CN100444993C - 由烧结金属构成的整体式活节体及其制造方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在制造金属构件即万向节(1)的带有球滚道(7)的活节内构件(3)的方法中，粉末被装填到装填腔(28)里，装填腔由一个阴模、至少一个成型芯(22)和一个布置在成型芯对面的装填芯(23)、一个中间芯(26)、至少一个下冲模和一个上冲模(24，25)界定，在装填腔里，粉末通过施加于上冲模和/或下冲模上的压力被压制成生坯并被顶出和被烧结，对装填过程来说，装填芯进入阴模里的一个装填位置，下冲模保持在装填位置上，在压制时，配属于装填芯的成型芯进入阴模，成型芯使装填芯在阴模里向下移动并通过成型芯的几何形状而在粉末中形成球滚道，同时使上冲模移入该阴模，直到到达一个上冲模压制位置，并且该粉末被压实成生坯，所述球滚道通过阴模的几何形状而成型，并且使下冲模一直移入到一个下冲模终端位置，粉末被压实，在顶出时，使上冲模和成型芯从阴模里移出并且中间芯被从生坯拉出来。

Description

由烧结金属构成的整体式活节体及其制造方法和装置
技术领域
本发明涉及一种金属烧结件，尤其是万向节的活节内构件，它具有与挤压方向成角度地布置的球滚道和/或球滚道的弧弯，本发明还涉及活节内构件的制造方法和实施该方法的装置。
背景技术
由一个活节内构件和一个活节外构件组成的万向节是众所周知的。它们主要用于在轴之间传递力矩，这些轴在运行中遇到较大的位移。同时可以承受轴向位移。
通过相互成角度的轴来传递力矩的一个例子是同步万向节。同步万向节属于铰接类型，其最常见的结构是十字接头。在十字接头中，两个轴的万向节叉形端与一个轴颈相连。简单的十字接头大致允许小的角度变化。而轴沿轴向和径向的移动是不可能的。
同步万向节避免了这些缺点。与十字接头相比，在均匀的角速度下，可以通过同步万向节在输出侧产生均匀的转速。对转矩也是一样。
万向节由两个活节和一个中间轴组成。中间轴大多设计成伸缩轴的形式以便补偿长度变化。保证均匀传递的条件是，若在两个万向节叉形端上的偏转角总是同样大小，则这两个万向节叉形端处于一个平面里，至少是在在运行中最经常出现的位置上。这可以通过Z形布局或W形布局来实现。对汽车而言，前者是最常用的。在这里，只在中间轴上出现不均匀性。为了在小空间上平衡大的角运动，例如在汽车前轮驱动时就使用了双万向节。它们在原理上对应于万向节，但代替中间轴地只有一个短的中间件(轴或联轴器)，该中间件的设置应使两个活节的偏转角总是相等。在主动轴或从动轴上拟定了纵向可移性。此外，同步万向节还可以均匀地、传力连接地传递力矩或角速度，大多数通过球，这些球如此在球滚道里导向移动，即它们总位于活节的镜面里。当同步万向节较大时，必须对中。同步万向节可偏转角大时允许均匀的传递。同步万向节被构造成固定活节或移动活节，其中，固定活节使主动轴在轴向上被固定住；而移动活节可通过纵向位移在轴向长度变化时实现平衡。
这种万向节通过一个活节外构件和一个活节内构件与轴相连。活节内构件通过球在活节外构件里导向。此外，这些球在一个球滚道里运动，该球滚道成形在活节内构件的外表面上和活节外构件的内表面上。万向节的几何形状要求这些球滚道的凹槽都是切削加工成的。
这种加工一般要求高成本、高精度高的切削加工。这样做的缺点是，活节内构件必须通过多道工序并在各种不同的加工机床上进行加工。迄今为止，活节内构件过去由锻造坯件加工而成，这是因为底切或突出部如球滚道不是能通过各种压力加工方法制成的，因而也不可能由金属粉末被挤压和烧结成最终形状。这一般要求有一些附加步骤，以便使底切成型。
发明内容
本发明的任务是提供一种方法和装置，可利用该方法简单精确地制成金属烧结件或锻造件且尤其是万向节的活节内构件。
本发明利用如方法权利要求、装置权利要求和产品权利要求所述的特征来完成该任务。
本发明提出一种用于制造金属烧结件即万向节的带有球滚道的活节内构件的方法，其中粉末被装填在一个装填腔里，该装填腔由一个阴模、至少一个成型芯和一个布置在该成型芯对面的装填芯、一个中间芯、至少一个下冲模和一个上冲模界定，所述粉末在该装填腔里通过作用于该上冲模和/或该下冲模上的压力被压制成生坯并且被顶出和被烧结，其中对装填过程来说，该装填芯进入该阴模里的一个装填位置并且该下冲模保持在装填位置上，在压制时，配属于该装填芯的该成型芯进入该阴模，该成型芯使该装填芯在该阴模里向下移动并通过该成型芯的几何形状而在粉末中形成该球滚道，同时使该上冲模移入该阴模，直到到达一个上冲模压制位置，并且该粉末被压实成生坯，所述球滚道通过该阴模的几何形状而成型，并且使该下冲模一直移入到一个下冲模终端位置并且该粉末也被压实，在顶出时，使该上冲模和该成型芯从该阴模里移出并且该中间芯被从该生坯中拉出来。
金属烧结粉末被装入该装填腔里。成型芯一直移到装填芯处并通过模具相互之间相对的移动确定局部几何形状，接着通过对上冲模和/或下冲模施加压力而把粉末压实成生坯。压制完的生坯在上冲模和成型芯从压制装置中退出后被顶出并被烧结。为达到较高的密度，适当地使烧结件在烧结后进行热精整或冷精整。为了实现较小的公差和/或局部压实，可以在烧结和/或锻造后进行精整。例如，有利地对活节内构件的球滚道进行冷滚压处理或者另一可选做法是在烧结锻造后进行滚压处理。
粉末冶金制造的构件具有以下优点，即活节内构件整个形成高强度组织，它具有出色的材料性能和表面质量。
在本发明的有利实施形式中规定了，取决于活节内构件的几何形状地，设有至少两个上成型芯和两个下装填芯，最好是三个芯，它们可以在压实方向上移动地支承在阴模里。
在本发明的特别有利的实施形式中规定，在装填位置上，装填芯的指向成型芯的那侧与阴模的上表面和中间芯上表面齐平，在成型芯的压实位置上贴靠着装填芯的上表面并使装填芯退回，同时，压实力被施加在上冲模上，该上冲模进入阴模里并接着使上冲模和成型芯从阴模里移出并通过下冲模将压制完的生坯从阴模里顶出。
在本发明的适宜的实施形式中规定，粉末通过压力和加热被压实成生坯。
在本发明的特别适宜的实施形式中建议，在挤压时加热阴模和至少一个冲模。
在本发明的适宜的实施形式中，球滚道的形状由成型芯形成。
在本发明的另一个合理的实施形式中，球滚道的形状由成型芯和阴模来形成。
在本发明的有利的实施形式中，球滚道表面在烧结之后被压实。压实表面以获得较高强度例如可以通过滚压来进行，在这里有利的是，只有球滚道的局部区域被压实。适当的做法是，至少球滚道表面中的球滚动面被压实。
在本发明的特别有利的实施形式中建议，球滚道表面在烧结之后借助至少一个球被压实，球垂直于球滚道表面地施加压力。
在本发明的另一个有利的实施形式中建议，该球至少一次压实球滚道的至少一部分。适宜的做法是，主要由硬金属制成的球至少一次并且最好是多次在待压实表面上滚压，由此使表面被逐步地压缩和变形。
在本发明的有利的实施形式中建议，烧结完的零件接着被锻压，其中，带球滚道的烧结件被安置到阴模的一个中间芯上，一个锻压模具锻压该烧结件以获得外轮廓，并且该烧结件接着被顶出。
在本发明的另一有利的实施形式中建议，烧结完的零件在烧结或锻压后被精整，其中带有球滚道的烧结件被安置入阴模的一个中间芯上，一个精整模具压实该烧结件以获得外轮廓并且该烧结件接着被顶出。
该任务的另一解决方案通过一种装置而得到，该装置用于制造金属烧结件即万向节的活节内构件，该活接内构件带有球滚道，该装置具有一个压制装置、至少一个成型芯和至少一个在成型芯对面的装填芯、一个下冲模和一个上冲模和一个中间芯，它们形成装填腔而且在径向上被一个阴模包围住。这样的压制装置的特征在于工作过程比较简单。压制过程省钱并且首先与已知的切削加工相比节省时间。包围装填芯和成型芯的阴模承受了径向作用在成型芯上的压力。
在本发明的有利的实施形式中建议，各设有三个成型芯和三个在成型芯对面的装填芯，它们都在阴模凹槽里导向移动。布置在阴模凹槽里的装填芯和成型芯以及阴模本身形成活节内构件的外轮廓，因而，由于其几何形状的构造而不能用常见的压制装置来制造。
此外，该任务还通过一种金属烧结件即万向节的活节内构件来完成，它具有设在外圆周上的球滚道，其中，它作为烧结件具有整体式构造。根据活节内构件的强度和寿命，有利地使该构件成整体件形式并且不是由如两个通过压制技术简单制成的构件组合而成。
在本发明的适当的实施形式规定了，球滚道与挤压轴线成一个角度和/或弯向挤压轴线。活节内构件设有底切、凹槽和异形结构，最好具有沿轴向在外表面上指向活节体轴线即也指向挤压方向的且沿径向弯曲的球滚道，其中球滚道有一个滚道底面和滚道侧面，并且活节内构件具有这样的几何形状，即这种几何形状允许轴向压制活节内构件并且允许从压制装置或锻压装置里取出该构件。
在本发明的另一合适的实施形式中，该球滚道成圆形。
在本发明的有利的实施形式中，该球滚道设计成近似椭圆形。这种方案是特别有利的，这是因为球只放置在球滚道的两个点上并且在滚动时在球滚道上只产生一条接触线。这个区域如上所述被有利地压实并在一定条件下被热处理和/或表面处理。
在本发明的适宜的实施形式中，该球滚道成多边形。这种球滚道结构象近似椭圆形的球滚道那样也有以下优点，即球在球滚道上只有小的接触面积，因而滚动阻力降低，尤其是赫茨压可以得到优化。
在本发明的有利的实施形式中，球滚道在局部区域里且尤其在球滚动面区域里有较高的密度。
在本发明的另一个有利的实施形式中，该球滚道在局部区域内且尤其在球滚动面区域里经过热处理。这样的构件的优点在于：球滚道有高强度。该构件可以至少在球滚道区域里例如通过感应淬火和渗碳淬火进行热处理。
在本发明的特别有利的实施形式里，该球滚道在局部范围内且尤其在球滚动表面区域里经过表面处理。例如可以通过喷丸、等离子体渗氮、硝基渗碳、磷化处理和在冷态和热态下的滚压进行表面处理，以便有目的地使球滚动面的性能得到优化。
附图说明
在附图中，根据同步万向节的实施形式示出了本发明，附图所示为：
图1：表示一个同步万向节；
图2：用于球套筒的压制模具的透视图；
图3：以剖视图表示芯已移入的模具；
图4：表示在装填位置上的压制模具；
图5：表示在压制位置上的压制模具；
图6：表示在顶出位置上的压制模具；
图7：球套筒的俯视图；
图8：以图7的A-A剖面表示球套筒；
图9：一个球滚道与球的横截面图。
具体实施方式
图1表示一个同步万向节1。它有一个活节外构件2和一个活节内构件3。活节外构件2与一个轴4连接，而活节内构件3与一个轴5相连。轴4、5构成一个主动-从动系统。活节内构件3装在活节外构件2里。此外，一些球6布置于在外构件2和内构件3之间的球滚道7里，因而，当轴4、5相对弯曲时，这些球6在球滚道7里导向移动。在这里，这些球被迫在镜面里运动。在所示形式中，弯曲角为0°，并且这些球位于一个垂直于由轴4、5的轴线形成的直线的平面里。这样的结构有一个盖圈8，它把球保持在球滚道里。当主动轴旋转时，即使在可能的极限范围里出现相应弯曲时，从动轴也以均匀的转速和均匀的转矩来传递。万向节1通过柔性密封18对外密封。
球滚道7可以与挤压轴线(球套筒轴线20)平行或布置成一个角度。此外，可使球滚道7弯向挤压轴线(球套筒轴线20)。因此，可以存在径向弯曲的球滚道7，其中这些球滚道7有滚道底面12和滚道侧面13。
图2表示用于球套筒(活节内构件)的压制装置21的透视图，其中，压制装置21有三个成型芯22.1、22.2、22.3和位于它们对面的装填芯23.1、23.2、23.3。还设有一个下冲模24、一个上冲模25以及一个中间芯26。冲模24、25和芯22、23、26在径向上被一个阴模27包围住。包住装填芯和成型芯23、22的阴模27承受着径向作用于成型芯22上的挤压力。
成型芯22和位于其对面的装填芯23在阴模27里的凹槽28.1、28.2里导向移动。布置在阴模27凹槽28.1、28.2里的装填芯和成型芯23、22和阴模27本身构成活节内构件3的外轮廓，该内构件因其构造的几何形状而无法利用传统的压制装置制成。
图3表示一个压制装置的透视图，其中，成型芯22进入阴模27里。在压制时，成型芯22进入阴模27，该成型芯22使阴模27里的装填芯23向下移动，在这里，借助成型芯22的几何形状在粉末中形成球套筒的球滚道7。
图4表示在装填位置上的压制模具21。对装填过程来说，装填芯23进入阴模27中的一个装填位置，中间芯26进入阴模中的一个装填位置，而下冲模24保持在一个装填位置上。在该装填位置上，金属烧结粉末29被装入装填腔28里，其中，装填腔28由阴模27、三个成型芯22.1、22.2、22.3和位于这些成型芯对面的装填芯23.1、23.2、23.3、中间芯26以及下冲模和上冲模24、25界定。在该装填位置上，装填芯23的面对成型芯22的那侧位于与阴模27上表面30和中间芯26上表面31相同的高度上。
布置在阴模27凹槽28里的装填芯和成型芯23、22和阴模27本身构成活节内构件3的外轮廓，因而由于其几何形状上的构造而不能用传统的压制装置来制造。
图5表示在压制位置上的压制模具21。成型芯22一直进入装填芯23里，其中，成型芯22使装填芯23在阴模27里向下移动并通过成型芯22的几何形状在粉末中形成球套筒的球滚道7。同时，上冲模25进入阴模27里，直到到达一个上冲模压制位置，从而将粉末压实成生坯，在这里，球滚道7也通过阴模27的几何形状而形成。下冲模24进入到一个下冲模终端位置，这样也就压实了粉末。包围住装填芯和成型芯23、22的阴模27承受着径向作用于成型芯22上的挤压力。通过在压制时的模具相对移动，确定了球套筒的局部几何形状。
有利的是，用加热将烧结粉末压实成生坯。例如，可以在压制时使阴模27和至少一个冲模24、25被加热。
图6表示在卸料位置上的压制模具。在卸料时，上冲模25和成型芯22从阴模27里移出。中间芯26从生坯中被抽出来。压制完的生坯通过下冲模24被从阴模里顶出。接着，烧结生坯。
有利的是，压制完的生坯在烧结后接受热或冷的二次加工以便得到更高的密度。为实现较小的公差和/或局部压实，可以在烧结和/或锻压之后进行精整作业。例如，可以有利地对活节内构件3的球滚道7进行冷滚压，或者另一种方法是在烧结锻压后进行滚压。有利的是，只压实球滚道的局部表面，其中，至少应该使球滚道表面中的球32滚动面16被压实。
球滚道表面的压实例如可以这样进行：在烧结后借助一个垂直于球滚道施加压力的球压实球滚道7的表面，其中，该球至少一次压实球滚道7的至少一个部分。但有利的是，最好由硬金属制成的球多次滚压要压实的表面，从而使表面逐步被压实和变形。
有利的是，烧结完的零件接着被锻压，其中，带有球滚道7的烧结件被置入阴模27的一个中间芯26上，一个锻压模具压制烧结件以便获得外轮廓形状，然后顶出该烧结件。
在烧结或锻压之后，也有利地精整烧结件。这样的模具可被用于锻压和精整，即它们具有与上述压制模具21相似的结构。
尤其也可以用上述锻压模具将一个球状坯件锻压成球套筒。
图7表示一个球套筒的俯视图。球套筒被构造成整体式，因而球套筒的强度高且寿命长。球滚道与挤压轴线(球套筒轴线20)成一个角度。球套筒总是具有成对配置的球滚道7。球滚道7沿轴向指向图面并具有一个径向弧弯14。在每个成对配置的球滚道7中，弧弯14方向相反，也就是说，球滚道7在一个轴向方向上相互接近。球套筒轴线20垂直于图面地经过球套筒的中心。
图8表示根据图7的剖面A-A所示的球套筒。
图9以截面图表示一个球滚道7和一个球32。球32具有圆形几何形状。球滚道7具有近似于椭圆的几何形状。球32在滚动表面16、16’上滚动并因而在每个瞬间在球滚道7上有两个接触点17、17’。每个接触点17、17’位于另一轨道侧13、13’上。接触点17、17’从球中心点起以角度2δ相互分开。这种结构是特别有利的，因为球32只贴在球滚道7的两个点上并且在滚动时在球滚道7上只形成一条接触线。由于球32在球滚道7上有较小的接触面，因此滚动阻力降低。球32的弧度和球滚道7如此来优化，即，尽量减小了赫茨压。有利地压实了这个部位并且该部位在一定条件下被热处理和/或表面处理。可行的做法例如包括感应淬火、渗碳淬火、喷丸、等离子体渗氮、硝基渗碳、磷化处理和在冷和热状态下的滚压。

Claims (19)

1.一种用于制造金属烧结件即万向节(1)的带有球滚道(7)的活节内构件(3)的方法，其中粉末被装填在一个装填腔(28)里，该装填腔(28)由一个阴模(27)、至少一个成型芯(22)和一个布置在该成型芯对面的装填芯(23)、一个中间芯(26)、至少一个下冲模和一个上冲模(24，25)界定，所述粉末在该装填腔(28)里通过作用于该上冲模和/或该下冲模(24，25)上的压力被压制成生坯并且被顶出和被烧结，其中对装填过程来说，该装填芯(23)进入该阴模(27)里的一个装填位置并且该下冲模(24)保持在装填位置上，在压制时，配属于该装填芯(23)的该成型芯(22)进入该阴模(27)，该成型芯(22)使该装填芯(23)在该阴模(27)里向下移动并通过该成型芯(22)的几何形状而在粉末中形成该球滚道(7)，同时使该上冲模(25)移入该阴模(27)，直到到达一个上冲模压制位置，并且该粉末被压实成生坯，所述球滚道(7)通过该阴模(27)的几何形状而成型，并且使该下冲模(24)一直移入到一个下冲模终端位置并且该粉末也被压实，在顶出时，使该上冲模(25)和该成型芯(22)从该阴模(27)里移出并且该中间芯(26)被从该生坯中拉出来。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在装填位置上，该装填芯(23)的面对该成型芯(22)的那一侧与该阴模(27)的上表面(30)和该中间芯(30)的上表面(31)平齐，在压制位置上，该成型芯(22)贴靠着该装填芯(23)的上表面(33)并使该装填芯回撤，同时，压制力被施加在该上冲模(25)上，接着使该上冲模(25)和该成型芯(22)从该阴模(27)里移出并且压制完的生坯通过该下冲模(24)从该阴模(27)中被顶出。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粉末通过压力和加热被压制成一个生坯。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在压制过程中，该阴模和至少一个冲模(24，25)被加热。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在烧结后，该球滚道(7)的表面被压实。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，在烧结后，借助至少一个球(32)来压实该球滚道(7)的表面，该球垂直于滚道表面地施加压力，其中这种压实可在冷或热的状态下进行。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，该球(32)至少一次压实该球滚道(7)的至少一部分。
8.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，烧结完的零件接着被锻压，其中带有该球滚道(7)的烧结件被放入该阴模(27)的一个中间芯(26)上，一个具有相同结构的锻压模具压制烧结件以便形成外轮廓，接着将该烧结件顶出。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，在烧结或锻压之后，烧结完的零件被精整，其中带有该球滚道(7)的烧结件被安置到阴模(27)的一个中间芯(26)上，一个具有相同结构的精整模具压制该烧结件以获得外轮廓，接着将该烧结件顶出。
10.一种按照如权利要求1至9之一所述方法来制造金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的带有球滚道(7)的活节内构件的装置，其特征在于，该装置具有压制装置(27)，它有至少一个成型芯(22)和至少一个设置在该成型芯(22)对面的装填芯(23)、一个下冲模和一个上冲模(24，25)和一个中间芯(26)，它们形成装填腔(28)并且在径向上被一个阴模(27)包围住。
11.按权利要球10所述的装置，其特征在于，设有三个成型芯(22)和三个设置于这些成型芯对面的装填芯(23)，它们都在该阴模(27)的凹槽(28)里导向移动。
12.一种按权利要求1至9之一所述方法制成的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，它具有布置在外圆周上的球滚道(7)，其特征在于，它作为烧结件具有整体构造。
13.按权利要求12所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节的活节内构件，其特征在于，该球滚道成圆形。
14.按权利要求12所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，该球滚道(7)成近似椭圆形。
15.按权利要求12所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，该球滚道(7)成多边形。
16.按权利要求15所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，该球滚道(7)在局部区域里有较高的密度。
17.按权利要求16所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，该球滚道(7)在局部区域里经过热处理。
18.按权利要求17所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，该球滚道(7)在局部区域里经过表面处理。
19.按权利要求16、17或18所述的金属构件即粉末冶金制成的构件即万向节(1)的活节内构件(3)，其特征在于，所述球滚道(7)的局部区域至少包括球滚动面(16，16’)的区域。
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