JP6224620B2 - 大中型ホイールディスクの製造方法とその成形品 - Google Patents

Description

本発明は、平板状ブランクから大中型ホイールディスクを製造する製造方法とその成形品に関する。

特許文献１は、平板状ブランクをしごき絞り加工して円筒状の立ち上がり部をもつカップ状の第１成形品を形成する工程と、第１成形品の円筒状の立ち上がり部を拡径加工して円錐状とした第２成形品を形成する工程と、を有する大中型ホイールディスクの製造方法を開示している。

しかし、従来の大中型ホイールディスクの製造方法には、つぎのような問題点がある。
特許文献１では、しごき絞り加工工程で、第１成形品の立ち上がり部に対応するブランクの部分の全体に対し、しごき絞り加工を行なっている。ところが、特許文献１には、次工程の拡径加工工程を考慮してしごき絞り加工することに関する記載がない。しごき加工後は、しごき加工を行なった部分の材料の伸びが著しく減少するため、第１成形品を第２成形品に拡径加工する工程で、材料割れが発生するおそれがある。

特開２０１０−５８１２６号公報

本発明の目的は、従来に比べて材料割れが発生することを抑制することができる、大中型ホイールディスクの製造方法とその成形品を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 平板状ブランクを素材とし、パンチとダイとを用いてしごき加工して、不等厚の円筒状の立ち上がり部をもつ第１成形品を形成する第１の工程を有し、前記第１成形品は、前記立ち上がり部の先端部に位置する厚肉部と、該厚肉部を除く前記立ち上がり部の部分である板厚減肉部と、を含んでおり、
前記第１の工程では、前記板厚減肉部に対応する前記ブランクの部分がしごき加工されることを特徴とする、大中型ホイールディスクの製造方法。
（２） 前記第１の工程の後に、
前記第１成形品の立ち上がり部を拡径加工して円錐状の立ち上がり部とした第２成形品を形成する第２の工程と、
前記第２成形品の立ち上がり部の先端部を加工して最終ディスクフランジ部形状とした第３成形品を形成する第３の工程と、
を有する、（１）記載の大中型ホイールディスクの製造方法。
（３） 前記第１の工程では、前記平板状ブランクを、皿状またはカップ状にプレス絞り成形した後に、前記パンチと前記ダイとを用いてしごき加工する、（１）または（２）記載の大中型ホイールディスクの製造方法。
（４） （１）記載の方法を用いて製造された、大中型ホイールディスク用の第１成形品。
（５） （３）記載の方法を用いて製造された、大中型ホイールディスク。

上記（１）の大中型ホイールディスクの製造方法によれば、つぎの効果を得ることができる。
第１の工程では、第１成形品が厚肉部を有するため、第１の工程の後に第１成形品の立ち上がり部を拡径加工する場合に、従来に比べて材料割れが発生することを抑制できる。

上記（２）の大中型ホイールディスクの製造方法によれば、つぎの効果を得ることができる。
第１の工程の後に、第２、第３の工程を有するため、材料割れのない第２、第３成形品をより確実に得ることができる。

上記（３）の大中型ホイールディスクの製造方法によれば、つぎの効果を得ることができる。
第１の工程では、平板状ブランクを、皿状またはカップ状にプレス絞り成形した後に、パンチとダイとを用いてしごき加工するため、平板状ブランクを直接しごき加工して第１成形品を形成する場合に比べて、第１成形品を安定して形成することができる。また、しごき機にかかる負荷を低減させることができる。

上記（４）の大中型ホイールディスク用の第１成形品によれば、つぎの効果を得ることができる。
第１成形品が厚肉部を有するため、第１の工程の後に第１成形品の立ち上がり部を拡径加工する場合に、従来に比べて材料割れを抑制することのできる第１成形品を得ることができる。

上記（５）の大中型ホイールディスクによれば、材料割れのない大中型ホイールディスクを得ることができる。

本発明実施例の大中型ホイールディスクの製造方法の工程図である。（ａ）は、正方形の平板状のディスク素材を示す。（ｂ）は、平板状ブランクを示す。（ｃ）は、第１の工程を示す。（ｄ）は、第２の工程を示す。（ｅ）は、第３の工程を示す。（ｆ）は、ハブ穴を打ち抜く工程を示す。（ｇ）は、ハブ取付けボルト穴を打ち抜く工程を示す。（ｈ）は、飾り穴を打ち抜く工程を示す。（ｉ）は、ホイールディスクを示す。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第１の工程前のしごき装置の断面図である。なお、しごき装置のハッチングは図面の明瞭化のために省略している。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第１の工程後のしごき装置の断面図である。なお、しごき装置のハッチングは図面の明瞭化のために省略している。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第２の工程の拡径装置の断面図である。なお、拡径装置のハッチングは図面の明瞭化のために省略している。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第３の工程の加工装置の断面図である。なお、加工装置のハッチングは図面の明瞭化のために省略している。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの、平板状ブランクをプレス絞り成形して皿状にするプレス絞り装置の断面図である。なお、プレス絞り装置のハッチングは図面の明瞭化のために省略している。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの製造方法によって製造される大中型ホイールディスクの断面図である。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第１の工程におけるしごき装置の、変形例を示す図である。 本発明実施例の大中型ホイールディスクの第１の工程におけるしごき装置の、変形例を示す図である。

以下に、図１〜図９を参照して、本発明実施例の大中型ホイールディスクの製造方法を説明する。

先ず、本発明実施例の製造方法によって製造される大中型ホイールディスク（以下、単にホイールディスクともいう）１０について説明する。
ホイールディスク１０は、トラック、バスなどの大中型ホイールディスクである。ただし、ホイールディスク１０は、乗用車、商用車、産業車両などのホイールディスクであってもよい。ホイールディスク１０は、図１に示すような平板状のディスク素材から製造されるディスクが対象である。ホイールディスク１０は、鋳造品ではない。ホイールディスク１０は、たとえばスチール製である。ただし、ホイールディスク１０は、スチール製でなくてもよく、アルミ合金製、チタン合金製、マグネシウム合金製等であってもよい。ホイールディスク１０は、図示略の環状のリム（図示略のタイヤを保持する部分）とは別に製造されており、リムと溶接されて、またはリベット、接着等で接合されてホイールになる。

ホイールディスク１０は、図７に示すように、図示略のハブに取付けられるハブ取付け部２０（平板部といってもよい）と、ハブ取付け部２０の外周部からディスク軸方向（ホイール軸方向）に立ち上がる立ち上がり部（側壁部といってもよい）３０と、を有する。

ハブ取付け部２０は、通常、平板状（略平板状を含む）である。ハブ取付け部２０は、平板状である場合、ディスク軸方向と直交（略直交を含む）する平面内にある。ハブ取付け部２０は、しごき加工による薄肉化を行なわないので、平板状ブランク４の厚さと同じ（略同じを含む）である。
ハブ取付け部２０には、ハブ穴２１と、ハブ取付けボルト穴２２と、が設けられている。

ハブ穴２１は、ホイールディスク１０のディスク半径方向（ホイール半径方向）の中央部に設けられる。
ハブ取付けボルト穴２２は、ホイールディスク１０のディスク周方向（ホイール周方向）に同心円上等間隔に複数設けられる。

車両のハブから延びてくるハブ取付けボルト（両方共に図示略）をハブ取付けボルト穴２２に挿通し、ハブ取付けボルトに図示略のハブナットを螺合することにより、ホイールディスク１０（ホイール）はハブに固定される。

立ち上がり部３０は、円錐状部３１と、ディスクフランジ部３２と、を備える。
円錐状部３１は、ハブ取付け部２０の外周部に連なる。円錐状部３１は、ハブ取付け部２０の外周部から、ディスク半径方向外側かつ立ち上がり部３０の立ち上がり量が大になる方向（ディスク軸方向に向かって）に、傾斜している。
円錐状部３１の少なくとも一部は、しごき加工による薄肉化が行なわれており、平板状ブランク４の厚さより薄くなっている。円錐状部３１には、飾り穴３３が設けられている。
ディスクフランジ部３２は、立ち上がり部３０の立ち上がり方向（ディスク軸方向）の先端部（ディスク半径方向の外周部）にある。ディスクフランジ部３２は、図示略のリムの内周面に対して嵌合するように、円筒状である。ディスクフランジ部３２は、しごき加工等によって、平板状ブランク４の厚さよりも薄肉化が行なわれていてもよく行なわれていなくてもよい。ホイールディスク１０は、ディスクフランジ部３２で図示略のリムと溶接される。

つぎに、ホイールディスク１０の製造方法について説明する。
ホイールディスク１０の製造方法は、図１に示すように、平板状ブランク４からホイールディスク１０を製造する方法である。

ブランク４は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、正方形（略正方形を含む）の平板状のディスク素材２を、円形（略円形）にプレス打ち抜きして、または４隅を弧状にプレス打ち抜きして落として、作製される。

ホイールディスク１０の製造方法は、
（ｉ）図１（ｃ）に示すように、平板状ブランク４を、パンチ５１とダイ５２とを用いてしごき加工して、不等厚の円筒状の立ち上がり部１１ａと平板部１１ｂをもつ第１成形品１１を形成する第１の工程（しごき加工工程）と、
（ｉｉ）図１（ｄ）に示すように、第１成形品１１の立ち上がり部１１ａを拡径加工して円錐状の立ち上がり部１２ａとした第２成形品１２を形成する第２の工程（拡径工程）と、
（ｉｉｉ）図１（ｅ）に示すように、第２成形品１２の立ち上がり部１２ａの先端部１２ｃを加工してディスクフランジ部３２形状（図７参照）とした第３成形品１３を形成する第３の工程（第２のしごき加工工程）と、
を有する。

上記（ｉ）の工程（第１の工程、しごき加工工程）について
（ｉ−１）第１の工程は、図２、図３に示すように、平板状ブランク４を用いて、パンチ５１とダイ５２と使用するしごき加工を行なうことで、第１の成形品１１を形成する工程である。
（ｉ−２）第１成形品１１は、図３に示すように、平板部１１ｂと、不等厚の円筒状の立ち上がり部１１ａと、をもつカップ状の成形品である。第１成形品１１は、立ち上がり部１１ａの先端部（平板部１１ｂと反対側の端部）に位置する厚肉部（板厚保持部といってもよい）１１ｃと、厚肉部１１ｃを除く立ち上がり部１１の部分である板厚減肉部１１ｄと、を備える。厚肉部１１ｃは、立ち上がり部１１ａの先端部の周方向の全周にわたって形成されている。
（ｉ−３）第１の工程は、しごき加工とともに絞り加工も同時に行なう工程である。第１の工程における絞り加工は、ブランク４をプレス絞り成形してカップ状にする加工である。
（ｉ−４）第１の工程は、プレスによって全周同時に行なわれる。しごき加工は１回に限らず、型交換を含めて複数回行なってもよい。

（ｉ−５）第１の工程では、図２に示すように、パンチ５１とダイ５２とを図示略のプレス機に組付けたしごき装置５０を用いてしごき加工を行なう。図６に示す絞り加工を行なった後しごき加工を行なってもよい。
ダイ５２は、筒状穴５２ａの内周側面の径方向内側に突出する突出部５４を有し、突出部５４でブランク４をしごく。
円柱状であるパンチ５１の、ダイ５２の突出部５４に対向する側の側面が、凹凸面５３とされている。凹凸面５３は、ダイ５２の突出部５４との径方向の間隔が一様でなく異なる部分がある面である。ただし、凹凸面５３は、図８に示すように、一様な面５３０であってもよい。また、凹凸面５３は、図９に示すように、ダイ５２の突出部５４との径方向の間隔が徐々に（なだらかに）狭くなる（または広くなる）面５３１であってもよい。パンチ５１の凹凸面５３は、ダイ５２の突出部５４に対向する側の側面とダイ５２の突出部５４との間隔を一定厚のブランク４の板厚より狭くするために、パンチ５１の側面の軸方向および／または周方向で、隣接する部分（凹部５３ｂ）に比べてダイ５２の突出部５４側に凸となる凸部５３ａが少なくとも１つ設けられることにより形成されている。凸部５３ａの突出量は、１つの凸部５３ａの中で一定とされていてもよく異なっていてもよい。また、複数の凸部５３ａが設けられる場合、それぞれの凸部５３ａの突出量は同一であってもよく異なっていてもよい。凸部５３ａは、パンチ５１のダイ５２の突出部５４に対向する側の側面の少なくとも一部に形成されていてもよい。
パンチ５１の側面の軸方向で、１つの凸部５３ａと、その１つの凸部５３ａに隣接する凹部５３ｂとは、パンチ５１の側面の軸方向と直交する面ではない傾斜面５３ｃで接続されている。傾斜面５３ｃの、パンチ５１の側面の軸方向に対する角度は、６０度以下に緩やかにされていることが望ましく、さらには４５度以下に緩やかにされていることが望ましい。各傾斜面５３ｃの傾斜角度は、一定であってもよく、徐々に変化していてもよい。

（ｉ−６）ダイ５２が筒状穴５２ａをもつアウターダイからなる。また、パンチ５１がアウターダイ５２の筒状穴５２ａに筒状穴５２ａの軸方向に出入りするインナーパンチからなり、その外周側面が凹凸面５３とされている。インナーパンチ５１とアウターダイ５２を用いてしごき加工を行なうことで、図３に示すように、第１成形品１１の立ち上がり部１１ａの内径側のみに不等厚形状を得る。

（ｉ−７）第１の工程では、パンチ５１をダイ５２に対してブランク４の軸方向（筒状穴５２ａの軸方向、ホイールディスク１０の軸方向と同方向）にのみ相対動させてしごき加工する。なお、図３において、Ａ１は、パンチ５１の加工方向である。なお、図１（ｃ）に示すように、パンチ５１とダイ５２との上下関係は図２、図３に示す上下関係と反対になっていてもよい。
（ｉ−８）第１の工程では、図３に示すように、板厚減肉部１１ｄに対応するブランク４の部分がしごき加工され、厚肉部１１ｃに対しては、第１の工程の完了時において、厚肉部１１ｃがブランク４の厚さの９０％以上の厚さを有するようにしごき加工を行なうか、または、しごき加工は行なわない。これは、第１の工程において、一定以上の厚肉部１１ｃの「材料の伸び」を確保しておくことによって、第２の工程で行われる拡径加工で、材料割れの発生を抑制することができるからである。このことから、材料割れの発生を抑制するためには、厚肉部１１ｃに対してはしごき加工を行なわないことが最も望ましい。そして、厚肉部１１ｃに対してしごき加工を行わない時は、厚肉部１１ｃの厚さは、ハブ取り付け部２０の厚さと同じ（略同じを含む）か、または、ハブ取り付け部２０の厚さより厚くなる。

（ｉ−９）第１の工程は、平板状ブランク４を、皿状またはカップ状にプレス絞り成形した後に（予備成形した後に）、パンチ５１とダイ５２とを用いてしごき加工して第１成形品１１を形成していてもよい。この予備成形は、たとえば、図６に示すように、パンチ６１とダイ６２とを図示略のプレス機に組付けたプレス絞り装置６０を用いて行なわれるプレス絞り成形である。

上記（ｉｉ）の工程（第２の工程、拡径工程）について
（ｉｉ−１）第２の工程は、第１の工程の後に行なわれる。
（ｉｉ−２）図４に示すように、第２成形品１２は、平板部１２ｂと、不等厚の円錐状の立ち上がり部１２ａと、をもつ皿状の成形品である。
（ｉｉ−３）第２の工程では、円錐状の部位を有するパンチ７１を第１成形品１１に押し込むことで拡径加工を行う。第２の工程では、拡径加工と同時にパンチ７１のストロークエンドにて鍛造成形を行なってもよい。
（ｉｉ−４）第２の工程では、パンチ７１とダイ７２とを図示略のプレス機に組付けた拡径装置７０を用いて拡径加工を行なう。
（ｉｉ−５）ダイ７２が円錐状穴７２ａをもつアウターダイからなる。また、パンチ７１がアウターダイ７２の円錐状穴７２ａに円錐状穴７２ａの軸方向（ホイールディスク１０の軸方向と同方向）に出入りするインナーパンチからなる。
（ｉｉ−６）第２の工程では、第１の工程で内径側のみに付与されていた不等厚形状を外径側に押し出し、狙いとする形状と板厚分布を得る。
（ｉｉ−７）第２の工程は、プレスによって全周同時に行なわれる。
（ｉｉ−８）第２の工程では、パンチ７１をダイ７２に対して第１成形品１１の立ち上がり部１１ａの軸方向（ホイールディスク１０の軸方向と同方向）にのみ相対動させて拡径加工する。なお、図４において、Ａ２は、パンチ７１の加工方向である。なお、図１（ｄ）に示すように、パンチ７１とダイ７２との上下関係は図４に示す上下関係と反対になっていてもよい。
（ｉｉ−９）第２の工程の加工方法は、上記に限らず、その他図示略のエクスパンダー等を用いた加工方法であってもよい。

上記（ｉｉｉ）の工程（第３の工程）について
（ｉｉｉ−１）第３の工程は、第２の工程の後に行なわれる。
（ｉｉｉ−２）図５に示すように、第３成形品１３は、平板部１３ｂと、不等厚の立ち上がり部１３ａと、をもつ皿状（略皿状を含む）の成形品である。
（ｉｉｉ−３）第３の工程は、絞り加工を行なう工程である。ただし、図５のように、絞り加工としごき加工を同時に行なってもよい。さらにしごき加工のみでもよい。
（ｉｉｉ−４）第３の工程では、第２成形品１２の立ち上がり部１２ａの先端部１２ｃをしごき加工して、先端部１２ｃをディスクフランジ部３２形状にする。第３の工程では、第２成形品１２の立ち上がり部１２ａの先端部１２ｃをしごき加工して立ち上げ、狙いとする外径と板厚を得る。
（ｉｉｉ−５）第３の工程では、パンチ８１とダイ８２とを図示略のプレス機に組付けた第２の装置８０を用いてしごき加工を行なう。
（ｉｉｉ−６）ダイ８２が、開口部近傍が筒状とされた穴８２ａをもつアウターダイからなる。また、パンチ８１がアウターダイ８２の穴８２ａに該穴８２ａの軸方向（ホイールディスク１０の軸方向と同方向）に出入りするインナーパンチからなる。
（ｉｉｉ−７）ダイ８２は、穴８２ａの開口縁部８２ｂで、第２成形品１２の立ち上がり部１２ａの先端部１２ｃをしごく。
（ｉｉｉ−８）第３の工程は、プレスによって全周同時に行なわれる。
（ｉｉｉ−９）第３の工程では、パンチ８１をダイ８２に対して第２成形品１２の立ち上がり部１２ａの軸方向（ホイールディスク１０の軸方向と同方向）にのみ相対動させてしごき加工する。なお、図５において、Ａ３は、パンチ８１の加工方向である。なお、図１（ｅ）に示すように、パンチ８１とダイ８２との上下関係は図５に示す上下関係と反対になっていてもよい。
（ｉｉｉ−１０）第３の工程の加工方法は、図５に示すようなプレスによる絞り加工に限定されず、たとえばフローフォーミング等であってもよい。
（ｉｉｉ−１１）第３の工程では、プレスによる絞り加工（またはフローフォーミング等）の後に、寸法出しのための機械加工を施してもよい。
（ｉｉｉ−１２）第３の工程の加工（先端部１２ｃをディスクフランジ部３２形状にする）は、第２の工程で行なわれていてもよい。

ホイールディスク１０は、第３の工程の後、図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）および図１（ｉ）に示すように、ハブ穴２１、ハブ取付けボルト穴２２、飾り穴３３を打ち抜き、製造される。

つぎに、本発明実施例の効果を説明する。
本発明実施例では、第１の工程では、板厚減肉部１１ｄに対応するブランク４の部分がしごき加工され、厚肉部１１ｃに対してはブランク４の厚さの９０％以上の厚さを有するようにしごき加工を行なうか、または、しごき加工を行なわないため、第１の工程の後に第１成形品１１の立ち上がり部１１ａを拡径加工する場合に、従来に比べて材料割れが発生することを抑制できる。

第１の工程において、平板状ブランク４を、皿状またはカップ状にプレス絞り成形した後に、パンチ５１とダイ５２とを用いてしごき加工した場合、平板状ブランク４を直接しごき加工して第１成形品１１を形成する場合に比べて、第１成形品１１を安定して形成することができる。また、しごき装置５０にかかる負荷を低減させることができる。

第１の工程の後に、第２、第３の工程を有するため、材料割れのない第２、第３成形品１２，１３および大中型ホイールディスク１０をより確実に得ることができる。
また、第１の工程では、しごき加工によって第１成形品１１が成形されるため、たとえばフローフォーミングによって第１成形品１１が成形される場合と異なり、第１成形品１１、第２成形品１２、第３成形品１３、さらにはホイールディスク１０の表面に成形痕が残ることを抑制できる。

板厚減肉部１１ｄに対応するブランク４の部分がしごき加工され、厚肉部１１ｃに対しては、ブランク４の厚さの９０％以上の厚さを有するようにしごき加工を行なうか、または、しごき加工を行なわないため、第１の工程の後に第１成形品１１の立ち上がり部１１ａを拡径加工する場合に、従来に比べて材料割れを抑制することのできる第１成形品１１を得ることができる。

鍛造成形のみで不等厚形状を得るためには非常に大きな加工荷重が必要となるためイニシャルコストが増加するが、しごき加工の併用を可能とすることで加工荷重を大幅に低減でき、イニシャルコストを抑えることができる。

本発明実施例では、第１、第２、第３の工程をこの順に行なう場合を説明したが、第３の工程を第２の工程と同時に行なう等、第１〜第３の工程の順は特に限定するものではない。

２ 平板状のディスク素材
４ ブランク
１０ ホイールディスク
１１ 第１成形品
１１ａ 第１成形品の立ち上がり部
１１ｂ 第１成形品の平板部
１１ｃ 第１成形品の厚肉部
１１ｄ 第１成形品の板厚減肉部
１２ 第２成形品
１２ａ 第２成形品の立ち上がり部
１２ｂ 第２成形品の平板部
１２ｃ 第２成形品の立ち上がり部の先端部
１３ 第３成形品
１３ａ 第３成形品の立ち上がり部
１３ｂ 第３成形品の平板部
２０ ハブ取付け部
２１ ハブ穴
２２ ハブ取付けボルト穴
３０ 立ち上がり部
３１ 円錐状部
３２ ディスクフランジ部
３３ 飾り穴
５０ しごき装置
５１ パンチ
５２ ダイ
５３，５３０，５３１ 凹凸面
５４ 突出部
６０ プレス絞り装置
６１ プレス絞り装置のパンチ
６２ プレス絞り装置のダイ
７０ 拡径装置
７１ 拡径装置のパンチ
７２ 拡径装置のダイ
８０ 第２の装置
８１ 第２の装置のパンチ
８２ 第２の装置のダイ

Claims (5)

1. 平板状ブランクを素材とし、パンチとダイとを用いてしごき加工して、不等厚の円筒状の立ち上がり部をもつ第１成形品を形成する第１の工程を有し、前記第１成形品は、前記立ち上がり部の先端部に位置する厚肉部と、該厚肉部を除く前記立ち上がり部の部分である板厚減肉部と、を含んでおり、
   前記第１の工程では、前記板厚減肉部に対応する前記ブランクの部分がしごき加工されることを特徴とする、大中型ホイールディスクの製造方法。
2. 前記第１の工程の後に、
   前記第１成形品の立ち上がり部を拡径加工して円錐状の立ち上がり部とした第２成形品を形成する第２の工程と、
   前記第２成形品の立ち上がり部の先端部を加工して最終ディスクフランジ部形状とした第３成形品を形成する第３の工程と、
   を有する、請求項１記載の大中型ホイールディスクの製造方法。
3. 前記第１の工程では、前記平板状ブランクを、皿状またはカップ状にプレス絞り成形した後に、前記パンチと前記ダイとを用いてしごき加工する、請求項１または請求項２記載の大中型ホイールディスクの製造方法。
4. 請求項１記載の方法を用いて製造された、大中型ホイールディスク用の第１成形品。
5. 請求項３記載の方法を用いて製造された、大中型ホイールディスク。

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