JP4811621B2

JP4811621B2 - 車両用ホイールの熱処理方法

Info

Publication number: JP4811621B2
Application number: JP2001013609A
Authority: JP
Inventors: 英俊横尾
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: JP2002212641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大量生産での工程ライン等で車両用ホイールを熱処理する方法に関するものであり、上下複数段に被熱処理物を設置可能な積載トレーを用いて熱処理、特に水冷のような１００℃／ｓ以上の加熱・冷却の熱処理を行なう際のアルミホイールの歪の発生を抑制するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のロードホイールには種々の材質、構造のものがあるが、自動車の軽量化及び外観や意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される軽合金製ホイールを装着する比率が増大している。この軽合金製ホイールは、通常低圧鋳造法・重力鋳造法などの鋳造方法で製造されることが多い。
【０００３】
一般に鋳造におけるアルミホイールの製造工程は、鋳造、粗加工、熱処理、仕上げ加工、塗装の順に行なわれる。このうち、熱処理の工程では、溶体化処理、焼入れおよび焼戻しを行ない、軽合金ホイールの強度を向上させ安全性を高めている。
【０００４】
アルミホイールの熱処理の工程においては様々な方法が採用される。しかしながら熱処理時には高熱を有する車両用ホイールを扱うため、個々にハンドリングすることは難しい。よって一般的にはバッチ処理が行なわれ、複数個を積載トレーに乗せ、熱処理炉や水中へ搬入／搬出している。
【０００５】
車両用ホイールを鋳造により製造すると凝固時の冷却の不均一性、切削加工時に与えられた残留応力などから歪が発生し、リム部の真円度や平行度を狂わせる。特に熱処理工程を経ると前記の要因により歪が顕著となる傾向がある。車両用ホイールは重要保安部品として厳密な管理が必要であり前記のような歪は取り除く必要がある。例えば鋳造後に製品に残る湯道凝固部を切削しやすいような形状としておくことや、車両用ホイールに応力をあまり与えないような切削除去方法を採用することなどの対応が考えられる。歪による変形量が大きいとバランス不良となり、仕様に耐えることができない。
【０００６】
歪を除去するための手段として、リム部の肉厚を厚くすることで多少の歪が発生しても加工により除去する方法がある。しかしこの方法では加工部分が増えるため工費が増え、かつ加工部分の原料費がかさむことになる。加工部分はリターン材としても使用できるが不純物が混入しやすく好ましくない。よってある程度の薄肉であるリム部とすることが望ましいがリム端の平行度が１ｍｍ以上であると加工で対処することが難しく、不良品となる。
【０００７】
その他、焼入れ後の所定時間内に歪修正を行なう方法がある。例えばホイールのリム部内に油圧などで応力を与え、目標の内径よりも狭まっている径方向を広げたり、治具を用いて歪を発生させないようにすることができる。特開平７−１７８４５９号においては車両用ホイールの切削加工時にリムに生じる円周方向の肉厚不均衡を極力小さいものとするためのロードホイール用リムの歪除去方法が記載されている。前記方法においては自動旋盤により切削加工する際に自動旋盤に設けた面振れ計測手段によりリムの面振れ量を計測し、前記リムを回転させながら前記面振れ量に応じて自動旋盤に設けた面振れ修正機構を作動させ、面振れが生じている部分に塑性変形を生じさせて歪を除去することが記載されている。
【０００８】
積載トレーを一段だけのものを用いて熱処理をすることで車両用ホイールの熱処理条件を安定化させ、各車両用ホイール、各部分に均一な熱処理を施して歪の低減を計ることが可能である。しかしながら大量生産に対処できない場合があり問題であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題に対して当然多段の積載トレーを用いることが多い。しかしながら、多段の積載トレーへ車両用ホイールを乗せて熱処理することについての検討は十分になされていない。特に大型の積載トレーに車両用ホイールを複数並べて溶体化処理や水冷を施すと多段の積載トレーに配置した位置によって温度差が現れ、ホイールの各部分を均一に熱処理を行なえない問題が発生する。特に水没させて焼戻しを行なう場合には始めに水没する下段の車両用ホイールは冷却速度が速く、最後に水没する上段に配置した車両用ホイールは冷却速度が遅くなる。このように所定の場所によって熱処理条件が異なると歪の発生量が個々でばらつき、品質管理が非常に難しい。特に大口径のホイールで歪が発生しやすく問題となる。従って、本発明の目的は多段の積載トレーを用いても複数の車両用ホイールに対してほぼ同じ熱処理状態を与え、歪の発生を容易に低減させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、上下複数段に被熱処理物を積載可能な積載トレーに車両用ホイールを複数段積載し、積載トレーと共に車両用ホイールに熱処理を施す車両用ホイールの熱処理方法において、車両用ホイールの各段の積載位置を上下隣接する段の車両用ホイールの積載位置と垂直方向に対して異なる位置になるように積載し、熱処理するという技術的手段を採用した。
【００１１】
本発明において積載トレーとは特に限定されるものではなく、通常の製造ラインにおいて使用されるもの全般を指す。たとえば、図３に示すような形状のものが使用できる。材質も通常使われるものが使用できるが、溶体化処理において車両用ホイールとの接地面で化合物を形成しないような材料を用いるか表面に被覆処理を施すなど適宜適用可能である。また、本発明での熱処理とは溶体化処理、焼入れ、焼戻し（時効処理）等が含まれる。
【００１２】
例えば図２に示すように、積載トレーの各段に対して同じ位置に配置してしまうと、積載トレーごと水没させた際に水は車両用ホイールのリム外側を流れるような水流３１状態になる。車両用ホイールのリム内部を通る水流３２もあるが、その水は下段の高温の車両用ホイールのリム内部およびディスク部の熱を大量に奪っており、車両用ホイールのリム外部を流れる水よりも高温になる。その比較的高温になった水はそのまま２段目のホイールのリム内部に入り混むため２段目のホイール内部での冷却は最初の段のホイールよりも冷却が遅くなる。同様に３段目では１段目と２段目の熱を奪った温度の高い水で冷却することになる。上の段のホイールほど冷却スピードが落ちる。段の間で若干リム部内外が入れ替わる水流３３もあるが基本的に前記の問題は取り払われない。段の間の距離を開けて対処も可能であるが、一般の生産ラインでは積載トレーは溶体化処理用炉、焼戻し用炉にも使用するため、それらの熱処理炉や水冷槽が大型になり好ましくない。
【００１３】
よって上下に隣り合った車両用ホイールは垂直方向に見て互いに位置をずらすことが好ましい。可能であれば直径の１／３以上、さらには半径以上ずらすことが好ましい。このように位置を変えて積載することで、積載トレーの移動に対しての水の流れが乱流３４状態に近づき、比較的均一な冷却を行なうことができる。上記には最も効果が著しい水冷での焼入れを示しているが、大気雰囲気での焼入れ、焼戻しにおいても同じ傾向の効果が得られる。温度変化が１００℃／ｓの激しいものに対して特に本発明は有効である。
【００１４】
上記の効果を得るため、積載トレーの各段は熱の対流が起きるように格子形状で段部が形成されていることが好ましい。図３にその１例をしめす。格子部２２と窓部２１との面積比は特に限定されないが、当然ながら窓部は広く取ったほうが熱の対流が起きやすい。また、水冷での焼入れにおいて格子部２２と車両用ホイールの接触面積がある程度小さくしたほうがよい。接触面積が大きいとその接触部分での格子部２２の熱容量が大きくなるため、格子部２２の熱が車両用ホイールに対して影響することになり所望の加熱・冷却条件が得にくい。また、接触面積が小さい程加熱、冷却による車両用ホイールの膨張、収縮が拘束されにくい。接触面積が大きいと拘束されることで変形の要因となりやすい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例）
以下、本発明の詳細を説明する。
図３は本発明を実施するための積載トレーの１段のみを示すものである。この積載トレーを支持部２３上端で連結し、複数段重ねて接合したものを使用した。積載トレーはＳＵＳ材で形成した。寸法は一段が４００ｍｍの高さの４段構成とし、全体の床面積を２０００ｍｍ×１３００ｍｍとして間を区切るように仕切りして２列に車両用ホイールを積載するようにした。格子部２２は肉厚が３〜５ｍｍのＬ字型鋼材を２００ｍｍ毎に設置した。格子部２２と窓部２１との比率は１：４程である。
【００１６】
熱処理を施すホイールは低圧鋳造により製造した１３〜１８インチ径の車両用ホイールとした。鋳造法案はホイールのディスク部中央に湯口を設けて注湯するセンターゲート法により鋳造を行なった。この鋳造品をインサイドリム側を下にして平坦面に置き、インサイドリムと平坦面との間の隙間の幅を測定した。歪の分布を図４に示す。歪量は０．２〜０．６ｍｍの間であり、１ｍｍ以上の歪が生じているものはなかった。平均の歪量は０．４ｍｍである。
【００１７】
鋳造した車両用ホイールを運搬アームにより自動で積載トレーに積載した。前記積載トレーに車両用ホイールを一段一列に２個ずつ積載した。また、図１に示すようにホイールは各段毎にちどりに積載した。ずらした距離は車両用ホイールの半径以上とした。この車両用ホイールを積載した積載トレーを５００〜５７０°×１〜１０ｈの溶体化処理を行なう熱処理炉に挿入して熱処理を行なった。次に車両用ホイールの焼入れを行なうため、前記熱処理炉から取り出した積載トレー毎、５００〜７００ｍｍ／ｓの速度で６０〜８０°の水中に浸漬した。浸漬直前のホイール温度をサーモグラフィで確認したところ５３０〜５４０°の温度を有していた。８０〜１００秒間の浸漬を行なったのち積載トレーを水中から引き上げ、焼入れを完了させた。
【００１８】
前記処理を施した車両用ホイールをインサイドリム側を下にして平坦面に置き、インサイドリムと平坦面との間に１ｍｍの隙間ゲージが入るか測定を行なった。結果を表１に記す。その結果３２０個の車両用ホイールを対象に測定を行なったが、１ｍｍの隙間ゲージが入るものは検出されなかった。図５に熱処理後の歪量の測定結果をしめす。熱処理前と異なり、歪の分布が幅広となっているが１ｍｍを超えるものはなかった。歪の平均量は０．５ｍｍである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
（比較例）
積載トレーに乗せる車両用ホイールの配置を換え、図２に示すように各段すべて同じ位置になるようにした。それ以外は実施例１と同様にして車両用ホイールの溶体化、焼入れ処理を行なった。同様にして隙間ゲージを用い、１００個の車両用ホイールを対象にインサイドリム側の歪測定を行なった結果、２個の車両用ホイールにおいて１ｍｍ以上の隙間があることが確認された。表１に併記する。
【００２１】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、車両用ホイールの熱処理を行なっても歪の発生を低減することが可能である。これにより製造工程途中での不良発生を低減できるため従来よりもはるかに歩留まりよく安価に製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る積載トレーへの車両用ホイールの積載パターン例を示す模式図である。
【図２】従来の積載トレーへの車両用ホイールの積載パターン例を示す模式図である。
【図３】本発明に用いた積載トレーの要部を示す一例である。
【図４】熱処理前の車両用ホイールの歪量を示す図である。
【図５】熱処理後の車両用ホイールの歪量を示す図である。
【符号の説明】
１車両用ホイール、２積載トレー、２１窓部、２２格子部、２３支持部

Claims

上下複数段に被熱処理物を設置可能な積載トレーに車両用ホイールを複数段積載し、積載トレーと共に車両用ホイールに熱処理を施す車両用ホイールの熱処理方法において、前記熱処理は少なくとも水中に車両用ホイールを積載した積載トレーごと浸漬する焼入れ処理であるとともに、車両用ホイールの各段の積載位置を上下隣接する段の車両用ホイールの積載位置と垂直方向に対して異なる位置になるように積載し、熱処理することを特徴とする車両用ホイールの熱処理方法。
複数段毎に各パターンを形成して積載トレーに車両用ホイールを設置する請求項１に記載の車両用ホイールの熱処理方法。
前記積載トレーは車両用ホイールの設置する段の床部分が格子状に形成されている請求項１または２に記載の車両用ホイールの熱処理方法。