JP6304370B2 - ホイールリムの製造方法及び自動車用ホイールリムの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)本発明の一態様におけるホイールリムの製造方法は、円筒状のリム素材をリム形状に成形加工する成形工程と;前記成形工程前後の少なくとも一方において前記リム素材の少なくとも一方の開口端縁の板厚を増す増肉工程と;を備え、前記増肉工程で、前記開口端縁の板厚よりも幅広の環状溝を持つ金型の前記環状溝内に前記開口端縁を挿入した状態で、前記開口端縁に対して前記リム素材の軸線方向の圧縮荷重をかけて増肉部を形成する。
また、上記(8)に記載のホイールリムの製造方法の場合、開口端縁の座屈発生をより確実に防ぎながら増肉加工を行うことが可能となる。
また、上記(9)及び(10)に記載の自動車用ホイールリムの製造方法によれば、上記(1)に記載のホイールリムの製造方法と同様の効果を得ることが可能である。
自動車用ホイールリムの製造に際しては、まず、平板から円筒状のリム素材を得る必要があるが、その方法については一般的な方法を採用すればよい。例えば図1のフローチャートに示すように、コイル状に巻かれた鋼帯をアンコイルしてローラで矯正する工程S1と、矯正した鋼帯を所定の寸法に切断して平板を得る工程S2と、得た平板を円筒状に曲げる曲げ工程S3と、曲げた平板の両端縁を互いに突き合わせて溶接する突合溶接工程S4と、溶接部分のバリなどを除去する仕上げ工程S5とにより、円筒状のリム素材を得ることができる。
このようにして得たリム素材より自動車用ホイールリムを製造する方法の各実施形態を、以下に続けて説明する。
本発明の第1実施形態に係る自動車用ホイールリムの製造方法において、前記円筒状のリム素材には、その一対の開口端縁(以下、「周縁部」と言う場合もある。図2に符合21で示す一対の環状部分である)のうちの少なくとも一方を増肉する増肉工程S6と、リム素材の両開口端縁を拡径するフレア工程S7と、リム素材にリム形状を形成する複数のロール工程S8と、リム径を整えるエキスパンダー工程S9と、が施され、その結果、リムが完成する。
前記リム形状の一例としては、図12で説明した前記リム1aと同様に、ドロップ2、ウエル3a,3b、レッジ4、ビードシート5a,5b、フランジ6a,6bなどを含む形状を採用することが出来る。
前記加熱工程は、前記プレス工程の前処理として行われるものであるが、まずは増肉工程S6の基本であるプレス工程の説明を先に行い、その後に、前記加熱工程の説明を続けて行うものとする。
プレス用金型10aは、リム素材20よりも大きな外径を持つ円盤状の金型であり、前記環状溝11を境としてその内側に形成された内側凸円部10a1と、前記環状溝11の外側に形成された外側凸円部10a2とを備えている。言い換えると、内側凸円部10a1の外周面と、外側凸円部10a2の内周面と、これら互いに対向する外周面及び内周面の奥側に形成された底面とにより、前記環状溝11が区画形成されている。
外側凸円部10a2は、前記環状溝11の底面からの高さ寸法が、内側凸円部10a1の高さ寸法よりも高くなっている。そして、外側凸円部10a2には、環状溝11の前記内周面に滑らかに連続するように、断面視円弧状の面取りが形成されている。この面取りが形成されていることにより、リム素材20をスムーズに環状溝11内に導いて挿入することが可能となっている。
また、円柱部10b2の高さ寸法は、リム素材20の軸方向の高さ寸法よりも低めになっている。これは、リム素材20の増肉加工を行うためであり、その詳細については後述する。
より詳しく言うと、まず図2に示すように、支持金型10bの円柱部10b2にリム素材20を同軸に外嵌めしていく。その結果、図3に示すように、リム素材20の下端である他方の周縁部21が土台部10b1の上面に当接して、リム素材20の軸方向荷重を土台部10b1の上面で支持するとともに、周縁部21が円柱部10b2の上面よりも所定寸法、上方に向かって張り出た状態となるように、リム素材20が配置される。
このようにしてリム素材20の周縁部21が環状溝11内に収容された図3の状態より、プレス用金型10aをリム素材20に向けてさらに下げていくことで、リム素材20の周縁部21に対し、その軸方向(図3中の白抜き矢印の方向)に圧縮荷重が加えられ、周縁部21の内の特に加熱領域22が環状溝11内を満たすように増肉変形していき、前記隙間gがゼロになった時点で圧縮加工が終了する。
その後、プレス用金型10aをリム素材20から取り外し、さらにリム素材20を支持金型10bから取り外すと、リム素材20の周縁部21のみが他所に比べて板厚が厚くなっており、増肉工程S6が完了する。
増肉工程S6後のリム素材20には、前記フレア工程S7、ロール工程S8、エキスパンダー工程S9と、が施される。このようにして加工されたリム内に前記ディスクを溶接固定(図1の工程S10)することで、自動車用ホイールリムの完成となる。
また、本実施形態における増肉加工S6は、円筒状のリム素材20における一対の周縁部21のうちの一方に対して行ったが、両方に対して行ってもよい。なお、一対の周縁部21のうちの一方のみに対して増肉工程S6を行う場合には、この自動車用ホイールリムを自動車に装着した際に外側となる方に行うのが好ましい。
また、本実施形態では、増肉工程S6をリム形状加工よりも前(ロール工程S8よりも前)に行うものとしたが、これのみに限らず、先にリム形状加工を行ってから増肉工程S6を行うことも可能である。さらには、増肉工程S6を2回に分け、リム形状加工の前後に1回ずつ行うようにしてもよい。
本実施形態に係る自動車用ホイールリムの製造方法は、円筒状のリム素材20をリム形状に成形加工する成形工程(ロール工程S8)と;成形工程前後の少なくとも一方においてリム素材20の少なくとも一方の周縁部21の板厚を増す増肉工程S6と;を備える。そして、増肉工程S6で、周縁部21の板厚よりも幅広の環状溝11を持つプレス用金型10aの環状溝11内に、加熱領域22を予め設けた周縁部21を挿入した状態で、周縁部21に対してリム素材20の軸線方向の圧縮荷重をかけて増肉部を形成する。
また、スピニング加工機のような高価な装置を用いず、比較的簡便なプレス装置を用いるため、増肉加工に伴う製造コストの上昇が少ない。
すなわち、本実施形態に係る自動車用ホイールリムの製造方法においては、前記増肉工程S6を行うに際し、図4Aに示すように、リム素材20の周縁部21内に、予め加熱して変形抵抗を下げた加熱領域22を形成しておく。その後、図4Bに示すように、加熱領域22を含む周縁部21を環状溝11内に収容し、その状態でリム素材20の軸方向(白抜き矢印の方向)に圧縮荷重を加えることで、図4C及び図4Dに示すように、リム素材20の周縁部21のみを選択して増肉することがより容易となる。周縁部21における加熱領域22の加熱幅(Wh)は、リム素材20の周縁部21に形成される増肉部の、予定される増肉長さ(W)以上であることが好ましい。
図5において、周縁部21のうち、加熱されて後述の温度範囲に達している加熱領域22が加熱幅Whに示す部分である。そして、この加熱領域22は、圧縮荷重を受ける前の状態において、周縁部21の内周面側では環状溝11との間に隙間t1が設けられ、また周縁部21の外周面側では環状溝11との間に隙間t2が設けられている。そして、加熱領域22の厚み寸法をt3とした場合、t1+t2+t3の合計寸法が、増肉後において求められる周縁部21の厚み寸法に略等しくなる。実際には、冷却後の熱収縮により厚み寸法t3が若干薄くなることを見越して、隙間t1、t2を若干大きめに設定することが好ましい。
なお、増肉の仕方としては、周縁部21の内周面及び外周面の双方が均等に厚くなるように増肉しても良いし、または、内周面及び外周面の何れか一方のみが厚くなるように増肉してもよい。
なお、本実施形態は、様々な材質の自動車用ホイールリムの製造に適用することが可能であるが、特に、鋼製ホイールリムの製造に適している。中でも、高張力鋼製ホイールリムの製造に最適である。
そして、リム素材20の軸線方向における、前記圧縮荷重を加える前における周縁部21の加熱領域22の幅寸法をWhとし、前記圧縮荷重を加えた後における増肉部の幅寸法をWとした場合に、Wh>Wとなっている。
さらに、リム素材20の軸線方向における、環状溝11の深さ寸法をDとし、圧縮荷重を加える前における周縁部21の加熱領域22の幅寸法をWhとした場合に、D>Whとなっている。
さらに、増肉工程S6で、リム素材20の両方の周縁部21のうち、少なくとも、自動車に装備された際に外向きとなる外側開口端縁に対し、前記増肉部を形成している。
本発明の第2実施形態に係る自動車用ホイールリムの製造方法について以下に説明する。本実施形態は、上記第1実施形態の変形例に相当するものであり、上記第1実施形態との相違点を主に説明し、その他については上記第1実施形態と同様であるとして重複説明を省略する。
すなわち、加熱領域22内において、環状溝11に当接して真っ先に圧縮荷重を受ける開口先端縁で最も温度が高く、この開口先端縁より奥に離れるに従って徐々に温度が低くなるような温度勾配をつけて加熱している。ただし、加熱領域22内の温度としては、何れの箇所においても、前述の温度範囲である450℃〜850℃(より好ましくは500℃〜750℃)を満たすことが好ましい。
このように、増肉加工中の加熱領域22内における増肉変形を、常に前記加工先端縁の位置に限定して行わせることにより、周縁部21における座屈変形を防止して、皺の発生を確実に防ぐことが可能となる。
また、上記各実施形態においては、自動車用ホイールリムの素材が高張力鋼であったが、これのみに限らず、アルミニウム・マグネシウム合金からなる素材を用いて自動車用ホイールリムを製造してもよい。
すなわち、増肉工程S6で説明した図4A〜図4Dの各工程のうち、周縁部21を環状溝11内に挿入する前の図4Aの段階では周縁部21の加熱を行わず、周縁部21を環状溝11内に挿入した図4Bの状態で周縁部21の加熱を開始する。そして、そのまま周縁部21の加熱を継続しながら、図4C〜図4Dに示す圧縮加工を同時に行う。
なお、この場合の加熱方法としては、誘導加熱による加熱の他、プレス用金型10a自体を加熱して、プレス用金型10aと周縁部21との当接による熱伝達で周縁部21をその開口端縁より加熱する方法も採用可能である。
すなわち、増肉工程S6で、増肉中の周縁部21の内周面を環状溝11の内壁面で支えると共に、周縁部21の外周面を前記内壁よりも幅広の、環状溝11の外壁面で支えながら、圧縮加工を行ってもよい。
また、上記各実施形態では、前記加熱工程を行うことにより局所的に変形抵抗を下げたが、変形抵抗を下げることが出来るのであれば、加熱以外の手段を採用してもよい。しかしながら、各種手段の中でも、適用容易性等の観点により、加熱が最も優れていると言える。
さらには、鋼帯の状態又は鋼帯から切り離した平板の状態で、周縁部21となる部分に焼き鈍し等の加工を加えておくことで、予め、局所的に変形抵抗を下げてもよい。
すなわち、まず、高張力鋼の平板(厚さ2.36mm及び2.00mmの2種、降伏応力は共に800N/mm2)を複数枚用意し、これら平板それぞれを、円筒状に曲げて両端縁を突き合わせ溶接して、2種の円筒状リム素材(それぞれ、外周面の半径が170mmで、円筒の軸線方向に平行な幅寸法が202mm)を得た。
続いて、それぞれの円筒状リム素材の周縁部を増肉し、フレアリングした後、ロール工程によってリム形状に成形した。
また、比較のため、一部、周縁部を増肉しない円筒状リム素材を用意し、これに対しても同様に、フレアリングした後、ロール工程によってリム形状に成形した。
まず、2.36mm等厚のリム素材を用いたが増肉加工を行わなかった比較例では、図8に示すように、作製されたリムの周縁部が2.22mmまで薄くなった。
1a リム
1b ディスク
2 ドロップ
3a,3b ウエル
4 レッジ
5a,5b ビードシート
6a,6b フランジ
10 金型
10a プレス用金型
10b 支持金型
11 環状溝
20 リム素材
21 リム素材の周縁部、開口端縁
22 加熱領域
Claims (8)
- 円筒状のリム素材をリム形状に成形加工する成形工程と;
前記成形工程前後の少なくとも一方において前記リム素材の少なくとも一方の開口端縁の板厚を増す増肉工程と;
を備え、
前記リム素材は高張力鋼からなり、
前記増肉工程が、前記開口端縁の加熱領域において前記開口端縁の先端から前記リム素材の軸線方向に沿って離れるに従って徐々に温度が低下するように、前記開口端縁を加熱する工程を含み、
前記開口端縁の加熱領域の温度範囲は450℃〜750℃であり、
前記増肉工程で、前記開口端縁の板厚よりも幅広の環状溝を持つ金型の前記環状溝内に前記開口端縁を挿入した状態で、前記開口端縁に対して前記リム素材の軸線方向の圧縮荷重をかけて増肉部を形成し、
前記軸線方向の、前記環状溝の深さ寸法をDとし、前記圧縮荷重を加える前における前記開口端縁の加熱領域の幅寸法をWhとした場合に、D>Whである
ことを特徴とするホイールリムの製造方法。 - 前記開口端縁を前記加熱した後に、前記環状溝内に挿入して前記圧縮荷重を加えることを特徴とする請求項1に記載のホイールリムの製造方法。
- 前記開口端縁を前記環状溝内に挿入した状態で前記加熱しながら、前記圧縮荷重を加えることを特徴とする請求項1に記載のホイールリムの製造方法。
- 前記軸線方向の、前記圧縮荷重を加える前における前記開口端縁の加熱領域の幅寸法をWhとし、前記圧縮荷重を加えた後における前記増肉部の幅寸法をWとした場合に、Wh>Wである
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のホイールリムの製造方法。 - 前記増肉工程で、増肉中の前記開口端縁の内周面を前記環状溝の内壁で支えると共に、前記開口端縁の外周面を前記内壁よりも幅広の、前記環状溝の外壁で支えながら、前記圧縮荷重を加えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のホイールリムの製造方法。
- 前記金型が、前記リム素材の内周面をこの内側より支える円柱部を有する支持金型をさらに有し、
前記増肉工程で、前記リム素材内に前記円柱部を挿入した状態で、前記圧縮荷重を加えることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のホイールリムの製造方法。 - 請求項1〜6の何れか一項に記載のホイールリムの製造方法により得られた前記ホイールリム内にディスクを固定する工程を備えることを特徴とする自動車用ホイールリムの製造方法。
- 前記増肉工程で、前記リム素材の両方の前記開口端縁のうち、少なくとも、自動車に装備された際に外向きとなる方に対し、前記増肉部を形成することを特徴とする請求項7に記載の自動車用ホイールリムの製造方法。
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