JP4307256B2 - Integrated joint body - Google Patents

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Description

本発明は、加圧方向に対して角度を成して配置されるボール軌道および/またはボール軌道湾曲部を有する金属焼結体、特に軸ジョイントのジョイント内輪、その製造方法、およびこの方法を実施するための装置に関する。   The present invention relates to a sintered metal body having a ball raceway and / or a ball raceway curved portion arranged at an angle with respect to a pressing direction, in particular, a joint inner ring of an axial joint, a method for manufacturing the same, and the method. It is related with the apparatus for doing.

ジョイント内輪とジョイント外輪とからなる軸ジョイントは公知である。それらはなかんずく、運転時に大きな変位を受ける軸の間でトルクを伝達するのに役立つ。その際、軸線方向変位の吸収も可能である。   A shaft joint comprising a joint inner ring and a joint outer ring is known. They are inter alia useful for transmitting torque between shafts that are subject to large displacements during operation. At that time, the axial displacement can be absorbed.

互いに角度を成した軸を介してトルクを伝達する1例が等速軸ジョイントである。等速軸ジョイントはユニバーサルジョイント(Zapfengelenk)の類に属し、その最も一般的な構造様式がフック式ジョイントである。フック式ジョイントでは両方の軸のジョイントヨークがピンと結合されている。単純なフック式ジョイントは実質的に小さな角度変化を可能とする。軸の軸線方向および半径方向の摺動は可能でない。   One example of transmitting torque through shafts that are angled with each other is a constant velocity joint. Constant velocity shaft joints belong to the class of universal joints (Zapfengelenk), and the most common structure is a hook joint. In the hook-type joint, the joint yokes of both shafts are connected to the pins. A simple hook joint allows a substantially small angle change. Axial and radial sliding of the shaft is not possible.

これらの欠点を防止するのが等速ジョイントである。フック式ジョイントとは異なり等速軸ジョイントでは一様な角速度において出力側で一様な回転数が発生される。同じことはトルクにも妥当する。   The constant velocity joint prevents these drawbacks. Unlike the hook joint, the constant velocity joint generates a uniform rotational speed on the output side at a uniform angular velocity. The same is true for torque.

撓み軸は2つのジョイントと1つの中間軸とからなる。中間軸は長さ変化を補償するために大抵は伸縮軸として実施されている。一様に伝達するための条件は、両方のジョイントヨークが1平面にあり、両方のジョイントヨークで偏向角度が常に同じ大きさである場合には少なくとも運転時に最も頻繁に現れる状態にあることである。これはZ配置またはW配置によって達成することができる。自動車では大抵の場合前者が一般的である。その際、中間軸にのみ不規則性が現れる。僅かな空間で大きな角運動を例えば自動車の前輪駆動装置において補償するためにダブルジョイントが使用される。これは基本的に撓み軸に一致するが、しかし中間軸の代りに1つの短い中間部材‐軸またはスリーブ‐が設けられているだけであり、これは両方のジョイントの偏向角度が常に同じになるように案内されている。入力軸または出力軸に縦摺動性が設けられる。それに加えて等速ジョイントはトルクもしくは角速度の一様な摩擦結合式伝達を大抵はボールを介して可能とし、ボールはボール軌道内で、常にそれがジョイントの鏡像対称面にあるように案内されている。大型の等速ジョイントでは心出し部が不可欠である。等速ジョイントは大きな転向角度において一様な伝達を可能とする。等速ジョイントは固定式ジョイントまたは摺動式ジョイントとして構成され、固定式ジョイントは駆動軸を軸線方向で固定し、摺動式ジョイントは軸の長さ変化時の補償を縦摺動によって可能とする。   The deflection axis is composed of two joints and one intermediate shaft. The intermediate shaft is usually implemented as a telescopic shaft to compensate for the change in length. The condition for uniform transmission is that both joint yokes are in one plane, and if the deflection angle is always the same in both joint yokes, it is at least in the state that appears most frequently during operation. . This can be achieved by a Z configuration or a W configuration. The former is common in automobiles. At that time, irregularities appear only on the intermediate axis. Double joints are used to compensate for large angular movements in a small space, for example in the front-wheel drive of automobiles. This basically corresponds to the deflection axis, but instead of an intermediate shaft, only one short intermediate member-the shaft or sleeve-is provided, which means that the deflection angles of both joints are always the same. Have been guided. Longitudinal slidability is provided on the input shaft or the output shaft. In addition, constant velocity joints allow uniform friction-coupled transmission of torque or angular velocity, usually via the ball, which is guided in the ball trajectory so that it is always in the mirror symmetry plane of the joint. Yes. Centering is essential for large constant velocity joints. A constant velocity joint allows uniform transmission at large turning angles. The constant velocity joint is configured as a fixed joint or a sliding joint. The fixed joint fixes the drive shaft in the axial direction, and the sliding joint enables compensation when the shaft length changes by vertical sliding. .

この種の軸ジョイントはジョイント外輪およびジョイント内輪で軸と結合されている。ジョイント内輪はボールを介してジョイント外輪内で案内される。ボールはボール保持器内でボール軌道内を移動し、ボール軌道はジョイント内輪の外面とジョイント外輪の内面とに一体に形成されている。軸ジョイントの幾何学形状から、ボール軌道用凹部は切削して一体に形成される必要がある。   This type of shaft joint is connected to the shaft by a joint outer ring and a joint inner ring. The joint inner ring is guided in the joint outer ring via a ball. The ball moves in the ball raceway in the ball cage, and the ball raceway is integrally formed on the outer surface of the joint inner ring and the inner surface of the joint outer ring. Due to the geometric shape of the shaft joint, the recess for the ball raceway needs to be formed integrally by cutting.

この製造方式では一般に、費用のかかる高精密な切削加工が必要となる。その際に不利な点として、ジョイント内輪は数多くの作業ステップでさまざまな加工機械において製造されねばならない。これまでジョイント内輪は通常の仕方で鍛造素材から形成された。というのもアンダカットまたは成形部、例えばボール軌道は、いかなる加圧法でも製造することができず、従って金属粉末から加圧、焼結して最終形状とすることができなかったからである。これは一般に、アンダカッタの賦形を達成するために付加的操作ステップを必要とした。   This manufacturing method generally requires expensive and precise cutting. As a disadvantage, the joint inner ring has to be manufactured on various processing machines in a number of work steps. So far, the joint inner ring has been formed from a forged material in the usual way. This is because undercuts or molded parts, such as ball tracks, could not be produced by any pressing method and therefore could not be pressed and sintered from metal powder to the final shape. This generally required additional operational steps to achieve undercutter shaping.

本発明の課題は、金属焼結体または鍛造体、特に軸ジョイントのジョイント内輪を簡単かつ精確に製造可能とする方法および装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of easily and accurately producing a sintered metal body or a forged body, particularly a joint inner ring of a shaft joint.

本発明はこの課題を方法請求項、装置請求項および物の請求項に明示した特徴で解決する。   The present invention solves this problem with the features specified in the method claims, apparatus claims and product claims.

本発明によれば、金属焼結体または鍛造体、特に軸ジョイントのボール軌道を有するジョイント内輪を製造するための方法であって、粉末が充填キャビティに充填され、この充填キャビティが1つのダイと少なくとも1つの形成マンドレルおよびこれに向き合わせて配置される充填マンドレルと1つの中心マンドレルと少なくとも1つの下および上パンチとによって限定され、粉末が充填キャビティ内で圧力によって上パンチと下パンチとの間で加圧されて予備成形体とされ、抜き出して焼結されるようになった方法が提案される。充填キャビティに金属焼結粉末が装入される。成形マンドレルが充填マンドレルに至るまで挿入され、工具相互の相対摺動によって部品幾何学形状が固定され、次に粉末は上および/または下パンチに加圧力を加えることによって圧縮されて予備成形体とされる。加圧を完了した予備成形体は上パンチおよび成形マンドレルの後退後に加圧装置から抜き出して焼結される。高密度を達成するために、焼結体が焼結後に温間または冷間で再加工されると望ましい。僅かな許容差および/または部分的圧縮を達成するために焼結および/または鍛造後にコイニング操作が可能である。例えば、ジョイント内輪のボール軌道を冷間でロール成形しまたは選択的に焼結鍛造後にロール成形すると有利である。   According to the present invention, a method for producing a sintered metal or a forged body, in particular a joint inner ring having a ball raceway of an axial joint, the powder is filled into a filling cavity, the filling cavity comprising a die and Defined by at least one forming mandrel and a filling mandrel, a central mandrel and at least one lower and upper punch arranged facing each other, wherein the powder is placed between the upper punch and the lower punch by pressure within the filling cavity. A method is proposed in which pressure is applied to form a preform, which is extracted and sintered. The sintered metal powder is charged into the filling cavity. The forming mandrel is inserted into the filling mandrel, the part geometry is fixed by relative sliding between the tools, and then the powder is compressed by applying pressure to the upper and / or lower punches to form the preform Is done. The preform after completion of pressurization is extracted from the pressurizer and sintered after the upper punch and the molding mandrel are retracted. In order to achieve high density, it is desirable if the sintered body is reworked warm or cold after sintering. Coining operations are possible after sintering and / or forging to achieve slight tolerances and / or partial compression. For example, it is advantageous if the ball raceway of the joint inner ring is cold-rolled or selectively roll-formed after sintering forging.

焼結冶金学的に製造された部材は、ジョイント内輪の本体全体が、優れた材料特性と表面品質とを有する高強度組織を形成するという利点を有する。   The sintered metallurgically manufactured member has the advantage that the entire body of the joint inner ring forms a high strength structure having excellent material properties and surface quality.

本発明の有利な構成において、充填操作のために充填マンドレルはダイ内の充填位置に挿入され、中心マンドレルがダイ内の充填位置に挿入され、下パンチが充填位置で保持され、加圧操作のとき充填マンドレルに付設された成形マンドレルがダイ内に挿入され、成形マンドレルが充填マンドレルをダイ内で押し下げ、その際に成形マンドレルの幾何学形状によって粉末内でボール軌道が成形され、同時に上パンチがダイ内に上パンチ加圧位置に至るまで挿入され、粉末が圧縮されて予備成形体とされ、ダイの幾何学形状によってボール軌道が成形され、下パンチが下パンチ端位置に至るまで挿入され、粉末も圧縮され、抜出し操作のとき上パンチおよび成形マンドレルがダイから抜き出され、中心マンドレルが予備成形体から引き戻される。ジョイント内輪、ボールハブの外輪郭は一部がダイ自体によって、一部がダイ内で加圧方向に移動する成形マンドレルによって成形される。ジョイント内輪の幾何学形状に依存して少なくとも2つの上成形マンドレルと2つの下充填マンドレルが設けられ、好ましくは、加圧方向で摺動可能にダイ内で支承される3つのマンドレルが設けられている。   In an advantageous configuration of the invention, for the filling operation, the filling mandrel is inserted into the filling position in the die, the central mandrel is inserted into the filling position in the die, the lower punch is held in the filling position, When the forming mandrel attached to the filling mandrel is inserted into the die, the forming mandrel pushes down the filling mandrel in the die, and at this time, the ball track is formed in the powder by the shape of the forming mandrel, and at the same time the upper punch is Inserted into the die until reaching the upper punch press position, the powder is compressed into a preform, the ball track is formed by the die geometry, and the lower punch is inserted until the lower punch end position, The powder is also compressed, and during the extraction operation, the upper punch and molding mandrel are extracted from the die and the central mandrel is pulled back from the preform.The outer contours of the joint inner ring and the ball hub are formed partly by the die itself and partly by a forming mandrel that moves in the pressurizing direction within the die. Depending on the geometry of the joint inner ring, at least two upper forming mandrels and two lower filling mandrels are provided, preferably three mandrels supported in the die so as to be slidable in the pressing direction. Yes.

本発明の特別有利な構成において、成形マンドレルに向き合う充填マンドレルの側面は充填位置においてダイの上面および中心マンドレルの上面と同一平面で成端し、加圧位置において成形マンドレルは充填マンドレルの上面に当接してこれを押し戻す一方、同時に加圧力が上パンチに加えられ、上パンチがダイ内に挿入され、次に上パンチと成形マンドレルとがダイから抜き出され、加圧を完了した予備成形体が下パンチによってダイから抜き出される。   In a particularly advantageous configuration of the invention, the side of the filling mandrel facing the forming mandrel terminates flush with the upper surface of the die and the upper surface of the central mandrel in the filling position, and the forming mandrel contacts the upper surface of the filling mandrel in the pressing position. At the same time, a pressing force is applied to the upper punch, the upper punch is inserted into the die, and then the upper punch and the molding mandrel are withdrawn from the die. It is extracted from the die by the lower punch.

本発明の望ましい構成において粉末は圧力と熱とによって加圧されて予備成形体とされる。   In a preferred configuration of the present invention, the powder is pressed into a preform by pressure and heat.

本発明の特別望ましい構成において、加圧の間、ダイと少なくとも1つのパンチは加熱される。   In a particularly desirable configuration of the invention, the die and at least one punch are heated during pressing.

本発明の望ましい構成において、ボール軌道の形状は成形マンドレルによって成形される。   In a preferred configuration of the invention, the shape of the ball track is formed by a forming mandrel.

本発明の他の望ましい構成において、ボール軌道の形状は成形マンドレルとダイとによって成形される。   In another desirable configuration of the invention, the shape of the ball track is formed by a forming mandrel and a die.

本発明の有利な構成において、ボール軌道の表面は焼結後に圧縮される。高強度を達成するための表面の圧縮は例えばロール成形によって行うことができ、その際、ボール軌道表面の部分領域のみが圧縮されると有利である。ボール軌道表面の少なくともボール走行面を圧縮するのが望ましい。   In an advantageous configuration of the invention, the surface of the ball track is compressed after sintering. The compression of the surface to achieve high strength can be effected, for example, by roll forming, in which case it is advantageous if only a partial area of the ball raceway surface is compressed. It is desirable to compress at least the ball running surface of the ball raceway surface.

本発明の特別有利な構成において、ボール軌道の表面は焼結後に少なくとも1つのボールによって圧縮され、このボールがボール軌道面に対して垂直に圧力を加える。   In a particularly advantageous configuration of the invention, the surface of the ball track is compressed by at least one ball after sintering, which applies pressure perpendicular to the ball track surface.

本発明の他の有利な構成において、ボールは少なくとも1回、ボール軌道の少なくとも1つの部分領域を圧縮する。好ましくは超硬合金からなるボールが少なくとも1回、好ましくは複数回、被圧縮面上を転動し、こうして表面が歩進的に圧縮され成形されるのが望ましい。   In another advantageous configuration of the invention, the ball compresses at least one partial region of the ball track at least once. It is desirable that the ball made of cemented carbide rolls on the surface to be compressed at least once, preferably a plurality of times, and the surface is progressively compressed and molded in this way.

本発明の有利な構成において、焼結を完了した部品は次に鍛造され、ボール軌道を有する焼結体がダイ内の中心マンドレル上に挿入され、鍛造工具が焼結体を加圧して外輪郭を賦形し、次に焼結体が抜き出される。   In an advantageous configuration of the invention, the sintered part is then forged, a sintered body with ball tracks is inserted on the central mandrel in the die, and a forging tool presses the sintered body to form an outer contour. Then, the sintered body is extracted.

本発明の他の有利な構成において、焼結を完了した部品は焼結または鍛造後にコイニングされ、ボール軌道を有する焼結体がダイ内の中心マンドレル上に挿入され、コイニング工具が焼結体を加圧して外輪郭を賦形し、次に焼結体が抜き出される。   In another advantageous configuration of the invention, the sintered parts are coined after sintering or forging, a sintered body having ball tracks is inserted on the central mandrel in the die, and a coining tool is used to insert the sintered body. Pressurize to form the outer contour, and then the sintered body is extracted.

課題の他の解決は、ボール軌道を有する金属焼結体、特に軸ジョイントのジョイント内輪を製造するための装置であって、加圧装置を備えており、この加圧装置が少なくとも1つの成形マンドレルおよびこの成形マンドレルに向き合わせて付設された少なくとも1つの充填マンドレルと1つの下および上パンチと1つの中心マンドレルとを有し、これらが充填キャビティを形成しかつ半径方向でダイによって取り囲まれているものによって与えられる。このような加圧装置は単純な作業経過を特徴としている。加圧操作は安価であり、また公知の切削製造と比較してなかんずく時間節約的である。これにより、短時間のうちに大量個数のジョイント内輪を製造することが可能となる。充填マンドレルおよび成形マンドレルを取り囲むダイは成形マンドレルに半径方向で作用する加圧力を捕捉する。   Another solution of the problem is a device for producing a sintered metal body having a ball track, in particular a joint inner ring of a shaft joint, comprising a pressurizing device, the pressurizing device comprising at least one forming mandrel And at least one filling mandrel, one lower and upper punch and one central mandrel, which are attached to face the molding mandrel, which form a filling cavity and are radially surrounded by a die. Given by things. Such a pressure device is characterized by a simple work process. The pressing operation is inexpensive and time-saving, inter alia, compared to known cutting production. Thereby, it becomes possible to manufacture a large number of joint inner rings in a short time. A die surrounding the filling mandrel and the forming mandrel captures the applied pressure acting radially on the forming mandrel.

本発明の有利な構成において、各3つの成形マンドレルとこれに向き合わせて付設された3つの充填マンドレルが設けられており、これらがダイの凹部内で案内される。ダイの凹部内に配置される充填マンドレルおよび成形マンドレルとダイ自体がジョイント内輪の外輪郭を形成するが、この外輪郭はその幾何学的造形のゆえに通常の加圧装置では製造できない。   In an advantageous configuration of the invention, there are provided each three forming mandrels and three filling mandrels attached to face each other, which are guided in the recesses of the die. The filling mandrel and the molding mandrel placed in the recess of the die and the die itself form the outer contour of the joint inner ring, but this outer contour cannot be produced by a normal pressurizing device because of its geometric shape.

課題はさらに、外周面に配置されるボール軌道を有する金属焼結体、特に軸ジョイントのジョイント内輪であって、焼結体が一体に構成されているものによって解決される。ジョイント内輪の強度および寿命の理由から、例えばプレス技術で簡単に製造できる2つの部材から組み立てるのでなく、ジョイント内輪を一体に構成すると有利である。   The problem is further solved by a metal sintered body having a ball raceway disposed on the outer peripheral surface, particularly a joint inner ring of a shaft joint, in which the sintered body is integrally formed. For reasons of the strength and life of the joint inner ring, it is advantageous to construct the joint inner ring as one piece rather than assembling from two members that can be easily manufactured, for example, by pressing techniques.

本発明の望ましい構成において、ボール軌道は加圧軸線に対して角度を成して配置されおよび/または加圧軸線に対して湾曲している。ジョイント内輪はアンダカット、凹部およびプロフィルを備えており、好ましくはジョイント本体軸線に対して、すなわち加圧方向に対しても、軸線方向で外面上で整列して半径方向で湾曲したボール軌道を備えており、ボール軌道は軌道底と軌道側面とを備えており、ジョイント内輪は、ジョイント内輪を軸線方向で加圧しかつ加圧装置もしくは鍛造装置から取り出すことを可能とする幾何学形状を有する。   In a preferred configuration of the invention, the ball trajectory is arranged at an angle with respect to the pressure axis and / or is curved with respect to the pressure axis. The inner ring of the joint is provided with an undercut, a recess and a profile, preferably with a ball track that is radially aligned and axially aligned with the joint body axis, i.e. also in the pressure direction. The ball raceway has a raceway bottom and a raceway side surface, and the joint inner race has a geometric shape that allows the joint inner race to be pressurized in the axial direction and taken out from the pressurizing device or the forging device.

本発明の他の望ましい構成において、ボール軌道は丸く構成されている。   In another desirable configuration of the invention, the ball track is configured round.

本発明の有利な構成において、ボール軌道はほぼ楕円形に構成されている。この構成は特別有利であるが、それはボールが2点でのみボール軌道上に載置され、転動時にボール軌道上に1つの接触線が生じるだけであるからである。この領域は上で述べたように有利には圧縮され、場合によっては熱処理および/または表面処理される。   In an advantageous configuration of the invention, the ball trajectory is substantially elliptical. This configuration is particularly advantageous because the ball is placed on the ball track only at two points and only one contact line is produced on the ball track during rolling. This region is advantageously compressed as described above and optionally heat treated and / or surface treated.

本発明の望ましい構成においてボール軌道は多角形に構成されている。ボール軌道のこの構成も、ほぼ楕円形のボール軌道と同様に、ボールがボール軌道上に僅かな載置面を有するだけであり、従って転動抵抗が低下し、特にヘルツ応力を最適化できるという利点を提供する。   In a preferred configuration of the invention, the ball trajectory is configured as a polygon. This configuration of the ball track is similar to the substantially elliptical ball track in that the ball has only a small mounting surface on the ball track, so that the rolling resistance is reduced and in particular the Hertzian stress can be optimized. Provides benefits.

本発明の有利な構成において、ボール軌道は部分領域に、特にボール走行面の領域に、高密度を有する。   In an advantageous configuration of the invention, the ball track has a high density in a partial region, in particular in the region of the ball running surface.

本発明の他の有利な構成において、ボール軌道は部分領域を、特にボール走行面の領域を、熱処理されている。このような部材は、ボール軌道が高強度を得る利点を有する。この部材は少なくともボール軌道の領域を例えば高周波焼入れおよび表面硬化によって熱処理することができる。   In another advantageous configuration of the invention, the ball track is heat-treated in a partial region, in particular in the region of the ball running surface. Such a member has the advantage that the ball track has high strength. This member can heat-treat at least the area of the ball track, for example, by induction hardening and surface hardening.

本発明の特別有利な構成において、ボール軌道は部分領域を、特にボール走行面の領域を、表面処理されている。ボール走行面の性質を適切に最適化するために、表面は例えばショットピーニング、プラズマ窒化、軟窒化、リン酸塩処理、冷状態および温状態でのロール成形によって処理することができる。   In a particularly advantageous configuration of the invention, the ball track is surface-treated in a partial region, in particular in the region of the ball running surface. In order to properly optimize the properties of the ball running surface, the surface can be treated, for example, by shot peening, plasma nitriding, soft nitriding, phosphating, cold and hot roll forming.

等速軸ジョイントの1実施形態を基に本発明が図面に示してある。   The invention is illustrated in the drawing on the basis of an embodiment of a constant velocity joint.

図1に等速軸ジョイント1が示してある。これがジョイント外輪2とジョイント内輪3とを有する。ジョイント外輪2は軸4と結合され、ジョイント内輪3は軸5と結合されている。軸4と軸5が入出力システムを形成する。ジョイント内輪3はジョイント外輪2内に受容されている。軸4、5が相互に屈曲するときボール6がボール軌道7内で案内されているように、ボール6はジョイント外輪2とジョイント内輪3との間でボール軌道7内に配置されている。その際、ボールは強制的に鏡像対称平面を走行する。図示態様において屈曲角度は0°であり、ボールは軸4、5の軸線によって形成される直線に対して垂直な平面にある。この配置が蓋輪8を有し、この蓋輪がボールをボール軌道内で保持する。入力軸が回転すると出力軸は可能な限界内で適宜に屈曲している場合でも一様な回転数と一様なトルクとで伝達される。軸ジョイント1は軟質シール18で外側を密封されている。   FIG. 1 shows a constant velocity joint 1. This has a joint outer ring 2 and a joint inner ring 3. The joint outer ring 2 is coupled to the shaft 4, and the joint inner ring 3 is coupled to the shaft 5. The shaft 4 and the shaft 5 form an input / output system. The joint inner ring 3 is received in the joint outer ring 2. The ball 6 is arranged in the ball track 7 between the joint outer ring 2 and the joint inner ring 3 so that the ball 6 is guided in the ball track 7 when the shafts 4 and 5 are bent with respect to each other. At that time, the ball compulsorily travels on the mirror image plane. In the illustrated embodiment, the bending angle is 0 °, and the ball lies in a plane perpendicular to the straight line formed by the axes of the axes 4 and 5. This arrangement has a lid ring 8, which holds the ball in the ball track. When the input shaft is rotated, the output shaft is transmitted with a uniform rotational speed and a uniform torque even when the output shaft is appropriately bent within a possible limit. The shaft joint 1 is sealed on the outside with a soft seal 18.

ボール軌道7は加圧軸線(ボールハブ軸線20)と平行にまたは角度を成して配置しておくことができる。さらに、ボール軌道7が加圧軸線(ボールハブ軸線20)に対して湾曲していることが可能である。それとともに、半径方向で湾曲したボール軌道7が可能であり、ボール軌道7は軌道底12と軌道側面13とを備えている。   The ball track 7 can be arranged in parallel or at an angle to the pressure axis (ball hub axis 20). Furthermore, the ball track 7 can be curved with respect to the pressure axis (ball hub axis 20). In addition, a ball track 7 curved in the radial direction is possible, and the ball track 7 includes a track bottom 12 and a track side surface 13.

図2はボールハブ3(ジョイント内輪)用加圧装置21の斜視図であり、加圧装置21が3つの成形マンドレル22.1、22.2、22.3とこれに向き合わせて付設された充填マンドレル23.1、23.2、23.3とを有する。さらに下パンチ24と上パンチ25と中心マンドレル26が設けられている。パンチ24、25とマンドレル22、23、26は半径方向でダイ27によって取り囲まれる。充填マンドレル23と成形マンドレル22とを取り囲むダイ27は成形マンドレル22に半径方向で作用する加圧力を捕捉する。   FIG. 2 is a perspective view of the pressure device 21 for the ball hub 3 (joint inner ring), in which the pressure device 21 is provided with three molding mandrels 22.1, 22.2, 22.3 facing each other. And mandrels 23.1, 23.2, 23.3. Further, a lower punch 24, an upper punch 25, and a center mandrel 26 are provided. The punches 24, 25 and the mandrels 22, 23, 26 are surrounded by a die 27 in the radial direction. A die 27 that surrounds the filling mandrel 23 and the forming mandrel 22 captures the applied pressure acting on the forming mandrel 22 in the radial direction.

成形マンドレル22とこれに向き合わせて付設された充填マンドレル23はダイ27の凹部28.1、28.2内で案内される。ダイ27の凹部28.1、28.2内に配置される充填マンドレル23および成形マンドレル22とダイ27自体がジョイント内輪3の外輪郭を形成するが、この外輪郭はその幾何学的造形のゆえに通常の加圧装置では製造できない。   The molding mandrel 22 and the filling mandrel 23 attached to face the molding mandrel 22 are guided in the recesses 28.1 and 28.2 of the die 27. The filling mandrel 23 and the molding mandrel 22 arranged in the recesses 28.1, 28.2 of the die 27 and the die 27 itself form the outer contour of the joint inner ring 3, but this outer contour is due to its geometrical shape. It cannot be manufactured with a normal pressure device.

図3は加圧装置21の斜視図であり、成形マンドレル22がダイ27内に挿入されている。加圧操作のとき成形マンドレル22がダイ27内に挿入され、成形マンドレル22が充填マンドレル23をダイ27内で押し下げ、成形マンドレル22の幾何学形状によってボールハブ3のボール軌道7が粉末内で成形される。   FIG. 3 is a perspective view of the pressurizing device 21, and the molding mandrel 22 is inserted into the die 27. During the pressing operation, the molding mandrel 22 is inserted into the die 27, the molding mandrel 22 pushes down the filling mandrel 23 in the die 27, and the ball raceway 7 of the ball hub 3 is molded in the powder by the geometric shape of the molding mandrel 22. The

図4は充填位置における加圧工具21を示す。充填操作のために充填マンドレル23がダイ27内の充填位置に挿入され、中心マンドレル26がダイ内の充填位置に挿入され、下パンチ24が充填位置で保持される。充填位置において金属焼結粉末29が充填キャビティ28に充填され、充填キャビティ28はダイ27と3つの成形マンドレル22.1、22.2、22.3とこれに向き合わせて配置される充填マンドレル23.1、23.2、23.3と中心マンドレル26と下および上パンチ24、25とによって区画される。充填位置のとき、成形マンドレル22に向き合う充填マンドレル23の側面はダイ27の上面30および中心マンドレル26の上面31と同じ高さにある。   FIG. 4 shows the pressing tool 21 in the filling position. For the filling operation, the filling mandrel 23 is inserted into the filling position in the die 27, the central mandrel 26 is inserted into the filling position in the die, and the lower punch 24 is held in the filling position. In the filling position, the sintered metal powder 29 is filled into a filling cavity 28, which is filled with a die 27 and three molding mandrels 22.1, 22.2, 22.3 and facing the filling mandrel 23. .1, 23.2, 23.3, a central mandrel 26 and lower and upper punches 24, 25. When in the filling position, the side of the filling mandrel 23 facing the forming mandrel 22 is at the same height as the upper surface 30 of the die 27 and the upper surface 31 of the central mandrel 26.

ダイ27の凹部28内に配置される充填マンドレル23および成形マンドレル22とダイ27自体がジョイント内輪3の外輪郭を形成するが、この外輪郭はその幾何学的造形のゆえに通常の加圧装置では製造できない。   The filling mandrel 23 and the molding mandrel 22 arranged in the recess 28 of the die 27 and the die 27 itself form the outer contour of the joint inner ring 3. This outer contour is formed by a normal pressurizing apparatus because of its geometrical shape. It cannot be manufactured.

図5は加圧位置における加圧工具21を示す。成形マンドレル22が充填マンドレル23に至るまで挿入され、成形マンドレル22が充填マンドレル23をダイ27内で押し下げ、その際に成形マンドレル22の幾何学形状によってボールハブ3のボール軌道7が粉末内で成形される。同時に上パンチ25がダイ27内に上パンチ加圧位置に至るまで挿入され、こうして粉末が圧縮されて予備成形体とされ、ボール軌道7はダイ27の幾何学形状によっても成形される。下パンチ24が下パンチ端位置に至るまで挿入され、これにより粉末も圧縮される。充填マンドレル23および成形マンドレル22を取り囲むダイ27は成形マンドレル22に半径方向で作用する加圧力を捕捉する。加圧操作中に工具が相互に相対摺動することによってボールハブ3の部品幾何学形状は固定される。   FIG. 5 shows the pressing tool 21 in the pressing position. The forming mandrel 22 is inserted until it reaches the filling mandrel 23, and the forming mandrel 22 pushes down the filling mandrel 23 in the die 27. At this time, the ball raceway 7 of the ball hub 3 is formed in the powder by the geometric shape of the forming mandrel 22. The At the same time, the upper punch 25 is inserted into the die 27 until the upper punch pressure position is reached, and thus the powder is compressed into a preform, and the ball track 7 is also formed by the geometry of the die 27. The lower punch 24 is inserted until the lower punch end position is reached, whereby the powder is also compressed. A die 27 surrounding the filling mandrel 23 and the forming mandrel 22 captures the applied pressure acting on the forming mandrel 22 in the radial direction. The parts geometry of the ball hub 3 is fixed as the tools slide relative to each other during the pressing operation.

焼結粉末は熱を利用して加圧されて予備成形体とされると有利である。例えば加圧中にダイ27と少なくとも1つのパンチ24、25は加熱することができる。   The sintered powder is advantageously pressed into a preform by using heat. For example, the die 27 and the at least one punch 24, 25 can be heated during pressing.

図6は抜出し位置における加圧工具21を示す。抜出し操作のとき上パンチ25と成形マンドレル22はダイ27から抜き出される。中心マンドレル26が予備成形体3から引き戻される。加圧を完了した予備成形体3は下パンチ24によってダイから抜き出される。次に予備成形体3は焼結される。   FIG. 6 shows the pressing tool 21 in the extraction position. During the extraction operation, the upper punch 25 and the molding mandrel 22 are extracted from the die 27. The central mandrel 26 is pulled back from the preform 3. The preform 3 that has been pressed is extracted from the die by the lower punch 24. Next, the preform 3 is sintered.

加圧を完了した予備成形体3は高密度を達成するために焼結後に温間または冷間で再加工されると有利である。僅かな許容差および/または部分的圧縮を達成するために焼結および/または鍛造後にコイニング操作が可能である。例えば、ジョイント内輪3のボール軌道7を冷間でロール成形しまたは選択的に焼結鍛造後にロール成形すると有利である。ボール軌道表面の部分領域のみが圧縮されると有利であり、その際ボール軌道表面の少なくともボール32の走行面16が圧縮されねばならないであろう。   Advantageously, the preform 3 after pressing has been reworked warm or cold after sintering in order to achieve high density. Coining operations are possible after sintering and / or forging to achieve slight tolerances and / or partial compression. For example, it is advantageous if the ball raceway 7 of the joint inner ring 3 is cold-rolled or selectively roll-formed after sintering forging. It is advantageous if only a partial area of the ball raceway surface is compressed, in which case at least the running surface 16 of the ball 32 on the ball raceway surface must be compressed.

例えば、ボール軌道7の表面が焼結後にボールを利用して圧縮され、このボールがボール軌道面に対して垂直に圧力を加え、ボールが少なくとも1回、ボール軌道7の少なくとも1つの部分領域を圧縮することによって、ボール軌道表面の圧縮は行うことができる。しかし、好ましくは超硬合金からなるボールが数回、被圧縮面上を転動し、こうして表面が歩進的に圧縮されて成形されると有利である。   For example, the surface of the ball track 7 is compressed by using a ball after sintering, the ball applies pressure perpendicular to the ball track surface, and the ball is at least once at least one partial region of the ball track 7. By compressing, the surface of the ball raceway can be compressed. However, it is advantageous if the ball, preferably made of cemented carbide, rolls several times on the surface to be compressed and thus the surface is progressively compressed.

焼結を完了した部品3が次に鍛造され、ボール軌道7を有する焼結体3がダイ27内の中心マンドレル26上に挿入され、鍛造工具が焼結体3を加圧して外輪郭を賦形し、次に焼結体が抜き出されると有利である。   The sintered part 3 is then forged, the sintered body 3 having the ball tracks 7 is inserted onto the central mandrel 26 in the die 27, and the forging tool pressurizes the sintered body 3 to provide an outer contour. It is advantageous if it is shaped and then the sintered body is extracted.

焼結または鍛造後、焼結体3がコイニングされることも有利である。鍛造およびコイニングには、前記加圧工具21とほぼ同じ構造様式を有する工具を使用することができる。   It is also advantageous that the sintered body 3 is coined after sintering or forging. For forging and coining, a tool having substantially the same structural style as the pressing tool 21 can be used.

特に、金属状素材を前記鍛造工具でボールハブ3へと鍛造することも可能である。   In particular, it is possible to forge a metallic material into the ball hub 3 with the forging tool.

図7はボールハブ3を平面図で示す。ボールハブ3は一体に構成されており、これによりボールハブ3の強度および寿命は高い。ボール軌道7は加圧軸線(ボールハブ軸線20)に対して角度を成して配置されている。ボールハブ3はそれぞれ互いに対で付設されるボール軌道7を有する。ボール軌道7は図平面内に向かって軸線方向で整列しており、半径方向湾曲部14を有する。互いに対で付設された各ボール軌道7において湾曲部14は対置されており、すなわちボール軌道7は軸線方向で互いに接近している。ボールハブ軸線20は図平面に対して垂直にボールハブ3の中心を通過する。   FIG. 7 shows the ball hub 3 in plan view. The ball hub 3 is integrally formed, so that the strength and life of the ball hub 3 are high. The ball track 7 is disposed at an angle with respect to the pressure axis (ball hub axis 20). Each ball hub 3 has a ball track 7 attached to each other in pairs. The ball tracks 7 are axially aligned in the drawing plane and have a radial curvature 14. In each ball track 7 attached to each other in a pair, the curved portions 14 are opposed to each other, that is, the ball tracks 7 are close to each other in the axial direction. The ball hub axis 20 passes through the center of the ball hub 3 perpendicular to the drawing plane.

図8はボールハブ3を図7のA‐A断面に沿って示す。   FIG. 8 shows the ball hub 3 along the section AA in FIG.

図9はボール軌道7とボール32を断面で示す。ボール32は丸い幾何学形状を有する。ボール軌道7はほぼ楕円形の幾何学形状を有する。ボール32は走行面16、16’上を走行し、各瞬間にボール軌道7上に2つの接触点17、17’を有する。各接触点17、17’は異なる軌道側面13、13’にある。接触点17、17’はボール中心から2δの角度で相互に分離されている。この構成は特別有利であるが、それはボール32が2点でのみボール軌道7上に載置され、転動時にボール軌道7上に1つの接触線が生じるだけであるからである。ボール32がボール軌道7上に僅かな載置面のみを有することによって、転動抵抗が低下する。ボール32の湾曲とボール軌道7は、ヘルツ応力が最少となるように最適化されている。この領域が有利には圧縮され、場合によっては熱処理および/または表面処理される。考えられる方法には例えば高周波焼入れ、表面硬化、ショットピーニング、プラズマ窒化、軟窒化、リン酸塩処理、冷状態および温状態でのロール成形がある。   FIG. 9 shows the ball track 7 and the ball 32 in cross section. The ball 32 has a round geometric shape. The ball track 7 has a substantially elliptical geometric shape. The ball 32 travels on the travel surface 16, 16 'and has two contact points 17, 17' on the ball track 7 at each moment. Each contact point 17, 17 'is on a different track side surface 13, 13'. The contact points 17, 17 'are separated from each other at an angle 2δ from the ball center. This configuration is particularly advantageous because the ball 32 is placed on the ball track 7 only at two points, and only one contact line is generated on the ball track 7 during rolling. Since the ball 32 has only a small mounting surface on the ball track 7, the rolling resistance is lowered. The curvature of the ball 32 and the ball track 7 are optimized so that the Hertzian stress is minimized. This region is advantageously compressed and optionally heat treated and / or surface treated. Possible methods include, for example, induction hardening, surface hardening, shot peening, plasma nitriding, soft nitriding, phosphating, cold and hot roll forming.

等速軸ジョイントの断面図である。It is sectional drawing of a constant velocity shaft joint. ボールハブ用加圧工具の斜視図である。It is a perspective view of the pressure tool for ball hubs. マンドレルを挿入した加圧工具の断面図である。It is sectional drawing of the pressurization tool which inserted the mandrel. 充填位置における加圧工具の断面図である。It is sectional drawing of the pressurization tool in a filling position. 加圧位置における加圧工具の断面図である。It is sectional drawing of the pressurization tool in a pressurization position. 抜出し位置における加圧工具の断面図である。It is sectional drawing of the pressurization tool in an extraction position. ボールハブの平面図である。It is a top view of a ball hub. ボールハブを図7のA‐A線断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the ball hub taken along line AA in FIG. 7. ボール軌道とボールとの横断面図である。It is a cross-sectional view of a ball track and a ball.

符号の説明Explanation of symbols

1 軸ジョイント
2 ジョイント外輪
3 ジョイント内輪、ボールハブ、予備成形体、焼結を完了した部品、焼結体
4、5 軸
6 ボール
7 ボール軌道
8 蓋輪
12 軌道底
13 軌道側面
16 走行面
17 接触面
18 軟質シール
20 ボールハブ軸線
21 加圧装置
22 成形マンドレル
23 充填マンドレル
24 下パンチ
25 上パンチ
26 中心マンドレル
27 ダイ
28 充填キャビティ
29 金属焼結粉末
30 ダイの上面
31 中心マンドレルの上面
32 ボール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 axis | shaft joint 2 joint outer ring | wheel 3 joint inner ring | wheel, a ball hub, a preformed body, the sintered part, the sintered body 4, 5 axis | shaft 6 ball | bowl 7 ball track 8 lid wheel 12 track bottom 13 track side surface 16 running surface 17 contact surface 18 Soft seal 20 Ball hub axis 21 Pressure device 22 Molding mandrel 23 Filling mandrel 24 Lower punch 25 Upper punch 26 Center mandrel 27 Die 28 Filling cavity 29 Sintered powder 30 Upper surface of die 31 Upper surface of center mandrel 32 Ball

Claims (13)

ジョイント外輪(2)とその内側に受容されたジョイント内輪(3)との間にボール(6)が配置された等速軸ジョイント(1)のボール軌道(7)を有するジョイント内輪(3)、を製造するための方法であって、
上下方向に延びる中心マンドレル(26)と、中心マンドレル(26)に外嵌される下パンチ(24)と、中心マンドレル(26)および下パンチ(24)を取り囲む内周面に凹部(28.1、28.2)を有するダイ(27)と、凹部(28.1、28.2)内で上下に案内される充填マンドレル(23)と、下パンチ(24)の上方に配置される上パンチ(25)と、充填マンドレル(23)の上面に向き合わせて配置された成形マンドレル(22)とをセットし、
下パンチ(24)の上面を中心マンドレル(26)の上面より下方に配置し、かつ、充填マンドレル(23)の上面およびダイ(27)の上面を中心マンドレル(26)の上面と同じ高さとすることで、中心マンドレル(26)の外周面と下パンチ(24)の上面と充填マンドレル(23)およびダイ(27)の内周面とにより充填キャビティ(28)を形成し、
充填キャビティ(28)に金属粉末を充填し、
上パンチ(25)をダイ(27)内に挿入して金属粉末を加圧するとともに、成形マンドレル(22)を充填マンドレル(23)の上面に当接させた状態でダイ(27)内に挿入して充填マンドレル(23)を押し下げることにより、成形マンドレル(22)によりボール軌道(7)を形成するように成形マンドレル(22)およびダイ(27)により外輪郭が形成された予備成形体を形成し、
その予備成形体を抜き出して焼結する、方法。
A joint inner ring (3) having a ball raceway (7) of a constant velocity shaft joint (1) in which a ball (6) is arranged between the joint outer ring (2) and a joint inner ring (3) received inside thereof ; A method for manufacturing
A central mandrel (26) extending in the vertical direction, a lower punch (24) fitted over the central mandrel (26), and a recess (28.1 on the inner peripheral surface surrounding the central mandrel (26) and the lower punch (24). , 28.2), a filling mandrel (23) guided up and down in the recesses (28.1, 28.2), and an upper punch arranged above the lower punch (24) (25) and a molding mandrel (22) arranged facing the upper surface of the filling mandrel (23),
The upper surface of the lower punch (24) is disposed below the upper surface of the central mandrel (26), and the upper surface of the filling mandrel (23) and the upper surface of the die (27) are flush with the upper surface of the central mandrel (26). Thus, a filling cavity (28) is formed by the outer peripheral surface of the central mandrel (26), the upper surface of the lower punch (24), and the inner peripheral surfaces of the filling mandrel (23) and the die (27),
Filling the filling cavity (28) with metal powder;
The upper punch (25) is inserted into the die (27) to pressurize the metal powder, and the molding mandrel (22) is inserted into the die (27) in contact with the upper surface of the filling mandrel (23). By pushing down the filling mandrel (23), a preformed body having an outer contour formed by the forming mandrel (22) and the die (27) is formed so as to form the ball track (7) by the forming mandrel (22). ,
A method in which the preform is extracted and sintered .
予備成形体の形成後は、上パンチ(25)および成形マンドレル(22)をダイ(27)から上方に抜き出し、下パンチ(24)を上昇させることで、前記予備成形体を抜き出すことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 After forming the preform, the upper punch (25) and the molding mandrel (22) are extracted from the die (27) upward, and the lower punch (24) is raised to extract the preform. The method of claim 1. 前記金属粉末圧力と熱とによって加圧して予備成形体を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。The metal powder under pressure by the pressure and heat, characterized that you form a preform, the method according to claim 1 or 2. 加圧の間、ダイと少なくとも1つのパンチ(24、25)加熱ることを特徴とする、請求項に記載の方法。During pressurization, die and characterized that you heat the at least one punch (24, 25), The method of claim 3. ボール軌道(7)の表面焼結後に圧縮ることを特徴とする、請求項1ないしのいずれかに記載の方法。It characterized that you compress the surfaces of the ball raceway (7) after sintering method according to any one of claims 1 to 4. ボール軌道(7)の表面焼結後に少なくとも1つのボール(32)によって圧縮、このボールがボール軌道面対して垂直に圧力を加えることを特徴とする、請求項1ないしのいずれかに記載の方法。 The surface of the ball raceway (7) is compressed by at least one ball after sintering (32), the ball is characterized in that the obtaining pressurizing the pressure vertically against a ball raceway any one of claims 1 to 5 The method described in 1. ボール(32)が少なくとも1回、ボール軌道(7)の少なくとも1つの部分領域を圧縮することを特徴とする、請求項に記載の方法。Method according to claim 6 , characterized in that the ball (32) compresses at least one partial region of the ball trajectory (7) at least once. 焼結を完了した部品(3)次に鍛造、ボール軌道(7)を有する焼結体(3)ダイ(27)内の中心マンドレル(26)上に挿入、同一構造様式の鍛造工具焼結体(3)を加圧し、次に焼結体抜き出ことを特徴とする、請求項1ないしのいずれかに記載の方法。 Then forged parts (3) completing the sintering, insert sintered to (3) on the die (27) center mandrel in (26) having a ball track (7), forging the same mode of construction was pressure sintered bodies (3) with a tool, then characterized in that to leave disconnect the sintered body, the method according to any one of claims 1 to 7. 焼結を完了した部品(3)結後にコイニング、ボール軌道(7)を有する焼結体(3)ダイ(27)内の中心マンドレル(26)上に挿入、同構造様式のコイニング工具焼結体(3)を加圧し、次に焼結体抜き出ことを特徴とする、請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。 Parts (3) completing the sintering coining after sintering, insert the sintered body (3) having a ball track (7) on the die (27) center mandrel in (26), the same structure It was pressure sintered bodies (3) in coining tool manner, then, characterized in that to leave disconnect the sintered body, the method according to any one of claims 1 to 8. 前記予備成形体のボール軌道(7)を上下方向の加圧軸線(20)に対して角度を成すように形成することを特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載の方法 The features that you form an angle formed Suyo the ball trajectory of the preform (7) with respect to the vertical direction of the pressing axis line (20), The method according to any one of claims 1 to 9 . ール軌道(7)を略楕円形に形成することを特徴とする、請求項1ないし10のいずれかに記載の方法Characterized that you formed ball Lumpur trajectory (7) into a substantially elliptical shape, the method according to any one of claims 1 to 10. ール軌道(7)部分領域であるボール走行面(16、16’)の領域を熱処理することを特徴とする、請求項1ないし11のいずれかに記載の方法 The area of the ball running surface is a subregion ball Lumpur trajectory (7) (16, 16 '), characterized in that the heat treatment method according to any one of claims 1 to 11. ール軌道(7)部分領域であるボール走行面(16、16’)の領域を表面処理することを特徴とする、請求項1ないし12のいずれかに記載の方法 The area of the ball running surface is a partial area of the ball Lumpur trajectory (7) (16, 16 ') which comprises treating the front surface, A method according to any one of claims 1 to 12.
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