CN111372701A - 中空齿条杆的制造方法以及中空齿条杆的制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于中空齿条杆的制造方法，该中空齿条杆由中空轴材料制成并且包括在外表面上具有齿条的有齿段和形成为比有齿段薄的轴段，所述制造方法包括：通过使用模具和塞拉伸中空轴材料，并且将中空轴材料的包括有齿段形成区域和轴段形成区域的区域预成形为分别具有与所述区域相对应的厚度，所述有齿段形成区域被构造为形成有齿段，并且所述轴段形成区域被构造为形成轴段；以及在预成形后的所述中空轴材料的所述有齿段形成区域处形成所述齿条。

Description

中空齿条杆的制造方法以及中空齿条杆的制造装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的齿条齿轮转向系统等中使用的中空齿条杆的制造方法以及中空齿条杆的制造装置。
背景技术
作为齿条齿轮转向系统等中使用的齿条杆，例如，已知一种中空齿条杆，其中，齿条形成于柱状实心轴材料，同时还已知一种所谓的中空齿条杆，其中，使用筒状中空轴材料用以减轻齿条杆的重量。
用于中空齿条杆的轴材料的截面通常沿着轴向基本不变，并且根据齿条齿的高度而设定其厚度。根据齿条齿的高度设定的厚度对于形成有齿条的有齿段之外的轴段是过多的。因此，也已知一种中空齿条杆，其中，轴段形成为比有齿段薄，从而不仅减轻齿条杆的重量，而且节省用于齿条杆的材料(例如，参见专利文献1)。
[专利文献1]JP-A-5-345231
发明内容
[本发明要解决的问题]
在专利文献1中描述的中空齿条杆中，通过拉伸作为基材的轴材料，有齿段形成得相对厚，而轴段形成得相对薄。然而，专利文献1中未描述具体的拉伸处理。
已经鉴于上述情况做出本发明，并且本发明的目的是提供一种制造中空齿条杆的方法和装置，其能够减轻中空齿条杆的重量并节省用于中空齿条杆的材料。
[解决问题的手段]
在方面(1)中，一种用于中空齿条杆的制造方法，该中空齿条杆由中空轴材料制成，并且包括在外表面上具有齿条的有齿段和形成为比所述有齿段薄的轴段，所述制造方法包括：通过使用模具和塞拉伸中空轴材料，并且将中空轴材料的包括有齿段形成区域和轴段形成区域的区域预成形为分别具有与所述区域相对应的厚度，所述有齿段形成区域被构造为形成有齿段，并且所述轴段形成区域被构造为形成轴段；以及在预成形后的所述中空轴材料的所述有齿段形成区域处形成所述齿条。所述塞具有第一加工段和直径比所述第一加工段大的第二加工段，作为限定所述中空轴材料的内径的加工段。在预成形中，当所述有齿段形成区域穿过所述模具时，所述塞的第一加工段置于被构造为限定所述中空轴材料的外径的所述模具的加工段的内侧，并且当所述轴段形成区域穿过所述模具时，所述塞的所述第二加工段置于所述模具的加工段的内侧。
在方面(2)中，从预成形之前的所述中空轴材料的所述有齿段形成区域和所述轴段形成区域处的与所述中空轴材料的轴向垂直的截面面积到所述预成形之后的所述截面面积的减小率为10％以上且35％以下。
在方面(3)中，在齿条的形成中，在齿模压靠所述有齿段形成区域的状态下，芯轴按压配合在所述中空轴材料中，并且使得所述有齿段形成区域的材料向所述齿模塑性流动以形成所述齿条。
在方面(4)中，一种中空齿条杆的制造装置，所述中空齿条杆由中空轴材料制成，并且包括在外表面上具有齿条的有齿段和形成为比所述有齿段薄的轴段，所述装置包括：模具，该模具具有被构造为限定所述中空轴材料的外径的加工段；
塞，该塞具有被构造为限定所述中空轴材料的内径的加工段；驱动单元，该驱动单元被构造为使所述塞在所述中空轴材料的轴向上移动；以及拉伸单元，该拉伸单元被构造为拉伸所述中空轴材料穿过所述模具与所述塞之间。所述塞具有第一加工段和直径比所述第一加工段大的第二加工段作为加工段。当所述中空轴材料的被构造为形成所述有齿段的有齿段形成区域穿过所述模具时，所述驱动单元将所述塞的第一加工段置于被构造为限定所述中空轴材料的外径的所述模具的加工段的内侧，并且当所述中空轴材料的被构造为形成所述轴段的轴段形成区域穿过所述模具时，所述驱动单元将所述塞的所述第二加工段置于所述模具的所述加工段的内侧。
[有利的发明效果]
根据本发明，能够提供一种制造中空齿条杆的方法和装置，其能够减轻重量并且节省齿条杆的材料。
附图说明
图1是用于描述本发明的实施例的齿条杆的实例的截面图。
图2是示出图1中齿条杆的制造步骤的示意图。
图3示出图1中的齿条杆的另一制造步骤的示意图。
图4是示出图1中齿条杆的又一制造步骤的示意图。
图5是示出图1中齿条杆的制造步骤的示意图。
图6是制造图1的齿条杆时使用的装置的示意图。
图7是示出图6中的装置的操作的示意图。
图8是示出图6中的装置的另一操作的示意图。
具体实施方式
图1示出用于描述本发明的实施例的齿条杆的实例。
中空齿条杆1由单个筒状中空轴材料2制成，并且齿条3形成于轴材料2的外表面的一部分。转向系统的转向拉杆连接的接头所结合至的连接段4设置在轴材料2的在轴向上的两端部处，并且阴螺纹5形成在连接段4的内周表面上。下文，中空齿条杆1在轴向上划分为形成有齿条3的被称为有齿段6的区段以及除了有齿段6和连接段4之外的被称为轴段7的区段。
当有齿段6的除了齿条3之外的弧段8的厚度称为t1并且轴段7的厚度称为t2时，则t1>t2，并且轴段7形成为比有齿段6薄。在本实施例中，连接段4被指定为与有齿段6相同的厚度t1；然而，连接段4可以形成得比有齿段6薄或者可以形成得比有齿段6厚。
在本实施例中，齿条3具有以恒定齿距形成齿条齿的恒定的齿轮齿数比(CGR)。然而，齿条3可以具有以可变齿距形成齿条齿的可变齿轮齿数比(VGR)。
图2至5示出中制造空齿条杆1的一系列步骤。
如图2所示，作为基材的轴材料2的截面形状在轴向上基本恒定，并且轴材料2的外径D0大于中空齿条杆1的外径D(见图1)。
<预成形步骤>
接着，如图3所示，作为基材的轴材料2被拉伸并且预成形为使得轴材料2的各段具有适应于各段的设计目的的厚度。在该预成形中，被构造为形成有齿段6的有齿段形成区域2a形成为具有厚度t1，被构造为形成轴段7的轴段形成区域2b形成为具有厚度t2，并且被构造为形成连接段4的连接段形成区域2c形成为具有厚度t1。位于与一个连接段形成区域2c相邻的位置处的末端区域2d是辅助区域，其在拉伸期间被拉伸并且在预成形完成之后被切除。
<齿条形成步骤>
在本实施例中，通过使用齿模的轧制而形成齿条3。具体地，首先，如图4所示，预成形的轴材料2的有齿段形成区域2a的外表面的一部分被按压而被压扁，由此形成在轴材料2的轴向上延伸的平坦的齿条形成表面9。
接着，如图5所示，齿模10压靠齿条形成表面9，并且芯轴11在该状态下按压配合在轴材料2中。随着芯轴11被按压配合，齿条形成表面9的材料被往复的芯轴11加工并随后咬入齿模10。然后，芯轴11由替代按压配合的逐渐变大的芯轴替换，并且该逐渐变大的芯轴随后被替代按压配合的另一个逐渐变大的芯轴替换。重复这样的芯轴的替换使得齿模10的形状能够转印到齿条形成表面9上，由此齿条3形成于齿条形成表面9。
齿条3可以通过使用例如拉床切割而形成；然而，当齿条3通过使用齿模10轧制而形成时，能够节省轴材料2的材料，并且形成齿的齿距的设置自由度增强。
其后，阴螺纹5(见图1)形成于各个连接段形成区域2c的内周表面，由此制造了中空齿条杆1。
图6示出预成形步骤中使用的装置。
拉伸装置20包括：作为基材的轴材料2所插通的模具21；塞22，其被构造为容纳在轴材料2中；驱动单元23，其被构造为使塞22在轴材料2的轴向上移动；拉伸单元24，其被构造为拉伸穿过模具21和塞22之间的轴材料2；以及控制单元25。
模具21具有加工段30，该加工段30被构造为限定轴材料2的外径。加工段30的内径与中空齿条杆1的外径D相同并且小于作为基材的轴材料2的外径D0。
塞22具有第一加工段31和第二加工段32，作为为轴材料2的内径设置的加工段。第二加工段的直径形成为比第一加工段的直径大，并且第一加工段31和第二加工段32同轴且彼此相邻地设置。在直径相对较小的第一加工段31如图6中箭头A所标识地定向于轴材料2的拉伸方向的情况下，塞22容纳在第二轴材料2中。然后，通过驱动单元23而使塞22在轴材料2的内部在轴材料2的轴向上移动，使得第一加工段31和第二加工段32选择性地置于模具21的加工段30内侧。
驱动单元23具有：支撑杆33，其穿过轴材料2的一个端部处的开口而插入轴材料2内；以及致动器34，其被构造为在支撑杆33的长度方向上推动和拉回支撑杆33。塞22被保持于插入到轴材料2中的支撑杆33的末端部，并且支撑杆33通过致动器34而在长度方向上往返地移动，即，支撑杆33在轴材料2的轴向上往返地移动，由此塞22也在轴材料2的轴向上往返地移动。例如，诸如液压缸筒装置、滚珠丝杠装置等的适当的直接作用装置用作致动器34。
拉伸单元24具有：卡盘35，其被构造为夹持轴材料2的末端区域2d(见图3)；和致动器36，其被构造为在轴材料2的拉伸方向上拉动卡盘35。卡盘35在夹持轴材料2末端区域2d的情况下在轴材料2的拉伸方向上通过致动器36被拉动，由此轴材料2被拉伸穿过模具21与塞22之间。诸如液压缸筒装置、滚珠丝杠装置等的适当的直接作用装置用作致动器36。
控制单元25整体控制驱动单元23和拉伸单元24。控制单元25基于拉伸单元24拉动轴材料2的量而识别轴材料2的穿过模具21的区域，基于轴材料2的识别区域驱动驱动单元23，并且将塞22的第一加工段31和第二加工段32中的一者置于模具21的加工段30内侧。
在拉伸轴材料2时，润滑剂可以是涂布于轴材料2的外周表面和/或内周表面。涂布于轴材料2的内周表面的润滑剂可以根据场合需要而通过例如支撑杆33而从塞22供应或者可以预先涂布于塞22。
图7和8示出拉伸装置20的操作。
图7示出如下情况：轴材料2的有齿段形成区域2a通过模具21，并且在塞22的第一加工段31和第二加工段32中，具有相对小的直径的第一加工段31置于模具21的加工段30内侧。加工段30与第一加工段31之间的间隙与预成形步骤完成之后获得的有齿段形成区域2a的厚度t1相同，并且拉伸穿过模具21的有齿段形成区域2a形成为具有外径D和厚度t1。
图8示出如下情况：轴材料2的轴段形成区域2b通过模具21，并且在塞22的第一加工段31和第二加工段32中，具有相对大的直径的第二加工段32置于模具21的加工段30内侧。加工段30与第二加工段32之间的间隙与预成形步骤完成之后获得的轴段形成区域2b的厚度t2相同，并且拉伸穿过模具21的轴段形成区域2b形成为具有外径D和厚度t2。
当轴材料2的连接段形成区域2c穿过模具21时，塞22的第一加工段31置于模具21的加工段30内侧，并且拉伸通过第一加工段31与加工段30之间的连接段形成区域2c形成为具有外径D和厚度t1。
由此，如前文所描述的，随着与轴材料2的穿过模具21的区域相对应地移动塞22来拉伸轴材料2，能够简单并确实地将有齿段形成区域2a形成为相对厚(厚度t1)，而将轴段形成区域2b形成为相对薄(厚度t2(t1>t2))。
轴材料2的区域的截面减小率优选为10％以上且35％以下。当在本文中提及时，截面减小率是指由(S0-S)/S0表示的截面的减小率，其中，S0表示作为基材的轴材料2的截面，并且S表示预成形后的轴材料2的截面。在预成形之前作为基材的轴材料2通常外径具有误差。然后，通过将截面减小率设定在10％以上，提高预成形后的轴材料2的外径精确度。此外，在通过将截面减小率设定为35％以下而在抑制轴材料2与模具21和/或塞22之间的卡止发生的同时通过单次拉伸而完成预成形。
前文中，塞22描述为具有两个加工段，即第一加工段31和第二加工段32，作为被构造为限定轴材料2的内径的加工段。然而，塞22可以具有三个以上的加工段。例如，塞22可以在第一加工段31与第二加工段32之间具有第三加工段，其直径比第一加工段31大并且直径比第二加工段32小，由此能够以更精确的步段设定轴材料2的区域的厚度。例如，当轴材料2的连接段形成区域2c通过模具21时，塞22的第三加工段置于模具21的加工段30内侧，由此在稍后的步骤中形成阴螺纹5(见图1)的连接段形成区域2c能够形成为比有齿段形成区域2a薄但是比轴段形成区域2b厚。应当注意，塞22的加工段按外径递减或递增的顺序排列。
本申请要求2017年11月21日提交的日本专利申请No.2017-223770的优先权，该专利的全文作为参考并入本申请。

Claims (4)

1.一种用于中空齿条杆的制造方法，该中空齿条杆由中空轴材料制成并且包括在外表面上具有齿条的有齿段和形成为比所述有齿段薄的轴段，所述制造方法包括：
通过使用模具和塞拉伸所述中空轴材料，并且将所述中空轴材料中的包括有齿段形成区域和轴段形成区域的区域预成形为分别具有与所述区域相对应的厚度，所述有齿段形成区域被构造为形成所述有齿段，并且所述轴段形成区域被构造为形成所述轴段；以及
在预成形后的所述中空轴材料的所述有齿段形成区域处形成所述齿条，
其中，所述塞具有第一加工段和直径比所述第一加工段大的第二加工段，作为限定所述中空轴材料的内径的加工段，并且
其中，在所述预成形中，当所述有齿段形成区域穿过所述模具时，所述塞的所述第一加工段被置于构造为限定所述中空轴材料的外径的所述模具的加工段的内侧，并且当所述轴段形成区域穿过所述模具时，所述塞的所述第二加工段被置于所述模具的加工段的内侧。
2.根据权利要求1所述的中空齿条杆的制造方法，
其中，从所述预成形之前的所述中空轴材料的所述有齿段形成区域和所述轴段形成区域处的与所述中空轴材料的轴向垂直的截面面积到所述预成形之后的所述截面面积的减小率为10％以上且35％以下。
3.根据权利要求1或2所述的中空齿条杆的制造方法，
其中，在所述齿条的形成中，在齿模压靠所述有齿段形成区域的状态下，芯轴按压配合在所述中空轴材料中，并且使得所述有齿段形成区域的材料向所述齿模塑性流动以形成所述齿条。
4.一种中空齿条杆的制造装置，所述中空齿条杆由中空轴材料制成，并且包括在外表面上具有齿条的有齿段和形成为比所述有齿段薄的轴段，所述装置包括：
模具，该模具具有被构造为限定所述中空轴材料的外径的加工段；
塞，该塞具有被构造为限定所述中空轴材料的内径的加工段；
驱动单元，该驱动单元被构造为使所述塞在所述中空轴材料的轴向上移动；以及
拉伸单元，该拉伸单元被构造为拉伸所述中空轴材料穿过所述模具与所述塞之间，
其中，所述塞具有第一加工段和直径比所述第一加工段大的第二加工段作为加工段，并且
其中，当所述中空轴材料的被构造为形成所述有齿段的有齿段形成区域穿过所述模具时，所述驱动单元将所述塞的所述第一加工段置于被构造为限定所述中空轴材料的外径的所述模具的加工段的内侧，并且当所述中空轴材料的被构造为形成所述轴段的轴段形成区域穿过所述模具时，所述驱动单元将所述塞的所述第二加工段置于所述模具的加工段的内侧。
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