适用于轿车的轻金属制车轮，对减轻弹簧作用下的负载起到了很 好的效果，提高了操纵性，并降低了燃料费。另外，提供通过作为制 造方法的铸造法或锻造法制造的、外观性优良的车轮。为了寻求更轻 量且设计性优良的车轮，当下轿车中的轻合金制车轮的安装率超过了 60％。伴随着轿车的高速化，要求制动系统的大型化和车轮的大直径 化，盘状部的直径逐年递增，已经有超过17in的势头。
轻合金制车轮的材料以铝或镁为主，为了得到致密的金相并提高 刚性，最好采用锻造法。
作为与本申请发明的锻造法相关的现有技术例举有专利文献1。 该专利文献所记载的发明是由以下几个工序构成的铝车轮的制造方 法：锻造成具有厚壁外周缘的盘形状；将该成形件锻造成形出盘状部、 或与该盘状部一体相连的环状部，所述盘状部具有所需形状的边缘部 和伸出形成为凹孔状的所需窗口部；切削除去该成形件中伸出呈凹孔 状的窗口部的底来开设窗口；进行所述开口的窗口的内周缘的倒角。
但是，若盘状部的直径不足18in，则可以采用8000吨级冲压机 来对盘状部整个面进行按压，但是若要对直径大于18in的盘状面进行 充分的按压则很困难，从而需要1万吨左右的冲压机。
作为采用小型的冲压机来锻造成形具有大面积的部件的方法具有 部分锻造法，作为成形简单形状的圆盘的方法例举出专利文献2所记 载的方法。该专利文献所记载的发明是锻造在整经线时所用的经轴边 盘的方法，通过按顺序按压坯料的一部分可以无需大型的冲压机，适 当地变换上金属模而逐渐地加大圆盘。采用该方法可以将凸缘的直径 成形为30in或30in以上，但是，在按压延展坯料的过程中，坯料在 向圆周方向延伸的同时向半径方向延伸，所以无法形成图案。
作为局部锻造的其他方法具有旋转锻造法，并提出了很多现有技 术，而作为其代表的方法记载在专利文献3和专利文献4中。其中根 据该方法，基本上，使具有圆锥面的金属模的旋转轴倾斜，使圆锥面 与被成形物相抵接，一边按压一边沿圆周方向按顺序成形。
前者是如下的方法：将在圆盘状的盘状部相当部的外周上具有隆 起呈环状的轮辋相当部的坯料作为被加工坯料，用成形盘状部外面的 下金属模和成形内面的上金属模一边压缩被加工坯料一边使之旋转， 使成形辊与盘状部外周隆起的轮辋相当部相抵接，从而完成整体型的 车轮。而后者是如下的方法：使用成对的上模和下模，最初使一个部 位的凹部和凸部相吻合地按压，并以此为基点使金属模旋转，同时在 上下金属模进行锻造。其中，所述成对的上下模在圆周上形成以一定 的振幅相交替的凹部和凸部。在这样的旋转锻造法中，由于被加工坯 料进行向外周方向的材料的移动，所以可以成形呈放射状延伸的盘状 部图案，但是难于成形复杂的图案。

本发明正是鉴于上述问题而提出的，提供一种根据锻造法并采用 小型的冲压机来制造具有大直径的盘状部的轻合金制车轮的方法。
本发明提供一种车轮的制造方法，在轻金属制车辆用轮的制造过 程中，在将具有完成时成为盘状部和轮辋的部分的铸造或锻造制的中 间制品加热至塑性温度之后，使之每旋转规定的角度即停止，在停止 时用金属模按压要成为所述盘状部的部分的至少一部分来施加图样， 反复进行该操作，从而对要成为所述盘状部的部分的整体施加图样， 然后，对盘状部和轮辋部进行冲压成形和精加工。
在此所称的塑性温度是通过加压而使得坯料易产生塑性变形的温 度，对于铝、镁等的轻金属材料来说420～450℃为优选范围。另外， 在车轮的标称直径为18in或18in以上的情况下，盘状部的直径为大 致17in或17in以上，为了加压锻造这样直径的盘状部整体、同时形 成图案，需要8000吨级的冲压机。但是，这样大型的冲压机价格昂贵， 而且需要准备与之相应的设置场所，从而希望能用更小型的冲压机来 制造大口径的盘状部。
在本发明中提供如下的方法：虽然所述停止时的按压面积因宽窄 情况不同而异，但是通过采用相对于前述冲压机较小型的、例如1000 吨至4000吨级的冲压机来进行局部锻造，制造大型的盘状部。
通过按压坯段来形成所述中间制品，首先在中心部形成要成为轮 毂的凸状部而在轮毂的外周形成圆盘，在圆盘的周缘具有要成为轮辋 的厚壁的圆筒部。这样的中间制品在圆盘部未形成图案，所以，在变 换金属模的同时仅通过按顺序的延展即可成形，可以由小型的冲压机 来制造。
采用铸造来成形所述中间制品。冲压机通常作用纵向的推力，所 以将施加推力侧的金属模记为上金属模，将另一侧的金属模记为下金 属模。
直径17in的圆盘部为1300～1600cm2，在冲压成形图案时，每 1cm2需要大约4吨的加压力，那么大致计算一下需要6000吨级的冲 压机。由于采用3000吨级的冲压机会使得冲压力不足，所以，无法对 圆盘整体加压来形成图案，从而进行局部锻造。
车轮的盘状部的设计形成孔，为了得到旋转平衡，以等间隔配置 相同形状的孔，该间隔作为局部锻造的1个节距。在上金属模上设有 一处或多处相应于孔的形状的形成为凸状的凸部，只要冲压力仍有剩 余，则在多个部位形成凸部。但是，由于自由锻造而会产生坯料的流 动，在下金属模的与上述凸部相对应的位置上设置凹部或孔。
另外，下金属模为如下的安装状态，即以使中间制品不自由旋转 的方式，从外方抑制壁厚的圆筒部。下金属模具有用于指示旋转角度 的控制部，反复进行每回转图案的1个节距即停止的操作，在停止时 使上金属模下降。因此，当由上金属模加压时，被按压的坯料部分向 下方移动。
上金属模按压比图案的1个节距稍大的面积，而并非按压所有坯 料。对于上金属模的交换，最好如上述对比文件2所公开的那样多个 上金属模可在水平方向滑动地卡止。本装置的结构细节将在下面加以 描述。
在由局部锻造而在圆盘部成形构成图案的孔的情况下，不希望被 按压部分的坯料向其周围延展。因此，形成与孔的开口部周缘相抵接 的金属模凸部的棱线的形状，构成为曲面状或包括90度的锐角状。
作为一个例子，对于成形轮辐的部分，将所述凸部的棱线做成曲 面状，进行坯料的微小地隆起，从而残留锻造表面。在所述孔与轮辋 相接侧设有有底的凹陷部分，该凹陷部分形成于轮辋和轮辐相结合部 分以外的部分，在凹陷的壁面的一部分上安装有气阀。
因此，在形成贯通孔的情况下，为了不使形成了孔的部分的坯料 流向轮辋侧，采用具有一部分形成为锐角状棱线的凸部的上金属模。 另外，对于成形所述有底的凹陷部分的金属模，为了不产生向轮辋侧 的坯料的流动，采用具有将一部分交叉为锐角并在交点处构成曲面的 凸部的上金属模，向贯通的孔侧挤压坯料，在最后阶段采用与完成形 状相一致的金属模来成形。
在这样成形具有图案的孔的情况下，采用二至三种金属模，而对 于金属模的交换，在冲压机的按压侧的端部设置轨道，将金属模吊设 于其上，通过适当地交换来缩短金属模交换的时间。关于上述冲压机 将通过实施例来加以详细地描述。与上金属模的形成为锐角状的凸部 棱线部所按压的部位相对应的下金属模的凹部、或者孔的开口部分的 棱线，同样地形成为锐角状，用于剪断坯料。
在圆盘部形成有图案的中间制品，通过旋压加工而在设置于圆盘 部的周缘的壁厚的圆筒部处形成轮辋。而这一手法在本专利申请人已 经获得的日本专利第1769730号中加以公开，其中，在具有与形成图 案的孔形状相一致的凹凸面的心轴的作用下，一边夹持设有孔的圆盘 部一边旋转，使辊压力接触而将轮辋成形为规定的形状。
这样，相对于车轮锻造用冲压机，可以由小型的冲压机完成具有 任意图案的直径为17in或17in以上的盘状部的轻合金制车轮。
在上述的机构中，在中间制品的要成为盘状部的部分上冲裁具有 图样的孔，但是也可以如下形成：设置开口面积稍小于该孔的开口面 积的工艺孔，在该工艺孔中使设置在下模上的凸部嵌入其中，从而密 封冲压成形要成为轮辋的部分和要成为盘状部的部分。
若参照形成了图3所示的Y字形轮辐的车轮，则在通常标称直径 为18in的情况下，其直径指的是胎圈座的直径，外轮辋的最外侧直径 为498mm左右，从而平面看的正面图的面积为1947cm2，贯通的盘 状部的孔的开口面积为713cm2，所以，开口率为713/1947＝36.6％。
将从该孔的各边起小于5mm左右的孔作为工艺孔时的开口面积 为490cm2，开口率为490/1947＝25.2％。对于密封模锻轻合金材料时 所需的冲压力(按压力，参照以往的实际值时，作为参考值需为4吨/ cm2，若在平面看的上述正面图的面积上乘以4吨，则成为7788吨。 这就是必须采用8000吨冲压机的原因。因此，虽然设有所述工艺孔时 的所需冲压力减少了25％，也得需要6000吨级的冲压机。换而言之， 可以用6000吨级的冲压机来冲压成形、即锻造18in车轮。
在本发明中，使设置于下金属模的凸部嵌入工艺孔中，采用3000 吨级的冲压机来进行密封模锻，在按压轮辋部和盘状部的整个面的最 终场合时，采用被分割的上金属模来进行局部锻造。
但是，虽然盘状部的图样取决于孔的大小，而孔的设置却是使车 轮轻量化的有效方法，所述开口率25％可能反而小了。不能否定由于 与工艺孔相当的重量并不包含在最终制品的重量之中而使得轻金属材 料的所需量变大，但是可以重复利用冲裁过的坯料。
根据本发明的制造方法，提供一种采用小型的冲压机即可在直径 17in或17in以上的盘状部上进行任意图案的高刚性的轻合金制车轮。
附图说明
图1示出了表示本发明实施例1的金属模和车轮的中间制品的纵 剖面图，(a)表示上金属模位于中间制品的上方的状态，(b)表示上 金属模下降而在圆盘部冲压孔的状态，(c)表示孔加工后的中间制品。
图2是表示图1中的上金属模和车轮的位置关系的立体图，(a) 是从下方看上金属模的状态，(b)表示车轮。
图3是表示图1的车轮的局部锻造范围的示意图。
图4表示图3中的凹陷部的成形要领，(a)是表示成形凹陷部的 范围的示意图，(b)和(c)是表示成形工序的剖面图，(d)已完成的 凹陷部的剖面图。
图5是表示设有工艺孔的本发明的另一实施例的示意图。
图6是表示由旋压加工形成的轮辋成形状态的剖面图。
图7是表示实施例2中的设有工艺孔的车轮毛坯件的局部正面图。
图8是表示实施例2的车轮成形工序的剖面图，(a)表示车轮毛 坯件，(b)表示已实施了工艺孔加工的状态，(c)是示意地表示冲压 工序的剖面示意图，(d)表示冲压成形后的中间部件。
图9是表示实施例2的锻造状态的示意图，(a)表示设有工艺孔 的车轮毛坯件的局部正面图，(b)～(d)是(a)的A-A’线剖面图， 表示冲压成形的过程。
图10是说明本发明各实施例的上金属模的交换方法的冲压机的 侧面图。

实现具有直径为17in或17in以上盘状部的车轮，将中间制品作 为初始部件，其中，该中间部件一体地具有形成于中心部的要成为轮 毂的凸状部、形成于凸状部外周的圆盘、以及形成于其周缘的要成为 轮辋的壁厚的圆筒部，将设有凸部的金属模按顺序一部分一部分地按 压在所述圆盘上，并锻造被按压部分的坯料而形成图案，然后对所述 壁厚的圆筒部进行旋压加工。
实施例1
图1(a)是表示用于本发明的旋转锻造的金属模和中间制品的示 意纵剖面图。1是上金属模，进行垂直方向的上下运动。2是下金属模， 其设置于由未图示的驱动装置驱动旋转的底座39上，并控制其回转以 使得该下金属模反复进行旋转规定角度而后停止的运动。3是铝、镁 等轻合金制的中间制品，具有位于中心部的要成为轮毂的凸状部3a、 位于其外周的圆盘部3b以及位于其周缘的要成为轮辋的壁厚的圆筒 部3c。虽然图中并未示出，但是采用燃烧器对中间制品和金属模的周 围进行加热，并将其维持在容易产生塑性变形的420～450℃。在上金 属模1上设有凸部1a，其向下方下降规定的长度，按压所述圆盘部3b， 从而形成由孔或凹陷构成的盘状部图案。
图1(b)是表示上金属模1下降而凸部1a冲压圆盘部3b的状态 的示意纵剖面图。已冲压的坯料向设置于下金属模2上的凹部2a移动。 凹部2a可以是虚线所示的孔。凸部1a一次按压圆盘部3b的按压深度 为2～5mm左右，在上金属模后退之后，下金属模仅旋转盘状部图案 的一个节距就停止，然后，上金属模再次下降并以规定的深度按压圆 盘部的一部分。反复进行该操作，从而已冲压坯料的部分成为孔，进 而形成盘状部图案。图1(c)是在圆盘部设有孔4的中间制品3’的纵 剖面图。
用于按压形成有图2(b)所例示的车轮6盘状部5图案的部位的 凸部1a和1b，只要所采用的冲压机具有不限于一个部位的充裕的许 用压力，则可以按压多个部位。相反地，在按压能力不足而无法由一 次按压来形成规定图案的情况下，可以一边按顺序交换多种金属模一 边按压，从而也可以使图案逐渐明晰化。
图2(a)表示从下方看金属模1的立体图，在中心旋转对称位置 上设有一对相邻并相异的两个图案，在加压圆盘部时，容易取得平衡 且使得加工效率加倍。
与上金属模1的凸部1a相对应的盘状部5的孔是孔4a，同样地， 与1b相对应的孔是孔4b。与按压盘状部5的整体、即圆盘3b的整体 来形成图案的锻造法不同，由于是按照图案的每一个节距一点点地按 压的，所以，只能期待轮辐7(参照图2b)的微小的隆起，虽然圆盘 的厚度大致等于轮辐的厚度，但是可以在轮辐的上部面形成锻造表面 的圆角。图1(a)所示的中间制品3可以通过铸造或锻造来制造，而 通过锻造可以获得较高的金相密度，从而可使得机械强度高，圆盘的 厚度更薄。在圆盘部上形成孔后，对其背面侧进行切削加工，从而完 成盘状部。
对于轻合金制车轮的盘状部，一般来说，为了形成轮辐而在轮辐 以外的部分开设孔，所以，由局部锻造法成形盘状部时的金属模来进 行按压的范围大致可以分为图3所例示的两种。盘状部5由Y字形的 轮辐7和孔4a、4b构成，并且在轮辐和轮辋8的接合部形成有底的凹 陷部9a、9b。图中B所示的范围是影线所示的孔4a和孔4b的两个一 半部位所包围的范围。在此情况下，从两侧夹持轮辐，从而形成微小 的坯料隆起而可以形成锻造表面。冲压影线部来成形孔，从而利于形 成细轮辐。
对于C所示的范围，从两侧夹持轮辐7a，而7b为自由的。在此 情况下，为了减小由按压所引起的坯料的移动，可以设定金属模凸部 的形状，以便于减小由一次冲压所形成的坯料的按压深度从而防止轮 辐的变形，或者进行垂直的冲裁。
在不同于例图的、例如五根轮辐那样的轮辐自身的宽度大的情况 下，即使一次的按压深度深，轮辐的变形量也小。这样，由于使下模 旋转规定的角度并按顺序对其按压，一次的按压深度适于为2～5mm， 并可以根据轮辐的形状而加以适当地选择。上金属模的按压范围可以 比所述B或C所示的范围稍大，以便于弄平由多次按压所引起的金属 模交界处的坯料的偏差。
采用图4说明设置于前述的轮辐7和轮辋8的接合部处的有底凹 陷部9a和9b的成形要领。图4(a)是表示完成的盘状部5的一部分 的正面图，已经开设了孔4a和4b。冲压的按压范围是D所示的范围， (d)表示完成状态的局部剖面。成形凹陷部9a和9b时的坯料的形 状是冲压孔4a和4b的残余部分9，成形结束时凹陷部的底部10形成 锥面并向孔侧倾斜。
因此，必须使残余部分9的坯料向孔4a、4b侧移动。所以，由具 有(b)所示凸部11a的上金属模11进行多次按压，将坯料向孔4a、 4b侧冲压，并使之变形成(c)所示的剖面形状。接下来，用具有凸 部12a的上金属模12进行按压，形成(d)所示的凹陷部9a、9b，同 时完成轮辐7与轮辋8接合的部分。
轮辐和盘状部的接合部位的剖面形状各种各样，所述凹陷部的斜 面具有使盘状部的直径看起来大的效果，并且是提高接合部和轮辋强 度的结构，而且，在车轮完成时成为安装气阀的面。另外，在双体车 轮中所述斜面用于紧固螺栓的安装面，该紧固螺栓用于连接轮辋和盘 状部。轮辐和盘状部的接合部的形状并非限定为本实施例的形状，可 以将安装气阀的面设置于外轮辋，从而剖面的形状也不同。
如上所述，形成盘状部图案的孔通过局部锻造而一点点地冲压， 从而形成孔，但是，也可以根据图案的形状由冲孔加工一气形成开孔。 但是，在由冲孔加工形成开孔的情况下，在轮辐的上面并未形成圆角， 所以必须进行去飞边和倒角等精加工。
作为通过冲孔而形成孔的其他的方法，可以预先设置图5中影线 所示的工艺孔13a、13b。在局部锻造的情况下，金属模的凸部按压圆 盘部而进行冲压时，由于按压部分的坯料变形时的阻力，坯料存在向 周围微微扩张的倾向，而为了阻止该倾向，预先采用冲孔机加工开口 面积小于预定孔的开口面积的小工艺孔，然后，使上金属模的凸部与 之抵接并进行加压，则坯料容易向工艺孔流动，从而在提高盘状部图 案精度的同时也可以减小金属模按压的推力。
将完成圆盘部的孔加工而形成盘状部图案的中间制品从下金属模 中取出，如图6所示，一边由具有至少一部分嵌合于所述孔的凹凸面 的心轴14和15夹持盘状部，一边使之以旋转轴17为中心旋转，将旋 压辊16推到壁厚的圆筒部3c上来进行旋压加工，成形轮辋8a、8b， 从而完成整体型的车轮。
实施例2
在采用图5说明所述实施例时，对通过设置工艺孔13a、13b而使 得被按压的材料容易流动进行了说明，但是本实施例却是着眼于这些 工艺孔减轻上金属模的按压力这一问题。
在本实施例中，首先通过局部锻造从轻金属制坯段制成图8(a) 所示的车轮毛坯件18。此时的局部锻造法，在使下金属模旋转规定角 度而后停止后，使上金属模下降，进行按压坯段一部分，并反复进行 上述动作，从而延展坯段。
车轮毛坯件18是圆盘状，在周缘部形成轮辋部毛坯件19，在中 央形成盘状部毛坯件20。接下来，如(b)所示，冲出工艺孔13a、13b， 形成车轮毛坯件18a。
(c)是表示锻造成形大概的示意剖面图，下金属模21设有凸部 21a、21b以及凹部21c。其中，该凸部21a、21b嵌入于工艺孔13a、 13b，该凹部21c用于承接在按压轮辋部毛坯件19时变形的部分。在 上金属模22的按压面上形成用于按压工艺孔周边部的突出部22a、成 形轮辋的突出部22b以及成形盘状部中央的螺栓孔的突出部22c。(d) 是冲压成形后的中间制品23的剖面图，下面将详述冲压成形。
在所述的结构中，通过固定下金属模21并使上金属模22下降而 成为密封锻造的形态，由于从加压对象中除去与工艺孔的面积相当的 部分，所以，可以相应地减轻上金属模的按压力。
在设计如图7所示的Y字形的轮辐的情况下，工艺孔的总面积为 18in车轮正面的整个面积的25％左右。当上金属模下降而突出部22a、 22b、22c与车轮毛坯件18a开始接触时，由于并非按压车轮毛坯件的 整个面而仅按压与突出部相对应的部分，从而其按压面积非常小，不 足车轮毛坯件的正面面积的20％。
因此，在从最初状态密封锻造车轮毛坯件整体而完成18in车轮的 正面形状的情况下，参照制造实际作业，需要8000吨级的冲压机，而 采用上述冲压则只要是其20％的1600吨即可。然而，由于要消耗用 于使冲压的原材料塑性变形的能量，从而必须为2000吨。
而且，在上金属模的所述突出部大致完成规定的下降量之前，必 须按压已移动的原材料和由该移动而产生变形的原有的部件坯料整 体，所以，在此情况下，必须按压设计的盘状部和轮辋的形状整体， 需要8000吨的冲压力。但是，由于减少了工艺孔的相应面积，从而减 轻了25％的按压力，仅用6000吨的冲压机即可。
图9是表示本实施例的锻造状态的示意图，(a)是冲裁了工艺孔 的车轮毛坯件18a的局部正面图。在工艺孔中嵌入下金属模的凸部 21a、21b，在周缘部形成轮辋部毛坯件19，在中央部形成盘状部毛坯 件20。用影线表示上金属模的突出部按压的部分。
(b)～(d)是(a)的A-A’线剖面图，表示按压工艺孔周边部 的上金属模的突出部22a按压盘状部毛坯件20的状态。随着突出部 22a的下降，盘状部20被密封锻造而逐渐隆起，在(d)中，突出部 并不与下金属模相接触而留有余量20a，停止下降。该余量在锻造完 成后由车床加工加以切削除去。
在从(c)向(d)转移的阶段，为了使轮辋部毛坯件19和盘状部 毛坯件20的上面接近要完成的车轮的正面形状而按压整个面，所以按 压力必须为6000吨这一点已经在前面加以描述了，但是，在采用3000 吨级的冲压机的情况下，将上金属模与重复的图案数相吻合地加以适 当分割，使下金属模旋转规定的角度而后静止固定，然后使被分割的 上金属模下降来进行按压。例如，在旋转对称位置上配置两个用于按 压图9(a)所示部分的分割成4份的上金属模，使下模旋转45度， 静止固定之后使上金属模下降来进行按压。反复进行该操作，同时向 同图(d)中的状态转移。
在这样的局部锻造中，不能一次性地转移到(d)状态而必须逐 渐地转移，从而可以确保变形的毛坯件的金属组成的均匀性。当从(b) 状态向(c)状态转移时，上金属模作为整体而加以使用，而当从(c) 向(d)转移时，使用分割金属模。
在实施例1和2中，必须交换上金属模，采用图10说明简单交换 上金属模的方法。在冲压装置30的上下移动的驱动部的下方端部处沿 水平方向设置导轨33，同时，以沿该导轨33移动的方式在设有移动 辊34的安装台35的下侧安装多种上金属模31(在图2中为2种)， 将该安装台35设置于导轨33上，通过采用液压或马达等产生推力的 驱动装置36而使得安装台35移动，从而交换上金属模31。
在设置于冲压装置30的定位销37和设置于安装台35的第一卡合 凹部38a相嵌合而使得安装台35卡止的位置上，第一上金属模31位 于固定在底座39上的下金属模32的上方；在定位销37和安装台35 的第二卡合凹部38b相嵌合而使得安装台35卡止的位置上，第二上金 属模31位于下金属模32的上方。
在这样使上金属模31进行交换并由第一和第二上金属模31使轻 合金制材料29进行热模锻的情况下，以短时间进行上金属模31的交 换，从而每次更换金属模时无需对轻合金材料29进行再加热，可以连 续地进行轻合金材料29的模锻。
轻合金材料可以为圆柱状的坯段、实施例1所记载的中间制品3、 实施例2所记载的车轮毛坯件18a等。在底座39上设有使下模水平旋 转规定的角度而后静止固定的装置。
本发明的局部锻造法可以用小型的冲压机成形大口径的盘状部， 从而可以减少设备费用，金属模也可以简单化。另外，盘状部图案的 表面形成锻造表面，从而可以提供即使与大型的冲压机所成形的整个 锻造品相比也不逊色的车轮。
专利文献1：日本专利公报特开昭60-127040号
专利文献2：日本专利公报特公昭58-12092号
专利文献3：日本专利公报特开平6-154932号
专利文献4：日本专利公报特开平6-285575号