一種輪圈的製造方法及產品的製作方法
2023-05-27 05:49:26
專利名稱：一種輪圈的製造方法及產品的製作方法
技術領域：
本發明為一種無縫輪圈製造方法及產品，特別是指一種適用於自行車或輕型車輛的輪圈製造的無縫輪圈製造方法及產品。
目前，自行車為追求輕量化的目的，其輪圈大多採用鋁合金或是鈦合金等輕金屬製成。目前輕合金輪圈的製造方法，大致上分為重力鑄造與鍛造焊接方法二種。其中鑄造方法製成的輪圈由於強度的關係，使得輪圈的材料厚度必須加大，故僅能夠應用在機車或汽車等較重型車輛的輪圈上。而一般自行車或其他輕型車輛所用的輕合金輪圈大多還是使用焊接的方式製成。其大致上的製造方法如下1.先將輕合金胚料(BILLET)加熱後，然後以鋁壓型機將輕合金胚料擠壓成條狀材料，擠壓出來的條狀材料的截面形狀與輪圈的斷面形狀相同，再將擠壓出來的條狀材料浸入水中冷卻，拉伸矯直；2.再依輪圈的圓周長度的倍數將輪圈胚料剪斷，然後將輪圈胚料卷繞成直徑與輪圈直徑接近的多層螺旋狀。
3.將螺旋狀的輪圈胚料剪斷成數個環狀體，然後再將環狀體扭回，並將環狀體的首尾端相接，插入插銷後再焊接。
4.將輪圈胚料焊接部位整平，使其成為一個輪圈。
5.以人工目視，調整輪圈的平面度。
以上的方法充滿許多不確定的因素，因此使得製造出來的輪圈的品質差異相當大，其主要缺點如下1、輕合金加熱擠型，然後再加以冷卻後，分子結晶排列已固定，此時再強力捲成環狀，將造成環型體外緣的結晶分子受到拉扯，而內圈的分子受到擠壓，因此使得成型後的輪圈材料充滿內應力，並布滿結晶裂痕。
2、為求大量生產，將輪圈胚料捲成螺旋體，然後切斷為環狀體後，再將環狀體扭回，焊接成為一個圓環，其除了會因為扭曲而產生內應力外，還會使得輪圈的平面度不佳。
3、大量生產中，焊接品質不易控制，很難避免在焊接部位產生殘留應力，且容易造成疲勞斷裂的脆弱點。同時焊接時添加的填充金屬的材質與輪圈的材質不一，如一般鋁合金輪圈材質為6061鋁合金，其焊接時必須以5356或4043熔接棒焊接，因此使得和接點部位的物理性質不一。
4、輪圈製成後以人工矯正平面度，完全無任何科學標準的精確度可言。
一般自行車大場所要求的品質條件為一、抗壓強度必須要能夠同一點承受50公斤力量，二分鐘以後變形量小於0.5mm；二、真圓度小於1mm，平面度小於0.6mm。然而以常用的方法製成的輕合金輪圈由於上述的原因，非常難以達到上述的品質要求，而且次品率極高。
自行車行走時，自行車隨著動力來源忽左忽右來回交替，且輪子不斷與地面滾動接觸，因此會使得自行車的輪圈必須承受變化極大的應力，所以如果輪圈的真圓度、平面度及抗壓力不佳的話，便會造成危險。
本發明的目的是要提供一種可以迅速且大批生產、降低製造成本、並降低次品率的輕合金一體輪圈的製造方法。
本發明的另一目的是要提供一種可以提高輕型車輛的輕合金輪圈的抗壓強度、真圓度、平面度的一體輪圈。
本發明的目的是這樣實現的一種輪圈的製造方法，包括以下步驟(1)溶解輕合金材料，並在輕合金材料中添加其他材料；(2)將熔解的輕合金材料成型為圓柱狀胚料；(3)將圓柱狀胚料橫向切斷，使其成為圓板狀胚料；(4)檢測輕合金材料的成份及材質是否良好；(5)將圓板狀胚料的中間成型一圓孔，形成一環型胚料；(6)將環型胚料放置在環型鍛造機上，用內滾輪、外側截面形狀與輪圈外側凹槽形狀相對應的外滾輪相互配合，將環型胚料成型為所需輪圈的尺寸和形狀；(7)將成型後的環型胚料切割，使其成為一個個分開的輪圈；(8)用車削方式修整輪圈的尺寸。
環型胚料鍛造成型後，為多數個輪圈外側形狀並排的型狀；且每個輪圈連接位置可以切斷，將環型胚料分割為多數個獨立的輪圈。
輪圈切割完成後，用車削方式整修外型。
輪圈成型後，進行淬火處理。
一種輪圈，輪圈是一體化的。
一種輪圈的製造方法，包括以下步驟(1)溶解輕合金材料，成型為圓柱狀胚料；(2)將圓柱狀胚料橫向切斷，使其成為圓板狀胚料；(3)將圓板狀胚料的中間成型一圓孔，形成一環形配料；(4)將環形胚料放置在環型鍛造機上，用內滾輪、外側截面形狀與輪圈外側凹槽形狀相對應的外滾輪相互配合，將環型胚料成型為所需輪圈的尺寸和形狀；(5)將成型後的環型胚料切割，使其成為一個個分開的輪圈；(6)用車削方式修整輪圈的尺寸。
利用本發明的方法製造出來的輕合金輪圈主要具有下列優點1、環型鍛造機的成型速度相當快，因此可以節省常用的擠型然後焊接整型的繁複程序，提高生產速度。
2、可以一次成型多個輪圈，然後再將其切割分開後進行車削整型，因此其生產效率非常高，且製造成本降低，並提高生產速度。
3、可以利用鍛造方式製造無縫的輪圈，因為鍛造壓縮比高，使得合金結晶綿密，而能夠提升輪圈的強度，避免鑄造成型的輕合金輪圈強度不足的缺點。
4、輪圈一體成型，避免了焊接不良引起的缺點，而且能夠避免焊接點斷裂的潛在危險。
5、輪圈在鍛造成型冷卻後不須再做扭曲扭轉加工，因此可以使得材料組織排列最合理，而不會有斷紋，且內應力減到最小，製造過程中經過多次熱處理，使得輪圈的材質平均，且強度增加。
6、一般輕合金材料強度越高其切削性能越好，因此本發明的方法當輪圈經鍛造成型後，材料強度增加，用CNC車床切削，可以將輪圈的尺寸修整到相當準確的程度，再經由三次元測量，可以對輪圈的尺寸公差做最精密的品管控制，由於輪圈的尺寸精密度提高後，使得輪圈在使用無內胎自行車用輪胎時，輪胎與輪圈的密合性提高，所以能夠減緩輪胎漏氣時間。
7、本發明方法製造的輪圈，品質水準提升，且製造效率高，幾乎全數達成現今自行車大廠對於自行車輪圈品質的要求(1)同一點承受50公斤力，二分鐘以後變形量小於0.1mm。二、圓度小於0.5mm，平面度小於0.2mm。
下面結合附圖詳細說明本發明的具體方法。
圖1為本發明的製造方法的製造流程圖。
圖2為本發明的製造方法所用的環狀胚料的外觀示意圖。
圖3為本發明所用的環型鍛造方法的動作示意圖。
圖4為本發明的環型胚料鍛造成型後的外觀示意圖。
本發明的無縫輪圈製造方法主要包括以下步驟先將輕合金錠製造成環狀的胚料，用環型鍛造機將環型胚料的內側面滾壓鍛造成為預定的直徑，並且將胚料的外徑滾壓鍛造成為輪圈外側面的形狀，製造成為一個輪圈。大量生產時，還可以一次成型整排的輪圈，再用鋸片將各個並排的輪圈鋸開，然後再用車削加工方式整修輪圈外側面的形狀，如此便可以快速地製造成型輕合金輪圈。
如圖1所示，為本發明製造方法的製造流程圖，第一步驟，胚料製作及檢驗，先將輕合金錠溶解，並添加矽、鎂、鉻、銅等各種合金成份，以調整輕合金材料的材質。然後再將融化後的輕合金材料製造成為直徑約300mm的圓柱狀材料。
當輕合金材料製成圓柱狀的胚料後，用分光儀測定材質，用超音波探傷，檢驗胚料內部是否有沙孔，通過檢驗後該胚料方可使用。
當輕合金胚料成型為圓柱狀並通過檢驗後，緊接著用鋸切方式將圓柱狀的輕合金胚料鋸切成圓盤狀，成為圓盤狀的胚料，再用衝壓方式將圓盤狀的胚料中央衝孔，使其成為一個如圖2所示的圓環狀的環型胚料10。
然後再將前述環狀胚料加熱至適當的溫度後，將胚料放置到環型鍛造機上進行鍛造。鍛造時胚料的溫度必須視材質的不同而改變，一般而言鋁合金材料的鍛造加工溫度在530度-580度，且在鍛造期間必須全程用紅外線測溫儀測溫，並控制溫度在一定範圍內。
如圖3所示，為本發明的方法所用的環型鍛造方法的動作示意圖，本發明用的環型鍛造機利用一個內滾輪20與一個外滾輪30配合，將環狀胚料10滾壓成輪圈的內徑、外徑形狀及材料的厚度，並且用一對上、下滾輪40、50控制環型胚料10滾壓成型後的高度。
其中，外滾輪30的外側面形狀設有若干個凸環31，可以將環型胚料10的外側面成型為若干個凹槽11，使得環型胚料的外側面形成為輪圈外側面的形狀。
內滾輪20可伸入環型胚料10的中心孔12之中，並且以電腦控制逐漸向外位移，朝向外滾輪30靠近，使環型胚料10的厚度變薄，直到環型胚料10的厚度變成為預定的尺寸為止。
環型胚料10的高度，由上、下滾輪40、50加以控制，使得環型胚料10在成型時，其高度受到控制，從而使其材料厚度與直徑變形為預定的尺寸。
本發明的方法在製造時，必須注意的一點是環型胚料10成型後的直徑必須依照使用材料的膨脹係數放大直徑，以使得製造完成後的輪圈的直徑可以符合公差的要求。
本發明的輪圈直徑控制方法，通過計算環型胚料10的重量與比重，換算出胚料的體積，然後再計算多少體積的材料在延展後其直徑會變化多少，而加以控制。
本發明的方法可以一次成型單一的輪圈，但為求經濟及生產效率，本發明可以一次成型多個輪圈，然後再用車削方式整修輪圈外型。如圖3及圖4所示，為本發明一次成型製造多個輪圈的製造方法，將環型胚料10一次成型為多數個輪圈並排的形狀，然後再用鋸切方式將各個輪圈連接部份切斷，用車削方式整修輪圈的外側面形狀，以符合輪圈要求的外觀形狀。
如圖1所示，當輪圈成型完畢後，再經過固熔化(淬火)，及時效處理(退火)，以使得輪圈的材質均一，並獲得所需的強度。
通過以上方法，用鍛造方式製造無接縫的輕合金輪圈，可以提高輕合金輪圈的強度、品質及製造效率。
權利要求
1.一種輪圈的製造方法，其特徵在於包括以下步驟(1)溶解輕合金材料，並在輕合金材料中添加其他材料；(2)將熔解的輕合金材料成型為圓柱狀胚料；(3)將圓柱狀胚料橫向切斷，使其成為圓板狀胚料；(4)檢測輕合金材料的成份及材質是否良好；(5)將圓板狀胚料的中間成型一圓孔，形成一環型胚料；(6)將環型胚料放置在環型鍛造機上，用內滾輪、外側截面形狀與輪圈外側凹槽形狀相對應的外滾輪相互配合，將環型胚料成型為所需輪圈的尺寸和形狀；(7)將成型後的環型胚料切割，使其成為一個個分開的輪圈；(8)用車削方式修整輪圈的尺寸。
2.如權利要求1所述的一種輪圈的製造方法，其特徵在於環型胚料鍛造成型後，為多數個輪圈外側形狀並排的型狀；且每個輪圈連接位置可以切斷，將環型胚料分割為多數個獨立的輪圈。
3.如權利要求2所述的一種輪圈的製造方法，其特徵在於輪圈切割完成後，用車削方式整修外型。
4.如權利要求1所述的一種輪圈的製造方法，其特徵在於輪圈成型後，進行淬火處理。
5.一種輪圈，其特徵在於輪圈是一體化的。
6.一種輪圈的製造方法，其特徵在於包括以下步驟(1)溶解輕合金材料，成型為圓柱狀胚料；(2)將圓柱狀胚料橫向切斷，使其成為圓板狀胚料；(3)將圓板狀胚料的中間成型一圓孔，形成一環形配料；(4)將環形胚料放置在環型鍛造機上，用內滾輪、外側截面形狀與輪圈外側凹槽形狀相對應的外滾輪相互配合，將環型胚料成型為所需輪圈的尺寸和形狀；(5)將成型後的環型胚料切割，使其成為一個個分開的輪圈；(6)用車削方式修整輪圈的尺寸。
全文摘要
一種輪圈的製造方法及其產品,包括以下步驟:1．胚料製作:將輕合金材料熔制為圓柱材料,切斷後製作成為環型材料;2．鍛造成型:在環型鍛造機上,用一個內滾輪、一外側截面形狀與輪圈外側凹槽型狀相對應的外滾輪相互配合,將環型胚料成型為輪圈的尺寸和形狀,然後再用鋸切方式切斷,用車削方式整修輪圈的外側面形狀。它可以迅速且大批生產輕合金無縫輪圈,可以降低製造成本,並減少次品率,提高輕合金輪圈的強度、品質及製造效率。
文檔編號B21D53/26GK1269269SQ99105438
公開日2000年10月11日 申請日期1999年4月6日 優先權日1999年4月6日
發明者郭錦文 申請人:郭錦文