JPS6328849A - 鋳造アルミホイ−ルの熱処理方法およびその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両用鋳造アルミホイールの製造最終工程で
実施される、変形を防止し物性を向上する熱処理方法お
よび該方法を実施するための装置に関する。

［従来の技術］ 鋳造アルミホイールの加工において、所定の設計強度を
得るには、形状、肉厚、物性の３点が満足されなければ
ならない。このうら、形状、肉厚は鋳造型及び切削加工
により、物性は使用材料およびその後の処理によって決
定される。

従来の鋳造アルミホイールの溶体化処理方法を第１０図
および第１１図によって説明すると、溶体化処理前の鋳
造アルミホイール１は、炉スペースの関係から複数個密
接して並設されてトレー２上に保持されて溶体化炉３内
に搬入され、溶体化炉３内で溶体化温度に加熱されて一
定時間保持されて加熱処理が施される。続いて、ワーク
１はトレー２ごと炉外に取り出され、温水槽４中の温水
の中につけられて急速冷却（急速冷却は冷却途中で合金
元素が析出するような焼入れ遅れが生じないよう１５秒
以内に急速冷却を開始）され、取出されることにより、
溶体化、焼入処理が完了する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来方法によるときは、つぎのような問題があ
った。

（ｉ）まず、炉スペースの経済的理由により、炉内トレ
ー上のワークとワークが密着しており、そのままの状態
で炉から取り出されて温水につけられるため、並設ワー
ク間の部分の温水温度は上昇し並設ワークの両端に位置
するワーク外側周辺の温水温度は上昇しにくい。また、
ワークとワーク密着部、ワーク中央部の温水が撹拌され
ないため、均一冷却ができず、片寄った冷却によって変
形が生じる。また、冷却水温度が低湿となると、変形し
やすく、高温だと変形しにくいが物性確保がしにくくな
る。

（ｉｉ）ワークの温水への浸漬時、沸騰によりワークが
振動し、変形する。また、ワークは溶融点近く迄加熱さ
れているため、ワーク変形防止のため、ワーク姿勢、ワ
ーク搬送方法など衝撃防止対策が必要である。

（ｉｉｉ　）ワークの焼入れ冷却を含む溶体化処理時に
、ワークが上記の理由により変形するため、最終製品形
状を加工によって確保するために、鋳造時に変形量を見
込み、加工代を含めた素材形状を決めなければならず、
それだけ鋳造段階のホイールを厚肉にする必要があり、
材料通を多くしてしまう。

本発明は、上記の諸問題を解消するために、冷Ｎ１時に
不当なワーク変形が生じないようにし、それによって従
来のような材料費、加工買増の不経済性を除去できる鋳
造アルミホイールの熱処理方法およびその装置を提供す
ることを目的と覆る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明に係るｖｔ’ＪＪｉア
ルミホイールの熱処理方法は、鋳造アルミホイールを溶
体化温度に加熱し、所定時間保持した後、冷却して焼入
れする際に、ホイールの各部位に対応して冷却速度を制
御し必要な物性値を得る方法から成る。

上記方法は、たとえば、溶体化処理前にある鋳造アルミ
ホイールからなる複数個のワークを、互に同軸状にかつ
ワーク間距離を詰めて並設し、溶体化炉内で溶体化温度
に加熱して所定時間保持し、所定時間加熱されたワーク
を、冷却単位数量、ワーク間距離を詰めたままの状態で
、ソフトクランプ装置により溶体化炉から溶体化炉外に
ある冷却ローラ上カラートレイに移動し、カラートレイ
を横送り装置により移動させて各ワークをワーク間距離
が拡大された冷却定位置に移動し、定位置にある各ワー
クの両側位置および周辺位置に、多数のノズルから冷Ｎ
Ｊ材を噴出するタイプの冷却マニホルドを移動させ、冷
却ローラを回転させてワークを回転させつつ、冷却マニ
ホルドからワークの各部に対応して冷却材噴出量を制御
しながら冷却材を噴出して、ワークを冷却、焼入れする
方法から成る。

また、上記目的を達成するための本発明に係る鋳造アル
ミホイールの熱処理装置は、鋳造アルミホイールを溶体
化温度に加熱する溶体化炉と、加熱した鋳造アルミホイ
ールを溶体化炉から取り出す手段と、溶体化炉から取出
された加熱した鋳造アルミホイールを該鋳造アルミホイ
ールの各部位に対応して冷却速度を制御しながら冷却す
る手段と、から成る。

上記装置は、たとえば、鋳造アルミホイールから成るワ
ークを溶体化温度に加熱し複数個の鋳造アルミホイール
を間隔をつめて複数個収納できるスペースを有する溶体
化炉と、加熱されたワークを、冷却単位数量、ワーク間
距離をつめたままの状態で溶体化炉から溶体化炉外に移
動するソフトクランプ装置と、溶体化炉外に配置され溶
体化炉から取り出された加熱ワークを載せる間隔が拡縮
可能なカラートレイと、カラートレイおよびそれに載せ
られたワークの間隔を拡大する横送り装置と、間隔が拡
大されたワークの両側位置および周辺位置に移動可能で
かつ多数のノズルからの冷却材噴出量がワークの場所に
応じて制御可能な冷却マニホルドと、から成る。

［作　　用］ 上記本発明の熱処理方法およびその装置では、炉内では
ワークは密接されて加熱されることにより炉内スペース
経済は高く保たれるが、冷却時には炉外に取り出されて
ワーク間隔がひろげられ、そこに冷却用マニホルドが各
ワークを同条件でかこむため、各ワーク同条件で冷却で
きる。これによって、冷却条件の相違によるワーク同志
の物性の相違や変形が生じることが防止され、信頼性の
高いワークが得られる。

また、冷却時にはワークが回転されるので、周方向に均
一な冷却ができ、かつ温水浸漬におけるような沸騰によ
る力を受けないので、ワークの変形が防止され、溶体化
後の加工増、そのための加工代弁の肉厚増が不要となり
、コストダウンがはかられる。

また、ノズルからの冷却材噴出量が制御されることによ
り、ワークの変形が防止されることから、噴霧水温度を
低くすることにより、ホイールの延性、靭性の向上がは
かられる。

［実施例］ 以下に、本発明に係る鋳造アルミホイールの熱処理方法
およびその装置の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

まず、本発明の方法の実施に用いられる装置を説明する
。第１図は、従来とほぼ同様のスペースをもつ溶体化炉
１０であり、その中に溶体化処理前の鋳造アルミホイー
ルからなるワーク１１が、トレー１２上に並設して載せ
られて挿入される。ワーク１１は、複数個、互に軸線を
合わせて同軸上に、かつワーク間隔を詰めた状態で、ト
レー１２上に載ぜられる。これは炉内スペース経済のた
めである。

トレー１２は、冷却単位数のワーク１１を詰めて載せる
だけの長さを有し、１以上（図では２個）炉内に入れら
れる。鋳造アルミホイール１１の材料には、規格がＡ０
４ＣＨ材またはそれと同等品が通常使用され、次の化学
成分を有づる。

溶体化炉１０は、上記材料からなる鋳造アルミホイール
１１を溶体化温度（５００〜５５０’Ｃ）に加熱し、一
定時間（３〜１２時間）その温度を保持する容量を有す
る。

溶体化炉１０の一側面は開閉可能壁であり、その側面側
には、トレー１２をワーク１１とともに炉外に引き出し
た位置に隣接させて、ワーク１１の炉１０からの取出し
装置であるソフトクランプ装置１３が配設されている。

ソフトクランプ装置１３は後述する冷却装置１４の一部
をも構成する部材であり、ワーク１１の炉１０からの搬
出に用いられているときはソフトクランプ装置１３とし
て機能し、取出し後のワーク冷Ｎｊ時には冷却装置１４
の一部として機能する。ソフトクランプ装置１３は溶体
化炉１０に沿って炉長手方向に延びる、豆に平行な２本
の回転可能なローラ１５．１６を有し、炉１０から離れ
た方の位置をとり得るローラ１６は、他方のローラ１５
を中心にして他方のローラ１５に対して平行を保ったま
ま第２図のように回動可能である。ローラ１５、ローラ
１Ｓは各々軸芯を中心にして回転可能である。ローラ１
５は、第５図に示すように、その外周にクッション材１
７を介してスプラインローラ１８を有し、スプラインロ
ーラ１８とクッション材１７はローラ１５と一体に回転
可能である。スプラインローラ１８の外周には長手方向
に延びるスプライン１９が切られている。スプラインロ
ーラ１８の外周には軸方向にスライド可能にパイプ状の
カラートレイ２０．２０、・・・がワーク冷却単位数だ
け支持されており、カラートレイ２０の内周にはスプラ
インローラ１８のスプライン１９内に突出する突起２１
が形成されていて、突起２１とスプライン１９との係合
により、カラートレイ２０とスプラインローラ１８との
相対回転が拘束されている。ワーク１１の炉１０からの
搬出時には、ローラ１５側に支持されたカラートレイ２
０とローラ１６側に支持されたカラートレイ２０とがワ
ーク１１をソフトにクランプするが、ソフト性はクッシ
ョン材１７によって冑られる。ソフトクランプ後ローラ
１６がローラ１５を中心にしてローラ１５と水平位置に
なる迄回動することによりワーク１１を炉外に取出す。

カラートレイ２０．２０、・・・はカラートレイ横送り
装置２１によってスプラインローラ１８に沿って長手方
向に夫々の量だけ移動され、各カラートレイ２０に１つ
づつ載せられたワーク１１の間隔をひろげることができ
る。第４図はワーク１１の間隔がひろげられた状態を示
し、この状態では、各ワーク１１は冷Ｎ［位置に位置せ
しめられる。

カラートレイ２０の、ひろげられた間隔に対応した上方
には、冷却マニホルド２２が設けられており、該冷却マ
ニホルド２２はワーク１１を外周から囲繞してワーク外
周に冷却材を噴出する力筒１の部分２３と、ワーク１１
の両側に入ってきてワーク両側面に冷却材を噴出する第
２の部分２４とを４１している。

冷却マニホルド２２のうち、少なくとも第２の部分２４
は間隔が拡大されたワーク間色性に出入り可能であり、
ワーク軸線に対して直角方向に移動可能となっている。

第１の部分２３および第２の部分２４は、それぞれ、多
数の冷却材噴出用のノズル２５を備えており、これらの
ノズル２５への冷却材の送給通路には、冷却材噴出量を
制御できる弁が設けられていて、ワーク１１の各部にお
ける冷却速度を制御できるようになっている。

ローラ１５．１６は回転可能であり、モータ２６によっ
て回転される。ローラ１５．１６が回転したとき、スプ
ラインローラ１８、カラートレイ２０はともに回転され
、カラートレイ２０上のワーク１１は回転される。

つぎに本発明の鋳造アルミホイールの熱処理方法につい
て説明する。

溶体化処理前の鋳造アルミホイールからなるワーク１１
は、炉内トレイ１２上に、互に同軸状に、かつワーク間
距離をつめて、たとえばワーク１１同志を密着させて併
設され、溶体化炉１０内に搬入される。密着挿入によっ
て、限られた炉内スペースに最大限のワーク１１を挿入
でき、炉１０を大きくする必要もなく、経済性は従来同
然像たれる。溶体化炉１０内において、ワーク１１は溶
体化温度（５００〜５５０℃）に加熱され、溶体化必要
時間（３〜１２時間）保持される。

加熱処理が終った段階で、ワーク１１は冷却装置上へと
取り出されるが、それにはまず炉前面を開き、ソフトク
ランプ装置１３のローラ１６を炉１０側に回動させて、
ローラ１５とローラ１６に保持されたカラートレイ２０
によってワーク１１をソフトにクランプし、その後ロー
ラ１６をローラ１５を中心にしてローラ１５と水平位置
になる迄回動させる。この作動によってワーク１１はロ
ーラ１５、ローラ１６上に取り出される。ソフトクラン
プとする理由は、ワーク１１が溶融点近く迄加熱されて
いて変形しやすいので、クランプ時にワーク１１に生じ
る変形を抑えるためである。ワーク１１の取出し吊は、
冷却単位数量であり、図示例では５である。ワーク取り
出し後は、炉１０は再び閉められ、炉に残っているワー
ク１１は加熱または保温を続けられる。

ワーク取出し後、速やかにカラートレイ２０を横送り装
置２１によって各カラートレイ２０の間隔がひろがるよ
うに駆動され、第４図のようにワーク１１の間隔がひろ
げられる。カラートレイ２０の間隔をひろげるこによっ
て冷却マニホルド２２をワーク１１間に挿入可能となる
。

続いて冷却マニホルド２２が移動され、第１の部分２３
がワーク１１の周辺に、第２の部分２４がワーク１１間
に挿入される。ワーク１１はローラ１５．１６の回転に
よって回転され、同時に多数のノズル２５から冷却材が
噴出されてワーク１１の冷却が行なわれる。

冷却材は水を使用でき、この水は温水であってもよい。

冷却部材の噴出はミストが望ましいが液層状、液状であ
ってもよい。ミストは有効に気化熱を奪って気化プるの
で、その冷却性能は大であり、かつ制御性にもすぐれて
いる。ノズル２５からの冷却材噴出量はその供給通路の
弁の制御によって各部によって異ならせることができる
。

冷却による焼入れを終えたワーク１１はカラートレイ２
０上から取り出される。

試験例 本発明の作用効果を見るために、従来の温水冷却法とし
てリム部および中央部に８０℃の一律の温水冷却を用い
た場合と、本発明によるミスト冷却として、リム部と中
央部との冷却機能を変え、ホイールのリム部に５０℃温
水冷却と等しい効果を与えるミスト冷却によって冷却し
ホイールのディスク部すなわち中央のスポーク部、ハブ
穴回りを８０℃の温水冷却と等しい効果を与えるミスト
冷却によって冷却した場合との、各部の靭性（伸び）と
強度（耐力）との相違を調べた。結果は第８図および第
９図に示す通りでおる。図中黒丸は温水浸漬冷却を示し
、白丸はミスト冷却を示す。図かられかるように、ミス
ト冷却によってホイールリム部と中央部との冷却速度を
変え、リム部の冷却速度を中央部に比べて速くすること
によりリム部に靭性を与え、中央部の耐力はそのまま維
持できることがわかる。

［発明の効果］ 本発明の鋳造アルミホイールの熱処理方法によるときは
、次の作用、効果が得られる。

（ｉ）冷却において、ワークの間隔をひろげ、冷却マニ
ホルドをワーク聞にも色性セしめて、各ワークを同条件
で冷却できる。したがって従来のように温水浸漬冷却の
ように並設ワークの端部のワークと中央部のワークとの
冷却条件の違いによるワーク物性のばらつきは生じない
。

（ｉｉ）ワークを回転させながら冷却するので、周方向
にワークを均一に冷却できる。

（ｉｉｉ　）ワークを冷却材の噴出、望ましくはミスト
冷却によって冷′ＮＪするため、温水浸漬冷却のような
沸騰による振動が生じず、振動によるワークの変形の発
生を防止できる。

（ｉｖ）冷却マニホルドのノズルへの冷却材（ミストの
場合は冷却材および空気）供給量、その温度等を、ワー
クの各部に対応して変えることにより、ワークを最適に
冷却できる。これによって、ホイールのリム部に靭性を
与え、スポーク及びハブ穴まわり部に強度を与えること
ができる。

（Ｖ　）ワークの取り出しはソフトクランプ装置により
、またワーク間隔のひろげはカラートレイによって行な
うので加熱後のワークの移送時にワークに衝撃を与える
ことがなく、ワークの変形が防がれる。

（ｖｉ）上記の総合効果により、ワークの変形が防止さ
れるので、ワークの溶体化処理後の変形とその機械加工
が不要となり、たとえ芸域加工を適用するにしても、従
来のような大ぎな削り代を溶体化処理前のワークにつけ
ておく必要はない。これによって、加工域、材料域がは
かられ、コストダウンがはかられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに用いる溶体化炉お
よび内部に挿入されたワークの配列を示す断面図、 第２図はワークを溶体化炉に搬入搬出するソフトクラン
プ装置の概略正面図、 第３図はワーク冷却向上でワークが回転する状態を示す
ワーク冷却装置の概略正面図、第４図はワークがワーク
冷却装置上に取出されてワーク間隔がひろげられた状態
を示す側面図、第５図はワーク冷却装置における冷却ロ
ーラとスプラインローラとカラートレイの関係を示す断
面図、 第６図はワークがミスト冷却されている状態を示す冷却
装置の部分側面図、 第７図はワークがミスト冷却されている状態を示す冷却
装置の正面図、 第８図は本発明と従来冷却によるホイールの伸び特性図
、 第９図は本発明と従来冷却によるホイールの耐力特性図
、 第１０図は従来の溶体化炉の断面図、 第１１図は従来の冷ＦＪＪ工程を示す概略正面図、であ
る。 １０・・・・・・・・・・・・・・・溶体化炉１１・・
・・・・・・・・・・・・・ワーク１３・・・・・・・
・・・・・・・・ソフトクランプ装置１４・・・・・・
・・・・・・・・・冷却装置１５．１６・・・・・・・
・・冷却ローラ１８・・・・・・・・・・・・・・・ス
プラインローラ２０・・・・・・・・・・・・・・・カ
ラートレイ２２・・・・・・・・・・・・・・・冷却マ
ニホルド２５・・・・・・・・・・・・・・・ノズル第
８図 ま− 耐 力　　　第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、鋳造アルミホィールを溶体化温度に加熱し、所
   定時間保持した後、冷却して焼入れする際に、ホィール
   の各部位に対応して冷却速度を制御し必要な物性値を得
   ることを特徴とする鋳造アルミホィールの熱処理方法。
2. （２）、溶体化処理前にある鋳造アルミホィールからな
   る複数個のワークを、互に同軸状にかつワーク間距離を
   詰めて並設し、溶体化炉内で溶体化温度に加熱して所定
   時間保持し； 所定時間加熱されたワークを、冷却単位数量、ワーク間
   距離を詰めたままの状態で、ソフトクランプ装置により
   溶体化炉から溶体化炉外にある冷却ローラ上カラートレ
   イに移動し； カラートレイを横送り装置により移動させて各ワークを
   ワーク間距離が拡大された冷却定位置に移動し； 定位置にある各ワークの両側位置および周辺位置に、多
   数のノズルから冷却材を噴出するタイプの冷却マニホル
   ドを移動させ、冷却ローラを回転させてワークを回転さ
   せつつ、冷却マニホルドからワークの各部に対応して冷
   却材パターンを制御しながら冷却材を噴出して、ワーク
   を冷却、焼入れする、 特許請求の範囲第１項記載の鋳造アルミホィールの熱処
   理方法。
3. （３）、鋳造アルミホィールを溶体化温度に加熱する溶
   体化炉と、加熱した鋳造アルミホィールを溶体化炉から
   取り出す手段と、溶体化炉から取出された加熱した鋳造
   アルミホィールを該鋳造アルミホィールの各部位に対応
   して冷却速度を制御しなから冷却する手段と、から成る
   鋳造アルミホィールの熱処理装置。
4. （４）、鋳造アルミホィールから成るワークを溶体化温
   度に加熱し複数個の鋳造アルミホィールを間隔をつめて
   複数個収納できるスペースを有する溶体化炉と； 加熱されたワークを、冷却単位数量、ワーク間距離をつ
   めたままの状態で溶体化炉から溶体化炉外に移動するソ
   フトクランプ装置と； 溶体化炉外に配置され溶体化炉から取り出された加熱ワ
   ークを載せる、間隔が拡縮可能なカラートレイと； カラートレイおよびそれに載せられたワークの間隔を拡
   大する横送り装置と； 間隔が拡大されたワークの両側位置および周辺位置に移
   動可能でかつ多数のノズルからの冷却材パターンがワー
   クの場所に応じて制御可能な冷却マニホルドと； から成る特許請求の範囲第３項記載の鋳造アルミホィー
   ルの熱処理装置。