(57)【要約】【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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【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が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。
【発明の詳細な説明】
【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、ホイール素材をインナーマンドレルと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に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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５９４８５２号公報
【発明の概要】
【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】
【図１】本発明に係る金型構造例を示す。
【図２】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。
【図３】従来のバーナー加熱による加工例を示す。
【図４】リム部のインナー側の横振れと縦振れの測定部位を示す。
【発明を実施するための形態】
【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に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。
【符号の説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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