JP5618278B2 - ホイールディスクのロールフォーミング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホイール加工技術の分野に関し、特に、ホイールディスクのロールフォーミング方法に関する。

従来では、国内外で、車両のホイールディスクを形成するために、ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）スピンフォーミング方法が広く使われている。この方法では、同じ厚みの素材を、厚みを徐々に減らしながら同じ強度を持つようにスピン加工を行う。スピンフォーミング方法の技術プロセスは、図１に示される。以下に説明する。
すなわち、
ａ．円形に打ち抜き加工を行い、スピン加工のための位置決め穴を開ける。
ｂ．徐々に薄くなる同じ強度の部分を形成する要求を満たすように、テーパ形状をもつ円柱のエクスプローレータ上で、ＣＮＣスピンフォーミング方法により、打抜材料をホイールディスクにするようにスピン加工を行う。
c. 外径の許容範囲の要求およびホイールディスクの高さが均一になる要求を満たすように、専用の立旋盤で、スピン形成されたホイールディスクの外周および端面を処理する（このステップは、スピンフォーム技術では達成することができない製造物の寸法精度の要求を達成するためである）。
ｄ．中心穴およびねじ穴を開ける。
ｅ．手穴（エアホール）を開け、その後に手穴（エアホール）を押し出す。
ｆ．ねじ穴の表面のリーマ仕上げを行う（若しくはねじ穴の表面を押し出す）。
ｇ．中心穴を削る（若しくは、中心穴を押し出す。）。
ｈ．平坦な表面を再形成し、幾何学的形状に統一する（穴開けの際の不規則な変形により発生する単一のエアホールの円周の歪みを防ぐためである）。

図２および図３に示すように、従来のスピン技術では、ワークピース（円形打抜材料）Ｒ上で、スピンホイールＰを用いてスピン加工を行う。スピン技術における回転角度（α１＋α２）が大きくなると、スピンホイールのかみこみ角度（α３＋α４）が大きくなる。さらに、かみこみ角度が小さくなると、押し出し力が強くなり、その結果として、従来のスピン技術においては、押し出し力が小さくなる。さらに、スピンエクスプローレータＱが円筒形状であり、しかも、スピンエクスプローレータＱ上での形成方法が、変形サイズの制限がないオープンタイプの形成方法なので、良好な押し出し効果を達成できない。加えて、スピンフォーミング方法におけるより少ない制限および材料の不均一は、スピンホイールＰの動作の際に、抵抗の変化とともにスピンホイールＰの不安定さを引き起こし、材料の固い部分では小さな変形を引き起こし、材料の柔らかい部分では大きな変形を引き起こす。このため、ホイールディスクの軸方向および周方向において微少な不均一状態を引き起こし、その結果として、ホイールディスクがアンバランスになる。他方では、外周の切削は、切削の偏芯ズレを発生し、これはホイールディスクのアンバランスさを更に悪化させる。従来技術において、形成された製品の外周の精密さの結果は、寸法精度の要求を満たすことができず、しかも、形成された製品に固定され、立て旋盤での外周の処理に使用するスピンリングが不可欠である。さらに、材料の不均一性により、形成された製品の高さが不均一なので、端面の切削が必要不可欠である。したがって、スピン加工の効率を向上する唯一の方法は、立て旋盤の数およびスタッフの数を増やすことである。しかしながら、製造コストも増加する。

本発明は、ディスク形成の精密さ、強度およびスピードを向上するためのホイールディスクのロールフォーミング方法を提供することを目的とする。

本発明の技術的原理は以下に示す通りである。
発明者は、従来のホイールディスクのスピンフォーミング方法の欠点に対するホイールディスクのロールフォーミング方法を発明した。ロールフォーミングプロセスの間、圧延された打抜材料の圧縮領域は大きく、しかも圧延の力は存在する回転の力よりも強い。さらに、ロールフォーミングプロセスの間、打抜材料が押し出されることを可能にして且つ打抜材料の正確な変形を実現するように、圧延エクスプローレータは、形成されたディスクの外径を制限する役割を果たし、変形に抵抗する力が更に発揮される。

本発明の目的は以下のようにして達成される。
ホイールディスクのロールフォーミング方法は、以下の手順を含む。
（１）円形に打ち抜き加工を行い、
（２）円形の圧延エクスプローレータのキャビティに円形打抜材料を設置し、円形打抜材料を中心からリムに向かって徐々に薄くなるホイールディスク打抜材料に圧延するために、圧延エクスプローレータのキャビティ内で、円形打抜材料の上を平面方向にずれて且つ同調して圧延するように、圧延エクスプローレータの周方向に沿って対称に配置された少なくとも２つの圧延ホイールを適用し（平面の圧延は、圧延ホイールの回転の軌跡が常に平面上にある状況である。同調した圧延は、圧延された円形打抜材料の表面の均一の品質を実現するために、少なくとも２つの圧延ホイールの圧延動作が同調している状況である。平面方向にずれた圧延は、円形打抜材料の表面をコンパクトにするために、円形打抜材料の表面の圧延ホイールの回転の軌跡を一致するのを防ぐように、圧延ホイールが初期位置において互いに離れて配置される状況である。言い換えれば、より多くの圧延ホイールが配置されると、よりコンパクトな円形打抜材料の表面上の圧延の軌跡になり、より高品質の表面が実現される。しかしながら、圧延ホイールの数量を決める際には、経済的コストおよび応力の状況を考慮に入れるべきである。）、
（３）ホイールディスク打抜材料の上で、トリミング処理およびサイジング処理を行い、
（４）ホイールディスクの部分の形状の要求およびホイールディスクの外径および高さの寸法に関する要求を満たしてホイールディスクを形成するように、ホイールディスク打抜材料を引き延ばす。

好ましくは、ステップ（２）の少なくとも２つの圧延ホイールの圧延動作は、少なくとも２つの圧延ホイールの水平方向の送り運動および各圧延ホイールの回転を含む。

好ましくは、ステップ（２）における各圧延ホイールの送り運動は、電子制御システムに接続される圧延ホイールの供給機構により制御され、電子制御システムは、各圧延ホイールの供給機構の供給速度および供給量をそれぞれ制御し、さらに各圧延ホイールの供給速度および供給量を制御する。

好ましくは、ステップ（２）における各圧延ホイールの回転は、各圧延ホイールにそれぞれ連結される圧延ホイールの駆動要素により駆動される。各圧延ホイールの駆動要素は、電子制御システムに連結されて制御される。回転を始める際に、圧延ホイールと円形打抜材料との間に発生する過度の摩擦力による損傷から圧延ホイールを保護するようにして初期の回転速度を発生するように、圧延ホイールの駆動要素は各圧延ホイールを駆動する。いったん圧延ホイールが円形打抜材料を回転させ始めると、圧延ホイールの駆動力は、もはや圧延ホイールの駆動要素により供給されず、圧延ホイールと円形打抜材料との間の転がり接触により生成される圧延ホイールのサーボが引き起こす摩擦力により供給される。

好ましくは、ホイールディスクのロールフォーミング方法は、以下に示すステップ（５）を更に含む。すなわち、形成されたホイールディスク上の中心穴、ねじ穴、手穴、およびねじ穴の表面を処理する。

好ましくは、ステップ（２）における圧延エクスプローレータのキャビティの部分は同じ強度の部分であり、圧延エクスプローレータのキャビティの形状は、ホイールディスクの形状に対応する。

好ましくは、ステップ（１）において、中心穴は、円形打抜材料をカットした後に、圧延エクスプローレータのキャビティ内で円形打抜材料を位置決めして、円形打抜材料に穴開けされる。

好ましくは、ステップ（３）において、打ち抜き法により、ホイールディスク打抜材料にトリミング処理およびサイジング処理を行う。

好ましくは、ステップ（４）において、形成されたホイールディスクの外径寸法を正確にするために、圧力を保持してホイールディスク打抜材料を引き延ばす。

ステップ（２）は、ロールフォーミングマシンにより実行される。円形打抜材料を圧延するために用いられるロールフォーミングマシンは、
ロールフォーミングマシン全体の支持構造として構成されるフレームと、
フレームに取り付けられる下側圧延ヘッドアセンブリと、
下側圧延ヘッドアセンブリに接続される下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構と、
下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構に接続される電子制御システムと、
下部が下側圧延ヘッドアセンブリに取りつけられ、機械加工のワークピースの形状によって種々の形状に形成されることができるキャビティを有する円盤状の圧延エクスプローレータと、
圧延エクスプローレータの周方向に沿って対称に配置される少なくとも２つの圧延ホイールユニットとを有し、
各圧延ホイールユニットは、キャビティ内で回転運動を行う圧延ホイールを含み、
圧延ホイールユニットの数は、３つ、４つ又はそれ以上でも良い。
圧延ホイールの対称な配置は、ワークピースの回転変形プロセス中に発生する不安定な径方向の力を安定化することを目的とする。対称な配置は、不安定な変形の力を大きくオフセットし、ロールフォーミングマシンの耐用期間を引き延ばす。

上記のロールフォーミングマシンは、電子制御システムに接続された上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構の駆動部の下に、圧延エクスプローレータを圧縮するための上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構に接続される上側圧延ヘッドアセンブリと、
電子制御システムの制御のもとで、圧延ホイールの水平方向の同調した動作を駆動するために、圧延ホイールユニットに対応して接続され、しかも上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構に垂直に接続される少なくとも２つの圧延ホイールの供給機構とを更に有する。

好ましくは、各圧延ホイールユニットは、さらに、電子制御システムに接続された圧延ホイールの駆動要素に対応して接続される。圧延ホイールの駆動要素の配置の目的は、圧延ホイールが回転動作位置に入ったときに、圧延ホイールとワークピースとの間の過度の摩擦力が引き起こす圧延ホイールの損傷を防ぐために、ロールフォーミングの開始の際に、圧延ホイールにとって初期の回転速度が重要だからである。

好ましくは、中心穴は、圧延エクスプローレータの中心に配置され、しかも上側圧延ヘッドアセンブリに連結される。中心穴は、ワークピースがキャビティ内で滑るのを防止するように、位置決めの役割のために上側圧延ヘッドアセンブリとともに使用される。

好ましくは、電子制御システムは、
上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構のそれぞれに対応して配置される複数の変位センサと、
全ての変位センサとのデータ交換を行うために各変位センサのそれぞれに接続される制御ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、
上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構の供給速度をそれぞれに対応して制御するために、制御ＰＬＣに接続され且つ上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構のそれぞれに対応して接続される複数の比例バルブを有する。

電子制御システムは、円形打抜材料の圧縮を実現するために、円形打抜材料の厚みのような要素に基づいて、上側圧延ヘッドアセンブリの供給量および供給速度を調整することができる。円形打抜材料を製品の精密さの要求に基づき安定して変形させることを制御し、しかも寸法精度の要求を満たして形成される種々の部分の形状を実現するように、電子制御システムは、圧延プロセスにおいて、各圧延ホイールの水平方向の供給速度および水平方向の供給量を更に精密に制御することができる。

好ましくは、各圧延ホイールユニットは、
各圧延ホイールの供給機構に対応して取り付けられる中空のスライドブロックと、
中空のスライドブロックの内側に配置される回転軸とを更に有し、
回転軸の一方の端は、各圧延ホイールに対応してそれぞれ接続され、回転軸の他方の端は圧延ホイールのモータに対応して連結される。

好ましくは、水平に配置される少なくとも２つのスライドスロットを備えるクロスビームは、上側圧延ヘッドアセンブリと上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構との間に配置される。圧延ホイールの供給機構は、クロスビームの上に配置される。そして、スライドブロックは、スライドスロットに沿ってスライドする。圧延ホイールの水平移動の軌跡をより正確に且つより安定にするように、クロスビーム上のスライドスロットおよび対応するスライドブロックは、圧延ホイールを水平方向に好適にガイドする役割を果たす。

好ましくは、フレームは、
下側圧延ヘッドアセンブリがその上に固定されて配置されるベースと、
ベース上に対称且つ垂直に配置される少なくとも４つのコラムと、
全てのコラムの上端に取りつけられ、しかも上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構に連結されるアッパーボックスを有する。

好ましくは、各圧延ホイールの供給機構は、
上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構に垂直に取りつけられる油圧シリンダーと、
水平に配置され且つ位置決めボルトに連結されるねじ穴を備えるコネクタとを備え、
コネクタの一つの端は、油圧シリンダーのピストンロッドに取りつけられ、コネクタの他の端は、各スライドブロックに対応して取りつけられ、
ねじ穴および対応する位置決めボルトは、圧延ホイールユニットの水平位置を位置決めするために用いられる。

好ましくは、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構は油圧シリンダーアセンブリであり、下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構は油圧モータである。

好ましくは、各圧延ホイールユニットは、電子制御システムに連結されるスプレー冷却装置をさらに備える。圧延プロセス中において、円形打抜材料および圧延ホイールの表面の過熱および摩耗を防ぐために、スプレー冷却装置は、円形打抜材料および各圧延ホイールに向けて、冷却潤滑液を噴霧する。

ロールフォーミングマシンの作業工程は以下に示す通りである。
１）中心穴が穴開けされた円形打抜材料を取り出し、圧延エクスプローレータのキャビティに位置決めする。
２）上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構は、電子制御システムの制御のもとで、円形打抜材料を圧縮するように円形打抜材料に向けて上側圧延ヘッドアセンブリを駆動し、しかも圧延ホイールユニットを同調して降下するように駆動する。
３）下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構は、電子制御システムの制御のもとで、下側圧延ヘッドアセンブリを回転させるように駆動し、それと同時に、圧延エクスプローレータおよび円形打抜材料を一緒に回転させるように駆動する。このようにして、上側圧延ヘッドアセンブリは、円形打抜材料とともに回転する。
４）回転のために円形打抜材料の上のスペースに圧延ホイールユニットをゆっくり挿入するのを可能にするように、圧延ホイールの駆動要素は、電子制御システムの制御のもとで、各圧延ホイールに初期の回転速度を与え、それと同時に、圧延ホイールの供給機構は、電子制御システムの制御のもとで、各圧延ホイールユニットを水平に供給するように駆動する。このとき、圧延ホイールの水平方向の初期位置は異なり、したがって、円形打抜材料の表面における少なくとも２つの圧延ホイールの初期の圧延の軌跡は一致しない。しかしながら、供給の増加量は、全圧延プロセスの間、同調し且つ一定である。このような工程は、きめ細かな表面を持つ高品質な圧延ホイールディスクを提供する。
５）上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構は、電子制御システムの制御のもとで、ホイールディスク打抜材料から離れるように、上側圧延ヘッドアセンブリを駆動するとともに、上昇するように圧延ホイールユニットを駆動する。電子制御システムは、回転を止めるように、下側圧延ヘッドアセンブリを更に制御する。

本発明のロールフォーミング方法は、少しの切削プロセスを含むまたは切削プロセスを含まない平面のロールフォーミングプロセスである。円形打抜材料は、圧延および押し出しにより、圧延エクスプローレータのキャビティ内で成形される。キャビティの形状は、様々な表面が可能であり、たとえば、円形の平面、円形であり傾いた面、円形であり波打った面、または円形の波の表面である。この方法により製造されるワークピースは、構造がよりコンパクトであり、高い強度であり、軽い重量であり、少ない材料消費であり、低いエネルギー消費（ホットダイ鍛造方法と比較して、エネルギー消費を８０％以上減らすことができる。）である。加えて、製造効率が数倍向上する。

従来技術と比較して、本発明のホイールディスクのロールフォーミング方法は、以下に示す特長および好適な効果を有する。
（１）ワークピースに働く力がより強く、ワークピース材料の変形の精密さにより優れる。なぜなら、圧延エクスプローレータが、ロールフォーミングプロセスにおいて、ワークピースの変形を制限し（スピンエクスプローレータでのオープンタイプの形成方法とは異なる）、そして、ワークピース材料を押し出す変形抵抗を生成する。
（２）同じ材料で製造されるワークピースの曲げ疲労寿命は大きく引き延ばされる。ホイールディスクの曲げ疲労試験は、ワークピースの耐用期間が３０％引き延ばされること、および、３８０材料（３８０は材料の引っ張り強度）でロールフォーミングされた製品の曲げ疲労寿命は、４２０材料（４２０は材料の引っ張り強度）でスピンフォーミングされた製品の曲げ疲労寿命を達成することを証明した。
（３）ロールフォーミング方法は、大規模なワークピースの変形を制限する一種の強引な形成方法である。本発明は、圧延エクスプローレータのキャビティの形状による段階的な変形を持つ種々の幾何学的部分を高精度に形成することができる。形成された製品は、軸方向および周方向に均一の質量を有し、しかも高精密な動釣り合いさを持つ。
（４）本発明は、精密に優れて形成されるワークピースを提供することができるので、圧延工程後に、型抜き、トリミング、成形工程を行うだけで、ワークピースの外周および端面の高さの精密さの要求を満たすことができる。そして、型抜き速度および型抜き効率が、従来の切削の速度および切削の効率よりも高いので、本発明は製造効率を大いに向上する。

以下に示す図は、対応する実施例とともに詳細に本発明を説明するために用いられる。

図１は、ホイールディスクのスピンプロセスの概略図を示す。 図２は、スピン動作の状態の概略図を示す。 図３は、Ａ方向から見た図２を示す。 図４は、本発明の実施例にて適用されるロールフォーミングマシンの構造の概略図を示す。 図５は、本発明の実施例にて適用されるロールフォーミングマシンのクロスビームの構造を示す。 図６は、本発明のロールフォーミングプロセスの概略図を示す。 図７は、圧延動作の状態の概略図を示す。 図８は、Ａ方向から見た図７を示す。 図９は、本発明の圧延エクスプローレータのキャビティのある１つの例に係る形状の上面図を示す。 図１０は、本発明の圧延エクスプローレータのキャビティの他の１つの例に係る形状の上面図を示す。 図１１は、本発明の圧延エクスプローレータのキャビティの更なる他の１つの例に係る形状の上面図を示す。

本発明は、下記の詳細な説明および添付図から、より詳細に理解される。
図４および図５に示すロールフォーミングマシンは、この実施例において、ロールフォーミングに適用される。ロールフォーミングマシンは、ロールフォーミングマシン全体の支持構造として構成されるフレーム１を有する。フレーム１は、ベース１１、ベース１１の上に対称に且つ垂直に配置される４つのコラム１２、および４つのコラムの上端に取り付けられるアッパーボックス１３を有する。ロールフォーミングマシンは、フレーム１のベース１１に取り付けられる下側圧延ヘッドアセンブリ２、下側圧延ヘッドアセンブリ２に連結される下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構３（油圧モータ）、中心の領域にセンターホール４２を有するキャビティ４１を備え、しかも下部が下側圧延ヘッドアセンブリ２に連結される円盤状の圧延エクスプローレータ４、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構７に連結される上側圧延ヘッドアセンブリ６（本実施例では、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構７は、一組の油圧シリンダー）、圧延エクスプローレータ４の周方向に沿って対称に配置してある２つの圧延ホイールユニット５（各圧延ホイールユニット５は圧延ホイール５１で構成している）、圧延ホイール５１に連結され、中空のスライドブロック５２内に配置され、その場所でスライドブロック５２を介して圧延ホイールの供給機構８に連結される回転軸５３、スプレー冷却装置、および回転軸５３に対応して連結される圧延ホイールの油圧モータ９（圧延ホイールの油圧モータ９は、圧延ホイールの駆動要素として配置される）を更に有する。２つの圧延ホイール５１が水平に且つ同調して動くように駆動するために、２つの圧延ホイールの供給機構８は、２つの圧延ホイールユニット５に対応させて連結され、しかも、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構７に垂直に連結される。各圧延ホイールの供給機構８は、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構７に垂直に固定される油圧シリンダー８１、圧延ホイールユニット５の水平位置を位置決めするための位置決めボルト８３に連結される水平に配置されたねじ穴８２１を備えるコネクタ８２を有する。スライドブロック５２を油圧シリンダー８１に連結するために、コネクタ８２の１つの端は、ねじを介して、油圧シリンダー８１のピストンロッドに固定され、コネクタ８２の他の端は、ねじを介して、各スライドブロック５２に固定される。

クロスビーム１０は、上側圧延ヘッドアセンブリと上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構との間に配置される。全ての圧延ホイールの供給機構は、その上に配置される。クロスビーム１０は、水平に配置してある２つのスライドスロット１０１を有し、圧延ホイールユニットのスライドブロックは、それぞれ、スライドスロット１０１に沿ってスライドする。スライドスロット１０１および対応するスライドブロックは、より正確且つより安定に圧延ホイールの水平供給の軌跡を実現するように、水平方向の圧延ホイールの動きを良好にガイドすることができる。クロスビーム１０は、コラムの上にクロスビーム１０を配置するために用いられる４つのコラム穴１０２を有する。クロスビーム１０のサイドホール１０４は、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構として機能する１組の油圧シリンダーを配置するために用いられる。

上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構７、下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構３、各圧延ホイールの供給機構８、スプレー冷却装置および圧延ホイールの油圧モータ９は、それぞれ、電子制御システムに連結されて、電子制御システムにより制御される。電子制御システムは、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構のそれぞれに配置される複数の変位センサ、全ての変位センサとのデータ交換を行うために各変位センサのそれぞれに連結される制御ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構のそれぞれの供給速度に対応して制御するために、制御ＰＬＣに接続され且つ上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構および各圧延ホイールの供給機構のそれぞれに対応して接続される複数の比例バルブを有する。

円形打抜材料の圧縮を実現するために、電子制御システムは、円形打抜材料の厚みのような要素に応じて、上側圧延ヘッドアセンブリの供給量および供給速度を調整できる。円形打抜材料を製品の精密さの要求に基づき安定して変形させることを更に制御し、しかも寸法精度の要求を満たして形成される種々の部分の形状を実現するように、電子制御システムは、圧延プロセスにおいて、各圧延ホイールの水平方向の供給速度および水平方向の供給量を更に精密に制御することができる。

ロールフォーミングマシンの作業工程は、以下に示す通りである。
１）円形打抜材料を圧延エクスプローレータのキャビティに供給し位置決めする。
２）上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構は、電子制御システムの制御の下で、円形打抜材料を圧縮するために、上側圧延ヘッドアセンブリを円形打抜材料に向けて送るように駆動するとともに、圧延ホイールユニットを同期して降下するように駆動する。
３）下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構は、電子制御システムの制御下で、回転させるように下側圧延ヘッドアセンブリを駆動するとともに、同時に圧延エクスプローレータおよび円形打抜材料を共に回転させるように駆動する。このため、上側圧延ヘッドアセンブリが円形打抜材料とともに回転する。
４）回転のために円形打抜材料の上のスペースに圧延ホイールユニットをゆっくり挿入するのを可能にするように、圧延ホイールの駆動要素は、電子制御システムの制御のもとで、各圧延ホイールに初期の回転速度を与え、それと同時に、圧延ホイールの供給機構は、電子制御システムの制御のもとで、各圧延ホイールユニットを水平に供給するように駆動する。このとき、圧延ホイールの水平方向の初期の位置が異なるように配置され、したがって、円形打抜材料の表面における少なくとも２つの圧延ホイールの初期の圧延の軌跡は一致しない。しかしながら、その供給の増加量は、全圧延プロセスの間、同調し一定である。このような工程は、きめ細かな表面を持つ高品質な圧延ホイールディスクを提供する。
５）上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構は、電子制御システムの制御のもとで、ホイールディスク打抜材料から離れるように、上側圧延ヘッドアセンブリを駆動するとともに、圧延ホイールユニットを上昇させるように駆動する。電子制御システムは、回転を止めるように、下側圧延ヘッドアセンブリを更に制御する。

当然のことながら、上記のロールフォーミングマシンは、単に、ステップ（２）において、圧延ホイールの回転運動を実現するための装置にすぎず、本発明のロールフォーミング方法を制限するものではない。

本実施例におけるホイールディスクのロールフォーミング方法の手順は、図６に示される。
（１）円形に打ち抜き加工を行い、円形打抜材料の中央に中心穴を開ける。
（２）中心穴を利用して円形打抜材料を位置決めし、圧延ホイールが円形打抜材料の平面上で回転し始める。図７に示す回転角度α５および図８に示す回転噛み込み角α６は、圧延プロセスの間、一定である。２つの圧延ホイール５１は、圧延エクスプローレータ４の周方向に沿って、円形打抜材料Ｒの加工面の上に、対称に配置される。ホイールディスク打抜材料を中心からリムに向かって徐々に薄くするように、圧延エクスプローレータのキャビティで、円形打抜材料Ｒを、ホイールディスク打抜材料になるように圧延ホイール５１を用いて圧延する。圧延プロセスは、上記の通りである。
圧延エクスプローレータのキャビティは、種々の要求を満たすように、ワークピースの形状に応じて種々の形状に形成することができる。
図９は、圧延エクスプローレータ４のキャビティの一形態の上面図を示す。図中の円形の突起は、ホイールディスク上の円形穴のための構成である。円形打抜材料を図に示すキャビティに設置し、円形打抜材料の上面を圧延ホイールにより圧延する。ホイールディスクの穴は、非常にシンプル且つ便利に単に突出部を軽く叩く又はパンチングすることにより形成されるので、圧延された円形打抜材料の突出部は非常に薄い。
図１０は、圧延エクスプローレータのキャビティ４の他の一形態の上面図を示す。
図１１は、圧延エクスプローレータのキャビティ４の更に他の一形態の上面図を示す。
圧延エクスプローレータ４のキャビティの形状が、ワークピースの要求される形状に基づき変化することが、図９〜図１１の記載から分かる。当然のことながら、本発明の圧延エクスプローレータのキャビティの形状は、様々な形状にすることができ、図９〜図１１に示す形状は、単なる３つの実施例であり、本発明を何ら制限するものではない。
上記のロールフォーミングプロセスの後に、ホイールディスク打抜材料は、周方向に沿って均一の質量を持ち、しかも精密な動釣り合いを持つので、ホイールディスク打抜材料の外周は、立て旋盤による追加の工程を必要としない。外周の端面の精密さは、以下の手順に示すように、型により実現される。
（３）ホイールディスク打抜材料に打ち抜きで、トリミング処理およびサイジング処理を行う。
（４）ホイールディスク打抜材料を圧延ホルダで圧力を保持しながら引き延ばす。
（５）中心穴およびねじ穴を打ち抜く。
（６）手穴を打ち抜き、そしてそれらを押し出す。
（７）ねじ穴の表面をリーマ加工する。
（８）中心穴を切削加工する。

図２、図３、図７および図８に示すように、成形の力、材料の変形の状況および結果は、本発明のロールフォーミング方法とスピンフォーミング方法との間で異なる。ホイールディスクの成形プロセスにおいて、材料を引き伸ばすスピン変形の力は、圧延変形の力よりも小さい。ロールフォーミングプロセスの間、材料にかかる応力の面積がより大きく、力がより大きいので、エクスプローレータに材料が押し出されると、材料の降伏変形を発生する。ロールフォーミング方法とスピンフォーミング方法との間で変形の力が異なる理由は、これら２つのフォーミング方法では角度が異なるからである。回転角度α５は、回転角度（α１＋α２）よりも小さく（角度が小さいほど、力が強くなる）、そして圧延ホイール５１の圧延かみこみ角度α６（たとえば、圧延ホイール５１のかみこみ角度）は、スピンホイールの圧延かみこみ角度（α３＋α４）よりも小さい（圧延かみこみ角度が小さいほど、押し出す力が大きい）。したがって、本発明の圧延の力は回転の力よりも大きい。

発明者は、本発明のロールフォーミング方法を、３８０材料のホイールディスク製品の形成に適用し、当該ホイールディスク製品に曲げ疲労試験を行った。曲げ疲労試験の結果は、１５０万回以上の試験の後にホイールディスク製品にクラックが発生すること（たとえば、ホイールディスク製品が損傷を受ける）、および、ホイールディスク製品は、１２０万回の試験の後でも依然として損傷を受けていないことを示している。

本発明のロールフォーミング方法の効果を比較するために、発明者は、スピンフォーミング方法を、３８０材料のホイールディスク製品の形成に適用し、当該ホイールディスク製品の曲げ疲労試験を行った。曲げ疲労試験の結果は、ホイールディスク製品は、約１００万回の試験の後に、通常は損傷することを示している。

本発明のロールフォーミング方法は、既存のスピンフォーミング方法に比較して、より短い処理時間であり、より高い製造効率であり、より高い製品の精度であり、より強い曲げ疲労の強度を持つことが分かる。

上記の記載は、単に具体的な実施例であり、その応用または使用について、何ら本発明を限定するものではない。

Ｐ スピンホイール
Ｑ スピンエクスプローレータ
Ｒ 円形打抜材料
１ フレーム
１１ ベース
１２ コラム
１３ アッパーボックス
２ 下側圧延ヘッドアセンブリ
３ 下側圧延ヘッドアセンブリの駆動機構（油圧モータ）
４ 圧延エクスプローレータ
４１ キャビティ
４２ 中心穴
５ 圧延ホイールユニット
５１ 圧延ホイール
５２ スライドブロック
５３ 回転軸
６ 上側圧延ヘッドアセンブリ
７ 上側圧延ヘッドアセンブリの供給機構（油圧シリンダーアセンブリ）
８ 圧延ホイールの供給機構
８１ 油圧シリンダー
８２ コネクタ
８２１ ねじ穴
８３ 位置決めボルト
９ 圧延ホイールの油圧モータ
１０ クロスビーム
１０１ スライドスロット
１０２ コラム穴
１０３ クロスビームの中心穴
１０４ サイドホール

Claims (9)

1. 以下の手順を含むホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   （１）円形打抜材料になるように打ち抜き加工を行い、
   （２）円形の圧延エクスプローレータのキャビティに前記円形打抜材料を設置し、
   前記円形打抜材料を、その中心からリムに向かって徐々に薄くなるホイールディスク打抜材料に圧延するために、前記圧延エクスプローレータの前記キャビティ内で、前記円形打抜材料の上を平面方向にずれて且つ同調して圧延するように、前記圧延エクスプローレータの周方向に沿って対称に配置される少なくとも２つの圧延ホイールを適用し、
   （３）前記ホイールディスク打抜材料のトリミング処理およびサイジング処理を行い、
   （４）ホイールディスクの部分の形状の要求ならびに前記ホイールディスクの外径および高さの寸法に係る要求を満たして前記ホイールディスクを形成するように前記ホイールディスク打抜材料を引き延ばすことを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
2. 請求項１に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（２）における少なくとも２つの前記圧延ホイールの圧延動作は、少なくとも２つの前記圧延ホイールの水平方向の送り動作および各前記圧延ホイールの回転動作を含むことを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
3. 請求項２に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（２）における各前記圧延ホイールの送り運動は、電子制御システムに接続される圧延ホイールの供給機構により制御され、
   前記電子制御システムは、各前記圧延ホイールの供給機構の供給速度および供給量をそれぞれ制御し、さらに各前記圧延ホイールの供給速度および供給量を制御することを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
4. 請求項２に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（２）における各前記圧延ホイールの圧延動作は、各前記圧延ホイールに連結される圧延ホイールの駆動要素によりそれぞれ駆動され、
   各前記圧延ホイールの駆動要素は、電子制御システムに連結されて制御されることを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   形成された前記ホイールディスク上の中心穴、ねじ穴、手穴、およびねじ穴の表面を処理するステップ（５）を更に含むことを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
6. 請求項５に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（２）における前記圧延エクスプローレータの前記キャビティにおいて形成される前記ホイールディスクの各部は同じ強度の部分であり、
   前記圧延エクスプローレータの前記キャビティの形状は前記ホイールディスクの形状に対応することを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
7. 請求項６に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（１）において、中心穴は、打ち抜き加工を行い前記円形打抜材料を得た後に、前記円形打抜材料を前記圧延エクスプローレータの前記キャビティに位置決めするようにして、前記円形打抜材料に穴開けされることを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
8. 請求項７に記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（３）において、打ち抜きにより、前記ホイールディスク打抜材料にトリミング処理およびサイジング処理を行うことを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。
9. 請求項６〜８の何れかに記載のホイールディスクのロールフォーミング方法であって、
   前記ステップ（４）において、形成された前記ホイールディスクの外形寸法を正確にするために、圧力を保持して前記ホイールディスク打抜材料を引き延ばすことを特徴とするホイールディスクのロールフォーミング方法。

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