JP4714663B2 - Manufacturing method for vehicle wheel - Google Patents
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Description
本発明は、車両用ホイールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a vehicle wheel.
車両用ホイールを、アルミ合金等の軽金属で鋳造する方法は公知である。このような鋳造方法では、円盤形状のディスク用成形空間と筒形状のリム用成形空間を有する鋳型を用意する。ディスク用成形空間の中央または側面にゲートを接続し、このゲートから溶湯を注入してディスク用成形空間、リム用成形空間へと順に溶湯を充填する。 A method of casting a vehicle wheel with a light metal such as an aluminum alloy is known. In such a casting method, a mold having a disk-shaped disk forming space and a cylindrical rim forming space is prepared. A gate is connected to the center or side surface of the disk molding space, and a molten metal is injected from the gate to fill the disk molding space and the rim molding space in order.
上記鋳造の際には、複雑な形状のディスク用成形空間から狭いリム用成形空間に短時間に溶湯を充填させる必要があり、金型構造的にも抜き勾配を付ける必要があるため、両成形空間の境の環状の接続部を広くしてある。 In the above casting process, it is necessary to fill the molten space in a short rim from the complex shaped disk molding space to the narrow rim molding space in a short time. The annular connection at the boundary of the space is widened.
上記車両用ホイールの製造方法では、最終形状に近い車両用ホイールを一度で成形するため、金型構造が複雑となり、製造コストが高かった。 In the vehicle wheel manufacturing method described above, since the vehicle wheel close to the final shape is molded at once, the mold structure becomes complicated and the manufacturing cost is high.
また、溶湯充填後の凝固過程において、リム先端から凝固が始まり上記接続箇所に向かって凝固が進行するが、上記環状の接続部の溶湯量が多いので、これより先にディスク用成形空間での凝固が始まり、上記環状の接続部が最後に凝固することになる。そのため、この接続部でひけ巣等の鋳造欠陥が生じる可能性があった。その結果、ディスク部の凝固速度を向上させることが困難となり、機械的性質の劣化が懸念された。 Further, in the solidification process after filling the molten metal, solidification starts from the rim tip and progresses toward the connection location, but since the amount of the molten metal in the annular connection portion is large, before this, Solidification begins, and the annular connection finally solidifies. For this reason, there is a possibility that a casting defect such as a shrinkage nest will occur at this connection portion. As a result, it was difficult to improve the solidification rate of the disk part, and there was concern about deterioration of mechanical properties.
さらに、最終形状の車両用ホイールにおいて、上記環状接続部に対応するディスクとリムの境は、要求される強度が低いにも拘わらず、必要以上の肉厚となり材料の無駄があった。 Further, in the vehicle wheel having the final shape, the boundary between the disk and the rim corresponding to the annular connection portion is thicker than necessary even though the required strength is low, and the material is wasted.
上記鋳造方法の欠点は鋳造される車両用ホイールの径およびリム幅、肉厚が大きくなるにしたがって顕著になる。なぜなら、径が大きいほど上記環状接続部を広くして鋳造性を高める必要があるため、鋳造欠陥の発生率が高くなるとともに、材料の無駄が多くなり軽量化を図ることができないからである。 The disadvantages of the above casting method become more prominent as the diameter, rim width and thickness of the vehicle wheel to be cast increase. This is because the larger the diameter is, the wider the annular connecting portion is and the higher the castability is. Therefore, the occurrence rate of casting defects is increased, the material is wasted, and the weight cannot be reduced.
特許文献1には、第1、第2の部品を用意し、これらを摩擦圧接することにより、車両用ホイールを製造する方法が開示されている。詳述すると、第1部品は、ディスクとリムの一方の端部とを一体に有して略円盤形状をなしている。また、第2部品はリムの大部分すなわちリムの中間部と他方の端部を一体に有して筒形状をなしている。
上記第1部品は、上記ディスクとリムの一方の端部との境において環状の凹部を有するとともに、この環状の凹部の径方向外側および内側に位置する一対の環状の第1接合面を有している。
他方、上記第2部品は、その一端面に、上記第1部品の一対の第1接合面と対峙する一対の環状の第2接合面を有している。
The first part has an annular recess at the boundary between the disk and one end of the rim, and has a pair of annular first joint surfaces located radially outside and inside the annular recess. ing.
On the other hand, the second part has a pair of annular second joint surfaces facing one pair of first joint surfaces of the first part on one end face thereof.
そして、上記第1部品の一対の第1接合面と第2部品の一対の第2接合面とを溶接することにより、ホイール原形を得る。その後、切削加工により最終形状の車両用ホイールを得る。上記溶接としてアーク溶接、レーザー溶接等の他に摩擦圧接も教示されている。 And a wheel original form is obtained by welding a pair of 1st joint surface of the said 1st component, and a pair of 2nd joint surface of a 2nd component. Thereafter, the final vehicle wheel is obtained by cutting. In addition to arc welding, laser welding, etc., friction welding is taught as the above welding.
特許文献1の製造方法は、第1、第2部品を別々に製造するため、製造コストを削減できる可能性がある。また、ディスクとリムの境に環状の空洞が形成されるため、材料の無駄を省き軽量化を図ることもできる。なお、上記特許文献1には、第1、第2部品の個別の製造工程について記載は無い。
Since the manufacturing method of
特許文献2にも、2つの部品により車両ホイールを製造する方法が開示されている。特に特許文献2の第3図に示す第3実施例では、ディスクを鍛造または鋳造後鍛造することにより得る。リムは、厚肉のプリフォームを鋳造した後、このプリフォームをスピニング加工することにより得る。そして、図2に示す第2実施例と同様にリム内周部をディスク外周部に摩擦圧接することにより、ホイール原形を得る。その後、切削加工により最終形状の車両用ホイールを得る。
特許文献1において2つの部品を溶接する際にアーク溶接等を用いる場合には、その熱により材質改変を招く可能性がある。また、摩擦圧接を用いる場合には、下記の不都合がある。
In
摩擦圧接は、一方の部品を他方の部品に対して相対回転するとともに、大きな力(推力)で一方を他方に近づけるように押し付けることにより、実現される。そのため、上記第1、第2部品は、大きな推力(またはその反力)に耐える強度を要求される。 The friction welding is realized by rotating one part relative to the other part and pressing one part closer to the other with a large force (thrust). For this reason, the first and second parts are required to have a strength capable of withstanding a large thrust (or a reaction force thereof).
特許文献1では、一対の第2接合面で受ける推力(またはその反力)は、最終的にリムの中間部で負担することになるが、このリムの中間部は薄肉であるので、変形を招く恐れがある。
In
また、第2部品において径方向外側の第2接合面が、リムの中間部から径方向に突出する鍔部の外周縁近傍に形成されているため、径方向外側の第2接合面で受ける推力(またはその反力)は、推力の作用方向と直交する鍔部で負担することになる。そのため、この鍔部の内周縁部(リムの中間部との接続部)に大きな応力がかかり、その変形を招く恐れがある。 In addition, since the second joint surface on the radially outer side in the second part is formed in the vicinity of the outer peripheral edge of the flange portion that projects in the radial direction from the middle portion of the rim, the thrust received by the second joint surface on the radially outer side (Or the reaction force) is borne by the buttocks that are orthogonal to the direction in which the thrust acts. For this reason, a large stress is applied to the inner peripheral edge portion (connecting portion with the intermediate portion of the rim) of the flange portion, which may cause deformation.
上記のように特許文献1では、摩擦圧接の際に第2部品の変形を招く恐れがあり、この変形を招かないためには推力を低減させる必要があり、接合品質の劣化を招く。
As described above, in
特許文献2の第3実施例の場合では、リムの中間部がリムの接合面のほぼ中央に位置しているため、特許文献1より摩擦圧接条件が良いことが推測されるが、それでもリムの中間部が薄肉であるため推力を十分に付与することはできない。また、特許文献2では、ディスクとリムとの境が厚肉であるため材料の無駄が生じ、車両用ホイールの軽量化に寄与しない。
In the case of the third embodiment of Patent Document 2, since the intermediate portion of the rim is located at substantially the center of the joint surface of the rim, it is estimated that the friction welding condition is better than
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、車両用ホイールの製造方法において、
(ア)ディスクとリムの一方の端部とを一体に有する略円盤形状の第1部品と、厚肉のリム用プリフォームとして提供される筒形状の第2部品とを用意し、
上記第1部品は、上記ディスクとリムの一方の端部との境に環状の凹部を有するとともに、この環状の凹部の径方向外側および内側に位置する一対の環状の第1接合面を有し、
上記第2部品は、その一端面に、上記第1部品の一対の第1接合面と対峙する一対の環状の第2接合面を有し、
(イ)上記第1部品の一対の第1接合面と第2部品の一対の第2接合面とを摩擦圧接し、
(ウ)上記摩擦圧接後に上記第2部品をスピニング加工してリムの中間部および他方の端部を成形することを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a method for manufacturing a vehicle wheel,
(A) A substantially disk-shaped first part integrally having a disc and one end of a rim, and a cylindrical second part provided as a thick-walled rim preform, are prepared.
The first part has an annular recess at the boundary between the disk and one end of the rim, and has a pair of annular first joint surfaces located radially outside and inside the annular recess. ,
The second component has a pair of annular second bonding surfaces facing the pair of first bonding surfaces of the first component on one end surface thereof,
(A) Friction welding the pair of first joint surfaces of the first part and the pair of second joint surfaces of the second part;
(C) The second part is spun after the friction welding to form an intermediate part and the other end of the rim.
上記構成によれば、車両用ホイールを2つの部品により製造するので、製造コストを低減させることができる。しかも大きな強度を要求されないディスクとリムの境において環状の空洞が形成されるので、材料の無駄を省くことができるとともに、車両用ホイールの軽量化を図ることができる。
また、スピニング加工によりリムの薄肉軽量化、高強度化を図ることができる。
また、摩擦圧接を用いるので入熱量が少なく、そのため材質改変や変形が少なく、溶材も不要であり、溶接コストが低い。
さらに、摩擦圧接の際に、第2部品は肉厚であるため、一対の第2接合面から受ける大きな推力を、変形することなく負担することができ、接合品質を向上させることができる。
According to the said structure, since the vehicle wheel is manufactured by two components, manufacturing cost can be reduced. In addition, since an annular cavity is formed at the boundary between the disk and the rim, which does not require a high strength, it is possible to save material and reduce the weight of the vehicle wheel.
Further, the thinning, lightening, and high strength of the rim can be achieved by spinning.
In addition, since friction welding is used, the amount of heat input is small, so there is little material modification or deformation, no molten material is required, and welding costs are low.
Furthermore, since the second component is thick during the friction welding, a large thrust received from the pair of second joining surfaces can be borne without being deformed, and the joining quality can be improved.
好ましくは、上記第1部品が軽金属を鋳造したもの、または鋳造後に鍛造したものである。これによれば、第1部品を低コストで鋳造することができ、巣等の鋳造欠陥の発生を抑制ないしは防止できる。その結果、凝固速度を向上させることが可能となり、機械的性質の向上が図れる。 Preferably, the first component is a light metal cast or forged after casting. According to this, the first part can be cast at low cost, and the occurrence of casting defects such as nests can be suppressed or prevented. As a result, the solidification rate can be improved, and the mechanical properties can be improved.
好ましくは、上記第2部品が軽金属を鋳造することにより得られる。これによれば、第2部品を低コストで鋳造することができ、巣等の鋳造欠陥の発生を抑制ないしは防止できる。 Preferably, the second part is obtained by casting a light metal. According to this, the second part can be cast at low cost, and the occurrence of casting defects such as nests can be suppressed or prevented.
好ましくは、上記第2部品が軽金属を押出成形した円筒形状のもの、または円筒形状の押出成形品をほぼ円錐形状に加工したものである。
これによれば、第2部品をさらに安価に得ることができる。
Preferably, the second component is a cylindrical shape obtained by extruding a light metal, or a cylindrical extruded product processed into a substantially conical shape.
According to this, a 2nd component can be obtained further cheaply.
本発明によれば、軽量かつ高強度の車両用ホイールを低コストで製造することができる。 According to the present invention, a lightweight and high-strength vehicle wheel can be manufactured at low cost.
以下、本発明の第1実施形態に係わる車両用ホイールの製造方法を図1、図2を参照しながら説明する。概略的に説明すると、アルミ合金(軽金属)の鋳造品からなる円盤形状の第1部品10と筒形状の第2部品20とを摩擦圧接して、図において実線で示すホイール初期形1を得、次に、スピニング加工をして破線で示すホイール原形2を得、その後で切削して2点鎖線で示す最終形状の車両用ホイール3を得る。
A vehicle wheel manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Briefly, the disk-shaped
まず、鋳造品または鋳造後鍛造品としての第1部品10について説明する。この第1部品10は、ディスク11と、リムの一方の端部12とを有している。
First, the
上記ディスク11は、通常の車両用ホイールのディスクと同様ないしは類似の形状をなし、図1のスポーク部11aと図2の飾り穴11bとを周方向に交互に有している。
The
上記リムの一端部12は、リムの一方のフランジ部12aと、一方のビードシート部12bとを有している。
The one
上記ディスク11とリムの一端部12との境部における一方の面には、環状の凹部15が形成されている。なお本実施形態では、凹部15の断面形状が、スポーク部11aに対応する箇所と飾り穴部11bに対応する箇所で異なっている。本実施形態では、この環状凹部13aは全周にわたって連続しているが、連続せずに所定間隔おきにリブ等を配して中断してもよい。
An
上記境部の一方の面において、環状凹部15の径方向内側および径方向外側の領域は、一対の第1接合面18、19として提供される。これら一対の第1接合面18、19は、第1部品10の軸芯Oxを中心とする共通の仮想円錐面A上にある。なお、第1接合面18,19は、この仮想円錐面Aの代わりに軸芯Oxと直交する仮想平面上に位置させてもよい。
On one surface of the border, the radially inner and radially outer regions of the
上記第2部品20は、厚肉のリム用プリフォームとして鋳造され、概略的には、一端から他端に向かって比較的緩やかな角度で円錐状に広がるような筒形状をなしている。
The
より詳しく説明すると、第2部品20の内周において、一端から所定距離にわたる領域が円筒面21をなし、この領域から他端に向かって円錐面22をなしている。他方、第2部品20の外周では、一端から所定距離(上記円筒面21の形成領域より短い)離れた箇所が最小径をなし、この最小径部23から他端に向かって円錐面24をなしている。
More specifically, in the inner periphery of the
上記第2部品20の外周において、上記一端と最小径部23との間には、ほぼ径方向に突出する環状の鍔部25が形成されている。
On the outer periphery of the
上記第2部品20において、内側と外側の円錐面22,24で画成された円錐状の主要部26は均等肉厚をなす。内周の円筒面21と外周の最小径部23で挟まれた部位が最小肉厚をなし、この最小径部23から主要部26に向かって徐々に肉厚が増大するようになっている。そして、鍔部25を形成した部位が第2部品20で最大肉厚となっている。なお、主要部は均等肉厚でなくてもよい。
In the
上記第2部品20の一端面は、上記仮想円錐面Aと同形状の円錐面27をなしている。この円錐面27の内周縁近傍と外周縁近傍の領域が、一対の第2接合面28,29として提供される。
One end surface of the
上述した円盤形状の第1部品10および円錐状に広がる厚肉の筒形状の第2部品20は比較的簡単な構造であるから、容易かつ低コストで鋳造でき、しかも鋳造欠陥の発生を抑制ないしは防止できる。
Since the disk-shaped
上記形状をなす第1部品10と第2部品20は、第1接合面18,19と第2接合面28,29が当接した状態で、一方を他方に対して相対回転することにより、摩擦圧接(摩擦溶接)される。この摩擦圧接により実線で示すホイール初期形1が得られる。
The
上記摩擦圧接の際には、一方の部品を他方の部品に向かって押し付ける軸方向の大きな力(推力)が付与される。この際、第1部品10では、第1接合面18,19に付与された推力(またはその反力)は、軸方向または斜め方向に所定距離にわたって延びる部位により変形することなく受け止められる。
During the friction welding, a large axial force (thrust) that presses one component toward the other component is applied. At this time, in the
他方、第2部品20では、第2接合面28、29に付与された推力(またはその反力)は、厚肉をなす主要部26で変形することなく受け止められる。なお、外側の第2接合面29に付与された推力(またはその反力)は、鍔部25を介して主要部26に伝達されるが、主要部26が厚肉をなし鍔部25の径方向への突出量が小さいので、鍔部25は変形することなく大きな推力(またはその反力)を受け止めることができる。その結果、良好な接合品質を得ることができる。
On the other hand, in the
上記摩擦圧接により、第1部品10の環状凹部15が第2部品20の一端面により塞がれて環状の空洞30となる。この部位は大きな強度を必要としないところであるので、空洞30が形成されていても差し支えない。この空洞30により、材料の節約および車両用ホイールの軽量化を図ることができる。
By the friction welding, the
上記摩擦圧接後に、上記ホイール初期形1にスピニング加工(フローフォーミング加工)を施し、破線で示すホイール原形2を得る。このスピニング加工により、薄肉で高強度のリムが得られる。
After the friction welding, a spinning process (flow forming process) is applied to the wheel
スピニング加工は、第2部品20の円筒面21をマンドレルに嵌めた状態で行う。具体的には、最小径部23および主要部26をスピニング加工して薄肉の所定形状にし、リムのドロップ部20a(リムの中間部)、他方の端部20bを成形する。このリムの他端部20bは、他方のビードシート部20c、他方のフランジ部20dを含む。
The spinning process is performed with the
上記スピニング加工において、上記最小径部23での肉厚が減少し、その結果として鍔部25の突出量が増大する。この鍔部25は一方のビードシート部12bとドロップ部20aとの間の段差を提供する。
In the spinning process, the thickness at the
上記スピニング加工の後に、切削を行って2点鎖線で示す最終形状の車両用ホイール3を得る。
After the spinning process, cutting is performed to obtain a
上記実施形態において、第1部品10と第2部品20は同材料により形成してもよいが、異なる材料により形成してもよい。例えば、第1部品10には鋳造に適し機械的性質の高い材料としてたとえばAl-Si系合金を用い、第2部品20には、鋳造に適するとともにスピニング加工に適し、機械的性質の高い材料としてたとえばAl-Mg、Al-Mg-Si系、Al-Zn-Mg系合金を用いる。
In the above embodiment, the
次に、本発明の第2の実施形態について図3を参照しながら説明する。第2実施形態において第1実施形態と同様の構成については図中同番号を付して、その説明を省略する。第2実施形態では、第2部品20の一端面が円錐面ではなく、第1部品10の環状凹部15に対峙する環状の浅い凹部27aを有している。この凹部27aの径方向内側と外側に一対の第2接合面28,29が形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawing, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, one end surface of the
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。例えば、第2部品20を上記実施形態より厚くし、鍔部25をなくしてもよい。
第2部品20を円筒形状の押出品で構成してもよい。また、この円筒形状の押出品を加工して上記実施形態と似た円錐形状にしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various aspects can be adopted. For example, the
You may comprise the
1 摩擦圧接工程後のホイール初期形
2 スピニング加工後のホイール原形
3 切削後の最終形状の車両用ホイール
10 第1部品
11 ディスク
12 リムの一端部
15 環状の凹部
18、19 第1接合面
20 第2部品
20a リムドロップ部(リムの中間部)
20b リムの他端部
28,29 第2接合面
DESCRIPTION OF
20b
Claims (6)
上記第1部品における上記リムの一方の端部は、一方のフランジ部と一方のビードシート部を有し、
上記第1部品における上記ディスクと上記リムの一方の端部との境部には、上記一方のビードシート部の径方向内側に位置するとともに接合すべき上記第2部品に向かって開口する環状の凹部が形成され、この環状の凹部と上記ビードシート部との間には、接合すべき上記第2部品を向く環状の第1接合面が形成され、さらにこの環状の凹部の径方向内側にも、接合すべき上記第2部品を向くもう一つの環状の第1接合面が形成され、
上記第2部品は、接合すべき第1部品側の一端部と、この一端部に連なるとともにスピニング加工を予定された部位とを有し、このスピニング加工予定部位は最終形状より厚肉をなし、上記第2部品の一端部の外周には当該スピニング加工予定部位より径方向外方向に突出する環状の鍔部が形成され、
さらに上記第2部品は、その一端面に上記第1部品の一対の第1接合面と対峙する一対の環状の第2接合面を有し、これら一対の第2接合面のうち径方向外側の第2接合面が上記鍔部に配置され、
(イ)上記第1部品と第2部品を、軸方向力を付与しながら相対回転させることにより、上記第1部品の一対の第1接合面と第2部品の一対の第2接合面とを摩擦圧接し、
(ウ)上記摩擦圧接後に上記第2部品の上記スピニング加工予定部位をスピニング加工してリムのドロップ部の全領域を成形するとともにリムの他方の端部として他方のビードシート部と他方のフランジ部とを成形することを特徴とする車両用ホイールの製造方法。 (A) preparing a substantially disc-shaped first part integrally having a disc and one end of a rim, and a cylindrical second part provided as a rim preform;
One end portion of the rim in the first part has one flange portion and one bead seat portion,
Above the boundary portion between the one end of the disc and the rim in the first part, the annular opening toward the second part to be joined together are located radially inward of one bead seats the A concave portion is formed, and an annular first joining surface facing the second part to be joined is formed between the annular concave portion and the bead sheet portion, and also on the radially inner side of the annular concave portion. , Another annular first joining surface facing the second part to be joined is formed,
The second part has one end part on the first part side to be joined, and a part that is connected to the one end part and that is scheduled for spinning processing, and the spinning process scheduled part is thicker than the final shape, On the outer periphery of the one end portion of the second part, an annular collar portion is formed that protrudes radially outward from the spinning scheduled portion,
Furthermore, the second component has a pair of annular second bonding surfaces facing the pair of first bonding surfaces of the first component on one end surface thereof, and is radially outside of the pair of second bonding surfaces. A second joint surface is disposed on the collar,
(A) By rotating the first part and the second part relative to each other while applying an axial force, the pair of first joint surfaces of the first part and the pair of second joint surfaces of the second part Friction welding,
(C) After the friction welding, the spinning part to be processed of the second part is spun to form the entire area of the drop part of the rim, and the other bead sheet part and the other flange part are used as the other end part of the rim. And a vehicle wheel manufacturing method.
上記第1部品の一対の接合面は、上記第2部品の円錐面と同形状の仮想円錐面上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用ホイールの製造方法。2. The method for manufacturing a vehicle wheel according to claim 1, wherein the pair of joining surfaces of the first part are arranged on a virtual conical surface having the same shape as the conical surface of the second part.
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JPH05278401A (en) * | 1991-11-23 | 1993-10-26 | Dr Ing H C F Porsche Ag | Wheel rim and method for manufacturing wheel rim |
JPH09103836A (en) * | 1995-05-17 | 1997-04-22 | Metal Forming Machines Inc | Method and device for manufacturing vehicle wheel |
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