CN1917974A - 锻造的滚花球窝外壳及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球窝接头组件(10)，它包括一个外壳(12)，该外壳具有一个内球座(14)和一个至少有部分滚花(18)以利外壳压合到匹配的诸如控制臂的第一悬架部件(20)的外表面(16)。一个球(22)可转动地位于球座内，从而提供一个连接接头。一个安装轮轴(25)从球延伸出与诸如悬架轮的第二悬架部件连接。外壳与滚花一起在锻造工具(36)中形成，由此具有更大的设计灵活性而可将滚花置于表面结构中，这在以前用常规机加工工艺是不能得到或根本不可行的，并且可以比较经济地、大批量地生产。

Description

锻造的滚花球窝外壳及其制造方法

有关申请的交叉参照

本申请要求于2003年12月22日提交的美国专利临时申请第60/531,826号的优先权。

技术领域

本发明涉及用于车辆悬架的一种改进型球窝接头以及使用锻造工艺生产这种接头的方法。

背景技术

用于汽车悬架时，球窝接头，或通常所说的“球窝接头组件”常用于不同的位置，活动地支持转向和轮轴部件。球窝接头组件在一端包括一个不是锥度配合就是另外固定到一个匹配部件上的突出的柱状螺栓，这个双头螺栓含有一个通常为圆形的球，圆球位于接头外壳中，从而为连接接头提供一个窝口。而球窝外壳本身又连接到一个有关的配合部件上，如控制臂或其它的悬架部件。

在多种外壳连接方法和结构中，有一种叫做“筒形”(cartridge)的外壳，其特点是可通过压合进入匹配部件。为了改善外壳与匹配部件之间的配合，外壳的外表面可以含有用来啮合匹配部件中的接收表面而配置的滚花。滚花是一种细小的隆脊或凸起表面特征，可确保紧密的啮合。匹配部件通常有一个平滑的筒形接收表面，球窝外壳上细小的滚花死死地咬住这种接收表面的各边，使相互作用力集中于各个离散点或线上，从而促使球窝外壳紧密地位于匹配部件中。

在美国专利第3,337,247号和4,256,413号中可见具有滚花外部的筒形外壳的在先技术实例，这些外壳是通过多个步骤生产出来的。首先，使用人们所熟知的锻造工艺，在相对模子间施加压缩力后通过塑性变形使金属成型而形成外壳。锻造通常用作加工的第一步，因为当其推广用于大批量生产时，这种工艺比较经济。此外，由于锻造无论是在高温还是在低温时均能对金属材料进行可控变形，在冶金上它还具有一定的裨益。

如果是具有滚花的筒形外壳，锻造的外壳然后还要送到另一个隔离的工序，使用机械工具通过滚压或切削在外表面上形成滚花。这种在锻造外壳的外部再形成滚花的额外步骤使生产过程增加了额外时间，提高了生产成本，从而这种滚花外壳不适合于大规模的生产应用。因此，在筒形外壳上使用滚花常常仅限于小批量的生产，它们采用上述两个步骤，或者是在单个步骤中进行所有的加工生产，在性价比上比较合算。

除了机械成型滚花成本较高之外，还有另外一些固有的缺陷。例如，不是所有的表面结构均能用机械切削形成滚花。举例来说，在内部角落上形成滚花就十分困难，因为缺乏足够的空间供切削或滚压工具运作。因此，如果要在邻近一个垂直的台肩表面滚花时，在距离台肩表面相当远的地方就必须停止滚花。有时还必须在该台肩附近进行底切，以便容纳滚压期间流向内部角落的物料。所以，使用机械形成滚花极大地限制了筒形外壳的设计。机械形成滚花的其它缺点还包括滚花的根部与峰脊间的材料硬度不够，易破裂；滚花根部的应力集中度高；以及与其它外壳表面区域相比这种滚花更容易遭到腐蚀。

目前，商业上还没有廉价的、能生产坚固耐用滚花筒形外壳的方法可资使用。美国专利第3,613,201号介绍了一种试图运用板材冲压工艺形成筒形外壳的在先技术，虽然冲压对大批量应用而言比较经济，但与锻造或用机械制造的筒形外壳比较，其可得到的设计外形和设计强度均有限，因而冲压板材工艺的应用局限性较大。本领域技术人员都知道，冲压不能作为商业应用。

因此，一种廉价的、能商业生产坚固耐用滚花筒形外壳、且外形设计具有较大扩展机会、又不存在机械形成滚花所带来的问题的方法将具有极大的优势。

发明内容

本发明克服了在先技术的缺陷和缺点，提供了一种生产车辆悬架系统中使用的球窝接头的筒形外壳的方法。该方法包括将外壳坯料插入锻造工具模子、用锻造工具冲头使外壳坯料在锻造工具模子中延展以及在延展期间在外壳的外表面形成滚花的步骤。如前所述，与迄今为止通过在先技术所能得到的工艺相比，该锻造工艺能以较经济的方式、更大的设计灵活性以及冶金特性大批量地生产滚花球窝接头外壳。

根据本发明的另一方面，对车辆悬架使用的球窝接头组件也进行了周密的考虑。该组件包括一个外壳，外壳有一个内球座和一个至少部分有滚花的外表面，以压合到匹配的第一悬架中。一个可转动的圆球位于球座中，提供连接接头。一个轮轴从圆球延伸出并伸出外壳，以与第二个悬架部件连接。该外壳包括一个均匀分布在外表面和滚花上的锻模的连续阴印痕。与现有技术的加工工艺不同，锻造工艺形成滚花时得到了锻模的阴印痕，可以以更经济的方式大批量地生产滚花球窝接头。此外，锻造工艺还允许有更加灵活的设计，可将滚花置于常规机械加工工艺不能达到或不可能实现的表面结构上。锻造工艺生产出的滚花还能使其根部与峰脊间材料基本保持相同的连续硬度，并使滚花根部的应力集中度基本一致(与机械形成的滚花比较)。

本发明的另一方面提供了一种改进的球窝接头外壳锻造模具，用来控制球窝接头外壳外表面的形成。该锻造模具包括一个锻造模本体、位于锻造模本体内的内周边和至少部分地分布在内周边上的多个滚花。滚花的这种配置可以在锻造过程期间在锻造的球窝接头外壳外表面上形成相应的多个镜像滚花。与迄今为止通过在先技术所能得到的工具和生产工艺相比，本发明锻造工具模坯料可以用比较经济的方式、更大的设计灵活性和冶金特性大批量地生产滚花球窝接头外壳。

如果参考附图极其详细的说明，便能更加深刻地领会本发明的这些以及其它一些优点。

附图说明

如能联系以下附图和其详细说明一并考虑，便能更容易地深刻领会本发明的这些以及其它一些优点。其中：

图1是根据本发明压合到匹配的车辆的悬架部件中的球窝接头组件的部分截面图；

图2A到图2C表述了从锻造外壳坯料到包括滚花外表面的成品外壳的生产步骤；

图3是根据本主题发明锻造的球窝接头外壳的部分透视图；

图4是根据本主题发明球窝接头外壳的截面图；

图5是一个放大的、压合到车辆匹配悬架部件中的滚花球窝接头外壳的四开断面图；

图6是在一个供选择的滚花结构中沿每个滚花长度方向上有中心凹陷区域的外壳的部分截面图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在这几个附图中表示相同或相应的部件。一个球窝接头组件在图1中总的由10显示。组件10属于适合用于车辆悬架和转向连接的部件类型，它包括一个总的由12显示的筒形外壳，外壳具有一个内球座14和一个至少部分有滚花18以利外壳压合到匹配的第一悬架部件20的外表面16。尽管在此显示有沿外壳12不间断周边延伸的滚花18，滚花18也可以以不连续节段的方式分布，在段与段之间分布有无滚花的区域。第一悬架部件20可以是一个控制车轮外倾的横向摆动臂，如下架部件中所常见的控制臂，或其它方向、转向或支持连接部件。

球22可转动地位于球座14内。球22通常为圆形，可以制造成单个实心的部件，或如图1所示由两部分制成。外壳12的内球座14包括一个平截头圆形部分23，为球22提供依贴的弓弧形表面。依据具体的应用，有时也不需要一个完整的圆形外形。在这种情况下，球22可以是半个球的形状。球22通过盖板24以任何一种常用的方式置于外壳12中。根据具体的应用，可在外壳12中的球22与盖板24之间使用垫圈、弹簧或其它密封和润滑材料。轮轴25固定地与球22连接，延伸到外壳12的外部，以便连接第二个悬架部件(图中未画出)。轮轴25可设计为锥度配合第二或悬架部件或用螺母结构固定于此。

外壳12的外表面16包括一个除滚花部分18之外的无滚花部分26。在附图所显示的实例中，无滚花部分26包括一个缩颈的底部区域28和一个扩大的顶部区域30。顶部区域30与滚花18之间的台肩32界面通常垂直地延伸到滚花18，作为现有机械加工技术所无法得到的设计特征，形成的滚花18可与台肩32邻接。

本发明的这一方面和其它的独特方面都可归功于采用锻造工艺作为外壳12的制造方法，包括形成其滚花18。锻造工艺，其特点在于向相对模子之间施加较大压缩力后，通过塑性变形而使金属外壳12成型。相对其它生产工艺而言，这是一种独特的工艺，它能在外表面16和滚花18上留下均匀分布的锻造阴模的连续阴印痕。此外，它还能在外壳12的内球座14上留下均匀分布的锻造阳模的连续阴印痕。

也许在图3和图5中能更清楚地看到，每个滚花18都有一个纵向的长度和垂直于该纵向长度方向上的通常为三角形的截面。这样，滚花18就十分适合于压合到匹配的第一悬架部件20的接收孔中。通过咬住接收孔各边使相互作用力集中分布到不连续的点或线上，滚花18可改善外壳12和第一悬架部件20间的吻合。这样，即使是在极其恶劣的条件下，外壳12均能稳稳当当地纹丝不动。

在图6所示一个可选择的实施例中，滚花18有一个凹陷的中心区域21，可以增强与匹配的第一悬架部件20的啮合。按照本发明锻造工艺，使用这种或其它不均匀滚花18都是可能的。

图2A、图2B和图2C显示了生产适用于车辆悬架系统中球窝接头组件10的筒形外壳12的本发明工艺过程。该方法包括向锻造工具阴模36插入外壳坯料34、使用锻造工具阳冲头38使位于锻造工具阴模36中的外壳坯料34变形(通过延展和/或挤压)和在延展/挤压期间在外壳12外表面16上形成滚花18的步骤。坯料34的直径或表面可以比模子36的内径大，以便产生与模子36的公盈(interference)。本领域技术人员都知道，无论是单级成型工艺还是诸如使用多个成型模使坯料34逐步向其最终形状成型的分级成型工艺均可使用。另外，依据诸多因素，外壳坯料34可在延展步骤(如热锻)加热到高于环境温度，或在延展步骤(如冷锻)基本保持在环境温度，或热成型步骤的组合后紧随最终冷成型和/或精压。锻造工具模子36和冲头38的移动控制由一台配置有适当软件的计算机处理，以调节工具的移动和施加的力量。

外壳12外表面16上的无滚花部分26是与滚花18同时形成的，因此能高效而又经济地制造出外壳12。这还包括同时形成台肩32和外壳12的所有其它内部和外部部件。

让我们再次参考锻造工具模子36和图2A到图2C。锻模36被配置用来控制球窝接头外壳12外表面16的形成。该模36包括一个锻模本体40、一个在锻模本体40内形成的内周边42和至少部分地分布在内周边42上的多个滚花44。模子36中的滚花44用来在锻造过程期间在锻造的球窝接头外壳12的外表面16上形成镜像的多个滚花18。

锻模本体40的内周边42包括一个表面结构，而且滚花44的表面结构基本类似于内周边42的表面结构，因此产品外壳12被赋予均匀的结构。当然，锻模本体40的内周边42还包括一个无滚花部分，以在成品外壳12上形成对应的无滚花部分26。同样，内周边42还包括与滚花44邻接的台肩46，用来在锻造期间在锻造的球窝接头外壳12外表面16上形成镜像台肩32。

鉴于以上所述，人们完全可以理解，本发明的几个目标业已实现，也获得了其它一些具有优势的结果。由于只要不偏离本发明的范围，上述结构可以进行多种改变，因此上述说明中涉及的、附图中所显示的所有部分只应解释为举例说明，决非仅限于此的意思。

Claims (17)

1.一种生产车辆悬架系统中球窝接头的筒形外壳的方法，所述方法包括下述步骤：

向锻造工具模子中插入外壳坯料；

用锻造工具冲头将锻造工具模子中的外壳坯料变形；和

在所述延展步骤期间在外壳外表面形成滚花。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还进一步包括在所述延展步骤期间将外壳坯料加热到高于环境温度的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还进一步包括在所述延展步骤期间将外壳坯料保持在通常的环境温度的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述变形步骤包括多个连续的锻造过程，每一过程都连续地将坯料逐步成型为最终的形状。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还进一步包括一个在外壳外表面上形成滚花的所述步骤的同时形成无滚花部分的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述形成无滚花部分的步骤包括形成一个与滚花邻接的台肩。

7.一种车辆悬架使用的球窝接头组件，所述组件包括：

一个外壳，具有一个内球座和一个至少部分滚花以便压合到匹配的第一悬架部件的外表面；

一个球，可转动地位于所述球座中；

一个轮轴，与所述球固定地连接并从所述外壳向外伸出连接第二悬架部件；

其中所述的外壳包括均匀分布在所述外表面和滚花上的锻模的连续阴印痕。

8.如权利要求7所述的一种组件，其特征在于所述外壳的所述外表面包括一个无滚花部分。

9.如权利要求8所述的一种组件，其特征在于所述外壳的所述无滚花部分包括一个与所述滚花邻接的台肩。

10.如权利要求7所述的一种组件，其特征在于每个所述的滚花具有一个纵向长度和一个垂直于所述纵向长度方向上的通常为三角形的截面。

11.如权利要求7所述的一种组件，其特征在于所述外壳的所述内球座包括一个平截头圆形部分。

12.如权利要求7所述的一种组件，其特征在于所述外壳的所述内球座包括一个均匀分布于此的锻造模子的连续阴印痕。

13.一种改进的球窝接头外壳锻造模具，用来控制球窝接头外壳外表面的形成，所述模子包括：

一个锻模本体；

一个所述锻模本体内形成的内周边；

至少部分沿所述内周边分布的多个滚花，所述滚花用来在锻造过程期间在锻造的球窝接头外壳外表面上形成镜像的多个滚花。

14.如权利要求13所述的一种锻造模具，其特征在于所述锻模本体的所述内周边包括一个表面结构，且所述滚花的表面结构基本上与所述内周边的所述表面结构类似。

15.如权利要求13所述的一种锻造模具，其特征在于所述锻模本体的所述内周边包括一个无滚花部分。

16.如权利要求15所述的一种锻造模具，其特征在于所述内周边的所述无滚花部分包括一个与所述滚花邻接的台肩，用来在锻造过程期间在所述锻造的球窝接头的外表面上形成一个镜像台肩。

17.如权利要求13所述的一种锻造模具，其特征在于每个所述滚花具有一个纵向长度和一个垂直于所述纵向长度方向上的通常为三角形的截面。

Images