CN85108459A - 制造旋转阀零件的设备与方法 - Google Patents

Abstract

用压制法加工转阀阀芯的槽的棱边用的滚压机：压模头上装有一组环形排列径向安装的滚压模夹持器，夹持器的内端部装有一弧形的压模，全部夹持器可在横轴上同时转动某一角度以进行滚压；致动该压模头的设备包括几个与夹持器的扇形齿部啮合的往复运动齿条，一位于夹持器组中心的工作主轴，一阀芯夹持器；齿条，工作主轴和阀芯夹持器按预先规定的运动关系协调地做往复运动。

Description

制造旋转阀零件的制备与方法

本发明涉及到转阀阀芯的制造（转阀是用在车辆的助力转向装置上）。该阀采用一阀套零件，该零件的内表面上具有几个不通端部的纵向狭槽，并采用一阀芯，在该阀芯的外表面上具有一组相应的槽。

轴套狭槽和阀芯槽的棱边系并列布置的，当在二个阀件之间产生了轻微地相对转动时，以便于引导和限定在阀内的油流。当车辆在直线行驶驱动操作时，典型的该阀具有两个阀件通过扭力杆使其靠向一个由弹簧定中心的中间位置，例如在美国专利3022722中所示。这样的弹簧定中心是线性的，这样会使阀件的相对转动与作用到方向盘上的扭距成正比例。

为了改进这种阀的特性，曾将该阀芯槽的棱边改为特殊形状，以限定或调节该油流成非线性型式，例如在美国专利说明书3591136中所述那样。根据该说明书中所介绍的发明，阀芯槽棱边的最小长度部分大约位于与阀芯表面成径向位置，但可沿其长度上进行成型，使它对并列的阀套狭槽棱边做相对移动时，可以提供一可变的油流关断比率。在该说明书中进一步地做了说明，这样的棱边，至少在其一部分长度上被做成对数涡旋形，以使该阀可模拟较复杂的液压反应阀（该液压反应阀已被广泛地采用，它具有最佳的阀门特性曲线）的操作。

该说明书中介绍了一种制造阀芯的装置，该阀芯具有刚才提到的复杂形状的槽的棱边，该棱边是先用铣切加工来制出一系列的不通端的槽，然后再用一合适的复杂形状的压模以纵向滚压法来同时压制出这些狭槽的全部棱边。采用此法制成的阀芯几年来已广泛地应用于整体式转向装置上，但它应用在齿条和齿轮式的助力转向装置上时（该装置现在正在被广泛地采用）也有其不足之处，即在停车时，由于该阀的槽部棱边形状的原因，在高压下控制该油流时，会发出嘶喇之声音。这样的齿条和齿轮式助力转向装置一般是直接按装在间隔板上的，因此，该噪声是很容易传出到驾驶员的耳中的。

人们还发现，如果将该槽棱边的截面形状加以控制的话，使将该油流分布成薄层，则该噪声可以大大地减少。方法是将处于高压下工作的槽的棱边做成下述形状，即把沿其全长上的截面做成相同的形状，因此避免了“困油”的产生，如美国专利说明书3591136中所述的那样。

在制造助力转向装置的几个日本专利中，可以发现采用这种薄层限量技术例子，在该例子中，该阀芯槽的棱边形状是用轴心线与阀芯平行的圆柱形砂轮向阀芯（转动并与砂轮接触）轴心线移入和移出来后制出来的。然而，由于几何形状所限，此制造方法制造成的成形的阀芯槽棱边不能满足如上所述的液压反应型阀的性能要求。

还有一种制造阀芯部件的方法，用该方法制造的阀芯部件的阀芯槽棱边的横截面比磨削出的限量型的阀芯的棱边更加以改进，该制造方法如美国专利说明书4103407和西德专利说明书3137367中所述。这些专利均宣称其制造方法可以用简单的压印工具（该工具具有相应的要求形状）径向地压向阀芯半成品（该阀芯半成品上的槽已经预先铣出），则可压制出任意形状的槽部棱边。

然而，实际上由于很难保持压制深度尺寸的充分准确性，所以这些方法均不适于压制薄层油流式槽棱边的阀芯，而该种阀芯在工作时能保持安静。这是因为按上述两个专利说明书所述，在全部长度上同时径向地压制出槽来，其径向力非常高，无论是件与件之间还是沿单个阀芯的长度上，阀芯的弹性影响造成不同的压印深度。

美国专利说明书4103407建义采用如下办法来解决该问题，即径向布置的压印工具停靠在经精密磨削的阀芯半成品的外表面上。然而，这只是意味着将阀芯半成品的直径公差加到径向距离（指当在助力转向装置中操作时阀芯的成形槽的棱边同并列的阀套的棱边之间的距离）的变化上。

西德专利说明书3137367中提到了美国专利4103407中的缺点，在该西德专利中，试图将径向压印机工具的径向行程固定下来。然而，当压制成型时，阀芯的径向弹性变形量仍远远大于制造该薄层油流式槽棱边的允许误差。

与这些缺点相反，如美国专利说明书3800386中所述的滚压该限量式棱边的方法（该方法采用的设备如美国分案专利说明书4100785中所述）更适用于制造薄层油流限量式的阀芯，该方法采用金属成型技术中众所周知的原理，即在连续成型中所需的压力强度远小于直接压制成型或压印加工所需的压力强度。不仅压力强度小，而且由于任何一瞬间仅槽棱边的一小部分受到加工，故成型负荷大大减低。当成型时采用了此种压制方法，由于弹性变化的减少而提高了精确度，与其它加工方法相比，总的精确度提高可至4到5倍。

请注意，所有前述的说明书均是关于制造具有六个槽的阀芯的，为了得到最大的油流分流效果从而减少该阀的嘶啸声，建议最少采用8个狭槽。

在美国专利3800386和4100735中所介绍的是具有六个等距离的滚压模，每个滚压模具有一个带两个成型棱边的突出的弧形表面，将它做成这样形状，以便于在所成型的槽的每一侧形成相应于该棱边的形状。

这些压模被装在楔形的压模体内，该压模体装在六个半圆柱形的支承轴上并能绕该轴来旋转，该支承轴固装在一个环形的压模床头支架的内圆周上。该被成型的阀芯被夹持在夹头之中，该夹头装在由液压缸驱动而做轴向往复运动的轴中。从液压缸上突出的凸轮形部分与位于压模体内的支座相接触，以控制其旋转运动，使同主轴的往复运动成协调关系。

压模被装在压模体的开口端部的槽中。为了避免这样布置在结构上明显的变弱，和为了避免在压制负荷下槽部产生扩大，将各压模体做成带有锥形表面的，该表面互相支承着。这样的结构特别地不适合于装有8个滚子的压模头。

在本发明中建议的一种形式为：采用八个滚子并且其半径较以前的发明中可能采用的滚子半径为小，这样可以进一步支承该成型压力和可以减少被压制成型阀芯的弹性变化。为了完成该任务，把用来协调压模滚动和主轴往复运动的凸轮装置，移至机器内的较远地点。

将半圆柱形的支承轴改成为具有圆锥形轴颈的圆形轴。现在，将每一个压模（以前是被安放在楔形的压模体内）安装在近似圆形的压模夹持器中，该夹持器在其内端部有一不通的凹槽用来安放压模，还有一短的扇形齿部沿其直径与该凹槽相对布置。这些齿与位于模头内可做往复运动的齿条相啮合。

每一个压模夹持器均配备有一个齿条，该齿条安装在与主轴同心的支架之中，并且该齿条按照预先规定的与主轴往复运动成协调关系，被驱使进行往复运动，但其运动方向与主轴的运动方向相反。该支架由一个凸轮系统驱使而运动，该系统可以按照压模的精密的节圆半径来精确地协调主轴移动和压模夹持器转动之间的关系。当然，该机构可以使被滚压的槽的长度改变，可适当地调节该凸轮的工作轮廓，以适应此改变。但是，当把凸轮装置从该非常简单的机构（如美国专利说明书3800386和4100785中所述）中独立出来时，会发生几个新的和重要的事件。

1、可采用一种构造，在该构造中压模的滚动半径可大大减少。

2、阀芯的轴向移动和与其配合的压模夹持架的转动（角度）的程序和自动传送阀芯的装置（从送料台到压模头和从压模头到送料台）在本发明中均予以提供，与以前的发明原理不同。

3、提出的压模夹持器的构造中不采用六个滚压模而采用八个滚压模，但仍然保证下列的精度;即成型工具相对于压模夹持器的侧向限位精度和压模夹持器相对于压模头的侧向限位精度。因此可以保证有精确的间距。

4、可以采用一种压模头的构造，该构造允许每一个压模夹持器和相关的压制工具做到独立的侧向调节，与以前发明的构造（压模夹持器的孔是一个靠在另一个上）有所不同。

本发明包括有滚压机上用的一压模头，用来压制转阀（用在助力转向装置上）阀芯上的槽的棱边，压模头具有支承装置，用来支承一组按环形排列径向安装的滚压模夹持器，每一个压模夹持器的内端部上装有一个弧形的压模，且该压模夹持器装在一横向伸延的轴上并可转动某角度，使全部所说的夹持器做同步转动某角度用的装置，所说的装置被布置得可以作用到每一个压模夹持器的某一位置上，该位置距压模夹持器内端的距离大于从该轴的位置距压模夹持器内端的距离，和阀芯定位装置，用来将所说的阀芯予以定位和夹持到所说的压模夹持器组的中心，用所说的各压模按同步关系进行滚动压制。

本发明还包括有压制该转阀阀芯（用于助力转向装置上）槽的棱边用的设备，它包括有一个压模头，该压模头具有支承装置，装置上装有一组按环形排列径向安装的滚压模夹持器，每一夹持器在其内端部装有一弧形的压模，该夹持器可以在压模头内转动某一角度，和该夹持器具有一个外周边，在该外周边上有一扇形齿部，许多个可做往复运动的齿条与所说的扇形齿部相啮合，一个工作主轴沿所说的一组压模夹持器的中心线伸延，工作主轴在其一端具有阀芯夹持装置，齿条往复运动装置，可使所说的齿条同时做往复运动，主轴往复运动装置，可使所说的工作主轴做往复运动，和协调装置，可按照预先规定好的运动关系来协调所说的各往复运动。

为了更好地了解本发明的性质，用举例方法介绍一种推荐的结构，请参照下面的附图：

图1为本机器的部分剖视图;

图2为图1中按AA线的剖视图;

图3为图1中所示机器的压模头部件的端视图，并带有按BB线（图1）的部分剖视;

图4为图3中该部分剖视处的放大图;

图4a为图4中按cc线的剖视图;

图5为图3中按DD线的剖视图;

图5a、b、c、d、e及f为各系统图，图中示出了在操作循环的各个不同阶段时，该机器的各元件所处的不同位置。

按本发明来制成的滚动压印机的机构示于图1和图2中。图中包括有两个主要部分：

一个压模头1和一个机器基座/操作机构2。

图中所示的阀芯3位于送料台43上，该位置为滚压操作完成后的位置。压模头1具有一组为8个径向布置的压模31，每一个压模31均位于压模夹持器5之中，并能在各轴6上转动，轴6牢固地安装在压模头1上。

每一个压模夹持器5在其外表面上均有一扇形齿部7，该扇形齿部与固装在支架9上的齿条8相啮合。

支架9可滑动地装于主轴10上，主轴10本身是可滑动地装在心轴11上的。该芯轴的一端支承于机器后部的轴套12之中，在机器的前端处，该心轴可滑动地支承于空心主轴10内，而该主轴10是支承于基座2上的轴套13之中。主轴10的下方有一个突出部分，并有固定于该处的凸轮随动器14，随动器与滚筒凸轮16的凸轮滚道17相接触。定位键部分（例如可装在轴套13上）用来保证凸轮随动器14保持如图所示的向下的位置。

支架9具有一向后延伸的圆筒形部分（该圆筒形部分包围着工作主轴10），固定在该圆筒部分上的随动器15与凸轮滚道19相接触。

由于心轴11与位于杠杆23上端部的槽口25相接合，故心轴11可轴向移动。杠杆23可绕位于机器基座2中的轴23a来转动，在该杠杆23的下端部有一个槽口，该槽口与往复连杆22相接合。在其相反的一端该连杆22同样与绕轴24a转动的杠杆24相接合。杠杆24的上端部具有一个槽口26，该槽口与位于尾架主轴27上的销子相接合，该尾架主轴上装有顶针28。可以看出，心轴11在其前端装有顶针11a，尾架主轴27上装有顶针28，二者随着连杆22的往复运动而作协调运动。该往复运动是由凸轮随动器21与位于滚筒凸轮16上的凸轮滚道18互相接合而进行控制的。

由于杠杆23和24的长度是相同的，所以顶针11a和28将会保持一个恒定的距离，并且可以按照操作需要来进行工作，如图1所示，当该机构处于送料位置时，至少有一个顶针是从阀芯3中退出的。当在此情况时，由于槽口25和心轴11之间的连接是通过一弹簧11c来完成的，而该弹簧11c的变形是由于心轴11的挡块11b已经接触到机器基座2的左端壁上。因此，阀芯3可以自由地位于送料台43上，它可以用人工取下或用上料机构（图中未示出）自动地取下和装上下一个工件。

滚筒凸轮16装在凸轮轴16a上，该凸轮轴装在基座2上，并由装在机器基座2的后部的复合式电动机/减速齿轮箱2a所驱动。当操作时，滚筒凸轮16连续地转动以自动地完成操作中所需要的全部程序。

图3为压模头1的复合前视图和按BB线（图1）的部分剖视图，在图4中将该剖视部分予以放大。

可以看出，压模头1由下列零件所组成：一个实体的钢盘，该盘的前端面上具有一个八边形的缺口，用来安放一组轴件6。每一个轴件6包括有4个零件：两个短轴6a和6b，螺栓6c和螺帽6d。这些短轴具有圆锥形的轴表面29，该表面直接支承在支架5的锥形支承部分30上。轴件和支架是由合金钢制成，采用所谓的扩散渗气法来硬化，使其具有一定的滑润效应。轴件也具有压力油润滑装置。

上述轴的支承表面形状采用对称的圆锥形，虽然这种轴承的可利用的空间有限，但却能使压模夹持器在承受滚压负载时具有极大的稳定刚度。

对压模31的支承要求是：无论在侧向和径向移动时均应具有很大的精确度和牢固性（如图3中的剖视图中所示）。它们也同样要求在侧向能精确地调节，方法是利用轴件6a和6b的平端面6e和6f使其顶到楔块32和33的楔形表面上来进行调节。这些楔块具有半圆形的横截面（参见图4a）并顶到各相应的楔块32a和33a上，和该楔块的布置能使其在压模头1中可以单独进行径向调整。每一个楔块均可以用螺丝34和35径向向内调进或向外调出。因此，如果用调节螺丝34向内移动，则螺丝35即向外移动，图4中所示的轴件装配图为向右移动的。为此目的，先将图5中的螺栓36旋松，然后再旋紧。

当压模头1的全部轴件均正确地就位以后，所有的16个楔块（例如32和33）将牢固地靠紧其相应的楔块（例如各为32a和33a），于是形成一予加载荷的机构用来将压模31中产生的侧向和径向力作用到压模头1的坚固的壳体上。

在图5中可以看到用螺栓36将短轴6牢固地固定在压模头1上，该螺栓用来拉住该轴以顶住位于压模头1的表面上的八边形缺口处的定位面44。压模31被保持在不通孔37之中，并且用螺栓38将其定位于端部，用该螺栓的作用力使其顶住定位销39。垫片40用来精确地调节压模31的径向位置。虽然在压模区域需要8个滚动压模头而使压模夹持器5的比例瘦长，但该机构仍具有牢固的和精确的支承部分以支承该压模31。

请参见图5a～5f。图5a表示放大的图1所示的情况，即该阀芯3放在送料台43上准备换上下一个阀芯。此时全部的零件均静止了，由于顶针11a在其向右移动时在顶针28停止之前已被挡住，所以顶针11a和顶针28即被分开，如前所述。当凸轮16继续转动时，连杆22开始向右移动，致使顶针28向左移动使阀芯3就位于顶针11a上，在此之后，所有三者一起移动，将阀芯3的带花键的端部送入到位于主轴10端部的带内花键42的孔中使其接合。在另一种机构中，在主轴11中可以装有一带内花键42的弹性夹头，用适当的装置来松开和夹紧该夹头，如已知技术所述。当在此点时，凸轮滚道17同样使主轴10向左移动，这样，件10，11a，3和28均向左协同移动（如图5b所示），直到达到了其极端位置时为止。在此瞬间，凸轮滚道19迫使支架9和齿条8开始向右移动，这样致使全部压模夹持器5向内转动如图5c所示。

现在，典型的阀芯3的结构为从某一个3b点处沿其长度方向具有一个小的直径3a，并且如果3b停在轴件6的中心6g的左端有足够的距离时，则压模夹持器5就可以转动至如图5d所示的最里面的位置而不致使压模31接触到台肩3b上。压模夹持器5现在停止了转动，且零件10，11a和28开始带动阀芯3至准备滚压的位置。

图5e示出了当压制操作开始时的位置，此时阀芯3继续运动如图5d中所示，但压模夹持器5也开始向外转动。

图5f示出了压制操作完成时的位置，此时压模夹持器5已经到达其最外面的位置并且停止下来。零件10、11a和28继续向右移动带动阀芯3达到图5a所示的送料位置并完成了工作循环。

Claims (11)

1、一种滚压机上用的压模头用来压制用在助力转向装置上的转阀，阀芯上的槽的棱边，压模头具有支承装置，用来支承一组按环形排列径向安装的滚压模夹持器，每一个压模夹持器的内端部上装有一个弧形的压模，且该压模夹持器装在一横向伸延的轴上并可转动某角度，使全部所说的夹持器做同步转动某角度用的装置，所说的装置被布置得可以作用到每一个压模夹持器的某一位置上，该位置距压模夹持器的内端的距离大于从该轴的位置距压模夹持器内端的距离，和阀芯定位装置，用来将所说的阀芯予以定位和夹持到所说的压模夹持器组的中心，用所说的各压模按同步关系进行滚动压制。

2、按权利要求1中所述的一压模头，其特征是每一个压模夹持器的轴端部均与每一侧的另一轴端部紧邻，在该处具有一种限定每一压模夹持器在其轴上侧向移动的装置，和在每一个轴的端部有一个斜面且在每一对轴之间具有径向伸延的楔块装置，所说的每一个楔块装置均有一个面与每一个相邻轴的斜面相接触，调节装置用来调节所说楔块装置的位置以调节近邻的轴的相对侧向位置。和紧固装置用来紧固每一个调好位置的轴。

3、按权利要求2中所述的一压模头，其特征是所说的每一楔块装置均为两个类似的向径向伸延的相邻的零件，调节所说楔块装置位置用的装置，它具有单独的装置用来调节每一零件的位置。

4、按上述任一权利要求中所述的一压模头，其特征是每一个轴均由两个环形零件构成，每一零件具有一圆环形向内倒棱的锥形表面，该表面与类似形状的压模夹持器的表面（该压模夹持器的表面支承在该轴上）做滑动旋转接触，夹持器装置用来夹持所说的各零件成紧密接触。

5、按上述任一权利要求中所述的压模头，其特征是在每一个压模夹持器内端部具有一个用来装入压模的不通的凹口，和紧固该压模到该凹口内的装置。

6、按上述任一权利要求中所述的压模头，其特征是每一个压模夹持器在远离内端部的部分上具有一扇形齿部，其中心为所说的轴的中心线，和其特征是转动致动装置即致动各压模夹持器使同时转动某一角度用的装置包括有许多个齿条，每一齿条均与所说的每一压模夹持器的扇形齿部相啮合，齿条被支承在压模头之内，用于同时作为压模夹持器组的中心线平行的直线移动。

7、压制设备用来压制用在助力转向装置上的转阀阀芯上的槽的棱边，它包括有一个压模头，压模头包括有一组环形排列径向安装的滚压模夹持器，每一夹持器在其内端部装有一个弧形的压模，夹持器可在压模头中转动某一角度，夹持器的外周部具有扇形齿部分，许多个齿条与所说的扇形齿部啮合可做往复运动，一个工作主轴沿所说的环形排列的压模夹持器的中心线伸延，该工作主轴在其一端具有阀芯夹持装置;同时往复移动该齿条用的装置，往复移动所说的工作主轴用的装置，和按预先规定的运动关系来协调所说的各个往复移动的装置。

8、按权利要求7中所述的设备，其特征是同时往复移动所说的齿条用的装置包括有一个支架其往复移动的方向与所说的工作主轴中心线相平行，它具有各臂部，在每一臂部的外端部具有一个所说的齿条。

9、按权利要求7或8中所述的设备，其特征是同时往复移动齿条的装置，往复移动所说的工作主轴的装置，和协调所说的各往复移动的装置包括有一个滚筒式凸轮在该凸轮的表面上具有许多凸轮滚道，用来往复移动所说齿条和工作主轴的装置，每一移动齿条和主轴的装置均具有凸轮随动装置，每一随动装置均与所说的滚道相接合，和用来转动所说的滚筒式凸轮的装置。

10、按权利要求7～9中任一权利要求中所述的设备，其特征是阀芯夹持装置包括有在工作主轴一端的一个内花键孔。

11、按权利要求7～10中任一权利要求中所述的设备均具有工件进给装置，它包括工件接合装置用来接合阀芯的两个端部，往复装置用来将所说的工件接合装置沿所说的环形排列的压模夹持器组的中心线做往复移动，和协调装置用来协调所说工件接合装置的运动同工作主轴和滚道往复移动之间的关系，利用这些来移动阀芯使与所说的阀芯夹持器接合或分开以把该阀芯到送料台或从送料台将该阀芯取下。

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