JP5013711B2 - 自動車用ホイールリムの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製板又は押出材からなる自動車用ホイールリムの成形方法に関する。

乗用車やトラック、バギーカー等に用いられるホイールの製造方法として、下記特許文献１に、アルミニウム合金からなる円筒形素材の外周側に、内面側が成形面とされた電磁成形用金型を配置し、前記円筒形素材の内周側に電磁成形用コイルを配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに電気エネルギーを投入し、前記円筒形素材を拡径して前記成形用金型の成形面に押し付け、外径の小さいドロップ部と該ドロップ部より外径の大きい両側部からなる筒状体を成形し、さらに両側部の端部にカーリング加工を加えてホイールリムを成形することが記載されている。

なお、電磁成形とは、高電圧で蓄電されている電気エネルギー（電荷）を電磁成形用コイルに瞬時に投入（放電）することにより、電磁成形用コイルがきわめて短時間に強力な磁場を形成し、この磁場内に置かれたワーク（被加工物）が磁場の反発力（フレミングの左手の法則に従ったＬｏｒｅｎｔｚ力）によって強い拡張力や収縮力を受けて高速で塑性変形することを利用し、ワークを所定形状に成形する技術であり、この例では、カップ状の部材は強い拡張力により外径方向に拡径し、電磁成形用金型の成形面に押し付けられる。

上記の方法では、円筒形素材として、均一な肉厚の押出材又は板材を曲げ加工して筒形とし端部を溶接したものを用い、ドロップ部より両側部を大きく拡径することから、ドロップ部の肉厚が大きく（拡径による肉厚の減少量が小さい）、両側部の肉厚がより小さい（拡径による肉厚の減少量が大きい）ホイールリムを成形することができる。そのため、ドロップ部にディスクを固定したときホイールリム側に溶接歪みが生じにくく、かつ肉厚に見合った大きい荷重を支えることができる。また、ドロップ部の肉厚が同じであれば、両側部の肉厚が薄い分、ホイールリム全体を軽量化することができ、しかも両側部、特に端部近傍の肉厚が小さいことにより、カーリング等の端部加工が行いやすい利点がある。なお、ホイールリムの端部カーリング加工については下記特許文献２にも記載されている。

特開２００５−９５９８２号公報 特開２００４−２２４２９２号公報

しかし、電磁成形後のカーリング加工において、両側部の端部にプレスによりカーリング金型を押し付け、該端部をカーリング加工して外方向に湾曲成形（外カーリング加工）する際に、カーリング金型による軸方向の押圧力により、筒状体のドロップ部が軸方向内向きに座屈するという問題がある。
従って、本発明は電磁成形法及びプレスによるカーリング加工法を適用して筒形素材からホイールリムを成形する場合に、上記問題点を解決することを目的とする。

本発明に係る自動車用ホイールリムの成形方法は、金属製の円筒形素材の外周側に、内周面が成形面とされた電磁成形用金型を配置し、前記円筒形素材の内周側に電磁成形用コイルを配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに電気エネルギーを投入し、前記円筒形素材を拡径して前記成形用金型の成形面に押し付け、外径の小さいドロップ部と該ドロップ部より外径の大きい両側部からなる筒状体を成形し、前記筒状体のドロップ部の外周を座屈防止用金型で拘束し、両側部の端部を軸方向にプレスして外カーリング加工することを特徴とする。

円筒形素材としては、均一な肉厚の押出材又は板材を曲げ加工して筒形とし端部を溶接したものを用いることができる。その素材としては導電率が高いアルミニウム（アルミニウム合金を含む）や銅（銅合金を含む）などが望ましく、特にアルミニウム（アルミニウム合金を含む）が望ましい。
前記電磁成形用金型としては、成形後の筒状体のドロップ部と両側部に対応する形状の成形面を有するものを用いることができる。ほかに、両側部の一部又は全部に対応する成形面をもたず、成形される筒状体の軸方向長さに比べて成形面の軸方向長さが短い電磁成形用金型、すなわち、内周面が筒状体のドロップ部に対応する形状の成形面からなるもの、あるいは内周面が筒状体のドロップ部と両側部の一部に対応する形状の成形面からなるものを用いることができる。

プレスによる外カーリング加工は、両側部の端部にカーリング金型を押し付けることにより行われる。カーリング金型は周知の円弧状工具（半円弧、１／４円弧）又は円錐状工具を使用することができる。
前記座屈防止用金型は、少なくとも筒状体のドロップ部に対応する内周面をもつ。また、当該金型がプレスによるカーリング加工を妨げないように、カーリング加工を受ける両端部は金型から露出している必要がある。座屈防止用金型として専用の金型を用いてもよいが、前工程で用いた電磁成形用金型をそのまま用いることもできる。
カーリング加工後は、必要に応じて、ロールフォーミング加工を施す。ロールフォーミング加工は、筒状体の内側と外側をローラで挟み込んで行う加工法であり、筒状体の断面形状をホイールリムの最終形状に整える際に用いられる。

本発明によれば、電磁成形法及びカーリング加工法を適用して筒形素材からホイールリムを成形する場合に、プレスによるカーリング加工において、筒状体のドロップ部に軸方向内向きの座屈が発生するのが防止される。また、座屈防止用金型として、電磁成形用金型をそのまま用いる場合、設備投資の負担が軽減され、かつ電磁成形用金型から座屈防止用金型への交換を行わずに済むので、成形工程の簡略化が図れる。

以下、図１〜図５を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図１は、仮想線で示す円筒形素材１を電磁成形法により拡径して、外径の小さいドロップ部２ａとそれより外径の大きい両側部２ｂ，２ｃからなる筒状体２（図２参照）を成形する工程を示す。
円筒形素材１は、円形断面を有する均一な肉厚のアルミニウム合金押出材からなる。この円筒形素材１の外周側に、内面側が成形面とされた電磁成形用金型３が配置され、円筒形素材１の内周側に電磁成形用コイル体４が配置され、円筒形素材１、電磁成形用金型３及び電磁成形用コイル体４は、それぞれの中心軸がほぼ一致している。電磁成形用金型３は、図１に示すように、長さ方向に分割された３つの分割金型３ａ〜３ｃからなり、分割金型３ａは筒状体２のドロップ部２ａに対応し、分割金型３ｂ，３ｃは両側部２ｂ，２ｃに対応する内周面形状（成形面）を有する。また、各分割金型３ａ〜３ｃは縦方向に２つに分割可能とされている。

電磁成形用金型３において、筒状体２のドロップ部２ａに対応する分割金型３ａの成形面は中央部が円筒形で内径が最も小さく、その両側は外側（分割金型３ｂ，３ｃ側）に向かってしだいに内径が大きくなっている。筒状体２の両側部２ｂ，２ｃに対応する分割金型３ｂ，３ｃの成形面は分割金型３ａに近い部分のみがしだいに内径が大きくなり、その外側はほぼ円筒形である。分割金型３ａの成形面の中央部では、円筒形素材１の外周面と成形面の間に若干の隙間が形成されている。また、円筒形素材１の内周面と電磁成形用コイル体４の間にも大きくない隙間が形成されている。

なお、電磁成形用金型３は導電率の低い金属、例えばステンレス鋼等からなるのが望ましい。後述する座屈防止用金型として用いるのでなければ、金属以外の材料、例えば繊維強化プラスチックやベークライトなどの導電性のない構造材を用いることもできる。電磁成形用コイル体４は、電気絶縁体内に成形用コイルが埋め込まれたものである。
円筒形素材１の材質としては、成形しやすく導電率が高いものが望ましく、例えば６０６３，６０６１，６Ｎ０１等のＪＩＳ６０００系アルミニウム合金のＯ材（調質；焼きなまし）が好適である。

図１（ａ）の仮想線に示すように、電磁成形用金型３の内部に円筒形素材１を設置し、その内部に電磁成形用コイル体４を挿入し、該電磁成形用コイル体４に電気エネルギーを投入すると、円筒形素材１に磁気反発力が生じ、円筒形素材１は瞬間的に拡径して金型３の成形面に打ち当たり、当該成形面に沿った形状に成形され、ドロップ部２ａの外径が小さく、両側部２ａ，２ｂの外径が大きくなった筒状体２となる（図２参照）。この例では、ドロップ部２ａはその中央部において拡径率はゼロに近く、外側に行くほど拡径率が高く、両側部２ｂ，２ｃでは拡径率が最も大きくなっているから、両側部２ｂ，２ｃの肉厚は、ドロップ部２ａ（特にその中央部）に比べて薄肉となっている。

電磁成形後は、分割金型３ｂ．３ｃを分割して外し、電磁成形用コイル体４を抜き出し、筒状体２の両側部２ｂ，２ｃの端部に対し、プレスによる外カーリング加工を行う。
図３はカーリング加工工程を説明するもので、電磁成形用金型３の一部である分割金型３ａが継続して筒状体２の周囲に配置され、ドロップ部２ａの外周を拘束した状態となっている。この分割金型３ａが本発明でいう座屈防止用金型に相当する。
筒状体２の両側部２ｂ，２ｃの端部に対し、それ自体周知のカーリング金型５，５を同時に前進させて押し付けると、図４に示すように、前記端部が略半円弧状の溝５ａに沿って外カーリング変形を起こす。このとき、筒状体２はプレスの強い加圧力で軸圧縮されるので、通常であればドロップ部２ａにおいて座屈変形を起こしやすいが、分割金型３ａがドロップ部２ａの外周を拘束して、軸圧縮の加圧力を受け止めるので、座屈変形が防止される。
カーリング加工後、図５に示すように、カーリング金型５，５を後退させ、分割金型３ａを分割して取り外すことにより、筒状体６（ホイールリム）が得られる。必要に応じて、この筒状体６に対し、さらにローリング加工を施して、ホイールリム製品とすることもできる。

なお、上記の例では、電磁成形工程において、円筒形素材１の全長をカバーする電磁成形用金型３（３ａ〜３ｃ）を用いたが、全長をカバーするのではなく、例えば筒状体２のドロップ部２ａに相当する範囲をカバーする電磁成形用金型（すなわち分割金型３ａ）のみを円筒形素材１の周囲に配置し、ドロップ部２ａを前記金型の成形面に沿った形状に成形するとともに、両側部を電磁成形力に応じて自由変形させる方法をとることもできる。
また、上記の例では、カーリング加工工程において、電磁成形用金型３を構成する分割金型３ａを座屈防止用金型として用いたが、別途、専用の座屈防止用金型を用いることもできる。

円筒形素材を電磁成形する工程を説明する断面図である。 電磁成形された筒状体の断面図である。 円筒形素材をカーリング加工する工程を説明する断面図である。 同じく円筒形素材をカーリング加工する工程を説明する断面図である。 同じく円筒形素材をカーリング加工する工程を説明する断面図である。

符号の説明

１ 円筒形素材
２ 筒状体
２ａ ドロップ部
２ｂ，２ｃ 両側部
３ 電磁成形用金型
３ａ〜３ｃ 電磁成形用金型を構成する分割金型
４ 電磁成形用コイル体
５ カーリング金型
６ 筒状体（ホイールリム）

Claims (3)

1. 金属製の円筒形素材の外周側に、内周面が成形面とされた電磁成形用金型を配置し、前記円筒形素材の内周側に電磁成形用コイルを配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに電気エネルギーを投入し、前記円筒形素材を拡径して前記成形用金型の成形面に押し付け、外径の小さいドロップ部と該ドロップ部より外径の大きい両側部からなる筒状体を成形し、続いて前記筒状体のドロップ部の外周を座屈防止用金型で拘束し、その際、前記座屈防止用金型として前記電磁成形用金型をそのまま用い、両側部の端部を軸方向にプレスして外カーリング加工することを特徴とする自動車用ホイールリムの成形方法。
2. カーリング加工後、筒状体の内側と外側をローラで挟み込んでロールフォーミング加工することを特徴とする請求項１に記載された自動車用ホイールリムの成形方法。
3. 前記円筒形素材がアルミニウム製であることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車用ホイールリムの成形方法。

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