JP2003211901A - 自動車用ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程数を格段に減少し製作機構が簡単にし
て、生産性及び収率を非常に向上させた自動車用ホイー
ルの製造方法を提供する。 【解決手段】 リム部（１６）と該リム部（１６）の内
部に結合されるディスク部（１８）とからなる自動車用
アロイホイールの製造方法において、リム素材を鍛造し
てカップ形のプレフォーム（２８）を得る段階と、前記
プレフォーム（２８）を流動成形してシームレス管（２
０）を得る段階と、前記シームレス管（２０）を切断し
て単位管（２１）を得る段階と、前記単位管（２１）を
１次ロール成形して予備成形単位管（２１′）を成形す
る段階と、前記予備成形単位管（２１′）を２次ロール
成形して最終形状のリム部（１６）を成形する段階と、
前記リム部（１６）とディスク部（１８）を焼嵌めした
後、溶接ジグを使用してレーザー溶接する段階とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用ホイールの
製造方法に関わり、特にリム部と該リム部の内部に結合
されるディスク部とからなる自動車用ホイールの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、自動車用ホイールは、高強度及び
軽量のものが要求されることから、主にその素材として
アルミニウム合金素材が用いられ、かつリム部全体的に
緻密な組織を持たせることが求められる。このような観
点から、リム（又はドラム）部は自動車用ホイールの製
造において重要な部分であるといえる。

【０００３】従来、ホイールのリム部を製作する方法と
しては、例えばリム及びディスクの全体を溶湯鍛造する
方法と、円盤形素材を段階的に鍛造する連続鍛造方法と
がある。しかし、溶湯鍛造法は複雑な構造の溶湯鍛造機
が必要であり作業工程が複雑である欠点と、最適の所要
強度と軽量化を得るためのリム部の肉厚を決定するのが
難しい欠点とがあった。また、円盤形素材を段階的に鍛
造する連続鍛造法においては、円盤形素材を得る過程で
原材料の浪費が多いし、このような円盤形素材を管形の
リム部まで鍛造する過程があまり複雑である。

【０００４】特に、アルミニウム管を製造して自動車用
ホイールのリム部を製造する場合には、一般に往復押出
工法（forward and backward extrusion）を用いるが、
外径が４００〜７００ｍｍ、肉厚が３．５〜４．５ｍｍ
の大型管の生産には大型プレスが用いられ、その収率が
悪くて生産原価が高くなり経済性が落ちる。往復押出工
法のほかに、板材をディープドローイングして生産する
方法もあるが、板材が高価であり材料の損失が多くてや
はり経済性が落ちる。一方、板材を円筒形に巻いてアー
ク溶接する工法もあるが、このような場合、溶接部位の
欠陥により強度低下の問題があり、自動車用ホイールの
完成後、空気漏洩の問題がある。

【０００５】また、アルミニウム管を自動車用ホイール
のリム部の形状に成形する方法としては、スピニングに
よる方法が最も多く用いられている。この方法は二つ以
上の小型ローラーがリム部の形状に沿ってマンドレル上
を順次通りながら成形する方法である。したがって、リ
ム部の幅の全体を成形しながら前進する速度によって生
産速度が決定されるが、前進速度は素材の変形量に鑑み
て決定されるため、通常生産速度が遅い。また、ローラ
ーの運動は管の半径方向と長手方向に同時に制御すべき
であるので、制御装置が必要であり生産条件の設定が複
雑である欠点がある。

【０００６】一方、自動車用ホイールのリム部にディス
ク部が別に製作されて溶接される場合においては、一般
に経済性の問題のため、ＴＩＧ又はＭＩＧ電気溶接法が
主に使用されるが、この溶接方法は溶接時に発生する高
熱により製品の寸法が変化し、作業性が悪く、溶接後に
欠陥が内在することがある。従って、ホイールにこの方
法を適用するとき、安全率を考慮して追加的に重量を増
大させ、製品寸法の変化による溶接後の矯正作業が必要
である。この方法は全般的に生産速度が遅いから、生産
性及び生産費用の面で改善が必要な工法であるといえ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
前記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、リ
ムフランジとドロップセンターとの間に凹凸部が設けら
れたリム部と該リム部の内部に結合されるディスク部と
からなる自動車用ホイールの製造方法を提供することに
その目的がある。

【０００８】本発明のほかの目的は、工程数が格段に減
少し工程に投入する製作機構が簡単であって、ほかの工
法に比べて生産性及び収率が格段に向上した自動車用ホ
イールの製造方法を提供することにある。

【０００９】本発明のさらにほかの目的は、金属素材の
組織の流動性を利用してリム部に最適な肉厚を持ち高強
度及び高品質を維持するシームレス管を製造して自動車
用ホイールのリム部を製造することにある。

【００１０】本発明のさらにほかの目的は、制御範囲の
小さいローラーを用いてリム部の形状を高速冷間圧延工
程で成形することにある。

【００１１】本発明のさらにほかの目的は、寸法変化及
び矯正工程なしにリム部にディスクを溶接することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、リム素材を鍛造してカップ形のプレフォームを得る
段階と、前記プレフォームを流動成形してシームレス管
を得る段階と、前記シームレス管を切断して単位管を得
る段階と、前記単位管を１次ロール成形して予備成形単
位管を成形する段階と、前記予備成形単位管を２次ロー
ル成形して最終形状のリム部を成形する段階と、前記リ
ム部とディスク部を焼嵌めした後、溶接ジグを使用して
レーザービーム溶接する段階とからなる自動車用ホイー
ルの製造方法により達成できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
を参照しながら詳細に説明する。本発明の一例の自動車
用ホイールは、図２に示すように、リムフランジ１０
と、ドロップセンター１２と、その間に設けた凹凸部１
４とを有するリム部１６と、および該リム部１６の内部
に結合されるディスク部１８とから構成される。このよ
うな自動車用ホイールを製造するためには、まずリム部
１６を製作し、このリム部１６に、別に製作したディス
ク部１８を溶接する。このような一連の過程を図１に示
す。

【００１４】リム部１６の製作は、リム部１６に使用さ
れる素材としてシームレス管を製造する工程と、製造さ
れたシームレス管をリム部１６の形状のとおりに圧延成
形するリム成形工程とからなされる。本発明のシームレ
ス管の製造工程、リムの成形工程、及び前記リム部とデ
ィスク部の溶接工程を以下に詳細に説明する。

【００１５】［シームレス管の製造工程］本発明の一例
による自動車用ホイールの製造方法は、ホイール用流動
成形管の製造から始まる。究極に、ホイール用流動成形
管の製造はリム部１６に使用されるべき素材としてのシ
ームレス管２０（図３ｂ）を得るためのものである。

【００１６】このようなシームレス管２０は連続鋳造さ
れたビレットを丸鋸盤で切断し低周波誘導加熱炉で鍛造
温度に加熱した後、均熱炉（soaking furnace）に入れ
て加熱された素材が均一な鍛造温度となるようにする。
加熱された素材を鍛造ダイ２２とパンチ２４とからなる
鍛造プレス２６（図４）で鍛造する。鍛造ダイ２２とパ
ンチ２４に潤滑剤を塗布し、加熱された素材をダイ２２
内に装入し、鍛造プレス２６の油圧を適正圧力に調整
し、１次にオフセット鍛造を行った後、２次に仕上げ鍛
造を行い、図３ａに示すようなカップ形の鍛造品である
プレフォーム２８を得る。

【００１７】前記鍛造工程により製造されたプレフォー
ム２８は、以後にリム部１６を成形するに最適な半径を
有し肉厚が３．５〜４．５ｍｍであるシームレス管２０
を製造するに適した寸法に鍛造し、流動成形機で精度よ
く加工してシームレス管２０を製造する。このための流
動成形機３０が図５に示す。シームレス管２０を流動成
形するための流動成形機３０は、プレフォーム２８が結
合されるマンドレル３２、マンドレル３２のアライメン
トのためにマンドレル３２に結合される心押台３４、ス
ピンドル３５、成形済みのシームレス管２０をマンドレ
ル３２から放出するためのイジェクタリング３６、及び
プレフォーム２８を長手方向に流動成形するため、マン
ドレル３２の周囲に１２０°の間隔で配置されているが
同心円上には置かれていない三つの圧延ローラー３８
（図５には二つのみを示す）から構成される。図５はシ
ームレス管２０が殆ど完成されている状態を示す。

【００１８】予め流動成形潤滑剤が塗布されているプレ
フォーム２８が結合されたマンドレル３２が回転し、各
圧延ローラー３８がプレフォーム２８にマンドレル３２
の半径方向に加圧しながらマンドレル３２に対して適正
の速度で長手方向に移動することにより、プレフォーム
２８の全周面において連続して肉厚が減少する流動成形
が進行される。このように、シームレス管２０を流動成
形する工程は、従来に断面積減少のために一つのローラ
ーで３回にわたって作業することに対し、三つのローラ
ーによる単一工程で完了するので経済的な方法であると
いえる。

【００１９】このように、シームレス管２０の流動成形
工程を自動車用ホイールの軽量化モデルであるツーピー
ス（two-piece）工法のリム生産に適用して、既存の鍛
造ホイールの製造の所要費用に比べて所要費用を画期的
に減らしながらも高強度及び高品質を維持するシームレ
ス管を生産することができる。特に、シームレス管２０
の内径は流動成形機３０のマンドレル３２の外径によっ
て決定されるため、同一内径のシームレス管を製造する
場合、圧延ローラー３８の位置調整だけでその肉厚を変
化させて製造することができる。

【００２０】流動成形により製造されたシームレス管は
結晶粒が微細で表面粗さが細かいし、熱処理後の機械的
性質である引張強度、伸率などに非常に優れる（AA6061
-T6素材、引張強度３２ｋｇｆ/ｍｍ^２、延伸率１２％以
上）。このようにして製造されたシームレス管２０は内
径と外径の寸法精度が装備公差及びローラー公差の範囲
内で製造されるので、半径４００〜７００ｍｍの大型管
の製造に適用される他の工法に比べ精度に優れ、外径の
場合０．０５〜０．１ｍｍの精度を有する。

【００２１】［リムの成形工程］前記シームレス管の製
造工程により得たシームレスチューブ２０は、リム部１
６の成形に適した単位長さに切断された後、ロール成形
機でリム部１６が成形される。このようなロール成形機
４０は図６及び図７に示されている。ロール成形機４０
は、スピンドル４２に固定されるリム部の形状を有する
マンドレル４４、スピンドルに対向する心押台４６、リ
ム部を圧延成形する１次ローラー４８、及び２次ローラ
ー５０から構成される。１次ローラー４８は被成形素材
の半径方向にだけ移動し、２次ローラー５０は半径方向
だけでなく長手方向にも移動できるようになっている。

【００２２】前述したように、シームレス管２０をリム
部１６の成形に適した単位長さに切断する（図３ｂ）。
切断した単位管２１はロール成形機４０のスピンドル４
２に固定されるリム部の形状を有するマンドレル４４に
結合され、心押台４６により位置固定される。該状態
で、スピンドル４２が回転し１次ローラー４８が単位管
２１の半径方向に移動することで、単位管２１を最終の
リム部１６の形状に近く予備成形して予備成形単位管２
１′を得る。このように、１次ローラー４８により予備
成形単位管２１′を予備成形する理由は、この１次ロー
ラー４８を素材の半径方向に移動してリムの形状に成形
する場合、素材の予定された所定の変形量を超えて素材
が破断するか内部欠陥が発生するおそれがあるためであ
る。１次ローラー４８は素材の半径方向に移動して管状
の素材を一度にリムの形状に予備成形するもので、成形
部位が緩やかな曲線をなすように成形して、成形時の加
工量が均一に分布されるようにする。

【００２３】このように、１次ローラー４８にて予備成
形単位管２１′を予備成形した後、１次ローラー４８が
後退し、２次ローラー５０が素材の半径方向い移動す
る。この２次ローラー５０は、前述したように、素材に
対して半径方向だけでなく長手方向にも移動できるよう
になっているので、緩やかな曲線の輪郭を有する予備成
形単位管２１′をリムフランジ１０からドロップセンタ
ー１２まで凹凸部１４が設けられたリム部１６に成形す
ることになる。

【００２４】［リム部とディスク部の溶接］最終に成形
されたリム部１６には通常の方法で別に成形されたディ
スク部１８が溶接される。図示例においては、このディ
スク部１８をレーザー溶接法によりリム部１６に溶接し
ている。図示例に適用されたレーザー溶接法は既存のＴ
ＩＧ又はＭＩＧ電気溶接法を代替し得る工法であり、レ
ーザー溶接時には極めて一部のみが急加熱され溶接され
るので、溶接時間が短く、溶接部の冷却速度が速いため
溶接後の寸法変化がなく、特に溶接強度が前述した既存
のＴＩＧ又はＭＩＧ電気溶接法に比べて優れ、溶接時の
気泡発生などのような欠陥が全く現れないので溶接強度
を増大させ得る。

【００２５】本発明の一例においては、リム部１６とデ
ィスク部１８を焼嵌め（shrink fitting）し、自動に溶
接ジグに供給し、ここで６ｋＷのレーザー溶接機でホイ
ールの特性に合わせてリム部１６の円周方向に移動しな
がら短時間に溶接を行っている。リム部１６とディスク
部１８をレーザー溶接法で溶接する場合、溶接時間が短
縮し、溶接時の局部加熱による寸法変化がなく、追加の
矯正作業が不要である。ＴＩＧ又はＭＩＧ電気溶接法に
おいて問題となる気泡発生などの欠陥がないため、溶接
強度が優れ、製品の重量を減らすことができる。このほ
かに、製品当たり生産時間が、１７インチのホイールの
場合、半径４５０ｍｍの溶接部位の円周長を３０秒以内
に溶接することができるので、生産性の面においても非
常に優れる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、工程数
を格段に減らし、工程に起用する製作機構を簡単にし
て、他の工法に比べて生産性及び収率が著しく向上した
自動車用ホイールの製造方法を提供する。特に、本発明
は、素材の金属組織の流動性を利用してシームレス管を
流動成形法で製造するので、管径及び肉厚の任意調整が
可能であり、高強度及び高品質を維持することができ、
制御範囲の小さいローラーによる高速冷間圧延工程でリ
ム部を成形することで、工程の単純化及びこれによる生
産性向上と不良率の減少が可能であり、リム部の内部に
ディスク部をレーザー溶接することにより、寸法の変化
がなく矯正工程が不要である効果がある。

【００２７】また、本発明による自動車用ホイールの製
造方法によると、連続鋳造されたビレットを出発素材と
するため、板材又は円盤形素材を出発素材とする従来の
方法に比べてスクラップの発生を画期的に低減し得るだ
けでなくその出発素材の購入価格の面でも数等有利な利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用ホイールの製造に用いられる
工程を示すフローチャートである。

【図２】本発明の製造方法により製造された自動車用ホ
イールの断面図である。

【図３】本発明の製造方法により自動車用ホイールが製
造される過程を示す説明図である。

【図４】リム部の成形のため、連続鋳造されたビレット
から得た鍛造素材を鍛造加工してプレフォームを得る過
程を示す鍛造工程の説明図である。

【図５】鍛造工程で得たプレフォームを流動成形してシ
ームレス管を得る流動成形過程を示す説明図である。

【図６】リムの成形過程のうち、１次ローラーが移動し
て素材を圧延する状態を示す図である。

【図７】リムの成形過程のうち、１次ローラーが後退し
てから２次ローラーが移動して素材を圧延する状態を示
す図である。

【図８】成形されたリムにディスクが溶接されてなる自
動車用ホイールを示す断面図である。

【符号の説明】

１６ リム部 １８ ディスク部 ２０ シームレス管 ２１ 単位管 ２１′ 予備成形単位管 ２６ 鍛造プレス ２８ プレフォーム ３０ 流動成形機 ３８ 圧延ローラー ４０ ロール成形機 ４８ １次ローラー ５０ ２次ローラー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｐ 13/02 Ｂ２３Ｐ 13/02 Ｂ６０Ｂ 21/02 Ｂ６０Ｂ 21/02 Ｑ (72)発明者 ジョン−フン， ペク 大韓民国、 キョンギ−ド 463−821、 ソンナム−シ、 ブンダン−ク、 ソヒョ ン−ドン 87、 サムソン シボン アパ ート 133−1406

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リムフランジ（１０）からドロップセン
   ター（１２）まで凹凸部（１４）が設けられたリム部
   （１６）と該リム部（１６）の内部に結合されるディス
   ク部（１８）とからなる自動車用ホイールの製造方法に
   おいて、 リム素材を鍛造してカップ形のプレフォーム（２８）を
   得る段階と、 前記プレフォーム（２８）を流動成形してシームレス管
   （２０）を得る段階と、 前記シームレス管（２０）を切断して単位管（２１）を
   得る段階と、 前記単位管（２１）を１次ロール成形して予備成形単位
   管（２１′）を成形する段階と、 前記予備成形単位管（２１′）を２次ロール成形して最
   終形状のリム部（１６）を成形する段階と、 前記リム部（１６）とディスク部（１８）を結合する段
   階とからなることを特徴とする自動車用ホイールの製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記リム素材を鍛造してカップ形のプレ
   フォーム（２８）を得る段階は、連続鋳造されたビレッ
   トを切断し、均一の鍛造温度に加熱し、１次オフセット
   鍛造及び２次仕上げ鍛造することを特徴とする請求項１
   記載の自動車用ホイールの製造方法。
3. 【請求項３】 前記プレフォーム（２８）を流動成形す
   る段階は、プレフォーム（２８）をマンドレル（３２）
   上に固定して回転させる段階と、マンドレル（３２）の
   周囲に１２０°の間隔で配置されているが同心円上に置
   かれていない三つの圧延ローラー（３８）をプレフォー
   ム（２８）に対し半径方向に加圧してから長手方向に設
   定速度で移動させることで、プレフォーム（２８）の全
   周面において同時にかつ連続的に肉厚が減少されるよう
   にする段階とからなることを特徴とする請求項１記載の
   自動車用ホイールの製造方法。
4. 【請求項４】 前記１次ロール成形及び前記２次ロール
   成形は、単位管（２１）を被成形素材の半径方向にだけ
   移動する１次ローラー（４８）と半径方向及び長手方向
   に移動する２次ローラー（５０）を有するロール成形機
   （４０）の１次ローラー（４８）で１次ロール成形して
   予備成形単位管（２１′）を成形し、１次ローラー（４
   ８）の後退後、予備成形単位管（２１′）を２次ローラ
   ー（５０）で２次ロール成形して最終形状のリム部（１
   ６）を成形するリムの冷間成形方法であることを特徴と
   する請求項１記載の自動車用ホイールの製造方法。
5. 【請求項５】 前記リム部（１６）とディスク部（１
   ８）を結合する段階は、リム部（１６）とディスク部
   （１８）を焼嵌めした後、溶接ジグを使用してレーザー
   溶接することを特徴とする請求項１記載の自動車用ホイ
   ールの製造方法。