JP4332844B2 - Manufacturing method for vehicle wheel - Google Patents
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Description
本発明は、例えばサイドゲートを有する低圧鋳造装置により、全体がアルミニウム合金等の軽合金で形成された車両用ホイールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a vehicle wheel that is formed entirely of a light alloy such as an aluminum alloy, for example, by a low pressure casting apparatus having a side gate.
自動車、例えば乗用車に装着されている車両用ホイールとしては、車体を軽量化するために、全体がアルミニウム合金に代表される軽合金で形成され、例えば低圧鋳造の手法により製造されたアルミホイールが使用されている。アルミホイールは、タイヤが装着されるリム部と車軸に装着されるディスク部と両者を結合するスポーク部から構成されている。このアルミホイールの鋳造方法としては、種々の方法が実用化されているが、最近は、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されているサイドゲートを含むマルチゲートから注湯する鋳造方法が実用化されている。特許文献1には、ディスク部を形成するキャビティの中心部に設けた湯口と、リム部を形成するキャビティの両端部の間であって下端部寄りにかつ対称位置に2つの湯口を設けて、各湯口から注湯することが記載されている。特許文献2には、スポーク部成形空間とディスク部成形空間とに注湯後、リム部成形空間注湯することが記載されている。この鋳造方法によれば、ディスク部を薄くしかつリム部からディスク部に向う指向性凝固を行うので、軽量化したホイールが得られるという利点がある。各ゲートから注湯することによりリム部とディスク部を有するホイール素材を鋳造し、この素材からサイドゲート部を含む非製品部を除去した後に所定寸法に加工することなどにより最終製品が得られる。ホイール素材からのサイドゲートの除去方法としては、例えばサイドゲートをリムから切り取り、次いで切り取り時にリムに生じた歪を除去するための熱処理を行うことが行われている。また鋳造された素材から非製品部を容易に除去するために、ゲート(堰)の断面積を狭くすることが提案されている。例えば特許文献3には、鋳型内に形成されるキャビティと押湯との連絡部分は多孔質耐火物にて形成し、かつ連絡口の面積を縮小することが記載されている。特許文献4には、エアシリンダのピストンロッド先端に取付けたハンマーを、鋳物の湯口・湯道・押湯・堰などの製品方案部の一部に衝突させ、その衝撃力により製品方案部を堰の部分から破断して製品と分離する堰折り装置が記載されており、分離を容易に行うために、堰の部分に切り込みを設けることが記載されている。
特許文献1及び特許文献2に記載された鋳造用金型構造では、サイドゲートの除去に手間が掛かり、生産性が低下するという問題がある。そこでサイドゲートとリムとの連結部を特許文献3及び特許文献4に記載されたような形状とすることが考えられるが、この連結部(堰)の面積を狭くするあるいは切り欠きを設けるだけでは、堰の痕跡が残りその削除が必要となるという問題がある。 In the casting mold structure described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, there is a problem that it takes time to remove the side gate and productivity is lowered. Therefore, it is conceivable to form the connecting portion between the side gate and the rim as described in Patent Document 3 and Patent Document 4, but only by reducing the area of the connecting portion (weir) or by providing a notch. There is a problem that traces of the weir remain and need to be deleted.
従って本発明の目的は、鋳造されたホイール素材からサイドゲートを容易に除去して旋盤加工することが可能な車両用ホイールの製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vehicle wheel that can easily be lathe processed by removing a side gate from a cast wheel material.
上記目的を達成するために、本発明においては、リム部成形キャビティに隣接して設けたサイドゲートから成形キャビティ内に注湯することによりリム部とディスク部を有する軽合金製ホイール素材を鋳造し、前記素材からサイドゲート部を含む非製品部を除去する車両用ホイールの製造方法において、前記サイドゲート部は、可動方向に対して15度〜35度の範囲で傾むく横型の抜け勾配によって肉厚に形成された場所でリム部に連結されるとともに、小さな荷重でサイドゲート部を破断するための切り欠き部を、前記サイドゲート部の前記軽合金製ホイール素材のリム部表面から10mm以内の位置でかつ前記リム部の幅方向に沿うよう形成し、その後前記リム部を旋盤加工するという技術的手段を採用した。また本発明においては、前記切り欠き部は直線状に形成されていることが好ましい。また、前記切り欠き部は前記サイドゲート部の両面に形成されると共に、前記切り欠き部の間の距離Yは10mm以上20mm以下の距離に設定されていることが好ましい。 In order to achieve the above object, in the present invention, a light alloy wheel material having a rim part and a disk part is cast by pouring into the molding cavity from a side gate provided adjacent to the rim part molding cavity. In the method for manufacturing a vehicle wheel for removing a non-product part including a side gate part from the material, the side gate part is formed by a horizontal draft that is inclined in a range of 15 to 35 degrees with respect to a movable direction. The notch part for breaking the side gate part with a small load is connected to the rim part at a place where the thickness is formed, and within 10 mm from the rim part surface of the light alloy wheel material of the side gate part. The technical means of forming at a position and along the width direction of the rim portion and then lathe-working the rim portion was adopted. Moreover, in this invention, it is preferable that the said notch part is formed in linear form. Further, it is preferable that the notch portions are formed on both surfaces of the side gate portion, and the distance Y between the notch portions is set to a distance of 10 mm or more and 20 mm or less.
本発明によれば、サイドゲートの前記リムの近傍に前記リムの幅方向に伸長する切り欠き部が形成されているので、小さな荷重を加えるだけで、サイドゲートとリム部との境界部の一部に大きな塑性ひずみが生じ、殆ど痕跡を残さずにしかも製品部の大きな変形を伴わずにホイール素材からサイドゲート部を除去することができる。横型に設けた抜け勾配により肉厚なリム部分を形成する部分で直線状の切り欠き部を形成しているので、リム部を旋盤加工しても切削工具が欠けるなどの不具合が生ずることがない。従って、軽量かつ高強度の車両用ホイールの生産効率を向上することができる。 According to the present invention, since the notch portion extending in the width direction of the rim is formed in the vicinity of the rim of the side gate, the boundary portion between the side gate and the rim portion can be obtained only by applying a small load. A large plastic strain is generated in the portion, and the side gate portion can be removed from the wheel material without leaving a trace and without causing a large deformation of the product portion. Since the straight notch is formed at the part where the thick rim part is formed by the draft provided in the horizontal mold, there is no problem such as chipping of the cutting tool even if the rim part is turned. . Accordingly, it is possible to improve the production efficiency of a lightweight and high-strength vehicle wheel.
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。図1は本発明で使用される金型装置の断面図、図2はホイール素材の外観斜視図、図3は図2の要部を拡大した図、図4は図3のA−A線断面図である。 Details of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view of a mold apparatus used in the present invention, FIG. 2 is an external perspective view of a wheel material, FIG. 3 is an enlarged view of the main part of FIG. 2, and FIG. FIG.
図1において、1は低圧鋳造用金型であり、ホイールデザインに応じた表面形状を有する下型11、上型12、これらと嵌合して成形キャビティ14を形成する横型13a、13bと、下型11を固定するベース15aと、上型12を支持するベース15bとを備えている。キャビティ14は、ディスク部キャビティ14a及びリム部キャビティ14bを含み、各キャビティはゲート(湯口)を介して溶湯の供給部に連通している。すなわちリム部キャビティ14a、14bはサイドゲート16a、16bを介してこの溶湯保持炉(不図示)に連なるストーク17b、17cに連通している。サイドゲート16a、16bは、ホイールの軸心を挟んで対称位置に存在するように配置されている。横型にはホイールのサイドゲート切り欠き部を形成するための突起部18a、18bが設けられている。また、上型にはディスク部キャビティ14aの溶湯を押し湯するための押し湯部19が設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a low pressure casting mold, which includes a lower mold 11 and an
上記金型装置1によれば、次のようにして低圧鋳造が行われる。保持炉内の溶湯を加圧して、ストーク17a、17bを上昇した溶湯はサイドゲート16a、16bから成形キャビティ14内に注入され、リム部キャビティ14bに充填され、最後にディスク部キャビティ14aに充填される。所定時間経過後、加圧を解除することにより、ストーク17a、17b内に残留する溶湯は保持炉内に戻される。キャビティ14内に注入された溶湯は、インナーフランジ側(リム部キャビティ14bの上端部)からリム中央に向かう指向性凝固が行われ、またスポーク部からディスク部中央側に向かって凝固が行われてディスク部21が形成される。このような過程で凝固完了後、型開きを行い、図2に示す鋳造品(ホイール素材)が取り出される。
According to the mold apparatus 1, low pressure casting is performed as follows. When the molten metal in the holding furnace is pressurized and the stalks 17a and 17b are raised, the molten metal is injected into the molding cavity 14 from the side gates 16a and 16b, filled into the
このホイール素材20は、車軸(不図示)に取り付けられる円板状のディスク部21とタイヤ(不図示)が装着されるリム部22とリム部22の上端面に形成されたインナーフランジ部23とリム部22の下端面に形成されたアウターフランジ部24とリム部22の外周面に形成されたサイドゲート部26a、26bからなり、リム部22からサイドゲート部25a、25bを除去した後、例えばデザイン面25の加工、気密検査、表面処理(塗装)を施されて製品に仕上げられる。サイドゲート部26aの端部全体が図3に破線で示すようにリム部22外周まで伸びていると、端部28、28にサイドゲート部26aを除去した時に欠け残りが生じて、加工時に工具が破損し易くなるので、サイドゲート部は、図3に実線で示す形状とされる。またこのホイール素材20には、サイドゲート部26a、26bにリム部22の幅方向に沿って高さhの切り欠き部27a、27bが設けられている(図3、図4には一方の切り欠き部27aのみを示す)。この切り欠き部27aはサイドゲート部26aの上端部から下端部に亘って直線状に形成されていることが好ましい。これは、図3に一点鎖線で示すように切り欠き部27aが非直線状(例えば途中で折れ曲がった形状)に形成されていると、サイドゲート部26aを除去する際にその中央部に図3に破線で囲まれた未除去部29が発生し易く、旋盤加工時に切削工具が欠けるなどの不具合が生ずるからである。切り欠き部27aは、楔状の断面形状を有する食い込み部であり、小さな荷重で破断されるようにするためにリム部の近傍、例えばリム部外周面からの距離Xが10mm以下になる位置に形成されていることが好ましい。切り欠き部27aは平面からみてサイドゲート部26aの一方の側に形成されてもよいが、小さな荷重で破断されるようにするためにサイドゲート部26aの両側に形成されていることが好ましい。また切り欠きを両側に形成したものでは切り欠き部27a同士の先端の間隔Yは、広すぎると破断に必要な荷重が大きくなり、製品部に大きな歪みが発生するため、20mm以下に設定することが好ましい。但し間隔(Y)が狭すぎると注湯速度が低くなるので、10mm以上とすることが望ましい。またサイドゲート部26aのリム側は狭くなっているが、その部分の長さL3は、短いと凝固速度が遅くなり、サイドゲート26a中の鋳造欠陥がリム内に入る恐れがあり、長いと押し湯効果が不足して折損してしまうので10〜20mmの範囲がよい。また上記のサイドゲートによれば、横型には、図4に示すように長さL1、L2の範囲にわたって抜け勾配を設け、横型を離型する際に金型かじりを防止するとともにサイドゲート内の引け巣が万一リム内に入ったとしても、この抜け勾配が設けられた部分で押しとどめることができる。この抜け勾配を設けた部分は最終的に旋盤加工で切削されるため、リム部22の欠陥にはならず、製品部の健全性が維持される。これらから、工具(例えばハンマー)でサイドゲート部26a、26bに僅かな打撃を加えるだけで、サイドゲート部26a、26bはリム部22から速やかに除去することができる。さらには、切り欠きの形状を直線的にするとリム部の中央ではサイドゲートの一部が突出して残留し、旋盤加工時に切削工具が跳ねる問題が出るが、この抜け勾配を設けることで切削工具に急激な応力変化をなくし、旋盤加工での不具合を解消できる。抜け勾配の角度は横型の可動方向に対して15度〜35度が好ましい。これらからサイドゲート部26a、26bは僅かな力でリム部22から容易に除去されてリム部22に歪みが殆ど発生しないので、従来の如くの歪み取り熱処理のような後処理が不要となり健全性の高いホイールを製造できる。特に17インチ以上の大口径ホイールでは歪が発生しやすいため、本発明は効果的である。
The
ホイール素材20をAl−Si−Mg系合金で鋳造した場合を想定して{但し、切り欠き部の深さ=2mm、X=1.5mm、L3=15mm、h=138mmに設定}、図5に示す解析モデルを用いてホイールに発生する塑性ひずみを算出した。すなわち図5に示すようにホイール素材20を定盤30上に戴置し、アウターフランジ24を定盤30に拘束し、サイドゲート部26aに図示矢印S方向から荷重を印加するという境界条件を設定して、ホイール素材20に発生するひずみを算出した結果を図6に示す。比較のためにホイール素材20に切り欠き部27aを設けない以外は上記と同様の条件でホイール素材20に発生するひずみを算出した結果を図7に示す。これらのシミュレーションにおいては、ホイール素材20に発生する塑性ひずみが15%に到達した時に、サイドゲート部26aが破断されて、リム部22から除去され得ると考えて限界塑性ひずみを15%に設定したもので、図6においては、最外周の等ひずみ線とその内側の等ひずみ線との間の領域S0は3〜4.5%の塑性ひずみを示し、最内周の等ひずみ線の内側の領域Siは13.5〜15%の塑性ひずみを示す。また上記荷重を変化させた場合に、インナーフランジ25の直径Dの変化を図8に示す。
Assuming the case where the
図6から、本発明のホイール素材20は、80KNの荷重で15%の限界塑性ひずみに達し、切り欠き部26aのみに塑性ひずみが集中していることがわかる。図7から、切り欠き部26aの無いホイール素材20は、130KNの荷重で15%の限界塑性ひずみに達し、サイドゲート部25aのみならずリム部22にも及ぶ広範囲の塑性ひずみが発生していることがわかる。図8から、本発明のホイール素材20は、サイドゲート部25aが80KNの荷重で破断させた場合のインナーフランジ25の直径Dの変化量は0.36mmであり、切り欠き部26aの無いホイール素材20のインナーフランジ25の直径Dの変化量0.51mmと比較して30%もの低減ができることがわかる。すなわち本発明のホイール素材20は、切り欠き部26aの無いホイール素材20に較べて40%以上軽減された荷重で、限界塑性ひずみに到達し、しかも塑性ひずみが切り欠き部のみに集中しており、インナーフランジ部23の変形が少なくできるため、従来の如くの歪み取り熱処理のような後処理を行わずに、製品化することが可能となる。
FIG. 6 shows that the
Al−Si−Mg系合金(JIS AC4CH材)の溶湯(約450℃)を図1に示す金型(約450℃)に注入し、所定の圧力(0.049〜0.063MPa)で鋳造することにより、図4に示すホイール素材20を作製した。この場合、突起部からリム部外周面までの距離Xを0〜15mm、幅Yを0〜20mmの範囲で変化させた。また、抜け勾配を25度とし、サイドゲート部26aのリム側の狭くなる部分L3を15mmとした。
A molten metal (about 450 ° C.) of an Al—Si—Mg alloy (JIS AC4CH material) is poured into a mold (about 450 ° C.) shown in FIG. 1 and cast at a predetermined pressure (0.049 to 0.063 MPa). Thus, the
図5に示す荷重Sと同様の方向からホイール素材に荷重を加えることにより各ホイール素材からサイドゲートを除去した結果、距離Xが0〜15mmでかつ幅Yが10〜15mmの場合にサイドゲート除去工数が大幅に短縮され、しかも鋳造欠陥(外観巣)も生じない正常な表面状態であることが確認された。これに対し、Xが10mmより長くかつ幅Yが15mmを越えた場合は、リム部外周面に大きな歪みが発生し、また切り欠け部を設けない場合も、リム部外周面に大きな歪みが発生することが確認された。 As a result of removing the side gate from each wheel material by applying a load to the wheel material from the same direction as the load S shown in FIG. 5, the side gate is removed when the distance X is 0 to 15 mm and the width Y is 10 to 15 mm. It was confirmed that the surface condition was normal without significantly reducing the man-hours and producing no casting defects (appearance nests). On the other hand, when X is longer than 10 mm and width Y exceeds 15 mm, a large distortion occurs on the outer peripheral surface of the rim, and a large distortion occurs on the outer peripheral surface of the rim even when notch portions are not provided. Confirmed to do.
1:低圧鋳造用金型、11:下型、12:上型、13a、13b:横型、
14:キャビティ、14a:ディスク部キャビティ、
14b、14c:リム部キャビティ、15a、15b:ベース、
16a、16b:サイドゲート、17a、17b:ストーク、18a、18b:突起部、19:押し湯部、20:ホイール素材、21:ディスク部21、22:リム部、
23:インナーフランジ、24:アウターフランジ、25:デザイン面、
26a、26b:サイドゲート部、27a、27b:切り欠き部、28:端部、
29:未除去部、30:定盤、31:対称境界面
1: Low pressure casting mold, 11: Lower mold, 12: Upper mold, 13a, 13b: Horizontal mold,
14: cavity, 14a: disk part cavity,
14b, 14c: rim cavity, 15a, 15b: base,
16a, 16b: Side gates, 17a, 17b: Stoke, 18a, 18b: Protruding part, 19: Pusher part, 20: Wheel material, 21:
23: inner flange, 24: outer flange, 25: design surface,
26a, 26b: side gate portion, 27a, 27b: notch portion, 28: end portion,
29: Unremoved part, 30: Surface plate, 31: Symmetrical boundary surface
Claims (3)
前記サイドゲート部は、可動方向に対して15度〜35度の範囲で傾むく横型の抜け勾配によって肉厚に形成された場所でリム部に連結されるとともに、
小さな荷重でサイドゲート部を破断するための切り欠き部を、前記サイドゲート部の前記軽合金製ホイール素材のリム部表面から10mm以内の位置でかつ前記リム部の幅方向に沿うよう形成し、その後前記リム部を旋盤加工することを特徴とする車両用ホイールの製造方法。 A non-product part including a side gate part is cast from the material by casting a light alloy wheel material having a rim part and a disk part by pouring into the molding cavity from a side gate provided at least adjacent to the rim part forming cavity. In the vehicle wheel manufacturing method for removing
The side gate portion is connected to the rim portion at a place where the side gate portion is thickly formed by a horizontal escape gradient that is inclined in a range of 15 to 35 degrees with respect to the movable direction ,
A notch for breaking the side gate portion with a small load is formed at a position within 10 mm from the rim surface of the light alloy wheel material of the side gate portion and along the width direction of the rim portion, Thereafter, the rim portion is lathe processed, and the vehicle wheel manufacturing method is characterized.
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