CN100457319C - 用于制造至少局部成型的管的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
为了实施按照本发明的一种用于通过机械冷成型工艺由空心圆柱形毛坯(3)制造至少局部地形成有内部成型轮廓和最好也形成有外部成型轮廓的管的方法，将所述毛坯(3)首先以不要被加工的端部(3’)输送到一个夹紧装置(10)。接着将所述毛坯(3)夹紧地固定在夹紧装置(10)中，然后在毛坯(3)的待加工的区域(3’)的端部中插入一个芯轴(2)，其自由端(8’)一直插入到夹紧装置(10)中。然后将长杆(8)的尖端(8’)在毛坯(3)的轴向上与夹紧装置(10)置于形状锁合的接触，并且将芯轴(2)轴向地与夹紧装置(10)和毛坯(3)一起穿过一个位置固定的加工位置(6)。在这个加工位置(6)上径向从外面沿着待加工的区段(3”)作用于毛坯(3)的表面，以便在毛坯(3)上产生内部成型轮廓和必要时也产生外部成型轮廓。在此，所述芯轴(2)最好轴向间歇旋转地驱动。本发明也包括一种用于实施该方法的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造至少局部成型的管的方法和设备。
背景技术
成型管或管段例如在汽车工业中被制造，用作为用于万向轴或可移动的转向柱的移动件。在此通常总是使用两个相互间可纵向移动的管，它们相对于围绕其纵向轴线的旋转形状锁合地相互连接。由此可以补偿这些管的端点之间的距离的变化并且传递一个精确的旋转。这些要求如上所述在汽车中不仅对于传动系而且对于转向装置都是需要的。在此这些管应该尽可能轻地构造，并且具有一个有尽可能小间隙的精确的成型轮廓和高强度。
为了通过冷成型制造尤其薄壁的、内部和外部成型的或配有齿形轮廓的金属管段，通常使用一个同样成型的芯轴。该芯轴被导引到一个管毛坯里面并从外面机械地作用于毛坯的表面，例如以冲击轧辊的形式。这一点通常自动地在一个相应构成的制造设备上实现。在此，所述芯轴必需具有一个大于待加工的毛坯区域的长度，因为用于成型的芯轴必需保持在毛坯的整个长度内部使用并且接着必需拉回到制造设备里面，以便取出完成的工件并将一个新的毛坯装到制造设备里面。
因此，这种常见的方法和相应的制造设备只适合于制造一个有限长度的管。当必需制造相应较长的管时，这个制造设备由于其尺寸的限制，如果任意延长其芯轴则同样由于要容忍较大的制造成本而存在问题。
发明内容
因此本发明的目的是，找到一种方法和一种设备，它适用于通过机械的成形机制造相对长的、至少局部成型的管段。
按照本发明这个目的通过以下所述方法的特征得以实现。
按本发明的用于通过机械冷成型工艺由空心圆柱形毛坯制造局部或全部地形成有内部成型轮廓或者内部和外部成型轮廓的管的方法，其特征在于，
-将所述毛坯以不要被加工的端部输送到一夹紧装置，
-将所述毛坯夹紧地固定在夹紧装置中，
-接着，将一个设置在一初级主轴箱上的芯轴插入到毛坯的待加工区域的端部中，以及
-将一个长杆的自由端同轴地穿过芯轴和毛坯直到夹紧装置中，
-然后，将长杆与夹紧装置至少在牵拉和旋转方面置于一种形状锁合的连接，
-然后，将芯轴轴向地与夹紧装置和毛坯一起穿过一个位置固定的加工位置，使得通过加工机构径向从外面沿着待加工的区段作用于毛坯的表面上，以便在毛坯中产生所述内部成型轮廓或者内部和外部成型轮廓。
以下给出按照本发明的方法的优选实施例。通过将所述毛坯以不要被制造的区域的端部输送给夹紧装置，可以根据待加工的毛坯区域的长度选择芯轴的长度。尤其由此可以使芯轴的运动间隙实际上限制在待加工区域的长度上。这一点有利地导致更小的机器尺寸，尤其是在驱动装置和导向装置的区域内。所述加工工位的驱动装置和芯轴的旋转驱动装置由此可以非常紧凑地设置在同一机架上。
此外，由此可以在加工区域以外在与芯轴对置的一侧上将毛坯装夹在夹紧装置中。同样能够在完成加工以后接着在那里再卸下加工好的管。由此可以通过一个唯一的装置不仅实现装载而且实现卸载过程。
通过使用一个次级主轴箱，它通过一个长杆形状锁合地与初级主轴箱连接，能够对于毛坯为接着的加工实现有力且可靠的夹紧。
通过按照本发明的方法尤其能够有利地使比较长的、薄壁的毛坯至少局部地配有在内部和外部构成的成型轮廓(Profilierung)。通常产生一个轴向延伸的齿形几何形状，由此使该管适合用作抗扭转的伸缩式管。但是这种管例如不仅仅用于汽车技术中，例如用于万向轴或转向柱中。
本方法尤其适合于使用冲击轧辊工艺作为机械成形工艺，即，沿径向从外部通过成型的或平面的轧辊先后依次地锤击或冲击地加工毛坯。由此以公知的方式可以不仅产生内齿而且也同时产生内齿和外齿。
毛坯的第一次夹紧最好通过一个弹簧加载的预应力装置实现，它在夹紧装置中实现。亦即，将毛坯从装料装置插入到预应力装置里面并在那里为了进给而通过芯轴固定。
通过在初级主轴箱与夹紧装置之间的一个形状和/或力锁合的连接，将芯轴的旋转运动可靠且准确地传递到毛坯上，这最终保证一个高的加工精度。
所述毛坯最好通过夹紧装置的一个轴向移动被推到芯轴上并接着共同穿过加工工位。在此，为了产生一个准确的齿部，不仅穿过加工工位的纵向移动而且可能的间歇的旋转运动的驱动都有利地在初级主轴箱中实现。
另一目的按照本发明通过具有以下特征的设备得以实现。
按本发明的用于实施上述方法的设备，具有：一个初级主轴箱和一个由此可轴向移动的芯轴、一个次级主轴箱和一个径向于主轴轴线作用的、具有冷成型工具的固定的加工工位，其中所述次级主轴箱轴向设置在初级主轴箱对面；还具有一个与初级主轴轴线同轴地相对于加工工位可移动地设置的夹紧装置，其中该加工工位固定地设置在初级主轴箱与次级主轴箱之间，其特征在于，轴向对称地在芯轴内部可轴向移动地设置一个长杆，该长杆在头部区域内具有一个轴向啮合齿部并且在端面上具有径向环绕的槽。
以下给出按照本发明的设备的优选实施例。
只有初级主轴箱配有一个间歇地运动的旋转驱动装置。
所述夹紧装置具有一个空心圆柱形的外壳、一个设置在其中的夹头和一个锥体，该锥体可以从内侧面轴向顶靠到夹头上。
所述夹紧装置具有一个与一操纵杆连接的夹紧活塞。
所述夹紧装置具有一个在夹紧装置内部可轴向移动地支承的旋转同步器，该旋转同步器的一个端部构成为具有锥形外表面和成型的内表面的、具有环绕的槽的夹紧活塞。
通过按本发明的初级主轴箱、加工工位和次级主轴箱的布置实现本设备的一个尽可能节省空间的紧凑的结构形式。机架与组合在其上的初级主轴箱和加工工位，与常见的设备相比尽管由此可以制造较长的待加工的毛坯区域或者较长的毛坯，但是没有更大或者甚至更小的尺寸。从这个机架中伸出的用于固定和导引次级主轴箱的区域同样可以非常节省空间且紧凑地构成，并且还可以具有用于毛坯的装载和卸载装置，或者保留足够的空间用于存取这些装置。
通过具有空心圆柱形外壳和设置在其中的部分弹簧加载地作用的夹紧或拉紧部件的夹紧装置的优选实施例，实现一个非常紧凑的部件。夹紧装置或固定在其中的毛坯的旋转有利地通过插入到夹紧装置中的长杆或其自由端实现。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明的一个实施例。附图中：
图1简示出一个用于制造内部和外部成型的管的传统的设备的结构；
图2简示出一个按照本发明的设备的初级主轴区域和加工区域的俯视图；
图3示出按照图2的本发明设备的次级主轴区域的俯视图；
图4示出在装料位置的按照图3的设备的次级主轴区域的夹紧装置的纵向剖视图；
图5示出按照图4的包括装入的毛坯的纵向剖视图；
图6示出按照图4的包括插入的长杆尖端的纵向剖视图；
图7示出按照图4的在具有夹紧的长杆和拉紧的毛坯的运行状态的纵向剖视图。
具体实施方式
在图1中简示出一个用于制造内部和外部成型的管的传统设备的结构。该设备在右侧具有一个主轴箱1，它具有间歇的旋转驱动装置。向左从主轴箱1伸出地设置一个芯轴2，它具有一个按照待施加到毛坯3上的成型轮廓构成的表面。
所述毛坯3具有两个直径区域，一个第一区域3’具有一个较小的直径而一个第二区域3”具有一个较大的直径。所述成型轮廓在所示示例中应该在毛坯3的区域3”上构成。在此典型的是一个平行于毛坯轴线a延伸的齿形轮廓。这种内部和外部成型的工件例如使用于两件式的伸缩管，用于在汽车结构中形成伸缩式连接。
在左侧构成一个托架4，它具有一个可纵向移动的顶尖套筒5。在顶尖套筒5的尖端5’的原始位置区域内以两个圆简示出沿径向从外面作用到毛坯3上的机械的加工机构6。例如该加工机构是公知的旋转的冲击轧辊，它们以一个圆形运动轨迹作用于毛坯3表面上，同时对应于芯轴2的形状在毛坯3上形成成型轮廓。
为此，所述芯轴2的端面以公知的方式从右向左插入到毛坯3的开孔里面并且使芯轴2继续与毛坯3一起顶靠到顶尖套筒5上。然后在芯轴2相对于加工机构6间歇地旋转运动和纵向移动的条件下形成成型轮廓。
在形成成型轮廓以后，所述芯轴2再返回到其在右侧的原始位置并且将现在完成加工的毛坯3从芯轴2上通过单独的机构取下来并送出去。
由这个图可以看出，所述芯轴2必需根据毛坯3的总长相应长地构成并由此也在主轴箱1与托架4之间间隔距离。此外，所述芯轴2不仅要全部移入到毛坯3里面而且也要全部地从毛坯3中移出，由此才能输入该毛坯并接着再运出。
为了能够加工更长的管或毛坯，按照本发明建议一个按照图2和3的装置。
一个初级主轴箱1在这里同样可以纵向移动地设置在加工设备的机架7里面。所述芯轴2可围绕其纵向轴线间歇旋转地仍然由主轴箱1驱动。此外在机架7上设置加工机构6，以便径向以初级主轴箱轴线为基准起作用。例如在这里该加工机构6也以冲击轧辊的形式构成。因此不仅用于初级主轴箱1和由此芯轴2的运动而且也用于加工机构6的运动的所有的驱动机构或驱动轴设置在机架7上。
此外，现在与芯轴2同心地构成一个长杆(Lanze)8，它可以轴向移动地穿过芯轴2。所述长杆8的左端固定在一个驱动装置里面，它允许长杆8相对于初级主轴箱1轴向运动。为了清晰起见在图2中未示出这个驱动装置。驱动装置例如可以是一个液压缸，它能够使长杆8以一个高的静态拉力向初级主轴箱1的方向加载。
该长杆8的自由端在尖端8’区域内配有一个啮合齿部或沟槽，如同下面还要详细描述的那样。
在初级主轴箱轴线的延长线上，在长杆8的尖端8’的对面，一个次级主轴箱4可以纵向移动地设置在机架7的一个支架9上，从图3中可以看出这一点。
这个次级主轴箱4具有一个夹头形式的夹紧装置10用于夹持毛坯3。在此，毛坯3的待加工的区域3”的端面指向初级主轴箱1，而不要被加工的区域3’的端部固定在夹紧装置10里面。
在这个原始或装料位置上，所述次级主轴箱4这样远地处于加工机构6区域的左边，使得毛坯3的整个长度也都位于加工机构6区域以外的左边。由此能够使毛坯3在加工前通过适当的输送机构(在这里未示出)方便且自动地输送到夹紧装置10并在完成毛坯3加工以后必要时也再取出来，而不在机架7区域内与加工机构6发生干涉。
通过这个结构尤其可以使芯轴2仅仅在毛坯3的待加工区域3”的长度上构成并由此也使初级主轴箱4用于其纵向运动的导向装置的长度相应地短。此外，由此也可以使机架的长度在初级主轴箱1和加工机构6的区域内对于相对长的毛坯3也对应于待加工区域3”的长度地相对短，并且不必如常见的结构那样至少在整个长度上延伸或者直到毛坯3长度的两倍地延伸。
所述夹紧装置10自由旋转地设置在纵向可移动的主轴箱4里面，如同由图3的纵向剖视图中看到的那样。该夹紧装置10有利地具有一个圆柱形外壳11，在其右端内部设置一个夹头(Spannzange)12。在夹头12与围绕其设置的夹紧环13之间构成的圆柱形缝隙中能够插入毛坯3的端部，如同图4中所示的那样。
所述夹头12通过一个在外壳11中可纵向移动的锥体14操纵。该锥体14相对于一个同样在外壳11中可移动设置的夹紧活塞15弹性地支承，该夹紧活塞可旋转地支承和固定在操纵杆16上。
图5示出已经插入并固定在夹头12与夹紧环13之间的毛坯3。在此，所述夹紧活塞15向着夹头12在外壳11中移动，并且由此使锥体通过弹簧17顶压到夹头12的内侧面上并由此将毛坯3固定在相应的位置上。
现在为了在夹紧装置10与芯轴2之间实现一个抗扭转的连接，还设置一个在外壳11中可纵向移动设置的旋转同步器18，如同图6所示的那样。这个旋转同步器18在图4和5中出于清晰的原因未示出。
现在通过插入长杆8的尖端8’在长杆8与旋转同步器18之间实现一个形状锁合的连接。为此，所述长杆8在其尖端8’区域内具有一个纵向齿部19，它们与旋转同步器18的相应的切槽处于啮合。通过使纵向齿部19的前棱边楔形地构成，使得旋转同步器18或夹紧装置10自动地定位在正确的旋转位置。
最后在图7中示出完全处于相互连接的夹紧装置10和长杆8。在此旋转同步器18的后部区域20锥形地构成为夹头并且其内侧面具有径向的圆周槽，在其中可以形状锁合地嵌入长杆8尖端的径向环绕的筋肋。通过使夹紧活塞15向右顶压而使这个夹紧活塞与旋转同步器18接触并由此构成用于夹紧过程的轴向连接。所述长杆8现在可以通过其驱动装置向右牵拉到初级主轴箱1并且被置于夹紧，由此通过旋转同步器18和夹头12将毛坯3为了加工而可靠地夹紧并抗扭转地顶压到芯轴2上的止挡上。
所述夹紧装置10的这种结构也允许，按照本发明使毛坯3由此夹持和固定在其不要被加工的区域3’上。用于固定的运动通过一个设置在次级主轴箱4上的纵向驱动装置、例如一个电动或液压的驱动装置实现，它使夹紧活塞15在夹紧装置10的外壳11里面向毛坯3的方向运动。
通过长杆8连接于初级主轴箱1的夹紧装置10现在与毛坯3一起轴向穿过加工机构6的加工区域移动，其中毛坯3的一个间歇旋转由于芯轴2的驱动装置而实现。
所述毛坯3的成型轮廓现在最好通过加工机构6的冲击轧辊以公知的方式和方法实现。在此可以根据所选择的冲击轧辊的形状，或者成型的或者平的轧辊实现毛坯3在内部和外部或者只在内部形成成型轮廓。
在形成毛坯3的成型轮廓后、通常为一个纵向啮合齿部，可以使已经完成加工的毛坯3在加工机构6径向进给以后固定在这个位置上并由进给装置固定。由此能够使芯轴2与初级主轴箱1向右从毛坯3中拉出来。然后可以使加工机构6再移回到其原始位置，并且接着通过夹紧装置10与次级主轴箱4移回到原始位置而将毛坯3拉回到装料装置的区域。在松开夹紧装置10中的夹紧连接以后，可以将毛坯3从装料区域卸下来并如上所述将一个新的毛坯3输送到夹紧装置10。
这种设备和这种方法的另一优点是，由于相当短的长度可以方便地更换芯轴2。这一点最好通过一个快速更换装置实现，以便能够快速地转换到另一齿部构形。由此实际上能够比常见的方法更简单且更快速地更换芯轴2。另一优点是，装料和接着取出已加工完成的毛坯3可以使用同一装置。
通过按照本发明的方法和设备可以加工例如外径在20mm至200mm和长度直至6000mm的毛坯，其待加工的区域具有直至1000mm的长度。这种薄壁的管可以具有1.0mm至8.0mm的壁厚并接着组合成一个高精度的伸缩式管。在此，这个毛坯由钢或其它金属制成。当然通过本方法和本设备也能够加工具有更短的待加工区域的更短的管。
Claims (14)
1.一种用于通过机械冷成型工艺由空心圆柱形毛坯(3)制造局部或全部地形成有内部成型轮廓或者内部和外部成型轮廓的管的方法，其特征在于，
-将所述毛坯(3)以不要被加工的端部(3’)输送到一夹紧装置(10)，
-将所述毛坯(3)夹紧地固定在夹紧装置(10)中，
-接着，将一个设置在一初级主轴箱(1)上的芯轴(2)插入到毛坯(3)的待加工区域(3’)的端部中，以及
-将一个长杆(8)的自由端同轴地穿过芯轴(2)和毛坯(3)直到夹紧装置(10)中，
-然后，将长杆(8)与夹紧装置(10)至少在牵拉和旋转方面置于一种形状锁合的连接，
-然后，将芯轴(2)轴向地与夹紧装置(10)和毛坯(3)一起穿过一个位置固定的加工位置，使得通过加工机构(6)径向从外面沿着待加工的区段(3”)作用于毛坯(3)的表面上，以便在毛坯(3)中产生所述内部成型轮廓或者内部和外部成型轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯轴(2)通过一个设置在初级主轴箱(1)上的驱动装置轴向地和间歇旋转地驱动。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，作为机械冷成型工艺使用冲击轧制工艺，即，将成型的或不成型的轧辊的一个相互衔接的径向的冲击或锤击作用施加到毛坯(3)上，同时实现毛坯(3)的一个内部和外部的成型轮廓或者只实现一个内部的成型轮廓。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，紧接着毛坯(3)的加工，将加工机构(6)至少局部形状锁合地进给到毛坯上，然后将芯轴(2)从毛坯(3)中拉出来，接着再将加工机构(6)从形状锁合的进给中移出，并且将毛坯(3)与夹紧装置(10)从加工区域移动到原始的装料区域中，并接着将已加工的毛坯(3)输送到一个转送装置或者从这个装置取出，此时松开夹紧装置(10)。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述毛坯(3)在夹紧装置(10)中通过一个预应力装置固定，其中预应力至少部分地通过弹簧力产生。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，初级主轴箱(1)与夹紧装置(10)之间的连接在轴向移动方面通过一个形状锁合和/或力锁合的连接装置实现而在旋转方面通过一个形状锁合和/或力锁合的连接装置实现。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了将毛坯(3)夹紧在夹紧装置(10)中以及夹紧到初级主轴箱(1)上的芯轴(2)上，通过液压力实现用于将拉力施加到长杆(8)上的驱动。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过一个设置在夹紧装置中的同步器(18)实现所述初级主轴箱(1)与夹紧装置(10)之间的连接。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述芯轴(2)的可能的更换在不同的加工过程之间通过一个快速更换装置进行。
10.一种用于实施如权利要求1至9中任一项所述方法的设备，具有：一个初级主轴箱(1)和一个由此可轴向移动的芯轴(2)、一个次级主轴箱(4)和一个径向于主轴轴线作用的、具有冷成型工具的固定的加工工位，其中所述次级主轴箱(4)轴向设置在初级主轴箱(1)对面；还具有一个与初级主轴轴线同轴地相对于加工工位可移动地设置的夹紧装置(10)，其中该加工工位固定地设置在初级主轴箱(1)与次级主轴箱(4)之间，其特征在于，轴向对称地在芯轴(2)内部可轴向移动地设置一个长杆(8)，该长杆在头部区域(8’)内具有一个轴向啮合齿部并且在端面上具有径向环绕的槽。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，只有初级主轴箱(1)配有一个间歇地运动的旋转驱动装置。
12.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述夹紧装置(10)具有一个空心圆柱形的外壳(11)、一个设置在其中的夹头(12)和一个锥体(14)，该锥体可以从内侧面轴向顶靠到夹头(12)上。
13.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述夹紧装置(10)具有一个与一操纵杆(16)连接的夹紧活塞(15)。
14.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述夹紧装置(10)具有一个在夹紧装置(10)内部可轴向移动地支承的旋转同步器(18)，该旋转同步器的一个端部构成为具有锥形外表面和成型的内表面的、具有环绕的槽的夹紧活塞。
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