JP2017530868A

JP2017530868A - 板金製無溶接１ピースホイールの製造方法

Info

Publication number: JP2017530868A
Application number: JP2017509772A
Authority: JP
Inventors: シンユアンチャン，
Original assignee: SHANGHAI XINGPU SPINFORMING WHEEL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI XINGPU SPINFORMING WHEEL CO Ltd
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2017-10-19
Also published as: CN104191900A; EP3184185A1; US20170232498A1; CN104191900B; EP3184185A4; WO2016026261A1

Abstract

【課題】製造工程が少なく、生産効率が高い、高強度、高剛性および長寿命の無溶接１ピースホイールの製造方法を提供すること。【解決手段】板金製無溶接１ピースホイールの製造方法であって、円形素材を円形圧延金型内に配置し、前記圧延金型の周方向に対称に配置された少なくとも２つの圧延ホイールを用いて前記円形素材に平面同期圧延を行うことで、ホイール素材を形成する圧延工程と、凹型プレス金型および凸型プレス金型を用いて前記ホイール素材に軸方向の圧力を加えることで、リム部およびディスク部を成形する工程と、前記ホイール素材を凹型ロール成形金型と凸型ロール成形金型の間に配置して軸方向に挟圧した後、前記凹型ロール成形金型および前記凸型ロール成形金型を軸周りに同期回転させながら、軸周りに回転する１つまたは複数の側方プレスローラを用いて前記リム部を径方向に押圧することで、前記リム部をさらに成形するロール成形工程と、前記ホイール素材を凹型成形金型と凸型成形金型の間に配置して軸方向に挟圧しながら、側方プレス成形型を用いて前記リム部を径方向に押圧する圧縮成形工程とを含むことを特徴とする方法。【選択図】図２

Description

本発明は、ホイール、特に、板金製無溶接１ピースホイールの製造方法に関する。

従来の板金製ホイールの製造方法では、ホイールリムとホイールディスクを別々に製造し、これらを溶接接合することでホイールを製造していた。その具体的な工程は、以下のとおりである。

（ホイールリムの製造）
（１）コイル状材料を解舒する工程、（２）解舒した材料を平板状にプレスする工程、（３）突き合わせ溶接工程、（４）板材を円筒状に丸める工程、（５）突き合わせ溶接工程、（６）溶接スラグの切削工程、（７）エッジカット工程、（８〜１０）３段階の冷間圧延工程、（１１）拡張およびサイジング工程、および、（１２）弁孔を穿設する工程が含まれる。

（ホイールディスクの製造）
（１）コイル状材料を解舒する工程、（２）解舒した材料を平板状にプレスする工程、（３）角形素材を形成する工程、（４）プレス成形工程、（５）逆ストレッチ工程、（６）穿孔工程、および、（７）中心孔およびねじ孔を穿設する工程が含まれる。

（ホイールリムとホイールディスクの接合）
（１）ホイールディスクをホイールリム内に配置する工程、（２）プレスによりホイールディスクをホイールリムに組み付ける工程、および、（３）溶接工程が含まれる。

このように、従来の板金製ホイールの製造方法は極めて複雑である。また、従来の製造方法には、上述の工程に加えて様々な予備工程が含まれる。従来の製造方法は、一般的に、２０以上もの工程を含むため、生産効率が低い。また、製造したホイールに気密試験を行う必要があるため、生産効率がさらに低下する。

また、従来の板金製ホイールの製造方法では、図１に示すように、ホイールリム１とホイールディスク２の間に溶接継ぎ目３が生じる。また、ホイールリム１に突き合わせ溶接の継ぎ目４が生じる。継ぎ目３および４では、相対的に強度および剛性が低く、疲労破断を生じやすい。

したがって、高品質および高強度の板金製ホイールをより効率的に製造するための方法が必要である。また、上記方法により製造された板金製１ピースホイールが必要である。

本発明の課題は、板金製無溶接１ピースホイールの製造方法を提供することである。本発明に係る方法は、従来の方法と比べ、製造工程が少なく、高い生産効率を実現し、さらに、高強度、高剛性および長寿命の板金製ホイールを製造することができる。また、本発明に係る方法は、板金製ホイールを高精度に成形することができる。さらに、本発明に係る方法により製造されたホイールは、不等厚でありながら、荷重面の強度が均一である。また、本発明に係る方法は、溶接工程を含まないため、溶接継ぎ目のないホイールを製造することができる。したがって、本発明に係る方法により製造されたホイールは、空気漏れが生じないため、気密試験が不要である。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の工程を含む板金製無溶接１ピースホイールの製造方法を提供する。

（工程１：圧延）
円形素材を円形圧延金型内に配置し、圧延金型の周方向に対称に配置された少なくとも２つの圧延ホイールを用いて円形素材に平面同期圧延を行い、ホイール素材を形成する。平面同期圧延とは、圧延ホイールの圧延軌道が常に１つの平面内に位置し、かつ、圧延ホイールの回転が同期している圧延を意味する。これにより、円形素材の表面の品質を均一化するとともに、緻密化および高密度化することができる。また、圧延ホイールの数を増やすことで、円形素材の表面をさらに緻密化し、高品質化することができる。圧延ホイールの数は、経済的コストおよび耐圧条件等を考慮して決定される。

（工程２：リム部およびディスク部の成形）
凹型プレス金型および凸型プレス金型を用いてホイール素材に軸方向の圧力を加えることで、リム部およびディスク部を成形する。

（工程３：ロール成形）
ホイール素材を凹型ロール成形金型と凸型ロール成形金型の間に配置して軸方向に挟圧した後、凹型ロール成形金型および凸型ロール成形金型を軸周りに同期回転させながら、軸周りに回転する１つまたは複数の側方プレスローラを用いてリム部（すなわち、ホイール素材の側壁部）を径方向に押圧することで、リム部を高精度に成形する。

（工程４：圧縮成形）
ホイール素材を凹型成形金型と凸型成形金型の間に配置して軸方向に挟圧しながら、側方プレス成形型を用いてホイール素材のリム部を径方向に押圧する。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法の圧延工程は、千鳥式平面同期圧延により行われることが好ましい。千鳥式平面同期圧延は、複数の圧延ホイールが円形素材の表面において圧延軌道が重ならないように相互にずらして配置された平面同期圧延である。これにより、円形素材の表面を緻密化および高密度化することができる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法には、工程１（圧延）の前に、円形素材を形成する工程と、円形素材を圧延金型内に安定的に配置するための位置決め孔を穿設する工程が含まれる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法には、工程３（ロール成形）と工程４（圧縮成形）の間に、ホイール素材に中心孔を穿設する工程が含まれる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法には、工程３（ロール成形）と工程４（圧縮成形）の間に、ホイール素材にねじ孔を穿設する工程が含まれる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法には、工程３（ロール成形）と工程４（圧縮成形）の間に、ホイール素材に空気孔を穿設する工程が含まれる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法には、工程４（圧縮成形）の後に、ホイール素材に弁孔を穿設する工程５が含まれる。

上述の中心孔、ねじ孔、空気孔、位置決め孔および弁孔を穿設する工程は、従来の板金製ホイールと同様の方法で行われる。そのため、これらの工程については、説明を省略する。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法において、工程１（圧延）の圧延ホイールの運動には、回転運動と、水平方向の送り運動が含まれる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法の工程３（ロール成形）では、リム部を高精度に成形するために、ホイール素材の周方向に均等に配置された３つの側方プレスローラを用いてリム部を径方向に押圧する。

また、本発明は、上述の方法により製造された板金製無溶接１ピースホイールを提供する。

本発明に係る無溶接１ピースホイールは、炭素鋼、アルミニウム、Ｍｇ−Ａｌ合金またはステンレス鋼で構成される。

上述のように、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法は、従来の板金製ホイールの形成方法と大きく異なる。すなわち、従来の方法では、ホイールリムとホイールディスクを別々に製造し、これらを溶接接合することでホイールを製造していたのに対し、本発明では、従来とは異なる一体成形方法を提案している。以下、本発明と従来の方法の相違点について詳述する。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法では、はじめに圧延工程を行う。圧延工程では、圧延ホイールを軸回りに回転させながら円形素材の表面上を移動させる。その際、円形素材は圧延金型から拘束力を受ける。圧延ホイールと圧延金型から受ける相互作用力により、円形素材の上面および下面が変形される。このようにして圧延された円形素材は、緻密かつ高密度な構造を備え、強度が高く、軽量であり、材料消費を低減することができる。また、本圧延工程では、円形素材に大きな圧力を印加することができ、しかも、圧延金型が円形素材の変形を制限する（変形抵抗）ため、円形素材の変形精度を向上させることができる。また、圧延工程により、円形素材の曲げ疲労寿命を大きく延ばすことができる。すなわち、本圧延工程は、円形素材の大きな変形を防止しながら、徐々にかつ高精度に様々な形状のホイール素材を成形することができる。成形されたホイール素材は、軸方向および周方向における品質が均一であるため、高精度の動バランスを備える。また、上記ホイール素材は、強度、特に荷重面における強度が均一である。また、ホイール素材の厚さは、ホイールの各荷重点に必要な耐荷重に応じて調整することができる。したがって、例えば、大きな力が作用しない部分を薄く成形することで、材料を節約することができる。本発明では、必要な耐力性に応じて設計された圧延金型を用いることで、不等厚なホイールを製造することができる。これに対し、従来の方法では、ホイールリムとホイールディスクはともに圧延プレスおよび穿孔プレスにより形成されるため、不等厚なホイールを製造することができない。すなわち、圧延プレスで用いられる圧延プレス金型は開放型であるため、円形素材に拘束力を加えることができない。また、圧延プレスホイールを径方向に移動させることで円形素材の表面を変形させることはできるが、厚さを変えることはできない。

本発明では、ホイール素材をプレスすることで板金製１ピースホイールのリム部およびディスク部を直接成形することができる（プレス成形）。

本発明では、ホイールリムの変形を完了させるためのロール成形工程を含むため、ホイールリムを板金製１ピースホイールのリム部およびディスク部から直接かつ高精度に成形することができる。ロール成形工程は、円形素材を可塑変形範囲内で徐々に冷間圧延および曲げ変形することで、高強度の部位を有するホイールリムを成形することができる。圧延金型の形状と同様に、凹型ロール成形金型、凸型ロール成形金型および側方プレスローラの形状も特に限定されない。側方プレスローラの外形は、ホイールリムの実用的な形状およびサイズに応じて設計される。

本発明では、圧縮成形工程により、ホイールリムとホイールディスクの相対位置および相対距離を適宜調整し、ホイールリムの標準直径および振れの要求を満たすことができる。

本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法は、従来の方法よりも工程数が少なく、生産効率が高い。

また、本発明に係る１ピースホイールの製造方法は、圧延工程およびロール成形工程により行われ、溶接工程を含まない。そのため、本発明によれば、高剛性、高強度および長寿命の１ピースホイールを製造することができる。また、本発明では、溶接装置や吸気装置が不要であり、これらの使用により消費される電力を節約することができる。さらに、溶接による環境汚染（スパッタ、煙等）を回避することができる。

また、溶接接合により製造された従来の板金製ホイールと比較して、本発明に係る方法により製造された板金製無溶接１ピースホイールは、溶接継ぎ目を有さないため安全であり、定期的な気密試験を必要としない利点がある。

本発明に係る方法により製造された板金製無溶接１ピースホイールは、乗用車および商用車のいずれにも用いることができる。

図１は、従来技術に係る板金製ホイールの構造を示す。図２は、本発明の一実施形態に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法の流れ図を示す。図３は、円形素材を形成する工程を示す。図４は、中心孔を穿設する工程を示す。図５は、圧延工程を示す。図６は、リム部およびディスク部の成形工程を示す。図７は、ロール成形工程の第１段階を示す。図８は、ロール成形工程の第２段階を示す。図９は、ロール成形工程の第３段階を示す。図１０は、中心孔を穿設する工程を示す。図１１は、ねじ孔を穿設する工程を示す。図１２は、空気孔を穿設する工程を示す。図１３は、圧縮成形工程を示す。図１４は、弁孔を穿設する工程を示す。図１５は、縦型冷間圧延ロール成形機を示す。図１６は、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの構造を示す。

以下、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法の詳細について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図２は、本発明の一実施形態に係る板金製無溶接１ピースホイールの製造方法の流れ図を示す。図３〜図１４は、図２に記載された各工程を示す。

図２〜図１４に示すように、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールは、以下の工程により製造される。

（工程１）
円形素材１を形成する（図３参照）。

（工程２）
円形素材１に中心孔２を穿設する（図４参照）。

（工程３）
円形素材１を円形の圧延金型３内に配置する。続いて、圧延金型３の周方向に対称に配置された２つの圧延ホイール４を用いて円形素材１に千鳥式平面同期圧延を行い、ホイール素材５を形成する（図５参照）。本実施形態では、図５に示すように、圧延金型３に２つの凹部が設けられており、ホイール素材５の下面に上記凹部に対応する２つの凸部が形成される。本圧延工程は、例えば、中国特許登録第ＣＮ２０１７４４５４５Ｕ号に開示された圧延機によって行うことができる。ただし、本発明の圧延工程に用いられる圧延機は、これに限定されるものではない。

（工程４：プレス成形）
凹型プレス金型７および凸型プレス金型６を用いてホイール素材５に軸方向の圧力を加えることで、リム部およびディスク部を形成する（図６参照）。

（工程５、工程６、工程７: ３段階ロール成形）
ホイール素材を凹型ロール成形金型９と凸型ロール成形金型８の間に配置して軸方向に挟圧し、凹型ロール成形金型９および凸型ロール成形金型８を軸周りに回転させながら、軸周りに回転する側方プレスローラを用いてホイール素材の側壁部（リム部）を径方向に押圧する。その際、リム部の押圧を、側方プレスローラ１０、１１および１２を順次用いて３度行うことで、リム部をより高精度に成形することができる。すなわち、リム部の押圧は、側方プレスローラ１０により冷間圧延およびホイールリムの深溝部Ｒを形成する第１段階（工程５、図７参照）、側方プレスローラ１１によりホイールリムの平坦部に冷間圧延を行い、傾斜部Ｐを形成する第２段階（工程６、図８参照）、および、側方プレスローラ１３によりホイールリムの側端部Ｑを形成する第３段階（工程７、図９参照）により行われる。

ロール成形工程は、図１５に示す縦型冷間圧延ロール成形機によって行われる。ただし、本工程に使用可能な装置は、図１５に記載の成形機に限定されない。

図１５に示すように、本実施形態に係る垂直冷間圧延ロール成形機は、上部梁５１、ベース５２、ベース支持ブラケット５３、および、上部梁５１とベース５２の間に固定配置された６本の直立柱５４を備える。６本の直立柱５４は、垂直冷間圧延ロール成形機の軸を中心とする円周上に均等に配置されている。すなわち、隣接する２本の直立柱５４間の角度は６０度である。ベース５２上には、下部伝達アセンブリ５５が配置されている。上部梁５１には、３つの油圧シリンダアセンブリ５６が固定配置されている。油圧シリンダアセンブリ５６のロッド部は、上部プレスヘッドアセンブリ５８に接続されたスライドブロック５７に固定接続されている。したがって、油圧シリンダアセンブリ５６は、上部プレスヘッドアセンブリ５８を垂直冷間圧延ロール成形機の軸方向（すなわち、垂直方向）に駆動することができる。下部伝達アセンブリ５５および上部プレスヘッドアセンブリ５８には、これらを同期回転させるための油圧モータがそれぞれ接続されている。垂直冷間圧延ロール成形機の軸を中心とする円周上には、３つの側方プレスアセンブリ５９が均等に配置されている。すなわち、隣接する２つの側方プレスアセンブリ５９間の角度は１２０度である。３つの側方プレスアセンブリ５９には、これらを垂直冷間圧延ロール成形機の軸に対して径方向に駆動するための油圧シリンダがそれぞれ接続されている。３つの側方プレスアセンブリ５９は、同時にまたは個別に駆動される。側方プレスアセンブリ５９には、これらを同時にまたは個別に軸周りに回転させるための油圧モータがそれぞれ接続されている。上部プレスヘッドアセンブリ５８には、凸型ロール成形金型５１０が固定接続されている。下部伝達アセンブリ５５には、凹型ロール成形金型５１１が固定接続されている。また、垂直冷間圧延ロール成形機は、制御システム（不図示）を備える。制御システムは、側方プレスアセンブリ５９の送り位置を検出するために各送り機構にそれぞれ配置された変位センサと、下部伝達アセンブリ５５および上部プレスヘッドアセンブリ５８に接続された油圧モータ、および側方プレスアセンブリ５９に接続された油圧シリンダおよび油圧モータにそれぞれ接続されたサーボ弁と、変位センサ、サーボ弁および油圧シリンダアセンブリに接続され、これらの回転速度および送り速度を制御するためのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを備える。側方プレスアセンブリ５９の垂直冷間圧延ロール成形機の軸方向（すなわち、垂直方向）における位置は、側方プレスアセンブリ５９に接続された調整機構により調整される。

上述の垂直冷間圧延ロール成形機を用いたロール成形工程は、以下の手順で行われる。

（手順１）
ホイール素材を凹型ロール成形金型５１１内に配置する。

（手順２）
油圧シリンダアセンブリ５６を制御して上部プレスヘッドアセンブリ５８を垂直冷間圧延ロール成形機の軸方向に沿って下降させ、ホイール素材を凸型ロール成形金型５１０と凹型ロール成形金型５１１の間で挟圧する。

（手順３）
油圧モータを制御して下部伝達アセンブリ５５および上部プレスヘッドアセンブリ５８を同期回転させ、凸型ロール成形金型５１０および凹型ロール成形金型５１１をホイール素材とともに回転させる。

（手順４）
油圧モータを制御して側方プレスアセンブリ５９を軸周りに回転させながら、油圧シリンダを制御して側方プレスアセンブリ５９を径方向（すなわち、水平方向）に駆動し、ホイール素材の側壁部に変形力を加える。

（工程８）
ホイール素材に中心孔１３を穿設する（図１０参照）。

（工程９）
ホイール素材にねじ孔１４を穿設する（図１１参照）。

（工程１０）
ホイール素材に空気孔１５を穿設する（図１２参照）。

（工程１１：圧縮成形）
ホイール素材を凹型成形金型１７と凸型成形金型１６の間に配置して軸方向に挟圧しながら、側方プレス成形型１８を用いてリム部を径方向に押圧する（図１３参照）。

（工程１２）
上記圧縮成形されたホイール素材に弁孔を穿設する（図１４参照）。

図１６は、本発明に係る方法により製造された板金製無溶接１ピースホイールを示す。図１６からわかるように、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールと従来技術に係る板金製ホイールは、同様の形状を有するが、本発明の板金製無溶接１ピースホイールは、ホイールリムとホイールディスクの境界部に溶接継ぎ目を有さない。そのため、本発明に係る板金製無溶接１ピースホイールは、従来技術に係る板金製ホイールよりも、高性能、高強度、高剛性、かつ長寿命である。

上述の実施形態は、本発明の内容、用途および使用を限定するものではない。

Claims

板金製無溶接１ピースホイールの製造方法であって、
円形素材を円形圧延金型内に配置し、前記圧延金型の周方向に対称に配置された少なくとも２つの圧延ホイールを用いて前記円形素材に平面同期圧延を行うことで、ホイール素材を形成する圧延工程と、
凹型プレス金型および凸型プレス金型を用いて前記ホイール素材に軸方向の圧力を加えることで、リム部およびディスク部を成形する工程と、
前記ホイール素材を凹型ロール成形金型と凸型ロール成形金型の間に配置して軸方向に挟圧した後、前記凹型ロール成形金型および前記凸型ロール成形金型を軸周りに同期回転させながら、軸周りに回転する１つまたは複数の側方プレスローラを用いて前記リム部を径方向に押圧することで、前記リム部をさらに成形するロール成形工程と、
前記ホイール素材を凹型成形金型と凸型成形金型の間に配置して軸方向に挟圧しながら、側方プレス成形型を用いて前記リム部を径方向に押圧する圧縮成形工程とを含むことを特徴とする方法。
前記圧延工程の前に、前記円形素材を形成する工程と、前記円形素材に位置決め孔を穿設する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ロール成形工程と前記圧縮成形工程の間に、前記ホイール素材に中心孔を穿設する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ロール成形工程と前記圧縮成形工程の間に、前記ホイール素材にねじ孔を穿設する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ロール成形工程と前記圧縮成形工程の間に、前記ホイール素材に空気孔を穿設する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記圧縮成形工程の後に、前記ホイール素材に弁孔を穿設する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記圧延工程の圧延ホイールの運動には、回転運動と、水平方向の送り運動が含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ロール成形工程では、前記リム部を高精度に成形するため、前記ホイール素材の周方向に均等に配置された３つの前記側方プレスローラを用いて前記リム部を径方向に押圧することを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項１〜８のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする板金製無溶接１ピースホイール。
炭素鋼、アルミニウム、Ｍｇ−Ａｌ合金またはステンレス鋼で構成されたことを特徴とする請求項９に記載の板金製無溶接１ピースホイール。