专利名称：用于锻造转向齿条的锻模设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆齿条的转向齿条和小齿轮转向齿轮的制造、且特定而言涉及用于锻造转向齿条的锻模设备。
背景技术：
通常，车辆转向齿条是由圆形实心棒原料制成，且其具有靠近一端跨越整个该棒上而开凿的带齿区域。这得到了具有’D’形的带齿区域的截面，且因此这些齿条通常被称作“D形齿条”。从圆形实心棒原料制造转向齿条的备选方法是锻造所述带齿区域。锻造的优点在于齿可被成形以具有可变的齿轮比。美国专利4，571，982 (Bishop等人)和5，862，701(Bishop等人)披露了用于对具有一种具备“Y”形截面的带齿区域的转向齿条进行无飞边 温煅的锻模设备。这些类型的齿条被称作“Y形齿条”。这些锻模设备的缺点在于它们仅适用于锻造Y形齿条。钢的温煅是熟知的。用于温煅的实际温度取决于应用，且可在从600°C至1000°C的范围。在从6500C至800°C的范围中的温度特别适合于锻造并不需要精加工的精确网形齿轮齿OWO 2005/053875 Al (Bishop Innovation)特别地公开了用于无飞边温煅D形齿条的各种锻模布置。但是，需要一种改进的锻模设备来实施在WO 2005/053875 Al中所公开的锻模布置中的某些。特别地，需要提供一种适合于锻造“大偏移”齿条的改进的锻模设备。较大偏移齿条的齿比典型D形齿条更靠近齿条的纵向中心线。较大偏移的齿条具有比典型D形齿条更宽的齿，这使得它们适合于柱助力式转向齿轮。另一类型的转向齿条为“V形齿条”。这些齿条具有V形截面。还需要适合于锻造D形齿条和V形齿条的一种改进的锻模设备。本发明的目的在于提供一种用于锻造转向齿条的改进的锻模设备，或者至少一种有用的备选方案。
发明内容
在第一方面,本发明在于一种用于从棒锻造转向齿条的锻模设备,转向齿条包括一种带齿部分，带齿部分包括齿轮齿的阵列，锻模设备包括第一组件和第二组件，第一组件和第二组件可借助于压力机而沿着一轴线朝向彼此移动以锻造转向齿条，第一组件包括由第一垫板/枕垫(bolster)所支承的齿锻模，所述齿锻模具有一种带齿的成型表面，其被成形为齿轮齿的对应部，第二组件包括第二垫板、第一侧锻模和第二侧锻模以及中心冲头，中心冲头安置于第一侧锻模和第二侧锻模之间且与带齿的锻模相对着，其特征在于，第二组件还包括第三垫板和偏压装置,第三垫板置于第一垫板与第二垫板之间、且可沿着轴线相对于第二垫板移动，偏压装置适于朝向第一组件偏压所述第三垫板，第一侧锻模与第二侧锻模由第三垫板支承，且中心冲头由第二垫板支承，该布置使得当锻模设备关闭时，第三垫板邻靠着第一组件以形成关闭/闭合的锻造腔且然后，当锻模设备继续关闭时，中心冲头穿过关闭的锻造腔以完成转向齿条的锻造。优选地，偏压装置包括至少一个活塞，每个活塞由在相对应流体腔中的液压流体而偏压。优选地，活塞邻靠着第三垫板、并且流体腔是在所述第二垫板中。优选地，锻模设备还包括至少一个夹具，夹具适于在锻造转向齿条时夹持所述棒。优选地，夹具包括由第一组件所携载的第一夹具半件、和由第二组件所携载的第二夹具半件，在锻模设备关闭时，第一夹具半件和第二夹具半件包围着该棒。优选地，第二夹具半件由第三垫板支承。优选地，第一夹具半件借助于液压活塞朝向第二组件偏压。优选地，至少一个夹具包括两个夹具，夹具适于夹持住所述棒的锻造为带齿部分 的一部分的任一侧。优选地，中心冲头附连到中心冲头载体上，中心冲头载体附连到第二垫板上，中心冲头载体穿过第三垫板中的开口。优选地，带齿部分还包括了在与齿轮齿的阵列相反的带齿部分的侧部上的一种纵向凹进，以及在所述凹进的任一侧上的第一支承表面和第二支承表面，中心冲头具有被成形为凹进的对应部的一种成型表面，且第一侧锻模和第二侧锻模具有分别被成形为第一支承表面和第二支承表面的对应部的成型表面。优选地，转向齿条为D形齿条且支承表面基本上为弓形。优选地，转向齿条为V形齿条且支承表面基本上为平坦的。在第二方面，本发明在于一种从钢棒来制造转向齿条的方法，其包括以下步骤
(a)将棒的一部分加热到适合于温煅的温度；
(b)将棒置于根据权利要求I所述的锻模设备内；以及
(C)借助于压力机来关闭锻模设备以在棒上锻造一种带齿部分。优选地，温度在650°C与800°C之间。
图I为由图4所示的锻模设备所锻造的典型D形齿条的侧视图。图2为沿着图I所示D形齿条的II-II的截面图。图3为用于锻造图I所示的齿条的钢棒的侧视图。图4为示出处于其打开位置的根据本发明的锻模设备的纵向截面图。图5为沿着图4所示的锻模设备的V-V的截面图。图6为沿着图4所示的锻模设备VI-VI的局部截面图。图7为示出处于部分关闭位置的图4的锻模设备的纵向截面图。图8为沿着图7所示的锻模设备VIII-VIII的截面图。图9为沿着图7所示的锻模设备IX-IX的局部截面图。图10为示出处于其完全关闭位置的图4的锻模设备的纵向截面图。图11为沿着图10所示的锻模设备的XI-XI的截面图。图12、图13和图14分别为图5、图8和图11的细节视图。图12、图13和图14为分别处于其打开、部分关闭和完全关闭位置的图4所示的锻模设备的锻模元件的详细截面图。图15为由根据本发明的锻模设备而锻造的V形齿条的截面图。图16为装配有适于用以锻造图15所示V形齿条的锻模元件的图14所示的锻模设备的详细截面图。
具体实施例方式图I和图2示出了由根据本发明的锻模设备所锻造的典型转向齿条I。齿条I为D形齿条，且其具有带锻造的齿轮齿3阵列的带齿部分2。长圆柱形柄部4从带齿部分2的一端延伸，且短圆柱形部分5从带齿部分2的另一端延伸。图2示出了带齿部分2的基本上D形截面。带齿部分2在与齿3相反的带齿部分2的侧部上具有纵向凹进8。纵向凹进8延伸了带齿部分2的长度。带齿部分2在凹进8的任一侧具有两个基本上弓形的支承表面7。在组装的转向齿轮中，轭状件接触着弓形支承表面7以引导该齿条I。图I和图2所示的齿条I处于锻造条件，且还需要进一步机加工操作来生产一种完成的转向齿条。但是， 带齿部分2通常并不需要任何精加工，因为齿3通常被锻造为网状。图3示出了用来锻造所述齿条I的实心钢棒6。其具有在较小直径圆柱形部分9任一侧的分别与齿条I的部分4和5对应的圆柱形部分4a和5a。当锻造了棒6时,部分9变成了带齿部分2，且其直径小于部分4a和5a以匹配带齿部分2的截面区域。在其它未图示的实施例中，钢棒可沿着其长度具有单个恒定直径，或者可具有更复杂的轮廓，取决于齿条的设计。图4至图14示出了适于从钢棒6锻造齿条I的根据本发明的锻模设备10。锻模设备10实施了一种在WO 2005/053875 Al (Bishop Innovation)中所公开的锻模元件的布置。未示出锻模设备10的构造的某些细节，诸如各种间隔件、紧固件、密封件和其它具体构件。本领域技术人员将会了解这些细节是实施本发明所必需的。而且，图示成构造为单个连续零件的某些构件实际上可由附连在一起的若干零件构成。特别地参看图4和图5，锻模设备10包括第一组件11和第二组件12。组件11和12分别附连到压力机(未图示)的压板13和14，从而使得组件11和12可借助于压力机而沿着轴线15朝向彼此移动、以从棒6来锻造所述齿条I。优选地，压力机为螺旋型压力机。第一组件11包括第一垫板18和齿锻模19。齿锻模19附连到第一垫板18上且由第一垫板18支承。齿锻模19具有一种带齿成型表面20，其成形为齿条I的齿3的对应部。第二组件12包括第二垫板22、第三垫板23、两个侧锻模24和中心冲头25。第三垫板23置于第一垫板18与第二垫板22之间，且其可沿着轴线15相对于第二垫板22移动。第三垫板23相对于第二垫板22的移动受到引导柱28的引导，引导柱28附连到第二垫板22，且在第三垫板23中在相对应的内孔30中滑动。在引导柱28的端部处的帽29限制了第三垫板23的相对向下移动。在其它未图示的实施例中，第三垫板23可受到键而非引导柱28的引导。附连到第一垫板18和第三垫板23的接触块55彼此邻靠，以在锻模设备10关闭时限制第一垫板18与第三垫板23朝向彼此的相对移动。附连到第二垫板22和第三垫板23的接触块56彼此邻靠，以在锻模设备10关闭时限制第二垫板22与第三垫板23朝向彼此的相对移动。适于朝向第一组件11偏压所述第三垫板23的偏压装置包括活塞34。每个活塞34的轴杆邻靠着第三垫板23，且在第二垫板22中在相对应的内孔35中滑动。在第二垫板22中在每个活塞34上方的流体腔36通过端口 37被填充了液压流体。当对腔36加压时，活塞34受向下偏压，其朝向第一组件11偏压所述第三垫板23。在此示例中设有两个活塞
34。但是，在其它未图示的实施例中，可设有任何数量的活塞，且在一个优选实施例中设有四个活塞。通过将中心冲头25附连到中心冲头载体26、而中心冲头载体26附连到第二垫板22，来由第二垫板22支承了所述中心冲头25。中心冲头载体26穿过所述第三垫板23中的开口 27。中心冲头25与齿锻模19相反，且其置于两个侧锻模24之间。侧锻模24刚性 地附连到第三垫板23、且由第三垫板23支承。特别地参看图12，中心冲头25具有一种成型表面23，成型表面23成形为带齿部分2中的凹进8的对应部；且侧锻模24具有一种基本上弓形的成型表面32，成型表面32成形为带齿部分2的支承表面7的对应部。齿锻模19、中心冲头25以及侧锻模24为可替换的锻模元件，其能在若磨损的情况下替换，或者能锻造具有不同设计的齿条。特别地参看图4和图6，锻模设备10还包括两个夹具39a和39b，夹具39a和39b适于在将棒6锻造为转向齿条I时夹持所述棒6。夹具39a和39b为齿锻模19的相邻相对端部，从而使得它们适于夹持棒6的锻造为带齿部分2的部分9的任一侧。夹具39a和39b中的每一个包括由第一组件11所携载的第一夹具半件40、和由第二组件12所携载的第二夹具半件41。如图9所示，在锻模设备40关闭时，夹具半件40和41包围着该棒6。特别地参看图6，第二夹具半件41由第三垫板23支承、且附连到第三垫板23。第一夹具半件40可相对于第一垫板18在有限范围内竖直移动。第一夹具半件40在第一垫板18中的槽42中受到引导。第一夹具半件40的向下移动受到与间隔件43接触的限制，且向上移动受到与板44接触的限制。每个第一夹具半件40由液压活塞46朝向第二组件12偏压。每个活塞46的轴杆的端部邻靠着其相应夹具半件40，且每个活塞46在第一垫板18中在相对应的内孔49中滑动。在第一垫板18中、在每个活塞46下方的流体腔47通过端口 48而被填充了液压流体。当对腔47加压时，活塞46受向上偏压，其将第一夹具半件40朝向第二组件12偏压。特别地参看图4，圆柱形端部挡止件51位于夹具39a的半件40、41之间以防止在锻造期间在轴向将材料从夹具39a挤压出来。端部挡止件51由楔形部件52支承,楔形部件52在夹具39a的第一半件40顶部上滑动。在锻模设备10关闭时，楔形部件52接触着附连到第一垫板18的相对应的楔块53，以偏压所述端部挡止件51抵靠该棒6的端部。现将描述根据本发明的锻模设备10的操作、和锻造齿条的示例方法。图4、图5、图6和图12不出了处于其打开位置的锻模设备10,且棒6被加载到其内。被锻造为带齿部分2的棒6的至少部分在将其加载到锻模设备10内之前被加热到适合于温煅的温度。优选地，此温度在650°C至800°C的范围。对于图3所示的示例棒6，加热了至少部分9。在打开位置，流体腔36被填充液压流体以完全延伸所述第三垫板23远离第二垫板22，从而使得在接触块56之间存在着间隙57。而且，流体腔47被填充液压流体以完全延伸所述第一夹具半件40远离第一垫板18。流体腔36和47通常当它们被填充时受加压。压力机(未图示)然后被操作以通过使得组件11和12沿着轴线15朝向彼此移动来关闭锻模设备10，其将棒6锻造为齿条I。图7、图8、图9和图13示出了处于部分关闭位置的设备10，在此点，将棒6锻造为部分锻造的齿条I，其具有部分锻造的带齿部分2a。在此位置，借助于彼此邻靠的接触块55，第三压板23已邻靠着第一组件11。在从打开位置移动到此部分关闭位置时，第二垫板22和第三垫板23 —起移动，并且介于接触块56之间的间隙57是由活塞34在第三垫板23上所提供的向下偏压来维持。特别地参看图13，在此部分关闭位置，其中第三垫板23邻靠着第一组件11，形成了关闭的锻造腔。此关闭的锻造腔是由齿锻模19的带齿成型表面20、中心冲头25的成型表面33、以及侧锻模24的弓形成型表面32所限定的。一种关闭的锻造腔意味着，在锻模元 件19、25、24之间不存在间隙，且所锻造的材料被约束于关闭的腔。这导致锻造是“无飞边”的，因为在锻模元件之间不存在用以形成飞边的间隙。在中心冲头25与侧锻模24之间存在较小空隙，以允许中心冲头25相对于侧锻模24移动，但此空隙并不足够大以允许形成飞边。特别地参看图9，在此部分关闭位置，夹具39a和39b借助于包围着棒6的夹具半件40和41来夹持该棒6。在从打开位置移动到此位置时，第一夹具半件40向下推活塞46，直到第一夹具半件40邻靠着间隔件43。这压缩了在流体腔47中的液压流体以在流体中产生压力，这向上偏压所述第一夹具半件40以牢固地夹持该棒6。通过限制从腔47穿过端口48的流体的流动来在腔47中产生压力。这可通过泄压阀(未图示)或者通过关闭所述端口 48使得流体不能逸散/放出而实现。锻模设备10然后继续关闭，直到其到达图10、图11和图14所示的完全关闭位置，来完成齿条I的锻造。在从图7、图8、图9和图3的部分关闭位置移动到此完全关闭位置时，并不存在第三垫板23和夹具半件40和41相对于第一组件11的进一步移动。在该锻模设备10从部分关闭位置继续关闭到完全关闭位置时，第二垫板22相对于第三垫板23向下移动，直到借助于彼此邻靠的接触块56而使得第二垫板22邻靠着第三垫板23。在此移动期间，活塞34使得第三垫板23朝向第一组件11偏压，以防止在关闭的锻造腔中增加的锻造压力提升所述侧锻模24远离所述齿锻模19，并且保持夹具39a和39b关闭、且处于其完全向下的位置。活塞34相对于第二垫板22移动，第二垫板22压缩了在流体腔36中的液压流体。通过限制流体从腔36通过端口 37的流动，而产生了作用于活塞34上的、在腔36中的压力。这可通过泄压阀(未图示)或者通过关闭所述端口 37使得流体不能逸散/放出而实现。特别地参看图14，当锻模设备继续从部分关闭位置关闭到完全关闭位置时，中心冲头25随着第二垫板22向下移动以穿透由成型表面20、32和33所限定的关闭锻造腔，由此完成齿条I的锻造。中心冲头25的成型表面33形成了在锻造齿条I的带齿部分2中的纵向凹进8。在无飞边的情况下形成齿条I的带齿部分2，因为材料被截留在关闭的锻造腔内。然后锻模设备10打开，且移除了锻造的齿条I。
锻模设备10特别适合于锻造较大偏移的齿条，因为并无冲头从齿锻模19的侧部进入锻造腔。这允许齿条I的齿3更靠近齿条I的纵向中心线。根据本发明的锻模设备可用于锻造并非D形齿条的其它类型的齿条。图15示出了由根据本发明的锻模设备所锻造的V形齿条。V形齿条Ib与D形齿条I相同，除了 V形齿条Ib具有平坦支承表面59，而不是D形齿条I的弓形支承表面7。两个平坦支承表面59彼此成角度为呈“V”形布置。图16示出了装配有适于锻造图15所示V形齿条的锻模元件19、25和24b的锻模设备10的详细截面图。图16示出了类似于图14所示、、处于其完全关闭位置的锻模设备
10。齿锻模19和中心冲头25类似于用来锻造D形齿条I的那些，但侧锻模24b具有与V形齿条Ib的平坦支承表面59匹配的平坦成型表面32b。在其它未图示的实施例中，根据本发明的锻模设备可用来锻造无长柄部4的、或者仅具有非常短柄部的齿条。这些短齿条可通过焊接或其它接合方法而接合到管，管形成了完成的齿条的柄部。这些齿条常常被称作“复合”齿条，且例如在WO 2005/028141 Al(Bishop Innovation)中示出。用于锻造这些短齿条的锻模设备将会类似于上文所述的锻模设备10，除了其将会具有用于在轴向对于在齿条两端处锻造之间的材料加以限制的装置。这可通过在锻模设备的两个夹具39a与39b之间具有与端部挡止件51类似的端部挡止件来实现(而不是如在锻模设备10中的仅一个端部挡止件51)。如本文所用的术语“包括”以“包含”或“具有”的包括意义来使用，且并非以“仅由……组成的”排他性意义来使用。·如本文所用的那样，当第一物体被称作“邻靠着”第二物体时，其表示第一物体朝向第二物体移动，直到其通过直接接触第二物体、或者通过接触放置于两个物体之间的间隔件或其它相对刚性的部件而被第二物体阻挡不能进一步移动。因此，词语“邻靠”或“正在邻靠”的使用未必要求物体直接地彼此接触。
权利要求
1.一种用于从棒锻造转向齿条的锻模设备，所述转向齿条包括带齿部分，所述带齿部分包括齿轮齿的阵列，所述锻模设备包括第一组件和第二组件，所述第一组件和第二组件可借助于压力机而沿着轴线朝向彼此移动以锻造所述转向齿条，所述第一组件包括由第一垫板支承的齿锻模，所述齿锻模具有成形为齿轮齿的对应部的一种带齿的成型表面，所述第二组件包括第二垫板、第一侧锻模和第二侧锻模、以及中心冲头，所述中心冲头设置于所述第一侧锻模和第二侧锻模之间并且与所述带齿的锻模相对，其特征在于，所述第二组件还包括第三垫板和偏压装置，所述第三垫板设置于所述第一垫板与第二垫板之间、且可沿着所述轴线相对于所述第二垫板移动，所述偏压装置适于偏压所述第三垫板朝向所述第一组件，所述第一侧锻模与第二侧锻模由所述第三垫板支承，且所述中心冲头由所述第二垫板支承，所述布置使得在所述锻模设备关闭时，所述第三垫板邻靠着所述第一组件以形成闭合锻造腔，且然后，在所述锻模设备继续关闭时，所述中心冲头穿过所述关闭的锻造腔以完成所述转向齿条的锻造。
2.根据权利要求I所述的锻模设备，其特征在于，所述偏压装置包括至少一个活塞，每个活塞由在相对应流体腔中的液压流体进行偏压。
3.根据权利要求2所述的锻模设备，其特征在于，所述活塞邻靠着所述第三垫板，且所述流体腔在所述第二垫板中。
4.根据权利要求I所述的锻模设备，其特征在于，所述锻模设备还包括至少一个夹具，所述夹具适于在锻造所述转向齿条时夹持所述棒。
5.根据权利要求4所述的锻模设备，其特征在于，所述夹具包括由所述第一组件承载的第一夹具半件和由所述第二组件承载的第二夹具半件，在所述锻模设备关闭时，所述第一夹具半件和第二夹具半件包围着所述棒。
6.根据权利要求5所述的锻模设备，其特征在于，所述第二夹具半件由所述第三垫板支承。
7.根据权利要求5所述的锻模设备，其特征在于，借助于液压活塞而朝向所述第二组件偏压所述第一夹具半件。
8.根据权利要求4所述的锻模设备，其特征在于，所述至少一个夹具包括两个夹具，所述夹具适于夹持所述棒的锻造为所述带齿部分的一部分的任一侧。
9.根据权利要求I所述的锻模设备，其特征在于，所述中心冲头附连到中心冲头载体上，所述中心冲头载体附连到所述第二垫板上，所述中心冲头载体穿过所述第三垫板中的开口。
10.根据权利要求I所述的锻模设备，其特征在于，所述带齿部分还包括在所述带齿部分的与所述齿轮齿的阵列相反的侧部上的纵向凹进，以及在所述凹进任一侧上的第一支承表面和第二支承表面，所述中心冲头具有成形为所述凹进的对应部的成型表面，且所述第一侧锻模和第二侧锻模具有分别成形为所述第一支承表面和第二支承表面的对应部的成型表面。
11.根据权利要求10所述的锻模设备，其特征在于，所述转向齿条为D形齿条且所述支承表面基本上为弓形。
12.根据权利要求10所述的锻模设备，其特征在于，所述转向齿条为V形齿条且所述支承表面基本上为平坦的。
13.—种从钢棒来制造转向齿条的方法，其包括以下步骤 (a)将所述棒的一部分加热到适合于温煅的温度； (b)将所述棒置于根据权利要求I所述的锻模设备内；以及 (C)借助于压力机来关闭所述锻模设备以在所述棒上锻造带齿部分。
14.根据权利要求13所述的制造转向齿条的方法，其特征在于，所述温度在650°C与800°C之间。
全文摘要
用于锻造具有带齿部分和齿轮齿阵列的转向齿条的锻模设备。该锻模设备包括可朝向彼此移动的第一组件和第二组件。第一组件包括第一垫板和齿锻模。第二组件包括第二垫板、第一侧锻模和第二侧锻模、中心冲头以及第三垫板。第三垫板置于第一垫板与第二垫板之间，且可相对于第二垫板移动。第一侧锻模与第二侧锻模由第三垫板支承，且中心冲头由第二垫板支承。在锻模设备关闭时，第三垫板邻靠着第一组件以形成关闭的锻造腔且然后，在锻模设备继续关闭时，中心冲头穿过关闭的锻造腔以完成转向齿条的锻造。
文档编号B21J5/12GK102892528SQ201180023435
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年5月10日
发明者W.B.科尼斯 申请人:毕晓普操纵技术私人股份公司