專利名稱：：提高輕金屬制車輪的強度使之輕量化的方法及這種車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是車輛用輕合金車輪的輕量化方法和這種車輪。由于減輕車輛彈簧以下的重量，在燃費和提高行駛的穩(wěn)定性及外觀上存在著優(yōu)越性，所以近幾年來，特別在小轎車、大型客車、卡車中應用鋁合金、鎂合金的車輪多了起來。但是，在現(xiàn)有的技術(shù)中，輕量化是有限度的。進行更輕量加工時，會擔心出現(xiàn)耐久性、即疲勞強度和剛性惡化的現(xiàn)象。另外，車輪表面帶有設(shè)計方面的視野可見的光澤和光亮性，一般情況下是受歡迎的。為了滿足這種愿望，現(xiàn)在采用的是鍍鉻或拋光研磨技術(shù)。但在長期使用時，會出現(xiàn)電鍍層剝離和加工過程的影響造成的母材疲勞強度惡化等現(xiàn)象，這是其缺點。而且，拋光研磨時必須有研磨加工的大型設(shè)備和需要較長的時間，作業(yè)環(huán)境中會產(chǎn)生粉塵等，也是存在的問題。眾所周知，現(xiàn)有的提高疲勞強度的方法是噴射硬化法、柵極放射法、高壓液體珩磨法等。但是，若是復雜設(shè)計的轎車車輪時會出現(xiàn)噴射和柵極投射不到的陰性部分，就不可能依靠全面地勻勻地使表面硬化來施加壓縮殘留應力。還有，電鍍法加工的過程，同時會使車輪表面的研磨量增多，引起車輪自身變瘦的現(xiàn)象，表面硬化層限制在0.1～0.2的范圍。大幅度地輕量化是不能實現(xiàn)的，所以期待著車輪表面整體均勻硬化的新型方法。本發(fā)明想要解決的問題是在前述部件的整個面上，賦予足夠的疲勞強度和剛性，并同時提高前述部件的光澤和光亮性。將成形后，或者機械加工工程幾乎結(jié)束或已經(jīng)結(jié)束階段的車輛用輕合金的一體式或組合式的車輪的圓盤及輪圈等部件(以下稱部件)置于介質(zhì)里，使該部件與介質(zhì)振動，依靠這種振動使介質(zhì)在前述部件表面拍打，求得前述部件全面地提高疲勞強度，以此減輕前述部件的厚度。再有，前述的介質(zhì)由鋼或不銹鋼等比重較大的金屬，或者金屬與其它物質(zhì)的混合物或化合物、或者陶瓷等構(gòu)成。它的形狀呈球形或角被處理成帶點圓形的異形狀。它的大小在2～10mm的范圍。再有，這些介質(zhì)中有部分帶有凸形結(jié)構(gòu)，以此使介質(zhì)及部件的自轉(zhuǎn)和滾筒內(nèi)介質(zhì)的循環(huán)呈良好的狀態(tài)，能對前述部件的設(shè)計或設(shè)計中產(chǎn)生的小的曲面有效地作用。進一步，取前述介質(zhì)足夠覆蓋前述部件的量，放滿在滾筒里，并在滾筒里添加研磨及/或光澤用的拋光劑和水，使?jié)L筒振動。并將此振動傳到介質(zhì)和前述部件上。這樣能夠提高前述部件的疲勞強度和表面的光澤度。采用上述的方法，可以得到更輕量化的鋁、鎂等材料的輕合金的車輛用車輪。圖1為振動套筒裝置的簡略斷面圖。圖2為試驗車輪的斷面圖。圖3為試驗車輪的正面圖。圖4為耐久試驗機的側(cè)面圖。圖5為輪圈剛性試驗用的萬能試驗機的側(cè)面圖。圖6為輪圈剛性試驗用的萬能試驗機的正面圖。圖7為輪圈變形試驗中，負荷間隔狀態(tài)的示意圖。圖1的a圖是本發(fā)明用的振動滾筒裝置7的簡略斷面圖。滾筒1的斷面呈U字型，有規(guī)定的深度，形成了槽。內(nèi)側(cè)上貼有橡膠片。在滾筒1內(nèi)放入介質(zhì)3，要準備能使車輪2足夠覆蓋的量。另外在套筒1上設(shè)置了一對轉(zhuǎn)動軸6和6-1，分別在軸上配置不對稱的重量。這個轉(zhuǎn)動軸與底座上設(shè)置的發(fā)動機的轉(zhuǎn)動軸通過萬向接頭連結(jié)并被驅(qū)動，所以能將振動傳到滾筒1。滾筒1能自由地振動，通過彈簧4固定在底座5上。在滾筒1內(nèi)放入的介質(zhì)3是鋼制的。大小在2-10mm的范圍。由圖1中圖b所示的球狀與圖c所示的凸起狀的介質(zhì)混合組成。容積比為8比2。這種比例和材質(zhì)及大小，應根據(jù)部件的形狀、大小，設(shè)計情況以及設(shè)計中出現(xiàn)的凹凸部位的最小半徑來決定。凸起球狀可以促使介質(zhì)3整體的循環(huán)性和車輪2及介質(zhì)3自身的自轉(zhuǎn)，與介質(zhì)無遺漏地接觸。另外，介質(zhì)3的量最好是能不斷地覆蓋車輪2整體的足夠的量。本例中使用的是鋼的介質(zhì)，根據(jù)部件的材質(zhì)，也可以使用不銹鋼的介質(zhì)。使前面出現(xiàn)的轉(zhuǎn)動軸6和6-1，以每分鐘1000至2000的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，使?jié)L筒振動。其振幅調(diào)至平均1至5mm，使內(nèi)部介質(zhì)振動。另外，為了給予車輪表面光澤和光亮度，每升介質(zhì)中加入10至30g的拋光劑及水，如圖1所示的位置，將車輪埋沒。本例中的車輪是一體型的鋁制車輪。運轉(zhuǎn)中的車輪2的整個面不斷地被介質(zhì)覆蓋，介質(zhì)向箭頭B的方向循環(huán)，車輪也進行自轉(zhuǎn)。這里面的介質(zhì)隨著振動的頻率拍打車輪的表面。車輪在上述狀態(tài)下處理15至30分鐘。將車輪取出后洗凈，就可以得到整個面上沒有不均勻光澤的硬質(zhì)的表面。若一定時間后，使?jié)L筒的振動方向(圖1箭頭A)反向進行，并且使車輪的自轉(zhuǎn)也反向進行，可以得到更加均勻的加工效果。這里詳細敘述一下處理鍛造輕合金車輪的例子。表1所示的是含有化學成分的鍛造鋁合金DIN規(guī)格AlMgSil的相當品(JIS6000系列)和鑄造用鋁合金DIN規(guī)格AlSi7Mg相當品(JISAC4CH系列)試驗用車輪采用的是以上材料的鍛造及鑄造車輪，其尺寸是16寸徑×7寸寬圖2表示的是試驗車輪10的斷面圖。圖3是正面形狀。11是圓盤的幅條，12是輪轂部分13，是外側(cè)輪輞的胎圈座部分，14是內(nèi)側(cè)輪輞的輪輞槽部分，15是內(nèi)側(cè)輪輞的胎圈座部分。T1是外側(cè)輪輞的胎圈座厚度，T2是內(nèi)側(cè)輪輞的輪輞槽的厚度，T3是內(nèi)側(cè)輪輞的胎圈座厚度。H表示的是圓盤部幅條的最大高度。另外，圖3的正面圖里表示著幅條11的厚度t。鍛造車輪與鑄造車輪存在著差異。鑄造車輪與鍛造車輪相比，尺寸t全部厚1.5mm。圖3表示的是鍛造車輪的一側(cè)。表2表2中表示出了四種類型車輪的與車輪重量密切相關(guān)部分的尺寸及各自的重量。這四種類型是為試驗強度和剛性而制造的。A、B為鍛造車輪，C、D為鑄造車輪。該表中的符號H、T1、T2、T3與圖2所示的符號完全一致。類型A是用鋁合金鍛造的，機械加工后，用現(xiàn)有的噴射鋼粒的方法進行了加工，各部分尺寸如表2所示。類型B是用同樣方法鍛造的，但與類型A相比，為了減輕重量，幅條的高度H和輪輞的厚度都減小了。與類號A相比，重量輕了0.6kg(約為8.7％)。類型C是用鋁合金鑄造的，制造后用現(xiàn)有的方法，進行了噴射鋼粒加工。類型D也是同樣方法鑄造的，與類型C相比，幅條的高度和輪輞的厚度都減小了，并且輕0.7kg(約8.4％)，利用本發(fā)明進行了表面處理。本發(fā)明的處理條件如下所示。介質(zhì)3.2mm直徑的鋼球和3.2mm直徑帶凸型的鋼球(鋼球的重量百分比為20％)滾筒容積0.4m3滾筒振動數(shù)1500次/分滾筒振幅3.0mm拋光劑鋁用光澤劑8kg水約60升加工時間30分鐘上述加工后的車輪B和D的外觀上，得到了與機械加工面鍍鉻后明亮度相近的光澤面。鍛造及鑄連的表面變得光滑、亮度增加。特別是鍛造的車輪，雖不如鍍鉻的，但可得到雅致的光澤，得到設(shè)計上極為有效的表面。而且，根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)驗，尤其是關(guān)于鑄造的車輪，如果在本發(fā)明的加工前，對鑄造表面輕度拋光研磨的話，能得到與鍛造車輪相似的優(yōu)雅的光澤。下面，對四種類型的試驗車輪A、B、C、D進行了彎曲耐久性試驗。耐久試驗機20的簡略圖用側(cè)面圖表示在圖4上。21是試驗車輪，22是旋轉(zhuǎn)圓盤，23是金屬固定件，24是負荷柄，25是載荷。對4種類型試驗車輪的彎曲轉(zhuǎn)矩規(guī)定為3400Nm，表3中表示了開始發(fā)生裂痕時的旋轉(zhuǎn)數(shù)。表3</tables>VIA(日本車輛檢測協(xié)會)規(guī)定，試驗車輪在額定載荷690kg時，耐久旋轉(zhuǎn)數(shù)為100,000，上述的4種類型試驗車輪都超過了規(guī)定值。用本發(fā)明加工的試驗車輪B和D同是厚度變薄，使之輕量化，而且耐久旋轉(zhuǎn)數(shù)也不比現(xiàn)有加工產(chǎn)品遜色。進一步對上述4種類型試驗車輪的輪輞剛性進行了試驗。輪輞剛性試驗機如圖5所示，采用萬能試驗機30進行的。31是萬能試驗機的十字頭，32是萬能試驗機的臺子，33是車輪安裝構(gòu)件，34是十字頭31上裝配的V型構(gòu)件，35是安裝在試驗車輪上的輪胎，36是試驗車輪，37是度盤式指示器，用來測定車輪的變形量。分別在負荷作用的外側(cè)輪輞上設(shè)置G1，內(nèi)側(cè)輪輞的輪輞槽處設(shè)置G3，內(nèi)側(cè)輪輞凸起部設(shè)置G2，負荷反作用的內(nèi)側(cè)輪輞部設(shè)置G4。在以上4個地方測定變形量。另外，圖6是圖5萬能試驗機上設(shè)置車輪的狀態(tài)下，從車輪側(cè)面看到的正面圖。符號的名稱與圖5相同，故省略了。首先，將輪胎的空氣壓力調(diào)至196kpa(約2kg/cm2)如圖7所示，在前述的萬能試驗機上，以30秒的間隔，每次加2450N(約250kg)的負荷，通過V型構(gòu)件34與輪胎35，使加給試驗車輪36的負荷最大達到24.5KIV(約2500kg)，各負荷點上試驗車輪的變形量是用圖5所示的度盤式指示器37(G1G2G3G4)測定的。4種類型的試驗車輪在同樣條件下進行了這種剛性試驗。度盤式指示器37的指示量即變形量(單位mm)表示在表4中。表4表5從試驗結(jié)果可以看到變形量最大的負荷點是內(nèi)側(cè)輪輞的凸起部分(G2)。度盤式指示器G2所示的各試驗車輪的變形量如表5所示。從這個試驗結(jié)果可以判定采用本發(fā)明的加工方法，不僅可以使幅條和輪輞比現(xiàn)有產(chǎn)品厚度變薄，減輕約8.4％至8.7％，而且車輪的剛性幾乎沒有變化，其理由是采用本發(fā)明的加工方法，是在滾筒內(nèi)通過介質(zhì)的拍打作用，車輪整個面上產(chǎn)生了均勻的加工硬化層。因而，若利用上述的方法，也可以使組合式車輪的幅條和輪輞厚度減小，從而可以作到輕量化。如上所述，若采用本發(fā)明的方法，能夠提高輕合金部件的疲勞強度，所以，即使部件的厚度減小，其性能也不消減，能夠作到輕量化。因此，可以在改善車輛的燃料效率和行駛穩(wěn)定的特性方面帶來很大的效果，并且在設(shè)計面上能得到明亮的光澤，可以提高商品的價值。權(quán)利要求1.車輛用輕合金車輪輕量化的方法，這種方法是將成型后，或者加工工程幾乎結(jié)束或已經(jīng)結(jié)束階段的車輛用輕合金制的一體式或組合式車輪的圓盤及輪輞等部件(以下稱部件)置于介質(zhì)里，使該部件與介質(zhì)振動，依靠這種振動使介質(zhì)在前述部件表面拍打，以此謀求提高前述部件的疲勞強度，從而可減小前述部件的壁厚，達到輕量化。2.如權(quán)利要求1記載的車輪輕量化的方法，其特征是前述的介質(zhì)由鋼或不銹鋼等比重較大的金屬，或者金屬與其它物質(zhì)的混合物或化合物，或者陶瓷等構(gòu)成，其形狀呈球形或角部圓滑處理后的異形狀，其大小在2至10mm的范圍。3.如權(quán)利要求1或2所述的車輪輕量化的方法，其特征是，將能充分履蓋前述部件的量的前述介質(zhì)填滿滾筒，在該滾筒內(nèi)添加用于研磨及/或提高光澤的拋光劑和水，使?jié)L筒振動，將振動傳遞到介質(zhì)及前述部件上，以此提高前述部件的疲勞強度和提高表面的光澤度。4.采用權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法制造的鋁鎂等素材的車輛用輕合金制車輪。全文摘要本發(fā)明提供一種提高車輛用輕合金車輪的疲勞強度，減小其壁厚，達到車輪輕量化，同時得到光澤的表面的加工方法及輕量的車輪。將輕合金制的車輪和比重較大的鋼或不銹鋼制的球狀及/或?qū)⒔遣繄A角處理了的異形狀介質(zhì)放入滾筒內(nèi)，給予強烈的振動，使介質(zhì)在車輪表面拍打，以形成硬化層，同時得到近似于鏡面的光滑的光澤表面。文檔編號B24C1/10GK1167666SQ97110780公開日1997年12月17日申請日期1997年4月22日優(yōu)先權(quán)日1996年4月25日發(fā)明者埃瓦爾德·弗里克申請人:日本Bbs株式會社