JP6829120B2

JP6829120B2 - 車両用ホイールディスクの製造方法

Info

Publication number: JP6829120B2
Application number: JP2017054753A
Authority: JP
Inventors: 稔人朽木; 考平大谷
Original assignee: Ring Techs Co Ltd
Current assignee: Ring Techs Co Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: JP2018153858A

Description

本発明は、車両用ホイールディスクの製造方法に関する。

特許文献１に開示されているように、車両用ホイールディスクを製造する際には、まず、素材コイルを巻き戻して得た板材が所定寸法に切断される。その後、所定寸法に切断された板材を打ち抜くことによって、所定形状のブランクが得られる。更に、得られたブランクに対して、絞り加工（通常は、２〜４段階の絞り工程）および穴抜き加工等の所定の加工が行なわれて、車両用ホイールディスクが得られる。

特開２０１０−１００１２１号公報

絞り加工は、ダイおよびブランクホルダによって、ブランクの外縁部をクランプした状態で行われる。ブランクのうち、上記クランプされた部分は、１段階目の絞り加工によってフランジ部となる。

特許文献１の図１に示されているように、従来のブランクでは、外縁に４つの直線部および円弧状の４つの曲線部が形成されている。このようなブランクに対して１段階目の絞り加工を行った場合、フランジ部となるブランクの外縁部のうち、上記直線部の中央付近において増肉が生じる。

１段階目の絞り加工時に上記のような増肉が生じた場合、その後の加工時（例えば、フランジ部を立ち上げるための絞り加工時）に、増肉部にかかる負荷が大きくなり、素材割れが生じる場合がある。このような問題は、特に、厚い板厚（３ｍｍ以上）を有するブランクから車両用ホイールディスクを製造する際に生じやすい。

そこで、本発明は、絞り加工時に成形体のフランジ部において増肉が生じることを抑制できる、車両用ホイールディスクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、絞り加工時にフランジ部に増肉が生じることを抑制するために種々の検討を行なった。図１は、本発明者らが、所定寸法のブランクを得るために利用を検討した金属板を示す図である。なお、図１において、破線は、ブランクとして打ち抜かれる部分の外縁を示している。

図１（ａ）に示すように、本発明者らは、まず、正方形の金属板１０を用意した。そして、金属板１０の外縁１０ａに内接する仮想的な円１２で囲まれた領域１２ａ（以下、打ち抜き領域１２ａと記載する。）を打ち抜くことによって、ブランクを得ることを検討した。この場合、得られたブランクの外縁には直線部が形成されないので、ブランクに対して１段階目の絞り加工を行った際に、フランジ部において増肉が生じることを抑制できると考えられる。

しかしながら、金属板１０の外縁１０ａに内接する円１２で囲まれた領域をパンチで高精度に打ち抜くことは、現実的に困難である。具体的には、金属板１０の外縁１０ａと打ち抜き領域１２ａ（円１２）とが重なる部分（４箇所）の近傍を精度良く打ち抜くことは難しい。このため、実際には、図１（ｂ）に示したように、金属板１０の外縁１０ａと打ち抜き領域１２ａとの間隔ｄを十分に確保する必要がある。具体的には、間隔ｄを、例えば、金属板１０の板厚の１．５倍以上にする必要がある。

金属板１０の外縁１０ａと打ち抜き領域１２ａとの間隔ｄを十分に確保することによって、打ち抜き領域１２ａを精度良く打ち抜くことができる。しかしながら、この場合には、金属板１０の寸法を大きくする必要があり、ホイールディスクの製造コストが上昇するので好ましくない。

そこで、本発明者らは、打ち抜き領域の形状を多角形にすることを試みた。その結果、打ち抜き領域を１２角形または１６角形にした場合、金属板の寸法を大きくすることなく、打ち抜き領域を精度良く打ち抜くことができ、更に、得られたブランクに対して１段階目の絞り加工を行う際に、フランジ部において増肉が生じることを十分に抑制できることが分かった。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の車両用ホイールディスクの製造方法を要旨とする。

（１）四角形の金属板を打ち抜いて１２角形または１６角形のブランクを得る打ち抜き工程と、
前記ブランクの外縁部をクランプした状態で、フランジ部および筒状部が形成されるように前記ブランクに対して絞り加工を行うことによって成形体を得る第１絞り工程とを備え、
前記打ち抜き工程では、前記金属板の４辺それぞれの一部によって、前記１２角形または前記１６角形のブランクの複数の辺のうちの４辺が形成されるように、前記金属板を打ち抜く、車両用ホイールディスクの製造方法。

（２）前記第１絞り工程において得られた前記成形体の前記フランジ部の外縁部を切り落とすトリミング工程と、
前記トリミング工程において外縁部が取り除かれた前記フランジ部を立ち上げるように、前記成形体に対して絞り加工を行なう第２絞り工程とをさらに備える、上記（１）に記載の車両用ホイールディスクの製造方法。

（３）前記打ち抜き工程では、正１２角形または正１６角形のブランクを得る、上記（１）または（２）に記載の車両用ホイールディスクの製造方法。

（４）前記金属板の材料として熱間圧延鋼板を用いる、上記（１）から（３）のいずれかに記載の車両用ホイールディスクの製造方法。

本発明によれば、絞り加工時に成形体のフランジ部において増肉が生じることを抑制できる。

図１は、打ち抜き加工前の金属板を示す平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る製造方法において用いられる金属板およびブランクを示す平面図である。図３は、第１絞り工程において得られる成形体を示す図である。図４は、トリミング工程においてフランジ部の外縁部が取り除かれた成形体を示す図である。図５は、第２絞り工程後の成形体を示す図である。図６は、車両用ホイールディスクを示す図である。図７は、本発明の一実施形態に係る製造方法において用いられる金属板およびブランクを示す平面図である。図８は、成形体を示す平面図である。図９は、従来のブランクを示す平面図である。図１０は、解析結果（フランジ部の厚さ）を示す図である。図１１は、測定結果（フランジ部の厚さ）を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用ホイールディスクの製造方法について図面を用いて説明する。

図２（ａ）は、金属板を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ブランクを示す平面図である。なお、図２（ａ）の金属板においては、後述する打ち抜き工程においてパンチによって打ち抜かれる領域（打ち抜き領域）の外縁が破線で示されている。図３（ａ）は、第１絞り工程において得られる成形体を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図４（ａ）は、トリミング工程においてフランジ部の外縁部が取り除かれた成形体を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図５（ａ）は、第２絞り工程後の成形体を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図６（ａ）は、車両用ホイールディスクを示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

図２（ａ）に示すように、まず、四角形の金属板２０が用意される。本実施形態では、正方形の金属板２０が用いられる。金属板２０は、例えば、素材コイルを巻き戻して得た金属板を所定寸法に切断することによって得られる。金属板２０の厚みは、例えば、３ｍｍ以上である。なお、本実施形態に係る製造方法は、厚みが４ｍｍ以上、特に厚みが５．５ｍｍ以上の金属板からホイールディスクを製造する際に好適に利用できる。また、金属板の材料としては種々の金属材料を用いることができ、鋼（例えば、熱間圧延鋼板）、アルミニウム、またはアルミニウム合金等が用いられる。

次に、金属板２０のうち、図２（ａ）において破線で囲まれた領域（打ち抜き領域）２１が打ち抜かれる（打ち抜き工程）。これによって、図２（ｂ）に示すように、ブランク２２が得られる。なお、打ち抜き工程では、例えば、パンチおよびダイを用いて、金属板２０が打ち抜かれる。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、打ち抜き工程において、１６角形のブランク２２が得られる。より具体的には、本実施形態では、正１６角形のブランク２２が得られる。

また、打ち抜き工程では、金属板２０の４つの辺２０ａ〜２０ｄそれぞれの一部によって、ブランク２２の複数の辺のうちの４つの辺２２ａ〜２２ｄが形成されるように、金属板２０が打ち抜かれる。この場合、金属板２０の４辺２２ａ〜２２ｄと打ち抜き領域２１との間に、図１（ｂ）で説明したような間隔ｄを設ける必要がない。したがって、金属板２０の寸法を大きくする必要がない。また、打ち抜き領域２１を１６角形にすることによって、図１（ａ）で示したような金属板１０の外縁１０ａに内接する円１２で囲まれた領域１２ａを打ち抜く場合に比べて、打ち抜き領域２１を容易かつ精度良く打ち抜くことができる。

次に、図２（ｂ）および図３を参照して、ブランク２２の外縁部をクランプした状態で、ブランク２２に対して絞り加工が行われる（第１絞り工程）。これにより、図３に示すように、フランジ部２４ａおよび筒状部２４ｂを有する成形体２４が得られる。第１絞り工程では、例えば、図示しないダイおよびブランクホルダによって、ブランク２２の外縁部をクランプした状態で、図示しないパンチによってブランク２２の中央部を押圧することによって成形体２４が得られる。なお、図３（ａ）においては、フランジ部２４ａのうち、後述するトリミング工程において切断される部分が破線で示されている。

次に、図３および図４を参照して、第１絞り工程において得られた成形体２４のフランジ部２４ａの外縁部が切り落とされる（トリミング工程）。なお、図４（ａ）においては、トリミング工程前のフランジ部２４ａの外縁が破線で示されている。また、詳細な説明は省略するが、図４に示す成形体２４では、第１絞り工程後に穴抜き加工が行なわれ、筒状部２４ｂに穴２４ｃが形成されている。また、詳細な説明は省略するが、成形体２４のフランジ部２４ａに対しては、例えば、コイニング加工が行なわれる。

次に、図５を参照して、成形体２４に対して絞り加工が行なわれる（第２絞り工程）。第２絞り工程では、トリミング工程において外縁部が取り除かれたフランジ部２４ａが立ち上げられる。その後、成形体２４に対して穴抜き加工等の種々の加工が施されて、図６に示すように、車両用ホイールディスク３０が得られる。

なお、図６に示した車両用ホイールディスク３０は、例えば、産業用車両のホイールとして用いられる。具体的には、２つの車両用ホイールディスク３０を、互いに反対方向を向くようにして接合することによって、産業用車両のホイールが得られる。ただし、車両用ホイールディスクの形状は、図６に示した例に限定されず、車両用ホイールディスクが使用されるホイールの形状等に応じて、適宜変更される。すなわち、本発明に係る車両用ホイールディスクの用途は、産業用車両のホイールに限定されず、本発明に係る車両用ホイールディスクは、一般車両等の他の車両のホイールのホイールディスクとして利用することもできる。この場合、車両用ホイールディスクの形状に応じて、上述の各工程における処理内容、および工程数等も適宜変更される。例えば、上述の第２絞り工程が実施されず、製品の形状に応じた他の工程が実施されてもよい。

なお、上述の実施形態では、打ち抜き工程において１６角形のブランク２２を得る場合について説明したが、以下に説明するように、打ち抜き工程において、１２角形のブランクを得てもよい。

図７（ａ）は、１２角形のブランクが打ち抜かれる前の金属板を示す平面図であり、図７（ｂ）は、１２角形のブランクを示す平面図である。なお、図７（ａ）の金属板においては、打ち抜き工程においてパンチによって打ち抜かれる領域（打ち抜き領域）の外縁が破線で示されている。

打ち抜き工程において１２角形のブランクを得る場合、金属板２０のうち、図７（ａ）において破線で囲まれた領域が打ち抜かれる。これによって、図７（ｂ）に示すように、１２角形のブランク２６が得られる。より具体的には、図７に示した例では、正１２角形のブランク２６が得られる。なお、図７に示した例では、金属板２０の４つの辺２０ａ〜２０ｄそれぞれの一部によって、ブランク２６の複数の辺のうちの４つの辺２６ａ〜２６ｄが形成されるように、金属板２０が打ち抜かれる。

上記のようにして得られた１２角形のブランク２６から車両用ホイールディスクを製造する場合も、１６角形のブランク２２から車両用ホイールディスク３０を製造する場合と同様の効果が得られる。

＜シミュレーションに基づく検討＞
以下、コンピュータを用いたＦＥＭ解析によるシミュレーション結果とともに、本発明の効果を説明する。本シミュレーションでは、図２（ｂ）に示した正１６角形のブランク２２に対して第１絞り工程を実施して図３に示した成形体２４を得る場合を想定して、ＦＥＭ解析を行った。本シミュレーションでは、図８に示すように極座標を規定し、位相角が０°〜９０°の範囲におけるフランジ部２４ａの厚さの変化を調べた。なお、本シミュレーションでは、フランジ部２４ａのうち、破線の円で示す位置（トリミング工程において切断される位置：直径３０７ｍｍの円で示す位置）の厚さの変化を調べた。また、ブランク２２の寸法は、１辺の長さが３９４ｍｍで、厚さが６．０ｍｍの正方形の金属板２０からブランク２２を得る場合の寸法に設定した。ブランク２２（金属板２０）の材料は、３７０ＭＰａ級鋼板とした。

同様に、図７（ｂ）に示した正１２角形のブランク２６に対して第１絞り工程を実施してフランジ部および筒状部を有する成形体を得る場合を想定して、ＦＥＭ解析を行った。この場合も同様に、位相角が０°〜９０°の範囲におけるフランジ部の厚さの変化を調べた。ブランク２６の寸法は、１辺の長さが３９４ｍｍで、厚さが６．０ｍｍの正方形の金属板２０からブランク２６を得る場合の寸法に設定した。ブランク２６の材料は、３７０ＭＰａ級鋼板とした。

さらに、図９に示した従来のブランク２８に対して絞り工程を実施してフランジ部および筒状部を有する成形体を得る場合を想定して、ＦＥＭ解析を行った。この場合も同様に、位相角が０°〜９０°の範囲におけるフランジ部の厚さの変化を調べた。なお、ブランク２８の外縁は、４つの直線部および円弧状の４つの曲線部を有している。ブランク２８の寸法は、１辺の長さが３９４ｍｍで、厚さが６．０ｍｍの正方形の金属板からブランク２８を得る場合の寸法に設定した。ブランク２８の材料は、３７０ＭＰａ級鋼板とした。

図１０に解析結果（フランジ部の厚さ）を示す。なお、図１０（ａ）は、１６角形のブランクから成形体を得る場合を想定した解析結果であり、図１０（ｂ）は、１２角形のブランクから成形体を得る場合を想定した解析結果であり、図１０（ｃ）は、従来のブランクから成形体を得る場合を想定した解析結果である。

図１０に示した結果から、１２角形または１６角形のブランクから成形体を得る場合、従来のブランクから成形体を得る場合に比べて、第１絞り工程でフランジ部に大きな増肉が生じることを抑制できることが分かる。特に、１６角形のブランクから成形体を得る場合には、フランジ部において増肉が生じることを十分に抑制できることが分かる。これらの結果から、本発明によれば、第１絞り工程後の工程（産業用車両のホイールディスクを製造する場合には、例えば、第２絞り工程）において、フランジ部の増肉に基づく素材の加工割れが発生することを十分に抑制できることが分かる。

１辺の長さが３９４ｍｍで、厚さが６．０ｍｍの正方形の金属板から図２に示したブランク２２を得て、上述の第１絞り工程およびトリミング工程を行なって、実施例に係る成形体２４（図４参照）を得た。得られ成形体２４のフランジ部２４ａの外縁部の厚みを測定した。具体的には、３２箇所の厚さを測定した。

また、１辺の長さが３９４ｍｍで、厚さが６．０ｍｍの正方形の金属板から図８に示したブランク２８を得て、実施例と同様に、絞り工程およびトリミング工程を行なって、比較例に係る成形体を得た。得られ成形体のフランジ部の外縁部の厚みを測定した。具体的には、８箇所の厚さを測定した。

図１１に、測定結果を示す。なお、図１１において横軸は、厚さの測定位置（フランジ部の周方向における位置）を示している。図１１に示した結果から、１６角形のブランクから成形体を得る場合、従来のブランクから成形体を得る場合に比べて、フランジ部において大きな増肉が生じることを十分に抑制できることが分かる。この結果からも、本発明によれば、フランジ部の増肉に基づく素材の加工割れを十分に抑制できることが分かる。

以上のように、本発明によれば、絞り加工時に成形体のフランジ部において増肉が生じることを抑制できるので、素材の加工割れを十分に抑制することができる。本発明に係る製造方法によって得られるホイールディスクは、例えば、産業用車両のホイールにおいて好適に用いられる。

１０，２０金属板
２１打ち抜き領域
２２，２６，２８ブランク
２４成形体
３０車両用ホイールディスク

Claims

四角形の金属板を打ち抜いて各辺が直線状に形成された凸多角形のブランクを得る打ち抜き工程と、
前記ブランクの外縁部をクランプした状態で、フランジ部および筒状部が形成されるように前記ブランクに対して絞り加工を行うことによって成形体を得る第１絞り工程とを備え、
前記打ち抜き工程では、前記ブランクが１２角形または１６角形となるように、かつ前記金属板の４辺それぞれの一部によって、前記１２角形または前記１６角形のブランクの複数の辺のうちの４辺が形成されるように、前記金属板を打ち抜く、車両用ホイールディスクの製造方法。
前記第１絞り工程において得られた前記成形体の前記フランジ部の外縁部を切り落とすトリミング工程と、
前記トリミング工程において外縁部が取り除かれた前記フランジ部を立ち上げるように、前記成形体に対して絞り加工を行なう第２絞り工程とをさらに備える、請求項１に記載の車両用ホイールディスクの製造方法。
前記打ち抜き工程では、正１２角形または正１６角形のブランクを得る、請求項１または２に記載の車両用ホイールディスクの製造方法。
前記金属板の材料として熱間圧延鋼板を用いる、請求項１から３のいずれかに記載の車両用ホイールディスクの製造方法。