齿形部件制造方法、齿形部件制造装置以及齿形部件的制作方法
【专利摘要】一种生产齿形轮廓部件的方法，其中：当在约束未加工工件的外周表面的一部分的同时、通过对柱形的未加工工件的径向中心部施加负载并使构成材料向外流动而在齿形轮廓部件的外部上形成齿形轮廓部时，通过使中间部处的构成材料流向成型模中形成的凹部，同时未加工工件的外周表面上的约束面积减小，从而形成突出部；而且当所述负载处于最大值时，在齿形轮廓部与成型模之间以及在突出部与成型模之间提供有空间。
【专利说明】齿形部件制造方法、齿形部件制造装置以及齿形部件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过锻造来制造包括齿形部(如伞齿轮部)的齿形部件的齿形部件制造方法，并且还涉及一种齿形部件制造装置，以及一种齿形部件。
【背景技术】
[0002]过去，通过锻造坯料来制造包括齿形部的齿形部件。在这种锻造中，通过从坯料的轴向压缩柱形坯料来迫使坯料的构成材料从坯料沿径向向外运动，并且使坯料的构成材料填充到成型模的内部，从而制造外周表面包括齿形部的齿形部件。
[0003]通过这样从坯料的轴向压缩坯料，首先，坯料的构成材料沿坯料的径向填充到成型模的内部部分，之后坯料的构成材料从坯料沿径向向外单向性地流动。从坯料的轴向进行的坯料的进一步压缩会增加已经填充有坯料的构成材料的成型模的一部分的表面压力，使得需要进一步增加施加到坯料上的负载(模制负载)。因此，施加到成型模的更大的负载会缩短成型模的寿命。
[0004]专利文件I揭露了锻造的技术。根据专利文件I的技术，环形坯料从轴向受到加压机构的压力，同时环形坯料的外周表面受到约束，并且环形坯料的构成材料沿加压的方向流动而填充成型模的齿形轮廓部的内部。通过使用加压机构从轴向对环形坯料施加压力，环形坯料的一些构成材料被压缩为进入到与成型模的齿形轮廓部连通的敞开空间中的过量材料。因此，环形坯料的构成材料在恒定的压力下流动，这能够减小因坯料体积变化而导致的产品尺寸和精度的改变。
[0005]现有技术的引用
[0006]专利文件
[0007]专利文件1:日本专利公开申请N0.JP-A-57-177845
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]然而，根据专利文件I的技术，在使环形坯料的构成材料填充到成型模的齿形轮廓部的内部之后，环形坯料受到加压机构从轴向的进一步的压力，这会增加模制负载。因此，施加到成型模的较大负载缩短了成型模的寿命。
[0010]为了解决以上描述的问题而设计本发明，并且本发明的目的在于提供能够增加成型模的寿命的齿形部件制造方法、齿形部件制造装置以及齿形部件。
[0011]解决方案
[0012]设计用于解决以上描述的问题的本发明的一个方案是使用成型模由柱形坯料制造齿形部件的方法。该齿形部件制造方法的特征在于，当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿所述坯料的轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料沿径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部。另外，当负载处于最大值时，在齿形部与成型模之间提供有空间，在突出部与成型模之间提供有空间。
[0013]根据该方案，在成型模与坯料之间提供有空间，使得当最大模制负载沿坯料的轴向施加以完成齿形部的成型时，坯料的构成材料未完全地填充成型模。因此，在空间内留有坯料的构成材料流动的余地。因此，可以防止在封闭的模具中模锻时模制负载变得过大。因为成型模上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0014]另外，坯料的构成材料沿两个方向(也就是，径向向外的方向以及朝向成型模的凹入部的方向)流动。因此，能够获得模制负载减少的效果。因为成型模上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0015]在以上描述的方案中，凹入部优选地具有沿轴向逐渐变小的外形。
[0016]根据该方案，因此，坯料的构成材料很难流向齿形轮廓成型模的凹入部。结果，当齿形部的成型结束时，坯料未完全地填充成型模的凹入部，并且坯料与成型模之间的空间能够更容易地设置。因此，在不考虑坯料的构成材料的流动性的情况下，可以防止模制负载变得过大。此外，因为在不考虑坯料的构成材料的流动性的情况下，成型模上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0017]在以上描述的方案中，在坯料的外部上形成齿形部的齿形轮廓成型模、约束坯料的外周表面的外部约束模、以及设置在外部约束模内的内部成型模优选地用作成型模。还优选地，在坯料被所述齿形轮廓成型模、所述外部约束模以及所述内部成型模包围的情况下，所述齿形轮廓成型模和所述外部约束模相对于所述内部成型模沿轴向同步地移动。
[0018]根据该方案，沿坯料的径向从内侧向外侧形成齿，同时从齿形轮廓成型模设置的方向使齿形轮廓膨胀，从而在坯料的径向外侧上形成齿形部。因此，当坯料与齿形轮廓成型模之间留有空间的同时能够模制坯料。
[0019]在以上描述的方案中，齿形部件优选地是用在差动装置中的差动小齿轮(differential pinion gear)。
[0020]根据该方案，由于制造差动小齿轮的成型模的寿命增加，所以能够以更低的制造成本实现差动小齿轮的大批生产。
[0021]设计为用于解决以上描述的问题的本发明的另一方案是使用成型模由柱形坯料制造齿形部件的装置。该齿形部件的制造装置的特征在于，当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部。另夕卜，当所述负载处于最大值时，在所述齿形部与所述成型模之间提供有空间，并且在所述突出部与所述成型模之间提供有空间。
[0022]根据该方案，在坯料与成型模之间提供有空间，使得当最大模制负载沿坯料的轴向施加以完成齿形部的成型时，坯料的构成材料未完全地填充成型模。因此，在空间内留有坯料的构成材料流动的余地。因而，可以防止在封闭的模具中模锻时负载变得过大。因为成型模上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0023]设计为用于解决以上描述的问题的本发明的另一方案是使用成型模由柱形坯料制造的齿形部件。该齿形部件的特征在于，当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料沿径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部；并且当所述负载处于最大值时，在所述齿形部与所述成型模之间提供有空间，在所述突出部与所述成型模之间提供有空间，由此制成所述齿形部件。另外，所述突出部形成为在所述齿形部的径向内侧沿轴向突出。
[0024]根据该方案，在坯料与成型模之间提供有空间，使得当最大模制负载沿坯料的轴向施加以完成齿形部的成型时，坯料的构成材料未完全地填充成型模。因此，在空间内留有坯料的构成材料的流动空间。因此，可以防止在封闭的模具中模锻时负载变得过大。因为成型模上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0025]另外，因为通过使构成材料沿坯料的轴向流动而形成的突出部相对于齿形部被设置在径向内侧(齿形部的内径端部的内侧)，所以当齿形部件在齿形部处与另一齿形部件啮合时，突出部对齿形部件的功能没有影响。
[0026]有益效果
[0027]根据本发明的齿形部件制造方法、齿形部件制造装置以及齿形部件，成型模的寿命得以增加。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是在模制坯料之前、齿形部件制造装置的必要部分的结构图；
[0029]图2是图1中的材料空隙部和周围区域的放大视图；
[0030]图3是在模制坯料期间、齿形部件制造装置的必要部分的结构图；
[0031]图4是图3中的材料空隙部和周围区域的放大视图；
[0032]图5是在模制期间、坯料的剖视图；
[0033]图6是在模制期间、坯料的外观的立体图；
[0034]图7是在完成坯料模制之后、齿形部件制造装置的必要部分的结构图；
[0035]图8是图7中的材料空隙部和周围区域的放大视图；
[0036]图9是差动小齿轮的剖视图；
[0037]图10是差动小齿轮的外观的立体图。
【具体实施方式】
[0038]本发明的特定实施例将参照附图详细描述。在当前的实施例中，在车辆的差动装置中使用的差动小齿轮作为齿形部件的示例描述。值得注意地是，差动装置的差动小齿轮是借助小齿轮轴可旋转地支撑的齿轮，同时该齿轮与差动箱内部的差动侧齿轮(差速器侧齿轮)啮合。
[0039]制造装置的描述
[0040]首先，将描述齿形部件制造装置I。制造装置I通过锻造由柱形坯料10 (见图1)制造包括伞齿轮部11的差动小齿轮12 (见图10)。
[0041]如图1中所示，制造装置I包括:成型模，也就是外部约束模14 ;齿形轮廓成型模16以及内部成型模18。制造装置I还包括用于操作每个成型模的如液压缸等驱动器(未示出)以及控制驱动器的操作的控制装置(未示出)。值得注意地是，图1是模制坯料10之前、制造装置I的必要部分的结构视图。
[0042]外部约束模14形成为筒形并且具有内周表面20。坯料10以及内部成型模18设置在内周表面20的内侧。外部约束模14设置在坯料10的外周表面22的外侧，并且在模制坯料10期间约束坯料10的外周表面22的一部分。
[0043]齿形轮廓成型模16包括挤压部24和齿形轮廓成型部26。筒形的齿形轮廓成型部26设置在柱形挤压部24的外侧上。挤压部24设置在与坯料10的位于坯料10的径向中心处的中心部27相对应的位置处。齿形轮廓成型部26在它的下侧(设置外部约束模14和内部成型模18的一侧)上包括形成为伞齿轮的形状的齿形轮廓部28。因此，如之后描述地，齿形轮廓成型部26在坯料10的外部43上形成伞齿轮部11 (见图9)。
[0044]如图2中所示，齿形轮廓成型部26包括位于齿形轮廓部28的内侧的材料空隙部32，也就是，位于挤压部24与齿形轮廓部28之间(齿形轮廓部28与齿形轮廓成型部26的内周表面30之间)。材料空隙部32向上(沿与挤压部24对坯料10施加负载的方向相反的方向)凹入。材料空隙部32具有形成为向上逐渐减小的构造的外形。另外，材料空隙部32沿着齿形轮廓成型部26的内周表面30在齿形轮廓成型部26的轴向上形成为环状。值得注意的是，图2是图1中的材料空隙部32和周围区域的放大视图。材料空隙部32是本发明的“凹入部”的示例。
[0045]内部成型模18形成为柱形，并且在它的上侧(设置齿形轮廓成型模16的一侧)包括位于端表面34上的突出部36。内部成型模18设置在外部约束模14的内周表面20的内部。
[0046]制造方法的描述
[0047]接下来，将描述使用这样构造的制造装置I制造差动小齿轮12的方法。
[0048]首先，如图1中所示，借助位置比外部约束模14的上侧(设置齿形轮廓成型模16的一侧)的端表面38更低的内部成型模18的突出部36，柱形坯料10设置在位于外部约束模14的内周表面20的内侧的内部成型模18的突出部36上。然后，齿形轮廓成型模16通过将齿形成型部26设置在外部约束模14的端表面38上以及将挤压部24设置在坯料10的上侧(设置齿形轮廓成型模16的一侧)的端表面40上而得以设置。因此，坯料10设置在由成型模(即，外部约束模14、齿形轮廓成型模16以及内部成型模18)所包围的空间的内部。此时，坯料10被插置在内部成型模18的突出部36与挤压部24的端表面42之间，并且外周表面22的一部分被外部约束模14约束。
[0049]之后，如图3中所示，外部约束模14和齿形轮廓成型模16 (沿设置内部成型模18的方向)相对于内部成型模18—体地(同步地)向下移动。此时，齿形轮廓成型模16的挤压部24对坯料10的中心部27施加向下的负载并且压缩中心部27，由此坯料10的构成材料沿坯料10的径向(图3中的左右方向)向外流动。由外部约束模14约束的坯料10的外周表面22的面积减小，随之在坯料10的外部43上形成齿，因此形成伞齿轮部11。
[0050]此时，如图4中所示，坯料10的位于中心部27与外部43之间的中间部45的构成材料在材料空隙部32的内部流动，这导致坯料10的构成材料向上流动。更具体地,这导致坯料10的构成材料沿与齿形轮廓成型模16的挤压部24对坯料10的中心部27施加负载的方向相反的方向流动。值得注意的是，材料空隙部32的内部留有空间，并且材料空隙部32的内部没有被坯料的构成材料完全填充。此时，坯料10呈图5和图6中示出的形式。
[0051]值得注意的是，图3是在模制坯料10期间、制造装置I的必要部分的结构图，图4是图3中的材料空隙部32和周围区域的放大视图。图5是在模制期间、坯料10的剖视图，图6是在模制期间、坯料10的外观的立体图。
[0052]以这种方式，在模制坯料10期间，坯料10的构成材料流动并且逸入材料空隙部32中。因而，除了沿径向之外，坯料10的构成材料沿轴向(向上)流动。因此，坯料10在抑制由齿形轮廓成型模16施加到坯料10的模制负载的同时被模制。结果，可以抑制成型模(gp，外部约束模14、齿形轮廓成型模16和内部成型模18)上的负载。
[0053]材料空隙部32的内部具有剩余的空间，并且材料空隙部32的内部没有被坯料的构成材料完全地填充。因而，甚至在随后模制坯料10期间，除了沿径向之外，坯料10的构成材料沿轴向流动。结果，即使在随后模制坯料10期间，由齿形轮廓成型模16对坯料10的施加的模制负载也能够被抑制，并且施加到成型模(即，外部约束模14、齿形轮廓成型模16和内部成型模18)的负载能够被抑制。
[0054]然后，如图7中所示，当外部约束模14和齿形轮廓成型模16相对于内部成型模18一体地进一步向下移动时，坯料10被齿形轮廓成型模16进一步挤压。因此，坯料10的构成材料从坯料10沿径向(图7中的左右方向)向外进一步流动。于是，坯料10的构成材料流入齿形轮廓成型模16的齿形轮廓部28中，从而在坯料10的外部43上形成伞齿轮，由此完成坯料10的模制。如图9和图10中所示，因此，可以制造包括伞齿轮部11并且形成为旋转对称的形状的差动小齿轮12。
[0055]值得注意的是，为了完成坯料10的模制，外部约束模14和齿形轮廓成型模16移动到最下方的位置并且施加最大的模制负载。当坯料10的模制完成时，差动小齿轮12(坯料10)形成有突出部(突起部)46，该突出部46从内部端表面44向上(沿与齿形轮廓成型模16的挤压部24对坯料10施加负载的方向相反的方向)突出。
[0056]如图8中所示，当坯料10的模制完成时，坯料10的构成材料没有完全地填充齿形轮廓成型模16的材料空隙部32，并且在突出部46 (坯料10的中间部45)与齿形轮廓成型模16之间提供空间33。另外，在伞齿轮部11与齿形轮廓成型模16之间还提供空间47。因此，在空间33、47内留有坯料10的构成材料流动的余地。因此，可以防止当坯料10的模制完成时模制负载变得过大。
[0057]如图9和图10中所示，突出部46形成在相对于伞齿轮部11的径向内侦彳。因此，突出部46被形成在不会干扰与差动小齿轮12啮合的匹配部件(差动恒星齿轮)的那部分上，并且突出部46对用于差动装置中的差动小齿轮12的功能没有影响。
[0058]值得注意的是，图7是在坯料10的模制完成之后、制造装置I的必要部分的结构图，图8是图7中的材料空隙部32和周围区域的放大视图。图9是差动小齿轮12的剖视图，图10是差动小齿轮12的外观的立体图。
[0059]值得注意的是，如以上描述那样制造的差动小齿轮12的中心部48 (见图9和图10)会经历沿轴向(图9中的上下方向)的额外加工(如钻孔)，以形成供小齿轮轴(未示出)容纳在其中的轴向孔。
[0060]实施例的效果的描述
[0061]根据当前的实施例，当最大模制负载沿坯料10的轴向施加以完成伞齿轮部11的成型时，坯料10的构成材料未完全地填充成型模，并且在伞齿轮部11与齿形轮廓成型模16之间以及在突出部46(坯料10的中间部45)与齿形轮廓成型模16之间提供了空间33、47。结果，在空间33、47内留有供坯料10的构成材料流动的余地。因此，可以防止在封闭的模具中模锻时负载变得过大。因此，因为成型模(即，外部约束模14、齿形轮廓成型模16和内部成型模18)上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。值得注意的是，测试评价结果的示例示出模制负载减少约10%，这具有使成型模的寿命增加1.2倍的效果。
[0062]材料空隙部32的外部形状沿轴向逐渐变小，这使得坯料10的构成材料很难流向材料空隙部32。结果，当伞齿轮部11的成型完成时，坯料10未完全地填充材料空隙部32，并且能够更容易地提供坯料10与齿形轮廓成型模16之间的空间33。因而，在不考虑坯料10的构成材料的流动性的情况下，可以防止模制负载变得过大。因此，因为在不考虑坯料10的构成材料的情况下，成型模(即，外部约束模14、齿形轮廓成型模16和内部成型模18)上的负载能够被抑制，所以成型模的寿命能够增加。
[0063]另外，因为外部约束模14和齿形轮廓成型模16同步向下移动，所以沿坯料10的径向从内侧向外侧形成齿，同时从齿形轮廓成型模16设置的方向使齿轮廓膨胀，由此在坯料10的外部43上形成伞齿轮部11。因而，坯料10能够被模制，同时在伞齿轮部11与齿形轮廓成型模16之间以及在突出部46与齿形轮廓成型模16之间分别确定地留有空间33、47。
[0064]由于用于制造差动小齿轮12的成型模的寿命增加，所以能够实现以更低的制造成本大批地生产差动小齿轮12。
[0065]值得注意的是，以上描述的实施例仅意味着示出示例，而非以任何方式限制本发明；在不背离本发明的范围的情况下，显然可以进行多种改进和修改。
[0066]附图标记说明
[0067]1:制造装置
[0068]10:坯料
[0069]11:伞齿轮部
[0070]12:差动小齿轮
[0071]14:外部约束模
[0072]16:齿形轮廓成型模
[0073]18:内部成型模
[0074]22:(坯料的)外周表面
[0075]24:挤压部
[0076]26:齿形轮廓成型部
[0077]27:(坯料的)中心部
[0078]28:(齿形轮廓成型部的)齿形轮廓部
[0079]32:材料空隙部
[0080]33:空间
[0081]43:(坯料的)外部
[0082]45:(坯料的)中间部
[0083]46:(差动小齿轮的)的突出部[0084]47:空间
[0085]48:(差动小齿轮的)中心部
【权利要求】
1.一种使用成型模由柱形坯料制造齿形部件的方法，所述齿形部件的制造方法的特征在于，当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿所述坯料的轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料沿径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部；并且 当所述负载处于最大值时，所述齿形部与所述成型模之间提供有空间，并且所述突出部与所述成型模之间提供有空间。
2.根据权利要求1所述的齿形部件的制造方法，其特征在于， 所述凹入部具有沿轴向逐渐变小的外形。
3.根据权利要求1或2所述的齿形部件的制造方法，其特征在于，在所述坯料的外部上形成所述齿形部的齿形轮廓成型模、约束所述坯料的外周表面的外部约束模以及设置在所述外部约束模的内部的内部成型模被用作所述成型模；并且 在坯料被所述齿形轮廓成型模、所述外部约束模以及所述内部成型模包围的情况下，所述齿形轮廓成型模和所述外部约束模相对于所述内部成型模沿轴向同步地移动。
4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的齿形部件的制造方法，其特征在于，所述齿形部件是用在差动装置中的差动小齿轮。
5.一种使用成型模由柱形坯料制造齿形部件的装置，所述齿形部件的制造装置的特征在于，当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部，并且 当所述负载处于最大值时，在所述齿形部与所述成型模之间提供有空间，并且在所述突出部与所述成型模之间提供有空间。
6.一种使用成型模由柱形坯料制造的齿形部件，所述齿形部件的特征在于， 当在约束所述坯料的外周表面的一部分的同时、通过沿轴向对所述坯料的径向中心部施加负载使得所述坯料的构成材料沿径向向外流动而在所述坯料的径向外部上形成齿形部时，所述坯料的位于所述中心部与所述外部之间的中间部处的构成材料沿轴向流向所述成型模的凹入部，从而形成突出部；当所述负载处于最大值时，在所述齿形部与所述成型模之间提供有空间，并且在所述突出部与所述成型模之间提供有空间，由此制成所述齿形部件，其中所述突出部形成为在所述齿形部的径向内部沿轴向突出。
【文档编号】B21K1/30GK103492100SQ201280004459
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月24日
【发明者】酒卷弘 申请人:爱信艾达株式会社