TWI681828B - 輪圈製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種輪圈製造方法,用以解決習知製造輪圈時,因焊接造成退火而降低強度的問題。係包含:一輪盤成形步驟,將一第一料件以冷沖壓加工成形為一輪盤胚體;一輪緣成形步驟,將一第二料件以冷軋的方式成形一輪緣胚體;一焊接步驟,將該輪盤胚體與該輪緣胚體組裝結合,並且以焊接之方式結合形成一輪圈半成品;及一熱沖壓步驟,將該輪圈半成品進行熱沖壓加工,以形成一輪圈成品。
Description
本發明係關於一種輪圈製造方法,尤其是一種輕量化高強度的輪圈製造方法。
基於地球資源有限及減少能源浪費,除了降低耗能產品的使用,提高各項產品的節能效率變成另一個努力的目標。以汽車產業為例,以整體輕量化來降低耗油量是一直以來的努力目標,又汽車的重量可以分為簧載重量及簧下重量,其中,簧載重量即是指懸吊系統所支撐起的重量,如車體、發動機、變速箱及乘員等,而簧下重量指的即是輪圈、輪胎、傳動軸和避震器等。由於減少簧下重量一公斤的省油量,相當於減少簧載重量十公斤甚至是十五公斤的省油量,因此輪圈的輕量化有其重要性。
由於輪圈需要傳動引擎的動力,並且承受地面的震動或衝擊,所以輪圈需要有適當的強度,因此在輕量化輪圈時,不能一味的降低重量而不兼顧強度。目前市面上常見的輪圈材質通常為鋁合金或鋼等,鋁合金可以鑄造或鍛造的方式製造輪圈,鑄造式鋁合金輪圈的重量比傳統鋼製輪圈輕,但是以鑄造的方式製造大尺寸輪圈,仍然會有製程上的缺陷,導致廢品率增加;而鍛造方式製造輪圈,雖可以大幅提升輪圈的強度,使強度高於鑄造式鋁合金輪圈,並使鋁合金輪圈的重量大幅低於鋼製輪圈的重量,但是價格也會大幅增加。
另外,傳統鋼製輪圈則具有價格低廉的好處,目前常見鋼製 輪圈的製造方式係將輪盤及輪緣分別以冷沖壓的方式成形,再將其焊接結合。然而,冷沖壓的加工方式未將鋼材加熱軟化,故鋼材本身的強度即影響組合後鋼製輪圈的強度,且由於冷沖壓加工的鋼材會因為殘留應力釋放而造成回彈現象,所以需要多道次的冷沖壓加工才會完成(輪盤約8~10道次,輪緣約6~8道次),如此才可以達到所需要的精度。此外,為了增加強度而選用高強度的鋼材施以冷沖壓加工,反而會導致鋼材強度過高而加工更加不易,因此使得冷沖壓加工的鋼製輪圈強度有所限制,為了維持鋼製輪圈強度,導致重量上無法減輕。
而目前也有業者嘗試提高鋼材的強度,以減少鋼材的厚度,進而減輕鋼製輪圈的重量。例如輪盤先以熱沖壓的方式成形,如此一來,經熱沖壓的輪盤,其抗拉強度可以高達1500MPa,而輪緣以冷沖壓的方式製造,其抗拉強度約為440MPa,兩者的強度差異達三倍,可以大幅降低材料的厚度。惟,兩者在焊接時,焊接的熱影響區會有退火現象,使得鋼製輪圈在熱影響區的強度降低,並且在輪盤及輪緣之強度不同的情形下,焊接的參數亦不好控制,焊接後的性能也難以達到鋼製輪圈規範要求。
有鑑於此,習知的輪圈製造方法確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題,本發明提供一種輪圈的製造方法,可以使製造出來的輪圈具有輕量化且高強度者。
本發明的目的提供一種輪圈製造方法,該輪圈的焊接處不會有退火現象者。
本發明以下所述方向性或其近似用語,例如「前」、「後」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等,主要係參考附加圖式的方向,各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例,非用以限制本發明。
本發明的輪圈製造方法,包含:一輪盤成形步驟,將一第一料件以冷沖壓加工成形為一輪盤胚體,該第一料件的材質為鋼材;一輪緣成形步驟,將一第二料件以冷軋的方式成形一輪緣胚體,該第二料件的材質為鋼材;一焊接步驟,將該輪盤胚體與該輪緣胚體組裝結合,並且以焊接之方式結合形成一輪圈半成品;及一熱沖壓步驟,將該輪圈半成品進行熱沖壓加工,以形成一輪圈成品。
據此,本發明的輪圈製造方法,由於熱沖壓後的鋼材具有較高的強度,且焊接處的熱影響區也同時經過加熱並淬火的步驟,因此焊接處的熱影響區不會退火,而使得熱影響區軟化而失去熱沖壓後的強度,如此,製造完的輪圈與其他同樣重量的輪圈相比具有更高的強度;反之,與其他輪圈具有相同強度時,輪圈可以具有較薄的厚度,係可以達到減輕輪圈重量的目的,從而達到耗油量降低的效果。
其中,該熱沖壓步驟係將該輪圈半成品送入約1050℃~1280℃的加熱爐加熱及進行沖壓。如此,可以加熱使鋼材軟化,以修整該輪圈半成品至精確的外型,或更進一步地調整輪圈之厚度,使輪圈之尺寸符合需求,而成形一輪圈成品,具有提升輪圈成品精確度的效果。
其中,該第一料件及該第二料件的材質可以為高強度合金鋼。如此,該第一料件及該第二料件尚可以具有防鏽或抗酸等性質,並具有良好剛性,係具有提升輪圈耐用度的功效。
其中,由於該輪盤胚體不須修正冷沖壓加工造成金屬的回彈現象,僅需經過大約5~7道次的加工,具有節省加工時間及成本的效果。
其中,由於該輪緣胚體不須修正冷軋加工造成金屬的回彈現象,僅需經過大約冷軋約4~6道次,具有節省加工時間及成本的效果。
其中,該焊接步驟選用氣護電弧焊接。如此,該輪圈成品係具有較佳焊接品質的效果。
其中,該輪盤胚體及該輪緣胚體之一焊接處為全周焊接。如此,該焊接處的結合較為穩固,係具有提升焊接穩固性的功效。
其中,該熱沖壓步驟另包含一淬火步驟。如此,該輪圈成品係可以得到均勻麻田散鐵的晶體結構,係具有提升輪圈強度的功效。
其中,該輪盤成形步驟於該輪盤胚體形成數個襯孔。如此,該數個襯孔係可以增加空氣的對流,具有提升輪圈散熱及具有美觀的效果。
〔本發明〕
1‧‧‧輪盤胚體
11‧‧‧本體
12‧‧‧中心孔
13‧‧‧鎖孔
14‧‧‧結合部
15‧‧‧襯孔
2‧‧‧輪緣胚體
21‧‧‧環體
22‧‧‧凸緣
23‧‧‧組接部
S1‧‧‧輪盤成形步驟
S2‧‧‧輪緣成形步驟
S3‧‧‧焊接步驟
S4‧‧‧熱沖壓步驟
W‧‧‧焊接處
第1圖:本發明一較佳實施例的方法流程圖。
第2圖:本發明一較佳實施例的分解立體圖。
第3圖:本發明一較佳實施例的組合側視剖面圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:請參照第1圖所示,其係本發明輪圈製造方法的一較佳實施例,係包含一輪盤成形步驟S1、一輪緣成形步驟S2、一焊接步驟S3及一熱沖壓步驟S4。
請參照第1、2圖所示,該輪盤成形步驟S1,係先將一第一料件以冷沖壓加工成形為一輪盤胚體1,該第一料件可以為含碳量為0.08~2%之碳鋼的圓形胚盤,亦可以為合金鋼,如此,該第一料件尚可以具有防鏽或抗酸等性質,並且較佳地可選用為高強度合金鋼,以具有良好剛性,本發明不予以限制。該輪盤胚體1具有一本體11,該本體11於中心有一中心孔12,並且具有數個鎖孔13環繞該中心孔12設置,以及該本體11之周緣有一結合部14。其中,本發明之冷沖壓加工係將該第一料件送入沖壓機,並經過沖切、彎曲及引伸等步驟,由於不須修正冷沖壓加工造成金 屬的回彈現象,僅需經過大約5~7道次的加工,即得到該輪盤胚體1。其中,該輪盤胚體1加工之道次,係形成該中心孔12及該數個鎖孔13,並以達到該輪盤胚體1之周緣的結合部14完整成形為原則。
此外,該輪盤成型步驟S1還可以於該輪盤胚體1形成數個襯孔15,該襯孔15位於該鎖孔13及該結合部14之間,且該襯孔15的形狀不限,可以為圓形、三角形或梯形等,該襯孔15的較佳成對稱設置。如此,該數個襯孔15可以增加空氣的對流,且可以提升輪圈的散熱及具有較佳外觀的效果。
該輪緣成形步驟S2,係將一第二料件以冷軋的方式成形一輪緣胚體2,該第二料件可以為含碳量為0.08~2%之碳鋼的鋼捲材料,亦可以為合金鋼,如此,該第二料件尚可以具有防鏽或抗酸等性質,且較佳地可選用為高強度合金鋼,以具有良好剛性,並經裁切、整平為一長形薄鋼板,本發明不予以限制。該輪緣胚體2之冷軋加工係將該第二料件送入輥軋機,經滾軋、彎曲等步驟,使其捲曲形成圓弧形,並於頭端與尾端施以焊接,以成形為一封閉環狀,再經過數個道次的精整,以形成該輪緣胚體2。該輪緣胚體2具有一環體21,並且於該環體21之二側周緣分別形成一凸緣22,以及該輪緣胚體2內緣之一組接部23,由於不須修正冷軋加工造成金屬的回彈現象,經過大約4~6道次的滾軋、彎曲,即得到該輪緣胚體2。其中,該輪緣胚體2加工之道次,係成形為輪緣之大致形狀,並以達到該輪緣胚體2之組接部23可以與該輪盤胚體1之結合部14相匹配為原則。
該焊接步驟S3,係將該輪盤胚體1之結合部14與該輪緣胚體2之組接部23結合,並且以焊接之方式結合形成一輪圈,於本實施例中,焊接方式係選用氣護電弧焊接(如二氧化碳電弧焊接),以將該結合部14及該組接部23熔接,由於使用氣護電弧焊接時,操作空間較無限制且方 便,且可以使焊接處成融熔態,及於焊接完成時,可以形成穩固的焊接結構。當焊接工作完成後,該輪盤胚體1及該輪緣胚體2形成一輪圈半成品。其中,該結合部14及該組接部23之一焊接處W可以為全周焊接,如此,該焊接處W的結合較為穩固。
該熱沖壓步驟S4,係將該輪圈半成品進行熱沖壓加工,以形成一輪圈成品,熱沖壓加工係將該輪圈半成品送入約1050~1280℃的加熱爐加熱使鋼材軟化,再送入沖壓機進行沖壓,以修整該輪圈半成品至精確的外型,或更進一步地調整輪圈之厚度,使輪圈之尺寸符合需求,而成形一輪圈成品,且該輪圈成品藉由一冷卻系統冷卻降溫,使該輪圈成品進行淬火步驟,而可以得到均勻麻田散鐵的晶體結構。如此,該焊接處W亦重新加熱並經過淬火,而不會於熱影響區出現退火的情形,因此可以形成一高強度之輪圈。
綜上所述,本發明的輪圈製造方法,由於熱沖壓後的鋼材具有較高的強度,且焊接處的熱影響區也同時經過加熱並淬火的步驟,因此不會產生焊接處的熱影響區退火,及因熱影響區軟化而失去熱沖壓後的強度,如此,本發明的輪圈與其他同樣重量的輪圈相較具有更高的強度;反之,與其他輪圈具有相同強度時,輪圈可以具有較薄的厚度,如此可以達到減輕輪圈重量的目的,從而達到耗油量降低的效果。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1‧‧‧輪盤成形步驟
S2‧‧‧輪緣成形步驟
S3‧‧‧焊接步驟
S4‧‧‧熱沖壓步驟
Claims (9)
- 一種輪圈製造方法包含:一輪盤成形步驟,將一第一料件以冷沖壓加工成形為一輪盤胚體,該第一料件的材質為鋼材;一輪緣成形步驟,將一第二料件以冷軋的方式成形一輪緣胚體,該第二料件的材質為鋼材;一焊接步驟,將該輪盤胚體與該輪緣胚體組裝結合,並且以焊接之方式結合形成一輪圈半成品;及一熱沖壓步驟,將該輪圈半成品進行熱沖壓加工,以形成一輪圈成品。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該熱沖壓步驟係將該輪圈半成品送入約1050~1280℃的加熱爐加熱及進行沖壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該第一料件及該第二料件的材質可以為高強度合金鋼。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該輪盤胚體之冷沖壓加工係經過5~7道次。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該輪緣胚體之冷沖壓加工係經過4~6道次。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該焊接步驟選用氣護電弧焊接。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該輪盤胚體及該輪緣胚體之焊接處為全周焊接。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該熱沖壓步驟另包含一淬火步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述之輪圈製造方法,其中,該輪盤成形步驟於該輪盤胚體形成數個襯孔。
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