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技術 熱間スピニング加工用金型及びそれを用いた製品の製造方法

出願人 株式会社TAN-EI-SYA
発明者 荒木順治
出願日 2016年11月8日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-217691
公開日 2018年5月17日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2018-075586
状態 特許登録済
技術分野 金型の交換、取付、製造 型打ち,へら絞り,深絞り 特定物品の製造
主要キーワード 段差孔 押えプレート アルミニウム合金製ホイール 当たり具合 バラ付き ロッキングアーム スピニング加工用 ロッキングシャフト
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年5月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

製品形状及び内部品質等に優れる熱間スピニング加工用金型及びそれを用いた製造方法の提供を目的とする。

解決手段

熱間スピニング加工するための金型であって、素材を両側から挟持するインナーマンドレルアウターマンドレルとを備え、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルとに金型の温度を昇温及び制御するためのヒーターをそれぞれ内蔵してあることを特徴とする。

概要

背景

二輪車自動車等に用いられるホイールは、ディスク部とタイヤを装着するリム部からなる。
アルミニウム合金製ホイールや、マグネシウム合金製ホイールの製造過程で行われるリム部の成形に実施される熱間スピニング(以下、必要に応じてSPと称する)加工は、製品の形状と優れたデザインの実現、ホイールの安全性を左右する最も重要な工程である。
例えば、ホイール素材インナーマンドレルアウターマンドレルにて挟持し、ローラでSP加工する場合に、これまでバーナー加熱により昇温させているため、素材表面側のみの加熱となり、形状のバラツキが大きく、品質低下の原因となっている。
また、作業環境の悪化や火災の原因にもなっているほか、多大にエネルギーをロスしている。
図3にその従来例を示す。
ホイール素材Wをインナーマンドレル110とアウターマンドレル111にて挟持し、ワークをバーナー112にて加熱しながらローラ40にてスピニング加工する。
特許文献1には、ホイールのリムを熱間加工する際に、予め加熱したワークの温度降下を抑えるために金型内ヒーターを内蔵した技術を開示する。
しかし、ワンピースホイール,ツーピースホイール等の鍛造ホイールの製造に適したものではない。

概要

製品形状及び内部品質等に優れる熱間スピニング加工用金型及びそれを用いた製造方法の提供を目的とする。熱間スピニング加工するための金型であって、素材を両側から挟持するインナーマンドレルとアウターマンドレルとを備え、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルとに金型の温度を昇温及び制御するためのヒーターをそれぞれ内蔵してあることを特徴とする。

目的

本発明は、製品形状及び内部品質等に優れる熱間スピニング加工用金型及びそれを用いた製造方法の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

熱間スピニング加工するための金型であって、素材を両側から挟持するインナーマンドレルアウターマンドレルとを備え、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルとに金型の温度を昇温及び制御するためのヒーターをそれぞれ内蔵してあることを特徴とする熱間スピニング加工用金型。

請求項2

前記素材はホイール用素材であり、前記熱間スピニング加工にて得られる製品車両用のホイールであることを特徴とする請求項1記載の熱間スピニング加工用金型。

請求項3

前記インナーマンドレルの背面側及び/又は前記アウターマンドレルの背面側に断熱材を配設したことを特徴とする請求項1又は2記載の熱間スピニング加工用金型。

請求項4

前記インナーマンドレル及びアウターマンドレルは素材を挟持した状態で回転制御されるものであり、前記インナーマンドレルに内蔵したヒーター及び前記アウターマンドレルに内蔵したヒーターにそれぞれスリップリングを介して給電部を配設することで回転体に給電可能にしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱間スピニング加工用金型。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱間スピニング加工用金型を用いたホイールの製造方法であって、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルでホイール素材を挟持及び回転させた状態で内蔵したヒーターに給電し、所定の金型温度に調整した後にホイール素材をローラにてスピニング加工することを特徴とするホイールの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、アルミニウム合金マグネシウム合金等の軽合金からなる、例えば車両用ホイール等のスピニング加工製品を製造するための金型及びそれを用いた製品の製造方法に関する。

背景技術

0002

二輪車自動車等に用いられるホイールは、ディスク部とタイヤを装着するリム部からなる。
アルミニウム合金製ホイールや、マグネシウム合金製ホイールの製造過程で行われるリム部の成形に実施される熱間スピニング(以下、必要に応じてSPと称する)加工は、製品の形状と優れたデザインの実現、ホイールの安全性を左右する最も重要な工程である。
例えば、ホイール素材インナーマンドレルアウターマンドレルにて挟持し、ローラでSP加工する場合に、これまでバーナー加熱により昇温させているため、素材表面側のみの加熱となり、形状のバラツキが大きく、品質低下の原因となっている。
また、作業環境の悪化や火災の原因にもなっているほか、多大にエネルギーをロスしている。
図3にその従来例を示す。
ホイール素材Wをインナーマンドレル110とアウターマンドレル111にて挟持し、ワークをバーナー112にて加熱しながらローラ40にてスピニング加工する。
特許文献1には、ホイールのリムを熱間加工する際に、予め加熱したワークの温度降下を抑えるために金型内ヒーターを内蔵した技術を開示する。
しかし、ワンピースホイール,ツーピースホイール等の鍛造ホイールの製造に適したものではない。

先行技術

0003

特許第2594852号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、製品形状及び内部品質等に優れる熱間スピニング加工用金型及びそれを用いた製造方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、熱間スピニング加工するための金型であって、素材を両側から挟持するインナーマンドレルとアウターマンドレルとを備え、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルとに金型の温度を昇温及び制御するためのヒーターをそれぞれ内蔵してあることを特徴とする。
ここで熱間スピニング加工により製造される製品は、各種機械部品に適用できる。
本発明は、特に素材がホイール用素材であり、前記熱間スピニング加工にて得られる製品が車両用のホイールに適用するのが好適である。
ここでインナーマンドレルは、製造されるホイール等のインナー側に配置するマンドレルをいい、アウターマンドレルとはホイール等のアウター側に配置するマンドレルをいう。

0006

ホイールのリム部を熱間にてスピニング加工する場合には、インナーマンドレルとアウターマンドレルとでホイール素材のディスク部を挟み込むように保持し、回転制御される。
この回転するホイール素材を外周側からローラ等にて加圧し、マンドレルの形状に合せるように塑性加工を行い、ホイールのリム部を成形することになる。

0007

本発明において、インナーマンドレルの背面側及び/又は前記アウターマンドレルの背面側に断熱材を配設するのが好ましい。
スピニング加工用金型は、例えばインナーマンドレルをモーター等にて回転制御された主軸に連結し、アウターマンドレルを回転自在のスリーブ等を介してテールストックシリンダー等にて回転支持される。
そこで、インナーマンドレルの背面側やアウターマンドレルの背面側に断熱材を配設すると、金型の温度が降下するのを防ぎ、加熱温調が安定する。
ここで、インナーマンドレルとアウターマンドレルとで素材を挟持した状態で、主軸やスリーブ側を背面と表現した。

0008

本発明において、インナーマンドレル及びアウターマンドレルは素材を挟持した状態で回転制御されるものであり、前記インナーマンドレルに内蔵したヒーター及び前記アウターマンドレルに内蔵したヒーターにそれぞれスリップリングを介して給電部を配設することで回転体に給電可能にしてあってよい。
これにより、回転するマンドレルに安定して給電できる。

0009

上記熱間スピニング加工用金型を用いたホイールの製造方法であって、前記インナーマンドレルとアウターマンドレルでホイール素材を挟持及び回転させた状態で内蔵したヒーターに給電し、所定の金型温度に調整した後にホイール素材をローラにてスピニング加工するのに適している。

発明の効果

0010

本発明に係る成形用金型を用いることで素材の加熱温度が安定し、ローラにてスピニング加工する際に製品形状が安定し、内部品質にも優れる。

図面の簡単な説明

0011

本発明に係る金型構造例を示す。
インナーマンドレルとアウターマンドレルとを分離した状態を示す。
従来のバーナー加熱による加工例を示す。
リム部のインナー側の横振れと縦振れ測定部位を示す。

実施例

0012

本発明に係るSP金型の構造例を図1に示し、インナーマンドレルとアウターマンドレルを分離した状態を図2に示す。
鍛造あるいは鋳造にて成形したホイール素材Wをインナーマンドレルとアウターマンドレル21とで挟持し、回転させるようになっている。
本実施例では、インナーマンドレルをインナーベース部11とインナー部12をボルト連結して形成してある。
インナーマンドレルのインナー部を貫通するようにロッキングシャフト31を配設し、ロッキングシャフト31のフランジ部31aをインナー部12の段差孔に納め、押え部材31bにて固定してある。
また、インナーベース部11にリング状の溝部を形成し、リング状のインナーヒーター13を納め、インナー部12とインナーベース部11とをボルト連結してある。
また、インナーベース部11の背面側にドーナツ円盤状のインナー断熱材14を配設してある。
インナーヒーター13への給電は、インナーマンドレルが回転するので、インナーヒーター13とインナースリップリング15とを極毎に連結し、さらに極毎に配置した給電端子を有するインナー給電部16を弾性接触させてある。
インナーマンドレルは、主軸連結部17を介してモーター駆動制御された主軸と連結される。

0013

アウターマンドレル21は、リング状の溝を形成し、ドーナツ円盤状のヒーター22をこの溝部に納め、押えプレート21aにて押え固定してある。
アウターマンドレルの背面側にもアウター断熱材23を配設するとともに、アウタースリップリング24を介してアウター給電部25を極毎に弾性接触させることで、回転体に給電する。
アウターマンドレル21の背面側に開閉制御されたロッキングアーム32を有し、図2に示すようにロッキングシャフト31の先端側と係着脱可能になっている。
また、図示を省略したテールストックシリンダー等にてスリーブ26を介して回転自在に保持されている。

0014

図1に示すように、インナーマンドレル(11,12)とアウターマンドレル21とで挟持されたホイール素材Wは、主軸にて回転制御され、ヒーターにて所定の温度(200〜300℃)に加熱及び温調される。
このホイール素材Wをローラ40にて外周側から加圧し、図1にては2点鎖線で示すようにリム部が加工され、製品Pが得られる。

0015

本発明に係る金型と従来のバーナー加熱方式とでアルミニウム合金のホイールを各10個製造し、リム部の形状,内部品質等を比較した。
測定方法としては、図4に示すようにリム部のインナー側の10個の製品間の縦振れと横振れを測定した。
本発明に係る金型を用いて製造し、所定の熱処理をした結果は次のとおりであった。
縦振れの平均値は1.04mm,標準偏差0.33であり、横振れの平均値は0.61mm,標準偏差0.19であった。
これに対して従来のバーナー加熱方式は、縦振れ平均値1.46mm,標準偏差0.45であり、横振れの平均値1.33mm,標準偏差0.66であった。
このことから、本発明に係るSP金型を用いると、リムの形状が安定することが分かる。

0016

リム部のタイヤハウス側を加工仕上げし、外観品質を比較した。
その結果、従来のバーナー加熱では、バーナーの当たり具合による表面光沢バラ付きがあったのに対して、本発明に係るSP金型は均一に加熱されているため、表面光沢が均一であった。

0017

本発明に係るSP金型を用いて製造した製品のリム部から試験サンプルを切り出し、引張試験シャルピー衝撃試験回転曲げ疲労試験を実施したところ、いずれも規格を充分にクリアーしていた。

0018

11インナーベース部
12インナー部
13インナーヒーター
14 インナー断熱材
15 インナースリップリング
16 インナー給電部
17主軸連結部
21アウター
22アウターヒーター
23 アウター断熱材
24 アウタースリップリング
25 アウター給電部
26スリーブ
31ロッキングシャフト
32ロッキングアーム
40 ローラ

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