JP2008073763A - Method of manufacturing vehicle wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の車両ホイールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a vehicle wheel such as an aluminum alloy or a magnesium alloy.
従来から、下記特許文献1に代表されるアルミニウム合金等の車両ホイールの製造方法は、良く知られている。具体的に説明すると、この特許文献1の車両ホイールの製造方法は、型締め状態でディスク部成形用空間とリム原形部成形用空間とを有する成形用キャビティが形成されるとともに、上記ディスク部成形用空間に接続される湯道が形成される鋳型を用い、この湯道を介してキャビティに高圧の溶湯を充填することにより、ディスク部とリム原形部とを有する車両ホイールのプリフォームを鋳造する高圧鋳造工程と、上記プリフォームのリム原形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備えている。
Conventionally, the manufacturing method of vehicle wheels, such as aluminum alloy represented by the following
しかしながら、上記特許文献1の方法でも、スピニング加工などの圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能(プリフォームから車両ホイール(完成品)に至るまでの成形しやすさ)については、まだ十分であるとは言えない状況にある。
However, the method of
そこで、本発明の目的は、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能が、従来に比べ飛躍的に向上した車両ホイールの製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vehicle wheel in which the forming ability of the preform of the vehicle wheel in the rolling process is dramatically improved as compared with the conventional method.
(1) (a)本発明の車両ホイールの製造方法は、内部空間を形成する複数の金型用部材を有し、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略H型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型を用いるプリフォーム成形工程を有している車両ホイールの製造方法であって、前記高圧鋳造用金型が、前記内部空間を型締め後の内部空間よりも広く保持することができるとともに脱着自在な保持手段を有しており、前記高圧鋳造用金型でプリフォームを鋳造成形する前に前記保持手段を装着しておいて、プリフォームを鋳造成形後に前記保持手段を取り外してから、前記高圧鋳造用金型を型締めする工程を有している。(b)また、本発明の車両ホイールの製造方法は、別の観点として、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略H型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯し、前記溶湯を加圧しながら固相化して鋳造プリフォームを成形した後、前記高圧鋳造用金型の内部空間のうち所定部分に空間を形成し、加圧しながら前記所定部分の空間に前記鋳造プリフォームを押し込むように塑性変形させることによって鍛造して、車両ホイールのプリフォームを成形するプリフォーム成形工程を有しているものであってもよい。このとき、さらに前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程を有しているものであってもよい。なお、前記プリフォーム成形工程において前記鋳造プリフォームを形成する際、前記溶湯を加圧・強制冷却しながら過冷却凝固させることが好ましい。(c)さらに、本発明の車両ホイールの製造方法は、他の観点として、円筒部及びディスク部を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略H型となるプリフォームを成形するための高圧鋳造用金型の内部空間に溶湯を給湯後、該溶湯を加圧と強制冷却をしながら過冷却凝固させることによって、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形するプリフォーム成形工程と、前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程とを有しているものであってもよい。 (1) (a) The vehicle wheel manufacturing method of the present invention has a plurality of mold members forming an internal space, has a cylindrical part and a disk part, and has a substantially concave or substantially axial sectional shape. A method of manufacturing a vehicle wheel having a preform molding process using a high-pressure casting mold for molding a preform to be an H-type, wherein the high-pressure casting mold clamps the internal space. It has holding means that can be held wider than the inner space of the rear and is detachable. The holding means is mounted before casting the preform with the high-pressure casting mold. A step of clamping the high pressure casting mold after removing the holding means after casting the reform. (B) Moreover, the manufacturing method of the vehicle wheel of this invention is another viewpoint. WHEREIN: For shaping | molding the preform which has a cylindrical part and a disk part, and the cross-sectional shape of an axial direction becomes a substantially concave shape or a substantially H shape. After supplying molten metal to the internal space of the high-pressure casting mold and solidifying the molten metal while pressurizing the molten metal to form a casting preform, a space is formed in a predetermined portion of the internal space of the high-pressure casting mold. And a preform forming step of forming a vehicle wheel preform by forging by plastic deformation so as to push the cast preform into the space of the predetermined portion while applying pressure. . At this time, you may have the rolling process which rolls further the outer peripheral surface of the cylindrical part in the said preform to a predetermined shape. In addition, when forming the said cast preform in the said preform shaping | molding process, it is preferable to supercool and solidify the said molten metal, pressurizing and forced cooling. (C) Furthermore, the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, as another aspect, is for forming a preform having a cylindrical part and a disk part and having an axial cross-sectional shape that is substantially concave or substantially H-shaped. After supplying the molten metal to the internal space of the mold for high pressure casting, the preform is formed by supercooled α phase and a material of dense and refined structure by solidifying the molten metal under pressure and forced cooling. You may have a preform shaping | molding process and the rolling process which rolls the outer peripheral surface of the cylindrical part in the said preform to a predetermined shape.
上記(1)(a)及び(b)の構成によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できる。また、上記(1)の(a)〜(c)の構成のように、溶湯を過冷却凝固させる場合には、過飽和α相及び緻密・微細化組織の材料からなるプリフォームを成形できる。したがって、この場合のプリフォームは、粒子が緻密・微細化された材料から成形されているものなので、塑性加工において一様伸びを示し、大きな展延性が得られる。すなわち、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、従来に比べ飛躍的に向上させることができる製造方法をも提供できる。 According to the configurations of (1), (a) and (b) above, it is possible to provide a method capable of forging a predetermined material for a vehicle wheel immediately after high pressure casting. Further, when the molten metal is supercooled and solidified as in the configurations (a) to (c) of (1) above, a preform made of a material of a supersaturated α phase and a dense and refined structure can be formed. Therefore, since the preform in this case is formed from a material in which the particles are dense and refined, the preform exhibits uniform elongation in plastic working and a large spreadability is obtained. That is, it is possible to provide a manufacturing method capable of dramatically improving the forming ability of the vehicle wheel preform in the rolling process as compared with the conventional method.
(2) 本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されているものであり、前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態で、圧延を行うものであることが好ましい。 (2) In the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, in the preform molding step, hot charging is performed so that contamination of the molten metal does not occur, and the molten metal is supplied to the internal space of the high pressure casting mold. Before, the internal space of the high-pressure casting mold is cooled and held at a predetermined temperature or lower, and in the rolling step, the temperature of the preform is lower than the recrystallization temperature of the preform. It is preferable to perform rolling while maintaining a predetermined temperature.
(3) 別の観点として、本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯の汚染が生じないようにホットチャージされるとともに、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間が所定温度以下に冷却保持されるものであり、前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことが好ましい。 (3) As another aspect, in the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, in the preform molding step, the molten metal is hot-charged so as not to contaminate the molten metal, and the molten metal is used as the high-pressure casting mold. Before the hot water is supplied to the internal space, the internal space of the high-pressure casting mold is cooled and held at a predetermined temperature or lower. In the rolling process, the temperature of the preform is changed to the temperature of the preform. It is preferable to perform rolling while maintaining a predetermined temperature higher than the crystal temperature.
上記(2)又は(3)の構成によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。 According to the configuration of (2) or (3) above, it is possible to provide a vehicle wheel manufacturing method in which the forming ability of the vehicle wheel preform in the rolling process is further improved.
(4) 本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることが好ましい。 (4) In the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, in the rolling step, the heating and heating are performed so that the temperature is equal to the temperature of the preform heated and held at a predetermined temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the preform. It is preferable to use a held rolling jig.
(5) 別の観点として、本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記圧延工程において、前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された圧延加工用治工具を用いることが好ましい。 (5) As another aspect, in the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, in the rolling step, the temperature is equal to the preform heated and held at a predetermined temperature equal to or lower than the recrystallization temperature of the preform. It is preferable to use a jig for rolling that is heated and held as described above.
上記(4)又は(5)の構成によれば、プリフォームの放冷却による変形抵抗の逐次増加から開放され、プリフォームの成形性の自由度が向上する。 According to the configuration of the above (4) or (5), it is freed from the sequential increase in deformation resistance due to the cooling of the preform, and the degree of freedom of moldability of the preform is improved.
(6) 本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記高圧鋳造用金型が、Cu−Ni−Si3元系硬質銅合金を用いて、前記プリフォームの容積の少なくとも3倍以上の総体積を有するように形成されているとともに、前記内部空間に沿って形成された冷却孔を金型本体内部に1本以上有していることが好ましい。 (6) In the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, the high-pressure casting mold uses a Cu-Ni-Si ternary hard copper alloy and has a total volume of at least three times the volume of the preform. It is preferable to have at least one cooling hole formed along the internal space inside the mold body.
上記(6)の構成によれば、高圧鋳造用金型の内部空間に給湯された溶湯を確実に過冷却できる。その結果として、溶湯を構成する材料に対して緻密・微細化する結果、従来にない大きな展延性を確実に発現させることができる。 According to the configuration of (6) above, the molten metal supplied to the internal space of the high pressure casting mold can be reliably supercooled. As a result, as a result of densification and refinement with respect to the material constituting the molten metal, unprecedented large ductility can be surely exhibited.
(7) 本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記過冷却凝固の際、前記冷却孔に流される媒体を乱流化させて流すことが好ましい。これにより、より容易に高圧鋳造用金型の内部空間に給湯された溶湯を過冷却できる。 (7) In the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, it is preferable that the medium flowing through the cooling hole is turbulently flowed during the supercooling and solidification. Thereby, the molten metal supplied to the internal space of the high pressure casting mold can be more easily supercooled.
(8) 上記(1)(b)の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、高圧鋳造した前記プリフォームのディスク部に予歪みを与える予歪み工程を有していることが好ましい。 (8) In the method for manufacturing a vehicle wheel of the present invention of (1) and (b) above, a pre-strain is applied to the disk portion of the preform that has been high-pressure cast between the preform molding step and the rolling step. It preferably has a predistortion step.
上記(8)の構成によれば、プリフォームにおけるディスク部の鋳造組織を次工程の熱処理工程において更に分解微細化できるので、車両ホイールにおけるディスク部の機械的性質や疲労強度を向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。 According to the configuration of the above (8), the cast structure of the disk part in the preform can be further decomposed and refined in the subsequent heat treatment step, so that the vehicle wheel with improved mechanical properties and fatigue strength of the disk part in the vehicle wheel. Can be provided.
(9) 上記(1)(b)の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、超塑性加工可能な温度に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。 (9) In the method for manufacturing a vehicle wheel of the present invention of (1) and (b) above, the temperature heated and maintained at a temperature capable of superplastic processing between the preform molding step and the rolling step. It is preferable to have a forging process in which the preform is forged using a mold heated and held so that the temperature is equal to that of the preform.
上記(9)の構成によれば、プリフォームを超塑性加工可能な温度に加温・保持していることで、過冷却による微細な結晶粒に塑性加工を加えれば、粒界・粒内の転位が動きやすくなる。したがって、鍛造の際には小さい変形抵抗で、大規模な粒界すべりを伴った塑性流動を生じさせることができるので、一挙に大きな加工率を与えることが可能となり、微細化組織が更に細かくなる。同時にプリフォームの鍛造部分を非常に大きく伸ばすことができる。つまり、成形によるプリフォーム材料組織の微細化、プリフォームを構成する材料の品質特性の改善、及び、プリフォームの複雑な形状の精密鍛造が可能となる。したがって、従来品と同等以上の品質特性を備えたネットシェイプ車両ホイールを確実に得ることができる車両ホイールの製造方法を提供できる。 According to the configuration of (9) above, if the preform is heated and held at a temperature at which superplastic processing is possible, if plastic processing is applied to fine crystal grains due to supercooling, the preforms in grain boundaries and grains Dislocation becomes easy to move. Therefore, since plastic flow accompanied by large-scale grain boundary sliding can be generated with a small deformation resistance during forging, it becomes possible to give a large processing rate all at once, and the refined structure becomes finer. . At the same time, the forged part of the preform can be extended greatly. That is, it becomes possible to refine the preform material structure by molding, improve the quality characteristics of the material constituting the preform, and perform precision forging of complex shapes of the preform. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a vehicle wheel that can reliably obtain a net-shaped vehicle wheel having quality characteristics equivalent to or better than those of conventional products.
(10) 上記(1)(b)の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以上の熱間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。 (10) In the method for manufacturing a vehicle wheel according to the present invention of (1) and (b) above, between the preform molding step and the rolling step, heating and holding are performed in a hot temperature region equal to or higher than the recrystallization temperature. It is preferable to have a forging process in which the preform is forged using a mold heated and held so that the temperature is equal to that of the preform.
(11) 上記(1)(b)の本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以下の温間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程を有していることが好ましい。 (11) In the method for manufacturing a vehicle wheel of the present invention of (1) and (b) above, between the preform molding step and the rolling step, heating and holding is performed in a warm temperature region below the recrystallization temperature. It is preferable to have a forging process in which the preform is forged using a mold heated and held so that the temperature is equal to that of the preform.
上記(10)又は(11)の構成によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォームの成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。 According to the configuration of the above (10) or (11), it is possible to provide a method for manufacturing a vehicle wheel in which the forming ability of the preform of the vehicle wheel in the rolling process is further improved.
(12) 本発明の車両ホイールの製造方法においては、前記プリフォーム成形工程において、前記溶湯を前記高圧鋳造用金型の内部空間に給湯する前に、予め、前記高圧鋳造用金型の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を減圧しておくこと、又は前記高圧鋳造金型の内部空間を不活性ガスで満たしておくことが好ましい。これにより、溶湯を酸化させることを防止できるので、高圧鋳造用金型の内部空間に給湯した溶湯を確実に純度の高いまま保持できる。従って、プリフォーム材料の性状品質、特にディスク形状における意匠面の品質向上に前記の無酸化給湯方法と併せて効果的な手段が確保できる。 (12) In the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, in the preform molding step, before supplying the molten metal to the internal space of the high-pressure casting mold, the internal space of the high-pressure casting mold is preliminarily provided. It is preferable to fill the interior space of the high-pressure casting mold with an inert gas after decompressing, or to fill the interior space of the high-pressure casting mold with an inert gas. Thereby, since it can prevent that a molten metal is oxidized, the molten metal supplied to the internal space of the metal mold | die for high pressure casting can be reliably hold | maintained with high purity. Therefore, an effective means can be secured in combination with the non-oxidized hot water supply method for improving the quality of the preform material, particularly the quality of the design surface of the disk shape.
<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程を順に示した模式図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, the manufacturing method of the vehicle wheel concerning a 1st embodiment of the present invention is explained, referring to drawings. Drawing 1 is a mimetic diagram showing a manufacturing process in a manufacturing method of a vehicle wheel concerning a 1st embodiment of the present invention in order.
図1において、1は高圧鋳造用金型、2は給湯管、3は加圧シリンダー、4は加圧プランジャー、6は溶湯、7はプリフォームである。高圧鋳造用金型1は上金型1aと下金型1bとからなり、これら上金型1a及び下金型1bにはそれぞれ、冷却媒体を通過させる孔状の冷却孔5が複数設けられている。給湯管2は筒状の加圧シリンダー3の途中部分と連通しており、溶解炉(図示せず)から溶湯6を供給することができるようになっている。加圧プランジャー4は、筒状の加圧シリンダー3の内部空間を移動できる柱状部材である。なお、一変形例として、冷却孔5は、高圧鋳造用金型1の内部空間の周囲に張り巡らされた1本の管でもよい。プリフォーム7は、円筒部7a(図1(e)参照)を有し且つ軸方向の断面形状が略凹型又は略H型となっている車両ホイールの前駆体である。
In FIG. 1, 1 is a high pressure casting mold, 2 is a hot water supply pipe, 3 is a pressure cylinder, 4 is a pressure plunger, 6 is a molten metal, and 7 is a preform. The high-
高圧鋳造用金型1は、熱伝達係数の高いCu−Ni−Si3元系硬質銅合金からなる。この材料の他例としては、ベリリウム銅などが挙げられる。また、高圧鋳造用金型1の総体積は、プリフォーム7の容積の少なくとも3倍以上となるように形成されている。
The high
溶湯6としては、中強度アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を用いる。ただし、これに限られず、他の溶湯状態となることができる金属材料を用いることも可能である。
As the
次に、図1を用いて、本発明の第1実施形態に係る車両ホイールの製造方法を詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the vehicle wheel which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated in detail using FIG.
(プリフォーム成形工程)
まず、高圧鋳造用金型1を型開けした状態で用意する(図1(a)参照)。続いて、上金型1a及び下金型1bを型締めする。このとき、高圧鋳造用金型1の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉(図示せず)から給湯管2を介して、溶湯6を空気に触れさせることなく加圧シリンダー3内に層流供給する(図1(b)参照)。
(Preform molding process)
First, the high-
そして、加圧プランジャー4を加圧シリンダー3内側に沿って上昇させて、給湯管2と加圧シリンダー3との連通部を加圧プランジャー4によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管2の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる(図1(c)参照)。このとき、予め、高圧鋳造用金型1の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。次いで、加圧プランジャー4を高圧鋳造用金型1方向に移動させ、高圧鋳造用金型1の内部空間を溶湯6で満たした後、溶湯6を加圧(約80MPa〜約200MPa)し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔5内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯6の過冷却凝固を行う(図1(d)参照)。このとき、冷却孔5内に流される媒体を乱流化させて流せば、冷却能を向上させることができるので、さらに急冷効果を得ることができる。このような媒体の例としては、レイノルズ係数が5000以上が好ましく、12000〜20000が好適である。これらを補完するために、金型の内部空間に沿った水路設計の効率的なデザインとして水流孔形状と水流の配置形状などが挙げられる。また、図1においては、冷却孔5の断面形状は円形状であるが、冷却孔の配置は四角形状などとしてレイノルズ係数を高めたり、また冷却孔5の内面粗さを粗くするなど接触面積を大きくしたりすることで、流体粘性係数を高め冷却能を向上できる。他に、冷却孔5の本数を適宜増加することや増圧することによっても冷却能を向上することも可能である。
Then, the pressure plunger 4 is raised along the inside of the
高圧鋳造用金型1内の溶湯6の凝固が完了し、プリフォーム7が成形された後、高圧鋳造用金型1を型開けし(図1(e)参照)、プリフォーム7を取出す(図1(f)参照)。
After the solidification of the
(圧延工程)
最後に、図示しないが、プリフォーム7の円筒部7aの外周面を所定形状まで圧延加工(例えば、スピニング加工)することによって、車両ホイールが完成する。なお、この圧延においては、プリフォームの温度をプリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態の加工(温間加工)、又は、プリフォームの温度をプリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態の加工(熱間加工)を行う。また、温間加工及び熱間加工いずれの圧延加工においても、プリフォーム温度と近似した温度に加温・保持された圧延加工用治工具(例えばマンドレルロール、ローラー等)を用いることによって、プリフォームの放冷却による変形抵抗の逐次増加から開放され、成形性の自由度が向上する。
(Rolling process)
Finally, although not shown, the outer peripheral surface of the
本実施形態によれば、溶湯6を過冷却凝固させることによって、過飽和α相と緻密・微細化組織の材料からなるプリフォーム7を成形できる。したがって、このプリフォーム7は、結晶粒子が微細化された材料から成形されているものなので、塑性加工において高い一様伸びを示し、大きな展延性が得られる。すなわち、本実施形態によれば、圧延工程における車両ホイールのプリフォーム7の成形能を、従来に比べ飛躍的に向上させることができる製造方法を提供できる。
According to the present embodiment, the preform 7 made of the material of the supersaturated α phase and the dense / fine structure can be formed by supercooling and solidifying the
また、溶解炉を出た溶湯6は、空気に触れないで高圧鋳造用金型1内に供給されるので、酸化物や窒化物そしてクラックを伴った破断凝固粒等の巻き込みによる溶湯汚染が生じない。その結果として、溶湯6を、性状品質について酸化物や破断凝固粒等の溶湯汚染のない材料とし、プリフォーム7の圧延においては、プリフォーム7の温度をプリフォーム7の再結晶温度以下の所定温度に保持した状態の加工(温間加工)、又は、プリフォーム7の温度をプリフォーム7の再結晶温度以上の所定温度に保持した状態の加工(熱間加工)を行っているので、圧延工程における車両ホイールのプリフォーム7の成形能を、より向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。
Further, since the
加えて、高圧鋳造用金型1が、熱伝達係数の高いCu−Ni−Si3元系硬質銅合金からなるとともに、高圧鋳造用金型1の総体積がプリフォーム7の容積の少なくとも3倍以上となるように形成され、高圧鋳造用金型1の内部空間に沿って形成された冷却孔5を金型本体内部に有しているので、高圧鋳造用金型1の内部空間に給湯された溶湯6を確実に過冷却によって、緻密・微細化できる。その結果として、溶湯6を構成する材料に対して超塑性変形を確実に発現させることができる。
In addition, the high
また、溶湯6の過冷却凝固の際、冷却孔5に流される媒体をレイノルズ係数5000以上の乱流に制御して流せば、冷却効果によってより容易に、高圧鋳造用金型1の内部空間に給湯された溶湯6を過冷却できる。
Further, when the
また、プリフォーム成形工程において、溶湯6を高圧鋳造用金型1の内部空間に給湯する前に、予め、高圧鋳造用金型1の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておけば、溶湯6を酸化させることを防止できるので、高圧鋳造用金型1の内部空間に給湯した溶湯6を確実に純度の高いまま保持でき内部品質と鋳肌面への向上が図れる。
Further, in the preform molding step, before the
<第1実施形態の変形例>
次に、本発明の第1実施形態の変形例に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第1実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。
<Modification of First Embodiment>
Next, the manufacturing method of the vehicle wheel which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention is demonstrated. Note that description of the same parts as in the first embodiment may be omitted.
本変形例の車両ホイールの製造方法は、第1実施形態におけるプリフォーム成形工程と圧延工程との間に、予歪み加工を行う予歪み工程を有している点で、第1実施形態と異なっているのみで、他の工程は第1実施形態と同様である。 The vehicle wheel manufacturing method of the present modification is different from the first embodiment in that it includes a pre-straining step for performing pre-straining between the preform forming step and the rolling step in the first embodiment. The other steps are the same as those in the first embodiment.
予歪み(冷間〜熱間)加工は、第1実施形態のプリフォーム成形工程と同工程で得られたプリフォームの組織に、3%〜25%の冷間据込み加工の予歪みを与え、圧延工程前の熱処理工程において、プリフォームの鋳造組織を分解微細化するものである。なお、3%未満の予歪みでは、分解微細化の効果をほとんど得ることができないので好ましくない。また、25%を超える予歪みは、クラックを生じさせるおそれがあるので好ましくない。 Pre-strain (cold to hot) processing gives 3% to 25% cold upsetting pre-strain to the preform structure obtained in the same process as the preform molding process of the first embodiment. In the heat treatment process before the rolling process, the cast structure of the preform is decomposed and refined. A pre-strain of less than 3% is not preferable because the effect of decomposition and refinement can hardly be obtained. Further, pre-strain exceeding 25% is not preferable because it may cause cracks.
本変形例によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができると共に、圧延工程において、プリフォームの組織を分解微細化できるので、車両ホイールのプリフォームの成形能をより向上させた車両ホイールの製造方法を提供できる。 According to this modification, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the preform structure can be decomposed and refined in the rolling process, so that the preformability of the vehicle wheel preform is further improved. A method for manufacturing a vehicle wheel can be provided.
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係る車両ホイールの製造方法における製造工程の一部を示した模式図である。なお、第1実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。
<Second Embodiment>
Next, a method for manufacturing a vehicle wheel according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic view showing a part of the manufacturing process in the method for manufacturing a vehicle wheel according to the second embodiment of the present invention. Note that description of the same parts as in the first embodiment may be omitted.
本実施形態の車両ホイールの製造方法は、第1実施形態におけるプリフォーム成形工程と圧延工程との間に、超塑性加工可能な温度に加温・保持されたプリフォーム8と温度が等しくなるように加温・保持された金型9を用いて、プリフォーム8を鍛造する鍛造工程を有している点で、第1実施形態と異なっているのみで、他の工程は第1実施形態と同様である。
The vehicle wheel manufacturing method according to the present embodiment is equal in temperature to the
次に、鍛造工程を具体的に説明する。図2に示すように、第1実施形態におけるプリフォーム成形工程と同工程で得られたプリフォーム8を、超塑性加工可能な温度に加温・保持した後、このプリフォーム8と温度が等しくなるように加温・保持された上金型9aと下金型9bとの間に挟んで金型9を型締めし、鍛造する。ここで、図2における10a、10bは断熱板、11はヒーター、12a及び12bは断熱板水冷孔、13はフラッシュ用のガッタ、14は冷却板である。断熱板10a、10bとしては、高温クリープ強度の高いセラミックス板などが挙げられる。ヒーター11としては、カートリッジヒーターなどが挙げられるが、金型9を高温(例えば、600℃程度)まで加温できるものであれば、どのようなヒーターでもよい。しかし、ヒーターを組み込んだ金型は通常熱処理型の熱間工具鋼を用いることが多いので、加熱に際して、工具鋼の焼戻し温度以上(例えば600℃)に長時間暴露された場合、ヒーターの金型接触面に軟化や脱炭を生じて、型寿命が劣化する。このため、ヒーターと金型孔の中間にPSZ(部分安定化ジルコニア)セラミックスの薄型短尺リングを多数個装着し可撓性を持たせ、金型への温度勾配を緩慢に制御して対処する。しかし、室温から概略800℃まで高温強度・硬さの変わらない耐熱超合金材料はこの限りでない。
Next, the forging process will be specifically described. As shown in FIG. 2, after the
なお、例えば、プリフォーム8が中強度アルミニウム合金からなるものである場合には、結晶粒径と歪み速度に大きく依存するが、支配的な成形温度には概略400〜500℃が超塑性加工可能な工業的温度領域である。したがって、プリフォーム8及び金型9の温度を適宜設定することで、様々な材料を超塑性鍛造することが可能である。
For example, in the case where the
なお、プリフォーム8及び金型9が等しく超塑性加工温度に加温・保持された超塑性鍛造条件下の状態であっても、プリフォーム8の結晶粒径が比較的大きく、概略100〜150μmを超える様な場合、超塑性変形を発現しないことがある。しかし、超塑性変形が生じなくてもプリフォーム8の高温変形抵抗は、実質的に高温領域に加温・保持されていることによって小さく、大きな変形能が得られる。これは、超塑性変形時に比べ結晶粒の微細化効果は緩慢である。
Even when the
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、プリフォーム8を超塑性加工可能な温度に加温・保持しているので、粒界・粒内の転位が動きやすくなる。したがって、鍛造の際には、過冷却材の微細な結晶粒によって大規模な粒界すべりを伴った塑性流動を生じさせることができるので、鍛造加圧力が小さくなり、同時にプリフォーム8の鍛造部分(円筒部8a)を非常に大きく伸ばすことができる。つまり、成形によるプリフォーム8の材料組織の微細化と、プリフォーム8を構成する材料の品質特性の改善と、プリフォーム8の複雑な形状の精密鍛造とが可能となる。したがって、従来品と同等以上の品質特性を備えたネットシェイプ車両ホイールを確実に得ることができる車両ホイールの製造方法を提供できる。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第1実施形態と同様の部分については、十の位を2で表し、一の位を同じ数字で表した符号として、説明を省略することがある。
<Third Embodiment>
Next, a method for manufacturing a vehicle wheel according to the third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, description may be abbreviate | omitted as a code | symbol which represented the tenth place by 2 and represented the first place by the same number.
まず、高圧鋳造用金型21を型開けした状態で用意する(図3(a)参照)。続いて、上金型21a及び下金型21bを型締めするとともに、スペーサプレート(保持手段)27a、27bを上金型21aと下金型21bとの間に挟んでおく。このとき、高圧鋳造用金型21の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉(図示せず)から給湯管22を介して、溶湯26を空気に触れさせることなく加圧シリンダー23内に層流供給する。そして、加圧プランジャー24を加圧シリンダー23内側に沿って上昇させて、給湯管22と加圧シリンダー23との連通部を加圧プランジャー24によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管22の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる(図3(b)参照)。このとき、予め、高圧鋳造用金型21の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。
First, the high-
次いで、加圧プランジャー24を高圧鋳造用金型21方向に移動させ、高圧鋳造用金型21の内部空間を溶湯26で満たした後、溶湯26を加圧(約80MPa〜約200MPa)し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔25内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯26の過冷却凝固を行う(図3(c)参照)。
Next, the
高圧鋳造用金型21内の溶湯26の凝固が完了し、プリフォーム28が成形された後、加圧プランジャー24を高圧鋳造用金型21から遠ざけて、プリフォーム28と高圧鋳造用金型21と加圧プランジャー24とで囲まれる所定の空間を形成するとともに、スペーサプレート27a、27bを上金型21aと下金型21bとの間から取り外す(図3(d)参照)。
After the solidification of the
そして、上記所定の空間にプリフォーム28を押し込むように、上金型21aと下金型21bとを型締めしてプリフォーム28を鍛造成形する(図3(e)参照)。このとき、加圧プランジャー24は、高圧鋳造用金型21から遠ざかる方向に移動しないように、図示しない部材で支持されている。その後、高圧鋳造用金型21を型開けし、プリフォーム28を取出す。
Then, the upper mold 21a and the lower mold 21b are clamped so as to push the
圧延工程においては、第1実施形態と同様の工程を行う。これにより、本実施形態の製造方法を用いた車両ホイールが完成する(図示せず)。 In the rolling process, the same process as in the first embodiment is performed. Thereby, the vehicle wheel using the manufacturing method of this embodiment is completed (not shown).
本実施形態によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できるとともに、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a method for forging a predetermined material for a vehicle wheel immediately after high-pressure casting, and it is possible to achieve the same effect as that of the first embodiment.
ここで、本実施形態においては、金型を冷却しながら、各工程を実施したが、金型を冷却せずに各工程を行ってもよい。ただし、このときは、第1実施形態と同様の効果を奏することはできない。 Here, in this embodiment, although each process was implemented cooling the metal mold | die, you may perform each process, without cooling a metal mold | die. However, at this time, the same effect as the first embodiment cannot be obtained.
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。なお、第1実施形態の符号2〜6の部分と同様の部分については、順に32〜36の符号をつけて、説明を省略することがある。
<Fourth embodiment>
Next, a vehicle wheel manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part similar to the part of 2-6 of 1st Embodiment, the code | symbol of 32-36 may be attached in order and description may be abbreviate | omitted.
図4(a)〜(e)に示すように、金型31は、上金型31aと、下金型31bと、パンチ37とを有している。パンチ37は、上金型31aの略中央部に形成された貫通孔に、軸方向へ移動自在に嵌合されている。また、図示しないが、パンチ37の金型31内部側と反対側の一端には、軸方向に所定の圧力をかけることができるプレス装置が設置されている。
As shown in FIGS. 4A to 4E, the
次に、具体的に、本発明の第4実施形態に係る車両ホイールの製造方法について説明する。まず、高圧鋳造用金型31を型開けした状態で用意する(図4(a)参照)。続いて、パンチ37を上金型31aの所定箇所に一時的に固定支持した状態で、上金型31a及び下金型31bを型締めするとともに、スペーサプレート(保持手段)38a、38bを上金型31aと下金型31bとの間に挟んでおく。このとき、高圧鋳造用金型31の内部空間は所定温度以下に保持されている。そして、空気圧を用いて溶解炉(図示せず)から給湯管32を介して、溶湯36を空気に触れさせることなく加圧シリンダー33内に層流供給する。そして、加圧プランジャー34を加圧シリンダー33内側に沿って上昇させて、給湯管32と加圧シリンダー33との連通部を加圧プランジャー34によって塞いだ状態で、溶解炉の空気圧を下降させて給湯管32の溶湯レベルを待機レベルまで下降させる(図4(b)参照)。このとき、予め、高圧鋳造用金型31の内部空間を減圧した後に不活性ガスで満たしておいてもよい。
Next, a method for manufacturing a vehicle wheel according to the fourth embodiment of the present invention will be specifically described. First, the
次いで、加圧プランジャー34を高圧鋳造用金型31方向に移動させ、高圧鋳造用金型31の内部空間を溶湯36で満たした後、溶湯36を加圧(約80MPa〜約200MPa)し、この加圧状態を保持したまま、事前に十分な水などの冷却媒体を冷却孔35内に流し続け、金型を所定温度以下に下降させることによって、金型全体が冷塊として作用し、且つ加圧によって水冷金型面と凝固シェルが密着したまま冷却が促進され、溶湯36の過冷却凝固を行う(図4(c)参照)。
Next, the
高圧鋳造用金型31内の溶湯36の凝固が完了し、プリフォーム38が成形された後、加圧プランジャー34を固定支持した状態とするとともに、パンチ37の固定を開放する。そして、スペーサプレート37a、37bを上金型31aと下金型31bとの間から取り外す(図4(d)参照)。
After solidification of the
続いて、上金型31aと下金型31bとを型締めする。このとき、プリフォーム38を上金型31aと移動したパンチ37とで形成される空間に徐々に押し込めるように、上述した図示しないプレス装置を用いて、パンチ37に対して図4(e)紙面下側方向に所定の力を負荷しつつ、徐々にパンチ37が図4(e)紙面上側方向に移動するように制御する。そして、この制御を、上金型31aとパンチ37とが所定の位置関係になるまで行い、その後、パンチ37を動かないように固定支持しつつ、プリフォーム38を鍛造成形する(図4(e)参照)。その後、高圧鋳造用金型31を型開けし、プリフォーム38を取出す。
Subsequently, the upper mold 31a and the lower mold 31b are clamped. At this time, using the above-described press device (not shown), the
圧延工程においては、第1実施形態と同様の工程を行う。これにより、本実施形態の製造方法を用いた車両ホイールが完成する(図示せず)。 In the rolling process, the same process as in the first embodiment is performed. Thereby, the vehicle wheel using the manufacturing method of this embodiment is completed (not shown).
本実施形態によれば、所定の車両ホイール用の材料を高圧鋳造直後に鍛造できる方法を提供できるとともに、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a method for forging a predetermined material for a vehicle wheel immediately after high-pressure casting, and it is possible to achieve the same effect as that of the first embodiment.
ここで、本実施形態においては、金型を冷却しながら、各工程を実施したが、金型を冷却せずに各工程を行ってもよい。ただし、このときは、第1実施形態と同様の効果を奏することはできない。 Here, in this embodiment, although each process was implemented cooling the metal mold | die, you may perform each process, without cooling a metal mold | die. However, at this time, the same effect as the first embodiment cannot be obtained.
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や変形例に限定されるものではない。例えば、第2実施形態において、鍛造工程の前又は後に、第1実施形態の変形例における予歪み工程を行ってもよい。 The present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above-described embodiments and modifications. For example, in the second embodiment, the predistortion process in the modification of the first embodiment may be performed before or after the forging process.
また、第2実施形態における鍛造工程の代わりに、(a)再結晶温度以上の熱間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程、(b)前記プリフォーム成形工程と前記圧延工程との間に、再結晶温度以下の温間温度領域に加温・保持された前記プリフォームと温度が等しくなるように加温・保持された金型を用いて、前記プリフォームを鍛造する鍛造工程、のいずれか1つの工程を用いる車両ホイールの製造方法でもよい。これらの製造方法においても、従来と近似又は同等以上のプリフォームの成形能を容易に得ることができる。 Also, instead of the forging step in the second embodiment, (a) a mold heated and held so that the temperature is equal to the preform heated and held in a hot temperature region above the recrystallization temperature. And (b) the preform heated and held in a warm temperature region below the recrystallization temperature between the preform forming step and the rolling step. A vehicle wheel manufacturing method that uses any one of the forging processes in which the preform is forged using a mold heated and held so that the temperatures are equal may be used. Also in these manufacturing methods, preform forming ability that is similar to or equal to or higher than that of the conventional one can be easily obtained.
1、21、31 高圧鋳造用金型
1a、9a、21a、31a 上金型
1b、9b、21b、31b 下金型
2、22、32 給湯管
3、23、33 加圧シリンダー
4、24、34 加圧プランジャー
5、25、35 冷却孔
6、26、36 溶湯
7、8、28、39 プリフォーム
7a、8a 円筒部
9 金型
10a、10b 断熱板
11 ヒーター
12a、12b 断熱板水冷孔
13 ガッタ
14 冷却板
27a、27b、38a、38b スペーサプレート
37 パンチ
1, 21, 31 High
Claims (16)
前記高圧鋳造用金型が、前記内部空間を型締め後の内部空間よりも広く保持することができるとともに脱着自在な保持手段を有しており、
前記高圧鋳造用金型でプリフォームを鋳造成形する前に前記保持手段を装着しておいて、プリフォームを鋳造成形後に前記保持手段を取り外してから、前記高圧鋳造用金型を型締めする工程を有していることを特徴とする車両ホイールの製造方法。 High pressure casting mold for forming a preform having a plurality of mold members forming an internal space, having a cylindrical portion and a disk portion, and having an axial cross-sectional shape that is substantially concave or substantially H-shaped A vehicle wheel manufacturing method having a preform molding process using
The high-pressure casting mold has a holding means that can hold the inner space wider than the inner space after clamping and is detachable;
A step of attaching the holding means before casting the preform with the high-pressure casting mold, removing the holding means after casting the preform, and then clamping the high-pressure casting mold. A method for manufacturing a vehicle wheel, comprising:
前記プリフォームにおける円筒部の外周面を所定形状まで圧延する圧延工程とを有していることを特徴とする車両ホイールの製造方法。 After supplying the molten metal to the internal space of a high pressure casting mold for forming a preform having a cylindrical part and a disk part and having an axial cross-sectional shape that is substantially concave or substantially H-shaped, A preform molding process for molding a preform composed of a material of a supersaturated α phase and a dense and refined structure by supercooling and solidifying while forced cooling;
A rolling method for rolling the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the preform to a predetermined shape.
前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以下の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の車両ホイールの製造方法。 In the preform molding process, the molten metal is hot-charged so as not to contaminate the molten metal, and before the molten metal is supplied to the internal space of the high-pressure casting mold, The internal space is cooled and held below a predetermined temperature,
6. The method for manufacturing a vehicle wheel according to claim 4 or 5, wherein, in the rolling step, rolling is performed in a state where the temperature of the preform is maintained at a predetermined temperature equal to or lower than a recrystallization temperature of the preform. .
前記圧延工程においては、前記プリフォームの温度を前記プリフォームの再結晶温度以上の所定温度に保持した状態で、圧延を行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の車両ホイールの製造方法。 In the preform molding process, the molten metal is hot-charged so as not to contaminate the molten metal, and before the molten metal is supplied to the internal space of the high-pressure casting mold, The internal space is cooled and held below a predetermined temperature,
The method for manufacturing a vehicle wheel according to claim 4 or 5, wherein, in the rolling step, rolling is performed in a state where a temperature of the preform is maintained at a predetermined temperature equal to or higher than a recrystallization temperature of the preform. .
前記内部空間に沿って形成された冷却孔を金型本体内部に1本以上有していることを特徴とする請求項4〜9のいずれか1項に記載の車両ホイールの製造方法。 The high-pressure casting mold is formed using a Cu-Ni-Si ternary hard copper alloy so as to have a total volume of at least three times the volume of the preform,
The vehicle wheel manufacturing method according to any one of claims 4 to 9, wherein at least one cooling hole formed along the internal space is provided inside the mold body.
In the preform molding step, before supplying the molten metal to the internal space of the high-pressure casting mold, the internal space of the high-pressure casting mold is preliminarily decompressed and filled with an inert gas, or The internal space of the high pressure casting mold is depressurized, or the internal space of the high pressure casting mold is filled with an inert gas, according to any one of claims 1 to 15. A method for manufacturing a vehicle wheel.
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