KR101404905B1

KR101404905B1 - 휘일 디스크 제조 방법

Info

Publication number: KR101404905B1
Application number: KR1020087021389A
Authority: KR
Inventors: 앨런 콜맨; 톰 짜르니키; 빌 포울러
Original assignee: 헤이스 레머즈 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2014-06-09
Also published as: WO2007089750A3; KR20080093063A; JP2009525191A; BRPI0707444A2; US7587825B2; BRPI0707444B1; US20070175037A1; CN101384383A; DE112007000239T5; WO2007089750A2; CN101384383B; JP5580989B2

Abstract

휘일 디스크를 형성하는 방법은 평탄한 블랭크로 시작된다. 휘일 디스크에는 다수의 윈도우가 형성되고, 각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주 주위에 연속한 외측 밴드에 인접한 각각의 외측 엣지를 갖는다. 상기 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 형성하며, 외측 밴드를 따라 각각의 윈도우의 환형 크기는 각각의 스포크의 환형 크기 보다 크다. 외측 밴드는 외측 밴드의 적어도 일부에 대해 캠 다이를 결합함으로써 원통형 형상을 향해 부분적으로 폐쇄된다. 외측 밴드는 원통형 다이를 사용하여 외측 밴드를 축방향으로 와이핑함으로써 원통형 형상으로 완전히 폐쇄된다. 중간 캠 동작은 휘일 디스크를 약하게 하거나 왜곡시키는 응력을 유도하지 않고 와이핑후 원하는 최종 형상을 달성한다.

블랭크, 캠 다이, 밴드, 스포크, 윈도우, 돌기, 러그 볼트,

Description

휘일 디스크 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A WHEEL DISC}

본 발명은 차량 휘일에 관한 것으로서, 특히 차량 휘일에 사용하기 위한 휘일 디스크를 제조하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

종래 제조된 차량 휘일의 한가지 형태는 내측 디스크 및 외측 림을 갖는 2부재형 구조를 포함한다. 디스크는 내측 휘일 장착부 및 외측 환형부를 포함한다. 상기 휘일 장착부는 보드내측 장착면을 한정하며; 중앙 파일럿 또는 허브 구멍과, 휘일을 차량의 차축에 장착하기 위해 형성된 다수의 러그 수용구멍을 포함한다. 상기 림은 스틸, 알루미늄, 또는 기타 다른 합금으로 제조되며; 보드내측 타이어 비드 안착 지지플랜지와, 보드내측 타이어 비드 시트와, 축방향으로 연장되는 웰과, 보드외측 타이어 비드 시트와, 보드외측 타이어 비드 안착 지지플랜지를 포함한다. 디스크의 외측 환형부는 전형적으로 용접에 의해 림의 내측 방사방향 표면에 고정된다.

디스크에 양호한 일부 물질은 스틸과, 평탄한 블랭크를 디스크의 원하는 최종 형태로 냉간가공될 수 있는 기타 다른 합금이다. 다이 스탬핑 및 펀칭의 여러가지 스테이지를 사용하면, 충분한 칫수의 정밀도 및 강도를 갖는 휘일 디스크가 경제적으로 생산될 수 있다. 본 발명에 참조인용되고 1996년 10월 29일자로 허여 된 미국특허 제5.568.745호에는 멀티 스테이지로 휘일 디스크를 제조하기 위한 진보적인 다이 스탬핑과, 고속 이송 프레스 설비의 실시예가 개시되어 있다.

휘일 디스크 및 림의 강도 및 형태에 대한 엄격한 요구사항과 함께, 휘일 디스크의 매력적인 스타일링이 요구된다. 인접한 윈도우의 각각의 쌍 사이에 단일의 스포크를 형성함으로써 휘일에 스포크형 외관을 제공하기 위해, 전형적인 휘일 디스크에는 윈도우가 형성된다. 윈도우는 휘일의 보드내측에 설치된 브레이크 유니트에 냉각 에어의 흐름을 제공하도록 작용하기도 한다.

스탬프된 휘일 디스크의 스타일링을 개선하기 위해, 림에 조립된 후 휘일 디스크의 보드외측에는 다양한 형상의 클래딩 및 마무리가 적용된다. 클래딩 형상은 휘일 디스크의 형상과 일치하거나 또는 매우 상이한 외관을 제공한다. 실제 스타일링과는 관계없이, 충분한 에어 흐름이 휘일 및 브레이크를 냉각하는 것을 허용하기 위해서는 클래딩 설치후 충분한 "내부 투시" 영역이 존재하는 것이 바람직하다.

휘일 스타일링에 있어서 최근의 경향은 대형 윈도우의 제공을 바람직하게 하므로, 윈도우들 사이의 일체형 스포크는 가능한한 작게 될 수 있다. 클래딩이 사용될 때, 휘일 디스크의 대형 윈도우 크기는 클래딩의 스타일링시 더욱 큰 유연성을 제공하므로, 클래딩 윈도우는 더욱 임의의 위치에 배치될 수 있다.

평탄한 블랭크로 스탬프형 휘일 디스크를 제조하기 위해 종래 기법을 사용하면 더욱 큰 대향 윈도우 크기를 얻는 것이 불가능하다. 제조중, 블랭크는 윈도우를 펀칭하기 전에 외측 밴드를 형성하기 위해 전형적으로 위로 굴곡되는데, 그 이유는 만일 윈도우가 먼저 펀칭되었다면 굴곡중에는 허용될 수 없을 정도로 왜곡되 기 때문이다. 대형 윈도우 크기로 인해, 펀칭 동작은 점점 어려워지는데, 그 이유는 펀칭될 때 슬러그를 수용할 공간을 제공할 필요성 때문이다.

대형 윈도우 크기를 얻기 위해, 알루미늄 캐스팅 등과 같은 기타 다른 성형 처리과정이 사용된다. 그러나, 이러한 기타 처리과정 및 물질은 저렴한 경비 및 대량 제조에는 그다지 적합하지 않다. 따라서, 스탬프형 휘일 디스크를 갖는 윈도우 크기의 증가를 얻는 것이 바람직하다.

동시에 출원되어 계류중이며 발명의 명칭이 "대형 윈도우를 갖는 휘일을 위한 디스크 성형 처리과정"인 미국 특허출원(보관번호: 1-27067)에는 대형 윈도우를 펀칭한 후 외측 밴드가 위로 굴곡되더라도, 디스크 강도를 유지시키고 왜곡을 피할 수 있게 하면서 윈도우 크기를 증가시킬 수 있게 하는 개선된 디스크 성형 처리과정이 개시되어 있다. 중간의 캠 동작은 와이핑 다이(wiping die)로 최종 성형 이전에 예비 성형을 실행하므로, 디스크는 디스크를 약하게 하는 응력을 유도하거나 윈도우 형상을 왜곡시키지 않고 형성될 수 있다.

외측 밴드의 예비 성형 및 최종 성형에 관련된 잠재적인 문제점은 의도하지 않은 주름(undulation) 이다. 대형 윈도우의 존재로 인해, 외측 밴드의 방사방향 길이의 주기적 변동이 생성된다. 의도하지 않은 길이 변화는 최종 외측 밴드에서 휘일 축선에 평행한 및/또는 휘일 축선에 수직한 방향으로 작동되는 주름을 생성시킬 수 있다. 형성된 휘일 디스크가 용접을 위해 림의 내부에 배치되었을 때, 휘일 축선에 평행한 주름으로 인해 용접 시임은 물결모양을 이루게 되어, 용접 동작의 실행을 어렵게 한다. 휘일 축선에 수직한 주름은 시임을 따라 림과 휘일 디스크 사이에 불연속적인 접촉으로 나타나서, 강한 용접 연결부의 형성을 방해한다. 따라서, 주름을 감소시키는 것이 바람직하다.

휘일 디스크를 형성하는 다이 스탬핑 동작은 전형적으로 스테이션 사이로 이송될 부분마무리된 부재를 갖는 일련의 프레스 스테이션을 이용하여 실행된다. 멀티플 스테이션과 함께, 각각의 스테이션은 부재의 다른 영역에 있는 구멍이 천공될 동안 부재 일부분의 굴곡 등과 같은 하나이상의 적절한 금속 성형 공정을 실행하도록 설정될 수 있다. 최소한의 설비 및 공장 바닥공간을 이용하여 부품을 가장 경제적으로 생산하기 위해서는 최소한의 스테이션 갯수를 요구하는 제조 처리과정을 사용하는 것이 바람직하다. 제조 비용은 가공의 사용가능한 내구성중 본래의 가공 비용 및 유지보수에 관해, 각각의 다이 세트에 의해 실행되는 성형 공정의 복잡성에 의존한다. 따라서, 필요로 하는 스테이션의 갯수를 증가시키지 않고서도, 최소한의 복잡한 단계를 사용하여 원하는 휘일 디스크를 형성하기 위해 일련의 공정을 찾는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 윈도우 크기를 증가시킬 수 있게 하는 개선된 휘일 디스크 성형 처리과정을 제공한다. 이러한 처리과정은 프레스 스테이션의 갯수를 감소시키고 복잡한 천공 공정을 피하면서 주름을 감소시킨다.

본 발명의 특징에 따르면 휘일 디스크를 형성하는 방법이 제공된다. 평탄한 디스크 블랭크는 보울 형태의 휘일 디스크에 형성된다. 상기 보울 형태의 휘일 디스크는 윈도우 형성 영역에 인접한 스포크-형성 영역을 형성하도록 성형된다. 윈도우는 각각의 윈도우 형성 영역에서 수직 방향으로 형성되며, 각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주 주위에서 연속한 외측 밴드에 인접한 외측 엣지를 각각 갖는다. 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 한정한다. 외측 밴드를 따라 각각의 윈도우의 각도 크기는 각각의 스포크의 각도 크기 보다 큰 것이 바람직하다. 외측 밴드는 캠 다이를 외측 밴드의 일부에 대해 결합함으로써 원통형 형태를 향해 부분적으로 폐쇄되며, 상기 캠 다이는 외측 밴드의 주름을 감소시키기 위해 외측 밴드의 외주 엣지를 수용하는 중간 돌기가 구비된 결합면을 포함한다. 상기 외측 밴드는 외측 밴드를 축방향으로 와이핑(wiping)함으로써 원통형 형태로 완전히 폐쇄된다. 와이핑(wiping)이란 프레스 가공 분야에서 플랜지(flange)를 형성하기 위해 널리 사용되는 프레싱 작업의 한 종류이며, 와이핑 다이(wiping die)는 플랜지를 형성하는데 사용되는 다이(die)의 형태를 지칭한다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 휘일 디스크의 사시도.

도2는 휘일 림과 결합된, 도1의 휘일 디스크의 사시도.

도3 및 도3A는 본 발명의 제1실시예의 제1공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도4 내지 도4B는 본 발명의 제1실시예의 제2공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도5 내지 도5B는 본 발명의 제1실시예의 제3공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도6 내지 도6B는 본 발명의 제1실시예의 제4공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도7 및 도7A는 본 발명의 제1실시예의 제5공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도8은 본 발명의 제1실시예의 제6공정에 따라, 휘일 디스크를 처리하기 전에 개방된 프레스의 단면도.

도8A는 제6공정의 다이 세트의 일부에 대한 평면도.

도8B 및 도8C는 제6공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도9A 및 도9B는 본 발명의 제1실시예의 제7공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도10 내지 도10B는 본 발명의 제1실시예의 제8공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도11은 본 발명의 제1실시예와 함께, 도6 내지 도6B에 도시된 제4공정을 대체하는, 본 발명의 제2실시예의 제4공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도12 및 도12A는 본 발명의 제1실시예와 함께, 도7 및 도7A에 도시된 제5공정을 대체하는, 본 발명의 제2실시예의 제5공정에 따라 휘일 디스크를 처리한 후 폐쇄된 프레스의 단면도.

도12B는 본 발명의 제2실시예의 제5공정의 일부 다이 세트에 대한 평면도.

도1에 있어서 도시된 형상을 갖는 휘일 디스크(10)는 냉간 스탬핑을 사용하여 평탄한 스톡으로 제조된다. 제조된 후, 디스크(10)는 휘일 또는 휘일 디스크 축선(X)을 갖는 휘일(W)을 생성하기 위해, 도2에 도시된 바와 같이 적절한 림(11)에 용접되거나, 리벳팅되거나, 또는 기타 적절히 고정된다. 휘일 림(11)은 예를 들어 스틸, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 마그네슘, 또는 티타늄 등과 같은 적절한 물질로 제조된다.

휘일 디스크(10)는 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 스틸, 마그네슘, 또는 티타늄 등과 같이 냉간 가공에 필요한 연성을 갖는 적절한 물질로 제조되거나 형성된다. 휘일 디스크(10)는 일반적으로 중앙에 배치되는 휘일 장착면 또는 컨투어(12)와, 외측으로 연장되는 다수의 일체형 스포크(13)와, 외측의 환형 림 연결 밴드 또는 플랜지(14)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 디스크(10)는 휘일 장착면(12) 및 외측 밴드(14)와 일체형인 5개의 일체형 스포크(13)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기 스포크는 고형 스포크로 형성되지만, 필요할 경우에는 하나이상의 스포크(13)에 개구(도시않음)가 형성될 수 있다. 또한, 도1에 도시된 바와 같이, 각각의 스포크(13)는 휘일 축선(X)을 가로지르는 방사방향 라인(R)을 형성하며, 각각의 스포크(13)는 상기 방사방향 라인(R)에 대해 대칭인 것이 바람직하다. 선택적으로, 상이한 갯수, 방향 및/또는 형상의 스포크(13)가 사용될 수도 있다.

휘일 장착면(12)은 중앙에 배치되는 파일럿 개구(15)와, 상기 파일럿 개구(15) 주위에서 원주방향으로 이격된 다수의 러그 볼트 수용구멍(16)을 포함한다. 상기 러그 볼트 수용구멍(16)은 마무리된 휘일을 차량의 차축에 고정하기 위해 러그 볼트(도시않음)를 수용한다.

또한, 휘일 디스크(10)는 인접한 스포크(13) 사이에 형성된 다수의 개구 또는 윈도우(17)를 포함한다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 윈도우(17)의 각도 크기는 특히 외측 밴드(14)에 인접한 디스크(10)의 외측 방사방향 외주에서 일체형 스포크(13)의 각도 크기 보다 큰 것이 바람직하다. 선택적으로, 스포크(13)에 대한 윈도우(17)의 각도 크기는 필요할 경우 도시된 바와는 상이할 수 있다.

외측 밴드(14)는 일반적으로 축방향으로 연장되며, 스포크(13)에 의해 디스크(10)의 나머지에 연결된다. 따라서, 각각의 스포크(13)와 외측 밴드(14) 사이의 천이부는 디스크(10) 및 휘일의 구조적 일체성을 약하게 하는 골절, 균열, 또는 기타 다른 결함없이 형성될 수 있다. 외측 밴드(14)는 림(11)으로의 용접을 위한 환형 장착 플랜지를 형성하기 때문에, 스탬핑 처리과정중에는 본래의 블랭크의 평면으로부터 약 90°굴곡된다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 윈도우(17)는 대형이므로 윈도우(17)의 측부 엣지면(20)은 휘일 축선(X)에 대해 수직한 면을 갖게 된다. 달리 말하면, 외측 밴드(14)는 일반적으로 축방향으로 연장되어 보드외측 방향의 축방향으로 연장되는 각각의 인접 스포크(13)의 사이로 연장되는 측부 엣지면(14A)을 형성하도록, 굴곡부[적어도 각각의 윈도우(17)의 외주 중앙의 영역에서]가 거의 없는 평탄한 원통부이다. 이러한 평탄한 원통형 형상은 스타일링 목적에 바람직한 림(11)에 디스크(10)가 연결된 후, 윈도우(17)를 통해 뷰(view)의 내부로 외측 밴드(14)가 돌출할 때 최소한의 돌출량을 제공한다. 그러나, 일체형 스포 크(13)의 협소함과 벤딩 각도는 종래기술의 스탬핑 처리과정을 사용할 때는 스포크(13)와 외측 밴드(14) 사이의 천이부에서 과도한 물질 응력을 유발한다.

도3 및 도3A에는 휘일 디스크(20)를 제조하기 위해 휘일 디스크 블랭크(도시않음)에서의 제1공정을 실행하기 위한 툴링 세트(tooling set)(21)가 도시되어 있다. 상기 툴링 세트(21)는 펀치 프레스(도시않음)에 장착되어, 도3에 도시된 바를 참고하였을 때 본 기술분야의 숙련자가 용이하게 인식할 수 있는 금속 스탬핑 공정을 실행한다. 일반적으로 평탄한 원형 블랭크(도시않음)는 툴링 세트(21)에 로딩되며, 프레스는 도3에 도시된 폐쇄 형태로 이동된다. 프레스의 폐쇄로 인해, 휘일 디스크(20)의 중앙부는 휘일 디스크(20)의 외주에 대해 수직상향으로 드로잉되어, 대칭형의 보울 형태를 생성한다. 이것은 일련의 드로잉 단계에 필요한 물질 체적을 부가하여, 물질을 가공경화시킨다.

반경(22)은 휘일 디스크(20)의 외측 엣지에 인접하게 형성된다. 도3에 도시된 제1공정을 완성한 후에는 툴링 세트(21)가 개방되고, 휘일 디스크(20)는 차후 공정을 위하여 일련의 프레스로 이동된다.

도4 내지 도4B는 툴링 세트(30)가 휘일 디스크(20)의 또 다른 예비 성형을 실행하는 제2공정을 도시하고 있다. 다이 디테일(31, 32)은 디스크(20)의 내측 휘일 장착영역에서 예비 성형을 실행한다. 상기 다이 디테일(33, 32)은 스포크 형성 영역(35)을 스탬핑하도록 협력한다. 다이 디테일(34, 32)은 윈도우 형성 영역(36)을 스탬핑하도록 협력한다. 도1 및 도2에 도시된 실시예에서, 휘일 디스크(20)의 전체 외주 주위에는 모두 5개의 스포크 형성 영역(35) 및 5개의 윈도우 형성 영 역(36)이 형성된다. 도시된 실시예에서, 윈도우 형성 영역(36)은 스포크 형성 영역(35) 보다 높은 스탬핑 높이를 갖는 것으로 도시되었지만, 윈도우와 스포크 형성 영역 사이의 기타 다른 상대적 높이는 휘일 디스크의 원하는 최종 형상에 의존하게 된다. 툴링 세트(30)는 단면 형태로 도시되었지만, 본 기술분야의 숙련자라면 다이 디테일이 3차원 형상을 갖는 것을 인식할 수 있을 것이다.

제2예비성형 공정시, 내측 장착영역(35, 36)은 휘일 디스크(20)의 외주에 대해 하방으로(즉, 수직 대향방향으로) 드로잉된다. 따라서, 또 다른 물질 재배치 및 가공경화가 완성된다.

도5 및 도5A는 윈도우를 일련의 수직 방향으로 천공하기 위해 휘일 디스크(20)가 이송되는 프레스에서 실행되는 차후 공정을 위한 툴링 세트(40)를 도시하고 있다. 펀치 디테일(41)은 휘일 디스크 축선(X)에 대해 평행한 펀치 축선(P)을 따라 윈도우 형성 영역(36)내로 구동되며, 슈트(42)를 통해 최종 슬러그가 제거된다. 이러한 실시예에 도시된 바와 같이, 휘일 디스크(20)의 외측 엣지는 수평으로 연장되며, 천공 공정중 툴링 세트(40)에 의해 지지되므로, 천공이 수직으로 실행될 수 있으며, 이에 따라 각도를 이루어 실행되는 대기 천공(aerial pierce)에 비해 툴링 세트를 간단하게 한다.

도시된 실시예에서, 다이 디테일의 선단 또는 전방 절단 엣지를 지나 다이 디테일(41)에 컬러(43)를 제공함으로써, 형성된 윈도우의 상부측은 도5B에 도시된 바와 같이 동시에 주조된다[도5B에서 컬러(43)는 다이 디테일(41)상에 있는 것으로 도시되었다]. 컬러(43)는 다이 디테일(41)의 하방 스트로크의 일부로서, 천공된 윈도우의 엣지를 따라 타격한다. 선택적으로, 천공된 윈도우의 주조는 필요할 경우 이러한 공정에 연속하는 기타 다른 방법에 의해 실행될 수도 있다.

도6 및 도6A에 도시된 차후 공정은 툴링 세트(50)를 사용하여 또 다른 디스크 성형의 실행을 도시하고 있다. 상기 툴링 세트(50)는 앤빌(53)을 제공하는 다이 디테일(52)과 상부 링(51)을 포함한다. 앤빌(53)과 상부 링(51)의 보조 경사형 엣지는 외측 밴드(55)를 각진 레그로 성형한다. 외측 밴드(55)의 각진 레그는 휘일 디스크 축선(X)(즉, 중앙의 수직 축선)으로부터 약 20°의 각도로 지향된다. 스포크 천이부에서의 응력을 피하거나 또는 불필요한 주름을 피하기 위해서는 외측 밴드(55)를 약 20°이상으로 드로잉하지 않는 것이 바람직하다. 또한 도시된 실시예에서, 상부 링(51) 및 앤빌(53)은 이러한 공정중 발생되는 자체유도된 주름을 감소시키거나 삭제하는데 효과적인 외측 밴드(55)에 카운터 주름을 유도하거나 생성하도록 성형된다.

도시된 실시예에서, 휘일 디스크(20)의 최종 성형을 동시에 실행하여 중앙 구멍 및 다수의 러그 볼트구멍을 수용하는 영역을 제공하기 위해 부가의 다이 디테일(56, 57)이 제공된다. 필요할 경우, 스포크 및 윈도우의 영역에서 최종 성형 조정이 이루어질 수도 있다. 선택적으로, 중앙 구멍 및 러그 볼트구멍을 수용하는 영역에서 휘일 디스크(20)의 최종 성형은 필요할 경우 이러한 공정에 연속한 기타 다른 방법에 의해 실행될 수도 있다.

도7 및 도7A에 도시된 일련의 공정에 있어서, 중앙 구멍은 툴링 세트(60)를 이용하여 천공된다. 특히, 다이 디테일(61)은 휘일 디스크(20)를 통해 구동되며, 최종 슬러그는 슈트(62)를 통해 제거된다.

도8 내지 도8C에 도시된 차후 공정은 툴링 세트(65)를 사용하여 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄하고 있다. 툴링 세트(65)는 도8A에서 개방 형태로 도시되어 있으며; 상기 개방 형태에서는 휘일 디스크(20), 툴링 세트(65)의 폐쇄에 이어 외측 밴드(55)가 원통형 형태에 더욱 가깝게 굴곡되게 하는 위치로 지지한다. 툴링 세트(65)는 캠 드라이버(67)에 의해 방사내측으로 구동될 수 있는 캠 다이 디테일(66)을 포함한다. 캠 다이 디테일(66) 및 캠 드라이버(67)의 경사면(68, 69)은 캠 드라이버(67)가 하방으로 가압되었을 때 캠 다이 디테일(66)이 방사내측으로 구동되도록 지향된다.

캠 다이 디테일(66) 및 캠 드라이버(67)는 캠 다이 디테일(66)이 외측 밴드(55)의 캠 부분과 동시에 내측으로 이동함에 따라 반경의 변화를 수용하는 외주방향으로 이격된 여러개의 분리된 세그먼트를 각각 포함한다. 도8A에 도시된 바와 같이, 분리된 캠 부분들 사이의 매우 작은 간극(70)은 더 작은 반경에서 약 1/4인치 이다. 상기 간극(70)은 상당한 벤딩이 필요하지 않기 때문에, 스포크로부터 먼 외주상의 지점에 대응하여 배치되는 것이 바람직하다.

캠 다이 디테일(66)은 외측 밴드(55)의 외주 엣지를 수용하여 외측 밴드(55)에 형성될 수도 이는 주름을 감소시키기 위해, 수평의 중간 돌기(72)를 갖는 경사진 결합면(71)을 포함한다. 휘일 디스크(20)가 툴링 세트(65)내로 하강하고 캠 다이 디테일(66)이 방사내측으로 이동하기 시작한 후, 외측 밴드(55)의 외주 엣지는 상기 결합면(71)과 접촉한다. 외측 밴드(55)는 외주 엣지가 표면(71)으로 미끄러 져서 돌기(72)와 접촉할 때까지 하방으로 굴곡된다. 외측 밴드(55)의 외주 엣지가 돌기(72)에 대해 가압될 때, 외측 밴드(55)는 하방으로 계속 굴곡되며, 돌기(72)의 존재로 인해 외측 밴드(55)의 레그 길이에 대한 속박때문에 존재하는 주름이 없어지거나 제거된다.

도8B 및 도8C는 외측 밴드(55)를 방사내측으로 구동시켜 이를 부분적으로 폐쇄한 후 방사내향의 폐쇄 위치의 캠 다이 디테일(66)을 도시하고 있다. 외측 밴드(55) 위에서의 캠동작 이후, 드라이버(67)는 캠 다이 디테일(65)을 그 방사내향의 위치로 후퇴시키기 위해 상향으로 이동되므로, 휘일 디스크(20)는 차후 공정으로 이송된다.

도9 및 도9A는 일반적으로 원통형인 플랜지에 외측 밴드를 완전히 폐쇄하기 위한 툴링 세트(75)를 도시하고 있다. 특히 도시된 실시예에서, 와이핑 다이 디테일(76)은 외측 밴드(55)를 축방향으로 와이핑하기 위해 하방으로 이동되므로, 그 본래의 수평 방향으로부터 약 90°의 각도로 하방으로 드로잉될 수 있다. 림의 내측과 결합하기 위해 휘일 축선에 평행한 원통형의 표면이 형성된다.

도10 내지 도10B는 차후 공정을 도시하고 있으며; 이러한 차후 공정에 있어서, 외측 밴드(55)의 하방 레그 길이는 더욱 정밀하게 제어된 최종 길이로 보정된다. 또한, 나머지 주름도 계속 감소된다. 툴링 세트(80)는 보정 다이 디테일(83)이 외측 밴드(55)의 외주 엣지를 휘일 디스크 축선(X)에 평행한 방향으로 타격할 동안 휘일 디스크(20)를 정위치에 지지하기 위해 다이 디테일(81, 82)을 포함한다. 다이 디테일(82)은 보정을 위해 휘일 디스크(20)를 정밀하게 배치하기 위해 윈도 우(17)를 관통하거나 윈도우의 내부에 배치된다. 도10A 및 도10B에 도시된 바와 같이, 다이 디테일(83)은 외측 밴드(44)의 외주 엣지를 수용하기 위한 돌기(84)를 포함한다. 세그먼트들 사이의 간극이 충분히 작아서 외측 밴드(55)의 모든 부분이 올바르게 보정될 수 있다면, 다이 디테일(83)은 툴링 세트(80)의 외주 주위에 분리된다.

외측 밴드 보정과 동시에, 펀치 다이 디테일(85)에 의해 중앙 구멍의 외주 주위에는 하나이상의 "처리과정 구멍"이 생성된다. 구멍으로부터의 슬러그는 슈트(86)를 통해 제거된다. 상기 처리과정 구멍(들)은 일련의 가공 단계중 휘일 디스크의 배치 및 취급에 사용된다. 처리과정 구멍의 갯수 및 위치는 일련의 처리과정 단계의 특정 요구사항에 의존한다. 상기 처리과정 구멍은 최종 휘일 디스크에 처리과정 구멍이 존재하지 않도록 러그 볼트 구멍 위치와 일치된다.

도시된 양호한 실시예에서, 휘일 디스크의 형성은 도10에 도시된 바와 같이 외측 밴드(55)를 보정한 후에 완료된다. 따라서, 휘일 디스크는 용접, 리벳팅, 또는 기타 다른 적절한 부착법(예를 들어, 접착제 또는 기타 다른 기계적 수단)에 의해 휘일 림에 부착되며, 그후 림 및 휘일 디스크는 정렬되며(예를 들어, 비드 시트에서 정중앙에 스퀴즈되며), 휘일을 매우 정밀하게 둥근 형태로 가압한다. 그후, 휘일 디스크는 중앙 구멍을 정밀하게 배치하기 위해 가공된다[밀(mill)을 이용하여]. 중앙 구멍은 최종 러그 볼트 구멍이 천공될동안 프레스에서 확장되거나 및/또는 주조된다. 다른 실시예에서, 최종 중앙 구멍 및 러그 볼트 구멍은 림에 부착되기 전에 펀치 프레스에서 휘일 디스크에 형성된다.

동일한 구성요소에 동일한 도면부호가 사용된 도11과 도12 및 도12A에는 본 발명의 휘일 디스크를 생산하는데 사용될 수 있는 또 다른 공정의 일부가 도시되어 있다. 특히, 도11은 상기 도6 내지 도6B에 도시된 공정 대신에 사용될 수 있으며, 도12 및 도12A는 도7 및 도7A에 도시된 공정 대신에 사용된다.

도11에는 툴링 세트(150)가 도시되어 있다. 툴링 세트(150)는 중앙 구멍 및 다수의 러그 볼트 구멍을 수용할 영역을 제공하도록 휘일 디스크의 최종 성형을 동시에 실행하기 위해 다이 디테일(151, 152)을 포함한다. 또한, 툴링 세트(150)는 윈도우의 후방의 주조를 실행하는 다이 디테일(153, 154)을 포함한다. 따라서, 인식할 수 있는 바와 같이, 도11에 도시된 실시예에서의 공정은 도6 내지 도6B에 도시된 실시예의 공정에서 발생되는 것처럼 외측 밴드(55)를 초기에 드로잉하지 않는다.

도12에는 툴링 세트(160)가 도시되어 있다. 툴링 세트(160)는 앤빌(163)을 제공하는 다이 디테일(162)과 상부 링(161)을 포함한다. 상부 링(161) 및 앤빌(163)의 보조 경사형 엣지는 외측 밴드(55)를 각진 레그로 성형한다. 외측 밴드(55)의 각진 레그는 휘일 축선(즉, 중앙의 수직 축선)으로부터 약 20°의 각도로 지향된다. 천이부에서의 응력을 피하거나 또는 불필요한 주름을 피하기 위해서는 외측 밴드(55)를 약 20°이상으로 드로잉하지 않는 것이 바람직하다. 도12에 도시된 바와 같이 이러한 실시예에서, 휘일 디스크의 각각의 윈도우 부분에 인접한 다이 디테일(161)의 영역에서 다이 디테일(161)이 완전히 하강하거나 또는 작동 위치로 연장되었을 때, 디스크의 외측 밴드(55)와 다이 디테일(161)의 인접 표면 사이 에 미세한 간극(G)이 존재하도록, 다이 디테일(161)(또한 도12A에 개략적으로 도시된 바와 같이)이 설계된다[간극(G)은 명확함을 기하기 위해 도12의 좌측에서 과장된 상태로 도시되었다]. 또한, 이러한 실시예에서, 휘일 디스크의 각각의 스포크 부분에 인접하여 다이 디테일(161)은 내측으로 굴곡지거나 또는 아치형 프로필(161A)로 설계되므로, 다이 디테일(161)이 완전히 하강된 위치에 있을 때(도12 및 도12A에 도시된 바와 같이), 각각의 스포크 부분에 인접한 외측 밴드(55)의 부분은 각각의 윈도우 부분에 인접한 외측 밴드(55)의 부분 보다 더욱 내측으로 가압되거나 변형될 수 있다[다이 디테일(161)의 내측으로 굴곡된 프로필 부분(161A)은 명확함을 기하기 위해 도12B에서 과장되게 도시되었다]. 이러한 실시예에서, 상술한 구조를 갖는 다이 디테일(161)에 대한 이유는 외측 밴드(55)가 간극(70)에서 비틀리거나 외측으로 이동하는 것을 방지하기 위한 것이며; 상기 간극은 이러한 도면에서 서술한 레그 캠 동작중 물질의 천연 "스프링백" 속성으로 인해, 도8 및 도8A에 상세히 도시되고 서술한 다이 디테일(66)에 존재한다. 다이 디테일(161)의 내측으로 굴곡된 프로필 부분(161A)의 양은 물질 형태와 물질 두께 및 휘일 디스크의 크기 등과 같은 휘일 디스크의 각각의 특징을 포함하는 여러 요소들에 의해 결정되며(본 발명은 이에 한정되지 않는다), 휘일 디스크 물질의 두께인 것으로 여겨지며; 그러나, 필요할 경우 다이 디테일(161)의 내측으로 굴곡된 프로필 부분(161A)의 형상 및/또는 양은 도시 및 서술될 수 있다. 또한, 일부 휘일 디스크 구조에 있어서, 다이 디테일(161)은 연속한 또는 균일한 외측 프로일로 형성될 수 있으며, 즉 내측으로 굴곡된 프로필 부분(161A)을 포함하지 않는다. 또한, 도12에 도시된 바와 같이, 러그 볼트 개구의 영역에 휘일 디스크를 엠보싱하기 위해 다이 디테일(164)이 제공된다.

상술한 바에 비추어 보았을 때, 매우 대형인 윈도우가 휘일 디스크에 형성될 수 있는 스탬핑 또는 금속 형성 처리과정이 도시되었다. 중간 돌기를 갖는 캠 다이를 사용하는 중간 캠 공정에 의해 외측 밴드에 상당한 주름없이 휘일 디스크를 림에 부착하기 위한 원통형 플랜지가 얻어진다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

휘일 디스크 축선을 형성하는 보울형 휘일 디스크에 평탄한 디스크 블랭크를 형성하는 단계와,

윈도우 형성 영역에 인접하여 스포크 형성 영역을 형성하기 위해 보울형 휘일 디스크를 형성하는 단계와,

각각의 윈도우 형성 영역에 수직한 방향으로 윈도우를 형성하는 단계와,

외측 밴드의 적어도 일부에 대해 캠 다이를 방사방향으로 결합함으로써 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

외측 밴드를 축방향으로 와이핑함으로써, 외측 밴드를 완전히 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계를 포함하며,

각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주에서 주위에서 연속한 외측 밴드에 인접한 각각의 외측 엣지를 가지며, 상기 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 형성하며, 외측 밴드를 따라 윈도우의 각각의 환형 크기는 각각의 스포크의 환형 크기 보다 크며, 캠 다이는 외측 밴드의 주름을 감소시키기 위해 외측 밴드의 외주 엣지를 수용하는 수평의 중간 돌기를 갖는 경사진 결합면을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제1항에 있어서, 부분적인 폐쇄단계 이전에 휘일 축선으로부터 약 45°로 지향된 위치에 외측 밴드를 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘 일 디스크 형성 방법.
제2항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하는 동시에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제2항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하기 전에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제1항에 있어서, 완전한 폐쇄 단계 이후에 휘일 축선에 평행한 외주 엣지를 타격함으로써 외측 밴드의 외주 엣지를 보정하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제1항에 있어서, 중앙 구멍을 형성하고, 부분적인 폐쇄 단계 이전에 윈도우의 바닥측을 주조하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제6항에 있어서, 중앙 구멍을 보정 크기 및 위치로 형성하는 단계와, 중앙 구멍의 외주 주위에 다수의 러그 볼트 구멍을 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제1항에 있어서, 원통형 형상을 향해 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄하기 위한 캠 다이는 다수의 내측으로 굴곡된 프로필 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제1항에 따라 형성된 것을 특징으로 하는 휘일 디스크.
휘일 디스크를 형성하는 방법에 있어서,

휘일 디스크 축선을 형성하는 보울형 휘일 디스크에 평탄한 디스크 블랭크를 제1수직방향으로 형성하는 단계와,

윈도우 형성 영역에 인접한 스포크 형성 영역을 형성하기 위해 대향의 제2수직방향으로 보울형 휘일 디스크를 형성하는 단계와,

각각의 윈도우 형성 영역에 수직 방향으로 윈도우를 형성하는 단계와,

휘일 디스크 축선으로부터 약 45°로 지향된 위치에 외측 밴드를 형성하는 단계와,

외측 밴드의 적어도 일부에 대해 캠 다이를 방사방향으로 결합함으로써 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

외측 밴드를 축방향으로 와이핑함으로써, 외측 밴드를 완전히 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

휘일 디스크 축선에 평행한 외주 엣지를 타격함으로써, 외측 밴드의 외주 엣지를 보정하는 단계를 포함하며,

각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주 주위에서 연속한 외측 밴드에 인접한 각각의 외측 엣지를 가지며, 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 형성하며, 외측 밴드를 따라 각각의 윈도우의 환형 크기는 각각의 스포크의 환형 크기 보다 크며, 캠 다이는 외측 밴드의 주름을 감소시키기 위해 외측 밴드의 외주 엣지를 수용하는 수평의 중간 돌기를 갖는 결합면을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하는 동시에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하기 전에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항에 있어서, 중앙 구멍을 형성하고, 부분적인 폐쇄 단계 이전에 윈도우의 바닥측을 주조하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제13항에 있어서, 중앙 구멍을 보정된 크기 및 위치로 형성하는 단계와, 중앙 구멍의 외주 주위에 다수의 러그 볼트 구멍을 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항에 있어서, 윈도우를 형성하는 형성 공구는 윈도우를 주조하는 컬러를 갖는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항에 있어서, 원통형 형상을 향해 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄하기 위한 캠 다이는 내측으로 굴곡된 다수의 프로필 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크 형성 방법.
제10항의 방법에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 디스크.
휘일 디스크 축선을 형성하는 보울형 휘일 디스크에 평탄한 디스크 블랭크를 형성하는 단계와,

윈도우 형성 영역에 인접한 스포크 형성 영역을 형성하기 위해 보울형 휘일 디스크를 형성하는 단계와,

각각의 윈도우 형성 영역에 윈도우를 수직방향으로 형성하는 단계와,

외측 밴드의 적어도 일부에 대해 캠 다이를 방사방향으로 결합함으로써 외측 밴드를 부분적으로 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

휘일 디스크를 생산하기 위해 외측 밴드를 축방향으로 와이핑함으로써, 외측 밴드를 완전히 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

휘일 조립체를 생산하기 위해 휘일 림에 휘일 디스크를 고정하는 단계를 포함하며,

각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주 주위에 연속한 외측 밴드에 인접한 각각의 외측 엣지를 가지며, 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 형성하며, 외측 밴드를 따라 각각의 윈도우의 환형 크기는 각각의 스포크의 환형 크기 보다 크며, 캠 다이는 외측 밴드의 주름을 감소시키기 위해 외측 밴드의 외주 엣지를 수용하는 중간 돌기를 갖는 결합면을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제18항에 있어서, 부분적인 폐쇄단계 이전에 휘일 축선으로부터 약 45°로 지향된 위치에 외측 밴드를 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제19항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하는 동시에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제19항에 있어서, 휘일 디스크의 축방향 중앙 영역은 외측 밴드를 45°위치에 형성하기 전에 최종 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제18항에 있어서, 완전한 폐쇄 단계 이후에 휘일 축선에 평행한 외주 엣지를 타격함으로써 외측 밴드의 외주 엣지를 보정하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제18항에 있어서, 중앙 구멍을 형성하고, 부분적인 폐쇄 단계 이전에 윈도우의 바닥측을 주조하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제23항에 있어서, 중앙 구멍을 보정된 크기 및 위치로 형성하는 단계와, 중앙 구멍의 외주 주위에 다수의 러그 볼트 구멍을 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제18항에 있어서, 외측 밴드를 원통형 형상을 향해 부분적으로 폐쇄하기 위한 캠 다이는 내측으로 굴곡된 다수의 프로필 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제14항의 방법에 따라 형성된 것을 특징으로 하는 휘일 조립체.
휘일 조립체를 형성하는 방법에 있어서,

휘일 디스크 축선을 형성하는 보울형 휘일 디스크에 평탄한 디스크 블랭크를 제1수직방향으로 형성하는 단계와,

윈도우 형성 영역에 인접한 스포크 형성 영역을 형성하기 위해 대향의 제2수직방향으로 보울형 휘일 디스크를 형성하는 단계와,

각각의 윈도우 형성 영역에 수직 방향으로 윈도우를 형성하는 단계와,

휘일 디스크 축선으로부터 약 45°로 지향된 위치에 외측 밴드를 형성하는 단계와,

외측 밴드의 적어도 일부에 대해 캠 다이를 결합함으로써 외측 밴드를 부분적인 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

외측 밴드를 축방향으로 와이핑함으로써, 외측 밴드를 완전히 폐쇄된 원통형 형상으로 형성하는 단계와,

휘일 디스크를 생산하기 위해 휘일 디스크 축선에 평행한 외주 엣지를 타격함으로써, 외측 밴드의 외주 엣지를 보정하는 단계와,

휘일 조립체를 생산하기 위해 휘일 디스크를 휘일 림에 고정하는 단계를 포함하며,

각각의 윈도우는 휘일 디스크의 외주 주위에서 연속한 외측 밴드에 인접한 각각의 외측 엣지를 가지며, 윈도우는 인접한 윈도우들 사이에 다수의 스포크를 형성하며, 외측 밴드를 따라 각각의 윈도우의 환형 크기는 각각의 스포크의 환형 크기 보다 크며, 캠 다이는 외측 밴드의 주름을 감소시키기 위해 외측 밴드의 외주 엣지를 수용하는 중간 돌기를 갖는 결합면을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘일 조립체 형성 방법.
제27항의 방법에 따라 형성된 것을 특징으로 하는 휘일 조립체.