JP2009113786A - Wheel disk for passenger car having excellent fatigue strength, forming die, working method and fitting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は乗用車用ホイールディスク、その成形用金型、加工方法、および取り付け方法に関するものである。 The present invention relates to a wheel disc for a passenger car, a molding die thereof, a processing method, and a mounting method.
一般に、自動車用ホイールディスクは、ディスクの部分に穴が開けられており、その穴に、自動車の車両ハブに取り付けられているボルトを通し、外からナットを締めることで取り付けられる。この時、ホイールディスクには車両ハブと接触する部分が生じ、走行時にホイールに力が作用すると、車両ハブとの接触部分はフレッティング疲労と呼ばれる低応力下で疲労破壊する現象が起きやすい。乗用車用ホイールディスクの場合、フレッティング疲労亀裂が発生する位置12は、図1および図2に示すように、ボルト穴10よりも外周側(リム側)でボルト穴10の両側に存在する車両ハブ4との接触面3である。また、接触面3は、ホイールのタイプにも依るが、図1に示すように、通常8〜12箇所、円周状に存在している。この部分のフレッティング疲労強度を向上させることが、ホイールディスクの軽量化に必要になっており、フレッティング疲労寿命の向上方法が切望されている。
In general, a wheel disc for an automobile has a hole in the disk portion, and a bolt attached to a vehicle hub of the automobile is passed through the hole, and is attached by tightening a nut from the outside. At this time, a portion that contacts the vehicle hub is generated on the wheel disc, and when a force is applied to the wheel during traveling, the contact portion with the vehicle hub tends to cause a fatigue failure under low stress called fretting fatigue. In the case of a wheel disc for a passenger car, the
このホイールディスクのフレッティング疲労問題に対しては、いくつかの対策が検討されており、例えばホイールディスクと車両ハブとの接触面に50〜500μmの大きさの凹凸を形成する方法が特許文献1に、ホイールディスクにおける車両ハブ外周端縁と接触する部分に、ハブの外周端縁をまたぐ環状の溝を形成し、溝部を中心とした付近を焼き入れて硬化層を形成させた自動車用ホイールが特許文献2に、さらにディスク外側の環状平坦面におけるボルト穴の周辺に、放射外方にのみ開放する凹部を形成するホイールが特許文献3に、それぞれ開示されている。
Several countermeasures have been studied for the fretting fatigue problem of the wheel disc. For example,
また、特許文献4には、ホイールディスクのフレッティングによる摩耗を判別するため、取り付け面の車両ハブとの接触部に深さ0.5mm以下の凹部を少なくとも1箇所設けたバス・トラック用ホイールが開示されている。
Further,
前記開示技術のうち、特許文献1では、ディスクと車両ハブとの接触面に形成した凹みの深さについての記述が無く、また大きさが小さ過ぎるために乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。さらに、接触面が凹部または線状の溝ではなく、微細な凹凸から形成されているため、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
Among the disclosed technologies,
また、特許文献2では、ホイールディスクにおける車両ハブとの接触面の中央に略楕円形の凹部が形成されていないので、同様に乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
Further, in
さらに、特許文献3では、車両ハブとの接触面の中央に凹部または線状の溝は形成されていないので、同様に乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
Further, in
特許文献4では、車両ハブとの各接触面の中央に略楕円形の凹部または線状の溝は形成されていないので、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。さらに凹部は磨耗の識別を目的として、ホイールディスクが使用中に磨耗して減厚するまでは凹部は車両ハブ面と接触しないため、乗用車用ホイールディスクのフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないという問題がある。
In
本発明は、フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスク、成形用金型、加工方法およびその加工方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a passenger car wheel disk, a molding die, a processing method, and a processing method thereof that are excellent in fretting fatigue strength.
上記課題を解決するために、本発明は、車両ハブとの接触面が円周状に複数個所存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ590MPa以上の鋼板から成り、各接触面の中央部に、深さ50μm未満、平面形状の短径が2〜10mm、長径が3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凹部を少なくとも1箇所有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a wheel disc for a passenger car having a plurality of circumferential contact surfaces with a vehicle hub, comprising a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more, and a center of each contact surface. It has excellent fatigue strength characterized by having at least one recess having a depth of less than 50 μm, a short axis of 2-10 mm in a planar shape, a long axis of 3-20 mm, and a ratio of long axis / short axis of 1-8. Provide wheel discs for passenger cars.
また、本発明によれば、請求項1に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ100μm以下、平面形状の短径が2〜10mm、長径が3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型が提供される。
According to the present invention, there is also provided a press-molding die for a passenger car wheel disk according to
さらに、本発明によれば、車両ハブとの接触面が円周状に複数個存在する乗用車用ホイールディスクであって、引張強さ590MPa以上の鋼板から成り、前記各接触面に深さ50〜500μm、幅1mm以下の溝を少なくとも1本有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクが提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a wheel disc for a passenger car having a plurality of circumferential contact surfaces with a vehicle hub, comprising a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more, and each contact surface having a depth of 50 to There is provided a wheel disc for a passenger car having excellent fatigue strength, characterized by having at least one groove having a width of 500 μm and a width of 1 mm or less.
さらにまた、本発明によれば、請求項3に記載の乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型であって、車両ハブとの接触面を形成する面に、高さ100〜500μm、幅1mm以下の線状凸部を少なくとも一つ有することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクのプレス成形用金型が提供される。
Furthermore, according to the present invention, there is provided a press-molding die for a passenger car wheel disk according to
さらにまた、本発明によれば、請求項2または4に記載のプレス成形用金型を用いて、引張強さ590MPa以上の鋼板をプレス成形することを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの加工方法が提供される。
Furthermore, according to the present invention, a wheel for a passenger car having excellent fatigue strength, characterized in that a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more is press-formed using the press-molding die according to
さらにまた、本発明によれば、請求項1に記載の乗用車用ホイールディスクの車両ハブへの取り付け方法であって、前記凹部が押し広げられて前記凹部の内面全体が前記車両ハブと接触するようにボルト締めすることを特徴とする疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの取り付け方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for mounting a passenger wheel disc according to claim 1 to a vehicle hub, wherein the recess is pushed and the entire inner surface of the recess comes into contact with the vehicle hub. There is provided a method for mounting a wheel disc for a passenger car having excellent fatigue strength, characterized by being bolted to a vehicle.
本発明によれば、車両ハブへの取り付け時に、フレッティング疲労亀裂の発生起点である車両ハブとの接触面の面圧を低下させることができるので、フレッティング疲労強度の向上が著しく、高い疲労強度を得ることが可能であり、その工業的意味は大きい。 According to the present invention, the surface pressure of the contact surface with the vehicle hub, which is the starting point of fretting fatigue cracks, can be reduced at the time of attachment to the vehicle hub. It is possible to obtain strength, and its industrial significance is great.
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明にかかるホイールディスク全体の外観図であり、(A)は側面から見た図、(B)は正面から見た図である。また、図2は、ホイールディスク1の車両ハブ4への取り付け部とその一部を拡大した図である。図2に示すように、車両ハブ4に取り付けられているボルト7を、ホイールディスク1のボルト穴10に通し、外側からハブナット6を締めることにより、ホイールディスク1が取り付けられ、このとき、ホイールディスク1と車両ハブ4とが、接触面3で接触する。この接触面3は、図1に示すように、ボルト穴10の両側に、円周状に複数箇所存在する。
1A and 1B are external views of the entire wheel disk according to the present invention. FIG. 1A is a side view, and FIG. 1B is a front view. FIG. 2 is an enlarged view of a part where the
本発明者は、乗用車用ホイールディスクが、使用時に受ける繰り返し荷重によって、車両ハブとの接触面にフレッティング疲労亀裂が生じやすい問題に対応するため、まず、締め付け時の車両ハブとの接触面の状況を詳細に検討した。その結果、乗用車用ホイールディスクの車両ハブとの接触面は平坦になることを目標にプレス成形されているが、図13に示すように、実際には鋼板のスプリングバックにより、わずかに凸状になっていること、接触面3の中央部は凸状の頂点付近にあり、車両ハブ4にナットで締め付けると、接触面3の中央部で接触面圧5が最も大きくこと、さらに図2に示すように、接触面3の中央がフレッティング疲労亀裂の発生位置12であることを見出した。また、締め付け力が強くなったり接触面積が小さくなったりすると接触面圧が大きくなり、フレッティング疲労亀裂が発生しやすいことも見出した。またさらに、フレッティング疲労亀裂は、一般に590MPa級以上の鋼板を用いたホイールディスクに頻発しやすいことも知見した。
In order to cope with the problem that fretting fatigue cracks are likely to occur on the contact surface with the vehicle hub due to the repeated load that the passenger car wheel disc receives during use, the present inventor first of the contact surface with the vehicle hub at the time of tightening The situation was examined in detail. As a result, the contact surface of the vehicle wheel disc with the vehicle hub is press-formed with the goal of flattening, but as shown in FIG. 13, it is actually slightly convex due to the springback of the steel plate. The center of the
このホイールディスクのフレッティング疲労強度の向上手段を検討した結果、フレッティング疲労亀裂の発生位置である車両ハブ4との接触面3の中央部分の面圧を小さくすること、そのためには、接触面3の中央に平面形状が略楕円形の凹部2を形成することを発明するに至った。図3および図4は、それぞれホイールディスク1の側面および正面から見た凹部2の形状を示す。車両ハブ4との接触面3の中央に、平面形状が略楕円形の凹部2を形成すると、図3に示すように、ホイールディスク1がハブナット6(図2)により締め付けられる時に、凹部2が押し広げられながら車両ハブ4に接触するため、凹部2が形成されていない接触面に比べて接触面圧5を小さくできることを見出した。接触面圧を小さくすることでフレッティング疲労亀裂の発生を抑制することが出来、フレッティング疲労強度を大きく向上させることが出来る。
As a result of examining the means for improving the fretting fatigue strength of the wheel disc, the surface pressure of the central portion of the
また、凹部2が押し広げられながら車両ハブ4に接触するため、車両ハブ4との密着度が増し、曲げモーメントが負荷されてもずれにくく、この点からもフレッティング疲労亀裂の発生を抑制する効果のあることが明らかになった。凹部2は、接触面3の中央で、深さDは50μm未満、楕円形の短径d1は2〜10mm、長径d2は3〜20mmで長径d2/短径d1を1〜8とすると、接触面圧を十分小さくすることが出来ることを見出した。凹部2の深さDを50μm以上にすると、取り付け時に凹部2内面の車両ハブ4と接触しない部分が大きくなり、実質的に接触している面積が減少するため、接触面3の面圧が増加してフレッティング疲労強度の低下を招く。凹部2の深さDの下限は特に規定しないが、あまり浅いと凹部2の効果がなくなるため、20μm以上が好ましいことも判明した。また、凹部2の平面形状の短径d1および長径d2がそれぞれ2mmおよび3mmより小さくなると、接触面3の中央における面圧はかなり大きくなり、フレッティング疲労強度は凹部2が無い場合とほとんど変わらず、強度の向上が図れない。
Further, since the
またさらに、凹部2の短径d1および長径d2がそれぞれ10mmおよび20mmより大きくなると、ハブナット6の締め付け時に、凹部2内面の車両ハブ4と接触しない部分が大きくなり、接触面積が減少するため接触面3の面圧が増加してフレッティング疲労強度を低下させる。長径/短径の比を1以上とすると接触面圧を小さくすることが出来るが、8を超えると極端に細長い凹部2となり、凹部2の先端部の応力集中が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるので、長径/短径の比は1〜8の範囲に規定する。
Furthermore, when the short diameter d1 and the long diameter d2 of the
凹部2の平面形状は、三角形や四角形などの多角形の場合、角部に近い接触面の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるため、滑らかな形状である必要がある。また、凹部2の平面形状が外側に向かって凹の部分が存在すると、くぼんだ部分の接触面圧が大きくなるため、外側に凸である楕円形が効果的である。
In the case of a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle, the planar shape of the
またさらに、従来のホイールディスクでは、車両ハブとの接触面の中央の面圧が高く、図2に示すように、中央からフレッティング疲労亀裂が発生するため、凹部2は接触面3の中央を含むように形成される必要がある。この凹部2は、ホイールディスク1にある複数のそれぞれの接触面3について中央部に少なくとも一つあれば、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ることを見出した。なお、本発明でいう接触面3の中央とは、図5に示すように、接触面3のホイールディスク1の半径方向における最大幅寸法Wを有する部分の中心Cとする。
Furthermore, in the conventional wheel disc, the surface pressure at the center of the contact surface with the vehicle hub is high, and a fretting fatigue crack is generated from the center as shown in FIG. It needs to be formed to include. It has been found that the fretting fatigue strength can be improved if there is at least one
このように、引張強さ590MPa以上の鋼板から成り、接触面3の中央に深さ50μm未満、平面形状が短径2〜10mm、長径3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凹部を少なくとも1箇所有する乗用車用ホイールディスクが、疲労強度に優れていることが判明した。
Thus, it consists of a steel plate with a tensile strength of 590 MPa or more, and has a depth of less than 50 μm in the center of the
次に、本発明の凹部を有するホイールディスクを成形するためのプレス成形用金型について説明する。 Next, a press molding die for molding a wheel disk having a recess according to the present invention will be described.
本発明者は、疲労強度を向上させる凹部を有する乗用車用ホイールディスクのプレス成形金型について検討を行った。フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクは、上述のように車両ハブ4との接触面3の中央に、深さ50μm未満、平面形状が短径2〜10mm、長径3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凹部を少なくとも1箇所有することが効果的であるが、この凹部2を形成するためのプレス成形用金型を検討したところ、車両ハブ4との接触面3を形成する面に、高さ100μm以下、平面形状が短径2〜10mm、長径3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凸部を少なくとも一つ有する金型が効果的であることを見出した。
The present inventor has studied a press molding die for a wheel disc for a passenger car having a recess for improving fatigue strength. As described above, a wheel disc for a passenger car having excellent fretting fatigue strength has a depth of less than 50 μm, a planar shape having a minor axis of 2 to 10 mm, a major axis of 3 to 20 mm and a major axis / long diameter at the center of the
車両ハブ4との接触面3を形成する金型の面に有する略楕円形の凸部は、高さが100μmを超えると、車両ハブ4との接触面3に形成される凹部2の深さが50μm以上となるため、100μm以下が効果的であることが判明した。凸部の高さの下限は特に規定しないが、あまり低過ぎると凹部2を形成することが出来ないため、50μm以上が好ましいことも判明した。また凸部の平面形状の短径および長径はそれぞれ2mmおよび3mmより小さいと、車両ハブ4との接触面3に形成される凹部2が2mmおよび3mmより小さくなり、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ない。また同様に凸部の短径および長径がそれぞれ10mmおよび20mmより大きいと、車両ハブ4との接触面3に形成される凹部2の平面形状が10mmおよび20mmより大きくなるため、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ないことが判明した。なお、長径/短径の比を1以上とすると接触面圧を小さくすることが出来るが、8を超えると車両ハブ4との接触面3に形成される凹部2が極端に細長くなり、凹部2の細長い先端の部分での応力集中が大きくなってフレッティング疲労強度を低下させるので、凸部の長径/短径の比は1〜8の範囲に規定する。
When the height of the substantially elliptical convex portion on the mold surface forming the
また凸部の平面形状は、三角形や四角形などの多角形であると、車両ハブ4との接触面3に形成される凹部2の平面形状も多角形となり、角部に近い接触部の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を低下させるため、滑らかな形状である必要がある。凸部の形状が外側に向かって凹の部分があると、くぼんだ部分の接触面3の面圧が高くなることから、全て凸である楕円形が効果的である。また、凸部が車両ハブ4との接触面3の中央に無い場合には、車両ハブ4との接触面3の中央の面圧が高く、中央からフレッティング疲労亀裂が発生する。
Further, when the planar shape of the convex portion is a polygon such as a triangle or a quadrangle, the planar shape of the
このようなことから、車両ハブ4との接触面3を形成する面に、高さ100μm以下、平面形状が短径2〜10mm、長径3〜20mmで長径/短径の比が1〜8の凸部を少なくとも一つ有するプレス成形用金型が、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの成形に効果的であることが判明した。
Therefore, the surface forming the
さらに、本発明者は車両ハブとの接触面積の中央部分の面圧を小さくする別の手段を検討した結果、接触面3に溝17を形成することを発明するに至った。すなわち、車両ハブ4との接触面3に溝17を形成すると、図7に示すように、ホイールディスク1がハブナット6により締め付けられる時に、線状の溝17は車両ハブ4に接触しないため、接触面3が溝17で分断され、その結果、接触面圧5を小さくできるとともに、ホイールディスク1と車両ハブ4の両方に発生するせん断応力20も小さくすることができ、フレッティング疲労強度を大きく向上させることが出来ることを見出した。
Furthermore, as a result of studying another means for reducing the surface pressure at the central portion of the contact area with the vehicle hub, the present inventor has invented the formation of the
溝17は、深さaを50〜500μm、幅bを1mm以下とすると、接触面圧を小さくしてフレッティング疲労強度を大きくすることが出来ることを見出した。溝17の深さaを500μm超とすると、ホイールディスク1の溝の部分の肉厚が小さくなり、溝17の底が切り欠きとなって疲労亀裂が発生しやすくなる。また溝17の深さaを50μmより小さくすると、締め付け時に溝の底が接触する場合が生じ、せん断応力の低減効果が無くなるため、50μm以上とする必要がある。さらに溝17の幅bが1mm超になると、溝17による開口面積が大きくなって非接触部の面積が増え、接触面3の面圧が大きくなり、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ない。幅bの下限は特に規定しないが、狭過ぎると溝としての効果が無くなるため、50μm以上が好ましい。
It has been found that the
溝17の平面形状は、なめらかな線状であれば、直線に限定するものではなく、図8に示すように曲線であっても差し支え無い。また、溝17は、一つの接触面3に1本であっても、図9に示すように複数本配置されていても、フレッティング疲労を向上させることが出来る。またさらに、溝17の位置も特に規定しないが、図10に示すように接触面3の中央C付近に配置されることが好ましい。接触面3の中央Cは、前述のように、ホイールディスク1の半径方向における接触面3の最大幅寸法Wを有する部分の中心Cとする。また、溝17の配置方向についても特に規定しないが、図11に示すように、溝17の長手方向がホイールディスク1の半径方向に配置されることが好ましい。
The planar shape of the
このように、引張強さ590MPa以上の鋼板から成り、接触面に深さ50〜100μm、幅1mm以下の溝を少なくとも1本有する乗用車用ホイールディスクが疲労強度に優れていることが判明した。 As described above, it has been found that a wheel disc for a passenger car, which is made of a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more and has at least one groove having a depth of 50 to 100 μm and a width of 1 mm or less on the contact surface, has excellent fatigue strength.
次に、本発明の溝を有するホイールディスクを成形するためのプレス成形用金型について説明する。 Next, a press molding die for molding a wheel disk having grooves according to the present invention will be described.
フレッティング疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクとするには、上述のように車両ハブ4との接触面3に深さ50〜500μm、幅1mm以下の溝17を少なくとも1本有することが効果的であるが、この溝17を形成するためのプレス成形用金型を検討したところ、車両ハブ4との接触面3を形成する面に、高さ100〜500μm、幅1mm以下の線状凸部を少なくとも一つ有する金型が効果的であることを見出した。
In order to obtain a wheel disc for a passenger car having excellent fretting fatigue strength, it is effective to have at least one
車両ハブ4との接触面3を形成する金型の面に有する線状凸部は、高さが500μmを超えると、車両ハブ4との接触面3に形成される溝17の深さが500μm超となるため、500μm以下が効果的であることが判明した。また線状凸部の高さが100μmより小さくなると、50μm以上の深さの溝を形成することが出来ないため、100μm以上が好ましいことも判明した。また線状凸部の幅は1mm超となると、車両ハブ4との接触面3に形成される溝17の幅が1mmより大きくなるため、フレッティング疲労強度を向上させることが出来ないことが判明した。線状凸部の幅の下限は特に規定しないが、あまり狭過ぎると溝を形成することが出来ないため、100μm以上が好ましいことも判明した。
When the height of the linear convex portion on the mold surface forming the
また線状凸部の形状は、なめらかな線状であれば、直線、曲線を問わず有効である。また、金型の一つの接触面3に1本であっても、複数本配置されていてもフレッティング疲労を向上させることが出来る。また、線状凸部の位置は特に規定しないが、接触面3の中央C付近に配置されることが好ましい。また、線状凸部の方向についても特に規定しないが、ホイールディスク2の半径方向に配置されることが好ましい。
Further, the shape of the linear convex portion is effective regardless of whether it is a straight line or a curved line as long as it is a smooth linear shape. Further, fretting fatigue can be improved even if one or a plurality of the contact surfaces 3 of the mold are arranged. Further, the position of the linear convex portion is not particularly defined, but it is preferably arranged in the vicinity of the center C of the
以上のことから、車両ハブ4との接触面3を形成する面に、高さ100〜500μm、幅1mm以下の線状凸部を少なくとも一つ有するプレス成形用金型が、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの成形に効果的であることが判明した。
From the above, the press-molding die having at least one linear protrusion having a height of 100 to 500 μm and a width of 1 mm or less on the surface forming the
次に、本発明のホイールディスクの加工方法について説明する。 Next, the wheel disk processing method of the present invention will be described.
本発明者は、上記の凹部2または溝17を鋼製ホイールディスク1の車両ハブ4との接触面3に形成する方法として、上記の金型を用いて引張強さ590MPa以上の鋼板をプレス成形することが有効であることを見出した。すなわち、鋼製のホイールディスクは通常、プレス成形工程で成形されるが、このプレス成形工程の中に凹部2または溝17を形成する工程を組み込むことで、車両ハブ4の接触面3における凹部2または溝17の境界が滑らかになり、ハブナット6によって締め付ける際にホイール中心に対して外側の接触面3から凹部2または溝17にかけて連続的に接触を始めることができ、接触面圧の分布を滑らかにすることができ、フレッティング疲労強度を向上させることができる。
As a method of forming the
フレッティング疲労は引張強さが590MPa以上の鋼板において顕著であるため、鋼板の引張強さは590MPa以上の範囲に規定する。 Since fretting fatigue is remarkable in a steel sheet having a tensile strength of 590 MPa or more, the tensile strength of the steel sheet is specified in a range of 590 MPa or more.
凹部2または溝17の形成をプレス成形以外の他の方法、例えば、ドリルやバイトなどを用いた機械加工によって形成する場合でもフレッティング疲労強度は向上するが、車両ハブ4の接触面3と凹部2または溝17との境界が鋭くなると、ハブナット6で締め付ける際に、凹部2または溝17の境界で不連続な接触が生じ、凹部2または溝17の境界に近い接触面3で面圧が高くなる結果、フレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ないので、好ましくない。
Although the fretting fatigue strength is improved even when the
このように、上記の金型を用いて引張強さ590MPa以上の鋼板をプレス成形することが、疲労強度に優れた乗用車用ホイールディスクの加工方法として有効であることが判明した。 Thus, it has been found that press forming a steel plate having a tensile strength of 590 MPa or more using the above die is effective as a method for processing a wheel disc for a passenger car having excellent fatigue strength.
次に、本発明のホイールディスクの取り付け方法について説明する。 Next, a method for attaching the wheel disk of the present invention will be described.
本発明者は、乗用車用ホイールディスクの車両ハブへの取り付け方法について検討した。その結果、車両ハブ4との接触面3に上述の凹部2を有するホイールディスク1を車両ハブ4に取り付ける場合、図3に示すように凹部2が全て車両ハブ4と接触するようにボルト締めする(ハブナット6を締め付ける)と、乗用車用ホイールディスク1の疲労強度向上に特に有効であることを見出した。すなわち、広げられた凹部2の内面が全て車両ハブ4と接触することにより、接触面積を大きくするとともに接触する部分の面圧5を小さくすることが出来、フレッティング疲労強度を向上させることが出来る。図6は凹部2の異なる形状例を示し、このように、車両ハブ4との接触面3に形成する凹部2に車両ハブ4と接触しない部分が存在しても、フレッティング疲労強度は向上するが、接触しない部分の面積が大きくなり過ぎると、面圧の平均値が大きくなってフレッティング疲労強度を十分に向上させることが出来ない。
The present inventor has studied a method of attaching a passenger car wheel disc to a vehicle hub. As a result, when the
以上のように、ホイールディスク1における車両ハブ4との接触面3にある凹部2が全て車両ハブ4と接触するように、ホイールディスク1をボルト7およびハブナット6で車両ハブ4に締め付けると、乗用車用ホイールディスクの疲労強度が向上することが判明した。
As described above, when the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this example. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.
供試鋼として、400MPa級、440MPa級、590MPa級および780MPa級の3.2mm厚熱延鋼板を用いて、プレス成形により、図1に示すような形状で外径14インチの乗用車用ホイールディスク(車両ハブへの取り付け用ボルト穴10が5つのもの)を製作した。その際、車両ハブ4との接触面3に種々の寸法の凹部2または溝17を形成したホイールディスクを製作した。凹部2または溝17の形成方法としては、機械加工およびプレス成形を用いた。また比較のため、凹部および溝を設けないホイールディスクも製作した。これらのホイールディスクに、図12に示すように、幅5インチのリム16(タイプJ)を溶接で取り付け、ホイールライフ疲労試験を実施した。この試験では、ホイールライフ試験機のアーム14の先端に取り付けられたウェイト15が回転することにより、車両ハブ4を通して曲げモーメントが負荷される。ここでは曲げモーメントは150kgf・mとした。試験中に1000回ごとに停止して車両ハブ4から取り外し、ホイールディスク1における車両ハブ4との接触面3のフレッティング疲労亀裂の有無を調べた。フレッティング疲労亀裂が板厚を貫通したときをフレッティング疲労寿命と定義して比較した。
As test steels, 400 mm, 440 MPa, 590 MPa, and 780 MPa grade 3.2 mm thick hot-rolled steel sheets were used, and by press molding, a wheel disc for passenger cars having an outer diameter of 14 inches in the shape shown in FIG. 5
まず、車両ハブとの接触面に凹部を設けたホイールディスクのホイールライフ疲労試験結果を表1〜4に示す。 First, the wheel life fatigue test result of the wheel disc which provided the recessed part in the contact surface with a vehicle hub is shown to Tables 1-4.
まず、表1に示す試験結果について説明する。No.1〜3は供試鋼材が400MPa級鋼板および440MPa級鋼板のホイールディスクであり、車両ハブとの接触面にはフレッティング疲労亀裂は発生せず、他の部位からの疲労亀裂が大きくなって破壊に至った。 First, the test results shown in Table 1 will be described. No. 1-3 are wheel discs whose test steel materials are 400 MPa class steel plate and 440 MPa class steel plate, fretting fatigue cracks do not occur on the contact surface with the vehicle hub, and fatigue cracks from other parts become large and breakage It came to.
No.12〜16は590MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項1に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないNo.4、および本発明の範囲外の深さ・短径・長径・長径/短径・位置の凹部を形成した比較例であるNo.5〜11よりも、飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.4に比べて3倍、No.5〜11に比べて2倍以上の寿命向上が確認された。また、No.12、13、15は本発明の請求項6に係る発明であり、締め付け時の凹部が全面接触しない実施例であるNo.14およびNo.16に比べて100,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表1において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
No. Nos. 12 to 16 are wheel disks using a 590 MPa grade steel plate, and show examples of wheel disks in which concave portions are formed on the contact surface with the vehicle hub by machining. These are inventions according to
このように、表1に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスクおよびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 1, it was found that the wheel disk having a recess and the method for attaching the wheel disk of the present invention is effective in improving fretting fatigue strength.
次に、表2に示す試験結果について説明する。No.24〜28は590MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項2、請求項5に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないNo.4(表1)、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・短径・長径・長径/短径・位置の凸部をもつ金型により成形された凹部を形成した比較例であるNo.17〜23よりも、飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.4に比べて4倍以上、No.17〜23に比べて3倍以上の寿命向上が確認された。また、凹部の深さ・短径・長径・長径/短径・位置は本発明の範囲であるが、機械加工により凹部を製作したホイールディスクであるNo.12〜16(表1)に比べると、少なくとも50,000回以上の寿命向上が認められた。さらに、No.24、25、27は本発明の請求項6に係る発明であり、締め付け時に凹部が全面接触しない他の実施例であるNo.26およびNo.28に比べて少なくとも100,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表2において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Next, the test results shown in Table 2 will be described. No. Nos. 24-28 are wheel discs using 590 MPa grade steel plates, and show examples of wheel discs in which concave portions are formed on the contact surface with the vehicle hub by press molding. These are inventions according to
このように、表2に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 2, the wheel disk having a recess, the wheel disk processing method, the press molding die, and the wheel disk mounting method of the present invention are effective in improving fretting fatigue strength. It has been found.
さらに、表3に示す試験結果について説明する。No.37〜41は780MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触面に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項1に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないNo.29、および本発明の範囲外の深さ・短径・長径・長径/短径・位置の凹部を形成した比較例であるNo.30〜36よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.29に比べて3.3倍、No.30〜36に比べて2.6倍以上の寿命向上が確認された。また、No.37、38、40は本発明の請求項6に係る実施例であり、締め付け時の凹部が全面接触しない他の実施例であるNo.39およびNo.41に比べて100,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表3において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Furthermore, the test results shown in Table 3 will be described. No. Reference numerals 37 to 41 are wheel disks using a 780 MPa class steel plate, and show examples of wheel disks in which concave portions are formed on the contact surface with the vehicle hub by machining. These are inventions according to
このように、表3に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスクおよびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 3, it was found that the wheel disk having a recess and the method for attaching the wheel disk of the present invention is effective in improving fretting fatigue strength.
次に、表4に示す試験結果について説明する。No.49〜53は780MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に凹部を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項2、請求項5に係る発明であり、同じ鋼板で凹部を加工しないNo.29(表3)、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・短径・長径・長径/短径・位置の凸部をもつ金型により成形された凹部を形成した比較例であるNo.42〜48よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.29に比べて5.5倍以上、No.42〜48に比べて4.2倍以上の寿命向上が確認された。また、凹部の深さ・短径・長径・長径/短径・位置は本発明の範囲であるが、機械加工により凹部を製作したホイールディスクであるNo.37〜41(表3)に比べると少なくとも120,000回以上の寿命向上が認められた。さらに、No.49、50、52は本発明の請求項6に係る実施例であり、締め付け時の凹部が全面接触しない他の実施例であるNo.51およびNo.53に比べて、少なくとも140,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表4において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Next, the test results shown in Table 4 will be described. No. Nos. 49 to 53 are wheel disks using 780 MPa class steel plates, and show examples of wheel disks in which concave portions are formed in contact portions with a vehicle hub by press molding. These are inventions according to
このように、表4に示す結果より、本発明の凹部を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 4, the wheel disk having a recess, the wheel disk processing method, the press molding die, and the wheel disk mounting method of the present invention are effective in improving fretting fatigue strength. It has been found.
次に車両ハブとの接触面に溝部を設けたホイールディスクのホイールライフ疲労試験結果を表5〜8に示す。 Next, Tables 5 to 8 show the wheel life fatigue test results of wheel discs provided with grooves on the contact surface with the vehicle hub.
まず、表5に示す試験結果について説明する。No.54〜56は供試鋼材が400MPa級鋼板および440MPa級鋼板のホイールディスクであり、車両ハブとの接触面にはフレッティング疲労亀裂は発生せず、他の部位からの疲労亀裂が大きくなって破壊に至った。 First, the test results shown in Table 5 will be described. No. No. 54 to 56 are wheel discs whose test steel materials are 400 MPa class steel plate and 440 MPa class steel plate, fretting fatigue cracks do not occur on the contact surface with the vehicle hub, and fatigue cracks from other parts become large and break. It came to.
次に、No.62〜66は590MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項3に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないNo.57、および本発明の範囲外の深さ・幅の溝を形成した比較例であるNo.58〜61よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的にはNo.57に比べて3.1倍、No.58〜61に比べて2.7倍以上の寿命向上が確認された。なお、表5において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Next, no. Reference numerals 62 to 66 denote wheel disks using a 590 MPa class steel plate, and show examples of wheel disks in which grooves are formed in contact portions with a vehicle hub by machining. These are the inventions according to
このように、表5に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスクは、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 5, it was found that the wheel disk having grooves according to the present invention is effective in improving fretting fatigue strength.
次に、表6に示す試験結果について説明する。No.70〜74は590MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項3、請求項5に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないNo.57(表5)、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・幅の線状凸部をもつ金型により成形された溝を形成した比較例であるNo.67〜69よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.57に比べて5.1倍以上、No.67〜69に比べて3.6倍以上の寿命向上が確認された。また、溝の深さ・幅は本発明の範囲であるが、機械加工により溝を製作したホイールディスクであるNo.62〜66(表5)に比べると少なくとも60,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表6において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Next, the test results shown in Table 6 will be described. No. 70 to 74 are wheel disks using a 590 MPa grade steel plate, and show examples of wheel disks in which a groove is formed in a contact portion with a vehicle hub by press molding. These are the inventions according to
このように、表6に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 6, it was found that the wheel disk having a groove of the present invention, the wheel disk processing method, and the press-molding die are effective in improving fretting fatigue strength.
さらに、表7に示す試験結果について説明する。No.79〜83は780MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、機械加工により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項3に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないNo.75、および本発明の範囲外の深さ・幅の溝を形成した比較例であるNo.76〜78よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的にはNo.75に比べて3.2倍、No.76〜78に比べて2.7倍以上の寿命向上が確認された。なお、表7において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Further, the test results shown in Table 7 will be described. No. Reference numerals 79 to 83 denote wheel disks using 780 MPa class steel plates, and examples of wheel disks in which grooves are formed in contact portions with a vehicle hub by machining. These are the inventions according to
このように、表7に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスクは、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 7, it was found that the wheel disk having grooves according to the present invention is effective in improving fretting fatigue strength.
次に表8に示す試験結果について説明する。No.87〜91は780MPa級鋼板を用いたホイールディスクで、プレス成形により車両ハブとの接触部に溝を形成したホイールディスクの実施例を示す。これらは本発明の請求項3、請求項5に係る発明であり、同じ鋼板で溝を加工しないNo.75(表7)、および同じプレス成形で本発明の範囲外の高さ・幅の線状凸部をもつ金型により成形された溝を形成した比較例であるNo.84〜86よりも飛躍的にフレッティング疲労寿命が向上している。具体的には、No.75に比べて7.8倍以上、No.84〜86に比べて6.8倍以上の寿命向上が確認された。また、溝の深さ・幅は本発明の範囲であるが、機械加工により溝を製作したホイールディスクであるNo.79〜83(表7)に比べると少なくとも200,000回以上の寿命向上が認められた。なお、表8において、アンダーライン表示された数値または条件は、本発明の範囲外であることを示す。
Next, the test results shown in Table 8 will be described. No. Reference numerals 87 to 91 are wheel disks using 780 MPa class steel plates, and show examples of wheel disks in which grooves are formed in a contact portion with a vehicle hub by press molding. These are the inventions according to
このように、表8に示す結果より、本発明の溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、およびプレス成形用金型は、フレッティング疲労強度の向上に有効であることが判明した。 Thus, from the results shown in Table 8, it was found that the wheel disk having a groove of the present invention, the wheel disk processing method, and the press-molding die were effective in improving fretting fatigue strength.
以上のように本発明の凹部または溝を有するホイールディスク、ホイールディスクの加工方法、プレス成形用金型、およびホイールディスクの取り付け方法は、フレッティング疲労強度の向上に極めて有効であることが判明した。 As described above, it was found that the wheel disk having a recess or groove, the wheel disk processing method, the press molding die, and the wheel disk mounting method of the present invention are extremely effective in improving fretting fatigue strength. .
本発明は、各種車両用ホイールディスク、その成形用金型、加工方法、および取り付け方法に適用できる。 The present invention can be applied to various vehicle wheel discs, molding dies, processing methods, and attachment methods.
1 ホイールディスク
2 凹部
3 接触面
4 車両ハブ
5 接触面圧の分布
6 ナット
7 ボルト
10 ボルト穴
12 フレッティング疲労亀裂の発生位置
14 アーム
15 ウェイト
16 リム
17 溝
20 せん断応力
a 溝の深さ
b 溝の幅
C 接触面の中央
D 凹部の深さ
d1 凹部の短径
d2 凹部の長径
1
7
C Center of contact surface D Depth of recess d1 Short diameter of recess d2 Long diameter of recess
Claims (6)
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CN112668108A (en) * | 2020-11-26 | 2021-04-16 | 宝武集团马钢轨交材料科技有限公司 | Forming method of forming mold in wheel process, electronic device and storage medium |
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-
2008
- 2008-02-12 JP JP2008030544A patent/JP2009113786A/en not_active Withdrawn
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