CN100551722C - 用于制造轻合金轮缘的方法及其生产出的轮缘 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造轻合金轮缘(1)的方法(20)，包括如下操作：提供(21)包括轮盘(2)和环形部分(3)的粗糙轻合金轮缘，该环形部分(3)具有限定凹部(C)的第一(4i)和第二(4e)圆缘，该凹部(C)具有第一轮廓；通过改善该第一轮廓对该粗糙轮缘进行加工(23)以获得第二轮廓，该第二轮廓至少在凹部(C)的中间部分(C)处具有比该第一轮廓更低的厚度，其特征在于包括对该第二轮廓中间部分的表面进行精加工操作(25)，这是通过对所述表面施加挤压作用实现的，该精加工操作保持所述的低厚度基本不变。

Description

用于制造轻合金轮缘的方法及其生产出的轮缘
技术领域
本发明涉及车轮技术领域，并且特别涉及用于制造轻合金轮缘的方法和由所述方法生产出的轮缘。
背景技术
已知轮缘的重量会显著地影响在其上安装该轮缘的车辆的性能和燃料消耗。
为了解决或降低由于该问题所产生的缺点，可以使用各种类型的轻合金(例如由铝制成)轮缘。轻合金轮缘或合金轮缘比其它类型的轮缘具有更低的重量。
通常合金轮缘包括具有基本环形形状的部分并且还包括联结到该环形部分的轮盘。该环形部分包括适于联接轮胎的被称为凹部(dropwell)的区域。
例如，轮盘和环形部分通过铸造成一体件而形成，或者可选的，通过铸造成两个单独的部件并且随后联合例如焊接到彼此而形成。
该轮盘包括通过轮辐而相互连接的毂和凸缘并且其被朝向机动车辆的外侧暴露，因此允许实现相当尊贵的美学效果。
近年来已经提出不同的方案以降低合金轮缘的重量。
例如，减重技术已被提出。该技术提供在其结构中设有减重凹槽或空腔或凹处的合金轮缘。例如在美国专利6,135,367B1和国际专利申请WO98/47722中描述了这种类型的轮缘。通过这种减重技术实现的轮缘重量降低虽然是明显的，然而需要增加轮缘的结构复杂度并且相应地显著增加制造方法的复杂度。
用于合金轮缘减重的另一种可能性在于制造具有比轮缘其它区域更薄的凹部的合金轮缘。
然而，已经观察到，由于在生产步骤中任意地引入到其中的孔隙或微孔，过薄的凹部可形成特殊的气透性区域。由于存在这种区域，安装在轮缘上的轮胎可能产生不期望的放气。
在过去，已经提出这样的制造方法，其中，为了降低通过凹部部分的可能的漏气，在凹部上提供高密度材料的热沉积操作从而密封凹部部分中的任何微小开口或通道。在美国专利5,569,496中描述了这种方法的一个具体实例。
然而这些方法具有有限的效率并且还存在这种缺点，即在热沉积操作之前需要对轮缘表面进行非常彻底地清洁，从而保证热沉积材料均匀和正确地粘附到其上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述现有技术的缺点的用于制造轻合金轮缘的方法。
通过如在所附第一权利要求中所述用于制造轻合金轮缘的方法而实现了这个目的。在从属权利要求2-19中限定了根据本发明制造方法的优选实施例。
本发明的另一个目的是提供如在所附权利要求20中描述的轻合金轮缘。
附图说明
从下面对其优选实施例的详细描述可以更好地理解本发明其它特征和优点，所述实施例关于附图以非限制性实例给出，其中：
图1示出用于汽车的轻合金轮缘的透视图；
图2示出图1轮缘的放大细节的局部侧视图；
图3示出简化框图，列出包括在根据本发明的制造方法中的一系列处理操作；
图4示出图1所示意的轻合金轮缘从图3框图的其中一个处理操作中输出时的局部截面视图；和
图5、6、7和8示出图1所示轮缘在图3框图的其中一个处理操作的不同实施例中的局部截面视图。
具体实施方式
在附图中，相同或类似的元件用相同的附图标记表示。
术语轮缘旋转轴线指的是轮缘在使用时将围绕其旋转的轴线。
术语径向方向指的是基本垂直于轮缘旋转轴线的方向。
术语轴向方向指的是基本平行于轮缘旋转轴线的方向。
特别参考图1，轻合金轮缘1(例如，铝制)被示意成例如能够用于汽车车轮中的类型。
该轮缘包括轮盘2和环形部分或环3。后者包括第一圆缘4i或内部圆缘和第二圆缘4e或外部圆缘，每个圆缘沿着环3的相应圆周基本沿着径向方向延伸。圆缘4i和4e布置在环3的轴向相对的两个侧面处并且当将轮缘1装配到汽车上时分别被布置在内侧和外侧位置中。环3的内部圆缘4i和外部圆缘4e限定出联接凹部C，用于将轮缘1联接到例如无内胎类型的轮胎，该轮胎未在图1中示出。
轮缘1的轮盘2在外部圆缘4e附近包括朝向环3内部延伸的凸缘9；当将轮缘装配到汽车上时该凸缘面朝外并且有助于使轮缘1具有美观的外表。
毂10用于将轮缘1连接到汽车轴(在图中未示出)。
在凸缘9附近轮盘2还包括适于将环3连接到毂10的多个轮辐11。更具体的，每个轮辐11在环3和毂10之间基本径向地延伸。
图2以局部侧视图示意出图1轮缘的放大细节。第一***5i或内部***和第二***5e或外部***分别在内部圆缘4i和外部圆缘4e的附近从凹部C的内表面突出。内部***5i和外部***5e包括凹部C的相应有效表面，分别用6i和6e表示。
轮胎2终止于圆缘7i和7e，该圆缘适于与相应的有效表面6i和6e以及相应的圆缘4i和4e以气密性方式配合从而将轮胎2锚固到轮缘1，由此保持轮胎的适当的充气压力(即使不使用内胎)。
虽然参考图1描述了轮缘1的一个具体实例，在下面披露的思想也适用于不同类型的轮缘，并且特别的，它们在其中轮缘用于不同类型车辆(例如，摩托车)、以不同的材料(例如镁或钛，或更一般的任何适于制造轮缘的轻合金)、具有不同的形式，例如其包括具有不同形式的***(例如，它们是延伸的***)的情形中也是适用的。
还参考图2，可以观察到凹部C的包括在第一6i和第二6e有效表面之间的部分与轮胎2的内表面一起限定适于保持压力气体从而支撑轮胎自身的内胎12。应该着重指出，术语内胎12指的是适于保持压力气体的基本环形的腔室。
有利的是，轮缘1形成凹部C的具有低厚度区域(例如基本低于4毫米)的至少一个中间部分并且通过对这种中间部分进行表面机械处理而密封任何孔隙和/或微观损伤和/或微孔，从而防止空气流经该凹部部分。优选地，该厚度低于3.5毫米。更优选的，该厚度在从2.5毫米到3毫米的范围内。
在本说明书全文中，中间部分指的是在第一圆缘4i和第二圆缘4e之间的部分，包括基本位于凹部C中央的区域，并且不必以与所述基本位于中央的区域相对称的方式布置。
参考图2，在特别优选的实施例中，凹部C的低厚度中间部分包括在凹部C的第一有效表面6i和第二有效表面6e之间；优选地，其包括在凹部C的内部***5i和外部***5e之间。
在特别优选的实施例中，该低厚度中间部分基本沿着凹部C的在这两个***之间的整个伸展范围延伸，例如其沿着在图2中用标记C1表示的虚线延伸。
参考图2所示的框图，在下面描述根据本发明的合金轮缘1的制造方法或方法20的特别优选的实施例。
制造方法20包括供给(CAST_RIM)例如整体类型即单件式粗糙轮缘的第一操作21。粗糙轮缘指的是这样的轮缘，其大致具有最终轮缘的形状和尺寸，但是需要进一步的机械处理操作，该操作通常用于从粗糙轮缘去除材料(即粗磨操作)并且实质上目的在于在其周边区域中改善轮缘轮廓。
优选地，在供给粗糙轮缘的操作21中，生产包括凹部C的轮缘，该凹部C在和第一和第二***之间的伸展范围内具有截面厚度非恒定的轮廓，例如该厚度基本在10毫米和20毫米之间。
优选地并且非限制性地，供给粗糙轮缘的操作21包括模内铸造操作，其中铸造材料是铝或其合金。
该模内铸造操作属于现有技术并且因此在本说明书中将不再详细描述。例如，该模内铸造操作是“重力”型或可选为“低压”型的操作。
该模内铸造操作还包括在适当时间之后，即在注入模具中的材料充分固化之后从模具移除粗糙轮缘的步骤，并且优选包括冷却轮缘的后续步骤，例如通过将其快速地浸没到水中。
可选的，或者作为对模内铸造操作的补充，提供粗糙轮缘的操作21包括铸造操作。铸造操作指的是对轮缘预型件(例如，并且非限制性的，通过模内铸造实现)的处理操作从而在高温下使该预型件塑性变形。
如在图3的框图中所示，在提供粗糙轮缘21的操作之后，该制造方法20优选包括进行热处理(H_TREAT)的后续可选操作22，其中粗糙轮缘被加热到高温从而改进其机械和结构性能。在任何情形中，该操作都是可选的，因为根据所使用合金的具体类型，需要或者无需进行该操作。例如，如果提供该热处理操作22，则其包括溶解热处理、淬火和时效的已知步骤，并且因此不再详细描述。
制造方法20还包括后续机械处理操作23(MACH_RIM)以从粗糙轮缘去除金属。优选地，该处理包括车削操作。
例如，在该操作中，粗糙轮缘被锁定到车床的旋转板上并且围绕与其旋转轴线基本一致的旋转轴线旋转。当其旋转时，向轮缘1的外部和/或内部表面应用已知类型的切削刀具，该刀具基本沿着轮缘的径向方向定向，从而去除粗糙轮缘材料以获得其形式显著接近于合金轮缘最终形式的轮缘。
更具体的，在车床处理操作23中，一个或多个切削刀具在轮缘旋转时抵靠在轮缘1的环形部分上并且向轮缘1轴向地移位从而抵靠在环形部分的不同区域上。该切削刀具对本领域普通技术人员而言是已知的，因此在本说明书中将不再对其更加详细地描述。
有利的是，机械处理操作23能够产生具有凹部C的轮缘1，例如在图4中横向地并且以截面示出的情形，该凹部C具有中间部分，该中间部分具有与粗糙轮缘的凹部C的厚度相比其厚度显著降低的部分。
优选的，该车床处理操作23提供这样的轮缘1，其中凹部C的中间部分具有厚度低于4毫米、并且更优选在2.5和3.5毫米之间的部分。例如，该中间部分在凹部C的在内部***5i和外部***5e之间的伸展范围中延伸。该伸展范围在图4中用虚线C1示意。
根据图3的框图，在机械处理操作23之后制造方法20优选包括钻削操作24(DRILL_RIM)，其中轮缘轮盘被钻削以产生允许将轮缘连接到机动车辆轴的孔。
有利的是，制造方法20包括至少对轮缘1的凹部C的表面的中间部分进行的后续表面精加工操作25(REF_SURF)。该操作，并非用于宏观地改变轮缘1的形式和尺寸，而是用于塑性地作用在凹部C的表面上从而基本密封在提供粗糙轮缘操作21中的凹部C中的任何气透性的孔隙和/或孔。
有利的是，该表面精加工操作25包括通过多个局部挤压作用实现的表面处理，即分别作用在由需被加工的凹部表面所限定的区域上。
特别的，该表面精加工操作25包括挤光(即打光)操作。该挤光操作例如利用包括局部挤压元件的工具实现，该元件具有小于被处理表面的尺寸并且在该操作中相对于轮缘移动从而在需被处理的表面上进行一次或多次击打。
例如，挤压元件是小球(或者，类似的，小柱体)，该元件由于在轮缘和工具之间的相对运动而适于在凹部表面上旋转，并且由硬度远高于轮缘1制造材料的正常硬度的材料制成。
有利的是，该局部挤压允许对经受这种挤压操作的表面获得均匀的和一致的加工。
由此通过凹部C表面的局部变形而将任何孔隙密封。基本上，挤光操作使得能够降低凹部C的表面粗糙度，并且优选基本保留凹部C的部分的厚度，这是因为其作用基本在表面水平上进行。
在特别有利的实施例中，由于从操作的观点看比较简单，利用在其中进行车床处理操作23(MACH_RIM)的相同车床中设置的一个或多个工具在轮缘1上进行挤光操作。在此情形中该挤光操作如此进行，即使得轮缘1围绕其旋转轴线旋转并且使得挤光工具一次或多次地经过凹部C的需被挤光的表面部分。
有利的是，该挤光操作在低温下进行，即无需对轮缘1预加热。
图5示出轮缘1在挤光操作中的局部侧截面视图。根据图5所示，在特别优选的实施例中，该挤光操作用于处理凹部C的面向轮缘1外侧的整个表面并且基本包括在内部***5i和外部***5e之间。
在图中，挤光工具用参考标记B_T示意并且包括坚硬挤压元件B，例如硬球形状的尖端B。凹部C需经受挤光的表面部分用虚线C1表示；能够看出，这种表面部分的形状是基本柱形的。
在图6所示的可选实施例中，，凹部C的经受挤光的表面部分位于轮缘1内部并且基本在分别靠近外部***5e和内部***5i的位置P1和P2之间延伸。在图6中，凹部C的位于轮缘1内部并且经受挤光的表面部分用虚线Ci表示。
在图7所示的其它实施例中，，凹部C的经受挤光的表面部分包括凹部C的位于轮缘1外部的表面部分和凹部C的位于轮缘1内部的表面部分。在此情形，可提供两个挤光工具B_T以用于分别处理轮缘1外部的表面部分和轮缘1内部的表面部分。优选地、但是非限制性的，在轮缘内部和外部的处理同时进行，例如利用在交错的、即彼此不相对应的内和外表面部分上进行操作的工具进行。
在另一个特别有利的可选实施例中，如图8所示，这两个挤光工具同时操作并且相对设置从而使其各自的挤压元件B彼此对准。在实际中，挤光工具B_T在经受挤光的凹部内部的表面部分和凹部外表面部分的相应区域上进行操作。
该最后的可选实施例提供了特别的优点，即当对具有非常低的厚度(例如等于2.7毫米)的凹部进行挤光时，通过作用在凹部轮廓的相对的区域上，能够在表面上利用更高的压力使用挤光工具进行操作，而凹部轮廓不会存在发生变形的危险。
再次参考图3所示的框图，优选的，制造方法20还包括后续的轮缘上漆操作26(VARN_RIM)，这是本领域普通技术人员已知的并且根据本说明书是显然的。
有利的是，根据本发明的制造方法允许获得具有凹部的合金轮缘，与通过包括提供粗糙轮缘和在车床上对其进行加工的方法获得的轮缘的情形相比，该凹部具有很低的厚度，这是由于表面精加工操作25将能够引起空气流经凹部部分的孔隙密封。这种厚度降低允许轮缘重量实现显著的重量降低百分比，该百分比依赖于轮缘的尺寸，并且在一些情形中等于大约15％。
而且，为了实施根据本发明的方法，已经开展上述类型的标准方法的制造商仅需要投入非常适度的成本。
试验性抗应力测试证明利用根据本发明的方法实现的轮缘能够满足通常由规范和市场所要求的性能规定。
显然，为了满足可能的和特殊的要求，本领域普通技术人员可对根据本发明的制造方法做出其它的改进和改变，这些改进和改变均落入如在所附权利要求中限定的本发明的保护范围中。

Claims (19)

1.一种用于制造轻合金轮缘(1)的方法(20)，包括如下操作：
提供(21)包括轮盘(2)和环形部分(3)的粗糙轻合金轮缘，该环形部分(3)具有限定凹部(C)的第一(4i)和第二(4e)圆缘，该凹部(C)具有第一轮廓；
通过改善该第一轮廓对该粗糙轮缘进行加工(23)以获得第二轮廓，该第二轮廓至少在凹部(C)的中间部分(C1)处具有比该第一轮廓更低的厚度，
其特征在于，还包括对该第二轮廓的中间部分的表面进行挤光精加工操作(25)，这是通过对所述表面施加挤压作用实现的，该精加工操作保持所述的低厚度基本不变，不会宏观地改变轮缘(1)的形式和尺寸，并且利用挤光工具(B_T)来执行，该挤光工具包括旋转的、坚硬的局部挤压元件(B)，该局部挤压元件比所述凹部的宽度小，并适于在该精加工操作中相对于所述轮缘移动，所述坚硬的局部挤压元件包括小球或小柱体，并且由于轮缘和所述工具之间的相对运动而适于在所述凹部的表面上旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该精加工操作使得所述表面发生塑性变形从而将孔隙和/或小孔基本密封。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该挤压作用包括作用于所述表面的有限区域上的多个局部挤压动作。
4.根据权利要求1所述的方法，其中利用至少一个工具(B_T)在轮缘上进行挤光操作，该工具包括具有比所述表面更小的尺寸的局部挤压元件(B)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述工具多次地击打所述表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面包括朝向轮缘(1)外侧的表面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面包括朝向轮缘内部的表面。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面包括朝向轮缘外侧的第一表面和朝向轮缘内侧的第二表面，该表面精加工操作利用分别作用在该第一和第二表面上的至少两个工具(B_T)同时地在相应于所述表面的区域上进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面包括朝向轮缘外侧的第一表面和朝向轮缘内侧的第二表面，该表面精加工操作利用分别作用在该第一和第二表面上的至少两个工具(B_T)优选同时地在所述表面的相互交错的区域上进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述更低的厚度小于4毫米。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述更低的厚度在2.5毫米和4毫米之间。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述更低的厚度在2.5和3.5毫米之间。
13.根据权利要求1所述的方法，其中凹部(C)具有布置在第一圆缘(4i)附近的第一***(5i)并且还具有布置在第二圆缘(4e)附近的第二***(5e)，并且其中该中间部分基本位于该第一和第二***之间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述中间部分基本沿着凹部(C)的在所述***之间的整个伸展范围延伸。
15.根据权利要求1所述的方法，其中供给(21)粗糙轮缘的步骤包括模内铸造操作。
16.根据权利要求1所述的方法，其中供给(21)粗糙轮缘的步骤包括铸造操作。
17.根据权利要求1所述的方法，其中加工(23)粗糙轮缘(1)的步骤包括车削操作。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一轮廓包括具有在10毫米和20毫米之间的厚度的中间部分。
19.一种轻合金轮缘(1)，能够利用根据前面任一项权利要求所述的制造方法(20)获得。
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