CN107695281B - 转向齿条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种转向齿条，包括细长构件、多个转向齿条齿和斜坡功能部。该细长构件具有与第二部分相对地布置的第一部分。所述多个转向齿条齿被切割并形成在所述第一部分中。所述多个转向齿条齿的每个齿在所述细长构件的整个长度上具有基本恒定的高度。所述斜坡功能部形成在所述细长构件的第二部分中。一种制造转向齿条的方法。

Description

转向齿条及其制造方法

背景技术

某些转向齿条设有多个转向齿条齿，这些转向齿条齿通过机加工或加热/热成型为所需的形状。现有的提供多个转向齿条齿的加工工艺可能导致尺寸方面的问题，包括因刀具磨损和钝化，机器设置改变和热处理变形引起的成形和精加工误差。此外，这些成形工艺可能导致高的残余应力，而高残余应力可引起多个转向齿条齿变形。

发明内容

根据本发明一实施例，提供了一种制造转向齿条的方法。该方法包括在细长(elongate，长形)构件的第一部分中切割出多个转向齿条齿。所述多个转向齿条齿的每个齿具有第一齿宽和第一齿高。该方法还包括将具有多个转向齿条齿的细长构件置于压力机。该压力机具有模具和冲压机(punch)。该模具被配置为用以接纳该细长构件的第二部分。该冲压机设有面向该细长构件的第一部分的多个齿腔(tooth cavity)。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该方法还包括使冲压机朝向该细长构件的具有所述多个转向齿条齿的第一部分下降；以及在该冲压机的多个齿腔的相应的腔内镦锻(upset)所述多个转向齿条齿。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，由该冲压机镦锻的所述多个转向齿条齿的每个齿均具有第二齿宽和第二齿高。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，所述第二齿宽大于所述第一齿宽。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，所述第二齿高小于所述第一齿高。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该模具设置有凹槽，该凹槽在该细长构件的第二部分上形成斜坡功能部(ramp function)。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该细长构件的第二部分的斜坡功能部限定了转向齿条承载接触表面。

根据本发明的另一实施例，提供了一种制造转向齿条的方法。该方法包括提供一细长构件，该细长构件具有与第二部分相对地布置的第一部分。该方法还包括在该细长构件的第一部分中切割多个转向齿条齿。所述多个转向齿条齿的每个齿具有第一宽度、第一高度和第一轮廓(profile)。该方法还包括利用压力机镦锻所述多个转向齿条齿。所述多个转向齿条齿被镦锻，使得所述多个转向齿条齿的每个齿具有比第一宽度大的第二宽度、比第一高度小的第二高度以及与第一轮廓不同的第二轮廓。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，具有所述第一宽度和第一高度的所述多个转向齿条齿的每个齿的第一齿长与具有所述第二宽度和第二高度的所述多个转向齿条齿的每个齿的第二齿长相等。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该压力机还包括：模具，被配置为用以接纳该细长构件的第二部分；以及冲压机，其具有多个齿腔，每个齿腔均设有所述第二轮廓。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，所述第二高度在该细长构件的整个长度上基本恒定。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该模具设有凹槽，该凹槽被配置为用以在镦锻期间在细长构件的第二部分中形成斜坡功能部。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该细长构件限定了一第一厚度，所述第一厚度被限定在该第一部分的多个转向齿条齿的中心齿处的节线(pitch line，齿距线)与该第二部分的斜坡功能部之间。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该细长构件限定了一第二厚度，所述第二厚度被限定在多个转向齿条齿的一齿尖(该齿尖与该第一部分的所述多个转向齿条齿的中心齿处的节线相隔开)与该第二部分的斜坡功能部之间，所述第二厚度小于所述第一厚度。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该方法还包括利用第二压力机镦锻多个转向齿条，使得多个转向齿条齿的每个齿具有比第二宽度大的第三宽度、比第二高度小的第三高度以及与第二轮廓不同的第三轮廓。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种转向齿条。该转向齿条包括细长构件、多个转向齿条齿和斜坡功能部。该细长构件具有与第二部分相对地布置的第一部分。所述多个转向齿条齿被切割及形成到该第一部分中。多个转向齿条齿的每个齿在细长构件的整个长度上具有基本恒定的高度。该斜坡功能部形成到该细长构件的第二部分中。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，该斜坡功能部形成为与所述多个转向齿条齿相对地布置的半圆形表面形式。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，在所述多个转向齿条齿的中心齿的节线与位于该第二部分的斜坡功能部上的一点(该点与所述多个转向齿条齿的中心齿的节线相对地布置)之间限定了该转向齿条的宽度，该宽度在远离中心齿而朝向细长构件的端部延伸的方向上减小。

除了此处所描述的一个或多个特征之外，与在该第一部分中形成所述多个转向齿条齿基本上同时地，在该第二部分中形成斜坡功能部。

通过下文结合附图的描述，本发明的上述和其它的优点和特征将更为明晰。

附图说明

作为本发明的主题在与说明书随附的权利要求中被特别指出并被明确地请求保护。通过参照以下附图对优选实施例的说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将更加明晰，在图中：

图1是转向齿条的局部立体图；

图2是在成形前和成形后的多个转向齿条齿的齿的立体图；

图2a是转向齿条的细长构件本体的第一部分的立体图；

图3是示出在成形前和成形后的齿形状的齿条齿的截面图；

图4是成形后多个转向齿条齿的相邻的齿的局部立体图；

图5是压力机的示意图；

图6是压力机的冲压机的示意图；

图7是压力机的模具的示意图；以及

图8是制造转向齿条的方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种转向齿条以及一种制造转向齿条的方法。

现在参照附图，参照具体实施例对本发明进行描述，但本发明不受限于这些实施例，应理解的是，所公开的这些实施例仅是用于对本发明的阐示，其可通过各种替代性的方式来实施。所公开的实施例的各种元件可以被组合或省略以形成本发明的另外的实施例。这些附图并非必须按比例绘制，可以扩大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为一个有代表性的基础来教导本领域技术人员如何以多种方式应用本发明。

参见图1，其示出了转向齿条10的局部立体图。转向齿条10由细长构件20形成，该细长构件20具有细长构件本体22，该细长构件本体22沿第一细长构件端部24和第二细长构件端部26之间的轴线延伸。细长构件20可以、但非必须是圆柱形杆。

细长构件本体22包括第一部分30和第二部分32。第一部分30与第二部分32相对地布置。第一部分30包括多个转向齿条齿40。所述多个转向齿条齿40被设置为靠近第一细长构件端部24。所述多个转向齿条齿40与第一细长构件端部24相隔开。第二部分32包括斜坡功能部42。

参见图1至图4，上述多个转向齿条齿40被切割并形成为第一部分30。最初形式的多个转向齿条齿40通过诸如拉削、铣削之类的切割工艺被切割成细长构件本体22的第一部分30。上述最初形式的多个转向齿条齿40的每个齿包括第一宽度Tto、第一高度Ho、第一轮廓、底部厚度Tb和第一齿长Lo。在至少一个实施例中，上述最初形式的多个转向齿条齿40的每个齿相对于细长构件20所沿循的轴线成一角度地被切割。

第一宽度Tto是在上述最初形式的多个转向齿条齿40的齿尖50上测量的。第一高度Ho是从上述最初形式的多个转向齿条齿40的齿尖50到上述最初形式的多个转向齿条齿40的根部或基部52测量的。被切割成细长构件本体22的第一部分30的多个转向齿条齿40的第一轮廓可包括可变节距、螺旋角或扭转部，使得转向齿条10可以具有可变比率(ratio，传动比)的多个转向齿条齿或直接比率(straight ratio，不变比率)的多个转向齿条齿。

最终形式的多个转向齿条齿40通过冷镦锻工艺而被形成为细长构件本体22的第一部分30。该冷镦锻工艺使最初形式的多个转向齿条齿40形成为最终形式的多个转向齿条齿40。冷镦锻工艺在车间环境温度下形成最终形式的多个转向齿条齿40，由此避免在成形之前加热细长构件20。成形后的最终形式的多个转向齿条齿40的每个齿包括第二宽度Ttf、第二高度Hf、第二轮廓、底部厚度Tb和第二齿长Lf。

在最终形式的多个转向齿条齿的齿尖50上测量的第二宽度Ttf大于或等于在最初形式的多个转向齿条齿40的齿尖50上测量的第一宽度Tto。从最终形式的多个转向齿条齿40的齿尖50到最终形式的多个转向齿条齿40的基部52测量的第二高度Hf小于从最初形式的多个转向齿条齿40的齿尖50到最初形式的多个转向齿条齿40的基部52测量的第一高度Ho。例如，最初形式的多个转向齿条齿40的第一高度Ho可以是最终形式的多个转向齿条齿40的第二高度Hf的110％至130％。最终形式的多个转向齿条齿40的第二高度Hf在包括最终形式的多个转向齿条齿40的细长构件20的整个长度上基本不变。

形成为细长构件本体22的第一部分30的最终形式的多个转向齿条齿40的第二轮廓可以与被切割成最初形式的多个转向齿条齿40的第一轮廓不同。通过冷镦锻工艺使上述多个转向齿条齿40中的一些齿扭转以实现最终的节距和/或螺旋角。上述多个转向齿条齿40的轮廓决定了转向齿条10是包括直接比率的还是可变比率的转向齿条齿。

最初形式的多个转向齿条齿40的底部厚度Tb基本上与最终形式的多个转向齿条齿40的底部厚度Tb大致近似或相同。如此，在冷镦锻加工中多个转向齿条齿40的每个齿的底部厚度保持基本恒定。

每个齿的第一构形的体积必须足够大，使得材料能够沿着(通过齿成形模具而形成的)齿形轮廓流动，从而使得在形成精确的齿形表面的同时使齿加宽。因此，有必要使切割的齿增加多至30％的额外体积以大于或超过在理论上精确的齿所包含的材料的体积(其会被机加工成圆形齿条坯料)。换言之，切割的齿形必须包括额外的材料以便在通过模具表面适当地和精确地成型的同时在模腔内横向流动。这种额外的材料通过在成形工艺中能够扩大齿的面宽而有利于(改善)齿条齿的强度和功能。

参见图1至图4，细长构件20的细长构件本体22的第二部分32的斜坡功能部42被形成为与上述多个转向齿条齿40相对地布置的半圆形表面形式。在至少一个实施例中，斜坡功能部42可以具有加强转向齿条10的支撑的其它几何特征或形状。在冷镦锻加工中，该斜坡功能部42形成到第二部分32中。斜坡功能部42使细长构件20的细长构件本体22的第二部分32配置为转向齿条承载接触表面。

细长构件本体22的第二部分32的斜坡功能部42可具有弧形的轮廓。斜坡功能部42提供转向齿条10的最大厚度，该转向齿条10具有靠近多个转向齿条齿40的中心齿60的、最终形式的多个转向齿条齿。转向齿条10的最大厚度是从上述多个转向齿条齿40的节线(位于中心齿60处)或者最终形式的多个转向齿条齿40的齿空间位置到斜坡功能部42上的、与上述最终形式的多个转向齿条齿40的中心齿60的尖端相对的点62测量的。由于斜坡功能部42的形状，转向齿条10的厚度在远离中心齿60朝向第一细长构件端部24或第二细长构件端部26延伸的方向上减小。

当转向齿条10与转向组件的其它部件一起安装时，斜坡功能部42控制最终形式的多个转向齿条齿40的齿间隙或齿型干涉。因为最终形式的多个转向齿条齿40可被设计为在转向齿条10的整个长度上具有无补偿的或平坦的节平面，所以斜坡功能部42控制上述最终形式的多个转向齿条齿40的齿间隙，同时不会使上述最终形式的多个转向齿条齿40隆起。

参见图1和图4，当转向齿条10抵靠其功能性相对物(即齿轮)设置时，上述多个转向齿条齿40具有基本恒定的高度H或操作位置。该高度H是从多个转向齿条齿40的节线到多个转向齿条齿40的齿尖50测量的。上述多个转向齿条齿40的相邻齿之间均以期望的间隔宽度Wds相隔开。

参见图5至图7，冷镦锻工艺可通过压力机70来进行。压力机70包括冲压机72和相对于冲压机72定位的模具74。模具74被配置成用以接纳细长构件20的细长构件本体22的第二部分32。模具74使具有最初形式的多个转向齿条齿的细长构件20的细长构件本体22的第一部分30朝向冲压机72定位。

冲压机72被配置成能朝向细长构件20的细长构件本体22的具有最初形式的多个转向齿条齿40的第一部分30移动，以形成最终形式的多个转向齿条齿40。冲压机72设有多个齿腔80。所述多个齿腔80面向最初形式的多个转向齿条齿40(所述最初形式的多个转向齿条齿40是在设置在模具74上的细长构件20的细长构件本体22的第一部分30中切割而成)。

上述多个齿腔80对应于上述最终形式的多个转向齿条齿40。上述多个齿腔80被配置成能使上述最初形式的多个转向齿条齿40成形为上述最终形式的多个转向齿条齿40。上述多个齿腔80设有与上述最初形式的多个转向齿条齿40的第一轮廓不同的第二轮廓。

冲压机72附接到压力机滑块(press ram，压力机压头)90。压力机滑块90被配置成能相对于模具74选择性地降低和升高冲压机72。压力机滑块90使具有上述多个齿腔80的冲压机72朝向模具74降低。上述多个齿腔80被配置成用以接纳最初形式的多个转向齿条齿40，以将最初形式的多个转向齿条齿40冷镦锻为最终形式的多个转向齿条齿40。冲压机72的上述多个齿腔80对上述最初形式的多个转向齿条齿40的每个齿进行冷精压(coldcoin)，使得每个齿在相应的齿腔内流动以形成上述最终形式。

在至少一个实施例中，冲压机72的上述多个齿腔80对多个转向齿条齿40的每个齿的角部和边缘进行造型(sculpt，塑造)。随着冲压机72将最初形式的多个转向齿条齿40冷精压成最终形式的多个转向齿条齿40，上述多个齿腔80提供角部或边缘凸型(relief)。形成角部或边缘凸型局部地减少了靠近上述最终形式的多个转向齿条齿40的每个齿的尖端50的集中应力。

模具74接纳细长构件20的细长构件本体22的第二部分32。模具74限定凹槽100，该凹槽100接纳细长构件20的细长构件本体22的第二部分32。该凹槽100可被配置为半圆形凹槽或另一种有利的半圆形表面形式或者非圆形表面形式。凹槽100被配置成用以在冷镦锻加工期间在细长构件20的细长构件本体22的第二部分32之上或之中形成斜坡功能部42。

转向齿条10是由图8的流程图所示的工艺过程制成的。在(过程)块200处，提供细长构件20。在块202处，在细长构件20的细长构件本体22的第一部分30中切割最初形式的多个转向齿条齿40。

在块204处，将具有切割到第一部分30中的、最初形式的多个转向齿条齿40的细长构件20置于压力机70中。该细长构件的细长构件本体22的第二部分32被置于压力机70的模具74的凹槽100中。细长构件20的细长构件本体22的第一部分30面向冲压力机70的冲压机72。

在块206处，将具有多个齿腔80的冲压机72朝向细长构件20的细长构件本体22的第一部分30降下，该细长构件20具有最初形式的多个转向齿条齿40。在块208处，在冲压机72的多个齿腔80的相应的腔内将上述最初形式的多个转向齿条齿40冷镦锻成最终形式的多个转向齿条齿40。与冷镦锻最初形式的多个转向齿条齿40基本同时地，模具74的凹槽100在细长构件20的细长构件本体22的第二部分32中塑造出或形成斜坡功能部42。

冲压机72和模具74能够使最初形式的多个转向齿条齿40成形为最终形式的多个转向齿条齿40，而不会由于在冲压之前切削最初形式的多个转向齿条齿40而产生高的压机载荷或模具应力。

虽然仅结合有限数量的实施例对本发明作了详细描述，但应理解的是，本发明并不限于所公开的这些实施例。相反，本发明能够被修改为囊括此前未被描述但与本发明的范围相当的任何数量的变型、变更、替代或等同设置。另外，尽管已描述了本发明的多个实施例，但应理解的是，本发明的方案可以仅包括所描述的实施例中的某一些或者这些实施例的结合。因此，本发明应被认为不受前文的描述所限制。

Claims (11)

1.一种制造转向齿条的方法，包括：

提供一细长构件，该细长构件具有与第二部分相对地布置的第一部分；

在所述细长构件的第一部分中切割多个转向齿条齿，所述多个转向齿条齿的每个齿具有第一宽度、第一高度和第一轮廓；以及

利用压力机冷镦锻所述多个转向齿条齿，使得所述多个转向齿条齿的每个齿具有比所述第一宽度大的第二宽度、比所述第一高度小的第二高度、以及与所述第一轮廓不同的第二轮廓，

其中，在所述第二部分中形成斜坡功能部，所述斜坡功能部形成为与所述多个转向齿条齿相对地布置的半圆形表面形式，并且

其中，所述压力机包括冲压机，所述冲压机具有多个齿腔，每个齿腔均设有所述第二轮廓，所述齿腔为所述多个转向齿条齿的每个齿提供角部或边缘凸型。

2.如权利要求1所述的方法，其中，具有所述第一宽度和所述第一高度的所述多个转向齿条齿的每个齿的第一齿长与具有所述第二宽度和所述第二高度的所述多个转向齿条齿的每个齿的第二齿长相等。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述压力机还包括：

模具，被配置为用以接纳所述细长构件的第二部分。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第二高度在所述细长构件的整个长度上基本恒定。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述模具设有凹槽，该凹槽被配置为在所述冷镦锻期间在所述细长构件的第二部分中形成所述斜坡功能部。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述细长构件限定一第一厚度，所述第一厚度被限定在所述第一部分的所述多个转向齿条齿的中心齿处的节线与所述第二部分的所述斜坡功能部之间。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述细长构件限定一第二厚度，该第二厚度被限定在与所述第一部分的所述多个转向齿条齿的中心齿处的所述节线相隔开的所述多个转向齿条齿的一齿尖与所述第二部分的斜坡功能部之间，所述第二厚度小于所述第一厚度。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

利用第二压力机冷镦锻多个转向齿条，使得所述多个转向齿条齿的每个齿具有比所述第二宽度大的第三宽度、比所述第二高度小的第三高度、以及与所述第二轮廓不同的第三轮廓。

9.一种由根据前述权利要求1至8中任一项所述的制造转向齿条的方法制造的转向齿条，该转向齿条包括：

细长构件，具有与第二部分相对地布置的第一部分；

多个转向齿条齿，所述多个转向齿条齿被切割及形成在所述第一部分中，每个齿在所述细长构件的整个长度上具有基本恒定的高度；以及

斜坡功能部，形成在所述第二部分中，

其中所述斜坡功能部形成为与所述多个转向齿条齿相对地布置的半圆形表面形式。

10.如权利要求9所述的转向齿条，其中，在所述多个转向齿条齿的中心齿的节线与位于所述第二部分的所述斜坡功能部上并与所述多个转向齿条齿的所述中心齿的节线相对地布置的点之间限定了所述转向齿条的宽度，所述宽度在远离所述中心齿而朝向所述细长构件的端部延伸的方向上减小。

11.如权利要求10所述的转向齿条，其中，与在所述第一部分中形成所述多个转向齿条齿基本上同时地，在所述第二部分中形成所述斜坡功能部。

Images