方案との組み合わせにおける後加工として、図１１に示すように、加工前リム部３にフローフォーミング加工を施して加工後リム部６とし、リム部６を強化するアルミホイール製造方法も採用され、実用化されている（たとえば、特開２０００−７９８０１号公報）。ここで、「フローフォーミング」とは、円板や円管などの材料を回転させながら工具（ローラ）を押しつけて、周方向に局所的なしごきなどの塑性変形を繰り返し加えることによって成形する加工法である。加工前リム部３は軸方向外側フランジ部７の軸方向内側に倒れた形状を有しており、１以上のローラを外周から押しつけて肉を流動させ、製品ホイールのリム部６形状に成形する。ここで、「軸方向外側、内側」とは、ホイールを車両に装着した時の、車両左右方向外側（外から見える側）、内側（外から見えない側）に、それぞれ、対応する。

鋳造法にはその方案（グラビティー鋳造法、低圧鋳造法）により多少の違いはあるものの製造欠陥としての巣やピンホールが発生する。これが素材全体の強度低下を招き、それを補おうとすると厚さを増加しなければならず、ホイールの質量増加、駄肉によるコストアップにつながる。その対策として、リム部については、前述のフローフォーミングによる欠陥潰しがあり、ディスク部については、軸方向鍛圧による欠陥潰しが考えられる。
しかし、図１２に示すように、軸方向内側フランジ８が邪魔となって軸方向外側フランジ９は鍛造することができない。また、センター部分（図１２の鍛圧可能範囲）の鍛圧では、肉余りが外側側に流れ、結果として、寸法確保が困難となり、かつ、加工による欠陥の発生も懸念される。
特開２００１−２８７０１６号公報 特開２０００−７９８０１号公報

本発明が解決しようとする問題は、従来のアルミホイールとその製造方法では、鋳造ホイール素材の外側フランジを鍛造することができないという問題である。

本発明の目的は、外側フランジを鍛造することができるアルミホイールとその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放された鋳造ホイール素材に鍛造が施されフローフォーミングが施されて製造されたアルミホイールであって、製品ホイールの軸方向外側フランジを含むディスク部の全域が鍛造されており、製品ホイールのリム部の少なくとも軸方向内側部がフローフォーミングで成形されているアルミホイール。
（２）素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放され素材リム部が製品ホイールのリム部より厚くかつ製品ホイールのリム部より短いホイール素材を鋳造する鋳造工程と、
前記ホイール素材の軸方向外側フランジを含むディスク部の全域を鍛造して製品ホイールの軸方向外側フランジを含むディスク部を製造する鍛造工程と、
前記ホイール素材の素材リム部にフローフォーミングを施して製品ホイールのリム部を製造するフローフォーミング工程と、
を有するアルミホイールの製造方法。
（３）前記鍛造工程より後で、前記フローフォーミング工程と同工程またはそれより前に、前記ホイール素材の素材リム部を半径方向外側に押し広げる押し広げ工程を有する（２）記載のアルミホイールの製造方法。

上記（１）のアルミホイールによれば、鋳造ホイール素材形状を素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放された形状とし、ディスク部を鍛造、リム部をフローフォーミングで加工することにより、従来鍛造できなかった軸方向外側のフランジも鍛造することができる。

上記（２）のアルミホイールの製造方法によれば、工程を、ホイール素材の鋳造、ディスク部の鍛造、リム部のフローフォーミングの順とし、ホイール素材は素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放された形状とすることにより、従来鍛造できなかった軸方向外側のフランジも鍛造することができる。

上記（３）のアルミホイールの製造方法によれば、鍛造の後で、フローフォーミング以前に、素材リム部の押し広げ工程を挿入することにより、フローフォーミングが容易になる。

本発明のアルミホイールとその製造方法を、図１−図７を参照して説明する。
図１は鍛造前の、鋳造ホイール素材２０を示し、図６は鍛造、フローフォーミング後の製品アルミホイール１０を示す。
本発明のアルミホイール１０は、図１、図６に示すように、素材軸方向外側フランジ２１の軸方向内側が開放された鋳造ホイール素材２０に鍛造が施されフローフォーミングが施されて製造されたアルミホイール１０であって、製品ホイール１０の軸方向外側フランジ１１を含むディスク部１２の全域（「全域」には、フローフォーミングで軸方向内側フランジとなる部分を含めてもよい、以下同じ）が鍛造されており、製品ホイール１０のリム部１３の少なくとも軸方向内側部１４がフローフォーミングで成形されているアルミホイール１０である。飾り穴１６は鋳造段階で形成されている。鍛造、フローフォーミングによる成形後、アルミホイール１０は機械加工が施されてセンター穴１７やボルト穴が形成され、必要に応じて意匠面（車両に装着された時に外が見える面）などに塗装が施される。
鍛造、フローフォーミングの部分は巣やピンホールが無いか、またはあっても少なく、組織が緻密になっているので、鍛造された部分か否か、フローフォーミングされた部分か否か、ほとんど鋳造されたままで残っている部分か否かは、試験片を採取して顕微鏡で組織を調べればわかる。

図１は鋳造されたアルミホイール素材２０を示し、図２は鍛造中のアルミホイール素材を示し、図３は押し広げ加工中のアルミホイール素材を示し、図４は押し広げをフロフォーミングのマンドレルによって行っている場合を示し、図５はフローフォーミング中のアルミホイール素材を示し、図６は製品アルミホイール１０を示し、図７は工程を示す。

本発明のアルミホイール１０の製造方法は、図１−図７に示すように、素材軸方向外側フランジ２１の軸方向内側が開放され素材リム部２３が製品ホイール１０のリム部１３より厚くかつ製品ホイール１０のリム部１３より短いホイール素材２０を鋳造する鋳造工程１０１と、ホイール素材２０の軸方向外側フランジ２１を含むディスク部２２の全域を鍛造して製品ホイール１０の軸方向外側フランジ１１を含むディスク部１２を製造する鍛造工程１０２と、ホイール素材２０の素材リム部２３にフローフォーミングを施して製品ホイール１０のリム部１３を製造するフローフォーミング工程１０４と、を有する。

本発明のアルミホイール１０の製造方法は、鍛造工程１０１より後で、フローフォーミング工程１０４と同工程またはそれより前に、ホイール素材２０の素材リム部２３を半径方向外側に押し広げる押し広げ工程１０３を有していてもよい。ただし、鍛造工程１０２後、押し広げ工程１０３を経ることなく、フローフォーミング工程１０４を実行してもよい。

鋳造工程１０１では、グラビティー鋳造、低圧鋳造、高圧鋳造の何れの鋳造法によって鋳造アルミホイール素材２０を製造してもよい。グラビティー鋳造、低圧鋳造では、溶湯圧がディスク部２２の下面（製品の、意匠面となる面）にかかって該面が欠陥のない緻密な面となるように、ディスク部２２を下にして鋳造が行われる。
鋳造されたアルミホイール素材２０は、図１に示すように、軸方向内側フランジをもたない、ずんぐりした素材リム部２３を有する。アルミホイール素材２０は、素材リム部２３が半径方向外側に倒れておらず、素材軸方向外側フランジ２１の軸方向内側が開放されていることが重要である。これによって、次工程の鍛造工程１０２で、上型が軸方向内側フランジおよび素材リム部２３に干渉することなく下降して、軸方向外側フランジ２１を鍛造することが可能になる。また、素材リム部２３が製品リム１３に比べて厚さが大である理由は、フローフォーミング工程で製品リム１３の形状に肉が流動する時にその肉の供給源とするためである。

鍛造工程１０２では、温間（たとえば、３００℃から４５０℃の温度域）でアルミホイール素材２０の鍛造が行われる。アルミホイール素材２０を３００℃から４５０℃の温度にするのに、鋳造工程１０１の残熱を利用してもよいし、あるいはいったん室温に冷却した後加熱してもよい。
鍛造は上下の型の一方を他方に対して接近させついで離反させる１ストロークにより行われる。ただし、複数ストローク、型を移動させてもよい。
鍛造では、図２に示すように、ホイール素材２０の軸方向外側フランジ２１を含むディスク部２２の全域を鍛造する。たとえば、上型が下降する場合、アルミホイール素材２０の素材リム部２３が半径方向外側に倒れておらず、素材軸方向外側フランジ２１の軸方向内側が開放されているので、上型は軸方向内側フランジおよび素材リム部２３に干渉することなく下降して、軸方向外側フランジ２１を、下型との間に圧縮して、鍛造することができる。アルミホイール素材２０のディスク部２２の、軸方向外側フランジ２１より半径方向内側部分は、上型と下型との間に圧縮して、鍛造される。
鍛造によって、素材２０のディスク部２２にあった鋳造欠陥が無くなるか、または少なくなる。

押し広げ工程１０３では、図３に示すように、アルミホイール素材２０の素材リム部２３を、その上端が半径方向に広がるように、倒す。
この押し広げは、図４に示すように、次工程のフローフォーミングのマンドレル３０を用いて行ってもよい。図４では芯押し台３１がマンドレル３０に向かって上昇して、素材リム部２３がマンドレル３０によって半径方向外側に押し広げられる。押し広げでは、マンドレル３０と芯押し台３１は、それらの軸芯まわりに回転されなくてもよい（ただし、回転されてもよい）。
この押し広げ工程も、温間（たとえば、３００℃から４５０℃の温度域）で行われることが望ましい。

フローフォーミング工程１０４は、鍛造工程１０２よりも後で行われる。その理由は、先にフローフォーミングを行って軸方向内側フランジ１５を成形してしまうと、その後で上型と軸方向内側フランジ１５が干渉して鍛造上型を下降することができなくなり、鍛造を行うことができなくなるからである。
図４、図５のフローフォーミング工程１０４では、温間（たとえば、３００℃から４５０℃の温度域）でアルミホイール素材２０のフローフォミングが行われる。素材２０の３００℃から４５０℃の温度域への温度上昇は、鍛造工程の残熱が利用されてもよいし、あるいはいったん室温に冷却された後加熱してもよい。
フローフォーミングでは、マンドレル３０と芯押し台３１は、それらの軸芯まわりに回転され、外周から１以上のローラが素材２０に押しつけられる。複数のローラが素材２０に押しつけられる場合は、ローラは装置の周方向に等間隔に配置される。素材に押しつけられたローラは、素材２０がマンドレル３０、芯押し台３１と共に回転する時に、ローラ軸芯まわりに回転する。ただし、ローラはマンドレル軸芯まわりには回転しない。
フローフォミングによって、素材２０のリム部２３にあった鋳造欠陥が無くなるか、または少なくなる。

図７は、上記の工程をフローチャートの形で表したものである。鋳造工程１０１、鍛造工程１０２、フローフォーミング工程１０４は必須であるが、押し広げ工程１０３は任意である。

つぎに、本発明のアルミホイール１０およびその製造方法の作用、効果を説明する。
本発明のアルミホイール１０によれば、製品ホイール１０の軸方向外側フランジ１１を含むディスク部１２の全域が鍛造されており、製品ホイール１０のリム部１３の少なくとも軸方向内側部１４がフローフォーミングで成形されているので、均一な組織が得られ、寸法精度も確保することができる。また、均一組織に加圧できるので、外観を重要視するアルミホイール１０において、その表面の均質性が確保される。

また、本発明のアルミホイール１０の製造方法によれば、工程を、ホイール素材の鋳造１０１、ディスク部の鍛造１０２、リム部のフローフォーミング１０４の順とし、ホイール素材を素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放された形状とすることにより、従来鍛造できなかった軸方向外側のフランジ１１も鍛造することができる。
また、鍛造１０２の後で、フローフォーミング１０４以前に、素材リム部の押し広げ工程１０３を挿入することにより、フローフォーミング１０４が容易になる。

本発明のアルミホイールの製造方法の鋳造工程で製造されるアルミホイール素材の断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法の鍛造工程におけるアルミホイール素材の断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法の押し広げ工程におけるアルミホイール素材の断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法の、フロフォーミングのマンドレルによる押し広げ工程におけるアルミホイール素材の半断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法のフロフォーミング工程におけるアルミホイール素材の半断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法で製造された、または本発明のアルミホイールの断面図である。 本発明のアルミホイールの製造方法の工程図である。 従来のグラビティー鋳造におけるホイール素材の断面図である。 従来の低圧鋳造におけるホイール素材の断面図である。 従来の複数湯口の低圧鋳造におけるホイール素材の断面図である。 従来のフローフォーミングにおけるホイール素材の断面図である。 従来のセンター部のみの鍛造工程におけるホイール素材の断面図である。

符号の説明

１０ アルミホイール
１１ 軸方向外側フランジ
１２ ディスク部
１３ リム部
１４ リム部の軸方向外側部分
１５ 軸方向内側フランジ
１６ 飾り穴
１７ センター穴
２０ 鋳造アルミホイール素材
２１ アルミホイール素材の軸方向外側フランジ
２２ アルミホイール素材のディスク部
２３ アルミホイール素材のリム部

Claims (3)

1. 素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放された鋳造ホイール素材に鍛造が施されフローフォーミングが施されて製造されたアルミホイールであって、製品ホイールの軸方向外側フランジを含むディスク部の全域が鍛造されており、製品ホイールのリム部の少なくとも軸方向内側部がフローフォーミングで成形されているアルミホイール。
2. 素材軸方向外側フランジの軸方向内側が開放され素材リム部が製品ホイールのリム部より厚くかつ製品ホイールのリム部より短いホイール素材を鋳造する鋳造工程と、
   前記ホイール素材の軸方向外側フランジを含むディスク部の全域を鍛造して製品ホイールの軸方向外側フランジを含むディスク部を製造する鍛造工程と、
   前記ホイール素材の素材リム部にフローフォーミングを施して製品ホイールのリム部を製造するフローフォーミング工程と、
   を有するアルミホイールの製造方法。
3. 前記鍛造工程より後で、前記フローフォーミング工程と同工程またはそれより前に、前記ホイール素材の素材リム部を半径方向外側に押し広げる押し広げ工程を有する請求項２記載のアルミホイールの製造方法。

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