JPH011602A - Method for improving fatigue strength of automobile wheels - Google Patents

Method for improving fatigue strength of automobile wheels

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Publication number
JPH011602A
JPH011602A JP62-154946A JP15494687A JPH011602A JP H011602 A JPH011602 A JP H011602A JP 15494687 A JP15494687 A JP 15494687A JP H011602 A JPH011602 A JP H011602A
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JP
Japan
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wheel
fatigue strength
disk
rolling
roll
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JP62-154946A
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広一郎 石原
河嶋 寿一
英雄 小松
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Filing date
Publication date
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Publication of JPH011602A publication Critical patent/JPH011602A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車(二輪車を含む)に使用する車輪のホ
イールに係り、特にディスクに穿設された風孔部の疲労
強度の改善方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION This invention relates to wheels used in automobiles (including two-wheeled vehicles), and more particularly to a method for improving the fatigue strength of air vents formed in discs.

技術的背景 自動車用ホイールは自動車の安全走行上重要な部品であ
り、構造上十分な強度を有する必要があるか、その他に
も以下に示すような役割、機能を必要とする。
Technical Background Automobile wheels are important parts for safe driving of automobiles, and they need to have sufficient structural strength and also need to fulfill the following roles and functions.

■ 耐久性 ホイールは車体重量や積載重量を常に支持する必要がお
るが、これらがホイールの回転に伴って繰返し荷重とし
て働くため、ホイールには半径方向に作用する荷重に対
する耐久性が必要でおること、またコーナーリング時に
車体に働く遠心力はホイールには曲げモーメントとして
動くので、回転曲げ下の耐久性が要求される。
■ Durability Wheels must constantly support the weight of the vehicle and loaded weight, but as these act as repetitive loads as the wheel rotates, the wheels must be durable against loads that act in the radial direction. Also, since the centrifugal force that acts on the car body during cornering acts as a bending moment on the wheels, durability under rotational bending is required.

■ 軽量性 自動車の悪路走行時の乗心地はバネ下重聞と関連してお
り、ホイールの軽微化は乗心地性の向上に役立つ。また
、燃料費を低減させるためにも必要とされる。
■ Lightweight The ride comfort of a car when driving on rough roads is related to the weight of the unsprung mass, and making the wheels lighter helps improve ride comfort. It is also needed to reduce fuel costs.

■ 冷却機能 自動車のホイール取付は部に配されているブレーキは断
続的な制動により大量の@擦熱を発生するため、例えば
ディスクブレーキの場合ロータが高温になるとブレーキ
性能を著しく低下させ、非常に危険でおる。従って、ホ
イールに風穴を設けたり、フィンを付けたりして冷却機
能を持たせている。また、ホイールはこのようなブレー
キ用の部品を収容するスペース(例えばディスクブレー
キのロータ径を十分確保できるスペース)を有する必要
がある。
■ Cooling function The brakes attached to the wheels of automobiles generate a large amount of friction heat due to intermittent braking. For example, in the case of disc brakes, if the rotor becomes hot, the braking performance will drop significantly and the It's dangerous. Therefore, the wheels are provided with air holes or fins to provide a cooling function. Further, the wheel needs to have a space for accommodating such brake components (for example, a space that can secure a sufficient rotor diameter for a disc brake).

■ 意匠性 ホイールは車体の外側に取付けられる関係上、一般の目
に触れる機会が多いため、デザイン性に優れたものが市
場で好まれる傾向が強い。従って、ホイールの形状は勿
論のこと、風穴の形状および個数等にも意匠性が考慮さ
れている。
■ Design Wheels are often seen by the general public because they are mounted on the outside of the car body, so there is a strong tendency for the market to favor wheels with excellent design. Therefore, design is taken into consideration not only in the shape of the wheel but also in the shape and number of air holes.

■ 耐食性 自動車は塩分の多い環境下で使用されたり、また屋外に
駐車されることが多いため、ホイールは耐食性を有する
必要がある。
■ Corrosion Resistance Since automobiles are often used in salty environments or parked outdoors, their wheels need to be corrosion resistant.

これらの条件を満足すべく最近の動向としては、ハイテ
ン鋼、アルミ合金、マグネシウム合金、FRP等の新し
い素材を用いたホイールが製造されているが、強度、耐
久性、溶接性、コスト等に問題があり、広く普及するま
でに至っていない状況である。
In order to satisfy these conditions, wheels are being manufactured using new materials such as high-tensile steel, aluminum alloy, magnesium alloy, and FRP, but there are problems with strength, durability, weldability, cost, etc. However, it has not yet reached the point of widespread use.

ところで、スティール製ホイールの一般的な構゛造とし
ては、第6図に示ずごとく、タイヤを保持するリム(1
)とハブに取付けるためのディスク(2)とから構成さ
れており、両者はアーク溶接、スポット溶接、リベット
等によって一体に接合されている。
By the way, as shown in Figure 6, the general structure of a steel wheel is a rim (1) that holds the tire.
) and a disk (2) for attachment to the hub, both of which are integrally joined by arc welding, spot welding, rivets, etc.

リム(1)にはリムフランジ部(1−1)、ビードシー
ト部(1−2)、ウェル部(1−3)とバルブ孔(1−
4)が形成され、ディスク(2)にはセンター穴(2−
1)、ボルト孔(2−2)、風穴(2−3)が穿設され
、さらに軸方向に張出したハツト部(2−4)が形成さ
れている。
The rim (1) has a rim flange part (1-1), a bead seat part (1-2), a well part (1-3) and a valve hole (1-
4) is formed, and the disk (2) has a center hole (2-
1), a bolt hole (2-2), an air hole (2-3), and a hat portion (2-4) extending in the axial direction are formed.

ハツト部はディスクの座屈を防止し、構造的に強度を増
加させるための機能を果している。
The hat functions to prevent the disc from buckling and to increase its structural strength.

また、ディスク(2)の内側の当り面とリム中心線との
間にはオフセットの距離が設けられている。
Further, an offset distance is provided between the inner contact surface of the disk (2) and the rim center line.

これは、内側にブレーキ関係の部品を納めるための空間
を確保するのと、悪路走行時等の接地力の衝撃の伝播を
弱める働きをしている。
This serves to secure space inside for storing brake-related parts and to weaken the propagation of the impact of the ground force when driving on rough roads.

ディスクはこのような非対称な形状をしている薄板で作
られていることから、ホイールにかかるほとんどの荷重
下で曲げの変形・応力状態となる。
Because the disc is made of thin sheets with such an asymmetrical shape, it will undergo bending deformation and stress under most loads applied to the wheel.

また、ハツト部や風穴およびセンター穴の部分は応力が
集中し易い部分であり、特に風穴の周囲は応力の集中部
であり、ホイールの回転に伴う疲労亀裂が生じ易い箇所
である。
In addition, stress is likely to be concentrated in the hat portion, the air hole, and the center hole, and in particular, stress is concentrated around the air hole, and fatigue cracks are likely to occur as the wheel rotates.

したがって、ホイールのディスクは発生応力を低く抑え
疲労強度の優れた構造とすることが必要である。
Therefore, it is necessary for the wheel disc to have a structure that suppresses the stress generated and has excellent fatigue strength.

従来の技術 ホイールディスクの疲労強度を向上させる方法としては
、以下に示す方法が知られている。
BACKGROUND ART The following methods are known as methods for improving the fatigue strength of wheel discs.

■ ディスクのプロフィルを特定し、ディスク肉厚の変
動が少なくとも20%得られるように肉厚の変化を数値
限定したちのく特開昭55−8993)。
(1) Specifying the disc profile and numerically limiting the variation in disc thickness so that the variation in disc thickness is at least 20% (Japanese Patent Laid-Open No. 55-8993).

■ ディスクに車輪の回転軸線に対して同心円的に円形
の剛性連続要素、すなわち別部材を固着することにより
強度を持たせたもの(特開昭54−140301)。
(1) Strength is imparted to the disc by fixing a circular rigid continuous element, that is, a separate member, concentrically with respect to the axis of rotation of the wheel (Japanese Patent Application Laid-Open No. 140301/1983).

■ ディスク中央部の等肉厚部の外側に溝を設け、その
外周部を圧延ロールでテーパ加工する方法(特開昭56
−50742)。
■ A method in which a groove is provided on the outside of the equally thick part at the center of the disk, and the outer periphery is tapered using a rolling roll (Japanese Patent Application Laid-open No. 56
-50742).

■ 開口部の強度向上を目的として、ディスク取付は穴
のナラ1−座にコイニング加工を施す方法(特開昭56
−120401 )と、風穴を打法く箇所に対応する外
周端縁部にコイニング加工を施す方法(特開昭58−1
16944)等がある。
■ For the purpose of improving the strength of the opening, the method of installing the disc is to apply coining to the 1-seat of the hole (Japanese Patent Laid-Open No. 56
-120401) and a method of coining the outer peripheral edge corresponding to the point where the air hole is punched (Japanese Patent Laid-Open No. 58-1
16944) etc.

従来技術の問題点 ディスクの疲労強度向上対策としで提案されている技術
のうち、■■の方法を適用した従来のディスクは、応力
が集中し易い開口部の強度向上が考慮されていないため
、ホイールの回転に伴う疲労亀裂が開口部付近に発生し
易い欠点がおる。
Problems with conventional technology Among the technologies proposed to improve the fatigue strength of disks, conventional disks that apply method There is a drawback that fatigue cracks are likely to occur near the opening as the wheel rotates.

また、ディスクに別の部品を付ける■の方法は、応力が
集中する部分に別部品を固着して補強することはできる
が、その別部品を新たに用意する必要がありコストが高
くつく上、ディスクの重量が増しホイールの重量増につ
ながり好ましくないという欠点がある。
In addition, with the method (2) of attaching another part to the disk, it is possible to fix and reinforce the part where stress is concentrated, but it is necessary to prepare a new part, which is expensive. This has the disadvantage that the weight of the disc increases, which leads to an increase in the weight of the wheel, which is undesirable.

また、■のディスク取付は穴のナツト座をコイニング加
工する方法は、ナツト座周辺部の強度向上対策としては
有効であっても、特に応力の集中する風穴の周囲の応力
低減効果はなく、風穴部分に疲労亀裂が生じ易い欠点が
ある。ざらに、風穴を打扱く箇所をコイニング加工する
方法は、風穴打扱きの際の亀裂発生の防止を目的とした
ものであり、ホイールの回転に伴う疲労亀裂の防止は全
く考慮されていない。
In addition, although the method (■) of coining the nut seat in the hole for disk installation is effective as a measure to improve the strength of the area around the nut seat, it does not have the effect of reducing stress particularly around the air hole where stress is concentrated. The disadvantage is that fatigue cracks are likely to occur in some parts. Roughly speaking, the method of coining the area where the air hole is to be punched is aimed at preventing the occurrence of cracks during the hole punching, and does not take into account at all the prevention of fatigue cracks caused by the rotation of the wheel.

ところで、一般に材料の疲労強度を向上させる方法とし
て表面加工処理があり、この処理により硬度の増加とと
もに疲労限界を上昇させ得ることが知られている。この
表面加工処理技術としては、金属細片の吹付けによる表
面硬化法(ショットピーニング法、ショツトブラスト法
)、加圧による表面硬化法(ロール圧延)等が知られて
おり、これらの技術をホイールの疲労強度向上対策に利
用した方法も提案されている。
Incidentally, there is generally a surface treatment as a method of improving the fatigue strength of a material, and it is known that this treatment can increase the fatigue limit as well as increase the hardness. Known surface treatment techniques include surface hardening methods by spraying metal strips (shot peening method, shot blasting method) and surface hardening methods by applying pressure (roll rolling). A method used to improve fatigue strength has also been proposed.

例えば、■ディスクとリムの接合部に施した溶接ビード
のリム側にショットピーニングによる表面処理を施すこ
とにより圧縮残留応力を付与し、リム側の亀裂発生を低
下させ耐久性を向上させる方法(特開昭59−2901
)、■リムの製造において、外側ロールを比較的大径と
し、比較的小径に形成したリング状素材を内側ロールの
半径方向への移動によって両ロールで圧延加工すること
により、リムに大きな加工硬化を付与し耐久性を向上さ
せる方法(特開昭59−74339)がある。
For example, ■ A method of applying compressive residual stress to the rim side of the weld bead applied at the joint between the disc and the rim by shot peening to reduce the occurrence of cracks on the rim side and improve durability (special Kaisho 59-2901
),■In manufacturing the rim, the outer roll is made relatively large in diameter, and the ring-shaped material formed into a relatively small diameter is rolled with both rolls by moving the inner roll in the radial direction, resulting in large work hardening of the rim. There is a method of improving durability by adding

しかし、上記の表面加工処理技術を利用したものは、い
ずれもリムの強度向上を目的としたものであり、ホイー
ルディスクを対象としたものではない。したがって、こ
れらの技術には、表面加工処理技術を採用してホイール
ディスクの風穴品等開口部の疲労強度を向上させる方法
についても全く開示されていない。
However, all of the above-mentioned surface processing techniques are aimed at improving the strength of the rim, and are not intended for wheel discs. Therefore, these techniques do not disclose any methods for improving the fatigue strength of openings such as air holes in wheel disks by employing surface processing techniques.

この発明は、従来の前記実状にかんがみなされたもので
あり、特に応力の集中部でおり、ホイールの回転に伴う
疲労亀裂が生じ易い風穴部を表面加工処理することによ
って、ホイールディスクの疲労強度の向上をはかった自
動車用ホイールを提案せんとするものである。
The present invention was developed in view of the above-mentioned conventional situation, and the fatigue strength of the wheel disc is improved by surface-processing the air holes, which are areas where stress is concentrated and where fatigue cracks are likely to occur as the wheel rotates. The aim is to propose an improved automobile wheel.

問題点を解決するための手段 この発明はホイールディスクにおいて応力が集中する風
穴の周囲を冷間でロール圧延することによって疲労強度
を向上させるに際し、冷間圧延が過度になると素材肉厚
が減少するために、かえってホイール全体の疲労強度を
低下させることになるが、適正条件が必ず存在すると考
えられることに着目してこの発明を完成した。
Means for Solving the Problems This invention improves fatigue strength by cold rolling the area around the air hole where stress is concentrated in a wheel disc, but if the cold rolling becomes excessive, the material thickness will decrease. Although this actually reduces the fatigue strength of the entire wheel, this invention was completed by focusing on the fact that it is thought that appropriate conditions always exist.

すなわち、この発明は材料自体の疲労強度を向上させる
方法として知られている冷間でのロール圧延法をホイー
ルディスクの風穴部の疲労強度向上手段に採用したもの
であり、その要旨は、ディスクに穿設される風孔の縁か
ら半径方向の内側および外側に、素材肉厚の1〜5倍の
範囲にわたって、ディスク中心から同心円状に、ヘルツ
圧500〜700 ksfJで、圧下量が素材肉厚の5
〜15%に冷間圧延することにより、風孔部の疲労強度
を改善する方法である。
That is, this invention employs the cold rolling method, which is known as a method for improving the fatigue strength of the material itself, as a means for improving the fatigue strength of the air hole portion of the wheel disc. From the edge of the air hole to be drilled radially inward and outward over a range of 1 to 5 times the thickness of the material, in a concentric circle from the center of the disk, at a Hertzian pressure of 500 to 700 ksfJ, the amount of reduction is equal to the thickness of the material. 5
This is a method of improving the fatigue strength of the air holes by cold rolling the steel to 15%.

作   用 冷間圧延領域をディスクの風孔の縁から半径方向の内側
および外側にディスク中心から同心円状とするのは、風
孔の周囲の疲労強度を改善するためであり、同心円状と
することによりディスクの風孔をすべて一度に、かつロ
ール等を用いて連続的に冷間圧延するためであり、すべ
ての風孔を均一に低コストで加工することができる。そ
の範囲を素材肉厚の1〜5倍とするのは、1倍未満では
疲労強度の改善効果が十分に得られず、1倍以上で疲労
強度を十分に改善できるが、作業の変動を考慮すると5
倍以下の範囲が安全でおる。
The reason why the cold rolling area is made concentrically from the center of the disk radially inward and outward from the edge of the air hole of the disk is to improve the fatigue strength around the air hole. This is because all the air holes in the disk are cold-rolled at once and continuously using a roll or the like, and all the air holes can be processed uniformly and at low cost. The reason for setting the range to 1 to 5 times the material thickness is that if it is less than 1 time, the fatigue strength will not be sufficiently improved, but if it is 1 time or more, the fatigue strength can be sufficiently improved, but taking into account the fluctuation of work. Then 5
It is safe within a range of twice that.

ディスクを冷間圧延するに際し、ヘルツ圧を500〜7
00ksfJとするのは、500ksfJ未満では疲労
強度の改善効果が十分得られず、他方700ksfJを
超えると、いったん改善された疲労強度が再び低下する
ためである。
When cold rolling the disc, the Hertzian pressure is set at 500 to 7
The reason why it is set at 00 ksfJ is that if it is less than 500 ksfJ, a sufficient effect of improving fatigue strength cannot be obtained, and on the other hand, if it exceeds 700 ksfJ, the once improved fatigue strength will decrease again.

また、圧下層を素材肉厚の5〜15%とするのは、5%
以下では加工量が少なくて疲労強度の改善が十分ではな
く、他方15%を超えて圧下されると素材の肉厚が薄く
なり、かえってディスク全体の疲労強度を低下させるた
めである。
In addition, the reduction layer should be 5% to 15% of the material thickness.
This is because if the amount of processing is less than that, the fatigue strength will not be improved sufficiently, while if the reduction exceeds 15%, the thickness of the material will become thinner, which will actually reduce the fatigue strength of the entire disk.

図面に基づ〈発明の開示 第1図はこの発明の一実施例を示す概略図で、ホイール
ディスクのプレス成形前に風穴部をロール圧延する方法
を例示したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention, and illustrates a method of rolling an air hole portion before press forming a wheel disk.

図中、(11)はディスク用素材、(11−1)は風穴
、(11−2)はセンター穴、(11−3)はボルト穴
、(12)は金型、(13)は圧延ロール、(14)は
ロール軸受をそれぞれ示す。
In the figure, (11) is the disk material, (11-1) is the air hole, (11-2) is the center hole, (11-3) is the bolt hole, (12) is the mold, and (13) is the rolling roll. , (14) indicate roll bearings, respectively.

すなわち、ディスク用素材(11)に風穴(ii−1)
、センター穴(11−2)およびボルト穴(11−3)
を穿孔後、該ディスク素材(11)を金型(12)の上
に載置し、ロール軸受(14)に圧延荷重をかけながら
該軸受の中心軸(14−1)を中心にして圧延ロール(
13)を回転させて風穴(11−1)の周囲をロール圧
延する。
In other words, there is a wind hole (ii-1) in the disc material (11).
, center hole (11-2) and bolt hole (11-3)
After drilling, the disk material (11) is placed on the mold (12), and while applying a rolling load to the roll bearing (14), the rolling roll is rolled around the central axis (14-1) of the bearing. (
13) is rotated to roll the area around the air hole (11-1).

第2図(a)は風穴の周囲をロール圧延した場合の圧延
幅を斜線で示す平面図、同図(b)は図(a)の一部を
拡大して示す平面図である。
FIG. 2(a) is a plan view in which the rolling width when the periphery of the air hole is rolled is indicated by diagonal lines, and FIG. 2(b) is an enlarged plan view showing a part of FIG. 2(a).

第1図に示す方法でロール圧延すると、斜線で示す部分
がロール圧延される。このロール圧延する領域は、第2
図(b)に拡大して示すごとく風穴(11−1)の内面
より少なくとも素材肉厚に相当する幅以上の領域(忌日
部分を完全に含む領域)とするのが好ましい。
When rolled by the method shown in FIG. 1, the shaded portions are rolled. This roll rolling area is the second
As shown in an enlarged view in Figure (b), it is preferable that the area is at least wider than the inner surface of the air hole (11-1) corresponding to the thickness of the material (an area that completely includes the part of the day of remembrance).

風穴部をロール圧延した場合、ディスク素材の肉厚は当
然のことながら減少する。ここで、圧延前の肉厚をh、
減少量をΔhとすると、圧延後の素材肉厚は(h−Δh
)となる。したがって、ロール圧延前の素材の疲労強度
σWの増加量(α倍。
When the air holes are rolled, the thickness of the disk material naturally decreases. Here, the wall thickness before rolling is h,
If the reduction amount is Δh, the material thickness after rolling is (h−Δh
). Therefore, the amount of increase in fatigue strength σW of the material before rolling (α times).

α〉1)と肉厚の減少量Δhとが以下に示す関係を満足
するようにロールの圧下量を調整することがディスクの
耐久性を増す上で効果的である。
It is effective to adjust the roll reduction amount of the roll so that α>1) and the wall thickness reduction amount Δh satisfy the relationship shown below, in order to increase the durability of the disk.

すなわち、ホイールに曲げモーメントが負荷されたとき
はもとより、半径方向に荷重が負荷されても、ディスク
にはほとんど曲げ荷重として働いているので、曲げモー
メントMの下での断面2次モーメントI、表面の発生応
力σはロール圧延前と圧延後で下記(1)、 (2]式
で表わせる。
In other words, not only when a bending moment is applied to the wheel, but even when a load is applied in the radial direction, almost all of the load acts on the disc as a bending load. The generated stress σ before and after rolling can be expressed by the following equations (1) and (2).

ここで、bは対象としている範囲の板幅であるが、単位
幅と考えてよい。
Here, b is the board width in the target range, but it may be considered as a unit width.

また、ロール圧延前と圧延後の疲労強度は下記(3)、
 (4)式で表わせる。
In addition, the fatigue strength before and after rolling is as follows (3):
It can be expressed by equation (4).

ロール圧延前:σW       ・・・(3)ロール
圧延後:ασW 〈α〉1)・・・(4)α:疲労強度
の増加係数 ホイールの耐久性を増加させるには、発生応力と疲労強
度は下記(5)式の関係を満す必要があり、(5)式に
前記(1)および(2)式を代入すると、肉厚の減少率
は下記(6)式の範囲に抑えるのが好ましい。
Before roll rolling: σW ... (3) After roll rolling: ασW <α> 1) ... (4) α: Fatigue strength increase factor In order to increase the durability of the wheel, the generated stress and fatigue strength are It is necessary to satisfy the relationship shown in equation (5) below, and by substituting equations (1) and (2) above into equation (5), it is preferable to suppress the rate of decrease in wall thickness within the range of equation (6) below. .

σr   ασW −〈□=α             ・・・・・・(
5)σ0   σW 例えば、引張強さσBが60ksf4程度の鋼の場合、
圧下量△htfio、i〜0.2mmで、ヘルツ圧が引
張強ざσBの8〜12倍の範囲にある場合には、疲労強
度の増加係数αは1.4であるので、前記(6)式より
肉厚の減少率△h/hは約15%以下に抑えるのが好ま
しい。
σr ασW −〈□=α ・・・・・・(
5) σ0 σW For example, in the case of steel whose tensile strength σB is about 60ksf4,
When the reduction amount Δhtfio, i is ~0.2 mm and the Hertzian pressure is in the range of 8 to 12 times the tensile strength σB, the fatigue strength increase coefficient α is 1.4, so (6) According to the formula, it is preferable to suppress the wall thickness reduction rate Δh/h to about 15% or less.

上記風穴部のロール圧延はプレス成形後あるいはリムと
の溶接後に行なうこともできるが、この段階ではディス
ク形状に成形されているのでディスク形状に沿ったロー
ルや金型を必要とする。したがって、ロール圧延は風穴
等の穿孔後プレス成形前の段階で行なうのが有利である
The air hole portion can be rolled with a roll after press forming or after welding with the rim, but at this stage, since it is formed into a disk shape, rolls and molds that follow the disk shape are required. Therefore, it is advantageous to carry out roll rolling at a stage after perforating the air holes and before press forming.

第3図はディスクとリムを一体化して形成したホイール
の一部を示す縦断面図で、(21)はディスク、(22
)はリムで、図中の交叉斜線部が風穴部のロール圧延領
域(30)である。
Fig. 3 is a vertical sectional view showing a part of a wheel formed by integrating a disc and a rim, where (21) is a disc, (22)
) is the rim, and the cross-hatched area in the figure is the roll rolling area (30) of the air hole.

実  施  例 材質5HA60Bの母材より、寸法385x 385m
m、肉厚41TIwlと3.5mmの2種の14インチ
径ホイールのディスク用素材を製作し、それぞれ35 
X 30mmの矩形の風穴を穿孔した侵、第1図に示す
方法で径30mmφのロールにより風穴周囲幅5mmの
領域をカバーするようにロール圧延した。その際、加圧
力はヘルツ圧で500〜700ksf々の範囲で与え、
肉厚の変化量△hは0.2〜0.3+yun、減少率△
h/hは5〜9%の範囲とした。
Example: From the base material of material 5HA60B, dimensions 385 x 385 m
We produced two types of disc materials for 14-inch wheels with a wall thickness of 41TIwl and 3.5mm, each with a wall thickness of 35mm.
A rectangular air hole of 30 mm in diameter was punched and then rolled using a roll having a diameter of 30 mm to cover a 5 mm wide area around the air hole using the method shown in FIG. At that time, the pressurizing force is applied in the range of 500 to 700 ksf in Hertz pressure,
The amount of change in wall thickness △h is 0.2 to 0.3 + yun, the reduction rate △
h/h was in the range of 5 to 9%.

その結果、母材(ディスク素材)の硬度Hv(5)23
0に対し、いずれもロール圧延後の風穴周囲の硬度はH
v (5)320に増加した。
As a result, the hardness of the base material (disc material) Hv (5) 23
0, the hardness around the air hole after roll rolling is H
v (5) increased to 320.

次に、発生応力を調べるため、上記素材肉厚3.5mm
のプレス成形したディスクと、素材寸法210X 10
60mm、肉厚2.9mmのリム素材を用いて成形した
リムとで14インチ径のホイールを製作し、ディスクの
ボルト穴部を固定し、リム・フランジ部に曲げモーメン
トM−120ksf−山を負荷した時のディスク部に生
じる子午線方向応力と周方向応力の実測値を、同一素材
肉厚でロール圧延しないディスクを用いたホイールと比
較して第1表に示す。
Next, in order to investigate the generated stress, the thickness of the above material was 3.5 mm.
Press-molded disc and material size 210 x 10
A 14-inch diameter wheel was manufactured using a rim molded using rim material with a diameter of 60 mm and a wall thickness of 2.9 mm, the bolt holes of the disc were fixed, and a bending moment of M-120 ksf was applied to the rim flange. Table 1 shows the actual measured values of the meridional stress and circumferential stress generated in the disk portion when the wheel is rolled, compared with a wheel using a disk made of the same material thickness but not rolled.

なお、第4図は上記の応力測定位置(31)を示す説明
図でおり、風孔中心部に線上で、風孔の縁より3mm離
れた位置で測定した。
In addition, FIG. 4 is an explanatory view showing the above-mentioned stress measurement position (31), and the stress was measured at a position on a line at the center of the air hole and 3 mm away from the edge of the air hole.

第1表より、ロール圧延したものは、肉厚が減少した分
だけ発生応力は圧延しなかったものより大きい。しかし
、これは肉厚の減少による発生応力の増加を評価すると
、発生応力は肉厚の逆数の二乗に比例するので、 となる。つまり、20%の応力の増加が見積れる。
From Table 1, the stress generated in the roll-rolled specimen is greater than that in the unrolled specimen due to the decrease in wall thickness. However, when evaluating the increase in generated stress due to a decrease in wall thickness, the generated stress is proportional to the square of the reciprocal of the wall thickness, so it becomes as follows. In other words, an increase in stress of 20% can be estimated.

一方、実測の風穴周囲の発生応力の比は、子午線方向応
力(σ【′)、周方向応力(σr)の成分で、各々 であり、約20%の応力の増加であり、前記予測値とほ
ぼ一致する。
On the other hand, the ratio of the actually measured stress generated around the wind hole is the meridional stress (σ[') and circumferential stress (σr) components, respectively, which is an increase of about 20% in stress, and is different from the predicted value. Almost match.

このような発生応力の増加は、ロール圧延による疲労強
度の増加が約40%(σB =60klfJの鋼の場合
、圧下厘Δtl = 0.1+nm程度以上、ヘルツ圧
8σB〜12σB)であり、ホイールの耐久性にとって
問題とはならない。
This increase in generated stress is due to the fact that the increase in fatigue strength due to roll rolling is about 40% (in the case of steel with σB = 60 klfJ, the rolling reduction Δtl = about 0.1+nm or more, the Hertzian pressure 8σB to 12σB), and the This poses no problem for durability.

次に、ディスク肉厚3.5mmと4 mmのものについ
て、ボルト穴を固定し、リムフランジ部に曲げモーメン
トを加えた状態でホイールを回転させて回転曲げ耐久性
試験を実施したときの試験条件と試験結果を第2表に、
疲労破壊までの回転量Nと曲げモーメントMの関係をロ
ール圧延の有無で比較して第5図にそれぞれ示す。
Next, we conducted a rotational bending durability test on disks with wall thicknesses of 3.5 mm and 4 mm by fixing the bolt holes and rotating the wheels with a bending moment applied to the rim flange. and the test results are shown in Table 2.
The relationship between the amount of rotation N until fatigue failure and the bending moment M is shown in FIG. 5, with and without roll rolling, for comparison.

本実施例では、曲げモーメントを240ksf −mと
180kqf −Inの2種として試験した。
In this example, two types of bending moments were tested: 240 ksf -m and 180 kqf -In.

第2表および第5図より、ディスクの風穴部にロール圧
延を施すことにより耐久性は相当向上することがわかる
From Table 2 and FIG. 5, it can be seen that the durability is considerably improved by rolling the air holes of the disk.

また、肉厚3.5mmのロール圧延したものと、肉厚4
mmでロール圧延なしのものとは、はぼ同等の耐久性を
示しているので、設計上ディスク素材の肉厚を減らすこ
とが可能となり、ホイール全体の重量を第2表に示すご
とく9゜0−から8.51に軽量化できる。
In addition, there are roll-rolled ones with a wall thickness of 3.5 mm, and roll-rolled ones with a wall thickness of 4 mm.
Since the durability is equivalent to that of a wheel without roll rolling in mm, it is possible to reduce the thickness of the disc material in the design, and the weight of the entire wheel can be reduced to 9°0 as shown in Table 2. The weight can be reduced from - to 8.51.

ざらに、ロール圧延幅、ヘルツ圧を種々変化させて上記
と同様の回転曲げ試験を実施した結果を第3表に示す。
Table 3 shows the results of rotary bending tests similar to those described above with various roll widths and Hertzian pressures.

第3表より、ヘルツ圧は500〜7001if、!の範
囲、すなわち引張強さσe =60ksfJの8〜12
倍の範囲が効果的であることがわかる。また、圧延幅は
最小幅が3.5mm、すなわち素材肉厚相当以上の幅と
することにより耐久性が安定することがわかる。
From Table 3, the Hertzian pressure is 500~7001if,! range, i.e. 8 to 12 of tensile strength σe = 60ksfJ
It turns out that twice the range is effective. Furthermore, it can be seen that the durability is stabilized by setting the minimum rolling width to 3.5 mm, that is, a width equal to or more than the thickness of the material.

以下余白 発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によるホイールは、特
に応力が集中するホイールディスクの風穴周囲をロール
圧延することによって、風穴周囲の疲労強度を向上させ
たディスクで構成されたものであるから、ホイールの耐
久性が増大する効果を奏し、安全性の高い高品質の車輪
を得ることができる。
As described in detail below, the wheel according to the method of this invention is constructed of a disk in which the fatigue strength around the air hole is improved by rolling the area around the air hole of the wheel disk where stress is particularly concentrated. This has the effect of increasing the durability of the wheel, making it possible to obtain a high-quality wheel with high safety.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す概略図で、ホイール
ディスクのプレス成形前に風穴部をロール圧延する方法
を例示した図である。 第2図(a)は風穴の周囲をロール圧延した場合の圧延
幅を示すディスクの平面図、同図(b)は図(a)の一
部を拡大して示す平面図でおる。 第3図はこの発明のディスクと通常のリムとを一体化し
て形成したホイールの一部を示す縦断面図である。 第4図はこの発明の実施例における応力測定方法を示す
説明図でおる。 第5図は同上実力伍例における疲労破壊までの回転数と
曲げモーメントの関係を示す図でおる。 第6図は従来の一般的な鋼製ホイールを示す図で、同図
(a)正面図、同図(b)は縦断側面図である。 11・・・ディスク用素材  11−1・・・風穴11
−2・・・センター穴   11−3・・・ボルト穴1
2・・・金型       13・・・圧延ロール14
・・・ロール軸受    21・・・ディスク22・・
・リム 出願人  住友金属工業株式会社
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a method of rolling an air hole portion before press forming a wheel disk. FIG. 2(a) is a plan view of a disk showing the rolling width when the circumference of the air hole is rolled, and FIG. 2(b) is a plan view showing a part of FIG. 2(a) in an enlarged manner. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a portion of a wheel formed by integrating the disc of the present invention and a conventional rim. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a stress measuring method in an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of rotations until fatigue failure and the bending moment in the above-mentioned example with the highest performance. FIG. 6 shows a conventional general steel wheel, in which (a) is a front view, and (b) is a longitudinal side view. 11...Material for disk 11-1...Wind hole 11
-2...Center hole 11-3...Bolt hole 1
2... Mold 13... Roll roll 14
...Roll bearing 21...Disk 22...
・Rim applicant: Sumitomo Metal Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ディスクに風孔を有する自動車用ホイールにおいて、該
風孔の縁から半径方向の内側および外側に、素材肉厚の
1〜5倍の範囲にわたって、ディスク中心から同心円状
に、ヘルツ圧500〜700Kgf/mm^2で圧下量
が素材肉厚の5〜15%に冷間圧延することを特徴とす
る自動車用ホイールの疲労強度改善方法。
In an automobile wheel having an air hole in the disk, a Hertzian pressure of 500 to 700 Kgf/ is applied concentrically from the center of the disk radially inward and outward from the edge of the air hole over a range of 1 to 5 times the thickness of the material. A method for improving fatigue strength of an automobile wheel, characterized by cold rolling to a rolling reduction of 5 to 15% of the material thickness at mm^2.
JP62-154946A 1987-06-22 Method for improving fatigue strength of automobile wheels Pending JPH011602A (en)

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JP62-154946A JPH011602A (en) 1987-06-22 Method for improving fatigue strength of automobile wheels

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Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS641602A JPS641602A (en) 1989-01-06
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