JP3889068B2

JP3889068B2 - ディスクホイール用リム素材

Info

Publication number: JP3889068B2
Application number: JP02896295A
Authority: JP
Inventors: 幸充鈴木; 亨内田
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: JPH08215857A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等の車両に使うディスクホイール用リム素材に関するものであり、さらに詳しくは引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板を利用して高強度ディスクホイールリムを得る場合の溶接部の接合性を向上させるリム素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の車両に使うディスクホイールリムを製造する工程においては、フラッシュバット溶接法が採用されていた。この溶接法は、一定の間隔を持たせた接合端面間に、大電流を流すことにより、局部的な短絡・アーク放電によるフラッシュ（電気火花）を発生させて、そのフラッシュの熱によって接合端面を加熱して表面に溶融層を形成し、軟化した状態で加圧力により溶融層及び軟化部を接合面直に押し出して接合する溶接方法である。
【０００３】
これに対し最近では、特公平５−７５８２３号公報に記載されているように、アプセットバット溶接法を採用することが多くなっている。このアプセットバット溶接法は、接合端面を突き合わせ、所定の圧力を加えたままの状態で、電極間に電圧を印加して所定の電流を流し、突き合わせ面の接触抵抗及び材料の固有抵抗によるジュール熱により、突き合わせ面を加熱軟化させ、加圧力により軟化部を接合面直に押し出して接合する溶接方法である。
【０００４】
このようなアプセットバット溶接法は、フラッシュバット溶接法に比較して、フラッシュ工程がないため、フラッシュ代分の材料が節約でき、また短時間通電のため、生産性の面で有利である。また、フラッシュの飛散がないため、作業環境の汚染がなく機器の点検及び摩耗の点で利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
自動車等の車両に使うディスクホイールリムを製造する場合、コイル状に巻かれた熱延鋼板を、図６に示すように、ギャップシャー切断工程（Ａ）で、ある一定の長さの矩形板材４ａに切断し、巻き工程（Ｂ）で矩形板材を円筒状４ｂに丸め、端曲げ工程（Ｃ）で周方向端部４ｃを偏平化し、溶接工程（Ｄ）で平坦部を電極でクランプしてその端部同士を突き合わせ、その突き合わせ部を溶接４ｄにて連結して円筒状に固定し、トリミング工程（Ｅ）で溶接部４ｄのバリを切削し、リラウンド工程（Ｆ）を経て、エッジカット工程（Ｇ）で溶接部軸方向両端のバリを削り取り、その後フレアリング工程（Ｈ）、ロール成形工程（Ｉ）〜（Ｋ）、エキスパンド成形工程（Ｌ）を経て、ディスクホイールリムを製造している。
【０００６】
このように、リム製造においては、アプセットバット溶接後に各種成形加工が施されるため、リムの接合部が健全でなければ成形加工時において接合部に割れが発生して、製品の歩留り低下の原因となる。
【０００７】
特公平５−７５８２３号公報に記載の提案は、鋼組成と溶接部材質の関係を述べたものであり、接合部の健全性を向上するために高価なＴｉの添加を必須とするためコストアップを余儀なくされていることのほか、未だ十分な健全性は得られていない。
【０００８】
従って従来は、高強度熱延鋼板を用いてディスクホイールリムを製造しようとしても、接合部に割れが発生し、製品歩留りの低下を確実かつ、コストアップなしに防止することは困難であった。
【０００９】
そこで高強度熱延鋼板について、アプセットバット溶接における接合性が良好であって、接合部での割れの発生の少ない溶接方法が望まれる。
本発明は、以上の事情を背景としてなされたもので、アプセットバット溶接における接合性が良好であって、接合部に割れの発生する虞れが少ない、引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板を用いたディスクホイールリムを製造するために用いるリム素材を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
高強度熱延鋼板製ディスクホイールリム接合部のアプセットバット溶接による溶接部に関し、鋭意・実験検討を重ねた結果、アプセットバット溶接を行なう際の突き合わせ面となる部分の端面形状を適切に規制することが突き合わせ面への効率的な入熱につながり、その結果として強度、成形性を損なうことなく、アプセットバット溶接の接合性を向上させ得ることを見出し、この発明をなすに至った。
【００１１】
この発明の要旨とするところは、引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板製車両用ディスクホイールのリム素材の端面をアプセットバット溶接により接合してリムを形成するためのリム素材であって、そのリム素材の接合端面をギャップシャーで切断するとともに、そのシャークリアランスをリム素材の板厚の１０％以上２５％以下に設定して、ギャップシャー切断によるリム素材接合端面形状のダレ比率を１５％以上３０％以下の範囲内とし、且つリム幅方向のダレ比率差を５％以下としたことを特徴とするディスクホイール用リム素材である。
【００１２】
【作用】
引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板をギャップシャー切断するに際し、その切断端面のダレ比率（板厚をｔ、ダレ高さをａとした場合のａ／ｔ×１００）を１５％以上に設定したことにより、そのせん断面長さ（ｂ）が小さくなり、この鋼板を円筒状にしてその端面相互を接触した状態での接触長さ（Ｘ₂）が短くなる。そのため、アプセットバット溶接時における通電初期の接触面積が小さくなり、電流密度が高くなって通電初期の接合界面温度上昇が高くなり、接合部の接合性が高くなる。
【００１３】
また、ダレ比率を３０％以下に設定したことにより、ギャップシャー切断時において、切断端面に第二次せん断が発生せず、安定した接合面が得られる。
更にリム幅方向のダレ比率差を５％以下に設定したので、リム幅方向の両端相互におけるせん断面長さ（ｂ）の差が少なくなり、接合端面の突き合わせ時の単位長さ当たりの接触面積もほぼ均等になる。そのため、電流密度の差も小さくなって温度差が少なくなり、接合界面の変形量も両端面に亘って均一になり、幅方向の入熱が均一になり、接合性が向上する。
【００１４】
最初に本発明で使用するダレ比率、ダレ比率差について、その定義を説明する。
【００１５】
ギャップシャー切断による素材４のせん断面の形状は図１に示すようになる。図中の長さａはダレ高さ、ｂはせん断面長さ、ｃは破断面長さ、ｄはかえり高さ、ｔはリム素材４の板厚を示し、ダレ比率とは板厚ｔに対するダレ高さａの割合（ダレ比率＝ａ（ｍｍ）／ｔ（ｍｍ）×１００）を示す。
【００１６】
次にダレ比率差とは、リム素材４のリム幅方向両端のダレ比率の差を示す。このダレ比率差はシャーブレードのクリアランスが一定であれば、基本的にはゼロであるが、シャーブレードの偏摩耗やシャースライド本体の摩耗の状態により変化する可能性がある。
【００１７】
アプセットバット溶接において、接合性を左右する要因は、入熱量と入熱の幅方向均一性及び接合界面変形量（アプセット長さとは異なるが、ほぼ同じ値を示し、どの程度接合界面が加工されたかを表す）が挙げられるが、入熱量は溶接条件設定により、また入熱の幅方向均一性は、溶接の初期突き合わせ状態によりほぼ決められるため、接合界面変形量が接合性に大きな影響を与える。
【００１８】
ところで引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板は、素材が硬いため、溶接の前工程であるギャップシャー切断工程において、軟鋼材と同じクリアランス比（シャーブレードクリアランスの素材板厚に対する割合）で上記高強度熱延鋼板を切断すると切断面の断面形状は上記図４に示すように、せん断面長さｂが長く、ダレ高さａの低い形状となる。この形状による突き合わせ溶接時の状態は図４に示すように、せん断面の接触長さＸ₁が長いため、通電初期の接触面積が大きくなり、電流密度が低くなるため、通電初期の接合界面温度上昇が低く、接合界面の温度による電気抵抗増が得られずに、素材の固有抵抗による発熱によりアプセット変形が進行するため、接合界面変形量が効率的に増加しない。
【００１９】
これに対し、ギャップシャー切断工程において、クリアランス比を増加し、図１に示すように、上記図４のものに比べてせん断面長さｂが短く、ダレ高さａが高い形状となるように、高強度熱延鋼板を切断すると、突き合わせ溶接時の状態は図２に示すようになる。この場合、突き合わせ時の接触長さＸ₂が短くなって接触面積が小さくなるため電流密度が高く、通電初期の接合界面温度上昇が高くなる。このように接合界面の温度上昇が高くなると、温度による接合界面の電気抵抗が増加するため、素材の固有抵抗による発熱が増加し、アプセット変形が進行するため母材（接合界面近傍）の軟化より接合界面の軟化が大きく、接合界面の変形量が効率的に増加する。
【００２０】
即ち、引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板のアプセットバット溶接においては、突き合わせ時の切断面形状により接合界面温度を上昇させることが必須であるため、ギャップシャー切断工程による切断面の断面形状が接合性に大きな影響を与える。
【００２１】
ここにギャップシャー切断におけるシャークリアランス比と切断面の構成を図３に示す。
図３で示されるように、せん断面比率（板厚ｔに対するせん断面長さｂの割合）はクリアランス比の増加によって減少した後増加するが、ダレ比率はクリアランス比の増加によって増加する。
【００２２】
そこで、接合端面の形状を規制することにより、容易に接合界面変形量を増加でき、接合性を向上させることができる。種々の実験・検討を重ねた結果、ギャップシャー切断工程における切断端面形状のダレ比率を１５〜３０％で且つリム幅方向両端のダレ比率差が５％以下である場合に良好な接合性が得られることを見出したのである。
【００２３】
もちろん電流の設定を増加させ、接合界面温度を高くしたり、アプセット長さを長くすれば、接合界面変形量は増加するが、電流値の増加はエネルギーコストの増加を招き、またアプセット長さの増加は、バリとして押し出される量が増加し、材料コストが増加するという問題が生ずる。
【００２４】
次に本発明において、最も重要なギャップシャー切断工程における切断端面形状のダレ比率及びダレ比率差の限定理由を示す。
引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板を軟鋼材と同じシャークリアランス比で切断すると、素材の硬度が高いため、ダレ比率が軟鋼材よりも少なくなるが、この比率が１５％未満の場合は、せん断面長さｂが大きくせん断面の接触長さが長くなり、通電初期の接触面積が大きくなる。そのため、電流密度が低くなり、通電初期の接合界面温度上昇が低く、接合界面の温度による電気抵抗の増加が得られずに素材の固有抵抗による発熱によりアプセット変形が進行し、接合性に大きく影響を与える接合界面変形量が効率的に増加しない。接合性を向上するためには、電流の設定を増加させたり、アプセット長さを更に増加させる必要があるが、どちらの場合もエネルギーコストの上昇や材料コストの上昇という問題が生じる。
【００２５】
一方シャークリアランス比を増加させてダレ比率を３０％超にすると、図５に示すように割れに食い違いを生じ、第二次せん断が行なわれ、そのせん断面イがいちじるしく傾斜して、安定した面が得られない。
【００２６】
従ってダレ比率は１５％以上３０％以下の範囲内とした。
またリム幅方向両端のダレ比率差は基本的にはゼロであるはずであるが、シャーブレードの偏摩耗やシャースライド本体の磨耗の状態により変化する可能性がある。この両端のダレ比率差が５％超の場合はせん断面長さｂが両端で大きく異なるため、突き合わせ時の単位長さ当たりの接触面積が両端で大きく異なり、電流密度に差が生じて接合界面の温度に差が生じ、接合界面の変形量に差が発生するとともに、入熱の幅方向均一性が損なわれ、接合性を阻害する。
【００２７】
従って両端のダレ比率差は５％以下とした。
ここに本発明者等の知見によると、シャークリアランスを板厚の１０〜２５％に設定することでダレ比率１５〜３０％にすることが可能である。また、リム幅方向両端のダレ比率差は、シャーブレードの偏摩耗や、シャースライド本体の摩耗の状態を定期的に点検、保守する等により５％以下に維持することが重要である。
【００２８】
【実施例】
本発明の溶接方法の実施に用いるアプセットバット溶接機について図７により説明する。図７において、１、１′と２、２′は電極で、これにより高強度熱延鋼板のリム素材４の両接合界面３、３′を、相互に突き合わせた状態でクランプする。５は両電極間に電流を供給する溶接電源、６は電流制御装置、７は油圧源で、シリンダ８に油圧をかけて電極２、２′を加圧する。９は加圧制御装置である。
【００２９】
このアプセットバット溶接機は図示されていないベンディング、トリミング及びエッジトリム等の機構を備えており、供試材として板厚２．６ｍｍ、板幅２００ｍｍ、抗張力５９０ＭＰａの高強度熱延鋼板を円筒形に丸め、その端部同士を突き合わせ、突き合わせ部を表１に示す溶接条件でアプセットバット溶接し、溶接接合試験を実施した。なお、供試材はＪＩＳ規格相当品を用いた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
接合部の溶接品質は、曲げ試験とフレアリング、ロール成形、エキスパンド成形のリム成形試験で評価した。
【００３２】
曲げ試験はアプセットバット溶接後、接合部のバリをトリミング工程により切削してから曲げ半径３．０ｍｍで接合部を中心として１８０°曲げ試験を行い、割れ長さの合計ΣＬｎを接合部長さＬで除したクラック率により、○（クラック率：０％割れなし）、△（クラック率：１％以下）、×（クラック率：１％超）にて評価した。
【００３３】
リム成形試験は、アプセットバット溶接後トリミング、エッジトリム工程を行い、フレアリング成形、ロール成形、エキスパンド成形を行なったリム成形完了品での割れ不良率により、○（不良率：０％）、△（不良率：０．５％以下）、×（不良率：０．５％超）にて評価した。
【００３４】
これらの結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
表２から明らかなように、No, ３、４、５のダレ比率が１５％以上３０％以下の本発明例では、No, １、２のダレ比率が１５％未満の場合や、No，６のダレ比率が３０％超の場合と比べアプセットバット溶接における接合性に優れていることが判る。
【００３７】
またダレ比率が、１５％以上３０％以下の状態であっても、No, ９、１０のダレ比率差が５％超の場合は、No, ７、８の５％以下の本発明例に比べアプセットバット溶接における接合性が劣ることが判る。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、リム素材における溶接を行なう際の突き合わせ面となる接合端面形状のダレ比率を１５〜３０％とし、且つダレ比率差を５％以下にしたので強度、成形性を損なうことなく、アプセットバット溶接による接合部の接合性を向上させることができる。そのため自動車用ディスクホイールリムのようにアプセットバット溶接後、各種成形加工を行なう場合に適用しても、接合部に割れが発生するおそれが極めて少なく、製品の歩留りを著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の素材接合端面形状を説明するための断面図。
【図２】本発明において、ダレ比率を２０％とした場合におけるアプセットバット溶接時の突き合わせ状態を示す断面図。
【図３】シャークリアランス比と切断面の構成を示す図。
【図４】従来技術のダレ比率５％におけるアプセットバット溶接時の突き合わせ状態を示す断面図。
【図５】ダレ比率が過大の場合の切断面形状を示す断面図。
【図６】ディスクホイールリムの製造工程を示す図。
【図７】アプセットバット溶接機の正面略図。
【符号の説明】
４…素材ａ…ダレ高さｂ…せん断面長さｔ…板厚
ａ／ｔ×１００＝ダレ比率

Claims

引張強さ４９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板製車両用ディスクホイールのリム素材の端面をアプセットバット溶接により接合してリムを形成するためのリム素材であって、そのリム素材の接合端面をギャップシャーで切断するとともに、そのシャークリアランスをリム素材の板厚の１０％以上２５％以下に設定して、ギャップシャー切断によるリム素材接合端面形状のダレ比率を１５％以上３０％以下の範囲内とし、且つリム幅方向のダレ比率差を５％以下としたことを特徴とするディスクホイール用リム素材。