CN110199034A - 以板材构造方式生产车轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于以板材构造方式生产车轮的方法。

Description

以板材构造方式生产车轮的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产车轮的方法，该车轮包括用于容纳轮胎的轮辋和以材料配合，力配合和/或形状配合的方式附接到轮辋的轮盘，该轮盘具有附接区域，其用于可释放地连接到轮架上，该方法包括以下步骤：
a)冷成型或预冷成型轮辋，
b)冷成型或预冷成型轮盘，和
c)将轮盘与轮辋连接以形成车轮。
此外，本发明涉及通过根据本发明的方法生产的车轮的用途。
背景技术
传统生产的车轮，例如机动车车轮，特别是由板材构造方式生产的车轮，包括用于容纳轮胎的轮辋和以材料配合，力配合和/或形状配合方式连接到轮辋的轮盘，所述轮盘具有用于可释放地连接到轮架的连接区域。轮盘和轮辋传统上由微合金细晶结构钢或双相钢，例如DP600冷成形。
如果一方面使用具有更大强度或抗振性的材料以便可靠地吸收运行载荷，另一方面为了补偿因材料厚度较小而导致的刚度损失对几何形状进行匹配，则可以实现与常规生产的车轮相比的重量减轻。然而，材料的可成形性通常也随着材料强度的增加而降低。因此，具有可冷成型钢的轻质结构遇到技术限制。在这些情况下，可以使用所谓的“热成型”进行补救，由此可以在保证最终形成的部件的高强度的同时满足高成型度的要求。
目前，具有轻质结构潜力的材料是热成型钢，例如锰硼钢，其可以吸收机械载荷，例如动态交变应力。作为尤其是用于由热成型钢制造轮盘的现有技术，该轮盘可以至少局部地模压淬火，参考文献DE 10 2007 019 485 A1，DE 10 2013 114 245 B3和DE 10 2014108 901 B3。在文献DE 10 2007 019 485 A1中，提出了经淬火的单个部件(轮辋/轮盘)通过熔焊或钎焊的附接。在车轮结构中建立的MAG焊接导致基础材料熔化，并且在热成型钢中，在热影响区中产生额外的退火效果，并形成软化区(“硬度包”)。在焊接区周围区域中的所述软化区的特征在于低的强度和延展性并形成“冶金缺口”，其可能对连接或整个部件的运行强度产生不利影响并且可能导致过早失效，由此，材料强度不能全面地转移到整个车轮。
关于现有技术，车轮还存在进一步的改进潜力，尤其是在使用传统的制造线方面，其所生产的车轮同时具有高的运行强度和可靠性，特别是在尽可能低的重量和低的制造成本的情况下。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于制造车轮的方法，该方法可以在现有的装配线中尽可能简单地实现，并且可以确保所生产的(轻质)车轮的高运行强度和可靠性，以及给出所生产的(轻质)车轮的相应应用。
该目的通过具有权利要求1的特征的方法实现。
根据本发明，根据第一方面设定，为轮辋和/或轮盘提供一种可淬火的钢材料，其具有至少0.15重量％，特别是至少0.22重量％，优选至少0.27重量％的碳含量。
发明人已经确定，提供可淬火的钢材料使得可以继续使用传统的装配线，并且与之相关联地可以经济地生产用于车轮生产的单独部件，因为可淬火的钢材料在其供货状态中或者在冷加工状态下具有中等强度，其与迄今为止常规使用的钢材料相当，并由此具有合适的成形性能，其尤其适用于轮盘和/或轮辋的冷(预)成形。在(冷)成形之后，可淬火钢材料的潜力仍然没有耗尽。所提供的钢材料可以是调质钢，尤其是C22，C35，C45，C55，C60,42CrMo4型，含锰钢，尤其是16MnB5，16MnCr5，20MnB5，22MnB5，30MnB5，37MnB4，37MnB5，40MnB4型，表面硬化钢，空气硬化钢或多层钢复合材料，例如具有三个钢层，其中至少一个层是可淬火的。
轮盘和轮辋在步骤a)和b)中通过压力成形，拉伸成形，拉伸压缩成形，弯曲成形，剪切成形，旋压成形，深冲或通过所述生产方法的组合来成形或预成形。
在步骤c)中，轮盘以材料配合，力配合和/或形状配合的方式附接到轮辋。优选地，轮盘至少部分地通过接合焊缝接合到轮辋，该接合焊缝可以实现为MIG焊缝、MAG焊缝、激光焊缝、熔焊焊缝或钎焊焊缝。替代性地，轮盘也可以通过粘接和/或电阻焊接连接到轮辋上。替代地或附加地，也可以设想借助于轮盘和轮辋之间的(附加的)压配合进行力配合的附接，尤其是为了免除额外的连接装置。也可以使用形状配合的机械连接方法，例如咬合，铆接或利用功能元件。轮盘和轮辋之间的连接不一定必须按照传统方式在所谓的“深槽”中进行。也可以考虑例如所谓的半面盘轮或全面盘轮，或者具有多部件设计的车轮结构。
根据第一实施方案，在步骤c)之后，车轮首先在步骤d)中部分或完全加热至高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度。Ac1温度在此对应于取决于结构转变成奥氏体的钢材组成的温度，并且Ac3温度对应于完全转变成奥氏体的温度。然后，在加热或完全加热之后，在步骤e)中使热的车轮部分淬火或在步骤f)中完全淬火。在淬火期间成型也是可能的。为了部分或完全淬火，需要这样的冷却速率，其大小足以将最初基本上以奥氏体状态存在的结构转变成基本上为马氏体的结构，由此可以形成部分或完全淬火的区域。根据可淬火钢材料的成分，可以从所谓的时间-温度图中得到相应的特征变量。
在步骤e)之后，在步骤i)中对部分淬火的车轮进行退火，其中，通过热处理所追求的是部分淬火区域中的组织结构优选具有800至1200MPa之间的抗拉强度和/或250至370HV10(维氏硬度试验)的硬度，优选850至1100MPa的抗拉强度和/或265至340HV10的硬度，特别优选900至1050MPa的抗拉强度和/或280至330HV10的硬度，由此可以确保整个车轮的最佳运行强度和可靠性。
发明人通过大量的运行强度研究确定，800-1200MPa的强度范围和/或250-370HV10的硬度范围特别适合于车轮，因为在该范围内，可以在循环交变弯曲疲劳极限和缺口敏感性之间建立良好的折衷，其对构件的性能有极其积极的影响。
在步骤f)之后，完全淬火的车轮在步骤g)中部分退火或在步骤h)中完全退火。根据车轮的实施方案，完全淬火的车轮的组织结构可以部分或完全热处理，其中优选地，所追求的是退火区域中的抗拉强度在800和1200MPa之间和/或硬度在250和370HV10之间，优选850至1100MPa之间的抗拉强度和/或硬度在265至340HV10之间，特别优选900至1050MPa之间的抗拉强度和/或硬度在280至330HV10之间，以能够确保整个车轮的最佳运行强度和可靠性。
根据替代性的实施方案，在步骤c)之前，在步骤j)中将冷成型或冷预成型的轮辋和/或冷成型或冷预成型的轮盘首先部分或完全加热至高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度。然后在加热或完全加热之后，在步骤k)中使热的轮辋和/或热的轮盘部分淬火或在步骤1)中完全淬火。在淬火区域中，存在基本上为马氏体的组织结构。淬火期间的额外成型也是可能的。
根据第一替代性实施方案的第一种设计方案，在步骤l)之后，完全淬火的轮辋和/或完全淬火的轮盘在步骤m)中部分退火或在步骤n)中完全退火。取决于待生产的车轮的实施形式，完全淬火的轮辋和/或轮盘的组织结构可以部分或完全热处理，其中所追求的是优选地在淬火区域中800和1200MPa之间的抗拉强度和/或硬度为250至370HV10，优选850至1100MPa之间的抗拉强度和/或硬度为265至340HV10，特别优选为900至1050MPa之间的抗拉强度和/或硬度为280至330HV10。
根据第一替代性实施方案的第二种设计方案，在步骤k)之后，在步骤o)中对部分淬火的轮辋和/或部分淬火的轮盘进行退火，其中通过热处理，所追求的是部分淬火的区域中的组织结构优选具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至370HV10的硬度，优选850至1100MPa之间的抗拉强度和/或265至340HV10的硬度，特别优选900至1050MPa之间的抗拉强度和/或280至330HV10的硬度。
在根据步骤m)，n)或o)的退火之后，将轮盘与轮辋连接以形成车轮，之后执行步骤c)。
根据第二替代性实施形式，在根据步骤k)的淬火之后(部分淬火的轮辋和/或部分淬火的轮盘)或步骤l)(完全淬火的轮辋和/或完全淬火的轮盘)之后，将轮盘与轮辋连接以形成车轮，并且执行步骤c)。将车轮在步骤p)中部分退火或在步骤q)中完全退火，其中，取决于车轮的实施方案，所追求的是在退火区域中的抗拉强度优选在800和1200MPa之间和/或硬度在250至370HV10之间，优选抗拉强度在850至1100MPa之间和/或硬度在265至340HV10，特别优选抗拉强度在900至1050MPa和/或硬度在280至330HV10，以能够确保整个车轮的最佳运行强度和可靠性。此外，可以减少薄弱点，例如在引入热(焊接，焊接)的材料配合连接中的热影响区或具有高缺口效应的关键负载区域，例如，连接到车轮支架的连接区域，尤其是车轮螺纹连接的区域和设置通风开口/通风孔的区域。
根据一个设计方案，退火在至少200℃，尤其是至少300℃，优选至少400℃且低于Ac1温度，优选低于650℃的温度下进行。退火的持续时间取决于相应钢材的组成和材料厚度以及淬火区域待设定的强度。通过退火，在基本为可能脆性的马氏体的组织结构中可以设定高度韧性，同时具有足够强度和延展性，由此产生对车轮的循环负载最佳的结构状态。此外，通过退火和由此伴随的组织结构的减压，可以降低氢致裂纹的风险。经热处理的组织结构对应于基本上退火的马氏体。
为了确保高尺寸精度同时具有高运行强度和可靠性，根据另一个设计方案，在退火过程开始和重新达到室温之间进行校准。校准也可以在退火过程之后进行。在该制造步骤期间，车轮和/或轮辋和/或轮盘的构件几何形状通过合适的装置校准，以便保持相应的形状精度。校准可以包括轻微的赋形，以便在可能情况下对所需几何形状的设置进行校正。
根据另一个设计方案，淬火仅在可淬火钢材料的边缘层中进行。例如在用于生产商用车车轮，优选用于载重车辆车轮的轮盘的厚度＞10mm的金属板的情况下，尤其是在整个材料厚度上的完全淬火是非常耗能的。因为在主要经受交变弯曲的部件中，高硬度特别是在靠近表面的区域中是有益的，从制造技术角度来看，边缘层淬火更经济。在金属板厚度相对较大的情况下，例如＞6mm，特别是＞8mm，特别优选＞10mm，优选基本上仅进行边缘层淬火。
通过边缘层淬火，芯材料保持不变(韧性)并且使得在表面处引入额外的压缩应力，该应力可以对车轮的疲劳强度产生积极影响。
本发明的第二方面涉及根据符合本发明的方法生产的车轮用于无论是内燃机驱动和/或电驱动的商用车，载重车，专用车辆，公共汽车，巴士；挂车或拖车的应用。根据车辆类型，车轮的轮盘和轮辋以相应的材料厚度以在负载和/或重量方面优化的方式设计，该材料厚度可沿相应的横截面变化。轮盘不局限于单件式设计方案，而且可以实施为定制产品和/或可以由多件式设计组装。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明第一实施形式的方法的流程，
图2示出了根据本发明第二实施形式的方法的流程，并且
图3以透视图示出了车轮的主要部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一实施形式的方法步骤的流程。为待生产的轮辋(1)和/或待生产的轮盘(2)提供具有至少0.15重量％，尤其是至少0.22重量％，优选至少0.27重量％的碳含量的可淬火钢材料。轮辋(1)和轮盘(2)在步骤a)和b)中通过压缩成型，拉伸成型，拉伸压缩成型，弯曲成型，剪切成型，旋压成型，深冲或通过所提及的制造方法的组合冷成形或预成形，尤其例如在传递模塑压机或连续冲压机中在多个步骤中进行。在步骤c)中，将轮盘(2)以材料配合，力配合和/或形状配合的方式与轮辋(1)相连，以形成车轮(3)。优选地，轮盘(2)至少部分地通过接合焊缝与轮辋相连，接合焊缝可以实现为MIG焊缝，MAG焊缝，激光焊缝，熔焊焊缝或钎焊焊缝。在组装之后，将车轮(3)在步骤d)中首先部分或完全加热到高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度。
根据第一替代方案，在加热或完全加热之后，可以沿着箭头I在步骤e)中部分地将热的车轮(3)淬火。在步骤e)之后，将部分淬火的车轮(3)在步骤i)中退火，其中，通过热处理，所追求的是部分淬火区域中的结构优选具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至370HV10之间的硬度，优选850至1100MPa之间的抗拉强度和/或265和340HV10之间的硬度，特别优选在900和1050MPa之间的抗拉强度和/或在280和330HV10之间的硬度，其结果是整个车轮(3)的最佳运行强度和可靠性得以保证。
根据第二替代方案，在加热或完全加热之后，热的车轮(3)可以沿着箭头II在步骤f)中完全淬火。在步骤f)之后，完全硬化的车轮(3)可以沿着箭头III在步骤g)中进行部分退火，或者可以沿着箭头IV在步骤h)中完全退火。根据车轮(3)的实施方案，可以对完全淬火的车轮的组织结构进行部分或完全热处理，其中所追求的是退火区域的抗拉强度优选在800和1200MPa之间和/或硬度在250至370HV10之间，抗拉强度优选为850至1100MPa和/或硬度在265至340HV10之间，特别优选抗拉强度为900至1050MPa和/或硬度在280至340HV10之间。
图2示出了根据本发明第二实施形式的方法步骤的流程。为待生产的轮辋(1)和/或待生产的轮盘(2)提供具有至少0.15重量％，尤其至少0.22重量％，优选至少0.27重量％的碳含量的可淬火钢材料。轮辋(1)和轮盘(2)在步骤a)和b)中通过压缩成型，拉伸成型，拉伸压缩成型，弯曲成型，剪切成型，旋压成型，深冲或通过所提及的制造方法的组合冷成形或预成形，尤其例如在传递模塑压机或连续冲压机中在多个步骤中进行。与图1中的实施形式相反，在步骤j)中将冷成型或冷预成型的轮辋(1)和/或冷成型或冷预成型的轮盘(2)首先部分或完全加热到高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度。根据需求，步骤j)可以仅在冷成型或冷预成型的轮辋(1)上进行，或者仅在冷成型或冷预成型的轮盘(2)上进行，或在两个部件(1,2)上均进行，并且因此用虚线表示。例如，仅加热由可淬火钢材料，例如C45或42CrMo4型，构成的轮盘(2)，而轮辋(1)可由常规钢材料构成并且不加热。在加热或完全加热之后，热的轮辋(1)和/或热的轮盘(2)随后在步骤k)中部分淬火或在步骤l)中完全淬火。
沿箭头V，在步骤k)之后，在步骤o)中对部分淬火的轮辋(1)和/或部分淬火的轮盘(2)进行退火，其中，通过热处理，所追求的是在部分淬火的区域中的组织结构优选具有800至1200MPa的抗拉强度和/或250至370HV10的硬度，优选850至1100MPa的抗拉强度和/或265至340HV10的硬度，特别优选900至1050MPa之间的抗拉强度和/或280至330HV10的硬度。轮辋(1)和轮盘(2)随后彼此连接以形成车轮(3)，并且执行步骤c)。
沿着箭头VI，在步骤1)之后，完全淬火的轮辋(1)和/或完全淬火的轮盘(2)在步骤m)中部分退火或在步骤n)中完全退火。根据待生产的车轮(3)的实施方案，完全淬火的轮辋(1)和/或轮盘(2)的组织结构可以部分或完全热处理，其中所追求的是退火区域中优选具有800至1200MPa之间的抗拉强度和/或250至370HV10之间的硬度，优选850至1100MPa之间的抗拉强度和/或265至340HV10之间的硬度，特别优选在900至1050MPa之间的抗拉强度和/或在280和330HV10之间的硬度。轮辋(1)和轮盘(2)随后彼此连接以形成车轮(3)，并且执行步骤c)。
沿着箭头VII，在根据步骤k)的淬火之后(部分淬火的轮辋(1)和/或部分淬火的轮盘(2))或在步骤l)之后(完全硬化的轮辋(1)和/或完全淬火的轮盘(2))将轮辋(1)和轮盘(2)彼此连接以形成车轮(3)，并且执行步骤c)。沿着箭头VIII，车轮(3)在步骤p)中进行部分退火，或者沿着箭头IX在步骤q)中进行完全退火，其中，根据车轮的实施方案，所追求的是退火区域中的抗拉强度优选在800和1200MPa之间和/或硬度在250和370HV10之间，优选地抗拉强度在850和1100MPa之间和/或硬度在265和340HV10之间，特别优选地抗拉强度在900和1050MPa之间和/或硬度在280至330HV10之间，以便能够确保整个车轮的最佳运行强度和可靠性。
如果车轮不是要完全淬火和退火，则优选地仅轮盘由可淬火的钢材料构成，优选为C22，C35，C45，C55，C60，42CrMo4，16MnB5，16MnCr5，20MnB5，22MnB5，30MnB5,37MnB4,37MnB5,40MnB4类型，或多层钢材复合材料，并将常规钢材，例如S355，S420MC，S460MC，用于轮辋。
图3以透视图示出了轮辋(1)，轮盘(2)和车轮(3)，该车轮由轮辋(1)和材料配合、力配合和/或形状配合地附接到轮辋(1)的轮盘(2)组成或形成。

Claims (15)

1.用于以板材构造方式生产车轮(3)的方法，所述车轮包括用于容纳轮胎的轮辋(1)和以材料配合，力配合和/或形状配合的方式附接到所述轮辋的轮盘(2)，所述轮盘具有附接区域，其用于可释放地连接到轮架上，所述方法包括以下步骤：
a)冷成型或预冷成型轮辋(1)，
b)冷成型或预冷成型轮盘(2)，和
c)将轮盘(2)与轮辋(1)连接以形成车轮(3)，
其特征在于，
为轮辋(1)和/或轮盘(2)提供一种可淬火的钢材料，其具有至少0.15重量％，特别是至少0.22重量％，优选至少0.27重量％的碳含量。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤c)之后，车轮(3)首先在步骤d)中部分或完全加热至高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度，然后在步骤e)中使热的车轮(3)部分淬火或在步骤f)中完全淬火。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
在步骤f)之后，完全淬火的车轮(3)在步骤g)中部分退火或在步骤h)中完全退火。
4.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
在步骤e)之后将部分淬火的车轮(3)在步骤i)中退火。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤c)之前，在步骤j)中将冷成型或冷预成型的轮辋(1)和/或冷成型或冷预成型的轮盘(2)首先完全加热至高于Ac1温度，优选高于Ac3温度的温度，然后使热的轮辋(1)和/或热的轮盘(2)在步骤k)中部分淬火或在步骤1)中完全淬火。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在步骤l)之后，完全淬火的轮辋(1)和/或完全淬火的轮盘(2)在步骤m)中部分退火或在步骤n)中完全退火。
7.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在步骤k)之后，在步骤o)中对部分淬火的轮辋(1)和/或部分淬火的轮盘(2)进行退火。
8.根据权利要求6或7所述的方法，
其特征在于，
在步骤m)，n)或o)之后进行步骤c)。
9.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在步骤k)或l)之后进行步骤c)。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，
将车轮(3)在步骤p)中部分退火或在步骤q)中完全退火。
11.根据权利要求3、4、6、7或10中任意一项所述的方法，
其特征在于，
退火在至少200℃，尤其是至少300℃，优选至少400℃且低于Ac1温度，优选低于650℃的温度下进行。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
在退火过程开始和重新达到室温之间进行校准，或在退火过程之后进行校准，尤其为了确保高尺寸精度。
13.根据权利要求2至5中任意一项所述的方法，
其特征在于，
淬火仅在可淬火钢材料的边缘层中进行。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，
其特征在于，
所提供的钢材料是调质钢，尤其是C22，C35，C45，C55，C60,42CrMo4型，含锰钢，尤其是16MnB5，16MnCr5，20MnB5，22MnB5，30MnB5，37MnB4，37MnB5，40MnB4型，表面硬化钢，空气硬化钢或多层钢复合材料。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的方法生产的车轮(3)用于无论是内燃机驱动和/或电动的商用车，载重车，专用车辆，公共汽车，巴士；挂车或拖车的应用。
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