CN102481618A - 用于转向齿条的锻模设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于从棒锻造转向齿条的锻模设备。该锻模设备包括：第一垫板和第二垫板，可朝着彼此移动；和至少一个夹持器，适于在锻造转向齿条时抓握棒。夹持器包括第一夹持器半部分和第二夹持器半部分，第一夹持器半部分和第二夹持器半部分分别由第一垫板和第二垫板携载、并且可相对于第一垫板和第二垫板移动。夹持器偏置装置使夹持器半部分朝着彼此偏置。当垫板朝着彼此移动以锻造转向齿条时，第一夹持器半部分邻靠抵对着第一垫板，并且第二夹持器半部分邻靠着第二垫板。

Description

用于转向齿条的锻模设备
技术领域
本发明涉及用于车辆齿条和小齿轮转向机构的转向齿条的制造，且具体地讲，涉及一种用于锻造转向齿条的锻模设备。
背景技术
典型地，从圆形实心棒料制造了车辆转向齿条，并且在一端附近在整个棒上拉削或开孔出（broach）齿形区域。这导致具有“D”形状的齿形区域的横截面,并且因此这些齿条通常称为“D-齿条”。
从圆形实心棒料制造出转向齿条的另一方法是用以锻造齿形区域。锻造的优点在于：齿可以形成为具有可变传动比。美国专利4,571,982(Bishop等人)和5,862,701(Bishop等人)公开了用于对具有有着“Y”形横截面的齿形区域的转向齿条进行无飞边温锻（flashless warm forging）的锻模设备。这些类型的齿条已知为“Y-齿条”。
美国专利5,862,701(Bishop等人)中公开的锻模设备是对美国专利4,571,982(Bishop等人)中公开的锻模设备的改进。然而，美国专利5,862,701(Bishop等人)中公开的锻模设备仍然具有局限性。该锻模设备具有用于抓握正在锻造的棒的夹持器。夹持器包括上半部分和下半部分，每个半部分由活塞支撑。夹持器下半部分在锻造冲程期间抵对着下垫板降至最低点。相比之下，虽然夹持器上半部分也可以由锻模的其它元件支撑，但夹持器上半部分仅由液压在它的活塞上施加负荷。这限制了能够施加于夹持器上半部分的负荷，因为活塞的尺寸受到锻模设备中的其它部件和锻模设备的总体尺寸局限的限制，以及因为能够施加于活塞的液压受到密封和其它因素的限制。
为了改善正在锻造的齿条的精确性、以及特别地为了改善对于棒的抓握部分相对于齿条的锻造齿形部分的偏移的控制，希望与由美国专利5,862,701(Bishop等人)中公开的锻模设备在实践中能够施加的负荷相比把更大的负荷施加于夹持器。特别地希望在锻模设备的锻造冲程的末尾增加抓握负荷以防止夹持器的半部分在此时分开，因为正是在锻造冲程的末尾的锻造工具和夹持器的相对位置确定了锻造的齿条的形状。防止夹持器的半部分分开也防止了过多材料从型腔逸漏出。
本发明的目的在于提供一种用于锻造转向齿条的改进的锻模设备。
发明内容
本发明包括一种用于从棒锻造出转向齿条的锻模设备，该转向齿条具有齿形部分，该锻模设备包括第一垫板和第二垫板、多个锻模元件、至少一个夹持器、以及夹持器偏置装置，第一垫板和第二垫板可朝着彼此移动以锻造出转向齿条，所述多个锻模元件由垫板携载，每个锻模元件具有形成为齿形部分的区域的对应部分（obverse）的一种成形表面，所述至少一个夹持器适应于在锻造转向齿条时抓握住棒的一部分，夹持器包括第一夹持器半部分和第二夹持器半部分，第一夹持器半部分和第二夹持器半部分分别由第一垫板和第二垫板携载并且可相对于第一垫板和第二垫板移动，夹持器偏置装置适于在锻造转向齿条时使夹持器半部分朝着彼此偏置，其特征在于，布置所述锻模设备，从而使得：当垫板朝着彼此移动以锻造转向齿条时，第一夹持器半部分相对于第一垫板移动直至它紧邻抵靠着第一垫板，并且第二夹持器半部分相对于第二垫板移动直至它紧邻抵靠着第二垫板。
优选地，所述第一夹持器半部分由可在第一垫板中的第一孔中移动的第一活塞加以支撑，并且第二夹持器半部分由可在第二垫板中的第二孔中移动的第二活塞加以支撑，夹持器偏置装置包括了当每个活塞在它各自的孔中移动时限制着来自孔的流体流动。
优选地，所述第一夹持器半部分和第二夹持器半部分中的至少一个借助于其各自的邻靠着垫板的活塞而邻靠住其各自的垫板。
优选地，所述第一夹持器半部分和第二夹持器半部分中的至少一个借助于其各自的活塞的端面邻靠住其各自的垫板，所述其各自的活塞的端面邻靠着它在其中移动的各自的孔的末端。
在一个优选实施例中，所述活塞的端面局部地卸载或解放（relieve）以在活塞的端面邻靠着孔的末端时允许流体经过活塞的端面。优选地，所述活塞的端面借助于活塞的端面中的至少一个凹槽而得以局部卸载或解放。在另一优选实施例中，所述孔的末端得以被局部卸载或解放以在活塞的端面邻靠住孔的末端时允许流体经过活塞的端面。
优选地，所述至少一个夹持器包括了安置在锻模元件的任一侧的两个夹持器。
优选地，所述转向齿条是Y-齿条并且所述齿形部分包括齿轮齿的阵列、两个相对于彼此形成一定角度的相对着的引导面、和与齿相对着的端面。
优选地，所述锻模元件包括齿模、中心冲头以及第一和第二侧冲头，齿模具有成形为齿轮齿阵列的对应部分的一种成形表面，中心冲头具有成形为齿形部分的端面的对应部分的一种成形表面，第一和第二侧冲头各自具有成形为齿形部分的引导面的对应部分的一种成形表面，齿模由第二垫板支撑，侧冲头由第一垫板支撑，并且中心冲头由可在第一垫板中的孔中移动的中心冲头活塞来支撑。
附图说明
图1是典型锻造Y-齿条的侧视图。
图2是沿图1中显示的Y-齿条的II-II的剖视图。
图3是显示为处于其打开位置的根据本发明的锻模设备的纵向剖视图。
图4是沿图3中显示的锻模设备的IV-IV的局部剖视面。
图5是沿图3中显示的锻模设备的V-V的横截面。
图6是沿图3中显示的锻模设备的VI-VI的局部剖视面。
图7是显示为处于部分关闭位置的图3的锻模设备的纵向剖视图。
图8是沿图7中显示的锻模设备的VIII-VIII的局部剖视面。
图9是显示为处于完全关闭位置的图3的锻模设备的纵向剖视图。
图10是沿图9中显示的锻模设备的X-X的局部剖视面。
图11是沿图9中显示的锻模设备的XI-XI的横截面。
具体实施方式
图1和图2显示具有齿形部分2的典型锻造Y-齿条1，齿形部分2具有锻造齿3的阵列。长圆柱形杆柄4从齿形部分2的一端延伸，并且短圆柱形部分5从齿形部分2的另一端延伸。图2显示齿形部分2的Y形横截面。齿形部分2具有相对于彼此形成一定角度的两个相对着的引导面7，以及与齿3相对的端面8。图1和图2中显示的Y-齿条1处于黑皮锻件条件或锻造状态（forged condition）下，并且需要进一步的机加工操作以生产出完成的或精加工的转向齿条。然而，齿形部分2通常不需要任何精加工，因为齿3通常锻造为净形（net shape）。
图3至11显示用于从圆柱形实心棒6锻造Y-齿条1的锻模设备10。锻模设备10是对美国专利5,862,701(Bishop等人)中公开的锻模设备的改进，并且在本说明书中不重复与美国专利5,862,701(Bishop等人)中公开的锻模相同的锻模设备10的操作和构造的一些细节。另外，在本说明书中未充分描述或者在美国专利5,862,701(Bishop等人)中未充分公开的锻模设备的操作和构造的细节，是锻模设计领域的技术人员将会理解为实现本发明所必需的细节。
图3至6显示在其完全打开位置的锻模设备10、并且实心圆柱形钢棒6装载入到锻模设备10中。在把棒6装入到锻模设备10中之前，棒6的将要被锻造的部分被加热。
锻模设备10包括上垫板11和下垫板12。上垫板11和下垫板12分别附接到压床(未示出)的台板13和14，从而使得上垫板11和下垫板12可借助于压床朝着彼此移动以从棒6锻造Y-齿条1。优选地，压床是螺旋型压床。
参照图5，中心冲头17、两个侧冲头18、齿模20和两个侧板19是锻造Y-齿条1的齿形部分2的锻模元件。中心冲头17和侧冲头18由上垫板11携载，并且齿模20和侧板19由下垫板12携载。锻模元件17、18、19和20中的每一个具有成形表面，该成形表面是齿形部分2的区域的对应部分。
齿模20具有成形为所述齿条齿3阵列的对应部分的成形表面。中心冲头17具有成形为齿形部分2的端面8的对应部分的成形表面，并且中心冲头17通过托架24由大的中心冲头活塞22支撑。活塞22在上垫板11中的孔23中滑动。孔23中的活塞22上方的室29通过孔30连接到液压流体源。通过在锻模设备10关闭时控制来自室29的液压流体的流动，来控制了活塞22上的负荷。
侧冲头18各自具有成形为齿形部分2的引导面7的对应部分的一种成形表面，并由附接到上垫板11的辊块21加以支撑，辊块21允许侧冲头18滚动，并与中心冲头17保持接触。当锻模设备10关闭时，锻模元件会聚在棒6上以形成齿形部分2的Y形横截面，如图11中所示。锻模元件相对于上垫板11和下垫板12的最后位置由锻模设备10中的各种分隔板加以调整。
参照图3，锻模设备10具有两个夹持器25a和25b。每个夹持器25a、25b具有上半部分26a、26b和下半部分27a、27b。夹持器上半部分26a和26b由上垫板11携载，并且可相对于上垫板11移动。夹持器下半部分27a和27b由下垫板12携载，并且可相对于下垫板12移动。每个夹持器的半部分26a、26b、27a、27b具有与棒6的直径相匹配的半圆形抓握表面28。夹持器25a、25b布置为在锻模元件17、18、19和20的两端附近抓握住棒6。
圆柱形端挡块31位于夹持器25b的半部分26b、27b之间以防止材料在锻造期间被在轴向上从夹持器25b挤出。端挡块31由在夹持器下半部分27b上滑动的楔形构件32支撑。楔形构件32在锻模设备10关闭时接触着附接到下垫板12的对应楔形块33，以使端挡块31抵对着棒6的末端偏置。
参照显示了穿过夹持器25a的详细横截面的图4，夹持器上半部分26a通过支撑块37以及分隔件38和39由活塞36支撑。支撑块37随着夹持器上半部分26a一起移动，并抵对于上垫板11滑动以防止夹持器上半部分26a旋转。活塞36可在上垫板11中的孔40中移动。活塞36具有密封件42和端盖41。可选的分隔件44附接到孔40的末端43。孔40中的活塞36上方的室46通过上垫板11中的孔45连接到液压流体源。活塞36的轴杆在附接到上垫板11的支撑块47中滑动，支撑块47在锻模设备10打开时限制夹持器上半部分26a的向下行进。
当如图3至5中所示锻模设备10打开时，在活塞端盖41和分隔件44之间存在空隙48。夹持器上半部分26a相对于上垫板11的向上行进，是由通过活塞端盖41和分隔件44邻靠着孔40的末端43的活塞36加以限制的。图6显示活塞端盖41的俯视图。活塞端盖41具有当活塞36邻靠抵对着孔40的末端43时接触着分隔件44的凸起区域63。在径向上位于凸起区域63里面的是中心凹入区域61，中心凹入区域61直接与孔45连通。活塞端盖41还具有在径向上位于凸起区域63外面的外凹入区域62。
凸起区域63在局部由四个浅径向凹槽64卸载或解放，浅径向凹槽64连接着中心凹入区域61和外凹入区域62。当端盖41与分隔件44接触时，凹槽64允许液压流体经过活塞端盖41。这允许液压流体在端盖41靠近分隔件44时自由地在径向上向内跨过活塞端盖41并到达孔45。否则，当通过端盖41和分隔件44之间的缩窄空隙而压迫流体时，在室46中可能发生过大的压力。
凹槽64还使得更容易由经孔45供应的经加压的液压流体推挤端盖41以使端盖41与分隔件44脱离接触。在这种情况下，凹槽64增加了端盖41暴露于供给压力的面积，并由于捕集于端盖41和分隔件44的接触平面之间的流体的薄膜而减小液压静摩擦力。在本发明的其它未示出实施例中，可由具有除径向凹槽64之外的形状的特征在局部卸载或解放端盖41。
再次参照图4，夹持器下半部分27a通过分隔件51由活塞50支撑。下夹持器活塞50在直径方面比上夹持器活塞36小，从而使得如果相同的压力施加于活塞36和50二者，则作为整体的夹持器25a被偏置以向下移动。夹持器下半部分27a通过附接到下垫板12的支撑板56而滑动。当锻模设备10打开时，支撑板56也限制夹持器下半部分27a的向上行进。位于下垫板12中的分隔件57限制着夹持器下半部分27a的向下行进。活塞50可在下垫板12中的孔52中移动。活塞50具有密封件54和端盖53。孔52具有端盖55。孔中在活塞50下方的室59通过下垫板12中的孔58而连接到液压流体源。
当锻模设备10完全打开时，如图3至5中所示，室46和59被加压以使夹持器半部分26a和27a分别朝着远离上垫板11和下垫板12的方向完全延伸。当锻模设备10关闭以锻造Y-齿条1、并且夹持器半部分26a和27a彼此接触以包围并抓握所述棒6时，夹持器半部分26a和27a被朝着它们各自的上垫板11和下垫板12向回推动。通过限制来自室46和59的液压流体的流动而产生了室46和59中的压力，由此使夹持器半部分26a和27a朝着彼此偏置。作为例子，借助于安全阀/减压阀或滑阀可控制液压流体的流动，并且在美国专利5,862,701(Bishop等人)中更详细地描述了这种方法。
夹持器25b的夹持器半部分26b和27b以与夹持器25a的夹持器半部分26a和27a相同的方式被支撑。
现在将描述锻模设备10锻造Y-齿条1的操作。利用图3至5中显示的处于其打开位置的锻模设备10，受加热的棒6被载入到夹持器下半部分27a和27b中。垫板11和12随后借助于压床开始朝着彼此移动。
图7和8显示处于部分关闭位置的锻模设备10。在这个位置，如上所述，夹持器25a和25b正在借助于朝着夹持器下半部分27a、27b偏置的夹持器上半部分26a、26b而抓握住棒6，以包围棒6。在这个部分关闭的位置，夹持器下半部分27a和27b已相对于下垫板12移动，直至它们通过分隔件51和57而邻靠抵对着下垫板12。当锻模设备10继续关闭时，夹持器下半部分27a和27b保持邻靠抵对着下垫板12。在这个部分关闭的位置，在上夹持器活塞36的端盖41与所述分隔件44之间仍然存在空隙48，从而使得仅由液压对活塞36施加负荷。
在这个实施例中，控制着中心冲头17的大活塞22也借助于经过分隔件39接触着夹持器上半部分26a和26b的托架24的末端边缘而在锻模设备10关闭的某一阶段时为夹持器上半部分26a和26b提供一些支撑。
图9、10和11显示已完全把棒6锻造成Y-齿条1的处于其完全关闭位置的锻模设备10。在这个完全关闭的位置，垫板11和12通过垫板11和12二者上的块34而彼此邻靠。在这个完全关闭的位置，夹持器上半部分26a和26b也已相对于上垫板11移动，直至它们借助于经过接触着分隔件44的活塞端盖41邻靠抵对着孔40的末端43的活塞36而邻靠抵对着上垫板11。夹持器上半部分26a和26b可稍微在锻模设备10完全关闭之前邻靠着上垫板11。这是可能的，因为钢垫板11充当在活塞端盖41接触分隔件44之后稍微弹性弯曲的非常刚硬的弹簧。在锻模设备10的完全关闭的位置，夹持器下半部分27a、27b继续邻靠抵对着下垫板12。
通过使夹持器上半部分26a和26b二者邻靠抵对着上垫板11、以及使夹持器下半部分27a和27b邻靠抵对着下垫板12，与仅依靠活塞36上的液压相比，能够产生棒6上的大得多的抓握力。当锻造负荷随着锻模设备10靠近它的完全关闭位置而急剧增加时，这能够使夹持器上半部分26a、26b和夹持器下半部分27a、27b抵抗分开，由此改善了锻造的Y-齿条1的精确性。
在本发明的其它未示出实施例中，可省略附接到上夹持器活塞孔40的末端43的分隔件44。在这种情况下，活塞端盖41直接邻靠抵对着孔40的末端43。此外，也可以利用孔40的末端43中的、或者分隔件44中的凹槽，或其它局部卸载或解放特征来取代活塞端盖41中的径向凹槽64。
在本发明的其它未示出实施例中，用于夹持器的半部分的偏置装置可包括弹簧以替代施加于活塞的液压。
本发明的夹持器装置也适合其它类型的锻模设备，诸如用于锻造D-齿条的锻模设备。
如本文所使用，当第一物体被称为“邻靠”第二物体时，这意味着第一物体朝着第二物体移动、直至通过直接接触第二物体或者通过接触安置在这两个物体之间的分隔件或其它相对较为刚性的构件而由第二物体阻止第一物体的进一步移动。因此，词语“邻靠”的使用不总是要求物体彼此直接接触。
如本文所使用的术语“包括”是在“包括”或“具有”的包含意义上使用，而非在“仅由...组成”的排他性意义上使用。

Claims (11)

1.一种用于从棒锻造出转向齿条的锻模设备，该转向齿条具有齿形部分，该锻模设备包括第一垫板和第二垫板、多个锻模元件、至少一个夹持器、以及夹持器偏置装置，第一垫板和第二垫板可朝着彼此移动以锻造转向齿条，所述多个锻模元件由垫板携载，每个锻模元件具有成形为齿形部分的区域的对应部分的一种成形表面，所述至少一个夹持器适于在锻造转向齿条时抓握住棒的一部分，夹持器包括第一夹持器半部分和第二夹持器半部分，第一夹持器半部分和第二夹持器半部分分别由第一垫板和第二垫板携载、并且可相对于第一垫板和第二垫板移动，夹持器偏置装置适于在锻造出转向齿条时使夹持器半部分朝着彼此偏置，其特征在于，布置所述锻模设备，从而使得当垫板朝着彼此移动以锻造转向齿条时，第一夹持器半部分相对于第一垫板移动直至它邻靠抵对着第一垫板，并且第二夹持器半部分相对于第二垫板移动直至它邻靠抵对着第二垫板。
2.根据权利要求1所述的锻模设备，其中所述第一夹持器半部分由可在第一垫板中的第一孔中移动的第一活塞支撑，并且第二夹持器半部分由可在第二垫板中的第二孔中移动的第二活塞支撑，夹持器偏置装置包括当每个活塞在它各自的孔中移动时限制来自孔的流体的流动。
3.根据权利要求2所述的锻模设备，其中所述第一夹持器半部分和第二夹持器半部分中的至少一个借助于其各自的邻靠着垫板的活塞而邻靠其各自的垫板。
4.根据权利要求3所述的锻模设备，其中所述第一夹持器半部分和第二夹持器半部分中的至少一个借助于其各自的活塞的端面邻靠其各自的垫板，所述其各自的活塞的端面邻靠着它在其中移动的各自的孔的末端。
5.根据权利要求4所述的锻模设备，其中所述活塞的端面在局部卸载或解放，以在活塞的端面邻靠孔的末端时允许流体经过活塞的端面。
6.根据权利要求5所述的锻模设备，其中所述活塞的端面借助于活塞的端面中的至少一个凹槽而得以局部地卸载或解放。
7.根据权利要求4所述的锻模设备，其中所述孔的末端在局部卸载或解放以在活塞的端面邻靠孔的末端时允许流体经过活塞的端面。
8.根据权利要求1所述的锻模设备，其中所述至少一个夹持器包括安置于锻模元件的任一侧的两个夹持器。
9.根据权利要求1所述的锻模设备，其中所述转向齿条是Y-齿条。
10.根据权利要求1所述的锻模设备，其中所述转向齿条是Y-齿条，并且所述齿形部分包括齿轮齿的阵列、两个相对于彼此形成一定角度的相对着的引导面、和与齿相对的端面。
11.根据权利要求9所述的锻模设备，其中所述锻模元件包括齿模、中心冲头以及第一和第二侧冲头，齿模具有成形为所述齿轮齿的阵列的对应部分的成形表面，中心冲头具有成形为齿形部分的端面的对应部分的成形表面，第一和第二侧冲头各自具有成形为齿形部分的引导面的对应部分的成形表面，齿模由第二垫板来支撑，侧冲头由第一垫板来支撑，并且中心冲头由可在第一垫板中的孔中移动的中心冲头活塞来支撑。
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