JP4723769B2

JP4723769B2 - Method for producing hollow rack bar

Info

Publication number: JP4723769B2
Application number: JP2001285235A
Authority: JP
Inventors: 博石川; 吉章関
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yamanaka Engineering Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yamanaka Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP2003094140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ラックアンドピニオン式の舵取り装置に用いられる中空ラックバーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラックアンドピニオン式の舵取り装置では、自動車のハンドルに連結されるピニオンが回転し、それに伴いピニオンと噛み合うラックバーが車両幅方向に移動する結果、ラックバーの端部に連結された車輪の向きを変えて車両の操舵がなされる。自動車等の車両は近年の環境意識の高まり等から軽量化が常に望まれている。ラックバーについても軽量化のために中空ラックバーが採用されだしている。
【０００３】
中空ラックバーの製造方法は、特開２０００−３１７５７２号公報に開示されたように、ラック歯型を中空のワークの被加工部位に径方向から押しつけた後、数種類のマンドレルワークの中空空間に圧入することでその被加工部位をラック型に押圧し歯型を形成する方法がある。
【０００４】
しかしながら、特開２０００−３１７５７２号公報に開示された方法は、マンドレルを圧入するため１回当たりの加工量をマンドレルが座屈しない程度の量にとどめる必要が生じ、加工量を増やすためには徐々に外径が大きくなる複数のマンドレルを順番に圧入していく必要があり、加工性に問題があった。
【０００５】
そこで、特開２００１−５８２３９号公報に開示されたように、盛り上がり部分からなる押圧部をもつマンドレルを略円筒形の中空パイプ状のワーク内に挿入する挿入工程と、そのワークをラック型で圧接する圧接工程と、そのマンドレルをワークから引き抜いて、マンドレルの押圧部をワークの軸方向に移動させることにより、ワークの被加工部位をラック型に押圧してラック歯形を成型する成型工程とを有する中空ラックバーの製造方法が提案された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−５８２３９号公報に開示された方法は、鍛造加工後に起こるスプリングバックによりラック歯の型転写性が良好でなかった。このために歯形精度（歯すじ誤差）が規格要求値を越えてしまう。製品規格を満たすためには、歯すじ面の凹を改善する必要がある。歯すじ面の凹を改善するために予め鍛造型を補正する方法があるが適正に補正することは技術的に困難である。
【０００７】
そこで本発明の中空ラックバーの製造方法は、簡便に精度の高い中空ラックバーを製造する方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する目的で本発明者等は鋭意研究を行った結果、中空パイプ状のワークを側面からラック歯型で潰し加工を行うときの被加工部位の板厚が歯すじ面に発生する凹と関係することを見出した。すなわち、被加工部位の周方向中央付近が板厚が一番薄く両端部へ行くほど厚くなるので、ラック型による型鍛造でラック歯を形成するときに中央部は板厚が薄いためにラック歯の中央部付近の歯先部付近が欠肉傾向となり、ラック歯の成型時に被加工部位の両端部から中央部に向けて歯先部が形成されていく傾向があった。その結果、中央部は両端部に比べて板厚が薄いことで剛性が低いこと、充分ラック型内に材料が充填されないこと、そして歯底面ではワークの内径面とも近いことが相俟って、鍛造成型後のスプリングバックが局部的に発生する結果、歯すじ面の中央部が５０μｍ程度の凹部を形成することを見出した。すなわち、歯すじ面に発生する凹の原因として被加工部位の周方向の中央部と両端部との板厚の差が問題であることが判明し、本知見に基づいて本発明を行った。なお、従来技術として解決課題が異なるものの類似する技術として予めワークの被加工部位の形状を平面状とする技術があるが（特開昭５８−１２２１４７号公報、特開２０００−２３８６５０号公報）、単に被加工部位を平面とするだけでは前述した肉厚の不均一の問題は解決されない。
【０００９】
すなわち、本発明の中空ラックバーの製造方法は、盛り上がり部分からなる押圧部をもつマンドレルを略円筒形の中空パイプ状のワーク内に挿入する挿入工程と、該ワークをラック型で圧接する圧接工程と、該マンドレルを該ワークから引き抜いて、該マンドレルの該押圧部を該ワークの軸方向に移動させることにより、該ワークの被加工部位を該ラック型に押圧してラック歯形を成型する成型工程と、を有するワークにラック歯形を形成する中空ラックバーの製造方法であって、前記圧接工程の前に、前記ラック型が圧接される前記ワークの前記被加工部位の周方向中央部よりも両端部の断面の径方向を薄くする薄肉化工程を有し、前記薄肉化工程は、前記被加工部位の前記両端部を前記周方向中央部よりも金型押しつけ方向に凹ませる薄肉化金型の一対の押圧部で押圧して塑性変形させる工程であることを特徴とする。
【００１０】
つまり、ラック歯を成型する前にラック歯が形成される被加工部位の両端部の金型押しつけ方向の板厚を周方向中央付近より薄くし、周方向中央付近と両端部付近との間の板厚の差を予め小さくすることで、両者の剛性の差を減少させ、局部的に発生するスプリングバックを抑制できたのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の中空ラックバーの製造方法について詳細に説明する。本発明の中空ラックバーの製造方法は、挿入工程と圧接工程と成型工程とを有し、その圧接工程の前に、薄肉化工程を有する。
【００１２】
薄肉化工程は、圧接工程の前に、ラック型が圧接されるワークの被加工部位の周方向中央部よりも両端部の断面の径方向を薄くする工程である。圧接工程の前に行うことで、ラック型がワークの被加工部位に圧接される前に薄肉化が完了し、その後の加工が良好となる。なお、「被加工部位」とは、後述する圧接工程及び成型工程においてラック型がワークにラック歯を形成する部分である。
【００１３】
被加工部位を薄肉化する方法としては、相対的に被加工部位の周方向中央付近よりも両端部の径方向の厚みが薄くなれば、どのような方法を採用しても良い。なお、薄肉化といっても相対的なものであるので、被加工部位の周方向中央付近を増肉することで相対的に両端部の厚みを薄くすることも薄肉化に含まれる。具体的に好ましい薄肉化の方法としては、被加工部位の両端部を押圧して塑性変形させる方法である。この場合に単純に金型等で両端部を押圧して薄肉化しても良いが、ワークの内部を自由状態として押圧すると、両端部を押圧することで生起する逃げ部分がワーク内部に突出することがあるので、押圧による薄肉化を採用する場合には、内部にマンドレル等を予め挿入しておき、ワーク内部への逃げを防止する。この場合のマンドレルは、後述するマンドレルをそのまま用いても良いし、別個のマンドレル等を用いても良い。マンドレルを共用する場合には本工程は挿入工程と圧接工程との間に、マンドレルを共用しないときには本工程は挿入工程の前に行う。他の薄肉化の方法としては、被加工部位の両端部をワークの軸方向に切削する方法がある。
【００１４】
挿入工程は、マンドレルを略円筒形の中空パイプ状のワーク内に挿入する工程である。マンドレルは盛り上がり部分からなる押圧部をもつ。押圧部が設けられる位置はマンドレルをワーク内に挿入したときに、ワークの被加工部を越えた位置である。たとえば、マンドレルの先端に押圧部を設けて、押圧部がワーク内の被加工部を越えて挿入される。押圧部は、後述する成型工程で、マンドレルを引き抜く際にワークに直接当接してワークの被加工部を塑性変形させる部分であるから、ワークに対する引き抜き抵抗が小さい形状とすることが好ましい。たとえば、紡錘形状等とする。
【００１５】
圧接工程は、ワークをラック型で圧接する工程である。ワークの被加工部位にラック型を圧接することで、ある程度の歯形がワークの被加工部位に形成される。
【００１６】
成型工程は、マンドレルをワークから引き抜いて、マンドレルの押圧部をワークの軸方向に移動させることにより、ワークの被加工部位をラック型に押圧してラック歯形を成型する工程である。マンドレルがワーク軸方向に移動するにつれて押圧部が被加工部位に塑性変形を生起させ、ラック型内を充填する。本工程は、前述の圧接工程と同時に行うこともできる。すなわち、ラック型をワークの被加工部位に圧接する（圧接工程）と同時に、マンドレルをワーク内から引き抜くことができる。マンドレルには引っ張り方向の応力が加わるのみであるので、押圧部の移動による加工量を比較的大きくしてもマンドレルの破損は生起しない。
【００１７】
以上の構成をもつことから本発明の中空ラックバーの製造方法は以下の作用効果をもつ。まず、ワーク内部にマンドレルが挿入される（挿入工程）。その後、ワークの被加工部位の周方向の両端部を特に圧接する金型により、被加工部位を圧接すること、又は両端部の一部を切削等の機械的加工で除去することで両端部を中央部よりも薄肉化する（薄肉化工程）。
【００１８】
そして、ラック型を被加工部位に圧接する（圧接工程）。このときに、ラック型は相対的に肉厚である中央付近からワークの被加工部位に当接する。その後、ワーク内からマンドレルを引き抜くことでマンドレルに設けられている押圧部がワーク内から被加工部位をラック型に向けて塑性変形させる（成型工程）。被加工部位の中央付近が肉厚であるのでラック型へは中央付近から充填が完了し、その後、相対的に薄肉化されている両端部に材料が流れていく。その結果、被加工部位の中央付近に充分な応力を加えることが可能となり、ラック型を外したときの局所的なスプリングバックを抑制することができ、意図しない凹部が歯すじ面に形成されることが防止できる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の中空ラックバーの製造方法の実施の一形態を図１〜図１１に基づいて詳細に説明する。図において同一符号は同一部分または相当部分とする。
【００２０】
本実施例の中空ラックバーの製造方法を実現する装置は、中空パイプ状のワークＷを位置決め保持するダイス１と、そのダイス１に位置決め保持されたワークＷを固定するクランパ２と、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷを薄肉化する薄肉化金型Ｔ又は薄肉化金型Ｔと交換可能であるラック歯形をワークＷに成型するラック型３と、薄肉化金型Ｔと共に用いられるマンドレルＭ又はワークＷに対して軸方向に移動されることにより、該ワークＷをラック型３に圧接してワークＷにラック歯形を成型するマンドレル５と、薄肉化金型Ｔ又はラック型３を支持して、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷをその径方向にプレスするプレス手段（図略）と、ワークＷに挿入されたマンドレルＭ、５をそのワークＷから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段６と、を備えている。
【００２１】
そして、本装置は、プレス手段により薄肉化金型Ｔ又はラック型３をダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷの径方向にプレスすることによって薄肉化又は荒歯形を成型できる装置である。図１のように、薄肉化金型Ｔが配設されている場合には、薄肉化金型Ｔを圧接することにより、被加工部位Ｗｒの周方向の両端部が薄肉化されるようになっている。また、図３のように、ラック型３が配設されているときには、ラック型３をワークＷの被加工部位Ｗｒに圧接した後に、マンドレル５の押圧部５１をマンドレル移動手段６により引き抜き・移動させることで、荒歯形を成型されたワークＷをラック型３に押圧することによりワークＷに最終的なラック歯形を成型するように構成されている。さらに、本装置は、マンドレル移動手段６をプレス手段と連動して駆動させるように構成されている。さらにまた、本装置は、マンドレル移動手段６が、ワークＷに成型するラック歯形に応じてマンドレル５を速度可変に移動させることができるように構成されている。
【００２２】
ダイス１は、中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略下半分の外形と同様の断面に形成された溝１０をラック型３に対する対向面に有するもので、この実施の形態の場合、プレス（図略）のベッドに取付けられている。この溝１０のマンドレル５が引き抜き移動される側（図の右側）の端部には、ワークＷの一方の端部の端面Ｗａが当接されてその移動を阻止して位置決めする壁面１０ａと、この壁面１０ａに一方の端面Ｗａが当接されたワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部１０ｂとが形成されており、他方の側（図の左側）の端部は、異なる長さのワークＷを位置決め保持し得るように、ワークＷのダイス１からの他方の端部Ｗｂの突出を許容する開放部１０ｃが形成されている。
【００２３】
クランパ２は、ダイス１に位置決め保持されたワークＷの被加工部位Ｗｒと開放部１０ｃから突出する他方の端部Ｗｂとの間を上方から押えて挟持することにより、ダイス１との間でワークＷを固定するもので、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや圧縮空気などの圧力作動流体によって伸長・退縮駆動される流体圧シリンダのピストンロッド（図略）に支持されている。また、クランパ２は、図示は省略するが、プレスのラムに設けられ、ラック型３よりもダイス１に向かって突出させるように形成された、可撓性や弾性を備えたウレタンなどからなるクッションなどにより構成することもできる。
【００２４】
薄肉化金型Ｔは、図２に示すような断面をもち、ワークＷの被加工部位Ｗｒの周方向の両端部を押圧し薄肉化する要素である。
【００２５】
ラック型３（以下、パンチ３という）は、ワークＷに成型するラック歯形と対称に形成されたラック歯３１を有するもので、この実施の形態の場合、図示しないプレスのラムに取付けられている。パンチ３のラック歯３１の圧力角や歯厚、ピッチなどは、製造する中空ラックバーのラック歯形によって異なるが、部分によって異ならることなく均等に形成することができる。また、例えば、中空ラックバーとして自動車のバリアブルステアリングラックバーを製造する場合には、被加工部位Ｗｒの中央と端部とで圧力角や歯厚、ピッチなどを変化させるように、ラック歯３１の圧力角やピッチなどを部分によって異ならせて形成することもできる。パンチ３は、ダイスに対する対向面に中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略上半分の形状と同様の断面に形成された溝３０を有しており、この溝３０内の中間にラック歯３１が形成されている。すなわち、パンチ３のラック歯３１が形成されていない部分の溝３０は、ワークＷにラック歯形を成型することなく、ダイス１の溝との間で単にワークＷを保持するだけである。さらに、溝３０の、ワークＷのからマンドレル５が移動される側の端部には、ダイス１と同様に、ワークＷの端部Ｗａが当接されてその移動を阻止する壁面３０ａと、ワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部３０ｂとが形成されている。
【００２６】
なお、本実施例では、この薄肉化金型Ｔとパンチ３とは取り替え自在な型であるが、薄肉化金型Ｔ及びパンチ３のそれぞれのために専用の装置を用意して薄肉化工程とその他の工程とを分離することも可能である。その場合でも構成は大きく変わらない。
【００２７】
マンドレル５は、図３〜図６に示すように、パンチ３によりプレスされるワークＷを支持してラック歯形を成型する部分の内側形状を決定付けるように形成された平面５０ａを有する軸部５０が、少なくともワークＷのマンドレル５が挿入される端部Ｗａから被加工部位Ｗｒの反対側端部までに相当する長さの部分に形成されている。また、マンドレル５のワークＷに挿入される先端には、後述するように、引き抜かれるように軸方向に移動された際に、荒歯形が成型されたワークＷの内側を押圧し最終的なラック歯形が成型させるようにワークＷの肉をラック型３のラック歯３１間に流動させる押圧部５１が形成されている。さらに、マンドレル５の押圧部５１とは反対側の端部には、マンドレル移動手段６に係合される係合部５２が形成されている。
【００２８】
マンドレル５の押圧部５１は、図７および図８に示すように、ワークＷの内側と接して押圧する圧接平面５１ａを有するもので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さが軸部５０の平面５０ａまでの高さよりも所定量だけ高くなるように形成されている。また、押圧部５１の断面の大きさも軸部５０の断面の大きさよりも所定量だけ大きく形成されている。そして、この押圧部５１と軸部５０との間には、押圧部５１よりも断面形状が小さい軸部５０から連続するように傾斜する傾斜面５１ｂが全周にわたって形成されている。また、マンドレル５の押圧部５１よりもさらに先端側には、押圧部５１よりもわずかに断面積が小さく形成された逃げ部５３を有しており、この逃げ部５３と押圧部５１との間には、両者を連続するように緩やかに傾斜する傾斜面５１ｃが全周にわたって形成されている。なお、本発明では、マンドレル５が引き抜くように移動されるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術よりも大きくすることができる。
【００２９】
マンドレルＭは押圧部５１を有しない点と、被加工部位Ｗｒに挿入される部位の径がマンドレル５の押圧部５１が挿入できる程度に大きい点の他は、ほぼマンドレル５と同様の構成をもつ。
【００３０】
マンドレル移動手段６は、一対のカム部材６１，６２により構成されてなるもので、一方のカム部材６１にはマンドレルＭの係合部（図略）又はマンドレル５の係合部５２が係合されており、他方のカム部材６２にはプレスのノックアウト機構（図略）に接続されている。ノックアウト機構は、例えば、プレスが油圧プレスである場合に、カム部材６２と接続されるピストンロッドを備えたノックアウトシリンダにより構成され、さらに、ノックアウトシリンダはそのピストンロッドの駆動速度を、製造する中空ラックバーの成型しようとするラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどに応じて適切にワークＷの肉をフィルアップすることができるように、各ストロークごとはもちろんのこと一ストロークのなかでも、制御可能に変化させることができるように構成されている。そして、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａは、プレスのラムが下降されてパンチ３がワークＷに荒歯形を成型した後に、互いに押圧して一方のカム部材６１に係合されたマンドレルＭ、５をワークＷから引き抜く方向に移動させるように形成されている（図６の矢印Ｘを参照）。なお、図３〜図５においては、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに離間した状態で示されている。しかしながら、これらの図は、特にワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることを説明するために示したものであり、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに接するように構成することもできる。
【００３１】
なお、この実施例では、一般的なプレスのベッドにダイス１を取付け、ラムにパンチ３を取付け、ノックアウト機構にマンドレル移動手段６を接続した。すなわち、本発明はこの実施の形態に限定されることはないが、一般的なプレスに適用させることができる。また、本発明のマンドレル移動手段６は、プレスのノックアウト機構を利用する一対のカム部材６１，６２を用いることにより、ワークＷに対してパンチ３をプレスする力と連動してマンドレル５を引き抜くように移動させることができるが、マンドレル５を引き抜くように移動させて圧接工程を行わせることができるものであれば、すなわち、ワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることができるものであれば、例えば、マンドレルを直接移動駆動する流体圧シリンダなど（図略）、他の手法を用いることもできる。
【００３２】
本実施例の中空ラックバーの製造方法を、上述したように構成されたプレスに適用された製造装置を用いて説明する。本製造方法は、マンドレル５をワークＷ内に挿入する挿入工程と、ワークＷをラック型３で圧接する圧接工程と、マンドレル５をワークＷから引き抜いて、マンドレル５の押圧部５１をワークＷの軸方向に移動させることにより、ワークＷの被加工部位Ｗｒをラック型３に押圧してラック歯形を成型する成型工程と、を有するワークにラック歯形を形成する中空ラックバーの製造方法であって、圧接工程の前に、ワークＷの被加工部位Ｗｒの周方向中央部よりも両端部の断面の径方向を薄くする薄肉化工程を有することを特徴とする。
【００３３】
薄肉化工程は、図１に示すように、ワークＷ内にマンドレルＭを挿入した後に、薄肉化金型Ｔで被加工部位Ｗｒをプレスして、ワークＷの被加工部位Ｗｒを図２の破線で示す断面形状とする。薄肉化されたワークＷの被加工部位Ｗｒは、図２、１１に示すように、中央付近Ｗｃよりも両端部Ｗｓの径方向の厚みが小さくなっている。薄肉化工程を行った後に、薄肉化金型Ｔをパンチ３に変更するか、又はパンチ３が配設されている装置にワークＷを移動させる。
【００３４】
中空パイプ状のワークＷにラック歯形を成型するに際しては、当初、図３に示すように、ダイス１からクランパ２およびパンチ３が離間された状態とされている。ワークＷには、マンドレル５の軸部５０の平面５０ａや押圧部５１との摩擦を低減させるための潤滑処理として燐酸塩被膜処理あるいは金属石けん被膜を形成する処理が施されている。
【００３５】
この状態で、最初に、ワークＷを、その端面Ｗａがダイス１の溝１０の壁面１０ａに当接されるようにして、溝１０に位置決め保持させると共に、このワークＷ内にマンドレル５の先端を、その押圧部５１がワークＷの被加工部位Ｗｒを通り過ぎるように深く挿入する（挿入工程）。ワークＷに挿入されたマンドレル５は、ダイス１に形成された挿通部１０ｂにその軸方向に移動可能に挿通され、その係合部５２が一方のカム部材６１に係合されている。なお、ダイス１の溝１０にワークＷを位置決め保持してからこのワークＷにマンドレル５を挿入してもよく、また、ワークＷにマンドレル５を挿入してからこのワークＷをダイス１の溝１０に位置決め保持してもよい。
【００３６】
この状態から、図４に示すように、図示しない流体圧シリンダのピストンロッドを伸長駆動し、あるいは、プレスのラムを下降させることにより、クランパ２を下降させてワークＷを上方から押えてダイス１との間で挟持して、移動不能に固定する。次いで、プレスのラムを駆動下降させワークＷに対してその径方向にパンチ３のラック歯３１を圧接する（圧接工程工程）。このとき、ワークＷの被加工部位Ｗｒは、マンドレル５の軸部５０にバックアップされた状態でパンチ３によりプレスされるものの、パンチ３のラック歯３１に対してワークＷの肉がフィルアップされていない状態、すなわち、荒歯形がプレス成型されているだけである（図９および図１０の右方におけるラック歯３１間のワークの状態を参照）。そして、ワークＷの、パンチ３のラック歯３１とマンドレル５の軸部５１との間で被加工部位Ｗｒの内径の断面形状の高さは、マンドレル５の軸部５１の平面５１ａの高さと同じに、すなわち、マンドレル５の押圧部５１の圧接平面５１ａの高さよりも低くなるように成型される。この圧接工程において、パンチ３のラック歯３１がワークＷに対して荒歯形を成形するためのプレス力は、次に説明する成型工程が完了するまで保持される。
【００３７】
その後、プレス力が保持された状態で、図示しないノックアウトシリンダの駆動により、カム部材６２を図６に矢印Ｙで示すようにカム部材６１に対して相対的に移動させると、カム面６１ａ，６２ａが互いに押圧され、図６に矢印Ｘで示したように、カム部材６１が図の右方に摺動移動される。このとき、ワークＷがダイス１とパンチ３に形成された溝１０，３０に位置決め保持されており、ワークＷの端部Ｗａが溝１０，３０の壁面１０ａ，３０ａに当接されているために、ワークＷの軸方向の移動が阻止されている。したがって、一方のカム部材６１に係合されたマンドレル５が座屈することなく挿入されたワークＷから引き抜かれるようにワークＷに対して軸方向に相対的に移動される。そして、パンチ３のラック歯３１がプレスされマンドレル５の軸部５０との間で荒歯形が成型されたワークＷは、マンドレル５の軸部５０から傾斜面５１ｂを介して連続する押圧部５１の圧接平面５１ａが通過することにより、パンチ３のラック歯３１に対して圧接・塑性変形され、その部分の肉がラック歯３１の間にフィルアップされて最終的なラック歯形が成型される（成型工程）。このときに、被加工部位Ｗｒの周方向両端部の径方向の厚みを薄肉化工程によって予め中央付近の径方向の厚みよりも薄くしてあるので、材料の流れはラック型３の中央付近から両端部へと流れることとなる。その結果、局所的なスプリングバックの発生が抑制されて、最終的に被加工部位Ｗｒに形成されるラック歯の歯すじ面は、ラック型３の形状が精度良く転写される。
【００３８】
なお、一回の加工サイクルでパンチのラック歯３１に対するワークＷの肉のフィルアップが不足する場合には、異なる高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５を用意し、パンチ３のラック歯３１のワークに対するプレスのストローク量を段階的に増加させるようにプレスの下死点位置を変更すると共に、プレスのストローク量に応じた高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５に順次交換し、圧接工程と成型工程とを繰り返し行うこともできる。本製造方法では、マンドレル５を引き抜くように移動させるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術と比べて大きくすることができる。したがって、従来の技術と比べて、１回の加工工程における加工量が多いため、圧接工程と成型工程とを繰り返し行う回数を減少させる事ができる。
【００３９】
また、図９に示すように、圧力角や歯厚、ピッチが均等な歯形を成型する場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成された各ラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動するようにマンドレル５を移動させるべく、ノックアウトシリンダを一ストロークのなかでほぼ均等な速度Ｖとなるように制御する。
【００４０】
一方、図１０に示すように、自動車のバリアブルステアリングラックバーのように成型するラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどが部分によって変化するような場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成されたラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動する（フィルアップする）量を変化させることができるようにマンドレル５の移動速度を変化させるべく、ノックアウトシリンダの一ストロークにおける駆動速度をＶ１，Ｖ２・・・と変化させて制御する。これにより、パンチ３のラック歯３１にかかる負荷を低減させるよう調整することができ、したがってパンチ（ラック型）３の寿命を向上させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空ラックバーの製造方法は、薄肉化工程を設けたことにより、局部的に発生するスプリングバックを抑制でき、簡便に精度の高い中空ラックバーを製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における薄肉化工程の前の状態を示した断面図である。
【図２】実施例における薄肉化工程で用いられる薄肉化金型の一部断面図である。
【図３】実施例における挿入工程を行った直後の状態を示した断面図である。
【図４】実施例における圧接工程の前の状態を示した断面図である。
【図５】実施例における圧接工程を行っている状態を示した断面図である。
【図６】実施例における成型工程を行っている状態を示した断面図である。
【図７】実施例における圧接工程及び成型工程でワーク内に挿入されているマンドレルの先端の構造を示す部分拡大図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】実施例における成型工程でマンドレルの押圧部がワークの被加工部位を押圧してラック型内にフィルアップしている状態を示した断面図である。
【図１０】実施例における成型工程でマンドレルの押圧部がワークの被加工部位を押圧してラック型内にフィルアップしている状態を示した断面図である。
【図１１】実施例におけるワークの薄肉化工程により薄肉化された被加工部位付近の部分拡大図である。
【符号の説明】
Ｗ…ワークＷｒ…被加工部位
１…ダイス
２…クランパ
Ｔ…薄肉化金型
３…ラック型
Ｍ、５…マンドレル５１…押圧部
６…マンドレル移動手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a hollow rack bar used in, for example, a rack and pinion type steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the rack and pinion type steering device, the pinion connected to the steering wheel of the automobile rotates, and as a result, the rack bar engaged with the pinion moves in the vehicle width direction, so that the direction of the wheel connected to the end of the rack bar is changed. In turn, the vehicle is steered. Vehicles such as automobiles are always desired to be reduced in weight due to the recent increase in environmental awareness. As for the rack bar, a hollow rack bar has been adopted to reduce the weight.
[0003]
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-317572, a method for manufacturing a hollow rack bar is a method in which a rack tooth mold is pressed against a part to be processed of a hollow workpiece from the radial direction and then press-fitted into the hollow space of several types of mandrel workpieces. By doing so, there is a method of forming a tooth mold by pressing the processed part into a rack mold.
[0004]
However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-317572, it is necessary to limit the amount of processing per operation so that the mandrel does not buckle in order to press-fit the mandrel, and gradually increase the amount of processing. Therefore, it is necessary to press-fit a plurality of mandrels having larger outer diameters in order, and there is a problem in workability.
[0005]
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-58239, an insertion step of inserting a mandrel having a pressing portion composed of a raised portion into a substantially cylindrical hollow pipe-shaped workpiece, and the workpiece is pressed in a rack shape. And a molding step of drawing the mandrel from the workpiece and moving the pressing portion of the mandrel in the axial direction of the workpiece to press the work site of the workpiece against the rack mold to mold the rack tooth profile. A method of manufacturing a hollow rack bar has been proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-58239 has a poor rack tooth mold transferability due to the spring back that occurs after forging. For this reason, the tooth profile accuracy (tooth trace error) exceeds the standard required value. In order to satisfy the product standards, it is necessary to improve the recess of the tooth surface. There is a method of correcting the forging die in advance in order to improve the recess of the tooth surface, but it is technically difficult to correct it properly.
[0007]
Then, the manufacturing method of the hollow rack bar of this invention makes it the problem which should be solved to provide the method of manufacturing a highly accurate hollow rack bar simply.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research conducted by the present inventors for the purpose of solving the above-mentioned problems, the plate thickness of the part to be processed when the hollow pipe-shaped workpiece is crushed from the side surface with a rack tooth mold is generated on the tooth surface. It was found to be related to the concave. In other words, since the thickness of the portion near the center in the circumferential direction of the part to be processed is the thinnest and the thickness increases toward both ends, the rack teeth are formed at the center when the rack teeth are formed by die forging with a rack die. In the vicinity of the center of the tooth, the vicinity of the tooth tip tends to be thin, and the tooth tip tends to be formed from both ends of the processed part toward the center when the rack tooth is molded. As a result, the central part is thin compared to both ends, so that the rigidity is low, the rack mold is not sufficiently filled with material, and the tooth bottom surface is close to the inner diameter surface of the workpiece, As a result of local occurrence of spring back after forging, it was found that the central portion of the tooth surface forms a recess of about 50 μm. That is, it has been found that the difference in the plate thickness between the center portion and both end portions in the circumferential direction of the part to be processed is a problem as a cause of the recess generated on the tooth surface, and the present invention was performed based on this knowledge. In addition, although the problem to be solved is different as a conventional technique, there is a technique in which the shape of a workpiece to be machined is previously flat (Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-122147 and 2000-238650). The above-described problem of uneven thickness is not solved simply by making the work site flat.
[0009]
That is, the method for manufacturing a hollow rack bar of the present invention includes an insertion step of inserting a mandrel having a pressing portion composed of a raised portion into a substantially cylindrical hollow pipe-shaped workpiece, and a pressure welding step of pressing the workpiece in a rack shape. And drawing the mandrel from the workpiece and moving the pressing portion of the mandrel in the axial direction of the workpiece to press the work site of the workpiece against the rack mold to mold a rack tooth profile A hollow rack bar for forming a rack tooth shape on a workpiece having both ends of the workpiece to which the rack mold is pressed before the press-contacting step, with respect to the center portion in the circumferential direction of the workpiece. Has a thinning process to reduce the radial direction of the cross section The thinning step is a step of plastically deforming by pressing with a pair of pressing portions of the thinning mold that dents the both end portions of the work site in the mold pressing direction from the circumferential center portion. It is characterized by that.
[0010]
In other words, before the rack teeth are molded, Reduce the thickness of the mold pressing direction at both ends from the center of the circumferential direction, By reducing the difference in plate thickness between the vicinity of the center in the circumferential direction and the vicinity of both ends in advance, the difference in rigidity between the two was reduced, and the locally generated springback could be suppressed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the method for producing the hollow rack bar of the present invention will be described in detail. The manufacturing method of the hollow rack bar of this invention has an insertion process, a press-contact process, and a shaping | molding process, and has a thinning process before the press-contact process.
[0012]
The thinning step is a step in which the radial direction of the cross section at both ends is made thinner than the central portion in the circumferential direction of the work site of the workpiece to which the rack mold is pressed before the pressing step. By performing it before the press-contacting process, the thinning is completed before the rack mold is pressed against the part to be processed of the workpiece, and the subsequent processing becomes good. The “processed part” is a part where the rack mold forms rack teeth on the workpiece in the press-contacting process and the molding process described later.
[0013]
As a method for reducing the thickness of the processed portion, any method may be employed as long as the radial thickness at both ends is relatively smaller than the vicinity of the center in the circumferential direction of the processed portion. In addition, since it is a relative thing even if it says thinning, it is included in thinning also to make thickness of both ends relatively thin by increasing the thickness near the center of the circumferential direction of a processed part. A specifically preferable thinning method is a method in which both end portions of the processed portion are pressed and plastically deformed. In this case, both ends may be simply pressed with a mold or the like to make the wall thinner. However, if the inside of the workpiece is pressed in a free state, the relief portion that occurs by pressing both ends will protrude into the workpiece. Therefore, when adopting thinning by pressing, a mandrel or the like is inserted in advance to prevent escape to the inside of the workpiece. In this case, the mandrel described later may be used as it is, or a separate mandrel or the like may be used. When the mandrel is shared, this step is performed between the insertion step and the pressure welding step, and when the mandrel is not shared, this step is performed before the insertion step. As another thinning method, there is a method of cutting both end portions of the processed portion in the axial direction of the workpiece.
[0014]
The insertion step is a step of inserting the mandrel into a substantially cylindrical hollow pipe-shaped workpiece. The mandrel has a pressing part composed of a raised part. The position where the pressing part is provided is a position beyond the work part of the work when the mandrel is inserted into the work. For example, a pressing part is provided at the tip of the mandrel, and the pressing part is inserted beyond the part to be processed in the workpiece. Since the pressing portion is a portion that directly contacts the workpiece when the mandrel is pulled out in the molding step described later and plastically deforms the workpiece portion of the workpiece, it is preferable that the pressing portion has a shape with low pulling resistance against the workpiece. For example, it is a spindle shape.
[0015]
The pressure welding process is a process of pressure welding the work piece in a rack shape. By press-contacting the rack mold to the workpiece part, a certain tooth profile is formed at the workpiece part.
[0016]
The molding step is a step of molding the rack tooth profile by pulling the mandrel from the workpiece and moving the pressing portion of the mandrel in the axial direction of the workpiece so as to press the work site of the workpiece against the rack mold. As the mandrel moves in the workpiece axis direction, the pressing portion causes plastic deformation in the work site and fills the rack mold. This step can be performed simultaneously with the above-described pressure contact step. That is, the mandrel can be pulled out from the workpiece simultaneously with the rack mold being pressed against the workpiece part (pressure welding process). Since only the stress in the pulling direction is applied to the mandrel, the mandrel is not damaged even if the amount of processing due to the movement of the pressing portion is relatively large.
[0017]
Since it has the above configuration, the method for manufacturing a hollow rack bar of the present invention has the following effects. First, a mandrel is inserted into the workpiece (insertion process). After that, both ends of the workpiece are pressed by using a die that specifically presses both ends in the circumferential direction of the workpiece, or both ends are removed by mechanical processing such as cutting. Thinner than the center (thinning process).
[0018]
Then, the rack mold is brought into pressure contact with the workpiece (pressure contact process). At this time, the rack mold comes into contact with the work portion of the workpiece from the vicinity of the relatively thick center. Thereafter, by pulling out the mandrel from the work, the pressing portion provided on the mandrel plastically deforms the work site from the work toward the rack type (molding process). Since the vicinity of the center of the part to be processed is thick, the rack mold is completely filled from the vicinity of the center, and thereafter, the material flows to both ends that are relatively thinned. As a result, sufficient stress can be applied near the center of the part to be processed, local spring back when the rack mold is removed can be suppressed, and an unintended recess is formed on the tooth surface. Can be prevented.
[0019]
【Example】
Below, one Embodiment of the manufacturing method of the hollow rack bar of this invention is described in detail based on FIGS. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
[0020]
An apparatus for realizing the manufacturing method of the hollow rack bar of this embodiment includes a die 1 for positioning and holding a hollow pipe-shaped workpiece W, a clamper 2 for fixing the workpiece W positioned and held by the die 1, and a die 1. A thin mold T for thinning the workpiece W that is positioned and held and fixed, or a rack mold 3 that molds a rack tooth profile that can be exchanged with the thin mold T to the work W, and a mandrel used together with the thin mold T M or the workpiece W is moved in the axial direction to support the mandrel 5 that presses the workpiece W against the rack mold 3 to form a rack tooth profile on the workpiece W, and the thinned mold T or the rack mold 3. Then, a pressing means (not shown) for pressing the workpiece W positioned and held on the die 1 in the radial direction, and the mandrels M and 5 inserted in the workpiece W are pulled out from the workpiece W. A mandrel moving means 6 for urchin relatively moved, and a.
[0021]
This apparatus is an apparatus capable of forming a thinned or rough tooth shape by pressing the thinned mold T or the rack mold 3 in the radial direction of the workpiece W positioned and held and fixed to the die 1 by pressing means. As shown in FIG. 1, when the thin mold T is disposed, the both ends in the circumferential direction of the work site Wr are thinned by press-contacting the thin mold T. ing. Further, as shown in FIG. 3, when the rack mold 3 is disposed, the pressing portion 51 of the mandrel 5 is pulled out and moved by the mandrel moving means 6 after the rack mold 3 is pressed against the workpiece Wr of the workpiece W. Thus, the final rack tooth profile is formed on the workpiece W by pressing the workpiece W on which the rough tooth profile has been molded against the rack mold 3. Furthermore, this apparatus is configured to drive the mandrel moving means 6 in conjunction with the pressing means. Furthermore, this apparatus is configured so that the mandrel moving means 6 can move the mandrel 5 in a variable speed according to the rack tooth profile to be molded on the workpiece W.
[0022]
The die 1 has a groove 10 formed in a cross section similar to the outer shape of the substantially lower half from the axis C of the hollow pipe-shaped workpiece W on the surface facing the rack mold 3. In this embodiment, a press ( (Not shown). A wall surface 10a for positioning the end surface Wa of one end portion of the work W against the end of the groove 10 on the side (right side in the drawing) on which the mandrel 5 is pulled out and moved, and The wall 10a is formed with an insertion portion 10b through which the mandrel 5 inserted into the workpiece W with one end surface Wa abutting is movably inserted in the axial direction, on the other side (left side in the figure). The end portion is formed with an open portion 10c that allows the other end portion Wb of the workpiece W to protrude from the die 1 so that the workpieces W of different lengths can be positioned and held.
[0023]
The clamper 2 holds the workpiece W between the die 1 by pressing the workpiece Wr positioned between the workpiece 1 and the other end Wb protruding from the opening 10c from above. For fixing W, for example, it is supported by a piston rod (not shown) of a fluid pressure cylinder that is extended and retracted by a pressure working fluid such as an inert gas such as nitrogen gas or compressed air. Although not shown, the clamper 2 is a cushion made of urethane having flexibility and elasticity, which is provided in a press ram and protrudes from the rack mold 3 toward the die 1. It can also be configured by such as.
[0024]
The thin metal mold T is an element that has a cross section as shown in FIG. 2 and presses both ends in the circumferential direction of the workpiece Wr of the workpiece W to reduce the thickness.
[0025]
A rack die 3 (hereinafter referred to as a punch 3) has rack teeth 31 formed symmetrically with a rack tooth shape to be molded on the workpiece W. In this embodiment, the rack die 3 is attached to a press ram (not shown). . The pressure angle, tooth thickness, pitch, and the like of the rack teeth 31 of the punch 3 vary depending on the rack tooth profile of the hollow rack bar to be manufactured, but can be formed uniformly without being different depending on the portion. Further, for example, when manufacturing a variable steering rack bar of an automobile as a hollow rack bar, the rack teeth 31 of the rack tooth 31 are changed so that the pressure angle, the tooth thickness, the pitch, and the like are changed between the center and the end of the processed part Wr. It can also be formed by changing the pressure angle, pitch, etc. depending on the part. The punch 3 has a groove 30 formed in a cross section substantially the same as the shape of the upper half from the axis C of the hollow pipe-shaped workpiece W on the surface facing the die, and a rack tooth 31 in the middle of the groove 30. Is formed. That is, the groove 30 in the portion of the punch 3 where the rack teeth 31 are not formed merely holds the workpiece W between the grooves of the die 1 without forming a rack tooth profile on the workpiece W. Further, the end portion of the groove 30 on the side where the mandrel 5 is moved from the workpiece W is contacted with the end portion Wa of the workpiece W so as to prevent the movement, similarly to the die 1, and the workpiece 30 An insertion portion 30b is formed through which the mandrel 5 inserted into W is inserted so as to be movable in the axial direction.
[0026]
In the present embodiment, the thinning mold T and the punch 3 are interchangeable molds. However, a dedicated device is prepared for each of the thinning mold T and the punch 3, and the thinning process is performed. It is also possible to separate other processes. Even in that case, the configuration does not change significantly.
[0027]
As shown in FIGS. 3 to 6, the mandrel 5 supports the workpiece W pressed by the punch 3 and has a shaft portion 50 having a flat surface 50 a formed so as to determine the inner shape of the portion for forming the rack tooth profile. However, it is formed in at least a portion corresponding to the length from the end portion Wa where the mandrel 5 of the workpiece W is inserted to the opposite end portion of the processed portion Wr. Further, at the tip of the mandrel 5 inserted into the workpiece W, as will be described later, the inner rack of the workpiece W on which the rough tooth shape is formed is pressed when moved in the axial direction so as to be pulled out. A pressing portion 51 for flowing the meat of the workpiece W between the rack teeth 31 of the rack mold 3 is formed so that the tooth shape is formed. Furthermore, an engaging portion 52 that is engaged with the mandrel moving means 6 is formed at the end of the mandrel 5 opposite to the pressing portion 51.
[0028]
As shown in FIGS. 7 and 8, the pressing portion 51 of the mandrel 5 has a pressing surface 51 a that presses against the inside of the workpiece W, and the height of the pressing portion 51 to the pressing surface 51 a is the shaft portion 50. It is formed to be higher by a predetermined amount than the height up to the flat surface 50a. Further, the size of the cross section of the pressing portion 51 is formed to be larger than the size of the cross section of the shaft portion 50 by a predetermined amount. And between this press part 51 and the axial part 50, the inclined surface 51b which inclines so that it may continue from the axial part 50 whose cross-sectional shape is smaller than the press part 51 is formed over the perimeter. Further, the mandrel 5 has an escape portion 53 having a slightly smaller cross-sectional area than the pressing portion 51 on the tip side of the pressing portion 51, and between the escape portion 53 and the pressing portion 51. An inclined surface 51c that is gently inclined so as to be continuous is formed over the entire circumference. In the present invention, since the mandrel 5 is moved so as to be pulled out, there is no risk of buckling. Therefore, the ratio of the height of the pressing portion 51 to the pressure contact plane 51a and the height of the shaft portion 50 to the plane 50a is set to the conventional ratio. Can be larger than technology.
[0029]
The mandrel M has substantially the same configuration as that of the mandrel 5 except that the mandrel M does not have the pressing portion 51 and that the diameter of the portion inserted into the processing portion Wr is large enough to insert the pressing portion 51 of the mandrel 5. .
[0030]
The mandrel moving means 6 is composed of a pair of cam members 61, 62. One cam member 61 is engaged with an engaging portion (not shown) of the mandrel M or an engaging portion 52 of the mandrel 5. The other cam member 62 is connected to a press knockout mechanism (not shown). The knockout mechanism is constituted by a knockout cylinder having a piston rod connected to the cam member 62 when the press is a hydraulic press, for example, and the knockout cylinder is a hollow rack for manufacturing the driving speed of the piston rod. Controls can be performed not only for each stroke but also for each stroke so that the meat of the workpiece W can be filled up appropriately according to the pressure angle, tooth thickness, pitch, etc. of the rack tooth profile to be molded. It is configured to be able to change as possible. The cam surfaces 61a and 62a of both the cam members 61 and 62 are engaged with one cam member 61 by pressing each other after the press ram is lowered and the punch 3 forms a rough tooth shape on the workpiece W. The mandrels M and 5 are formed so as to move in the direction of being pulled out from the workpiece W (see arrow X in FIG. 6). 3 to 5, the cam surfaces 61a and 62a of both cam members 61 and 62 are shown in a state of being separated from each other. However, these drawings are shown in order to explain that the mandrel 5 is moved in the direction of pulling out from the workpiece W after the rough tooth shape is formed on the workpiece W, and the cam surfaces 61a of both cam members 61 and 62 are shown. 62a can also be configured to contact each other.
[0031]
In this embodiment, the die 1 is attached to a general press bed, the punch 3 is attached to the ram, and the mandrel moving means 6 is connected to the knockout mechanism. That is, the present invention is not limited to this embodiment, but can be applied to a general press. Further, the mandrel moving means 6 of the present invention pulls out the mandrel 5 in conjunction with the force of pressing the punch 3 against the workpiece W by using a pair of cam members 61 and 62 using a knockout mechanism of the press. However, if the pressure contact process can be performed by moving the mandrel 5 so as to be pulled out, that is, in the direction in which the mandrel 5 is pulled out of the work W after forming a rough tooth shape on the work W. As long as it can be moved, other methods such as a fluid pressure cylinder (not shown) for directly moving and driving the mandrel can be used.
[0032]
The manufacturing method of the hollow rack bar of a present Example is demonstrated using the manufacturing apparatus applied to the press comprised as mentioned above. This manufacturing method includes an inserting step of inserting the mandrel 5 into the workpiece W, a pressing step of pressing the workpiece W with the rack mold 3, and pulling out the mandrel 5 from the workpiece W so that the pressing portion 51 of the mandrel 5 is A method of manufacturing a hollow rack bar that forms a rack tooth profile on a workpiece having a molding step of molding a rack tooth profile by pressing the workpiece Wr of the workpiece W against the rack mold 3 by moving the workpiece W in the axial direction. Before the press-contacting process, it is characterized by having a thinning process in which the radial direction of the cross-section at both ends is made thinner than the circumferential central part of the workpiece Wr of the workpiece W.
[0033]
As shown in FIG. 1, in the thinning process, after the mandrel M is inserted into the workpiece W, the workpiece Wr is pressed by the thinning mold T, and the workpiece Wr of the workpiece W is indicated by a broken line in FIG. It is set as the cross-sectional shape shown by. As shown in FIGS. 2 and 11, the workpiece Wr of the thinned workpiece W has a thickness in the radial direction of both end portions Ws smaller than that near the center Wc. After performing the thinning process, the thinning mold T is changed to the punch 3 or the workpiece W is moved to an apparatus in which the punch 3 is disposed.
[0034]
When the rack tooth profile is formed on the hollow pipe-shaped workpiece W, the clamper 2 and the punch 3 are initially separated from the die 1 as shown in FIG. The workpiece W is subjected to a phosphate coating treatment or a metal soap coating treatment as a lubrication treatment for reducing friction with the flat surface 50a of the shaft portion 50 of the mandrel 5 and the pressing portion 51.
[0035]
In this state, first, the workpiece W is positioned and held in the groove 10 so that the end surface Wa of the workpiece W is in contact with the wall surface 10a of the groove 10 of the die 1, and the tip of the mandrel 5 is placed in the workpiece W. Then, the pressing portion 51 is inserted deeply so as to pass through the workpiece Wr of the workpiece W (insertion step). The mandrel 5 inserted into the workpiece W is inserted into an insertion part 10 b formed in the die 1 so as to be movable in the axial direction, and the engaging part 52 is engaged with one cam member 61. Note that the mandrel 5 may be inserted into the workpiece W after the workpiece W is positioned and held in the groove 10 of the die 1, or the workpiece W is inserted into the groove 10 of the die 1 after the mandrel 5 is inserted into the workpiece W. It may be positioned and held.
[0036]
From this state, as shown in FIG. 4, the piston rod of a fluid pressure cylinder (not shown) is driven to extend, or the press ram is lowered to lower the clamper 2 and press the workpiece W from above to obtain a die 1. And fixed so that it cannot move. Next, the ram of the press is driven down and the rack teeth 31 of the punch 3 are pressed against the workpiece W in the radial direction (pressure contact process step). At this time, the workpiece Wr of the workpiece W is pressed by the punch 3 while being backed up by the shaft portion 50 of the mandrel 5, but the meat of the workpiece W is filled up with respect to the rack teeth 31 of the punch 3. There is no state, that is, the rough tooth shape is only press-molded (see the state of the workpiece between the rack teeth 31 on the right side of FIGS. 9 and 10). The height of the cross-sectional shape of the inner diameter of the work portion Wr between the rack tooth 31 of the punch 3 and the shaft portion 51 of the mandrel 5 of the workpiece W is the same as the height of the flat surface 51 a of the shaft portion 51 of the mandrel 5. That is, it is molded so as to be lower than the height of the pressure contact plane 51 a of the pressing portion 51 of the mandrel 5. In this press-contacting process, the pressing force for the rack teeth 31 of the punch 3 to form a rough tooth shape on the workpiece W is maintained until the forming process described below is completed.
[0037]
Thereafter, when the cam member 62 is moved relative to the cam member 61 as indicated by an arrow Y in FIG. 6 by driving a knockout cylinder (not shown) while the pressing force is maintained, the cam surfaces 61a and 62a are moved. Are pressed against each other, and the cam member 61 is slid to the right in the figure as indicated by an arrow X in FIG. At this time, the workpiece W is positioned and held in the grooves 10 and 30 formed in the die 1 and the punch 3, and the end portion Wa of the workpiece W is in contact with the wall surfaces 10 a and 30 a of the grooves 10 and 30. The movement of the workpiece W in the axial direction is prevented. Therefore, the mandrel 5 engaged with one cam member 61 is moved relative to the workpiece W in the axial direction so as to be pulled out from the inserted workpiece W without buckling. And the workpiece | work W by which the rack tooth 31 of the punch 3 was pressed and the rough tooth shape was shape | molded between the axial parts 50 of the mandrel 5 of the press part 51 continued from the axial part 50 of the mandrel 5 via the inclined surface 51b. When the pressure contact plane 51a passes, the rack teeth 31 of the punch 3 are pressed and plastically deformed, and the meat of the portion is filled between the rack teeth 31 to form the final rack tooth profile (molding). Process). At this time, since the thickness in the radial direction at both ends in the circumferential direction of the work site Wr is made thinner than the radial thickness in the vicinity of the center in advance by the thinning process, the material flow starts from the vicinity of the center of the rack mold 3. It will flow to both ends. As a result, the occurrence of local spring back is suppressed, and the shape of the rack mold 3 is accurately transferred onto the tooth surfaces of the rack teeth that are finally formed at the work site Wr.
[0038]
In addition, when the fill-up of the workpiece W with respect to the rack teeth 31 of the punch is insufficient in one processing cycle, the mandrel 5 having the pressing portions 51 formed with the pressure contact planes 51a having different heights is prepared. The pressure at which the bottom dead center position of the press is changed so that the press stroke amount with respect to the work of the rack teeth 31 of the punch 3 is increased stepwise, and the pressure contact plane 51a having a height corresponding to the press stroke amount is formed. The mandrel 5 having the portion 51 can be sequentially replaced, and the pressure welding process and the molding process can be repeated. In this manufacturing method, since there is no possibility of buckling because the mandrel 5 is moved so as to be pulled out, the ratio of the height of the pressing portion 51 to the pressure contact plane 51a and the height of the shaft portion 50 to the plane 50a is compared with the conventional technology. It can be made larger. Accordingly, since the amount of processing in one processing step is larger than that in the conventional technique, the number of times of repeatedly performing the pressing process and the molding process can be reduced.
[0039]
Further, as shown in FIG. 9, when molding tooth forms having uniform pressure angles, tooth thicknesses, and pitches, the rack teeth 31 formed corresponding to the pressure angles, tooth thicknesses, pitches, etc. of these rack tooth forms. On the other hand, in order to move the mandrel 5 so that the flesh of the workpiece W moves in the radial direction and the axial direction, the knockout cylinder is controlled so that the speed V becomes substantially uniform within one stroke.
[0040]
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the pressure angle, the tooth thickness, the pitch, etc. of the rack tooth profile to be molded, such as a variable steering rack bar of an automobile, changes depending on the part, the pressure angle and tooth of the rack tooth profile are changed. Movement of the mandrel 5 so that the amount of movement of the workpiece W in the radial direction and the axial direction (fill-up) can be changed appropriately with respect to the rack teeth 31 formed corresponding to the thickness, pitch, etc. In order to change the speed, the drive speed in one stroke of the knockout cylinder is changed to V1, V2,. Thereby, it can adjust so that the load concerning the rack tooth | gear 31 of the punch 3 may be reduced, Therefore Therefore, the lifetime of a punch (rack type | mold) 3 can be improved.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, the method for manufacturing a hollow rack bar according to the present invention is a method of manufacturing a hollow rack bar with high accuracy simply by providing a thinning step so that locally generated springback can be suppressed. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state before a thinning process in an embodiment.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a thinning mold used in a thinning process in an example.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state immediately after performing an insertion step in an embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state before a press-contact process in an embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a press-contact process is performed in the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a molding process in an example is performed.
FIG. 7 is a partially enlarged view showing a structure of a tip end of a mandrel inserted into a work in a pressure contact process and a molding process in the embodiment.
8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where a pressing portion of a mandrel presses a processed portion of a work and fills up in a rack mold in a molding process in an embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state where a pressing portion of a mandrel presses a processed part of a work and fills up in a rack mold in a molding process in an example.
FIG. 11 is a partially enlarged view of the vicinity of a portion to be processed that has been thinned by a workpiece thinning step in the example.
[Explanation of symbols]
W ... Workpiece Wr ... Processed part
1 ... Dice
2 ... Clamper
T ... Thin walled mold
3 ... Rack type
M, 5 ... Mandrel 51 ... Pressing part
6 ... Mandrel moving means

Claims

An insertion step of inserting a mandrel having a pressing portion consisting of a raised portion into a substantially cylindrical hollow pipe-shaped workpiece;
A pressure welding process for pressure-welding the workpiece in a rack shape;
Pulling out the mandrel from the work and moving the pressing part of the mandrel in the axial direction of the work, thereby forming a rack tooth profile by pressing the work site of the work against the rack mold; A hollow rack bar manufacturing method for forming a rack tooth profile on a workpiece having
Prior to said bonding step, have a thinning step of the rack type to reduce the radial cross section of the end portions than the circumferential direction central portion of the processed portion of the workpiece to be pressed,
Said thinning step comprises the steps der Rukoto plastically deforming by pressing a pair of pressing portions of the thin mold recessing the mold pressing direction than the circumferential direction central portion of the both end portions of the work site A method for producing a hollow rack bar characterized by the above.

An insertion step of inserting a mandrel having a pressing portion consisting of a raised portion into a substantially cylindrical hollow pipe-shaped workpiece;
A pressure welding process for pressure-welding the workpiece in a rack shape;
Pulling out the mandrel from the work and moving the pressing part of the mandrel in the axial direction of the work, thereby forming a rack tooth profile by pressing the work site of the work against the rack mold; A hollow rack bar manufacturing method for forming a rack tooth profile on a workpiece having
Prior to said bonding step, have a thinning step of the rack type to reduce the radial cross section of the end portions than the circumferential direction central portion of the processed portion of the workpiece to be pressed,
The thinning step, the hollow rack bar manufacturing method characterized by steps der Rukoto of cutting the said end portions of the work site in the axial direction of the workpiece.