包括前轮盘和轮毂的轻合金混合车轮的制造方法与流程

本发明涉及特别用于车辆和机动车辆的车轮的技术领域，并且还涉及用于制造轻合金零件的铸造和锻造领域，该轻合金零件例如基于铝或镁并且特别用于机动车行业。

背景技术：

例如已知通过模塑得到的、具有单件式轮毂和轮盘的车轮的实现，但是其需要复杂且高成本的技术手段并且占据过大的厚度尺寸，因此致使所得到的车轮的重量相对于当前的需求而言过大。

在根据图1的、与上述两个方面有关的现有技术中，已知实现两件式混合车轮(r)，其包括轮毂部件(1)以及前轮盘(2)或车轮盘，这两个部件通过各种接合装置连结。

例如在专利ep0854792中已经提出了一种有效的装置，该装置对应于根据特定方法获得的两件式混合车轮。轮毂和轮盘之间的接合通过滚动摩擦焊接操作所获得的焊接联接来确保。由申请人的子公司之一开发的这一技术令人满意地满足了市场的需求。然而，该方法的实施相对于新的市场需求存在一些不便，新的市场需求例如为在保持价格具有竞争力的前提下将产品的重量减小大约20％至30％。另外，在该专利ep0854792中，车轮的锻接轮毂基于通过离心法浇铸的管，通过轧制或摩擦变形以获得最终的轮毂构造。这些操作是漫长且高成本的。

另一方面，申请人开发了一种将铝合金零件的铸造阶段和锻造阶段相结合的技术，该技术已知为“cobapress”(铸造锻压)商标。该技术限定在专利ep119365中并且在于通过铝合金类型的轻合金的浇铸来铸造粗加工成品，然后将获得的粗加工成品运送到其尺寸大体上小于粗加工成品的尺寸的锻造模具中，随后进行锻造操作以使得能够得到所要得到的最终零件的特性。随后在锻造后得到的最终零件的外围上执行去毛刺操作。

如在也是本申请人所拥有的专利fr2981605中所限定的，申请人已经将该技术用于制造车轮。在该专利中，车轮的轮盘借助于cobapress技术来制造，该技术使得能够在重量上有利。在该方法过程中，轮盘在两个模具之间经过锻造步骤。该锻造步骤尤其对于小批量来说具有高成本，小批量中锻造模具的制造对于成本具有很大影响。

回想到车轮的轮毂所设置的轮廓应当形成用于支承和保持轮胎跟部(4)的底座部(3)。为了实现该区域中的重量减轻，通过在用于将轮毂部分(1)接合到轮盘部分(2)上的两个焊接部(5)之间形成腔(6)来实现镂空部(图5)。

根据现有技术已经提出了其它的技术方案。因此，从减轻轮盘重量的角度出发，已经对轮胎跟部的底座部的镂空部的各种技术方案进行了说明。

例如，在专利ep1230099中，其拥有人提出了一种解决方案，在该解决方案中，轮胎跟部的底座中的一个以自承重方式从轮胎的轮毂的壁的内表面朝内部延伸，同时车轮的轮毂的外轮廓并不由轮胎的轮毂的内轮廓规定。位于零件的整个圆周上的该形状使得能够减轻重量，但是在该构造中很难实现气嘴的穿孔和定位。

专利us5271663描述了另一实施例，但是采用了不同的制造技术。镂空部是通过在轮胎底座部的跟部的应力很少的区域中进行加工来实现的。这些镂空部使得能够减轻质量并使轮胎平衡。然而，对于这些镂空部的加工是费时且高成本的。

因此，根据上述的现有技术，用于实现轮胎跟部的底座部中的镂空部的现有技术方案致使必须去除残屑，因此是费时且高成本的。

专利us6536111描述了两件式混合车轮的其它实施例。轮毂通过金属带轧制然后对该金属带的两端进行端对端焊接来实现。前轮盘通过浇铸或锻造来实现，同时在轮胎跟部处整合镂空部。轮毂和前轮盘随后通过焊接来组装，例如，电子束、电弧、摩擦或惰性气体焊接。该第二焊接部在车轮的外部实现，然后被加工。

技术实现要素：

因此，基于前述技术，申请人提出的措施已经考虑了轻合金两件式混合车轮的技术方案设计，其相对于已知的技术方案得以改进并且满足了市场的需要。

因此，申请人已经根据操作阶段的特定选择构思并制定了一种新的方法。

如此，根据本发明的第一特征，轻合金、特别基于铝合金或镁合金的混合车轮的制造方法，所述车轮包括前轮盘和轮毂，所述方法实现各个操作步骤，其中：

-实现具有内轮廓的轮盘，所述内轮廓能够构成轮胎跟部的底座部；

-实现轮毂，所述轮毂在一侧具有能够构成轮胎跟部的底座部的外轮廓且在另一侧具有与所述轮盘的部分组装的圆形侧部；

-在所述轮盘的底座部以及轮毂的圆形侧部处组装所述轮盘和所述轮毂。

该方法的特征在于，所述轮毂通过以下连续操作来实现：

-制造圆形侧部的制造操作；然后

-在单一步骤中将所述圆形侧部伸展到最终轮毂的尺寸的伸展操作；然后

-对圆形侧部进行冷旋压或热旋压直至得到具有最终形状和轮廓的轮毂的旋压操作，所述轮毂仅在不被焊接到轮盘上的一侧包括肩部。

实践中，在制造操作时，圆形侧部可以通过任何适用于所针对的应用的技术来得到。

根据一个优选实施例，圆形侧部通过对轻合金坯料进行冷挤压或热挤压来实现。

替选地，圆形侧部通过浇铸铸造来实现。

根据另一替选方式，圆形侧部通过粉末烧结来实现。

在不超出本发明范围的情况下，可以实施其它技术来制造圆形侧部。

优选地，伸展操作和旋压操作是冷实现的。

有利地，在轮盘的底座部处实现镂空部，所述镂空部不覆盖车轮的圆周，并且具有朝向轮毂的圆形组装区域的“u”形轮廓。

轮盘可以通过浇铸、锻造、或由浇铸和锻造双操作来实现。

根据第一实施例，浇铸和锻造双操作包括对铸造粗加工成品的浇铸操作，将所述粗加工成品运送到锻造模具中，为获得所述轮盘对所述粗加工成品的锻造操作，以及去毛刺以获得所述轮盘。

根据第二实施例，浇铸和锻造双操作包括对铸造粗加工成品的浇铸操作，保存所述粗加工成品，将所述粗加工成品运送到炉中以进行加热，将所述粗加工成品运送到锻造模具中，为获得所述轮盘对所述粗加工成品的锻造操作，以及去毛刺以获得所述轮盘。

优选地，当轮盘通过浇铸和锻造双操作实现时，在所述浇铸操作期间，在所述轮盘上的轮胎跟部的底座部中实现所述镂空部。

在优选实施方式中，轮毂和轮盘之间的组装通过轮毂的圆形侧部和轮盘之间的焊接来实现，所述焊接借助于唯一的采用销的搅拌摩擦焊接部并且焊接部的位置使得能够进入所述焊接部的两侧。

采用销的搅拌摩擦焊接已知英文为“frictionstirwelding”或fsw。焊接通过糊状(即固态)材料的搅拌来实现。该技术使得能够对采用常规技术(即材料熔化)无法焊接或很难焊接的合金(尤其是铝合金)进行焊接。此外，固态焊接使得能够避免形成在液固相转换时很容易产生的气泡。材料经过减小的温度升高，从而使得受热影响的区域(taz)相比于常规技术具有更优良的机械特性。在静态应力下焊接部的抗疲劳性因此得到改善。

仍优选地：

-搅拌摩擦焊接之前是对组装区域的加工操作；

-搅拌摩擦焊接之后是对焊接部的两侧(内侧和外侧)的加工操作，从而去除焊接部底部的毛刺和可能的缺陷。

替选地，该组装通过包括减小的受热影响的区域的其它焊接方法来实现。

例如，焊接部可以通过激光或混合激光、两个元件之间的滚动摩擦或者由fronius公司开发并获得专利权的cmt(冷金属过渡)技术来获得。

无论选择何种组装方式，车轮优选地包括在轮盘和轮毂之间实现的单个唯一焊接部。根据本发明的方法因此提供了众多优点，与专利fr2981605和ep1230099b1相比，由于使用单个焊接部而非两个焊接部，伸展操作和旋压操作尤其得到了简化。

如专利fr2981605和ep1230099b1那样，车轮在抗疲劳和抗冲击方面完全符合制造商的产品规格，同时与传统铸造获得的车轮相比重量明显更轻。

与前述专利相比，本发明使得能够对伸展操作进行简化，该伸展操作仅在一个步骤而非两个步骤中展开，并且对旋压操作进行简化，这是因为轮毂的最终轮廓的几何形状由于唯一的焊接部而简单得多。同样注意到单一焊接部使得轮盘能够具有更大的设计变化。

这些特征以及其它特征将在说明书的以下部分中将更好地体现。

附图说明

为了确定在附图中以非限定方式示出的本发明的目标，

-图1示出了根据现有技术、具有轮毂部分和轮盘部分的两件式混合车轮的实现方式。

-图2示出了轮胎在轮毂上的安装，其中轮胎跟部定位在其底座部上。

-图3示意地示出了根据现有技术的、获得轮毂的轮廓的连续操作p1、p2、p3。

-图4示意地示出了根据本发明的连续操作p1(获得圆形侧部)、p2(所述圆形侧部一步伸展)、p3(对圆形侧部进行旋压操作以获得轮毂的轮廓)。

-图5示出了根据现有技术的轮毂的轮廓的截面图，该截面图示出了在轮毂上形成的腔。

-图6示出了根据本发明的轮毂的轮廓的截面图，其中实现了唯一的焊接部并且在轮胎跟部的底座部中的一个中形成镂空部。

-图7示出了混合车轮的前视图，其中示出了镂空部。

具体实施方式

为了使本发明的目标更具体，在此以附图中示出的非限制方式对其进行描述。

如之前所指，轮毂(1)的轮廓通过为了与轮盘(2)组装而执行的单个接合焊接部(5)而得到简化。轮毂(1)具有圆形轮廓(1a)，该圆形轮廓仅在车轮的内侧形成用于轮胎的底座部。形成用于轮胎的底座部的另一轮廓(2a)由轮盘(2)实现。

在下文中对本发明的方法的一些特征和优点进行说明。

图3和4示出了分别根据现有技术和根据本发明的、获得轮毂(1)的步骤。

在本发明的范围中，轮毂(1)通过以下操作实现：制造圆形侧部(1b)形式的坯件的制造操作(p1)；随后的在单个步骤中使该圆形侧部(1b)伸展到最终的轮毂(1)的尺寸的伸展操作(p2)；以及最后对圆形侧部(1b)进行冷旋压或热旋压直至得到具有最终形状和轮廓的轮毂(1)的旋压步骤(p3)，所述具有最终形状和轮廓的轮毂包括在焊接到轮盘(2)上的一侧圆形侧部(1b)的其他部分和仅在不被焊接到轮盘(2)上的一侧的肩部(1a)。

根据制造操作(p1)的优选实施例，对轻合金坯料进行加工，然后通过冷挤压或热挤压将该坯料转化为圆形侧部(1b)。与其它已知技术进行比较，该操作使得获得的侧部(1b)能够得到很大的延长。侧部(1b)的伸展操作(p2)由此可以冷实现，即在室温下实现，这避免了在伸展之前的再加热。另外，该大的延长使得能够在冷延伸操作(p2)之后执行冷旋压操作(p3)。在冷旋压操作(p3)中，轮毂(1)的材料经过冷锻。在焊接到轮盘(2)之前，轮毂(1)因此经过热处理(例如t6：置于溶液中、硬化、回火)，在此期间，冷锻过程中存储的能量被释放。这使得能够在轮毂(1)的材料中获得再结晶为小颗粒。因此，轮毂的微结构很细小，并且轮毂(1)的机械特征相对于热成形技术得到改良。

在图3的步骤p3中示出了借助于两个焊接部来实现在轮盘与轮毂之间接合时为了获得图5中所示的腔(6)所需的、轮毂(1)的轮廓。可以看到在图4的步骤p3中的轮毂(1)的简化轮廓。该轮廓相对于图3的步骤p3所示的专利fr2981605中给出的轮廓而言的确更加简单。由于在构成本发明的车轮上实现使用单个唯一焊接部(5)，这种简化是可能的。轮毂(1)的外轮廓(1)事实上仅需要单个肩部来构成轮胎跟部的底座部，而不需要两个肩部。因此缩短了周期时间并且简化了旋压机器，这降低了成本。形成用于轮胎的底座部的另一轮廓(2a)由轮盘(2)实现。

相对于双焊接部来说，具有如图6中所示的单个焊接部(5)的事实同样大幅简化了焊接操作。事实上，与车轮双焊接部中在两个不同方向上进行焊接不同，焊接部在与轮毂垂直的单个方向上实现。不再需要使焊接轴进行枢轴转动，并且安装得到简化并因此更加便宜，同时缩短了周期时间并减少了焊接销的磨损。焊接操作(5)在轮盘(2)的部分(2b)以及轮毂(1)的圆形侧部(1b)的接合处进行。

此外，单一焊接部(5)的事实使得能够进入到焊接部的两侧。因而使得能够对焊接部的两侧进行加工。该加工(通常在用于航空工程的钢板处实现)使得能够消除可能的焊接毛边，以及在焊接部底部的可能缺陷，所述缺陷经常出现在搅拌摩擦焊接中。这些缺陷对应于合金的不良搅拌，该不良搅拌在焊接部底部形成未焊接边缘。毛边或未焊接边缘是缺陷，其在车轮的疲劳应力期间产生裂缝。因此，毛边或未焊接边缘的消除对于方法的可靠性是非常有利的。进入焊接部的两侧使得还能够实现对焊接部的频率热析测试，该测试使得能够确保焊接方法的稳定性并且保证不存在缺陷。对于具有两个焊接部的车轮，无法保证进入焊接部的两侧。因此，需要对车轮进行分区以进行该频率控制。对于具有封闭的腔(6)的车轮来说，该检查是破坏性的，导致生产的一部分的丧失并因此提高了成本。

激光焊接和cmt焊接，即便具有不是很好的机械特性，但是能够具有经济优势。事实上，对于极大批量来说，激光被证明是具有竞争力的，并且cmt所需要的投资更小。这些焊接的机械特性相对于mig或tig来说均得到提升，这是因为受热影响的区域减小并且抗疲劳结果得到改进。相对于fsw焊接来说，这些焊接不那么坚固并且需要更多的控制，这是因为焊接在液相下进行。为了获得零件的相同的机械耐力，则需要材料厚度余量，这将导致车轮稍微过重。因此，这些焊接的使用反映在成本和重量改进上。

对于本申请而言重要的是，气嘴区域同样被大幅简化。事实上，对于包括两个焊接部的车轮来说，气嘴的穿孔导致腔(6)具有开口。大多数制造者不希望在车轮中具有打开的腔，这是因为这样的开口使得有可能滞留水、砂砾或其它物体。因此，为了封闭腔(6)并阻止水滞留，需要环绕气嘴穿孔的焊接。因此，该焊接表示在专利fr2981605和ep1230099中提出的方法的补充步骤，其导致过高成本。

此外，在焊接之前制造两件式车轮使得能够实现比单件式车轮中更复杂的、无法模塑的形状。如图7中所示，该技术使得在轮盘(2)处能够实现镂空部(7)(例如，腔的形式)。这些镂空部通过铸造、或锻造、或在“cobapress”方法的铸造步骤中实现的。这些镂空部位于轮胎(3)跟部的底座部中的一个处，在轮盘(2)表现出镂空部并且不覆盖车轮的圆周。事实上，区域是平整的(8)以增强车轮的刚度和强度。这些平整区域(8)同样对轮胎的安装非常有利。事实上，若没有这些平整区域，轮胎跟部在安装时可以位于腔(7)中。轮胎跟部在安装时很难再安装到其底座部上，并且平整区域形成斜度以对该操作非常有利。

还留下没有镂空部的区域以使得气嘴的穿孔和定位能够具有简单的几何形状(9)，如图7中所示。如图6和7中所示的镂空部(7)具有朝向焊接(5)侧的u形轮廓。

镂空部的实现不是新技术。实际上，在锻造或铸造步骤中实现该镂空部是经济的，这是因为不需要加工操作。因此缩短了周期时间并降低了成本。总而言之，所使用的材料的量与可用材料相比同样减少。

实际上，根据本发明，将方法的各个操作阶段相结合是显著的，这样的结合在实践中相比于现有技术具有大量的优点。因此，这样的优化需要相应的研究和开发投资，并且并非来自于现有技术的教导。