CN101023285A - 有内齿的部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有内齿的部件及其制造方法。在成为内部部件(1)的预成形体(8)的侧周壁上设置有成为滚珠滚动槽的槽部(4a～4f)。并且，在该预成形体(8)的一端面上形成有与面对贯通孔(2)的槽部(4a～4f)的弯曲底部相连并开口的凹部(6)。在施行渗碳处理时，进入形成在贯通孔(2)与支轴部件(14)之间的间隙(16)的渗碳气体与内齿(3)接触，之后经由凹部(6)，通过槽部(4a～4f)的弯曲底部排出到预成形体(8)的外部。反之，与槽部(4a～4f)的弯曲底部接触的渗碳气体经由凹部(6)与内齿(3)接触，通过间隙(16)排出。

Description

有内齿的部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在贯通孔的内周壁上设置有内齿且在该内齿上施行了渗碳处理的有内齿的部件及其制造方法。
背景技术
以往，广泛采用在对金属制的部件进行淬火处理时使碳扩散到表层部，从而在该表层部上设置硬化层的渗碳处理。例如，在构成球笼式等速万向节的内部部件中，对形成于贯通孔的内周壁上的内齿施行渗碳处理。
在对这种内部部件施行渗碳处理时，必须避免在内齿上形成过厚的硬化层。在该情况下，由于内齿的硬度会过度上升，所以韧性降低，容易产生裂纹。
从这种观点出发，在日本特开平2-298249号公报中，提出了对内齿涂敷渗碳防止剂的技术，并且，在日本特开平6-2102号公报中，提出了设置镍镀层等进行防碳处理的技术。另外，在日本特开平4-263060号公报、日本特开昭60-103123号公报中，公开了为了控制硬化层的形成程度而利用密封件或者隔离件包围内齿的技术。
然而，在使用渗碳防止剂的情况下，在施行了渗碳处理之后必须进行从内部部件上剥离除去该渗碳防止剂的繁杂的作业。并且，还存在着无法调整硬化层的深度的不便。
另一方面，在使用密封件或者隔离件的情况下，作业人员必须人工设置密封件或者隔离件等，为此需要较长的时间，因此生产效率降低。
为了避免上述不便之处，本申请人提出了如下技术：将立设于框体上的由管材等构成的支轴部件穿过多个内部部件的贯通孔依次层叠起来，并且，一边将在上述内部部件的内周面与支轴部件的外周面之间形成的环状间隙保持为一定的距离，一边向上述间隙中供给渗碳气体，该技术已载入日本特开平9-324257号公报中。在该情况下，形成于内部部件的内周面上的硬化层的深度大致均匀，并且该硬化层的深度比形成于外周面的硬化层的深度小。
但是，在日本特开平9-324257号公报所记载的技术中，内部部件的端面彼此紧密接触而层叠起来。因此，渗碳剂(气体)几乎不会从邻接的内部部件之间泄漏。因此，渗碳剂仅与在层叠的内部部件中露出的、位于框体的正上方的最下面的内部部件的下端面以及层叠于最上部的内部部件的上端面这两个部位接触。因此，在希望对内部部件的端面也进行渗碳处理的情况下，很难应用。
另外，在上述最下面及最上面的内部部件中，仅在它们的一个端面上形成硬化层。以此为起因，如图9所示，在最下面及最上面的内部部件上会产生较大的淬火变形差，如果发生这种情况，则难以维持内部部件、进而是内齿的尺寸精度。特别是在内部部件是通过元素添加而使晶粒界面强化了的高强度钢、例如硼钢的情况下，由于与SCM钢等普通的表面渗碳钢相比，其结构敏感性大，因而会产生大的淬火变形差(参照图9。另外，图9中示出的数值是层叠个数为5个的情况下的结果，“层叠位置”一栏中的1表示最上面，3表示中央，5表示最下面。另外，2、4分别表示介于1和3之间、3和5之间的内部部件。淬火变形差是在各内部部件的同一部位之间测定出的淬火处理前后的尺寸差)。
发明内容
本发明的一般目的是提供一种对内齿和两端面施行了渗碳处理的有内齿的部件。
本发明的主要目的是提供一种尽可能避免产生淬火变形差的有内齿的部件。
本发明的另一个目的是提供一种上述有内齿的部件的制造方法。
根据本发明的一个实施方式，提供一种有内齿的部件，该有内齿的部件在内周壁上设置形成有内齿的贯通孔，并且在侧周壁上设置多个槽从而具有在上述槽之间突出的突出部，在该有内齿的部件中，
在上述贯通孔开口的两端面中至少任一方的端面上设置能够使气体从上述贯通孔向所有的上述槽流通的凹部，
对上述内齿、上述凹部以及另一端面上的相对于上述凹部的对称部位施行了渗碳处理。
即，对该有内齿的部件遍及大致整个表面施行渗碳处理，因此设置有硬化层。因此，可抑制产生淬火变形差，结果可确保尺寸精度。由此，有内齿的部件的制造成品率也提高。
在这里，作为有内齿部件的优选例，可列举出等速万向节的内部部件。在该情况下，转矩传递用滚珠能够滚动地插入到上述槽和在等速万向节的外部部件上形成的槽中。
并且，作为有内齿的部件的材质的优选例，可以举出硼钢。即，本发明的有内齿的部件也可以由因产生比较大的淬火变形差而难以确保尺寸精度的材质构成。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种有内齿的部件的制造方法，该制造方法是对成形体施行渗碳处理而形成有内齿的部件的方法，所述成形体在内周壁上设置形成有内齿的贯通孔，并且在侧周壁上设置多个槽从而具有在上述槽之间突出的突出部，该有内齿的部件的制造方法具有下述工序：
制作如下的部件作为上述成形体，即，在上述贯通孔开口的两端面中的至少任一方的端面上设置有与上述贯通孔和所有的上述槽连通而可使气体流通的凹部的部件；
使多个上述成形体的设置有上述凹部的端面面向同一方向，并使立设在基座上的轴部件贯穿到多个上述成形体的上述贯通孔中，由此将上述成形体层叠起来；以及
将层叠起来的上述成形体在热处理炉内加热，同时，向上述热处理炉内供给渗碳剂，使从上述成形体的上述槽或上述贯通孔经由上述凹部后的该渗碳剂从上述贯通孔或上述槽排出，
利用经由上述槽或上述贯通孔到达上述凹部的渗碳剂对上述内齿、上述凹部以及与设置有该凹部的上述成形体邻接的其他上述成形体的端面施行渗碳处理。
这样，在有内齿的部件上设置凹部，使气体或液体可以从该有内齿的部件的内周壁侧向外周壁侧、或者向其反方向流通，由此，在渗碳处理时，气体从内齿(内周壁)经由凹部向外部，或者从外部经由凹部向内齿流通，因此对该凹部的壁面，以及位于该凹部的正下方或者正上方的其他成形体的端面施行渗碳处理。另外，由于渗碳气体也与有内齿的部件的露出的面接触，结果可获得遍及大致整个表面被施行了渗碳处理的有内齿的部件。
换句话说，可以对有内齿的部件的内齿及两端面施行渗碳处理，进而可以设置硬化层。由此，可以避免产生淬火变形差，因而能够获得尺寸精度良好的有内齿的部件。
另外，优选在渗碳处理完成后，将多个上述成形体在层叠的状态下浸渍在冷却用介质中，使冷却用介质从上述贯通孔或上述槽经由上述凹部流通到上述槽或上述贯通孔。由此，能够对多个上述成形体中施行了渗碳处理的区域施行一次淬火处理。即，提高了淬火处理的效率。
作为有内齿的部件的优选例，如上所述，可以列举出等速万向节的内部部件。
附图说明
图1是本实施方式的作为有内齿的部件的内部部件的整体的立体示意图。
图2是用于实施本实施方式的有内齿的部件的制造方法的保持机构的局部省略的立体图。
图3是表示通过图2所示的保持机构将多个预成形体层叠起来的状态的立体图。
图4是图3的纵向剖面图。
图5是图3的俯视图。
图6是在将加热后的内圈保持于保持机构的状态下，通过油槽进行冷却时的动作的示意说明图。
图7是表示凹部的有无与CP值之间的关系的图表。
图8是表示通过图2所示的保持机构将多个预成形体不规则地层叠起来的状态的立体图。
图9是表示层叠位置与淬火变形差之间关系的图表。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的有内齿的部件及其制造方法列举优选实施方式进行详细说明。
图1是构成球笼式等速万向节的本实施方式的内部部件(有内齿的部件)1的整体的立体示意图。在该情况下，内部部件1由硼钢制成。此外，在内部部件1的大致中央，沿轴线方向设置有贯通孔2，在该贯通孔2的内周壁形成有内齿3。未图示的驱动轴的齿部与该内齿3啮合。
另外，在内部部件1的侧周壁设置有6个槽部4a～4f，所述槽部4a～4f在与贯通孔2的轴线方向相同的方向上延伸，并且彼此以等间隔离开，它们的与贯通孔2面对的底部大大地弯曲。由此，内部部件1成为在槽部4a～4f彼此之间设置有6个突出部5a～5f的方式。
构成三球销式等速万向节的未图示的转矩传递用滚珠滚动自如地插入到槽部4a～4f中。即，槽部4a～4f作为滚珠滚动槽而发挥功能。
在这里，在内部部件1的图1中的上端面，与贯通孔2呈同心圆状地设置有大致圆形的凹部6。该凹部6的外周缘的一部分被槽部4a～4f的弯曲底部切去。换句话说，凹部6的直径被设定成与槽部4a～4f的弯曲底部相连。如后面所述，该凹部6作为从贯通孔2到槽部4a～4f的气体或者液体的流通通路而发挥功能。
另外，凹部6的直径必须是至少与槽部4a～4f的弯曲底部相连的程度。但如果过大，则内部部件1的淬火变形差的程度在内周壁(内齿3)和侧周壁(突出部5a～5f)上就会不同，另外，插入到槽部4a～4f中的转矩传递用滚珠有可能从槽部4a～4f脱离。另外，当在后述的渗碳处理时将内部部件1的预成形体层叠时，该凹部6会被位于凹部6的正上方或正下方的其他预成形体的端面遮挡，因而有可能无法对形成凹部6的壁面施行渗碳处理。
为了避免这种情况发生，凹部6的直径最大限度设定为，内部部件1的淬火变形差的程度在内齿3和突出部5a～5f中相同，并且转矩传递用滚珠不会从槽部4a～4f中脱离，而且，其他预成形体的与凹部6面对侧的一端部不会进入凹部6中。
另一方面，凹部6的深度被设定成，渗碳气体和冷却剂能够流通到槽部4a～4f中，并且内部部件1的强度不会降低。
另外，在内部部件1中，至少在该凹部6的各壁面和以贯通孔2的中腹部为交界位于该凹部6的对称位置的部位，通过施行渗碳处理而形成硬化层。
该内部部件1例如可以在通过冷锻加工等利用硼钢加工成形出形状与该内部部件1的形状对应的预成形体8(参照图3)之后，如图2所示，用工件保持机构10按如下所述那样进行制作。
该工件保持机构(以下，简称为保持机构)10具有：多个框体(基座)12，它们大致平行地并列设置；以及多个支轴部件(轴部件)14，它们沿着上述框体12的长度方向离开预定间隔。支轴部件14由沿轴线方向形成有贯通孔的管材构成，例如通过焊接等固定在邻接的一组框体12之间。
在该情况下，如图3及图4所示，在支轴部件14上保持有5个预成形体8。另外，形成在各预成形体8的贯通孔2的内壁面上的内齿3与支轴部件14的侧周壁以预定的间隔相互离开。换句话说，在内齿3与支轴部件14之间形成有间隙16。
在这里，预成形体8的形状与内部部件1相同，因而，在预成形体8中，对与内部部件1相同的结构要素赋予了相同的参照标号，并对其省略了详细的说明。另外，由于没有对预成形体8施行渗碳处理，因此当然没有形成硬化层。
在本实施方式中，各预成形体8以设置有凹部6的端面面对上方且各突出部5a～5f彼此的位置一致的方式保持在支轴部件14上。即，例如其他预成形体8的没有设置凹部6侧的端面位于预成形体8的凹部6的正上方。另外，如上所述，凹部6的直径被设定成，与该凹部6面对的预成形体8的一端部不会进入其中的程度。即，凹部6的壁面不会被上方的预成形体8的一端面遮挡。因此，如图3～图5所示，在预成形体8中，从间隙16到各槽部4a～4f，或者从各槽部4a～4f到间隙16，形成有可以使气体或液体经由凹部6流通的流通通路。
在维持形成有该流通通路的状态的同时，将保持机构10搬入到未图示的热处理炉的室内之后，进行渗碳处理。具体地说，首先，使热处理炉的温度升高，在到达预定的温度时，供给作为渗碳剂的气体(例如甲烷气、丙烷气等)。
作为从外侧包围预成形体8的渗碳气体的结构元素的碳成分会进入/扩散到预成形体8中露出的部位，即例如突出部5a～5f和槽部4a～4f等的表层部，其结果是，在该表层部形成预定深度的硬化层。
另外，与槽部4a～4f接触的渗碳气体经由各预成形体8的凹部6流入间隙16中，一边下降或上升一边与各内齿3接触，最终从间隙16的下方或上方排出。即，渗碳气体与凹部6的底面、位于该凹部6的正上方的其他预成形体8的一端面以及内齿3相接触。
另一方面，渗碳气体从下方或上方流入间隙16中，到达预成形体8的内齿3。该渗碳气体经过凹部6后，从设置有该凹部6的开口的槽部4a～4f的底部附近向预成形体8的外部排出。因此，渗碳气体与内齿3、凹部6的壁面以及位于该凹部6的正上方的其他预成形体8的一端面相接触。
通过使渗碳气体这样与预成形体8的各部位接触，从而碳成分也进入/扩散到该接触部位的表层部。即，在内齿3、凹部6的壁面以及其他预成形体8中与该凹部6对称位置的部位都形成硬化层，由此获得具有硬化层的内部部件1。
即，根据本实施方式，不仅能够对预成形体8的突出部5a～5f以及槽部4a～4f，而且也能够对两端面施行渗碳处理，从而形成硬化层。换句话说，由于能够遍及预成形体8的大致整个表面设置硬化层，因而能够抑制在预成形体8上产生淬火变形差，进而抑制在作为最终产品的内部部件1上产生淬火变形差。
在进行了上述工序之后，进行从热处理炉的室内排出渗碳气体的排气工序以及将上述热处理炉的内部的温度保持在大致恒定的淬火保持温度的均热工序，然后，进行将内部部件1冷却到预定温度的冷却工序。
从热处理炉的室内取出的内部部件1在保持穿过支轴部件14的状态下通过未图示的输送装置被搬运，如图6所示，最终与保持机构10一起浸渍在积存于油槽20中的冷却油(致冷剂)22中。
通过在冷却油22中静置预定的时间，内部部件1的露出的突出部5a～5f和槽部4a～4f与油槽20内的冷却油22接触从而被适当冷却。另一方面，内齿3、凹部6以及与该凹部6对称位置的部位通过与在和渗碳气体相同的路径中流通的冷却油22接触而被冷却，换句话说，通过与从间隙16经由凹部6在槽部4a～4f的弯曲底部附近排出的冷却油22，或者，从槽部4a～4f的弯曲底部附近经由凹部6在间隙16排出的冷却油22接触而被冷却。
内部部件1如上所述地下降到预定的温度，随之对该内部部件1进行淬火处理。另外，由于从槽部4a～4f的弯曲底部附近或者从间隙16流入的冷却油22是如上所述那样流通的，所以可以对存在于该流动路径上的内齿3、凹部6的壁面以及与该凹部6对称位置的部位进行均匀的淬火处理。
这样，在内部部件1的整体冷却至预定温度之后，在未图示的输送装置的作用下，将内部部件1与保持机构10一起提到油槽20的外部，就完成了淬火处理。
通过以上的作业，可抑制淬火变形差，因此可以获得尺寸精度良好的内部部件1。
在这里，图7表示在对由SCM钢和硼钢制成的30个预成形体8进行渗碳处理和淬火处理后的情况下的、凹部6的有无与工序能力指数(CP值)之间的关系。CP值越大意味着次品越少。
从该图7中可以看出，不仅是SCM钢，即使是容易产生淬火变形差的硼钢，通过设置凹部6来施行渗碳处理，次品也显著减少，换句话说，可以获得淬火变形差小且尺寸精度优异的内部部件1。
这样，本实施方式中，在预成形体8上设置到达槽部4a～4f的凹部6，在渗碳处理和淬火处理时，使渗碳气体或冷却油与内齿3接触之后经由凹部6流到外周壁。由此，能够在内部部件1的内齿3和两端面上都设置硬化层，因此能够避免在该内部部件1上产生淬火变形差，从而能够提高内部部件1的制造成品率。
另外，在上述实施方式中，说明了对作为构成三球销式等速万向节的内部部件1的预成形体8进行渗碳处理的情况，但并不特别限定于此，只要是具有内齿的部件即可。
另外，穿过支轴部件14的预成形体8的个数并没有特别限定，可以是5个以下，也可以是5个以上。
另外，本发明特别适用于利用硼钢等那样会产生比较大的淬火变形差从而难以确保尺寸精度的材质来构成有内齿的部件的情况，但有内齿的部件的材质并不限定于此，无论是什么样的材质都可以。作为其他材质的例子，可以列举出表面渗碳钢。
另外，既可以将预成形体8之间以设置有凹部6的端面面对下方的方式层叠起来，也可以在预成形体8的两端面上设置凹部6。
另外，在将预成形体8之间层叠起来时，不需要特别地使突出部5a～5f彼此的位置一致，如图8所示，也可以是不规则的。在该情况下，凹部6也不会被该凹部6的正上方的预成形体8的一端面遮挡。因此，渗碳气体从槽部4a～4f向内齿3的流动，或者从内齿3向槽部4a～4f的流动就不会被阻碍，结果是对各预成形体8都施行渗碳处理。

Claims (7)

1.一种有内齿的部件，该有内齿的部件在内周壁上设置形成有内齿(3)的贯通孔(2)，并且在侧周壁上设置多个槽(4a～4f)从而具有在上述槽(4a～4f)之间突出的突出部(5a～5f)，其特征在于，
在上述贯通孔(2)开口的两端面中至少任一方的端面上设置能够使气体从上述贯通孔(2)向所有的上述槽(4a～4f)流通的凹部(6)，
对上述内齿(3)、上述凹部(6)以及另一端面上的相对于上述凹部(6)的对称部位施行了渗碳处理。
2.如权利要求1所述的有内齿的部件，其特征在于，
该有内齿的部件是等速万向节的内部部件(1)，转矩传递用滚珠能够滚动地插入到上述槽(4a～4f)和在上述等速万向节的外部部件上形成的槽中。
3.如权利要求1所述的有内齿的部件，其特征在于，
该有内齿的部件由硼钢制成。
4.一种有内齿的部件的制造方法，该制造方法是对成形体(8)施行渗碳处理而形成有内齿的部件的方法，所述成形体(8)在内周壁上设置形成有内齿(3)的贯通孔(2)，并且在侧周壁上设置多个槽(4a～4f)从而具有在上述槽(4a～4f)之间突出的突出部(5a～5f)，其特征在于，该有内齿的部件的制造方法具有下述工序：
制作如下的部件作为上述成形体(8)，即，在上述贯通孔(2)开口的两端面中的至少任一方的端面上设置有与上述贯通孔(2)和所有的上述槽(4a～4f)连通而可使气体流通的凹部(6)的部件；
使多个上述成形体(8)的设置有上述凹部(6)的端面面向同一方向，并使立设在基座(12)上的轴部件(14)贯穿到多个上述成形体(8)的上述贯通孔(2)中，由此将上述成形体(8)层叠起来；以及
将层叠起来的上述成形体(8)在热处理炉内加热，同时，向上述热处理炉内供给渗碳剂，使从上述成形体(8)的上述槽(4a～4b)或上述贯通孔(2)经由上述凹部(6)后的该渗碳剂从上述贯通孔(2)或上述的槽(4a～4f)排出，
利用经由上述槽(4a～4f)或上述贯通孔(2)到达上述凹部(6)的渗碳剂对上述内齿(3)、上述凹部(6)以及与设置有该凹部(6)的上述成形体(8)邻接的其他上述成形体(8)的端面施行渗碳处理。
5.如权利要求4所述的有内齿的部件的制造方法，其特征在于，
在上述渗碳处理完成后，将多个上述成形体(8)在层叠的状态下浸渍到冷却用介质(22)中，使上述冷却用介质(22)从上述贯通孔(2)或上述槽(4a～4f)经由上述凹部(6)流通到上述槽(4a～4f)或上述贯通孔(2)。
6.如权利要求4所述的有内齿的部件的制造方法，其特征在于，
作为上述有内齿的部件，制作等速万向节的内部部件(1)。
7.如权利要求4所述的有内齿的部件的制造方法，其特征在于，
上述有内齿的部件由硼钢制成。
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