CN101298876A - 球窝连接元件及其成形方法 - Google Patents

Abstract

一种改进的，重量轻的，用于通用连接的球窝元件及其形成方法，球窝元件在球部和连接部分都具有内部凹进，以便提供高强度和轻重量，所述方法通过改进的锻造过程，采用改进的锻模形成该球窝。

Description

球窝连接元件及其成形方法

技术领域

本发明涉及一种改进的球窝连接及其成形方法。

背景技术

球窝连接用于大量应用中，以提供将运动从一个连接元件传送到另一个连接元件的枢转连接，其，特别是在运动传送期间连接元件的关系变化时。典型应用中的发明如图1所示，其示出用于车辆，例如汽车，可操纵前轮悬架的轮的转向装置。仅示出了车辆转向系统，因为本领域技术人员考虑，根据本发明的球窝连接结构及制造可用于这种结合。本领域技术人员同样理解，根据本发明的球窝连接元件结构及构造能够用于其他采用常规类型接合的结构。

车辆转向系统，通常如11所示，包括转向轮12，其以已知方式布置在车辆驾驶室内。如上所述车辆大部分未示出，以便使本发明的基本应用更易理解。转向轮12连接于转向轴13的上端，其通常至少部分的沿驾驶室外侧延伸到车辆发动机舱。

在此，连接于转向机构箱14，以便有效控制转向臂15的转动。转向臂15的外端，以后面所述方式，带入球窝连接元件，其根据本发明构造通常由附图标记16指示，将如后面所述，

球窝连接16为一联接系统形成一万向枢转连接，联接系统包括连接于球窝连接16的连接17、18和19，其在连接的直接连接端提供枢轴连接。最终枢轴连接于支撑元件21，其轴颈支撑轮子22，以便轮子绕轮轴转动并且便于悬架和转向运动，如本领域公知的。

通过上述描述，显而易见的是，球窝连接必须能够在连接的元件之间通过最小的摩擦提供光滑的传动。同样在很多应用中，例如车辆转向连接中，球窝连接必须是坚固的且重量轻的。后者重量轻的要求是因为，其作为形成不支撑在弹簧上的重量的一部分。同样需要坚固的材料具有低制造成本。

图2示出的现有技术试图实现这些目的。该类型的球窝连接大量用于车辆的转向系统中，并且公开号为JP-A-2005-31605的日本专利申请作为典型代表。该现有技术类型的球窝连接的实质部分大体包括，球窝连接元件101，其可转动的容纳在外壳102中。球窝连接元件101包括光滑的球部101a和连接轴101c，球部具有球形滑动表面101b，该表面适于轴颈连接在外壳102内，连接轴101c从光滑球部101a的部分沿径向延伸。

近来，已经发现在这种球窝连接中，需要减少过多的材料以便节约资源并减小重量。一种用于该目的已知的方法是，在球窝连接元件101的光滑球部101a中提供减小重量的孔101d。该孔通过锻造或机加工自连接轴101c的相对侧轴向延伸。

然而，如果球窝连接元件101中的减重孔101d的直径扩大，以便提供减重，光滑球部的滑动表面区域将减小，结果可能限制连接轴的转动角度。由此，重量减轻孔101d尺寸的加大是有限制的。或者，如果可以采用切割工具刀头插入穿过重量减轻孔101d的开口，通过加工内侧表面101b扩大重量减轻孔101d，机加工的步骤的数量将增加并且成形时间也增加，这将是增加制造成本的因素。由此，这种方法很难实现。

由此，本发明的主要目的是提供一种重量减轻的、坚固的球窝连接，其具有较大球形表面并且其成形方法具有较低成本。

发明内容

本发明的首要特征是，其适于应用于球元件中，其用于球和球窝的枢转连接由一个独立零件形成，该独立件包括球部和颈部，球部适于枢转连接于形成在连接元件之一上的凹窝球窝球窝，颈部适于紧固于其他可枢转连接元件的配合开口，所述球元件颈部具有形状与所述球部和颈部相配合的内部空腔，，并且在两端封闭。

本发明的另一特征是，适于应用于形成球元件的方法，所述球元件用于由一个单独零件形成的球和球窝的枢转连接，其包括球部和颈部，球部适于枢转连接到球窝通过相连元件中的一个形成的球槽内，球窝一体的颈部适于紧固到其他枢转连接元件的相应开口。该方法还包括将金属固体圆柱件锻造为一体的球体和颈部的步骤，其通过锻造步骤形成具有封闭的球形和圆柱形空腔的球部和颈部。

附图说明

图1是表示采用本发明的典型实施方式的透视图。

图2是表示现有技术的球窝连接元件的横截面图。

图3是根据本发明实施方式，应用本发明的球窝连接，从颈端看的透视图。

图4是根据本发明实施方式，从球端看的球窝连接透视图。

图5是在形成最终产品之前，锻造材料的横截面图。

图6是与本发明结合的最终产品的横截面图。

图7是一系列横截面图，示出在不同锻造步骤中，球窝元件形状的上部，和进行锻造步骤中锻模低端部分。

具体实施方式

现在详细的参照附图并从附图3和4开始，这些是根据本发明构造并制造的球窝连接元件的透视图。这种新的球窝连接元件通过附图标记31指代，其通过参照图5-7的简述方式制成，并且由光滑球部32和连接轴部分33构成，球部32具有球形轴颈支撑表面，连接轴部分33设置成从光滑球部32的外表面沿径向突出。光滑球部32和连接轴部分33通过采用上面提到的下面将描述的方式，对锻造产品应用机加工过程，例如切割、旋转和其他塑造形成过程，进行制造。

连接轴部分33，如图3和4所示，具有附加部分33a容纳防尘罩(未示出)，和外螺纹部分33b以用于连接到相关的连接件，例如连接件17、18、19和21(图1)。附图标记33c表示凸缘，其作为附加部分33a和外螺纹部分33b之间的隔离物。附图标记33d表示通用扳手，其容纳形成在轴端轴中心的孔。圆形平面32e设置在光滑的球部32上，在连接轴部分33的相对一侧上，以便改进塑造成形的效率，还设置一形成凹进32f，以便在模具残留部分中定位操作。

图5是将要成形的园坯材料34的横截面图，从如图7所示锻造过程到图6中所示的横截面最终完成的球窝连接31。

现具体参照图6，附图标记35指代形成在锻造产品31的内侧表面的减重空间。减重空间35通过将一球形空间35a和伸长的圆柱空间35b相连而形成一单一的空间，所述的球形空间35a大约与外表面同中心，以便形成有大约恒定的壁厚，伸长的圆柱空间35b与连接轴部分33同轴。附带说明，在将在下面具体描述的制造过程中，会出现在球形空间35a内部的环形过剩材料肋部31b。

如上所述，所述元件的重量通过球窝连接元件16位于光滑球部32和连接轴部33之间大体沿外表面形状的区域减小，以形成空间35。因此，过剩重量减小到实际的最小值。根据该实施方式，称重65克的不具有减重的传统产品减轻到45克。此外，由于重量减轻不是通过在外表面造成凹进形成的，结果得到与传统产品同样的外形，因此没有削弱传统产品提供的功能和作用。

实际的形成过程(锻造)将在下面详细描述，首先通过参照图7的多个视图，在该图的底部还示出了在每个步骤采用的锻造工具，在该图的上部示出了通过这些工具形成的毛坯。这些步骤顺序编号，但需要注意的是，本领域技术人员可在不背离本发明的情况下采用不同步骤和/或顺序。

锻造加工主要在第一步骤中使用所谓的两件式分离模，该模设置成沿大致的轴向在球形锻造毛坯34的两侧彼此相向和分离移动。最后两步采用一三件式分离模。众所周知，两件式分离模具有在分离模各件的相对表面形成的模面，这些模件相对于坯料34的轴向彼此相向和分离移动。三件式分离模的第三模插入在两个分离模件之间。在该实施方式中，三件式分离模的第三模由可在径向分离的多个模件组成。

现具体参照图7所示的步骤，在图7(1)所示的第一步骤中，通过一对模具形成锻造毛坯34，这对模具的压模41和接收模42可彼此相向和分离移动，以形成第一粗糙的子弹形的部分加工件43，作为一整体，其一端具有半圆外形的突起部分43a，另一端形成有浅的圆形凹进部分43b。最初的成形在压模41和接收模42内进行使材料光滑流动，从而减小应力并便于在下一步骤中的成形。

在下面的第二步骤中，部分加工的工件43通过成形模44和接收模45加工。部分成形的工件43被插入，如图7(2)所示，并且容纳在接收模45内，接收模45具有半圆形内底。此后，工件的凹进46b和环壁46a通过冲孔形推模44挤压延伸。其产生的伸长圆筒形类似容器形状的第二部分加工的工件46，具有圆柱形壁部分46a围绕轴向孔46b，孔具有上端开口和大体半圆形的与圆柱形壁部分46a相连的底部46c。事实上，形成类似容器的部件的步骤与传统形成方法没有多大区别。

第三步骤，如图7(3)所示，构成本发明的一个特征。在所示的图中，采用挤压模47和接收模48。第二部分加工的工件46的底部46c支撑在接收模48内，接收模48具有半圆形的模面，其直径稍大于底部46c。冲孔形挤压模47的直径稍大于轴孔46b，并且挤压拉伸出圆柱形壁部46a的圆形内侧表面，以便形成之后减小壁厚的圆柱形壁部49a，同时增加内部直径49b。

在挤压模47挤压入之前形成工件46的过程中，其努力抵抗接收模48的模面挤压，底部49b向外凸出。同时，圆柱形壁部46a的部分材料流入凸出部分并扩散到模48内，以至形成近似球形的底部49b。

同样，在利用挤压模47挤压的过程中，用拉模47的前端表面，使过剩的材料被挤出圆柱形壁部46a的内侧表面，当挤压模47收回时过剩的材料留下，以形成从底部44b的附近向内流入的上述环形过剩材料部分49c。以这种方式，第三步骤的半加工的工件49形成有大体球形的底部49b，球形底部49b连续到薄的圆柱形壁部49a的一端。

下面，在第四步，如图7(4)示出，由第三步骤加工的部分加工的工件49通过接收模51和挤压模52加工，接收模51具有半球形接收表面，这将在下面详细描述，挤压模52朝向和远离接收模51移动。

挤压模52的模面，如图的下半部所示，具有内侧直径增加的三个阶梯部分52a，52b，52c，和顶部52d。顶部52d承载轴向延伸凸出部分52e，凸出部分52e形成有圆或六角形杆状，其将在下面描述。

如上所述，接收模51的底部中心的半球形接收表面，包括具有较小直径的大体平坦部分51a，该大体平坦部分51a具有凸出自平坦部分51a的中心的小半球凸出部51b。此外，在模的内侧表面和半加工工件的表面之间存在空间，用于接收在紧闭锻造过程中溢出的材料。此材料接收区域用附图标记51c指代。

因此，当挤压模52朝向接收模51移动，薄圆柱壁部49a的外表面被向上拉，以形成更小直径部分54。同时，圆柱壁部31的上端部分通过压模52的半球形顶部52d压下，并且当向内径向弯曲时沿壁表面流动。因此，当外直径收缩时壁厚大大增加。此时流动的部分材料流入凸出元件52e下，并且其前端部分围绕轴中心相互接近，几乎关闭开口。由此，形成预先孔54a用于之后接合孔19d的机加工。

此外，在拉伸步骤过程中，通过压模52施加的挤压力在薄圆柱壁部分49a和轴形小直径部分54之间形成台阶部分54b。定位在台阶部分54b下面的部分小直径部分49a，被推到底部49b，其在之前的步骤中扩大，以至其外围部分进一步扩展形成放大的底部53b。

这时，设置在接收模51的平底51a上的小凸出51b穿入并且轴向支撑第四步骤的半加工工件53。这样在在基底部形成一凹进53c，其在形成步骤后保持在平面53d的中心。此外，附图标记51c指代存在于模内侧表面和半加工工件表面之间的空间，以便接收在紧闭锻压步骤过程中溢出的材料。

以这种方式，在这样的情况下，即在制造接收模51的半球模面时，其直径相对底部37的设计尺寸留有余地，第四半加工工件53具有进一步扩大的球形部分53a，其简单地采用模具形成，当垂直压缩支撑在轴部上下的第三步骤的半加工工件49时，该模具限制其外形。

接下来，在第五步骤，如图7(5)所示，在之前步骤中得到的第四半加工工件53，进一步在轴向压缩，以使轴向长度变短而球形部分53a的外直径进一步扩大到大约为最终锻造产品31的形状。

这里采用的，类似第四步骤(图7(4))中采用的模具，是接收模61和挤压模62，接收模61具有半球形底部以便支撑第四加工工件53的球形部分53a，挤压模62用于修正上部的形状。

挤压模62，类似挤压模52，设置有台阶部分62a，62b，62c和用于形成接合孔19d的杆状凸出63。在接收模61的模面的底部上设置有小直径的平面部分61a和半球形小凸出61b。

因此，当接收模61和挤压模62相互接近时，杆状凸出63与第四半加工工件53的预先孔54a相接合，以形成新的第五半加工部分55，并且半球形小凸出61b与形成凹槽51b相接合，并且分别被支撑。

形成在挤压模62的内侧表面上的模面和凸出63被构造成用于形成端部33b和工具接收孔33d的最终形状。因此，当图7(5)的挤压步骤完成，球形凸出55a的上部，围绕杆状凸出63和台阶部分55b的部分材料被坚硬地压下，并且围绕工具接收孔33d的材料被加工成所需形状。同时，一些薄圆柱壁部55c挤入球形部55a的上部。

同时，比形成在球形部分53a内侧的过剩材料部分55c厚的下面部分，其直径扩大并引入薄圆柱壁部55a，壁部流到过剩材料部分55c。以这种方式，得到具有直径进一步增加的球形部分53a的第五半加工工件55。

如图7(6)所示最终的，第六步骤。该步骤采用两个模，每个沿轴向分开(接收模71、和挤压模72)。插入这两个模(71和72)之间是第三个分离模73。分离模73由三件组成，该三件在圆周方向分离并在径向相对于工件55的轴移动，以形成最终形状的工件33。附图标记74指代杆状凸出，其类似用于之前步骤中的杆状凸出63。该凸出74固定于挤压模72。

最初，第五半加工工件55的成形凹槽51b与接收模71的小凸出76b相接合。然后模71、72和73相互接近。

其包括使工件55的小直径凸出54与挤压模72的台阶部分接合。然后，当沿径向相对于小直径凸出54压紧压模73时，挤压模72朝向模73前进。由此，材料从圆柱形壁部49a和小直径部分54流入到凹进73a，凹进73a设置在压模73中。由于材料注入凹进73a，材料凸出以形成环状凸缘33c，以使锻造产品32完成。带螺纹的部分33b然后以适当方式加工。

从上述中显而易见的，所述方法和装置提供低成本的球窝连接元件。然而，本领域技术人员可以理解，在不背离如权利要求所述的本发明范围的情况下，所采用的方法和装置可使用多种变换和变形。

Claims (14)

1、一种用于球和接合处枢转连接的球元件，所述球元件由单件形成，该单件包括球部和颈部，球部适于可枢转地连接在互补的球窝内，球窝由将要连接的元件之一形成，颈部适于固定地固定在将要被枢转连接的另一元件的互补的开口，所述球部和所述颈部具有内部空腔，其形状与所述球和颈部互补，并且在两端封闭。

2、如权利要求1所述球元件，其特征在于，球部和颈部空腔相互开放连接。

3、如权利要求1所述球元件，其特征在于，颈部在其两端的中间部分形成直径扩大的环形突起。

4、如权利要求1所述球元件，其特征在于，球部形成有位于颈部轴线上的小凹进。

5、如权利要求4所述球元件，其特征在于，颈部在其两端的中间部分形成直径扩大的环形突起。

6、如权利要求5所述球元件，其特征在于，球部形成有位于颈部轴线上的小凹进。

7、一种形成球元件的方法，该球元件用于球和接合处枢转连接，球元件由一单件形成，该单件包括球部和颈部，球部适于可枢转地连接在球窝内，球窝由将要连接的元件之一形成，颈部适于固定地固定在将要被枢转连接的另一元件的互补的开口，该方法还包括如下步骤，将金属的固体圆柱件锻造为一体的球和颈部，其通过锻造步骤球部和颈部具有互补的封闭的球形和圆柱形空腔。

8、如权利要求7所述方法，其特征在于，锻造步骤包括锻造圆柱形空腔的最初步骤，所述空腔通过金属的圆柱件的一端开口，以及之后通过另一锻造步骤封闭其开口。

9、如权利要求7所述方法，其特征在于，锻造步骤包括在连续锻造步骤中形成球部的步骤，其中外直径逐渐增大。

10、如权利要求7所述方法，其特征在于，锻造步骤包括圆柱部分的一端的直径逐渐减小的步骤。

11、如权利要求10所述方法，其特征在于，锻造步骤包括锻造圆柱形空腔的最初步骤，该空腔通过金属的圆柱件的一端开口，以及之后通过另一锻造步骤封闭其开口。

12、如权利要求11所述方法，其特征在于，锻造步骤包括在连续锻造步骤中形成球部的步骤，其中外直径逐渐增大。

13、如权利要求12所述方法，其特征在于，锻造步骤逐渐增加球部中的空腔直径。

14、如权利要求13所述方法，其特征在于，锻造步骤进一步在圆柱部的端部之间形成圆柱体的扩大部。

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