專利名稱：用于制造球面軸頸的冷成形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有球形區(qū)域、圓錐區(qū)域和螺紋區(qū)域的用于安裝到球窩關節(jié)中的球面軸頸的冷成形方法。
對于為安裝到球窩關節(jié)中而設置的球面軸頸的制造原則上使用切削以及非切削制造方法。在切削成型時產(chǎn)生較大量的廢料，這些廢料必須進行清除。此外還有如下缺點，廢料首先作為半成品獲得。另外缺點是在如今常用的機床上還不能實現(xiàn)明顯高于10件每分鐘數(shù)量的生產(chǎn)節(jié)拍。此外在切削成型時必要的是至少螺紋區(qū)域必須通過滾壓或者軋制過程加工，以便在該區(qū)域中加工出必要的螺紋。這種滾壓或者軋制操作的生產(chǎn)節(jié)拍同樣也在上述大約10件每分鐘的范圍內。
作為切削加工的替代方案在現(xiàn)有技術中已知，球面軸頸可以通過冷壓或者熱壓方法制造。擠壓過程可以沿著球面軸頸的縱軸線方向進行，其中通常在球面軸頸毛坯的端部上有毛刺，或者也在兩件式擠壓工具中的水平方向進行，其中產(chǎn)生圍繞整個擠壓體毛坯的毛刺。產(chǎn)生的擠壓毛刺按照現(xiàn)有技術通過切削精加工去除。由此在球面軸頸非切削成形時一直到球面軸頸的完工都產(chǎn)生費成本或者費時間的加工過程。
此外由現(xiàn)有技術已知多件式的球面軸頸，但是在這里不詳細研究其制造，因為按本發(fā)明的方法涉及整體式球面軸頸的制造。
本發(fā)明的任務是提供一種用于制造具有球形區(qū)域、圓錐區(qū)域和螺紋區(qū)域的球面軸頸的方法，其中可以顯著提高每單位時間制造的單個球面軸頸的的件數(shù)，從而顯著降低了必要的制造成本。
該任務按照本發(fā)明通過在權利要求1中公開的技術方案解決。在此對本發(fā)明重要的是，首先由桿狀半成品棒料借助于擠壓制造具有成型的圓錐區(qū)域和用于螺紋和球形的圓柱區(qū)域的球面軸頸毛坯，其中擠壓裝料布置在為構成球形設置的區(qū)域的自由端部上，并且接著在接下去的工序中借助于觸發(fā)的同步軋制方法通過滾壓球形區(qū)域成型體成形。
通過所述方法步驟的新型組合可以省去每個切削成型。不僅在擠壓過程時而且在后續(xù)的軋制過程時的生產(chǎn)節(jié)拍對于擠壓大約在每分鐘100件，對于軋制大約在每分鐘50件的范圍內。
對于軋制方法涉及一種所謂的扁平鉗口軋制方法(Flachbackenwalzverfahren)或者圓鉗口軋制方法(Rundbackenwalzverfahren)。
由此通過所述制造過程的組合可以比到目前為止公知的現(xiàn)有技術制造明顯更多的件數(shù)的球面軸頸。另外這還可以由此實現(xiàn)，在扁平鉗口軋制或者圓鉗口軋制的情況下可以由一件工具同時加工多個功能區(qū)，例如球形區(qū)、錐形區(qū)和螺紋區(qū)。此外當然取消了廢料的清除，這在切削制造方法時是必要的。
因為用于軋制機床的投資成本與用于購置車床在相同的成本區(qū)域中浮動，所以在由較高的工件產(chǎn)量引起的制造球面軸頸的初始投資的范圍內對于這種新型的創(chuàng)造性的解決方案還有成本優(yōu)勢。
此外對于按本發(fā)明的方法證明有利的是，在扁平鉗口軋制或者圓鉗口軋制期間首先在圓錐區(qū)域和用于成形球形的圓柱形區(qū)域之間構造頸區(qū)域。在用該新方法制造的球面軸頸上進行的示例性的強度測量得到如下結果，通過由軋制成形頸區(qū)域，球面軸頸的疲勞強度可以增加50％。通過由頸軋制提高疲勞強度可以使用具有微量合金元素的鋼，這種鋼在采購成本方面明顯低于需要熱處理的調質鋼。具有微量合金元素的C-Mn鋼的冷成形特別是在軸頸區(qū)域足夠實現(xiàn)足夠的強度。強度值的增加可以用于在相同的外部載荷的情況下降低相應的球面軸頸的結構尺寸。
此外作為按本發(fā)明的方法的另一種特別的方案也是優(yōu)選的，在軋制過程前在球面軸頸毛坯的用于構造球形區(qū)域的自由端中壓入端面敞開的盲孔形凹槽。該盲孔形凹槽在此可以通過在擠壓時使用的上部工具成形而出。凹槽使得球面軸頸的用于構造球形區(qū)域的圓柱形分區(qū)成形為其最終的球形造型變得容易。此外凹槽也表現(xiàn)為材料的節(jié)省。如果盲孔形的凹槽即所謂的極孔在球面軸頸的球形區(qū)域制造后還至少部分存在，那么凹槽例如可以用于容納傳感器，或者作為油脂存儲器使用。當然在這方面也可以考慮借助于塑料蓋來封閉極孔。
下面根據(jù)附圖來詳細說明在扁平鉗口軋制以及圓鉗口軋制時的工作過程。


圖1示出了球面軸頸毛坯的側視圖，在借助于觸發(fā)的同步軋制方法成形球形區(qū)域前；圖2示出了在軋制過程期間具有布置在其中的球面軸頸的扁平鉗口軋制裝置的示意俯視圖；圖3A示出了軋制過程開始時扁平鉗口軋制裝置的相應于圖2的剖切線A-A的剖面圖；圖3B示出了在軋制過程期間扁平鉗口軋制裝置的相應于圖2的剖切線B-B的剖面圖；圖3C示出了在球面軸頸的成形過程結束時扁平鉗口軋制裝置的相應于圖2的剖切線C-C的剖面圖；圖4示出了具有布置在其中的球面軸頸毛坯的圓鉗口軋制裝置的示意剖面圖；圖5示出了圖4的圓鉗口軋制裝置的俯視圖；圖6示出了具有布置在其中的球面軸頸毛坯的圓鉗口軋制裝置的另一種方案的透視圖；圖7示出了具有設置在其中的球面軸頸毛坯的圓鉗口軋制裝置的示意圖；圖8示出了圖7的圓鉗口軋制裝置的俯視圖。
在圖1中所示的球面軸頸毛坯借助于擠壓方法制造，并且基本上由多個沿球面軸頸縱向依次布置的不同空間構造的分區(qū)組成。不同的區(qū)域在擠壓后借助于按本發(fā)明的方法特征組合成形為其最終造型，其中在按本發(fā)明的冷成形方法結束后獲得了相應于圖3C的視圖的球面軸頸造型。
因此整體用1表示的球面軸頸毛坯相應于圖1的視圖包括設置在球面軸頸毛坯1的一個自由端上的圓柱形區(qū)域2，在球面軸頸制造完工后在該圓柱形區(qū)域2上有用于將球面軸頸固定在機器構件或者車身構件上的螺紋。在圓柱形區(qū)域2上緊連著圓錐形區(qū)域3。該圓錐形區(qū)域3在擠壓過程后基本已經(jīng)具有其最終尺寸，其中在后續(xù)的工序中可以對圓錐表面進行光整。在圓錐形區(qū)域3上還連接著另一個圓柱形區(qū)域4，其包括制成的球面軸頸的頸段，并且在圖3C的相應視圖中在頸段上成形了作為到連接在其上的區(qū)域的過渡部分的切入。作為球面軸頸毛坯1的最后的區(qū)域在其第二自由端上設置了另一圓柱形區(qū)域5，其在到圓柱形區(qū)域4的過渡部分中可以具有半圓形的分區(qū)6。作為半圓形構造的分區(qū)6的替代方案，這里也可以考慮到圓柱形區(qū)域4的圓錐形過渡部分。最后所述的圓柱形區(qū)域4在按本發(fā)明所述的方法的范圍內要成形為球形，因此在球面軸頸的上部自由端上獲得圖3C中所示的球頭18。為了簡化成形過程，可以在上自由端上的圓柱形區(qū)域5中施加一個基本上也是圓柱形構造的盲孔形式的凹槽7。這一點可以在前面的擠壓過程的范圍內執(zhí)行并借助擠壓機的上工具進行。兩個擠壓工具半體在此如下構造，使得兩個半體的分型線處于分型線8的范圍內，從而工件分離面以及由此可能相關的毛刺叢位于要構造成球形的圓柱形區(qū)域5外側。
對于球面軸頸毛坯1借助于觸發(fā)的同步軋制方法通過滾壓型體進行最終成形原則上有三種可能的軋制方法方案可供使用。下面根據(jù)附圖來說明這三種不同的方法。
作為軋制方法方案首先提供了所謂的扁平鉗口軋制方法。對于這種軋制方法，所屬的軋制裝置包括兩個扁平鉗口9、10，其中在圖2的視圖中用9表示的一個扁平鉗口是固定的扁平鉗口，相反與之相對置的扁平鉗口10是可以沿著箭頭P的方向作平移運動的。在扁平鉗口9和10之間有具有進口區(qū)域12和出口區(qū)域13的軋隙11。球面軸頸毛坯1在扁平鉗口軋制方法開始時在剖切線A-A的區(qū)域內送入軋隙11中，其中可運動的鉗口10占據(jù)了點劃線所示的相應位置。通過可運動的扁平鉗口10的移動和由此引起的球面軸頸毛坯1的滾動運動，球面軸頸毛坯通過該軋隙11輸送。在球面軸頸毛坯1在軋隙11內運動期間不僅成形球面軸頸，而且成形連接在其上的頸區(qū)域。為了成形，扁平鉗口9和10在真正的軋制過程開始時相應于圖3A具有這樣一種輪廓，其基本上對應于球面軸頸毛坯1的輪廓。為此目的在圖3A中球面軸頸毛坯1與扁平鉗口9一起示出。在圖3A、3B和3C中所示的其它扁平鉗口10的輪廓形狀原則上對應于所述圖中所示的扁平鉗口9的輪廓形狀。扁平鉗口9和10的輪廓在相互面對的側面14和15上連續(xù)變化直到在制造完成球面軸頸時相應于圖3C的出口區(qū)域13中的最終輪廓形狀。通過可運動的扁平鉗口10的平移運動在圖3A中所示的扁平鉗口9的初始輪廓當然在圖2的視圖中的扁平鉗口10的情況下位于下面的區(qū)域中的點C的區(qū)域中，相反在圖3C中所示的扁平鉗口9的最終輪廓在扁平鉗口10的情況下位于點A的區(qū)域中。由此扁平鉗口9和10在圖2的剖切線B-B的范圍內是對稱的。由扁平鉗口9和10的側面14或者15的輪廓外形的改變可以看到，球體以及頸區(qū)域的成形過程是按階段依次進行的。在將球面軸頸毛坯1引入軋隙11中后首先成形頸部分16，其中同時在圓柱形區(qū)域5的頭部區(qū)域17進行造型，這通過根據(jù)圖1所示的位于球面軸頸毛坯1的自由端的凹槽7得到了簡化。頸部分16借助于軋制方法構造使得在這個區(qū)域中強度顯著增加，因為相對于切削加工不會有材料去除，更確切地說在所述區(qū)域中球面軸頸毛坯的材料變形。
在后續(xù)的軋制過程中，在剖切線B-B和C-C的范圍之間將球頭18最終成形為其最終造型，其中在軋制過程結束時可運動的扁平鉗口10占據(jù)了圖2中的虛線位置III。同時可以在整個軋制過程期間通過扁平鉗口9和10的側面14或者15的輪廓的合適造型對球面軸頸毛坯1的圓錐形區(qū)域3的表面進行光整處理。此外當然也可以在球面軸頸毛坯1的下部自由端部上在圓柱形區(qū)域2中施加所要求的螺紋。由此可能的話通過扁平鉗口的相應的造型在可運動的扁平鉗口10的平移運動期間對整個球面軸頸進行相應的成形，而不必如在切削加工的情況下具有材料去除。此外軋制過程整體上提高了表面的強度，從而可以省去接下去的硬化措施。
作為扁平鉗口軋制方法的替代方案，所述用于制造成品的球面軸頸的所述軋制過程也可以通過其鉗口具有彎曲造型的裝置進行。下面首先根據(jù)圖4和5來說明圓鉗口的第一種形式。圓鉗口軋制裝置在此相應于圖4和5的視圖包括兩個并排布置在平行旋轉軸線19和20上的軋制圓柱體21和22。在兩個軋制圓柱體之間類似于扁平鉗口產(chǎn)生了軋隙11，球面軸頸毛坯1引入該軋隙中。兩個軋制圓柱體21和22在其外表面上具有不僅是球面軸頸毛坯1的輪廓的陰模，而且在另一個錯開大約270°布置在圓周上的角區(qū)域中具有成品球面軸頸的輪廓。軋制過程通過軋制圓柱體21和22的反向旋轉運動進行，其中球面軸頸本身在軋隙11中保持靜止。
圖4和5的視圖示出了在將球面軸頸毛坯1置入軋隙11中后軋制圓柱體的位置。在圖4的剖面圖中同時可以看到，在軋制圓柱體21和22的圓周上在點P1和P2的范圍內錯開180°構造一個輪廓，該輪廓基本上對應于圖3B中所示扁平鉗口9的輪廓。在點P3或P4的范圍內，在軋制圓柱體21或者22的圓周上在圓周面中構造相應于圖3C中所示的扁平鉗口9的輪廓外形。由此球面軸頸毛坯到其最終造型的軋制過程在軋制圓錐體21和22的270°的轉動期間進行。在所謂的圓鉗口軋制方法中當然也可以同時對球面軸頸毛坯1的圓錐形區(qū)域3進行光整處理，也進行在圓柱形區(qū)域2中加入必要的螺紋。
所謂的圓鉗口軋制方法的另一種變型方案也適合這樣的裝置，其中通過類似于上述第一種方案構造的軋制圓柱體23構造鉗口，而第二鉗口通過同心包圍軋制圓柱體的軋制空心圓柱體24構成。類似于上述替代方案的軋制方法，在軋制圓柱體23和包圍該圓柱體的軋制空心圓柱體24之間相應于圖6得到軋隙11，待成形的球面軸頸坯料1引入該軋隙中。在軋制空心圓柱體24的內表面上以及在軋制圓柱體23的外表面上分別形成待軋制的球面軸頸毛坯1的輪廓結構的可變造型。軋制過程本身通過軋制圓柱體23和軋制空心圓柱體24相對反向旋轉進行，其中軋制圓柱體23和軋制空心圓柱體24的相對運動對于造型是重要的。由此必要的話也可以只讓其中一個圓柱體23或者24旋轉，而另一個保持靜止。在這種方法中不僅可以構造球頭還可以構造頸部分，并且必要的話還可以構造圓錐形區(qū)域以及成品球面軸頸的螺紋區(qū)域。由此圓鉗口的這種方案相對于公知的現(xiàn)有技術在高的制造件數(shù)以及強度增加方面也提供了相應的優(yōu)點。
球面軸頸的成形也可以用一種公知的圓鉗口軋制裝置進行，如在圖7和8中示例性所示。
球面軸頸毛坯1的加工在此通過繞著其旋轉軸線旋轉的對稱的軋制圓柱體25和26的滾動進行。球面軸頸毛坯1布置在軋制圓柱體25、26之間的軋隙11中。球面軸頸毛坯1通過軋制圓柱體25、26的相應成形的圓周幾何形狀獲得其球形造型。在軋制圓柱體25、26的表面27或者28中成形凹形輪廓，其也可以構造球面軸頸毛坯1的圓柱形區(qū)域5。旋轉的軋制圓柱體25、26在此首先運動到球形軸頸毛坯1上。這種進給運動例如可以借助于液壓缸進行。
附圖標記列表1 球面軸頸毛坯2 圓柱形區(qū)域3 圓錐形區(qū)域4 圓柱形區(qū)域5 圓柱形區(qū)域6 半圓形分區(qū)7 凹槽8 分型線9 扁平鉗口10 扁平鉗口11 軋隙12 進口區(qū)域13 出口區(qū)域14 側面15 側面16 頸部分17 頭部區(qū)域18 球頭19 旋轉軸線20 旋轉軸線21 軋制圓柱體22 軋制圓柱體23 軋制圓柱體24 軋制空心圓柱體25 軋制圓柱體26 軋制圓柱體27 表面
權利要求
1.用于制造具有球形區(qū)域、圓錐區(qū)域和螺紋區(qū)域的用于裝入球窩關節(jié)的球面軸頸的冷成形方法，其中首先由桿狀半成品棒料通過擠壓制造具有成形的圓錐區(qū)域(3)和用于螺紋的圓柱形區(qū)域(2)和用于球形的圓柱形區(qū)域(5)的球面軸頸毛坯(1)，其中擠壓裝料布置在為構造球形設置的區(qū)域(5)的自由端上，并且其中接著在至少另一個工序中借助于軋制方法通過型體的滾動成形球形區(qū)域。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于所述軋制方法是觸發(fā)的同步軋制方法。
3.按權利要求1或者2所述的方法，其特征在于在所述球形區(qū)域成形為其成品形狀的同時構造螺紋區(qū)域。
4.按權利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于在所述球形區(qū)域成形為其成品形狀的同時將在前面擠壓方法中構造的圓錐區(qū)域(4)進行光整處理。
5.按權利要求1至4所述的方法，其特征在于在所述軋制過程前在球面軸頸毛坯(1)的用于構造球形區(qū)域的自由端中壓入一個端面敞開的盲孔形凹槽(7)。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于所述凹槽(7)由在擠壓時使用的上部工具成形。
7.按權利要求1至6任一項所述的方法，其特征在于在軋制期間首先在圓錐區(qū)域(3)和用于成形球形的圓柱形區(qū)域(5)之間成形圓柱形頸區(qū)域(4)。
8.按權利要求1至7任一項所述的方法，其特征在于作為軋制方法使用扁平鉗口軋制方法。
9.按權利要求1至7任一項所述的方法，其特征在于作為軋制方法使用圓鉗口軋制方法。
10.按權利要求9所述的方法，其特征在于所述圓鉗口是并排位于平行旋轉軸線(19、20)上的軋制圓柱體(21、22)，其外輪廓分別具有待軋制的球面軸頸輪廓的半個陰模，其中球面軸頸在軋制過程期間布置在軋制圓柱體(21、22或者25、26)之間的軋隙(11)中。
11.按權利要求9或者10所述的方法，其特征在于所述圓鉗口通過軋制圓柱體(23)和同心包圍軋制圓柱體的空心圓柱體(24)構成，并且軋制圓柱體(23)的外輪廓和空心圓柱體(24)的內輪廓分別構成了待軋制的球面軸頸的輪廓形狀的在外圓周或者內圓周上可以變化的半個陰模，并且其中球面軸頸在軋制過程期間布置在軋制圓柱體(23)和軋制空心圓柱體(24)的外輪廓和內輪廓之間的軋隙(11)中。
全文摘要
提出了一種用于通過冷成形制造具有球形區(qū)域、圓錐區(qū)域和螺紋區(qū)域的用于裝入球窩關節(jié)的球面軸頸的冷成形方法，其中首先由桿狀半成品棒料通過擠壓制造具有成形的圓錐區(qū)域(3)和用于螺紋的圓柱形區(qū)域(2)和用于球形(5)的圓柱形區(qū)域的球面軸頸毛坯(1)。在擠壓過程之后作為后面的制造工序緊接著借助于軋制方法進行球形區(qū)域的成形。同時可以在其成品形狀中構造螺紋區(qū)域。由此球面軸頸的制造總體上只通過冷成形進行，并且相對于現(xiàn)有技術中公開的方法明顯提高了單位時間的生產(chǎn)件數(shù)。同時可以使用價廉物美的鋼材，因為通過冷成形能夠保證球面軸頸足夠的疲勞強度。
文檔編號B21H1/00GK1886229SQ200480035049
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權日2003年11月27日
發(fā)明者J·克魯塞, K·羅森伯格 申請人:Zf腓特烈港股份公司