JP4548995B2 - Strengthening the aluminum wheel mounting surface - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用の軽合金製ホイールの車軸への取付面の強化方法、特にトラックやバス用のアルミホイール取付面の強化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トラック、バス用ホイールは、一般的に鋼鈑の溶接構造である。しかし、軽量化、タイヤ及びブレーキの放熱性及び意匠性の面で鍛造もしくは鋳造のアルミホイールが採用されるようになった。
【0003】
一方、鋼製のホイールをアルミに置き換える場合には、鋼とアルミの材料強度差のため、ホイールハブの肉厚を鋼製の場合に比べて厚くする必要がある。この時、トラック等の車幅が決められている場合、アルミホイールのハブ厚みを鋳造アルミの強度基準にあった厚みまでは厚くできないという問題があった。更に、ハブを厚くすることはホイールの軽量化の目的に反することになる。
【0004】
上記の問題点を解決した先行技術としては特開平9−122893号公報及び特開平10−225825号公報がある。この特開平9−122893号公報にはトラック、バス用鋳造アルミホイールの疲労強度を向上させる製造方法が記載されている。即ち、「トラック、バス用アルミホイールの鋳造品を、ボルト穴間の鍛圧加工とナット座のバニシング及び取付面のショットブラストの3種の強化加工の全てを任意の順序で施すことにより、鋳造アルミホイールの取付ボルト穴部を強化する製造方法」が記載されている。
【0005】
また、特願平10−225825号公報には、軽合金製ホイール全面に充分な疲労強度と剛性を付与するとともにホイール表面の光沢と光輝性を向上させる方法が記載されている。即ち、「軽合金製ホイールを比較的比重の大きいスチールやステンレス製のボール状及び/又は角に丸味を有する異形状のメディアをバレル内に入れて、強力な振動を与えホイール表面にメディアをビーティングさせることで硬化層を形成するとともに鏡面に近いなめらかな光沢肌を得る」ことが記載されている。
【0006】
しかしながら、上述した先行技術においても以下の問題点があった。即ち、特開平9−122893号公報に記載の技術においては、3種の強化加工の全てを実施する必要があり、強化工程数が多くなり、生産効率の低下を招いていた。また、3種の強化加工後にナット座及び取付面の機械加工をせずにホイールを車軸に取付けるとともに、ナットで締付を行うような記載となっている。ショットピーニング肌の表面状態は表面粗度も粗く、この状態で取付けると、トラックやバスが走行中に締付面の突起部がへたり、取付ボルトが緩むという重大事故が発生する危険性がある。ショットピーニング肌でも取付ボルトが緩むことがないショットピーニングの技術の開示がなされていなかった。
一方、特願平10−225825号公報に記載の技術においては、ホイール全体に光輝性を与えることについては優れたものである。その反面、バレル内で振動によるビーティングを行っているので、ホイール表面の必要箇所に充分な圧縮残留応力を与えることができないことやホイールの生産効率の面で満足ができるレベルではなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたもので、トラックやバス用のアルミホイールにおいて、軽量化の目的を達成するとともに生産効率の高いアルミホイール取付面及び取付ボルト穴とナット座面の強化方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記の課題を解決するために、第1の発明においては、トラック及びバス用のアルミホイールにおいて、鋳造・熱処理工程を完了した該アルミホイールのセンター穴と該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を切削加工した後にショットピーニングを行い、その後に該センター穴基準により該アルミホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面を除く必要部位を切削することとした。
また、第2の発明においては、、第1の発明におけるショットピーニングを粒径が0.3〜0.6mmの鋼球で行うこととした。
【0009】
従来のアルミホイールの製造方法においては、鋳造と熱処理を完了したアルミホイール全体にショットピーニングを行っていた。このショットピーニングの目的は、ホイールの窓部等鋳肌部が最終製品で残る部位の強化と外観上の表面肌を良くするためのものであった。
【0010】
即ち、今回問題となっているホイールの車軸への取付面及び取付ボルト穴とナット座面については、ショットピーニング工程の後で、機械加工により面粗度(算術平均粗さ表示で)1.6μm程度に仕上げていた。このため、前記取付面及び取付ボルト穴とナット座面の表面に形成された圧縮残留応力層は機械加工により除去されるので、疲労強度の向上は期待できなかった。
ショット肌を機械加工により除去する理由としては、ショット肌の面粗度が良くないことにある。即ち、ショット肌の面粗度(算術平均粗さ表示で)は12μm程度であり、取付面や座面の面粗度としては粗すぎると考えられていた。取付面や座面の面粗度が粗いと、車両が走行中に種々の変動荷重を受けて突起部(面粗度の粗い部分)がへたって、ボルトが緩む心配があったからである。
本発明は、従来より実施しているショットピーニング工程の実施タイミングを変えることによって、特殊な(余分な)加工工程を設けることなく、トラックやバス用アルミホイールの取付面及び取付ボルト穴とナット座面の強度アップを行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるトラックやバス用アルミホイールの製造工程について説明する。図1は本発明の実施例に係るトラック用アルミホイールの断面図、図2は図1におけるA方向から見た側面図、図3は図1におけるB方向から見た側面図、図4は図1における取付ボルト穴の拡大断面図、図5は図3におけるP部の拡大図である。
鋳造及び熱処理を完了したアルミホイールを、最初にホイール100のセンター穴7と取付ボルト穴3とナツト座面4及びホイールの車軸への取付面2の両者もしくはその片方を製品完成状態(正仕上げ状態)に機械加工した後に、ホイール全体にショットピーニングを実施する。ショットピーニング完了後に、リム部、バルブ穴等を切削加工する。これにより、取付ボルト穴3とナット座面4、取付面2、センター穴7、鋳肌部がショット肌のままであり、その他の部位は切削肌になる。
【0012】
ここで、重要なポイントはショットピーニング肌の面粗度である。即ち、本発明の本質は、ショットピーニング工程の実施時期を変更しただけでなく、取付面及び取付ボルト穴とナット座面がショットピーニング肌の状態で(機械加工しないで)、車両に実装できることにある。従って、これが可能となるショットピーニングのやり方を特定しておく必要がある。
このショットピーニングに用いる鋼球はステンレス製もしくはスチール製であり、鋼球の直径は0.3〜1.0mmで行うのが一般的であり、より好ましくは0.3〜0.6mmの範囲のもので、面粗度が8.0μm(算術平均粗さ)程度とする。鋼球の直径が0.3mmより小さいと、鋼球自体の質量が小さくなるので、必要箇所に充分な圧縮残留応力を与えることができない。また、0.6mmより大きくなると、ショットピーニング肌の面粗度が粗くなるので好ましくない。参考用として補足説明すると、従来のショットピーニングにおいては直径が0.8mmの鋼球を使用しており、この時の面粗度は12μm(算術平均粗さ)程度であった。
鋼球の形状としては球状のものや円筒状(カットワイヤ状)のものがあるが、面粗度を良好に保つためには球状のものが適している。
【0013】
次に、トラックやバス用のアルミホイールの疲労試験で発生しているクラックについて説明する。クラックの発生場所は図2及び図5に示すように、ホイール取付面7の車軸側との当り面境界線(車軸側外周ライン)5付近とナット座面4付近とに多く見られる。ホイール取付面2の当り面境界線5から外側に向かってヘアクラック8が発生し、更に疲労試験を継続するとこのヘアクラック8が進展していく。また、図5に示したナット座面4に発生するヘアクラック1も疲労試験を継続すると進展していく。
このクラック防止対策としてはショットピーニングによる取付ボルト穴とナット座面に圧縮残留応力の付与及びホイール取付面の当り面(接触面)境界線より外側に数mm程ショット肌の部分を残す(ショット肌の境界線6)ことにより解決している。なお、本発明は図4に示した球面座に限定する必要はなく、平面座の場合でも適用できる。
【0014】
【実施例】
図1〜図3に示す17インチトラック用のアルミホイールを堅型ダイカストマシンにてアキュラッドピンにより加圧を行いながら鋳造を行った。次に、強度と伸びの改善のため、溶体化と時効のための熱処理を行った。
次に、センター穴7と取付穴部(ボルト穴3及びナット座面4)と必要に応じて車軸への取付面の切削加工を行った。このときの面粗度は算術平均粗さ表示で1.6μmとした。なお、機械加工精度を確保するため、最初の加工工程でセンター穴も加工しておき、2回目の機械加工時はこのセンター穴7基準で加工した。
次に、0.4mmのステンレス製鋼球を使って、ショットスピードを40〜50m/秒の条件でショットピーニングを行い、その後にセンター穴基準にてその他の必要部位の切削加工を行った。このようにして製作したアルミホイールを定められた条件で耐久テストを行い、取付面及び取付ボルト穴とナット座面が切削肌であった場合には不合格であったものがショット肌にした場合には合格となった。
【0015】
ここで、耐久テストの内容について説明しておく。この耐久テストは各自動車メーカがそれぞれ独自の方法を定めており、共通のものはない。耐久疲労テストは回転曲げテストとドラム試験が主体であり、このドラム試験とはホイールにタイヤを装着した状態でドラムをタイヤに一定の力で押付けながらドラムを回転させる試験である。これにより、タイヤ(ホイール)は従動回転するので、走行試験に相当するものである。上述したように、本実施例においてはM社の試験規定に従って、従来のホイールと本発明に基づくホイールの比較試験を行ったものである。
【0016】
【発明の効果】
トラック及びバス用のアルミホイールの車軸への取付面と同取付ボルト穴とナット座面にショットピーニングを実施して、これらの面を機械加工することなく、ショット肌のままで車軸に取付けることにより、ショット肌表面に付加された圧縮残留応力によって疲労強度が高まり、ホイール取付面及び取付ボルト穴とナット座面に発生するクラックをなくすことができる。また、ホイールの車軸への取付面及び同取付ボルト穴とナット座面の必要最小限部分のみをショット肌のままに残しており、その他の部位、即ち、外面及びリム部等は機械加工により切削光輝肌となっており、外観上アルミらしさを認識させることができる。従って、アルミホイールとしての意匠性を確保したままで、取付面と同取付ボルト穴とナット座面の疲労強度を増大させることができ、商品性の向上もはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例に係るトラック用アルミホイールの断面図である。
【図2】図2は図1におけるA方向から見た側面図である。
【図3】図3は図1におけるB方向から見た側面図である。
【図4】図4は図1における取付ボルト穴の拡大断面図である。
【図5】図5は図3におけるP部の拡大図である。
【符号の説明】
1 ナット座面のヘアクラック
2 アルミホイールの車軸への取付面
3 取付ボルト穴
4 ナット座面(球面座)
5 取付面の車軸側との当り面境界線(車軸側外周ライン)
6 ショット肌の境界線
7 センター穴
8 取付面のヘアクラック
100 アルミホイール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for reinforcing a mounting surface of a light alloy wheel for a vehicle on an axle, and particularly to a method for reinforcing an aluminum wheel mounting surface for a truck or a bus.
[0002]
[Prior art]
The wheel for trucks and buses is generally a steel-steel welded structure. However, forged or cast aluminum wheels have come to be adopted in terms of weight reduction, heat dissipation of tires and brakes, and design.
[0003]
On the other hand, when replacing a steel wheel with aluminum, it is necessary to increase the thickness of the wheel hub compared to the case of steel because of the difference in material strength between steel and aluminum. At this time, when the vehicle width of a truck or the like is determined, there is a problem that the hub thickness of the aluminum wheel cannot be increased to a thickness that meets the strength standard of cast aluminum. Further, increasing the thickness of the hub is contrary to the purpose of reducing the weight of the wheel.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-122893 and 10-225825 disclose prior art that solves the above problems. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-122893 discloses a manufacturing method for improving the fatigue strength of cast aluminum wheels for trucks and buses. In other words, "cast aluminum products for trucks and buses are cast aluminum by performing all three types of strengthening processing, including forging between bolt holes, burnishing of nut seats and shot blasting of mounting surfaces in any order. "A manufacturing method for strengthening a mounting bolt hole portion of a wheel" is described.
[0005]
Japanese Patent Application No. 10-225825 discloses a method for imparting sufficient fatigue strength and rigidity to the entire surface of a light alloy wheel and improving the gloss and brightness of the wheel surface. That is, “Light alloy wheels are made of steel or stainless steel balls with relatively large specific gravity and / or irregularly shaped media with rounded corners placed in the barrel, giving strong vibrations and beating the media on the wheel surface. By doing so, a hardened layer is formed and a smooth glossy skin close to a mirror surface is obtained ”.
[0006]
However, the prior art described above also has the following problems. That is, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-122893, it is necessary to perform all three kinds of strengthening processes, and the number of strengthening steps is increased, resulting in a decrease in production efficiency. Further, it is described that the wheel is mounted on the axle without machining the nut seat and the mounting surface after the three types of strengthening, and the nut is tightened. The surface condition of the shot peening skin is also rough, and if it is mounted in this state, there is a risk of serious accidents such as protrusions on the tightening surface becoming slack or loosening of the mounting bolts while the truck or bus is running. . There has been no disclosure of the technique of shot peening in which the mounting bolt does not loosen even on shot peening skin.
On the other hand, the technique described in Japanese Patent Application No. 10-225825 is excellent in giving radiance to the entire wheel. On the other hand, since beating is carried out by vibration in the barrel, it was not possible to give sufficient compressive residual stress to the necessary part of the wheel surface and the level of production efficiency of the wheel was not satisfactory.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. In an aluminum wheel for trucks and buses, an aluminum wheel mounting surface and a method for strengthening a mounting bolt hole and a nut seat surface that achieve the object of weight reduction and high production efficiency. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems in the present invention, in the first invention, in the aluminum wheel for trucks and buses, the center hole of the aluminum wheel which has completed the casting and heat treatment process and the axle of the aluminum wheel to the axle are provided. Shot peening is performed after the mounting surface, mounting bolt hole and nut seat surface are cut, and then the necessary parts excluding the mounting surface to the axle of the aluminum wheel and the mounting bolt hole and nut seat surface are cut according to the center hole reference. It was decided to.
In the second invention, the shot peening in the first invention is performed with a steel ball having a particle size of 0.3 to 0.6 mm.
[0009]
In the conventional method for producing an aluminum wheel, shot peening is performed on the entire aluminum wheel that has been cast and heat-treated. The purpose of this shot peening was to strengthen the portion where the cast skin portion such as the window portion of the wheel remains in the final product and to improve the surface skin on the appearance.
[0010]
In other words, for the mounting surface of the wheel axle, the mounting bolt hole, and the nut seat surface, which are the problems this time, the surface roughness (arithmetic mean roughness display) 1.6 μm by machining after the shot peening process. Finished to the extent. For this reason, since the compressive residual stress layer formed on the mounting surface, the mounting bolt hole, and the surface of the nut seat surface is removed by machining, an improvement in fatigue strength cannot be expected.
The reason why the shot skin is removed by machining is that the surface roughness of the shot skin is not good. That is, the surface roughness (in arithmetic mean roughness display) of the shot skin is about 12 μm, and it was considered that the surface roughness of the mounting surface and the seating surface is too rough. This is because if the surface roughness of the mounting surface or seating surface is rough, there is a concern that the bolts may loosen due to various projecting loads when the vehicle travels and the protrusions (parts with a rough surface roughness) sag.
The present invention changes the mounting timing of the shot peening process, which has been conventionally performed, without providing a special (extra) processing step, and the mounting surface of the aluminum wheel for trucks and buses, the mounting bolt hole, and the nut seat The strength of the surface can be increased.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a manufacturing process of a truck or bus aluminum wheel according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a cross-sectional view of an aluminum wheel for trucks according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view seen from the direction A in FIG. 1, FIG. 3 is a side view seen from the direction B in FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of the mounting bolt hole in FIG. 1, and FIG. 5 is an enlarged view of a portion P in FIG.
For the aluminum wheel that has been cast and heat-treated, first, the
[0012]
Here, an important point is the surface roughness of the shot peening skin. That is, the essence of the present invention is that not only the execution time of the shot peening process is changed, but also the mounting surface, the mounting bolt hole and the nut seat surface can be mounted on the vehicle in a state of shot peening skin (without machining). is there. Therefore, it is necessary to specify a shot peening method that enables this.
The steel ball used for this shot peening is made of stainless steel or steel, and the diameter of the steel ball is generally 0.3 to 1.0 mm, more preferably in the range of 0.3 to 0.6 mm. The surface roughness is about 8.0 μm (arithmetic average roughness). If the diameter of the steel ball is smaller than 0.3 mm, the mass of the steel ball itself becomes small, so that a sufficient compressive residual stress cannot be applied to a necessary portion. On the other hand, when the thickness is larger than 0.6 mm, the surface roughness of the shot peening skin becomes rough, which is not preferable. As a supplementary explanation, a conventional shot peening uses a steel ball having a diameter of 0.8 mm, and the surface roughness at this time is about 12 μm (arithmetic mean roughness).
The shape of the steel ball includes a spherical shape and a cylindrical shape (cut wire shape), but a spherical shape is suitable for maintaining good surface roughness.
[0013]
Next, cracks occurring in the fatigue test of aluminum wheels for trucks and buses will be described. As shown in FIGS. 2 and 5, many cracks are found near the contact surface boundary line (axle side outer peripheral line) 5 with the
To prevent this cracking, compressive residual stress is applied to the mounting bolt hole and nut seat surface by shot peening, and a shot skin part is left about several mm outside the boundary line (contact surface) of the wheel mounting surface (shot skin). This is solved by the boundary line 6). Note that the present invention need not be limited to the spherical seat shown in FIG.
[0014]
【Example】
The aluminum wheel for a 17-inch truck shown in FIGS. 1 to 3 was cast while being pressurized with an acicular pin in a rigid die casting machine. Next, in order to improve strength and elongation, heat treatment was performed for solution and aging.
Next, the
Next, shot peening was performed using a 0.4 mm stainless steel ball under the condition of a shot speed of 40 to 50 m / sec, and then other necessary parts were cut based on the center hole. When the endurance test is performed on the aluminum wheel manufactured in this way under the specified conditions, and the mounting surface, the mounting bolt hole and the nut seat surface are cut skin, the rejected surface is shot skin Passed.
[0015]
Here, the contents of the durability test will be described. Each endurance test has its own method, and there is no common test. The endurance fatigue test mainly consists of a rotating bending test and a drum test. This drum test is a test in which the drum is rotated while pressing the drum against the tire with a constant force while the tire is mounted on the wheel. As a result, the tire (wheel) is driven and rotated, which corresponds to a running test. As described above, in this embodiment, a comparative test of a conventional wheel and a wheel based on the present invention was performed according to the test regulations of M company.
[0016]
【The invention's effect】
By carrying out shot peening on the mounting surfaces of aluminum wheels for trucks and buses to the axle, the same mounting bolt holes and nut seats, and mounting these surfaces on the axles without machining, The fatigue strength is increased by the compressive residual stress applied to the shot skin surface, and cracks generated on the wheel mounting surface, the mounting bolt hole, and the nut seat surface can be eliminated. Also, the mounting surface of the wheel to the axle and the minimum necessary parts of the mounting bolt hole and nut seat surface are left as it is, and other parts, that is, the outer surface and the rim part are cut by machining. It has a radiant skin, and the appearance of aluminum can be recognized. Therefore, it is possible to increase the fatigue strength of the mounting surface, the same mounting bolt hole, and the nut seat surface while ensuring the design characteristics as an aluminum wheel, thereby improving the merchantability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a truck aluminum wheel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view seen from the direction A in FIG.
FIG. 3 is a side view as seen from the direction B in FIG. 1;
4 is an enlarged cross-sectional view of a mounting bolt hole in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a P portion in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1 Hair crack of
5 Contact surface boundary line with axle side of mounting surface (Axle-side outer peripheral line)
6 Shot
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