JPH0716691A

JPH0716691A - 車両用ホイールのプレス成形方法

Info

Publication number: JPH0716691A
Application number: JP16709393A
Authority: JP
Inventors: Tomihiko Fukuyasu; 富彦福安; Takeshi Ogita; 武司荻田; Hiroyuki Honda; 弘之本田; Naoshige Ueki; 直重植木; Masahisa Hisataka; 将寿久高
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】車両用ホイールの加工時間を短縮し、寸法精
度及び歩留まりの向上を図る。【構成】車両用ホイールのプレス成形方法は、ディス
ク部１６を外側から押圧する上パンチ３１と、円周壁部
１７を外周から規制するダイス３９と、ダイス３９とカ
ップ状素材１５の軸方向に相対移動可能であり、ダイス
３９との間隙４０が成形予定のリム形状となるように配
置可能な下パンチ３６とを設け、ダイス３９と下パンチ
３６とを、その間隙４０が成形予定リム１１の厚みより
大きくなるように相対移動させる第１移動工程と、上パ
ンチ３１により、円周壁部１７を間隙４０に押し込む押
し込み工程と、円周壁部１７を間隙４０に押し込んだ状
態で、ダイス３９と下パンチ３６とを、その間隙４０が
成形予定リム１１の厚みになるように相対移動させる第
２移動工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用ホイールの成形
方法に関し、特に、リムとディスクとが一体成形される
車両用ホイールのプレス成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１及び図２に示すように、鍛造一体型
の車両用ホイール１０はリム部１１全体が薄肉であり、
そのフランジ部１２及びウエル部１３等がアンダーカッ
ト形状を有しているので、従来、プレス加工による後方
押出で成形するためには大きな荷重が必要であり、設備
が高価になる。

【０００３】このため、通常、成形予定のリム厚Ｔｒよ
り厚い肉厚Ｔａを有する円周壁部１７と、成形予定のデ
ィスク１４と同形状のディスク部１６とを有するカップ
状素材１５の円周壁部１７をスピニング加工（へら絞り
加工）することによりリム部１１が成形されている（例
えば特開昭５７−２０９７３０号公報、特開平０１−２
１８７２８号公報等）。スピニング加工は、ロールによ
る部分加工を繰り返して材料に与える加工法であり、成
形に要する荷重が小さい。このため、リム肉厚の薄肉化
とアンダーカット形状成形とが安価な設備で実現でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スピニング加
工では、部分加工を繰り返すので、加工に長時間を要
し、また寸法精度が劣る等の問題がある。また、形状に
よってはスピニングロール掛けが困難であり、スピニン
グロール掛けするには余肉が必要になり歩留まりが低下
する。

【０００５】そこで、本発明者等は、上記問題点を解消
するために、図３に示すプレス加工により、以下の工程
でリムを成形することを試みた。まず、図２に示すよう
なディスク部１６と円周壁部１７とからなるカップ状素
材１５を用い、ディスク部１６を上方から押圧するパン
チ２０と、円周壁部１７を外周側から規制するダイス２
１と、ダイス２１との間隙が成形予定のリム形状となる
ように配置可能なマンドレル２２とをプレス機に取り付
け、パンチ２０によりディスク部１６を押圧し、ダイス
２１とマンドレル２２とにより作られる間隙に円周壁部
１７を押し込んだ。

【０００６】この場合、次に述べる問題点が明らかにな
った。（１）カップ状素材１５を押し込む工程で、カップ状素
材１５の円周壁部１７に、図４に示すように、押し込み
荷重によりバックリング２３が生じ、ダイス２１とマン
ドレル２２とにより形成される間隙２２ａに押し込めな
くなる。（２）カップ状素材１５を押し込む工程で、図５に示す
ように、カップ状素材１５の円周壁部１７に押し込み荷
重による増肉部２４が生じ、ダイス２１とマンドレル２
２とにより形成される間隙２２ａに押し込めなくなる。（３）所定の位置に押し込めても、図６に示すように、
リム１１先端のフランジ部１２が欠肉する。

【０００７】上記（１）及び（２）の問題点について
は、カップ状素材１５の円周壁部１７の肉厚Ｔａの調整
やパンチ２０、ダイス２１、マンドレル２２及びカップ
状素材１５の十分な潤滑により解決できることが判っ
た。しかし、（３）の問題点については、上記対策を講
じてもリム先端のフランジ部１２まで肉を到達させるの
が困難であり、解決することができなかった。これは、
次のような理由によると考えられる。

【０００８】図１に示すリム先端のフランジ部１２は、
通常、ウエル部１３の両端に位置するビードシート部１
８に比べて肉厚が同等か厚い。しかし、このフランジ部
１２に到達する円周壁部１７先端は、ビードシート部１
８を通過してくるため、厚みはビードシート部１８以下
になる。また、フランジ部１２はビードシート部１８に
比べて径が大きいので、ビードシート部を通過してフラ
ンジ部に到達した肉は、径拡がりのために減肉する。こ
のため、フランジ部１２に欠肉が発生する。

【０００９】以上の結果、押し込み荷重が大きくなる
と、折れ曲がりの大きいフランジ部１２を有しかつフラ
ンジ部１２の肉厚がビードシート部１８に比べて大きい
リム１１の成形にプレス加工を適用するのは困難である
ことが判った。また、リム肉厚のコントロールも難しい
ことが判った。ここに、本発明の目的は、車両用ホイー
ルの加工時間を短縮し、寸法精度及び歩留まりの向上を
図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らが検
討したところ、円周壁部の肉厚調整や潤滑を充分に行う
ことにより、成形が可能であり、リム先端の欠肉を除い
て成形が可能であり、さらに、この欠肉を解決するため
に材料の押し込みと肉厚コントロールとを別に行えばよ
いことが判った。

【００１１】よって、本発明に係る車両用ホイールのプ
レス成形方法は、ディスク部と車両用ホイールのリムに
相当する円周壁部とを有するカップ状素材を車両用ホイ
ールにプレス成形するプレス成形方法であって、ディス
ク部を外側から押圧する第１パンチと、円周壁部を外周
から規制するダイスと、ダイスとカップ状素材の軸方向
に相対移動可能であり、ダイスとの間隙が成形予定のリ
ム形状となるように配置可能な第２パンチとを設け、ダ
イスと第２パンチとを、その間隙が成形予定リムの厚み
より大きくなるように相対移動させる第１移動工程と、
第１パンチにより、カップ状素材の円周壁部を間隙に押
し込む押し込み工程と、円周壁部を間隙に押し込んだ状
態で、ダイスと第２パンチとを、その間隙が成形予定リ
ムの厚みになるように相対移動させる第２移動工程とを
含むことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に係る車両用ホイールのプレス成形方法
では、第２パンチとダイスとを、その間隙が成形予定の
リムの厚みより大きくなるように相対移動させる。そし
て、第１パンチにより、カップ状素材の円周壁部を間隙
に押し込む。押し込み時に、第２パンチとダイスとの間
隙をリム厚より大きくすることにより、押し込み荷重が
減少し、カップ状素材の円周壁部の増肉、バックリング
がほとんど生じず、スムーズにカップ状素材を間隙に押
し込める。また、フランジ部に達した肉は、ビードシー
ト部の厚み以上とすることが可能であり、十分にフラン
ジ部を充満させることができる。次に、円周壁部を間隙
に押し込んだ状態で、ダイスと第２パンチとを、その間
隙が成形予定リムの厚みになるように相対移動させる。
これにより、ダイスと第２パンチとにより、リム形状を
コントロールできる。また、アップセット効果（据え込
み効果）により、肉厚もコントロールできる。

【００１３】ここでは、プレス加工により材料の押し込
みと肉厚コントロールとを別に行っているので、車両用
ホイールの加工時間を短縮でき、寸法精度及び歩留まり
の向上を図れる。

【００１４】言うまでもないが、型と材料の相対的な動
きにより、材料に変形を与える加工法であり、上下逆に
した型組み、フローティング機構を有する型組み、複動
プレス等を用いることも可能である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて説明する。図７〜図１０は、本発明方法の成形手順
を示すプレス機の断面部分図である。図において、プレ
ス機の主ラム３０には、上パンチ３１が取り付けられて
いる。上パンチ３１の下面には、カップ状素材１５のデ
ィスク部１６の外面に係合する押し込み面３２が形成さ
れている。

【００１６】また、プレス機のベッド３３には、ダイベ
ース３４が取り付けられている。ダイベース３４上に
は、１対の昇降シリンダ３５，３５が間隔を隔てて配置
されている。昇降シリンダ３５，３５は、ダイベース３
４に昇降自在に支持された下パンチ３６を昇降駆動す
る。下パンチ３６は、上面がディスク部１６の内面に係
合し、外周面がリム１１の内面に係合する形状である。
下パンチ３６の中心には、プレス加工後の製品を取り出
すためのノックアウトピン３７が昇降自在に配置されて
いる。ノックアウトピン３７は、エジェクタ３８の先端
に取り付けられ、エジェクタ３８により昇降駆動され
る。

【００１７】下パンチ３６の周囲には、ダイス３９が配
置されている。ダイス３９は、図１１に示すように、２
つ割り可能であり、その内周面はリム１１の外面に係合
する形状である。この結果、ダイス３９と下パンチ３６
との間には、成形予定のリム形状となり得る間隙４０が
形成されている。下パンチ３９は、水平シリンダ４１に
より水平方向に開閉駆動される。水平シリンダ４１は、
ダイベース３４の両端部上に取り付けられたブラケット
４２に基端部が固定されてる。なお、間隙４０は、下パ
ンチ３６が下降端に位置しているときは、成形予定リム
厚より厚く、上昇端に位置しているとき成形予定のリム
形状になる。

【００１８】次に、成形手順について説明する。まず、
図２に示すカップ状素材１５を用意する。カップ状素材
１５は、ビレットからプレス加工と回転鍛造加工とによ
り、また、プレス加工のみにより製造できる。また、厚
板からプレス加工やスピニング加工により製造できる。

【００１９】ここで、カップ状素材１５の円周壁部１７
の厚みＴａと車両用ホイール１０のリム１１の厚さＴｒ
との関係、円周壁部１７の長さＨとリム１１の長さＬと
の関係、及び前記長さＨと前記厚みＴａとの関係が下記
（１）式を満足していることが望ましい。この関係を図
１３に示す。Ｔａ≦Ｔｒ，Ｈ≧１．０５Ｌ，Ｈ／Ｔａ≦３５．０（１）また、車両用ホイール１０のリム１１の幅Ｗｒと厚さＴ
ｒとの関係及びディスク１４の厚さＴｄとリム１１の厚
さＴｒとの関係が下記（２）式を満足していることが望
ましい。Ｗｒ／Ｔｒ＜３０．０，Ｔｄ／Ｔｒ＞１．５（２）続いて、プレス機に上パンチ３１と下パンチ３６とダイ
ス３９とをセットし、下パンチ３６を下降位置に配置
し、ダイス３９を閉じる（図１１）。そして、カップ状
素材１５をダイス３９上に載置する（図７）。この状態
で上パンチ３１を下降させ、ディスク部１６を押圧して
カップ状素材１５を間隙４０に押し込む（図８）。この
とき、間隙４０は成形予定リム厚より大きい。

【００２０】この押し込み工程では、下パンチ３６とダ
イス３９との間隙４０がリム厚より大きく、また、ディ
スク部１６を押圧しながら円周壁部１７を押し込んでい
るので、円周壁部１７に無理な力が作用せず、押し込み
荷重が減少し、カップ状素材１５の円周壁部１７の増
肉、バックリングがほとんど生じず、スムーズにカップ
状素材１５を間隙に押し込める。また、フランジ部１２
に達した肉は、ビードシート部１８の厚み以上とするこ
とが可能であり、十分にフランジ部１２を充満させるこ
とができる。

【００２１】さらに、カップ状素材１５の形状と製品１
０の形状との関係が上記（１）式及び（２）式を満足し
ているので、円周壁部１７の肉厚Ｔａがリム肉厚Ｔｒと
同じかそれより小さくなり、絞り加工により素材径が縮
められ、径が縮められた部位が増肉しても、円周壁部１
７の肉厚が目標リム肉厚より大きくなり過ぎなくなり、
圧下荷重を小さくできる。また、円周壁部１７の長さＨ
がリム長さＬの１．０５倍以上あるので、押し込み工程
時に増肉し円周壁部の長さが短くなっても欠肉が生じに
くい。さらに、円周壁部１７の長さＨは肉厚Ｔａの３５
倍以下であり、リム幅Ｗｒがリム厚Ｔｒの３０倍未満で
あるので、薄肉化によるバルジ変形を防止しやすい。さ
らに、ディスク部１６の厚さＴｄがリム厚Ｔｒの１．５
倍より大きいので、押圧時にディスク部１６が変形せず
円周壁部１６に均一に荷重をかけることができ、円周壁
部１７の不均一変形を防止できる。

【００２２】次に、昇降シリンダ３５を上昇させ、下パ
ンチ３６をダイス３９に対して上昇させて間隙４０を成
形予定のリム形状にする（図９）。この下パンチ上昇工
程において、間隙４０が成形予定のリム形状になるの
で、ダイス３９と下パンチ３６とによりリム形状を正確
にコントロールできる。また、アップセット効果（据え
込み効果）により、肉厚も正確にコントロールできる。

【００２３】最後に、水平シリンダ４１，４１を後退さ
せて（図１２）ダイス３９を開き、続いてノックアウト
ピン３７を上昇させて成形された車両用ホイール１０を
取り出す（図１０）。

【００２４】（実験例）次に、本発明方法の効果を確認
するために行った実験例について説明する。

【００２５】材質がＡ６０６１の２種類の形状のカップ
状素材を、リム幅Ｗｒとリム厚Ｔｒとの比（Ｗｒ／Ｔ
ｒ）が１８及び２８、ディスク厚Ｔｄとリム厚Ｔｒとの
比（Ｔｄ／Ｔｒ）が２．２及び１．８の２種類のアルミ
ニウム合金製のディスクホイールに成形する実験を行っ
た。

【００２６】まず、３８０℃に加熱したビレット素材か
ら後方押し出しにより円周壁部とディスク部とを有する
素材を製作した。続いてディスク部の外周側にフランジ
部を成形した後にハブ穴部を打ち抜き、図２に示すカッ
プ状素材を得た。得られたカップ状素材を、本発明方法
により下パンチとダイスとの相対移動量をリム厚の２倍
程度にしてプレス成形した。

【００２７】成形の結果、双方ともリム形状、肉厚分布
とも満足する製品が得られた。また、寸法精度の向上に
より、機械加工に要する費用が削減でき、材料費がスピ
ニング加工に比べて８割になった。このため、材料歩留
まりの大幅な向上を図ることができた。さらに、プレス
加工によりリム成形を行うので、スピニング加工による
リム成形に比べて加工時間が１／５以下に短縮できた。
なお、本発明は、アルミニウム合金に限定されず、車両
用ホイールとして用いられるマグネシウム合金やチタン
合金等の他の金属材料にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用ホイールのプレス成形方法では、プレス加工により材
料の押し込みと肉厚コントロールとを別に行っているの
で、車両用ホイールの加工時間を短縮でき、寸法精度及
び歩留まりの向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用ホイールの形状を示す半截断面図であ
る。

【図２】カップ状素材の形状を示す半截断面図である。

【図３】プレス加工による成形実験の工程を示す半截断
面図である。

【図４】バックリング発生の様子を示す半截断面図であ
る。

【図５】増肉発生の様子を示す半截断面図である。

【図６】フランジ部における欠肉発生の様子を示す半截
断面図である。

【図７】本発明方法の成形手順を示すプレスの断面部分
図である。

【図８】本発明方法の成形手順を示すプレスの断面部分
図である。

【図９】本発明方法の成形手順を示すプレスの断面部分
図である。

【図１０】本発明方法の成形手順を示すプレスの断面部
分図である。

【図１１】ダイスの構成を示す平面部分図である。

【図１２】ダイスの構成を示す平面部分図である。

【図１３】カップ状素材の最適形状を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０：車両用ホイール１１：リム１５：カップ状素
材１６：ディスク部１７：円周壁部３１：上パンチ３６：下パンチ３９：ダイス４０：間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植木直重大阪市此花区島屋５丁目１番109号住友金属工業株式会社製鋼所内 (72)発明者久高将寿大阪市此花区島屋５丁目１番109号住友金属工業株式会社製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスク部と車両用ホイールのリムに相
当する円周壁部とを有するカップ状素材を前記車両用ホ
イールにプレス成形する車両用ホイールのプレス成形方
法であって、前記ディスク部を外側から押圧する第１パンチと、前記
円周壁部を外周から規制するダイスと、前記ダイスと前
記カップ状素材の軸方向に相対移動可能であり、前記ダ
イスとの間隙が成形予定の前記リム形状となるように配
置可能な第２パンチとを設け、前記ダイスと前記第２パンチとを、その間隙が前記成形
予定リムの厚みより大きくなるように相対移動させる第
１移動工程と、前記第１パンチにより、前記カップ状素材の円周壁部を
前記間隙に押し込む押し込み工程と、前記円周壁部を前
記間隙に押し込んだ状態で、前記ダイスと前記第２パン
チとを、その間隙が前記成形予定リムの厚みになるよう
に相対移動させる第２移動工程と、を含む車両用ホイー
ルのプレス成形方法。