专利名称：用于制造具有大的轴承支承部位的丝杠的方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于制造丝杠的方法。
背景技术：
由DE10206744B4公开了用螺纹滚压方法制造丝杠。在此，一个在纵向上延伸的毛坯在其外圆周面上基本上在其整个长度上设有至少ー个螺旋状的槽，例如一个滚珠丝杠传动装置的滚珠可在该槽中运转。在滚压螺纹后该毛坯典型地被切削地加工，以便在端部上制造用于径向滚动轴承的轴承支承部位或者用于连接电动机或传动装置的传动轴颈。所述的轴承支承部位和传动轴颈的最大直径由所述螺旋状槽的槽根直径来限定。 在此可能的是，径向滚动轴承或传动轴颈的可这样达到的直径不足以持久地传递在运行中出现的负载。为了解决这ー问题，由US5199169A公开了，将ー个単独的套筒与毛坯的螺旋状槽粘接。所述套筒可以被构造成任意大小的直径，这样上述的承载能力问题不再存在。由于粘接连接的长度可被选择的任意大，也确保了，该粘接连接具有足够大的承载能力。对于所述的粘接替代地，也公开了将一个单独的部件借助摩擦焊接固定在滚压的丝杠毛坯上。
发明内容
本发明的目的在干，提供一种成本更低的方法，以便制备具有大的轴承支承部位或者大的传动轴颈的滚压丝杠。该目的通过独立权利要求的方法达到。本发明以这样的构思为基础，即将毛坯通过在轴承支承部位或传动轴颈的区域中的塑性变形压カ加工在直径上加大，并且接着切削地达到所希望的最终形状。因此，不再必要的是，对于轴承支承部位或传动轴颈提供ー个单独的部件，使得丝杠的制造成本被降低。在所述的塑性变形压力加工时要考虑的是，所述的具有特别是在滚珠丝杠传动装置中高的精度的螺旋状槽，不被塑性地变形。在此利用了，钢在高温时比在环境温度时可被大大容易地变形。在此，尤其是考虑大约1100°c的量级的锻压温度，在该温度下恰恰还不在钢表面上形成氧化皮或氧化层。在此，所述温度构成尤其是在毛坯表面上不应被超过的最大温度。清楚的是，毛坯不可以在整个第一纵向区域中均勻地被加热到该温度，尤其是不能在到毛坯的未被加热的纵向区域的过渡区域中。借助于第一止挡和第二止挡使得毛坯的长度被缩短，由此毛坯在被加热的第一纵向区域中被強制地拱起，由此产生所希望的直径变大。通过这种加热使得对于在第一纵向区域中变形压力加工所需的纵向力在这样的程度上减小，即它不再足以使得毛坯的那些具有环境温度的纵向区域塑性变形。最后所述的纵向区域因此在所述镦粗过程中或者完全没有变形或者仅仅弹性地变形，使得它们的变形是完全可恢复的并且不对那里的螺旋状槽的精度产生不利影响。在从属权利要求中给出了本发明的有利的进ー步构造和改进。所述第一纵向区域可以与所述第一止挡和所述第二止挡间隔开地设置。由此应达到，在所述第一止挡和所述第二止挡的区域中，毛坯具有一温度，该温度大大地低于毛坯的所述最大温度并且以理想的方式位于环境温度上。因此，毛坯在所述第一止挡和第二止挡的区域中基本上不被塑性地变形。因此排除了，毛坯与所述第一止挡或所述第二止挡形锁合地卡死，使得这些部件不再能相互脱开。此外，根据本发明的在第一纵向区域中的塑性的拱起不被所述固定的止挡阻止。 毛坯在变形压カ加工后的形状因此仅仅取决于加热后的温度分布以及所述第一止挡和第 ニ止挡的间距改变。这些过程參数可以用很小的耗费无级地改变，使得丝杠的所希望的最大直径可被无级地调节。毛坯的第一纵向区域可以用交流电感应加热，所述交流电被环形地绕着毛坯来导送。毛坯的所述感应加热因此仅要求很短的时间，由此尽可能地阻止了热量流入到毛坯的不应被塑性变形的纵向区域中。此外，通过承载所述交流电的电导体的形状，可以非常精确地调节哪里应被加热。所述交流电具有优选5kHz到50kHz之间的频率。用所述上界限值可以达到非常快的毛坯加热，其中随着毛坯的直径増加，在其芯中不能达到足够高的温度。在这种情况下，所述频率必要时可被降低到下界限值。所述交流电优选被通到一个铜丝中，该铜丝相对于纵向螺旋状地延伸，其中它具有到毛坯的足够大的距离，使得可靠地排除了，它与毛坯接触。所述螺旋状的铜丝通常被称作感应器。所述毛坯在加热期间可相对于所述纵向旋转。由此达到，所述温度分布相对于纵向是旋转対称的。结果本发明的拱起也是旋转対称的。因为切削制造的最终形状在绝大多数情况下也是旋转対称的，因此以这种方式避免了不必要的下脚料。所述的塑性直径变大可以被保持限制在最小必需的尺寸上。毛坯可以在所述加热和/或变形压力加工期间在纵向上在所述第一纵向区域之前和/或之后处被冷却，其方式是它被用冷却液喷射。毛坯的螺旋状槽优选被淬硬，因此它在丝杠传动装置的运行中具有高的耐磨性。通过本发明的加热存在这样的危险，该硬度至少在第一纵向区域的附近消失。通过所建议的冷却避免了钢在回火温度上的加热，使得保留了硬度。进ー步地，毛坯不再具有完全的锻压温度的过渡区域被縮小。在同样被塑性变形的区域中，螺旋状槽不再可被用于丝杠传动。同时所述变形不够大，使得所述直径变大足够用于轴承支承部位或传动轴颈的制造。所述过渡区域因此仅仅使得后来的丝杠传动装置的结构长度变大，没有因此与利用相关联。所述冷却液优选是水，混合了水的聚合物溶液或者油。也可考虑将ニ氧化碳或者其它的在环境温度下气体状的液体喷射到毛坯上。这些气体在此可以被这样强地冷却，使得它们是液体的并且在冷却过程中蒸发。由此可以达到特別高的冷却效果。所述毛坯可以在所述第一止挡和所述第二止挡的相对于纵向的相对运动期间是不转动的，因此仅仅是所述第一止挡和所述第二止挡的纵向运动作用在毛坯上。通过毛坯的其它运动造成的不希望的变形因此被避免。在所述第一纵向区域中可以在所述切削加工后保留所述螺旋状槽的ー个剩余部分。因此，所要求的直径变大以及因此所要求的变形压力加工力的可被限制到ー个最小的量上。在此要注意，该最大的变形压力加工力通过毛坯材料在环境温度中的弹性极限限定。 所述螺旋状槽的剩余部分对于所述轴承支承部位或者传动轴颈通常不是有害的，因为轴承支承部位或传动轴颈通常具有足够大的承载面积。所述毛坯可以在第一纵向区域中在冷却到环境温度之前经受ー个退火处理，其方式是毛坯的第一纵向区域在Is至IOs的时间上被加热到750°C至800°C的温度上。由此应该在第一纵向区域中调节出ー种材料组织，该材料组织使得能够被简单地切削加工。同时应避免，丝杠由于过硬的部位而折断。在此应注意，丝杠优选由可硬化的钢构成。它可以在根据本发明的变形压力加工过程中至少局部地硬化。所述毛坯可以在退火处理期间相对于纵向旋转。因此达到所述毛坯的旋转对称的完全加热，使得所力求达到的材料组织同样旋转対称的构成，缺陷部位被这样避免。退火处理可以被用相同的装置来进行，借助于该装置先前加热了毛坯。以这种方式使得本发明方法的实施成本最小。尤其是，ー种感应工作的加热装置是无困难地适合干， 产生两种温度。对此适配地调节流过所述感应器的交流电的强度或者频率就够了。在相同的毛坯上相继地实施多个根据本发明的方法，其中这些相应的第一纵向区域在纵向上相互紧邻地设置。由此，毛坯的直径在ー个特别长的区域上应被加大。在一次应用本发明的方法时，获得第一纵向区域的直径变大以及长度之间的确定的关系，它仅可在一定的范围内被调节。通过所建议的方法，可以避免毛坯直径的不必要大的变大，以及因此避免过大的变形压力加工力。在此要注意，所述最大的变形压力加工力通过毛坯的冷材料的弹性极限限定。到最终形状的切削加工优选一次地在整个方法的最后进行。
本发明在以下结合所附的附图被详细说明。其中图1是用于实施根据本发明方法的装置的示意性简化图示的侧视图，图2是毛坯在第一纵向区域中镦粗后的示意性简化图示的侧视图，图3是带有按本发明的方法制造的丝杠的丝杠传动装置的示意性简化图示的侧视图。
具体实施例方式图1示出了用于实施根据本发明方法的装置40的示意性简化图示的侧视图。该装置40包括一个坚固的基架41，它平行于毛坯12的纵向11地延伸。在该基架41上在纵向 11上可调节位置地固定了ー个第一和ー个第二相同的止挡角形托座42，43，使得该装置40 可以与毛坯12的不同的长度相适配。这些止挡角形托座42，43的平的止挡面44垂直于纵向11地定向，并且相互朝向对方。在第一止挡角形托座42的止挡面44上固定了一个液压缸47，它的活塞杆48可在纵向11上移动。也可代替所述液压缸47，设置ー个机械的驱动装置，尤其是一个电动缸，所述驱动装置例如被装备ー个具有特別高的承载能力的行星丝杠传动装置(Planentengewindetrieb)或ー个滚动体丝杠传动装置。在活塞杆48的前端部上设置ー个圆筒形的容纳空槽49。该毛坯12以ー个端面靠触在所述容纳空槽49的平底面上，使得所述底面构成第一止挡45。容纳空槽49的直径稍微大于毛坯12的外径，使得毛坯12可以在该容纳空槽中自由转动，并且当根据本发明的塑性变形结束时也可自由转动。毛坯12以其相反的端面靠触在第二止挡角形托座43的止挡面46上，使得该止挡面构成第二止挡46。通过活塞杆48的移动出，因此可以缩短第一止挡45和第二止挡46在纵向11上的间距。代替作用在毛坯的端侧的端面上的所述止挡45，46，也可以设置作用到毛坯12的螺旋状槽13中的止挡。毛坯12被横向于纵向地通过ー个第一组和ー个第二组支撑滚子60，61支撑，其中取决于毛坯的整体长度地可设有少于或多于两组支撑滚子。每组支撑滚子60，61在此包括三个可转动的滚子，这三个滚子在相同的纵向位置上被均勻分布地设置在毛坯12的圆周上。第一组60的支撑滚子的至少ー个被构造为被驱动的支撑滚子63，使得毛坯12可被置于相对于纵向11的旋转运动。其余的支撑滚子是可自由转动的，其中它们的旋转轴线62 平行于纵向地延伸。在第一组支撑滚子60与第一止挡45之间设置了一个感应器64，该感应器64由 ー个具有大约5毫米直径的铜丝构成，该铜丝螺旋状地绕所述毛坯12延伸，其中该铜丝不接触毛坯，所述铜丝的端部与ー个交流电源65相连接，该交流电源的交流频率可在5kHz和 50kHz之间调节，其中由交流电源65和感应器64組成的该装置可在纵向11上移动。由此， 该感应器64可以加热毛坯的每个所希望的部位。如果感应器64在加热期间被移动，第一纵向区域(图2，14)的长度可大于感应器64的宽度，在该第一纵向区域中应进行所述加热。此外感应器64可以在加热后由第一纵向区域移动出，使得感应器不干扰第一纵向区域的拱起。对此替代地，感应器64可以被构造有ー个足够大的直径，使得它不接触被拱起的毛坯12。在感应器64和第一组支撑滚子60之间设置了ー个环形喷射装置66。该环形喷射装置66与由感应器64和交流电源65組成的组件固定地连接，使得环形喷射装置可以与感应器64 —起在纵向11上移动，其中在毛坯12的加热期间，环形喷射装置66与感应器64 之间的距离被固定地预先给定。环形喷射装置66环绕限定了一个环形的空腔，该空腔围绕着所述毛坯12。在环形喷射装置66的朝向毛坯12的内侧面上设置了多个喷嘴，它们均勻分布地设置在环形喷射装置66的圆周上。冷却液67，例如水，被处在压力下输送给所述环形空腔并且通过所述喷嘴喷射到该毛坯12上，使得毛坯12被冷却。在将毛坯12置入装置40之前，所述液压缸47被移动入，并且感应器64与环形喷射装置66—起被移动到朝向液压缸47的终端位置。进ー步使该第二止挡角形托座43在纵向11上在这样的程度上移动，使得毛坯12可以穿过该环形喷射装置66以及感应器64而导入到液压缸47的容纳空槽49中。在导入毛坯12后，使支撑滚子60，61以及第二止挡角形托座43置干与毛坯12的作用中。接着感应器64被移动到第二纵向区域(图2，14)中， 并且被施加交流电，使得毛坯被加热到锻压温度。毛坯12在被加热期间由所述受驱动的支撑滚子63置于旋转运动，使得旋转对称地进行所述加热。进ー步地，在加热期间通过环形喷射装置66将冷却水67喷射到毛坯12上，使得毛坯12在第一纵向区域旁边不被不必要地加热。在加热结束后，使得受驱动的支撑滚子63的旋转驱动装置停机。感应器65保留在其纵向位置上，其中环形喷射装置66继续保持工作，以便冷却毛坯12。然后使得液压缸 47移动出，以便使得第一止挡45和第二止挡46之间在纵向11上的距离被缩短，由此毛坯 12在第一纵向区域(图2，14)中被拱起。该感应器64在此被构造有ー个这样大的直径，使得感应器不接触所述被变形的毛坯12。然后将环形喷射装置66关断并且将毛坯12用感应器64加热例如5秒(s)到ー个750°C的退火温度上，在此期间毛坯被借助所述受驱动的支撑滚子63置于旋转运动。然后将毛坯12从装置40中取出并且冷却到环境温度，使得进行切削的最终加工，例如在ー个车床上，可以被进行。图2示出了毛坯12在第一纵向区域14中塑性变形后的示意性简化图示的侧视图。毛坯12在其整个长度上设有ー个螺旋状的槽13，其中在图2中如在图1和图3中一样，由于简化的原因仅示出了最初的以及最后的槽环段。在图2中可看到毛坯12在镦粗过程后的拱起的形状，该形状仅仅由加热以及所述第一和第二止挡相向地被移动了位移后的温度分布得到。以窄的点划线示出了最终形状16，它借助于切削加工来制造。该最终形状16包括一个带有一止挡边19的轴承支承部位18以及ー个传动轴颈20。该轴承支承部位18尤其是在止挡边19的区域中具有比毛坯12在起始状态中的直径更大的直径。最终形状16完全位于毛坯12的被拱起的形状之内。对此例外的仅仅是区域15，在该区域中保留着在丝杠上的螺旋状槽13的一个剩余部分。在图2中可进ー步看到，传动轴颈20具有ー个直径，该直径小于毛坯12在初始状态中的直径。因此，该区域不必被加热，并且因此可无问题地被容纳在液压缸的容纳空槽 (图1，49)中，以便横向于纵向11地支撑所述毛坯12。图3示出了具有一个丝杠10的丝杠传动装置30的示意性简化图示的侧视图，该丝杠被按照本发明的方法制造。该丝杠10被ー个套筒形的滚珠丝杠螺母34环绕，该滚珠丝杠螺母通过循环的滚珠形的滚动体与丝杠10的螺纹配合。在图3中的左侧上设置了一个用于ー个第一径向滚动轴承32的传统地制造的第一轴承支承部位17。该第一轴承支承部位17在此借助于ー个车床被直接加工到未被变形的滚珠丝杠10上。在相反的侧上设置了按照本发明的第二轴承支承部位18，该轴承支承部位具有比毛坯在初始状态下的直径更大的直径。相应的第二径向滚动轴承33可例如作为角接触球轴承构成，以便它可传递由丝杠传动装置30产生的纵向カ到下级的组件31上。丝杠10为此设有ー个止挡边19，该止挡边被加工到了根据本发明拱起的区域中。另外放弃了示出用于在纵向11上固定径向滚动轴承32，33的其它几何结构。还要指出的是传动轴颈20，通过该传动轴颈20，该丝杠10可借助于ー个联轴器与 ー个电动机或者一个传动装置处于旋转驱动连接。此外要指出的是通过本发明方法制造的过渡区域21，该过渡区域既不能用于起承载作用的螺旋状槽13，也不能用于第二轴承支承部位18。參考标号表10 丝杠11 纵向12 毛坯13螺旋状槽14第一纵向区域15区域，所述槽的一个剩余部分处于该区域中16最终形状17第一轴承支承部位
18第二轴承支承部位
19止挡边
20传动轴颈
21过渡区域
30丝杠传动装置
31下级组件
32第一径向滚动轴承
33第二径向滚动轴承
34滚珠丝杠螺母
40装置
41基架
42第一止挡角形托座
43第二止挡角形托座
44止挡面
45第一止挡
46第二止挡
47液压缸
48活塞杆
49容纳空槽
60第一组支撑滚子
61第二组支撑滚子
62支撑滚子的旋转轴线
63受驱动的支撑滚子
64感应器
65交流电源
66环形喷射装置
67冷却液
权利要求
1.用于制造丝杠(10)的方法，包括以下步骤提供一个由钢制成的在纵向(11)上延伸的毛坯(12)，该毛坯在其外圆周面上基本上在其整个长度上设有至少ー个螺旋状的槽(13)，加热该毛坯(1 的ー个第一纵向区域(14)，使得对于毛坯在第一纵向区域(14)中塑性变形压力加工所需要的力低于在环境温度下用于毛坯(12)的塑性变形压カ加工所需要的力，将毛坯(1 纵向固定地夹紧在一第一止挡0 和一第二止挡G6)之间，其中所述第一止挡0 和第二止挡G6)在纵向(11)上的相对位置被调节，使得它们的间距被缩短， 使得所述第一纵向区域(14)在相对于纵向(11)的径向上拱起，将毛坯(1 冷却到环境温度上，在毛坯(12)的径向上拱起的第一纵向区域(14)的区域中切削加工毛坯(12)到所希望的最终形状。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该第一纵向区域(14)与所述第一止挡G5)和所述第二止挡G6)有间距地设置。
3.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在干，毛坯(1 的所述第一纵向区域 (14)被借助交流电感应地加热，该交流电被环形地围绕所述毛坯(1 导通。
4.根据以上权利要求任一项所述的方法，其特征在干，该毛坯(1 在加热期间相对于纵向(11)转动。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在干，该毛坯(1 在加热和/或压力加工期间在纵向(11)上在所述第一纵向区域(14)之前和/或之后处被冷却，其方式为毛坯被用一冷却液喷射。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在干，所述毛坯(1 在所述第一止挡0 和所述第二止挡G6)相对于纵向(11)相对运动期间是不转动的。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在干，在所述第一纵向区域(14)中在所述切削加工之后保留有该螺旋状槽(1 的一个剩余部分。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在干，该毛坯(1 在所述第一纵向区域(14)中在所述冷却到环境温度前被经受ー个退火处理，其方式为它在从1秒(s)到10 秒(s)的时间上被加热到750°C -800°C的温度上。
9.根据权利要求8的方法，其特征在干，该毛坯(1 在所述退火处理期间相对于所述纵向(11)旋转。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，该退火处理被用与毛坯(1 先前被加热所用的相同的装置GO)来进行。
11.用于制造丝杠10的方法，在该方法中相继地在同一毛坯(1 上实施根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，这些相应的第一纵向区域(14)在纵向(11)上紧邻地设置。
全文摘要
本发明涉及一种在一个滚压的丝杠上(12)制造具有大的直径的轴承支承部位(16)或传动轴颈(20)的方法。根据本发明，丝杠的毛坯(12)在纵向(11)上被热镦粗，使得毛坯相对于纵向(11)径向地拱起，其中，制备具有加大的直径的一个第一纵向区域(14)。
文档编号C21D9/00GK102554584SQ20111041142
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者R·格罗贝尔 申请人:罗伯特·博世有限公司