形成工业外壳的方法

形成工业外壳的方法
【专利摘要】本发明涉及一种形成外壳的方法，其包含借助各自具有平行于钢管的纵向轴线的辊轧轴线的多个辊对所述管进行径向向内辊轧成形，所述辊压缩所述管且形成经减小直径部分及经扩大直径部分。所述方法接着包含大体在经扩大直径部分及经减小直径部分的中间垂直于所述纵向轴线切割所述管，从而形成多个镜像预成形件。最后，所述方法包含将所述预成形件冷加工成所述外壳的所要形状且将钢的强度增加至少15％，并且形成具有经扩大直径敞开端及经减小直径敞开端的外壳部件。
【专利说明】形成工业外壳的方法

【技术领域】
[0001]在汽车及其它工业中，在长达存在此类工业的时间已使用各种形状及类型的外壳。这些外壳通常在需要结构性能时由铸造物形成或者使用压印工艺由钢板或钢薄板形成。然而，这两种形成外壳的方法均具有已知缺陷。
[0002]在通过铸造形成外壳的情况下，方法导致过大质量块及通常其中实施所述外壳且已导致质量问题的组件中的不平衡。此外，铸造外壳由于铸造染料中的冷却需要而制造起来较缓慢，铸造染料还已知增加制造成本。
[0003]在通过压印金属薄板或金属板而形成外壳的情况下，通常需要昂贵、明显复合染料来形成外壳的必要轮廓，且压印工艺导致材料的显著损耗并且所得外壳通常具有不良结构完整性。先进压印方法可需要多达十六个阶段及加工后操作来实现必要外壳配置。
[0004]因此，长久以来需要克服上文所提及缺点的形成工业外壳的经改进方法，且本发明的由管形成工业外壳的方法克服了这些缺点。


【发明内容】

[0005]本发明涉及一种形成外壳的方法，所述外壳特别包含工业外壳，例如用于汽车组件的外壳，包含转换器外壳、润轮覆环及壳体、叶轮外壳及壳体、转换器盖、催化转换器外壳、离合器外壳、空气压缩机外壳、泵外壳、双万向轴轭配置及轮子。本发明的所述方法包含使用垂直于钢管的纵向轴线延伸的多个辊对所述管进行辊轧成形，每一辊具有平行于所述管的所述纵向轴线的辊轧轴线，其中所述辊压缩所述管，从而在所述管中形成经减小直径部分及经扩大直径部分。如所属领域的技术人员将理解，对钢管进行径向向内辊轧成形导致所述钢管的“冷加工”，此加强所述钢管或增加结构硬度。
[0006]形成本发明的外壳的所述方法中的下一步骤包含优选地在经扩大直径部分及经减小直径部分的约中间处垂直于所述管的纵向轴线切割所述管，借此形成多个镜像预成形件。如将理解，所述管可如所需要那样长以制作多个预成形件。本发明的所述方法接着包含将所述预成形件冷加工成外壳的所要形状，从而将钢的强度进一步增加至少15%，从而形成具有经扩大直径敞开端及经减小直径部分的外壳。可接着穿过所述外壳的所述敞开经扩大直径端将组合件的组件安置于所述外壳中，且所述经减小直径部分将所述组件保持于所述外壳中。如本文中所使用，在其最广泛意义上使用术语“外壳”，且外壳本身可为终端产品，例如滑轮。
[0007]所述管可由任何钢(包含SAE1010、1020或1025钢)形成，但在特定应用中可需要较高碳钢。如所属领域的技术人员将理解，这些钢的碳含量大致由SAE编号的最后两个数字界定。在一个优选实施例中，特别是针对高强度应用，所述管由高强度低合金钢或HSLA钢形成，其中外壳经受压缩或应力。所述钢管可为焊接的或无缝且连续的；然而，当成本成为问题时，焊缝管将为优选的。如所属领域的技术人员将理解，通过以下操作形成焊缝管:辊轧钢薄板，将邻近边缘加热到钢的锻造温度(如通过感应加热)，及接着将经加热边缘驱动在一起以形成焊缝。将预成形件冷加工成外壳的所要形状可包含:将具有外壳的所要形状的心轴插入到所述预成形件的经扩大敞开端，及接着抵靠所述心轴向内辊轧所述预成形件的外表面，从而冷加工钢管且将强度增加多达20%到35%。在本发明的方法的一个实施例中，管成形辊可为“凸面的”，从而形成管的针对在预定位置处需要较大强度的应用在此些位置处具有较大厚度的一部分。
[0008]本发明的由钢管形成外壳的方法具有优于现有技术的数个重要优点。首先，本发明的方法产生成本的实质节省。在通过压印形成外壳的常规方法中，废品率通常大于30 %，且取决于压制(blank-out)系统，材料节省可超过50%。此外，本发明的方法可用于形成在特定区域具有较大厚度且因此仅在需要处较厚以实现重量及材料节省的外壳。通过本发明的方法形成的外壳具有较大强度及耐久性，且不需要昂贵特异型工具。此外，针对需要较大强度的应用，与铸造外壳相比，重量及成本节省大于50%到70%。此外，与压印工艺相比，存在显著制造成本节省，其中可以30英尺/分钟到600英尺/分钟的速度将管成形为外壳部件，此与通过每分钟仅可制作10到15个零件的压印而转移压制成形外壳部件形成对比。
[0009]将从优选实施例的以下说明及所附图式更全面地理解形成本发明的外壳的方法的其它优点及有价值的特征。然而，如将理解，优选实施例及图式的说明仅出于说明性目的且不限制本发明的方法，除非在权利要求书中加以陈述。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1图解说明可用于形成本发明的外壳的方法中的常规钢管或管子；
[0011]图2图解说明借助用于形成预成形件的辊对管进行径向向内辊轧成形；
[0012]图3图解说明一种将预成形件冷加工成外壳的所要形状的方法；
[0013]图4是用于本发明的方法的冷加工步骤的一个实施例中的心轴的透视图；
[0014]图5是本发明的方法的冷加工步骤的另一实施例的侧视横截面图；
[0015]图6图解说明在将预成形件成形为外壳的所要形状之后的图5的冷加工步骤；
[0016]图7图解说明预成形件的替代实施例的侧视横截面图；
[0017]图8是图解说明一种完成外壳中的组合件的方法的经冷加工预成形件的侧视横截面图；
[0018]图9图解说明图8中所展示的外壳组合件；
[0019]图10图解说明一种对在所要位置处具有经增加厚度的管进行辊轧成形的方法；及
[0020]图11图解说明通过图10中所展示的辊轧工艺而形成的管。

【具体实施方式】
[0021]图1图解说明可用于形成本发明的外壳的方法中的常规钢管子或管20。常规钢管或管子20具有轴向或纵向孔22且可取决于外壳的最终应用而由任何钢形成，包含低碳及高碳钢以及高强度低合金(HSLA)钢。管壁的直径及厚度也将取决于应用且可介于(举例来说)从1_到0.5英寸的范围内。管20可包含焊缝(未展示)，但所述管还可取决于应用而为无缝的。然而，焊缝管明显不如无缝管昂贵，且焊缝管适合于大多数应用。
[0022]图2图解说明形成本发明的外壳的方法中的一个步骤，其中多个辊24对钢管20进行径向向内辊轧成形。在优选实施例中，辊24大体垂直于管10的纵向轴线26延伸，其中每一辊具有平行于管的纵向轴线26的由箭头28展示的辊轧轴线。所述辊借此压缩管，从而形成经减小直径部分30及经扩大直径部分32。如上文所陈述，管可为任何长度以形成多个预成形件。接着，在经扩大直径部分32及经减小直径部分30的约中间处垂直于纵向轴线26切割图2中所展示的经辊轧成形管，如分别由切割线34及36展示。可通过任何适合切割工具(包含激光切割器或锯)切割经辊轧成形管20。
[0023]经辊轧成形管的经切割区段那时为各自具有在切割线34处的经扩大直径开口及在切割线36处的经减小直径开口的镜像预成形件38。镜像预成形件38的优选形状将取决于通过本发明的方法形成的外壳的所要形状，如从对所述方法的以下说明将理解。
[0024]形成本发明的外壳的方法中的另一步骤包含冷加工钢预成形件，从而将预成形件成形为外壳的所要形状且取决于所使用的冷加工方法而将钢的强度增加从15%到35%。在图3及4中所展示的实施例中，将预成形件驱动到心轴上且视需要进行压滚。将可能同时辊轧预成形件，如下文参考图5及6所描述。在所揭示实施例中，心轴40包含邻近于底座44的圆柱形底座部分42、截头圆锥形部分46及上部较小直径圆柱形部分48、截头圆锥形过渡部分50及球形端部分52。在此实施例中，驱动到心轴40上的预成形件54包含邻近于经扩大直径敞开端58的圆柱形部分56及邻近于经减小直径敞开端部分62的凹形截头圆锥形部分60。
[0025]图4中所展示的所得外壳部件64包含抵靠心轴40的底座44形成的径向凸缘部分66、围绕心轴的圆柱形部分42形成的大体圆柱形部分68、抵靠心轴的截头圆锥形部分46形成的截头圆锥形部分70、抵靠心轴的圆柱形部分42形成的圆柱形部分64、抵靠心轴的截头圆锥形部分46形成的截头圆锥形部分70、抵靠心轴的较小直径圆柱形部分48形成的较小直径圆柱形部分72及抵靠心轴的球形端部分52形成的向内突出端部分74,向内突出端部分74环绕也抵靠心轴的球形端52形成的经减小直径敞开端部分76。如上文所描述，可抵靠心轴40驱动预成形件54，但优选地同时辊轧预成形件54，如现在关于图5及6所描述。
[0026]图5中所展示的预成形件78的实施例相对简单且容易形成。所述预成形件包含在经扩大直径敞开端82处的圆柱形端部分80、第一凹形截头圆锥形部分84及邻近于经减小直径敞开端部分的第二凹形截头圆锥形部分86。心轴90包含多个减小的直径布阶式端部分，其包含多个圆柱形部分92到100、圆柱形部分92与94之间的径向布阶102及多个减小的直径截头圆锥形布阶式部分104到108。在此实施例中，预成形件78通过辊110或多个辊径向向内成形以符合心轴90的形状，如图6中在112处所展示。如图5及6中所展示的通过辊轧的预成形件的此冷加工将钢预成形件的强度增加25%到35%。如上文所陈述，可通过在心轴上方驱动预成形件、在心轴上方辊轧预成形件或两者的组合而完成预成形件的冷加工。
[0027]图7到9图解说明形成本发明的外壳的方法的另一实施例，其包含外壳组合件的另一实施例。可通过上文关于图1及2所描述的方法形成图7中所展示的预成形件112。预成形件112的此实施例包含在预成形件的经扩大敞开端116处的圆柱形部分114、第一截头圆锥形部分118、第二截头圆锥形部分120及环绕经减小直径敞开端124的径向向内突出唇部122。
[0028]可通过如上文所描述的辊轧预成形件而形成图8中所展示的外壳部件126及盖或罩128。举例来说，可将图7中所展示的预成形件112辊轧成形为外壳部件126。还在图9中以虚影展示预成形件112以图解说明预成形件112及所得外壳部件126的相对大小。在对外壳部件126进行辊轧成形后，接着在图8中所展示的外壳部件126的经扩大敞开端130中接纳组合件的组件。在此实施例中，外壳组合件的组件包含锚定于形成于外壳部件126中的狭槽或凹槽134中的交叉销子132。组合件进一步包含两个小齿轮138。环齿轮(未展示)可焊接到外壳部件126。如所属领域的技术人员将理解，所述小齿轮各自包含带花键开口 140。罩或帽128可接着焊接到外壳部件的经扩大敞开端130，从而形成如第6，945，898号美国专利中所进一步描述的汽车差速器机构，其中通过完全不同的方法形成差速器外壳。
[0029]图10及11图解说明本发明的一种形成具有经加厚部分以实现在应用的预定位置处的经增加强度的管及外壳的方法。首先，在偏心辊146与148之间辊轧具有恒定孔144的管142。可将辊及管142加热以促进成形操作。所得管包含如图11中所展示的经加厚中心部分150。可接着通过上文关于图1及2所描述的方法对具有经加厚中心部分的管142进行辊轧成形，其中经减小直径部分或经扩大直径部分将具有较厚壁以实现经增加强度。
[0030]已描述了形成本发明的外壳的方法的优选实施例，所属领域的技术人员将理解，可在所附权利要求书的权限内对所揭示方法做出各种修改。仅举例来说，虽然图1中所展示的管20、预成形件的部分38及外壳的部分54展示为圆柱形或大体圆柱形的，但所述管、预成形件及外壳可具有任何横截面形状，包含但不限于多边形，包含(举例来说)八边形或六边形。简要地，本发明的方法包含使用垂直于钢管的纵向轴线延伸的多个辊对所述管进行径向向内辊轧成形，其中每一辊具有平行于所述管的所述轴线的辊轧轴线；所述辊借此压缩所述管且形成经减小直径部分及在所述经减小直径部分之间的经扩大直径部分。如将理解，所述管可为任何适合长度以形成多个镜像预成形件。所述方法接着包含大体在经扩大直径部分及经减小直径部分的中间垂直于所述管的纵向轴线切割所述管，借此形成多个镜像预成形件。
[0031]所述方法接着包含将所述预成形件冷加工成外壳的所要形状且将钢的强度增加至少15%，从而形成具有经扩大直径敞开端及经减小直径敞开端的外壳部件。最后，可接着穿过所述外壳的所述敞开经扩大直径端插入组合件的外壳组件，且所述经减小直径部分接着将所述组件保持于所述外壳中。
【权利要求】
1.一种形成外壳的方法，其包括以下步骤: 借助各自垂直于钢管的纵向轴线延伸的多个辊对所述管进行径向向内辊轧成形，每一辊具有平行于所述管的所述纵向轴线的辊轧轴线，所述辊压缩所述管且在所述管中形成经减小直径部分及经扩大直径部分； 大体在经扩大直径部分及经减小直径部分的中间垂直于所述管的纵向轴线切割所述管，借此形成各自具有经扩大直径敞开端及经减小直径敞开端的多个镜像预成形件； 将所述预成形件冷加工成所述外壳的所要形状且将钢的强度增加至少15%，从而形成具有经扩大直径敞开端及经减小直径敞开端部分的外壳部件；及 穿过所述外壳的所述敞开经扩大直径端安置组合件的组件，且所述经减小直径部分将所述组件保持于所述外壳中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢管由低碳钢到中碳钢形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢管由高强度低合金钢形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢管包含纵向焊缝，且所述冷加工将所述管及所述所得外壳的强度增加至少20%。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢管包含通过使用凸面辊将钢板辊轧成管从而形成具有弧形增加的较厚部分的管而形成的纵向焊缝。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述管的所述冷加工包含穿过所述预成形件的所述经扩大直径敞开端部分接纳心轴，及借助多个辊将所述预成形件塑形为所述心轴的形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包含通过保持于所述外壳的所述经扩大直径敞开端上方的单独部件将所述组件保持于所述外壳中。
8.一种形成组件的方法，其包括以下步骤: 借助垂直于具有纵向延伸的焊接部的钢管的纵向轴线延伸的多个辊对所述管进行辊轧成形，每一辊具有平行于所述管的所述纵向轴线的辊轧轴线，所述辊压缩所述管且形成经减小直径部分及大体等于所述管的直径的经扩大直径部分； 大体在经扩大直径部分及经减小直径部分的中间垂直于所述管的纵向轴线切割所述管，借此形成多个镜像预成形件 '及 通过在心轴上方辊轧所述预成形件而将所述预成形件冷加工成物件的所要形状，借此将钢的强度增加至少20%且形成所述物件的具有经扩大直径敞开端及经减小直径部分的所述所要形状。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预成形件的所述冷加工将所述钢的所述强度增加至少25%。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述钢管由低碳钢到中碳钢形成。
【文档编号】B21D19/04GK104271280SQ201380010545
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月24日
【发明者】约瑟夫·舒巴 申请人:舒巴咨询股份有限公司, 价值提取有限责任公司