CS121492A3 - Process for producing vehicle wheel comprising a hub part integral with arim - Google Patents

Description

Oblast techniky Z různých důvodů vzniku vzrůstající zájem o použitíkol vyrobených z lehkého kovu - především z hliníku, avšaktaké z hořčíku. Nejdůležitější výhody jsou tyto: - snížená hmotnost, zejména neodpružené části, pro lepšíbezpečnost a pohodlí, - lepší rozptýlení brzdného tepla, - atraktivnější možnost konstrukce, - zlepšení konečné úpravy a odolnost vůči korozi, - vhodnost pro zpětné použití.BACKGROUND OF THE INVENTION For various reasons, there has been an increasing interest in the use of light metal wheels, especially aluminum, and of magnesium. The most important advantages are: - reduced weight, especially unsprung parts, for better safety and comfort, - better dissipation of braking heat, - more attractive design options, - improved finishing and corrosion resistance, - suitability for reuse.

Dosavadní stav techniky V posledních letech proto značně vzrostla na trhu po-ptávka po hliníkových kolech. Oblastí nejsilnějšího zájmujsou sportovní vozy a luxusní vozy. Toto jasně potvrzujevýhodné vlastnosti kol z lehkého kovu. Omezení poptávky voblasti méně nákladných vozů lze především přičíst vyššímnákladům oproti tradičním ocelovým kolům, nebot tyto nákla-dy jsou prostě příliš vysoké.BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, the demand for aluminum wheels has increased considerably in the market. Sports cars and luxury cars are the strongest areas of interest. This clearly confirms the advantageous properties of light metal wheels. Above all, the reduction in the demand for less trucks can be attributed to higher costs compared to traditional steel wheels, as these costs are simply too high.

Souběžně s celkovým trendem zvyšovat stále výkonnosta vYrábět stále spolehlivější součásti stoupá zájem o kolaz lehkého kovu. Zároveň stoupají požadavky na silnější brzdy.To ovšem vyžaduje více prostoru a větších rozměrů kol, čímžse potřeba kol z lehkého kovu stává stále aktuálnější.Along with the overall trend to increase the performance and manufacture of ever more reliable components, interest in light metal wheels is increasing. At the same time, the demands for stronger brakes are increasing. However, this requires more space and larger wheel sizes, making the need for light metal wheels more and more current.

Dnes je trh s koly z lehkého kovu ovládán hliníkovýmikoly, vyráběnými odléváním. Tato výroba je založena na velmiznámé technologii. Avšak odlévání kol je složitá a zdlouhavávýroba. 2Today, the light metal wheels market is dominated by aluminum casts produced by casting. This production is based on a great technology. However, casting wheels is complicated and time-consuming. 2

Jiným již dříve známým postupem je vytváření kol zlehkého kovu plastickým zpracováním obruby kotouče, kdese obruba nejdříve vyková a potom rozřízne a komprimujev průběhu rotačního, popřípadě zakrucovacího děje. Takovýpostup je znázorněn v norském patentovém spisu č. 154 903a švédských patentových spisech č. 414 592 a 414 593. Vý-roba kol z lehkého kovu plastickým zpracováním za užití ráf-ku jako výchozího bodu je však nákladný postup zahrnujícívelkou ztrátu materiálu. Kromě toho dává tento postup málomožností pro konstruování tvaru kol, pročež se ve větší mířenezavedl.Another previously known process is to form wheels of light metal by plasticizing the flange of the disk, whereby the flange first excels and then cuts and compresses during the rotational or twisting process. Such a process is illustrated in Norwegian Patent Specification No. 154 903 and Swedish Patent Specification Nos. 414 592 and 414 593. However, the production of light metal wheels by plastic processing using a rim as a starting point is a costly process involving a large loss of material. In addition, this procedure gives little scope for designing the shape of the wheels, whereby it has been introduced more extensively.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Vynález se týká způsobu výroby kol z lehkého kovu, při-čemž tento způsob je v podstatě jednodušší a účinnější neždosud známé postupy. Způsob podle vynálezu vede ke značněnižší ztrátě materiálu. Vynález je vyznačen následujícímikroky: 1) Vytvoří se v podstatě kotoučovitý předrobek z litéhopředvalku nebo z podobného zaobleného pevného kovovéhotělesa, 2) obrobek se zahřeje na vysokou válcovací teplotu a potomse orbitálně válcuje na rotačně souměrný předtvarovanýmateriál, 3) vnější část obruby materiálu se rozpoltí a pak se 4) vytvoří vnější povrch ráfku (vykováním) vnější rozpoltěnéčásti za otáčení. U výhodného provedení vynálezu může být předtvarovanýmateriál po orbitálním válcování, avšak před rozštípnutím,být vytlačen nebo kován za studená pro získání specifickéhovytvoření pro náboj kola. Dále může být surovým materiálemvytlačený svorník ze slitiny hliníku nebo hořčíku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing light metal wheels, which method is substantially simpler and more efficient than prior art processes. The process of the invention results in a considerably less material loss. The invention is illustrated by the following: 1) A substantially disk-shaped blank is formed from cast-iron or a similar rounded solid metal shell; 2) the workpiece is heated to a high rolling temperature and then orbitally rolled into a rotationally symmetrical preformed material; 4) forms the outer surface of the rim (by forging) the outer split part during rotation. In a preferred embodiment of the invention, the preformed material may be extruded or forged cold after orbital rolling to obtain a specific wheel hub formation. Further, the raw material may be an extruded aluminum or magnesium alloy bolt.

Kola, vyrobená způsobem podle vynálezu mají následujícívýhodné vlastnosti: - Vyšší mechanickou pevnost, což vede ke hmotnosti nižšíasi o 15 až 30 %, - zlepšenou odolnost proti korozi, - více různých možností pro povrchové zpracování, - zlepšené využití materiálu, - kapacitu pro zautomatizovanou výrobu s krátkým trvánímpostupu, - vysokou reprodukovatelnost.The wheels produced by the method of the invention have the following advantageous properties: - Higher mechanical strength, resulting in a lower weight of 15 to 30%, - Improved corrosion resistance, - Multiple different options for surface treatment, - Improved material utilization, - Capacity for automated production with a short duration, - high reproducibility.

Vynález bude nyní podrobněji popsán za pomoci příkladův souvislosti s přiloženými výkresy, kde obr. 1 znázorňuje náčrt kroku 2 zpsůobu podle vyná-lezu se surovým obrobkem, jak uvedeno v nároku 1, obr. 2 znázorňuje jiný možný krok postupu, obr. 3 a 4 znázorňují kroky 2, popřípadě 2 způsobupodle vynálezu.The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows an outline of step 2 of the process according to the invention with the blank, as shown in claim 1, Fig. 2 shows another possible process step, Figs. illustrate steps 2 and 2 of the method of the invention.

Jak shora uvedeno, je v dřívějším stavu techniky známovyrábět kola z lehkého kovu, že se plasticky tvaruje obrubakotouče, tak, že se obruba nejdříve vyková a pak rozštěpía lisuje v průběhu otáčení. Žádaná přesnost tlouštky a za-oblení této obruby je kritická pro vytvoření kol podle to-hoto známého postupu.As mentioned above, it is known in the prior art to produce light metal wheels to plastically form the rim, so that the rim is first extruded and then crushed during rotation. The desired accuracy of the thickness and fitting of this flange is critical to the formation of the wheels according to this known process.

Způsobem podle vynálezu mohou být kola vyrobena bez ta-kové žádané přesnosti základního odlitku. Prvním krokem způ-sobu podle vynálezu je vytvoření v podstatě kotoučovítéhoobrobku z odlitku, sochoru nebo podobně zaobleného pevného kovového tělesa. To je podstatně účinnější řešení, než kteréje dosud známé, nebot odlitý materiál může být použit bezpředchozího zpracování. Tím se dosáhne nejen nižší spotřebymateriálu, býbrž také značně nižší ceny materiálu.By the method according to the invention, the wheels can be made without the required precision of the basic casting. The first step of the process of the invention is to provide a substantially disc-shaped workpiece from a casting, billet or similarly rounded solid metal body. This is a considerably more effective solution than hitherto known, since the cast material can be used without prior processing. This not only results in lower material consumption, but also significantly lower material costs.

Ve druhém kroku surový obrobek 1_ zpracuje otáčivým kovad-lem, jak znázorněno na obr. la, na rotačně souměrný předmět2 se zvlášt určenou geometrií průřezu, jak znázorněno v obr.lb. Otáčení nastává mezi provozně rotujícím dolním nástrojem2 a volně pohyblivým horním nástrojem _4, tak zvaným "razní-kem". Osy otáčení obou nástrojů svírají spolu pevný úhel,nejčastěji v rozmezí 1 až 10 stupňů. Nástroje jsou tvaroványtak, aby udělily výrobku jeho charakteristický tvar. Je-ližádáno, je dolní nástroj 2 opatřen plunžry 2 pro usnadněnímanipulace s předvalkem, popřípadě ingotem. Při orbitálnímválcování je obrobek zahříván na válcovací teplotu v závis-losti na jeho materiálu (například 450 - 520 °C). Zahřátýobrobek 2 se uloží na dolní nástroj 3 (obr. la), který se pakuvede do otáčení. Horní nástroj se pohybuje směrem dolů azačne se otáčet, když se setká s obrobkem (materiálem). Když;se obrobek přestane otáčet, horní nástroj se vrátí do původnípolohy a hotový výrobek lze vyjmout. U kol, majících rotačně souměrné provedení disku kola(náboje), představuje orbitální válcování celé plastifikač-ní zpracování disku kola pro hotový výrobek, totiž kolo.In a second step, the raw workpiece 1 is treated with a rotating anvil, as shown in Fig. 1a, on a rotationally symmetrical object 2 with a particularly defined cross-sectional geometry as shown in Fig. 1b. The rotation occurs between the operationally rotating lower tool 2 and the free-moving upper tool 4, the so-called punch. The rotational axes of the two tools form a fixed angle together, most often between 1 and 10 degrees. The tools are shaped to give the product its distinctive shape. The lower tool 2 is provided with plungers 2 to facilitate handling of the billet or ingot. When orbiting, the workpiece is heated to the rolling temperature depending on its material (e.g., 450-520 ° C). The heated workpiece 2 is placed on the lower tool 3 (FIG. 1a) which is rotated. The upper tool moves downward and rotates when it encounters the workpiece (material). When the workpiece stops rotating, the top tool returns to the original position and the finished product can be removed. In wheels having a rotationally symmetrical design of the wheel (or hub), the orbital rolling represents the entire plasticization of the wheel disc for the finished product, namely the wheel.

Slitiny hliníku se však velmi dobře hodí pro dodatečnéplastifikační zpracování za studená, nebot slitiny se dajívelmi snadno tvarovat v měkkém stavu. Takto je různými zpra-covávacími postupy, zejména kováním za studená, umožněno po-užít způsobů, jež vedou k lepší pružnosti volby zpracovánía k větší volnosti ve volbě tvaru, přičemž jsou zlepšenystrukturální i mechanické vlastnosti. Postup může být prová-děn v jednom nebo několika krocích a umožňuje velmi složitétvarování, velkou geometrickou přesnost a hladké a jemné 5 povrchové opracování. Pomocí kování za studená se otevírajíkonstrukční možnosti, které značně přesahují pouhou rotačnísymetrii. V praxi dává způsob podle vynálezu velké možnostia jen velmi nepatrná omezení volnosti konstruktéra.However, aluminum alloys are well suited for the post-cold plasticization process, since alloys with the clays are easily formed in a soft state. Thus, by various processing processes, in particular cold forging, it is possible to use methods which result in improved processing flexibility and greater freedom of choice, while improving both structural and mechanical properties. The process can be carried out in one or more steps and allows very complex shaping, high geometrical accuracy and smooth and fine surface treatment. Cold forging opens up construction possibilities that go beyond mere rotational symmetry. In practice, the method according to the invention gives great possibilities for only very slight limitations on the designer's freedom.

Na obr. 2a, 2b a 2c jsou znázorněny příklady kování zastudená. Předmět 2^ se po orbitálním válcování lisuje mezihorní formou £ a dolní formou T_, aby se mu dodal žátfaný tvar.Jak shora uvedeno, je tento postup pouze jednou z možnostía nikoliv obligatorním krokem podle vynálezu.Figures 2a, 2b and 2c illustrate cold forging examples. After orbital rolling, the article 2 is molded between the upper mold 6 and the lower mold 11 to give it a desired shape. As noted above, this process is only one possibility and not an obligatory step according to the invention.

Když předmět 2 byl orbitálně zválcován nebo v jinémpřípadě vykován nebo lisován za studená, rozpoltí se jehovnější úsek, který bude tvořit povrch ráfku kola. Toto jetřetí krok způsobu podle vynálezu a je blíže znázorněn naobr. 3a a obr. 3b. Jak je tam znázorněno, upevní se předmět2 v otáčivém držáku _8 a rozpoltí se podél jeho obvodu štípa-cím válcem na dva prstence 10 a 11. Z odštěpného prstence 10 se potom v lisu vyková v otá-čivém pohybu povrch 13 ráfku, jak je znázorněno na obr. 3ba 4a. Předmět 2 je držen v rotujícím nástroji, obsahujícímhorní zápustku 16 a dolní zápustku 17. Válec 12 se otáčí a protahuje prstence 10 a 11 podleobr. 3b a obr. 4a směrem ven na ráfkové příruby 14, 15, kte-ré mají různé délky (obr. 4b). Tento čtvrtý a konečný krokzpůsobu podle vynálezu usnadňuje optimální rozložení materiá-lu, což zase vede k nízké spotřebě materiálu a výhodné hospo-dárnosti, pokud jde o hmotnost. V důsledku rovnoměrného přivá-dění materiálu má otáčivě kovaný povrch výhodnou strukturu ajakost při srovnání s odlitými a obráběnými povrchy. Příklad 1When the article 2 has been orbitally rolled or, in another case, forged or pressed cold, the more frangible section will be broken to form the surface of the wheel rim. This third step of the method according to the invention is shown in more detail in FIG. 3a and 3b. As shown therein, the object 2 is fixed in the rotatable holder 8 and split along its circumference by a splitting cylinder into two rings 10 and 11. The rim surface 13 is then punched out of the press ring 10 in the press as shown in FIG. 3b and 4a. The article 2 is held in a rotating tool comprising a die 16 and a lower die 17. The roller 12 rotates and extends the rings 10 and 11 according to FIG. 3b and 4a outwardly on rim flanges 14, 15 having different lengths (FIG. 4b). This fourth and final step in the process of the invention facilitates the optimal distribution of the material, which in turn results in low material consumption and advantageous weight economy. Due to the uniform feeding of the material, the forged surface has a favorable structure and quality compared to cast and machined surfaces. Example 1

Obrobek se vyrobí (vyřízne) v podobě disku z litého ne-bo protlačovaného sochoru ze slitiny AlMgSi (obr. 1). Kotou-čovitý obrobek se zahřeje na vhodnou teplotu kování za horka(520 °C) a potom se orbitálně válcuje válcovacím ústrojím(krok 2), aby byl uveden do určitého tvaru a velikosti předdalším zpracováním (hlubič válcovacího ústrojí určirje tvarpředvalku). Válcovaný obrobek může být nyní dále zpracovánve smyslu kroků 2 a A způsobu podle vynálezu. Jelikož všakje žádoucí dodat kolu určitý tvar ochylující se od rotačnísymetrie, je válcovaný materiál kován za studená. Po kováníza studená se obrobek upevní ve štípacím ústrojí a rozpoltíse podél obvodu obrobku (krok 3). Potom se povrch ráfku kovápři otáčení za studená (krok 4) a poté je kolo ve svém ko-nečném tvaru.The workpiece is cut (extruded) from a cast or extruded billet of AlMgSi alloy (Fig. 1). The coil-shaped workpiece is heated to a suitable hot forging temperature (520 ° C) and then orbitally rolled by the rolling device (step 2) to bring it to a certain shape and size before further processing (the rolling mill depth determines the shape of the billet). The rolled workpiece can now be further processed in the sense of steps 2 and A of the method of the invention. However, since it is desirable to provide the wheel with a shape that is deviating from rotational symmetry, the rolled material is cold forged. After cold forging, the workpiece is fastened in the splitting device and the miter along the circumference of the workpiece (step 3). Then the rim surface is cold-rotated (step 4) and then the wheel is in its final shape.

Kolo se potom tepelně zpracuje, obrobí a na povrchuopracuje, avšak tyto kroky nejsou součástí způsobu podlevynálezu. Příklad 2 Z odlitého nebo protlačeného kořečnatého špalku ze sli-tiny AZ31 se vytvoří kotoučovitý obrobek (krok 1). Obrobekse zahřeje na teplotu 480 °C a orbitálně se válcuje (krok 2)V souvislosti s tímto tepelným zpracováním předvalku nastanerekrystalizace. Tím bude mít předtvarovaný předvalek přimě-řenou houževnatost při kování za studená, kdy materiál musíbýt udržován na teplotě nejméně 220 °C. Po kování za stude-ná se obrobek rozpoltí (krok 3) a žíhá se pod zatížením přiteplotě 450 °C. Otáčení povrchu ráfku (krok 4) nastává ko-nečně při teplotě vyšší než 220 °c.The wheel is then heat treated, machined, and surface treated, but these steps are not part of the inventive method. Example 2 A disc-shaped workpiece (step 1) is formed from a cast or extruded AZ31 sliver block. The article is heated to 480 ° C and is orbitally rolled (step 2). Thereby, the preformed billet will have adequate cold forging toughness when the material must be maintained at a temperature of at least 220 ° C. After cold forging, the workpiece is split (step 3) and annealed under a load of 450 ° C. Rotation of the rim surface (step 4) occurs at a temperature of more than 220 ° c.

Zastupuje: JUDr. Zdeňka KOREJZOVÁ advokátkaRepresented by: JUDr. Zdeňka KOREJZOVÁ attorney

Claims (4)

- 7 PATENTOVÉ N 41¼ ~ Qz.- 7 PATENTS N 41¼ ~ Qz. 1. Způsob výroby celistvého vozidlového kola z lehkéhokovu, které sestává z náboje a ráfkových částí, vyzna-čující se tí m , že 1) se vytvoří v podstatě kotoučovitý předrobek z litéhopředvalku nebo z podobného zaobleného kovového.tělesa, 2) obrobek se zahřeje na vysokou válcovací teplotu a po-tom se orbitálně válcuje pro získání rotačně souměrné-ho předtvarovaného tělesa, 3) vnější část předtvarovaného tělesa se rozpustí a pak 4) se vytvoří povrch ráfku kováním vnějších, rozpoltěnýchčástí ráfku za otáčení.A method for producing an integral light-duty vehicle wheel, comprising a hub and rim portions, characterized in that (1) a substantially disc-shaped blank of cast-iron or a similar rounded metal body is formed, (2) the workpiece is heated to high rolling temperature and then orbital rolling to obtain a rotationally symmetrical preformed body, 3) the outer portion of the preform is dissolved and then 4) a rim surface is formed by forging the outer rim portions to rotate. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující set í m, že se předtvarovaný materiál po orbitálním válcovánía před roepoltěním lisuje nebo ková za studená pro získánížádaného utváření pro náboj kola.2. A method according to claim 1, wherein the preformed material is pressed or cold after orbital rolling and prior to annealing to obtain the desired shape for the wheel hub. 3. Způsob podle nároků la2, vyznačujícíse t í m, že se předrobek vytvoří z vytlačeného špalkuslitiny hliníku.3. The method of claim 1, wherein said blank is formed from an extruded aluminum alloy. 4. Způsob podle nároků la2, vyznačujícíse tím, že se předrobek vytvoří z vytlačeného špalkuslitiny hořčíku.4. The method of claim 1, wherein the blank is formed from an extruded magnesium alloy. zfrom