JP6039986B2 - Hollow rack bar manufacturing apparatus and hollow rack bar manufacturing method - Google Patents
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本発明は、自動車のパワーステーリング装置等に使用される中空ラックバーを製造するための中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法に関し、特に軸方向における歯幅を均一化できるものに関する。 The present invention relates to a hollow rack bar manufacturing apparatus and a hollow rack bar manufacturing method for manufacturing a hollow rack bar used in a power staying device for automobiles, and more particularly to a device capable of uniforming the tooth width in the axial direction.
自動車のパワーステアリング装置に使用される中空ラックバーの製造方法としては従来は丸棒からの切削によるものが多かった。しかしながら、複雑な形状及び軽量化に対応するため、パイプ材から転写鍛造によって製造するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、まず、パイプ材を冷間鍛造金型によって加圧することにより歯成形工程の第一工程として上面が平坦に形成され、次工程でパイプ材の空洞にマンドレル(芯金)が圧入される。マンドレルはテーパ状の突起部を有しており、突起部がパイプ材の平坦部に内周側において係合することにより平坦部の肉は成形型の歯列に向けて塑性変形的に流動することにより張出され、パイプ材の外周平坦部に成形型の歯列に対応した形状の直線方向の歯列が転写方式にて付与され、中空ラックバーとすることができる。 As a manufacturing method of a hollow rack bar used for a power steering device of an automobile, there are many conventional methods by cutting from a round bar. However, in order to cope with a complicated shape and weight reduction, what is manufactured from a pipe material by transfer forging is known (for example, refer to Patent Document 1). Specifically, first, the pipe material is pressurized with a cold forging die to form a flat top surface as the first step of the tooth forming process, and in the next step, a mandrel (core metal) is press-fitted into the cavity of the pipe material. Is done. The mandrel has a tapered projection, and the projection engages with the flat portion of the pipe material on the inner peripheral side, so that the meat of the flat portion flows plastically toward the teeth of the mold. Thus, a linear tooth row having a shape corresponding to the tooth row of the mold is applied to the outer peripheral flat portion of the pipe material by a transfer method, and a hollow rack bar can be obtained.
一方、このような製造方法において、ラックの長さ方向端部において歯幅が小さくなる現象が生ずる場合があり、ラック形成型のラックの軸方向両端部に、ラック歯元に対応する高さであって所定の平坦部を設けることにより、歯幅が小さくなる現象を抑制することができる中空なステアリングラック軸の製造方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)
近年、ステアリング機構のアシスト機構としては、油圧パワーステアリングから電動パワーステアリングに移行しつつあり、歯部で受ける力が大きくなる傾向にある。このため、軸方向中央部でも軸方向端部でも均一で、かつ、十分な歯幅を形成する必要がある。
On the other hand, in such a manufacturing method, a phenomenon may occur in which the tooth width becomes small at the end portion in the longitudinal direction of the rack, and at both ends in the axial direction of the rack of the rack forming type, at a height corresponding to the rack tooth base. A method of manufacturing a hollow steering rack shaft that can suppress a phenomenon that the tooth width is reduced by providing a predetermined flat portion is known (for example, see Patent Document 2).
In recent years, as an assist mechanism of a steering mechanism, there is a shift from hydraulic power steering to electric power steering, and the force received by the tooth portion tends to increase. For this reason, it is necessary to form a uniform and sufficient tooth width at both the axial center and the axial end.
上述した中空ラックバーの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、図9に示すように、パイプ材Pの所定領域Kを平坦に形成する平つぶし加工において、加工後のパイプ材PのA−A断面とB−B断面とを比べると、図10に示すように、中央部に相当するB−B断面においては平坦部の肉が下方に逃げることにより、径方向に肉厚となる。このため、パイプ材Pの断面が歪み、マンドレルMの形状に対応しなくなる。 The above-described method for manufacturing a hollow rack bar has the following problems. That is, as shown in FIG. 9, in the flattening process for flatly forming the predetermined region K of the pipe material P, the AA cross section and the BB cross section of the processed pipe material P are compared with each other in FIG. As shown, in the BB cross-section corresponding to the center portion, the flat portion fles downward and becomes thick in the radial direction. For this reason, the cross section of the pipe material P is distorted and does not correspond to the shape of the mandrel M.
このようにB−B断面がいびつに加工されたパイプ材Pに圧入機構Wを用いてマンドレルMを通過させると、図10に示すように、A−A断面ではマンドレルMの下面Maとパイプ材Pの内面とが接触しているが、B−B断面ではマンドレルMの下面Maとパイプ材Pの内面とが接触せず、浮いた状態で往復動することとなる。すなわち、図11に示すようにマンドレルMは、図11中上を凸とした弧状に往復動することとなる。なお、図11中Gaは上型、Gbは下型、Gcは歯部を示している。このため、マンドレルMによって塑性流動されるパイプ材Pの肉厚は軸方向中央部で多くなり(f2)、軸方向端部で少なくなる(f1)。その結果、軸方向に均一な歯幅を有する歯部を形成することができず、軸方向端部において十分に力を伝達できない虞がある。 When the mandrel M is passed through the pipe material P having the BB cross-section processed in this way using the press-fitting mechanism W, the lower surface Ma of the mandrel M and the pipe material are taken in the A-A cross section as shown in FIG. Although the inner surface of P is in contact, the lower surface Ma of the mandrel M and the inner surface of the pipe material P are not in contact with each other in the BB cross section, and reciprocate in a floating state. That is, as shown in FIG. 11, the mandrel M reciprocates in an arc shape having a convex shape in FIG. In FIG. 11, Ga represents an upper mold, Gb represents a lower mold, and Gc represents a tooth portion. For this reason, the thickness of the pipe material P plastically flowed by the mandrel M increases at the axial center (f2) and decreases at the axial end (f1). As a result, a tooth portion having a uniform tooth width in the axial direction cannot be formed, and there is a possibility that sufficient force cannot be transmitted at the end portion in the axial direction.
そこで本発明は、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成する中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hollow rack bar manufacturing apparatus and a hollow rack bar manufacturing method in which a tooth width of a tooth portion forming a rack is formed uniformly and sufficiently in the axial direction.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the hollow rack bar manufacturing apparatus and the hollow rack bar manufacturing method of the present invention are configured as follows.
鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造装置において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部における上面を450℃以上に高周波加熱する加熱部と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型と、前記ラックに対応する歯型を有し、この歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する金型と、放冷された前記鋼管内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を、前記金型に保持された鋼管内部に圧入させる圧入機構とを備えていることを特徴とする。 In a hollow rack bar manufacturing apparatus that forms a rack in a predetermined region of a steel pipe, a heating unit that heats the upper surface of the predetermined region in the axial center of the steel pipe at a high frequency to 450 ° C. or more and flattening the predetermined region. , a press die for molding the processing wall portion has a tooth die corresponding to the rack, while pressing the tooth die to the predetermined area, and the mold for holding the steel pipe, cooling has been pre Symbol steel A cored bar that is plastically flowed from the inside of the steel pipe to the outside by being press-fitted into the tooth mold to form a rack corresponding to the tooth mold is held by the mold. And a press-fitting mechanism for press-fitting the inside of the steel pipe.
鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造方法において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部における上面を450℃以上に高周波加熱する加熱工程と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス工程と、前記ラックに対応する歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する保持工程と、前記鋼管を放冷する放冷工程と、芯金を前記鋼管内部に圧入し、前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる圧入工程とを備えていることを特徴とする。 In the hollow rack bar manufacturing method for forming a rack in a predetermined region of a steel pipe, a heating step of high-frequency heating the upper surface of the predetermined region in the axial center of the steel pipe to 450 ° C. or more, and flattening the predetermined region. a pressing step for molding the processing wall portion while pressing the tooth die corresponding to the rack in the predetermined region, a holding step of holding the steel pipe, a cooling step of cooling the steel pipe, a core metal A press-fitting step of press-fitting into the steel pipe and plastically flowing the processed wall portion in contact with the tooth mold from the inside to the outside of the steel pipe to form a rack according to the tooth mold. To do.
本発明によれば、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to form the tooth width of the tooth portion forming the rack uniformly and sufficiently in the axial direction.
図1Aは本発明の一実施の形態に係る中空ラックバー製造装置による中空ラックバー製造方法の加熱工程を示す説明図、図1B〜図1Dは中空ラックバー製造方法のプレス工程を示す説明図、図2は中空ラックバー製造方法の加熱工程における加熱範囲を示す説明図、図3は中空ラックバー製造方法の圧入工程を示す説明図、図4は中空ラックバー製造方法におけるプレス工程後の鋼管を示す断面図、図5はパイプ材Pの図4中A−A断面とB−B断面とを比較する説明図、図6は中空ラックバー製造方法によって形成された中空ラックバーを示す平面図である。 FIG. 1A is an explanatory view showing a heating step of a hollow rack bar manufacturing method by a hollow rack bar manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B to 1D are explanatory views showing a pressing step of the hollow rack bar manufacturing method, 2 is an explanatory view showing a heating range in the heating process of the hollow rack bar manufacturing method, FIG. 3 is an explanatory view showing a press-fitting process of the hollow rack bar manufacturing method, and FIG. 4 is a view showing a steel pipe after the pressing process in the hollow rack bar manufacturing method. FIG. 5 is an explanatory view for comparing the AA section and the BB section in FIG. 4 of the pipe material P, and FIG. 6 is a plan view showing the hollow rack bar formed by the hollow rack bar manufacturing method. is there.
なお、これらの図中Pはパイプ材(鋼管)、Paは加工壁部、Pbはラック、Hは被加熱部、Mはマンドレルを示している。 In these drawings, P is a pipe material (steel pipe), Pa is a processed wall portion, Pb is a rack, H is a heated portion, and M is a mandrel.
中空ラックバー製造装置10は、パイプ材Pの所定領域Kを平つぶしし、加工壁部Paを形成し、ラックPbを形成して中空ラックバーを製造する装置である。中空ラックバー製造装置10は、所定領域Kのパイプ材Pの軸方向の中央部を450℃以上に高周波加熱する加熱部20と、塑性加工を行う塑性加工部30とを備えている。
The hollow rack
加熱部20は、加熱コイル21と、この加熱コイル21に高周波電力を印加する電力部22とを備えている。電力部22は、所定領域Kのパイプ材Pの軸方向の中央部(被加熱部H)を450℃以上に高周波加熱する。具体的には、600〜650℃に加熱することが好ましい。
The
塑性加工部30は、パイプ材Pの所定領域Kを平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型40と、ラックに対応する歯型53を有し、この歯型53を所定領域Kに押圧しつつ、パイプ材Pを保持する金型50と、パイプ材P内に圧入されることにより歯型53に接した加工壁部Paをパイプ材Pの内側から外側に塑性流動させて歯型53に応じたラックを形成させるマンドレルMと、マンドレルMを、金型50に保持されたパイプ材P内部に圧入させる圧入機構60とを備えている。
The
金型50は、パイプ材Pを上下方向から挟んで保持する上型51及び下型52と、加工壁部Paに押圧される歯型53とを備えている。
The
このように構成された中空ラックバー製造装置10では、次のようにしてパイプ材Pから中空ラックバーQを製造する。すなわち、図1Aに示すように、パイプ材Pの所定領域Kのうち、被加熱部Hに加熱コイル21に電力部22から所定の周波数・電流の高周波を印加する。この時の加熱範囲は図2に示すように上部の90度〜120度のプレス加工を行う範囲であり、歯諸元に基づいて設定する。加熱温度は、600〜650℃とする。この温度は、純鉄の再結晶温度である450℃以上であり、また、応力除去が可能である焼鈍の温度域である。そして、図1Bに示すように、プレス型40により所定領域Kをプレス加工し、平つぶしを行い、加工壁部Paを形成する。これは放冷により平つぶし加工における加工硬化を抑制し、図1Cに示すように、温度が500℃以上に維持したまま保持する。次に、図1Dに示すように、プレス型40を離間させ、放冷する。放冷により平つぶし加工における加工硬化を抑制し、次工程の圧入工程に必要な動力を軽減すると共に、歯型寿命が向上する。
In the hollow rack
次に、マンドレルMをパイプ材P内部に圧入し、歯型53に接した加工壁部Paをパイプ材Pの内側から外側に塑性流動させて歯型53に応じたラックPbを形成させる。
Next, the mandrel M is press-fitted into the pipe material P, and the processing wall portion Pa in contact with the
このような中空ラックバー製造装置10による中空ラックバー製造方法によれば、パイプ材Pの所定領域Kを平坦に形成する平つぶし加工において、図4に示す加工後のパイプ材PのA−A断面とB−B断面とを比べると、図5に示すように、中央部に相当するA−A断面とB−B断面とはほぼ同一の肉厚となる(t1=t2)。これは、パイプ材Pの被加熱部Hは、平つぶしされると、加熱されていない下部に肉が逃げず、そのまま下方、すなわち、内径側に移動することとなる。このため、パイプ材Pの下部の径方向の肉厚は大きくなることがない。
According to the hollow rack bar manufacturing method using the hollow rack
したがって、平つぶし加工されたパイプ材PにマンドレルMを通過させると、A−A断面、B−B断面共に、マンドレルMの下面とパイプ材Pの内面とが接触して往復動することとなる。すなわち、図3に示すようにマンドレルMは、水平方向に往復動することとなる。このため、マンドレルMによって塑性流動されるパイプ材Pの肉は軸方向中央部でも端部でもほぼ同じとなる。その結果、軸方向に均一な歯幅を有する歯部を形成することができ、軸方向端部においても十分に力を伝達できることとなる。 Therefore, when the mandrel M is allowed to pass through the flattened pipe material P, the lower surface of the mandrel M and the inner surface of the pipe material P come in contact with each other along both the AA and BB cross sections and reciprocate. . That is, as shown in FIG. 3, the mandrel M reciprocates in the horizontal direction. For this reason, the thickness of the pipe material P plastically flowed by the mandrel M is substantially the same at the axially central portion and the end portion. As a result, a tooth portion having a uniform tooth width in the axial direction can be formed, and a force can be sufficiently transmitted even at the axial end portion.
図7,図8は中空ラックバー製造装置10の加熱コイル21の一例を示す斜視図である。加熱コイル21は、被加熱部Hの形状・範囲等によって適宜形状を設定する。
7 and 8 are perspective views showing an example of the
上述したように、本実施の形態に係る中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法によれば、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成することが可能である。 As described above, according to the hollow rack bar manufacturing apparatus and the hollow rack bar manufacturing method according to the present embodiment, the tooth widths of the tooth portions forming the rack are formed uniformly and sufficiently in the axial direction. It is possible.
なお、加熱、平つぶし、歯成形の各装置については、一体の装置でもそれぞれ別装置でも構わない。 In addition, about each apparatus of a heating, flattening, and a tooth shaping | molding, you may be an integrated apparatus or another apparatus, respectively.
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、この他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造装置において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を450℃以上に高周波加熱する加熱部と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型と、前記ラックに対応する歯型を有し、この歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する金型と、前記鋼管内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を、前記金型に保持された鋼管内部に圧入させる圧入機構とを備えている中空ラックバー製造装置。
[2]前記加熱部は、前記中央部を600〜650℃に加熱する[1]に記載の中空ラックバー製造装置。
[3]鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造方法において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を450℃以上に高周波加熱する加熱工程と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス工程と、前記ラックに対応する歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する保持工程と、芯金を前記鋼管内部に圧入し、前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる圧入工程とを備えている中空ラックバー製造方法。
[4]前記加熱工程は、前記中央部を600〜650℃に加熱する[3]に記載の中空ラックバー製造方法。
The present invention is not limited to the above embodiments, the addition, it is given Ru course der various modifications may be implemented without departing from the scope of the present invention. Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] In a hollow rack bar manufacturing apparatus that forms a rack in a predetermined region of a steel pipe, a heating unit that heats the central portion in the axial direction of the steel pipe in the predetermined region at a high frequency to 450 ° C. or more, and flattening the predetermined region And a press die that molds the processing wall portion and a tooth die corresponding to the rack, and a die that holds the steel pipe while pressing the tooth die against the predetermined region, and is press-fitted into the steel pipe. A core metal that forms a rack according to the tooth mold by plastically flowing the processed wall portion in contact with the tooth mold from the inside to the outside of the steel pipe is press-fitted into the steel pipe held by the mold. A hollow rack bar manufacturing apparatus including a press-fitting mechanism.
[2] The hollow rack bar manufacturing apparatus according to [1], wherein the heating unit heats the central portion to 600 to 650 ° C.
[3] In a hollow rack bar manufacturing method for forming a rack in a predetermined region of a steel pipe, a heating step of high-frequency heating the axial central portion of the steel pipe in the predetermined region to 450 ° C. or more, and flattening of the predetermined region And pressing the tooth mold corresponding to the rack against the predetermined area while holding the steel pipe, press-fitting a metal core into the steel pipe, and the tooth mold A hollow rack bar manufacturing method comprising: a press-fitting step of plastically flowing the processed wall portion in contact with the steel pipe from the inside to the outside of the steel pipe to form a rack according to the tooth shape.
[4] The hollow rack bar manufacturing method according to [3], wherein the heating step heats the central portion to 600 to 650 ° C.
10…中空ラックバー製造装置、20…加熱部、21…加熱コイル30、…塑性加工部、40…プレス型、50…金型、53…歯型、60…圧入機構、P…パイプ材(鋼管)、Pa…加工壁部、Pb…ラック、H…被加熱部、M…マンドレル。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部における上面を450℃以上に高周波加熱する加熱部と、
前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型と、
前記ラックに対応する歯型を有し、この歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する金型と、
放冷された前記鋼管内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を、前記金型に保持された鋼管内部に圧入させる圧入機構とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造装置。 In a hollow rack bar manufacturing apparatus that forms a rack in a predetermined region of a steel pipe,
A heating unit for heating the upper surface of the steel pipe in the axial direction in the predetermined region at a high frequency to 450 ° C. or higher;
A pressing die for flattening the predetermined region and molding a processing wall;
A mold having a tooth mold corresponding to the rack, and holding the steel pipe while pressing the tooth mold against the predetermined region;
The metal core to form a rack corresponding to the tooth die by plastically flow outwardly of the processing wall portion from the inside of the steel pipe in contact with the tooth die by being pressed into cool been pre Symbol the steel pipe, A hollow rack bar manufacturing apparatus comprising: a press-fitting mechanism for press-fitting into a steel pipe held by the mold.
前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部における上面を450℃以上に高周波加熱する加熱工程と、
前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス工程と、
前記ラックに対応する歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する保持工程と、
前記鋼管を放冷する放冷工程と、
芯金を前記鋼管内部に圧入し、前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる圧入工程とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造方法。 In a method for producing a hollow rack bar for forming a rack in a predetermined region of a steel pipe,
A heating step of high-frequency heating the upper surface of the predetermined region in the axial central portion of the steel pipe to 450 ° C. or higher;
A pressing step of flattening the predetermined region and molding a processed wall;
A holding step of holding the steel pipe while pressing a tooth mold corresponding to the rack against the predetermined region ;
A cooling process for cooling the steel pipe;
The core metal is pressed into the interior of the steel pipe, that said processing wall portion in contact with the tooth die by plastically flow from the inside to the outside of the steel pipe and a press-fitting step of forming a rack corresponding to the tooth die A method for producing a hollow rack bar.
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