TW201713424A - 用於製造環狀形成部件之方法及裝置 - Google Patents

Abstract

在一種用於製造環狀形成部件之方法中，首先藉由一成型裝置在各成型工位中將一坯件成型加工成一橫截面尺寸小於該待製造之形成部件的環件。隨後將該環件擴展至該待製造之形成部件的橫截面尺寸。在該成型裝置之一擴展工位中藉由一底模以及一擴展壓模將該環件擴展，其中將該環件設置在該底模中，並且將該擴展壓模沿軸向壓入該環件，且藉此將該環件擴展。以兩個或兩個以上步驟來擴展該環件。如此便能防止過高的材料負荷以及可能由此造成之材料損壞。

Description

用於製造環狀形成部件之方法及裝置

發明領域 本發明係有關於如請求項1之前言以及如請求項9之前言的，用於製造環狀形成部件之方法及裝置。

發明背景 一種習知的用於製造滾動軸承環之方法為，首先在一成型裝置中藉由熱成型製造一對環件，其中一環件構成滾動軸承之內環，另一環件構成外環。將此等環件中的一個或兩個擴展一定尺寸，例如以便為設於環件之間的滾珠或滾子提供空間。

其中，通常在成型裝置外在獨立的裝置中，例如在環滾壓裝置中，或者透過冷態校準對環件進行擴展。除額外的裝置外，此環件擴展方式還需要位於相關裝置之間的介面，進而造成較高之操作複雜度。

對應地，US 6 065 322 A揭示過若干方法及裝置，其中在成型裝置之一擴展工位中，藉由一底模及至少一擴展壓模，將在此成型裝置中經成型之環件擴展至待製造之形成部件的橫截面尺寸，其中將此環件設置在底模中，並在一個步驟中將擴展壓模沿軸向壓入此環件，且藉此將此環件擴展。其中可能產生較高之材料負荷，其可能導致材料損壞。

發明概要 以此為背景，本發明之目的在於，對用於製造環狀形成部件之方法及對應裝置進行改進，以在避免過高材料負荷的情況下在該成型裝置內實施該擴展過程。

本發明用以達成上述目的之解決方案為如獨立項1及獨立項9中所定義的，本發明之方法及本發明之裝置。本發明之尤佳改進方案及設計方案參閱附屬項。

就方法而言，本發明之本質如下：在一種用於製造環狀形成部件之方法中，藉由一成型裝置將一坯件成型加工成橫截面尺寸小於該待製造之形成部件的環件，以及，隨後在該成型裝置之一擴展工位中藉由至少一底模及至少一擴展壓模將此環件擴展至該待製造之形成部件的橫截面尺寸，其中將該環件設置在該底模中，並且將該擴展壓模沿軸向壓入該環件，且藉此將該環件擴展。根據本發明，以兩個或兩個以上步驟來對該環件進行擴展。

藉由在該成型裝置內之一經對應構建的成型或擴展工位中實施擴展操作，能夠在該成型裝置內製造近乎為成品之形成部件(經擴展之環件)。完全毋需其他在裝置外部實施的加工步驟來實現擴展。藉由以兩個或兩個以上步驟來擴展該環件，能夠防止過高的材料負荷以及可能由此造成之材料損壞。

較佳地，該擴展操作至多使得該形成部件之長度發生不明顯的變化。

較佳地，一擴展壓模被置入，其具有至少兩個橫截面尺寸不同的區段，並且在每兩個此種區段之間分別具有一過渡區段。藉由一如此構建的擴展壓模便能相對簡單地實施該擴展過程。較佳地，該擴展壓模可具有空隙或角度，特別是用以減小摩擦。較佳使用一包含一底模腔的底模來容置該環件，其中該底模腔之橫截面尺寸與該待製造之形成部件的外橫截面尺寸一致。此舉確保該待製造之形成部件的尺寸精度。

較佳地，藉由兩個或兩個以上尺寸不同的底模以及對應的兩個或兩個以上尺寸不同的擴展壓模來擴展該環件。此舉能夠實現與對應材料的最優匹配。

作為替代方案，亦可藉由一橫截面尺寸呈二重或多重分階的擴展壓模來擴展該環件。

較佳地，在該擴展操作後實施一壓製操作，其中藉由該擴展壓模之一區段或藉由一獨立的壓製壓模，視情況在另一成型工位中，沿軸向對該位於底模中的經擴展的環件施加壓力。該壓製步驟實現對該底模腔的無縫填充，從而進一步改進該擴展完畢之環件或該待製造之形成部件的尺寸精度。此外將該環件或該待製造之形成部件的端面整平，從而獲得無缺陷的平坦端面。

該待製造之形成部件較佳為一滾動軸承環。其中較佳在自700℃起的溫度下透過熱成型將該坯件成型加工成該環件。

就裝置而言，本發明之本質如下：一種用於製造環狀形成部件之裝置，包括一具有若干成型工位之成型裝置，其係構型成將一坯件成型加工成一環件。該成型裝置包括一擴展工位，其具有至少一用於容置該環件的底模以及至少一擴展壓模，該擴展壓模可沿軸向壓入該位於底模中的環件，其中可藉由該擴展壓模將該位於底模中之環件擴展。根據本發明，該擴展工位是構型成以兩個或兩個以上步驟來實施該環件之擴展。

該擴展壓模較佳具有至少兩個橫截面尺寸不同的區段，並且在每兩個此種區段之間分別具有一過渡區段。

該擴展工位較佳具有兩個或兩個以上尺寸不同的底模，並對應具有兩個或兩個以上尺寸不同的擴展壓模。

在設有兩個或兩個以上底模的情況下，應如此理解該擴展工位：其包括兩個或兩個以上子擴展工位，其分別具有一底模以及一與之對應的擴展壓模。

較佳實施例之詳細說明 以下規定適用於下文所作描述：若在一附圖中為確保圖示之明確性給出若干元件符號，而在直接對應之描述部分中卻未述及，則請參考前文或後文中對此等元件符號的說明。另一方面，為避免過度圖示，以實現易於理解的少量元件符號，並非在所有附圖中皆予以繪示。為此參考其餘附圖。

為闡釋本發明，圖1示意性示出本發明之成型裝置的相關功能塊或工位。該作為整體用100表示的成型裝置包括四個成型工位10、20、30、40及一擴展工位50，其可包括多個子擴展工位。在第一成型工位10中，將一坯件A，例如一棒狀材料之一區段送入，並將其成型加工成一盤狀工件11。在第二成型工位20中，將該盤狀工件成型加工成一大體呈杯狀的工件21。在第三成型工位30中，自該杯狀工件衝壓出一圓盤32，從而產生一內直徑與外直徑分階的環狀工件31。在第四成型工位40中，將該分階的環狀工件分離成一對環件41及42，其中較大環件41之內直徑等於較小環件42之外直徑。較小環件42已構建完畢，並被自該成型裝置送出。在擴展工位50中再對較大環件41進行擴展，使得其內直徑最終比較小環件42之外直徑大一定程度。該擴展完畢之環件即為該待製造之形成部件，並用R表示。

按照先前技術在成型裝置之各成型工位中用材料段A製造環對41與42，故不作進一步說明。本發明主要有關於將環件41擴展成成品形成部件R的方式，以及為此所需的該成型裝置之擴展工位50的設計方案。下面結合各示例性方案對此作詳細說明。

本發明之一主要部分為，在成型裝置100內在專設之擴展工位50中，藉由一底模及一擴展壓模對環件41進行擴展，其中將待擴展之環件41送入該底模，並使得該擴展壓模沿軸向穿過該環件壓入，且藉此將該環件擴展。藉由在該成型裝置內之一經對應構建的成型或擴展工位中實施此擴展操作，能夠在該成型裝置內製造近乎為成品之形成部件(經擴展之環件)。完全毋需其他在裝置外部實施的加工步驟來實現擴展。

圖2至4繪示出藉由一擴展壓模52實現的最簡單的擴展方案。環狀底模51包括一軸向通孔51a以及一底模腔51b，該底模腔之直徑略大於環件41之外直徑，並等於擴展完畢之環件或待製造之形成部件的期望的外直徑。該底模腔之沿軸向測得的高度略大於待擴展環件41的對應尺寸。通孔51a之直徑等於該擴展完畢之環件的期望的內直徑。作為整體用52表示的擴展壓模包括一第一圓柱形區段52a，一錐形區段52b，一第二圓柱形區段52c以及一第三圓柱形區段52d。第一圓柱形區段52a之直徑略小於待擴展環件41之內直徑。第二圓柱形區段52c之直徑等於該擴展完畢之環件的期望的內直徑。第三圓柱形區段52d之直徑略小於底模腔51b之直徑。圓柱形區段52a及52c為橫截面尺寸恆定的區段，該錐形區段構成一位於該二橫截面尺寸恆定的區段之間的過渡區段。

圖3示出底模51，包含置入底模腔51b之待擴展環件41以及處於一位置中之擴展壓模52，在該位置中該第一圓柱形區段52a方插入環件41。隨後藉由一未繪示的通常為機械式的驅動器，將擴展壓模52(沿軸向)完全壓入環件41，使得該擴展壓模最終處於圖4所示位置。其中將環件41擴展至其最終形狀。在圖4中，該擴展完畢之環件係用R表示。擴展壓模52之第三圓柱形區段52d藉由其環狀端面壓向經擴展之環件R，並實現對底模腔51b的無縫填充，從而實現該擴展完畢之環件R的尺寸精度。在此及在下文中將此過程稱作壓製。

藉由此種擴展壓模52在一個步驟中實施的擴展可能導致較高的材料負荷，故在許多情形下並非理想方案。

因此，根據本發明，如下文所述以兩個或兩個以上步驟來實施擴展操作。

此外還需指出，在對揭示的實施方式進行描述時，為便於理解，以實踐中最常見的情形為基礎，其中待製造之環件具有環狀橫截面。故該等環件、該底模及該擴展壓模之橫截面尺寸係透過內直徑及外直徑給出。對應地，擴展表示內直徑及外直徑的增大。但本發明不僅限於具圓形橫截面的環件的製造。在採用其他橫截面形狀(例如三角形或多邊形)時，用對應的內部及外部橫截面尺寸取代內直徑及外直徑。在此情形下，擴展表示內部及外部橫截面尺寸的增大。底模與擴展壓模當然亦具有經對應調整的內部及外部橫截面尺寸。底模之橫截面尺寸僅與有效橫截面相關，但可存在插入階段或空隙。

圖5至7繪示一方法方案，其中以兩個步驟來擴展環件41。底模51之結構與圖2至4所示方案相同。擴展壓模152係多重分階，並具有一第一圓柱形區段152a，一第一錐形區段152b，一第二圓柱形區段152c，一第二錐形區段152d，一第三圓柱形區段152e以及一第四圓柱形區段152f。第一圓柱形區段152a之直徑略小於待擴展環件41之內直徑。第三圓柱形區段152e之直徑等於該擴展完畢之環件的期望的內直徑。第二圓柱形區段152c之直徑大於第一圓柱形區段152a並且小於第三圓柱形區段152e。第四圓柱形區段152f之直徑略小於底模腔51b之直徑。圓柱形區段152a、152c及152e為具恆定橫截面尺寸及必要之空隙的區段，錐形區段152b及152d分別構成一位於該等橫截面尺寸恆定的區段之間的過渡區段。

圖6示出底模51，包含置入底模腔51b之待擴展環件41以及處於一位置中之擴展壓模152，在該位置中該第一圓柱形區段152a方插入環件41。隨後藉由一未繪示的通常為機械式的驅動器，將擴展壓模152完全壓入環件41，使得該擴展壓模最終處於圖7所示位置。其中將環件41擴展至其最終形狀。在圖7中，該擴展完畢之環件亦用R表示。如前文就擴展壓模52之第三圓柱形區段52d所述那般，擴展壓模152之第四圓柱形區段152f用於對經擴展之環件R進行壓製。

當然，亦可藉由兩個以上步驟來實施擴展，其中採用一對應具更多分階圓柱形區段的擴展壓模。在所有情形下，該擴展壓模皆可具有插入階段及空隙。

在圖5至7所示實施方案中，藉由同一工具，即擴展壓模152來實施擴展及壓製。圖8至12以及圖13至17示出兩個方法方案，其中藉由一第一工具進行擴展，以及藉由一獨立的第二工具進行壓製。

圖8至12所示方案大體與圖2至4所示方案對應，區別在於，在此採用一擴展壓模252(圖8)，其結構基本與擴展壓模52(圖2)相同，但缺少擴展壓模52之第三圓柱形區段52d。圖9及10示出將擴展壓模252壓入待擴展環件41的方式。在該擴展操作後，將擴展壓模252移除，並藉由一獨立的壓製壓模253對經擴展之環件R進行壓製(圖11及12)。壓製壓模253包括一第一圓柱形區段253a以及一第二圓柱形區段253b。該二區段253a及253b與圖2所示擴展壓模52的圓柱形區段52c及52d對應。

本發明之如圖13至17所示的實施方案大體與圖5至7所示方案對應，區別在於，在此採用一擴展壓模352(圖13)，其結構基本與多階擴展壓模152(圖5)相同，但缺少擴展壓模152之第四圓柱形區段152f。圖14及15示出將擴展壓模352壓入待擴展環件41的方式。在該擴展操作後，將擴展壓模352移除，並藉由一獨立的壓製壓模353對經擴展之環件R進行壓製(圖16及17)。壓製壓模353包括一第一圓柱形區段353a以及一第二圓柱形區段353b。該二區段353a及353b與圖5所示擴展壓模152的圓柱形區段152e及152f對應。與圖8至12所示方案相比，本發明之此方案的不同之處在於採用一多重分階的擴展壓模352。

圖18至23示出本發明之另一方法方案，其中在兩個相繼的步驟或階段中對環件41進行擴展。該二流程相同的階段中的每一個皆與圖2至4所示的採用上文所述之成型工具(底模及擴展壓模)的方法方案對應，但其中，該二階段中所採用之底模及擴展壓模的尺寸不同。在第一階段(圖18至20)中採用一第一底模451以及一第一擴展壓模452。第一底模451具有一第一底模腔451b，其直徑小於該擴展完畢之環件的期望的外直徑。對應地，擴展壓模452之直徑亦略小一些。亦即，在此階段中首先自環件41產生一環件141，其尚不具有該擴展完畢之環件的期望的尺寸。在第二階段(圖21至23)中，採用一第二底模551以及一第二擴展壓模552。第二底模451具有一第二底模腔551b，其直徑等於該擴展完畢之環件的期望的外直徑。對應地，擴展壓模452之直徑亦略大一些。在此階段中，將環件141擴展及壓製至成品環件R的期望的尺寸。

就裝置而言，實現此方案的方式為，該擴展工位包括兩個子擴展工位，其分別具有一底模451或551以及一與之對應的擴展壓模452或552。

圖24至27示出另一方法方案，其基本與圖2至4所示方案對應，但其中並非以環件41，而是以一環件241為基礎，其具有兩個外直徑及內直徑不同的區段241a及241b(圖24)。

亦以習知的方式在成型裝置100之成型工位10-40中製造此環件241。

環件241之直徑較大的區段241b已具有該擴展完畢之環件的尺寸。故僅需要將環件241之直徑較小的區段241a以及該至較大區段241b的過渡區域擴展。圖26示出將擴展壓模52插入環件241的方式，以及，圖27示出完全插入底模51的擴展壓模52，其中同時亦對擴展完畢之環件R進行壓製。

前文述及的本發明之方法及本發明之對應裝置係特別適於用滾動軸承鋼製造滾動軸承環。其中在各成型工位中，在熱成型過程中在自約700℃起的溫度範圍內實施成型。透過將擴展過程直接整合至該成型裝置，能夠將在成型過程中接收的熱能用於擴展。成型且特別是擴展亦可在冷態下進行，具體視材料而定。

10‧‧‧第一成型工位
11‧‧‧盤狀工件
20‧‧‧第二成型工位
21‧‧‧杯狀工件
30‧‧‧第三成型工位
31‧‧‧環狀工件
32‧‧‧圓盤
40‧‧‧第四成型工位
41、42、141、241‧‧‧環件
50‧‧‧擴展工位
51‧‧‧底模
51a‧‧‧通孔
51b‧‧‧底模腔
52、152、252、352‧‧‧擴展壓模
52a、152a、253a、353a‧‧‧第一圓柱形區段
52b‧‧‧錐形區段
52c、152c、253b、353b‧‧‧第二圓柱形區段
52d、152e‧‧‧第三圓柱形區段
100‧‧‧成型裝置
152b‧‧‧第一錐形區段
152d‧‧‧第二錐形區段
152f‧‧‧第四圓柱形區段
241a‧‧‧較小區段
241b‧‧‧較大區段
253、353壓製壓模
451‧‧‧第一底模
451b‧‧‧第一底模腔
452‧‧‧第一擴展壓模
551‧‧‧第二底模
551b‧‧‧第二底模腔
552‧‧‧第二擴展壓模
A‧‧‧坯件
R‧‧‧環狀形成部件

下面結合附圖所示實施例對本發明作更加詳細的說明。其中： 圖1為本發明之成型裝置的一實施例的方塊圖； 圖2-4為擴展工位之一方案在各操作階段中的示意圖； 圖5-7為該成型裝置之擴展工位之依據本發明的第一方案在各操作階段中的示意圖； 圖8-12為擴展工位之另一方案在各操作階段中的示意圖； 圖13-17為該成型裝置之擴展工位之依據本發明的第二方案在各操作階段中的示意圖； 圖18-23為該成型裝置之擴展工位之依據本發明的第三方案在各操作階段中的示意圖；及 圖24-27為擴展工位之另一方案在各操作階段中的示意圖。

10‧‧‧第一成型工位

11‧‧‧盤狀工件

20‧‧‧第二成型工位

21‧‧‧杯狀工件

30‧‧‧第三成型工位

31‧‧‧環狀工件

32‧‧‧圓盤

40‧‧‧第四成型工位

41、42‧‧‧環件

50‧‧‧擴展工位

100‧‧‧成型裝置

A‧‧‧坯件

R‧‧‧環狀形成部件

Claims (12)

1. 一種用於製造環狀形成部件之方法，其中藉由一成型裝置將一坯件成型加工成一橫截面尺寸小於該待製造之形成部件的環件，以及，隨後在該成型裝置之一擴展工位中藉由至少一底模及至少一擴展壓模將此環件擴展至該待製造之形成部件的橫截面尺寸，其中將該環件設置在該底模中，並且將該擴展壓模沿軸向壓入該環件，且藉此將該環件擴展，其特徵在於，以兩個或兩個以上步驟來擴展該環件。
2. 如請求項1之方法，其特徵在於，一擴展壓模被置入，其具有至少兩個橫截面尺寸不同的區段，並且在每兩個此種區段之間分別具有一過渡區段。
3. 如請求項1或2之方法，其特徵在於，使用一包含一底模腔的底模來容置該環件，其中該底模腔之橫截面尺寸與該待製造之環件的外橫截面尺寸一致。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，藉由兩個或兩個以上尺寸不同的底模以及對應的兩個或兩個以上尺寸不同的擴展壓模來擴展該環件。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵在於，藉由一橫截面尺寸呈二重或多重分階的擴展壓模來擴展該環件。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其特徵在於，在該擴展操作後實施一壓製操作，其中藉由該擴展壓模之一區段或藉由一獨立的壓製壓模，沿軸向對該位於底模中的經擴展的環件施加壓力。
7. 如請求項1至6中任一項之方法，其特徵在於，該待製造之形成部件為一滾動軸承環。
8. 如請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於，在自700℃起的溫度下透過熱成型將該坯件成型加工成該環件。
9. 一種用於製造環狀形成部件之裝置，包含一具有若干成型工位之成型裝置，該等成型工位是構型成將一坯件成型加工成一環件，以及，該成型裝置包含一擴展工位，其具有至少一用於容置該環件的底模以及至少一擴展壓模，該擴展壓模可沿軸向壓入該位於底模中的環件，其中可藉由該擴展壓模將該位於底模中之環件擴展，其特徵在於，該擴展工位是構型成以兩個或兩個以上步驟來實施該環件之擴展。
10. 如請求項9之裝置，其特徵在於，該擴展壓模具有至少兩個橫截面尺寸不同的區段，並且在每兩個此種區段之間分別具有一過渡區段。
11. 如請求項9或10之裝置，其特徵在於，該擴展工位具有兩個或兩個以上尺寸不同的底模，並對應具有兩個或兩個以上尺寸不同的擴展壓模。
12. 如請求項9至11中任一項之裝置，其特徵在於，該至少一擴展壓模係雙重或多重分階。