автомобильное колесо

Формула изобретения

Автомобильное колесо, содержащее соединенные сваркой штампованные обод и диск, выполняющий дополнительно функцию декоративного колпака и имеющий центральную опорную зону с рядом отверстий под соединительные болты, промежуточную зону с ребрами жесткости и фигурными вентиляционными отверстиями с фасками, расположенными на внешней стороне по кромке фигурных вентиляционных отверстий, и наружную зону, которая окружает промежуточную и выполнена в виде фланца, примыкающего по поверхности к ободу, отличающееся тем, что размеры фасок, расположенных на внешней стороне по кромке фигурных вентиляционных отверстий, близки к толщине исходного металла диска, на внутренней стороне диска непосредственно по кромке вентиляционных отверстий эквидистантно их контуру расположены равномерные пояски прямоугольного сечения, имеющие ширину, близкую к толщине металла диска, и объем, равный объему металла, перемещаемому при образовании фаски.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к конструкциям штампованных автомобильных колес.

Известно автомобильное колесо, содержащее соединенные сваркой штампованные обод и диск, имеющий центральную опорную зону с рядом отверстий под соединительные болты, промежуточную зону с вентиляционными отверстиями и ребром или ребрами жесткости, а также наружную зону, которая окружает промежуточную и выполнена в виде фланца, примыкающего по поверхности к ободу, в котором вентиляционные отверстия получены пробивкой на штампе.

Это, например, автомобильное колесо ГАЗ 3110 (см. чертежи 3110-3101015 СБ «Колесо 6.5 J × 15 Н2 - Сборочный чертеж» и 3110-3101001-20СБ «Установка колес на автомобиль - Сборочный чертеж»).

При пробивке по кромке фигурных вентиляционных отверстий образуются четыре зоны: зона смятия, имеющая вид узкой блестящей полоски, зона скола, составляющая около 60% толщины исходного металла, имеющая шероховатый вид (см. «Технология холодной штамповки», А.Н.Малов, Москва, 1958, стр.14 и 15; «Справочник по холодной штамповке», В.П.Романовский, Ленинград, 1971 год, стр.18 и 19), и еще одна зона смятия, которая превращается в заусенец, неизбежный при штамповке толстолистового металла (см. «Стойкость разделительных штампов», Ф.П.Михаленко, Москва, 1976, стр.127 и 128, рис.64). Таким образом, декоративный колпак закрывает дефекты по кромке фигурных вентиляционных отверстий.

Недостатки этой конструкции:

- требуется установка защитного декоративного колпака;

- накладываются дополнительные ограничения по размещению элементов тормозной системы (тормозного барабана).

Известно автомобильное колесо, содержащее соединенные сваркой штампованные обод и диск, выполняющий дополнительно функцию декоративного колпака и имеющий центральную опорную зону с рядом отверстий под соединительные болты, промежуточную зону с ребрами жесткости и фигурными вентиляционными отверстиями, а также наружную зону, которая окружает промежуточную и выполнена в виде фланца, примыкающего по поверхности к ободу. На промежуточной зоне диска, по контуру фигурных вентиляционных отверстий выполнен фланец, отогнутый под небольшим углом (около 15°) внутрь колеса (см. колесо автомобиля ГАЗ 31105, промышленный выпуск которого организован с мая 2004 года). При этом увеличиваются прочностные характеристики колеса и скрываются дефекты (скол и заусенец).

Преимуществами этой конструкции колеса по сравнению с рассмотренной ранее являются:

- уменьшение размеров декоративного колпака (колпак закрывает только центральную опорную зону);

- улучшенный внешний вид колеса.

Недостатки:

- необходимость устранения заусенцев по кромке на внутренней поверхности фигурных вентиляционных отверстий, т.к. возможны рекламации ввиду травм (порезов) потребителей;

- не самый современный дизайн - маленькие вентиляционные отверстия и соответствующие им размытые ребра (в настоящее время «модными» являются большие вентиляционные отверстия с фасками и рельефные ребра).

Испытания колес показали, что разрушаются они в основном не в зоне болтовых отверстий, где наибольшие нагрузки на колесо, а по краям вентиляционных отверстий. Причина в образовании микротрещин на сколе, которые при гибке фланца раскрываются. «В зоне резки материал становится более хрупким, повышается его твердость, при испытании на изгиб учащаются случаи образования трещин.... Дефектный слой устраняют резанием или чаще термической обработкой (отжигом)» - см. «Технология холодной штамповки», А.Н.Малов, Москва, 1958, стр.15.

Для устранения заусенцев требуется дополнительная трудоемкость - введение специальной операции (либо это ручная доработка, либо механическая на металлорежущих станках). Штамповкой устранить эти дефекты при существующей точности изготовления штампов и имеющихся допусках на штампуемый металл чрезвычайно сложно, дробеструйной обработкой устранить заусенцы также нельзя, т.к. это лицевая деталь.

Известно также автомобильное колесо, содержащее соединенные сваркой штампованные обод и диск, выполняющий дополнительно функцию декоративного колпака с фигурными вентиляционными отверстиями (см. конструкцию диска колеса рассмотренную в патенте США «Способ изготовления автомобильных колес» 7В 21 К 1/28 US №6073347 А от 10.11.98 года).

В этой конструкции фигурные вентиляционные отверстия выполнены с отбортовкой края (см. конструкцию диска колеса, рассмотренную в патенте США «Способ изготовления автомобильных колес» 7 В 21 К 1/28 US №6073347 А от 10.11.98 года).

При этом внешний вид колеса улучшается, так как скол становится незаметным. Несущая способность колеса в связи с введением дополнительного элемента жесткости естественно возрастает, однако проблемы с удалением заусенцев остаются. На сколе уже гарантированно образуются микро- и макротрещины, которые при отбортовке фланцев раскрываются, являясь причиной образования заметных трещин и, как следствие, преждевременного разрушения колеса. Поэтому в данной конструкции колеса необходима механическая обработка кромок отбортованных вентиляционных отверстий, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления колес и соответственно их стоимость.

Наиболее близким техническим решением является автомобильное колесо, содержащее соединенные сваркой штампованные обод и диск, выполняющий дополнительно функцию декоративного колпака и имеющий центральную опорную зону с рядом отверстий под соединительные болты, промежуточную зону с ребрами жесткости и фигурными вентиляционными отверстиями с фасками, расположенными на внешней стороне по кромке фигурных вентиляционных отверстий, а также наружную зону, которая окружает промежуточную и выполнена в виде фланца, примыкающего по поверхности к ободу (см. «Каталог дисков автомобильных колес», фирмы KFZ RADERFIDEL 98/99 колесо №8150 или на сайте www autodisk.ru).

Недостатками этой конструкции являются:

- низкая несущая способность, требующая увеличения толщины диска;

- необходимость получения фасок механической обработкой на станках с ЧПУ, т.к. поверхность диска и контур вентиляционных отверстий имеют сложную пространственную форму, что значительно увеличивает затраты на изготовление колес.

Техническими задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:

- увеличение несущей способности колеса;

- упрощение технологии изготовления диска колеса и снижение затрат на изготовление колеса в целом.

Поставленные задачи достигаются тем, что в автомобильном колесе, содержащем соединенные сваркой штампованные обод и диск, выполняющий дополнительно функцию декоративного колпака и имеющий центральную опорную зону с рядом отверстий под соединительные болты, промежуточную зону с ребрами жесткости и фигурными вентиляционными отверстиями с фасками, расположенными на внешней стороне по кромке фигурных вентиляционных отверстий, и наружную зону, которая окружает промежуточную и выполнена в виде фланца, примыкающего по поверхности к ободу, размеры фасок, расположенных на внешней стороне по кромке фигурных вентиляционных отверстий, близки к толщине исходного металла диска, а также тем, что на внутренней стороне диска, непосредственно по кромке вентиляционных отверстий, эквидистантно их контуру расположены равномерные пояски прямоугольного сечения, имеющие ширину, близкую к толщине металла диска, и объем, равный объему металла, перемещаемому при образовании фаски.

Сущность технического решения поясняется чертежами:

- на фиг.1 изображено автомобильное колесо - вид сбоку;

- на фиг.2 сечение А-А на фиг.1;

- на фиг.3 показана краевая зона вентиляционного отверстия в увеличенном масштабе,

- на фиг.4 - фотография колеса.

Автомобильное колесо состоит из обода 1 и диска 2, соединенных сварным швом 3. На диске 2 выполнены вентиляционные отверстия 4 с характерной краевой зоной 5. Краевая зона вентиляционного отверстия 5 образована фаской 6 и равномерным пояском 7.

Основными преимуществами этой конструкции автомобильного колеса по сравнению с известными являются:

- увеличение его несущей способности, происходящее за счет того, что при формообразовании краевой зоны вентиляционного отверстия при получении фаски и равномерного пояска холодной штамповкой твердость металла в этой зоне увеличивается примерно на 30% (см. заключение лаборатории ЛМ и фотографии микроструктуры металла в разных зонах штампованного диска), а также за счет увеличения толщины диска на краю вентиляционного отверстия - это фактически дополнительный конструктивный элемент, увеличивающий жесткость конструкции при сохранении объема металла;

- экономия металла в связи с увеличением несущей способности колеса;

- полное исключение механической дообработки вентиляционных отверстий диска на станках с ЧПУ.