JP2005075021A - 車両ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まりを向上できる車両ホイールの製造方法を提供する。
【解決手段】 ＪＩＳの合金番号６０６１等のアルミ合金の鍛造材料を用いてディスク部５１と厚肉のリム原形部５２を一体に有する車両ホイールのプリフォーム５０を鋳造する。その後で、プリフォーム５０のリム原形部５２に減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、最終形状または最終形状に近いリム部５２’を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両ホイールを鋳造により製造する方法に関する。

アルミ合金等の軽合金製の車両ホイールを鋳造により製造する方法は良く知られている。一般的な方法では、最終形状に近い車両ホイールを鋳造した後、熱処理，切削加工，塗装等を行い、最終製品としての車両ホイールを得る。

特開２０００−７９８０１号公報には、上記一般的方法を改良した車両ホイールの製造方法が開示されている。この方法の鋳造工程では、最終形状の車両ホイールではなく、厚肉のリム原形部を有するプリフォームを鋳造する。このプリフォームを予熱した後、リム原形部に減肉を伴うスピニング加工（フローフォーミング加工，塑性変形を伴う加工）を施すことにより最終形状または最終形状に近いリム部を得る。このスピニング加工の後、熱処理，切削加工，塗装等を行う。この方法では、スピニング加工を施すことによりリム部の強度を向上でき、リム部の薄肉軽量化を図ることができる。
特開２０００−７９８０１号公報には開示されていないが、プリフォームを鋳造する際、ＪＩＳ規格のＡＣ４Ｃ系またはＡＣ４ＣＨ系の鋳造材料（鋳造に適した材料）を用いている。この鋳造材料は、Ｓｉを多く含んでいて流動性に優れ、しかも溶湯凝固時の収縮をＳｉの膨張により一部相殺できることからヒケ性にも優れている。
特開２０００−７９８０１号公報

しかし、上記のように鋳造材料を用いてプリフォームを鋳造した場合、Ｓｉ等を多く含んでいるため塑性，加工性に劣り、スピニング加工の際に割れ等の成形欠陥が生じることがあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、車両ホイールの製造方法において、（イ）軽合金の鍛造材料（鍛造に適した材料）を用いて、ディスク部と、最終形状のリム部より厚肉の環状厚肉部を含むリム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する鋳造工程と、（ロ）上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部の環状厚肉部に、減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、最終形状または最終形状に近いリム部を得る加工工程とを有することを特徴とする。

上記方法によれば、鍛造材料を用いてプリフォームを鋳造しているので、プリフォームのリム原形部を減肉を伴ってスピニング加工する際に、割れ等の成形欠陥の発生を抑制することができる。また、鍛造材料を用いているため、車両ホイールの耐蝕性、機械的強度を高めることができる。なお、車両ホイールのリム部の最終形状は薄肉であるが、鋳造により得られるプリフォームのリム原形部は厚肉であるので高い鋳造性（流動性，ヒケ性）を要求されず、鍛造材料を用いてもプリフォームの鋳造に支障はない。

好ましくは、上記スピニング加工を冷間で実行する。これにより予熱工程を省くことができる。冷間で行っても加工性が良いので、割れ等が生じるのを抑制できる。
好ましくは、上記プリフォームのディスク部が最終形状より厚肉をなし、上記鋳造工程の後に、ディスク部に鍛造加工，切削加工の少なくとも一方を施すことにより、ディスク部を減肉して最終形状にする。これにより、鋳造の際にディスク部でも高い鋳造性を要求されずに済み、ディスク部での巣やヒケの発生を抑制できる。鋳造表面に発生する毛割れなどは削除することができる。また、鍛造を行う場合には、たとえ巣やヒケ等の鋳造欠陥が残ったともこれを解消することができる。

鍛造材料として、アルミ合金のＪＩＳ の合金番号６０６１、６１５１、５４５４またはそれらと同等の材料とするのが好ましい。これらは、鍛造のアルミ合金製の車両ホイールに用いられているものである。

以上説明したように本発明によれば、鍛造材料を用いてプリフォームを鋳造したので、鋳造後のスピニング加工での割れ等の成形欠陥の発生を抑制できる。

以下、本発明の第１実施形態をなすアルミ合金製（軽合金製）の車両ホイールの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、鋳造工程で用いられる鋳型について説明する。図１に示すように、この鋳型１０は、ベース１１と、このベース１１上に固定された下型１２と、この下型１２に対して昇降する上型１３と、一対（複数）の半割りされた横型１４とを有している。一対の横型１４は、紙面と直交する方向に対峙し、同方向に移動して接合，離反するようになっている。

鋳型１０の型締め時には、一対の横型１４の互いの接合面が所定の荷重をもって当たり、上型１３が下降してこれら横型１４の上面に当たることにより、下型１２と上型１３とで一対の横型１４を所定の荷重をもって挟むようになっている。この型締め状態において、下型１２と上型１３と一対の横型１４により、プリフォーム成形用のキャビティ２０が形成される。

上記キャビティ２０は、下型１２と上型１３の対向面間に形成されたディスク部成形用空間２１と、下型１２と上型１３の外周面と一対の横型１４の内周面間に形成されたリム原形部成形用空間２２とを有している。ディスク部成形用空間２１は、最終形状の車両ホイールのディスク部より厚くなっている。このリム原形部成形用空間２２は、下側の第１部分２２ａと中間の第２部分２２ｂと上側の第３部分２２ｃとを有している。上記第１部分２２ａは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所に近い形状をなしている。第２部分２２ｂは短い円筒形状をなし、第３部分２２ｃは先端に向かって広がる円錐状形状をなしている。これら第２部分２２ｂ，第３部分２２ｃは、最終形状の車両用ホイールのリム部の対応箇所と異なる形状をなしそれより厚くなっている。

さらに鋳型１０は型締め状態で一対（複数）の湯道２５を有している。これら湯道２５は１８０°対向しており、各湯道２５は、一対の横型１４の接合面に形成された溝を合わせることによりほぼＬ字形に形成されている。湯道２５の先端は上記キャビティ２０のリム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂに接続されている。

上記湯道２５の基端（下端）には、垂直をなしてベース１１を貫通する導管２６の上端部が接続されている。上記ベース１１の下方にはタンク（図示しない）が配置されている。このタンクは溶湯を蓄えており、上記導管２６の下端部はこの溶湯に入り込んでいる。この溶湯は軽合金の鍛造材料（鍛造に適した材料）からなり、本実施形態ではアルミ合金のＪＩＳの合金番号６０６１が用いられる。なお、溶湯温度は従来のように鋳造材料を用いる場合に比べて若干高くなる。ＪＩＳの合金番号６０６１は、下記の表１に示すように珪素Ｓｉの含有量が従来用いられていた鋳造材料より遥かに少ない。

上記鋳型１０を用いた車両ホイールのプリフォームの低圧鋳造工程について説明する。上記タンクの内部空間にガス圧を供給することにより、タンク内の溶湯面を押し下げる。これにより、タンク内の溶湯は、一対の導管２６を経、さらに一対の湯道２５を経て、そのゲート２５ｘが位置するリム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂに達し、ここからリム原形部成形用空間２２全体に充填されるとともに、ディスク部成形用空間２１に充填される。

上記溶湯の凝固は、湯道２５のゲート２５ｘから最も遠い部位、すなわちディスク部成形用空間２１のほぼ中央部で始まり、リム原形部成形用空間２２に進み、さらにゲート部２５ｘに向かって進み、ゲート２５ｘに達する。この凝固が湯道２５の中途部まで進んだ時点でタンクのガスを抜くと、湯道２５の中途部より下方の溶湯は湯道２５および導管２６を流れ落ちてタンクに戻る。

上記鋳造工程において、リム原形部成形用空間２２が大きな流通断面積を有しているので、溶湯がＳｉの含有量が少ない鍛造材料であって、鋳造性（流動性，ヒケ性）が悪くても、凝固が生じた部位への溶湯の補充を良好に行うことができ、鋳造に支障はない。同様にディスク部成形用空間２１も大きな流通断面積を有しているので鋳造に支障はない。

上記鋳造により、車両ホイールのプリフォームが得られる。上記鋳造工程の次に、前加工工程を実行する。この前加工工程で、バリ取りを行う。また、湯道２５のゲート２５ｘ近傍の溶湯凝固により形成された一対の突起を切断し除去する。
次に、プリフォームのディスク部の常温での鍛造工程（冷間加工）を実施する。この鍛造により、ディスク部成形用空間２１での溶湯の凝固により形成された厚肉のディスク部は、最終形状または最終形状に近くまで減肉される。この鍛造において、ディスク部に巣があっても圧着されて解消される。また、加工硬化による強度向上も得られる。具体的な鍛造方法としては、特開２００１−１０５０９３に開示されているような揺動鍛造がある。この揺動鍛造では、例えば下型が固定型となっており、上型が揺動型となっていて、揺動型の軸線が固定型の軸線に対して傾いている。固定型と揺動型との間にディスク部を挟み、揺動型で押圧しながら揺動型の軸線が固定型の軸線まわりに回転する。ただし、揺動型は揺動型１２の軸線まわりに回転しない。なお、ディスク部の鍛造は、機械鍛造もしくはプレス鍛造であってもよい。

上記鍛造の際、もしくは鍛造後に、ディスク部の中央にハブ穴５１ａを形成することにより、プリフォーム５０は図２（Ａ）に示す形状となる。このプリフォーム５０は、鍛造加工されたディスク部５１と、リム原形部成形用空間２２での溶湯の凝固により形成されたリム原形部５２とを一体に有している。リム原形部５２は、リム原形部成形用空間２２の第１部分２２ａに対応したディスク部側フランジ５２ａ，ディスク部側ビードシート５２ｂを有している。これら部位は、車両ホイールの最終形状に近い形状を有している。さらにリム原形部５２は、リム原形部成形用空間２２の第２部分２２ｂ，第３部分２２ｃに対応した環状厚肉部５２ｘ，５２ｙを有している。

次に、スピニング加工工程（フローフォーミング加工，塑性変形を伴う加工）を常温で実行する（冷間加工）。スピニング加工では図２（Ａ）に示すように、車両ホイールの最終形状に近い外周形状を有するマンドレル４１にプリフォーム５０を取り付け、このマンドレル４１を回転させ、ローラ４２をプリフォーム５０に押し付けながらマンドレル４１の周面形状に沿ってマンドレル４１の軸方向に移動させる。また、ローラ４２を径方向に変位させながら、マンドレル４１を軸方向に移動させることにより上記と同様のスピニング加工を行ってもよい。

上記スピニング加工により、環状厚肉部５２ｘ，５２ｙがローラ４２によりしごかれながら減肉されるとともにマンドレル４１の周面形状に沿って幅方向に広がり、図２（Ｂ）に示すように最終形状に近いリム部５２’を有する車両ホイール５０’が得られる。このリム部５２’において、ディスク部５１側のフランジ５２ａとビードシート５２ｂは、上述した鋳造により既に最終形状に近い形状となっている。環状厚肉部５２ｘのスピニング加工により主にリム部５２’のリムドロップ５２ｃが形成され、環状厚肉部５２ｙのスピニング加工により主にディスク部５１の反対側のビードシート５２ｄおよびフランジ５２ｅが形成される。

上記スピニング加工は、リム原形部５２の環状厚肉部５２ｘ，５２ｙの材料の大きな流動（広義には材料の塑性変形）を伴い、巣の圧着，組織の微細化（動的再結晶），組織の異方性（圧延組織），加工硬化を実現できる。プリフォーム５０の材料が鍛造材料であるので、加工性に優れており、上記スピニング加工の際に割れ等の成形欠陥が発生するのを抑制することができる。

上記スピニング加工の後で、熱処理し、切削加工を施し、さらに塗装を施すことにより、車両ホイールが完成する。切削加工により、ディスク部５１およびリム部５２’は若干減肉されて最終形状となる。なお、切削加工を行わない場合にはスピニング加工後の形状が車両ホイールの最終形状となる。鍛造材料を用いているので、車両ホイールは高い耐蝕性、機械的強度を有している。

本発明は、さらに他の形態を採用可能である。例えば、上記プリフォーム５０の鋳造に用いられる材料は、ＪＩＳの合金番号６０６１の他に、６１５１や５４５４であってもよい。あるいはこれらＪＩＳの合金番号６０６１、６１５１、５４５４を成分調整して得た同等の材料を用いてもよい。これら材料を用いても高い耐蝕性、機械的強度が得られる。
ＪＩＳの合金番号６１５１、５４５４の成分は下記の表２のとおりである。

上記鍛造加工，スピニング加工は直前に予熱することにより熱間で行ってもよい。鍛造加工とスピニング加工は順序を逆にしてもよい。
図１の鋳造装置で得られた厚肉のディスク部を、鍛造加工を施さずに切削により最終形状にしてもよい。
鋳造の仕方に特に限定はない。例えば、溶湯をディスク部成形用空間２１の中央から溶湯を注入してもよい。また、プリフォームを低圧鋳造により得たが、重力鋳造や傾斜鋳造、高圧鋳造で得てもよい。高圧鋳造の場合には、ディスク部を最終形状またはそれに近い形状にして鍛造加工を省くことができる。

本発明方法の第１実施形態において車両ホイールのプリフォームを鋳造するための鋳型を示す縦断面図である。 上記鋳型で鋳造されたプリフォームをスピニング加工する工程を示す縦断面図であり、（Ａ）は加工前のプリフォームとスピニング加工装置を示し、（Ｂ）は加工後の最終形状に近い車両ホイールを示す。

符号の説明

１０ 鋳型
４０ スピニング加工装置のマンドレル
４１ スピニング加工装置のローラ
５０ プリフォーム
５０’ 車両ホイール
５１ ディスク部
５２ リム原形部
５２’ リム部
５２ｘ 環状厚肉部

Claims (6)

1. （イ）軽合金の鍛造材料を用いて、ディスク部と、最終形状のリム部より厚肉の環状厚肉部を含むリム原形部とを一体に有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する鋳造工程と、
   （ロ）上記鋳造工程で得られるプリフォームのリム原形部の環状厚肉部に、減肉を伴うスピニング加工を施すことにより、最終形状または最終形状に近いリム部を得る加工工程と、
   を有することを特徴とする車両ホイールの製造方法。
2. 上記スピニング加工を冷間で行うことを特徴とする請求項１に記載の車両ホイールの製造方法。
3. 上記プリフォームのディスク部が最終形状より厚肉をなし、上記鋳造工程の後に、ディスク部に鍛造加工，切削加工の少なくとも一方を施すことにより、ディスク部を減肉して最終形状にすることを特徴とする請求項１または２に記載の車両ホイールの製造方法。
4. 上記鋳造に用いられる鍛造材料は、ＪＩＳの合金番号６０６１またはそれと同等の材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ホイールの製造方法。
5. 上記鋳造に用いられる鍛造材料は、ＪＩＳの合金番号６１５１またはそれと同等の材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ホイールの製造方法。
6. 上記鋳造に用いられる鍛造材料は、ＪＩＳの合金番号５４５４またはそれと同等の材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両ホイールの製造方法。

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