已知汽车转向齿条的有齿部分通过机加工或通过锻造过程来生 产。典型地，机加工过程包括拉削过实心圆柱形棒，其结果是有齿部 分的截面具有“D”形形状且因此这些齿条通常称为“D形齿条”。具 有机加工的齿的转向齿条只能以恒定节距的齿来经济地批量生产。然 而，具有锻造的齿的齿条可以以恒定或可变的节距的齿同样地批量生 产。
术语“飞边”当用于锻造时指从被锻造的部件主体延伸出的过量 的材料，且对它必须典型地通过后续的修整或机加工操作来加以去 除。飞边是开式模锻造的共同特征，在此情况下过量的材料被放置在 锻模中以保证完全地填充锻模腔。术语“无飞边锻造”指实际上不允 许过量的材料从锻模腔中逸出的锻造过程。无飞边锻造的优点包括消 除了材料的浪费、消除了后续的去除飞边的操作和在对被锻造的部件 的精确度更好的控制。无飞边锻造典型地通过使用闭合锻造模实现。
美国专利4,571,982(Bishop)和5,862,701(Bishop等)披露 了用于从实心的圆柱形棒无飞边温锻造转向齿条的有齿部分为净形状 的锻模设备。“净形状”意为被锻造的齿条的齿在锻造后不需要任何 进一步的机加工。该类锻模设备限制于锻造其有齿部分的截面具有 “Y”形形状的齿条，且此齿条通常称为“Y形齿条”。重要的是注意， 该类锻模设备只在锻造过程末期形成闭合的锻造腔，如可从US 4,571,982的图7、8和9中清晰的看到，且大体上无飞边锻造是加工 元件和有齿区的“Y”形形状截面唯一运动的结果，而不是在完成锻造 操作前闭合锻造腔的结果。Y形齿条的缺点是它们需要修改转向机以实 现组装且因而市场上历史性地偏好D形齿条。
为从实心棒锻造D形齿条已建议了不同类型的锻模设备。然而， 大多数这些锻模产生飞边。JP58218339(Daido Steel Co Ltd)中的 图3到图5描绘了基本的开式锻模设备，仅包括两个锻模半部。过量 的材料简单地作为飞边从锻模腔中逸出。该锻模设备不提供用于控制 腔压力的装置且因而所得到的齿填充可能差，特别是如果锻造操作在 温锻造温度而非热锻造温度下执行时。JP58218339的图5图示了在锻 造后对飞边修整的过程。
GB2108026(Cam Gears Ltd)披露了用于从实心棒锻造D形齿条 的锻模设备。这是基本的锻模设备，具有两个半部，并附带有飞边槽， 飞边槽目的为控制飞边的形成且辅助齿的填充。然而，材料还可能过 早地逸出到这些飞边槽中，因此限制了容许的静水压力，这可能导致 锻模腔的填充不足。与简单的开式锻模产生的飞边相比，该锻模设备 产生的飞边在形状上更好地受控，但是在锻造后还典型地需要去除飞 边。使用了类似的原理的更复杂的锻模设备在US 5,992,205(Bishop) 中披露，它的目的是对飞边槽成形以保持足够的静水压力且因此辅助 完成足够的齿填充。
用于锻造实心D形齿条的锻模设备在JP 58013431(Jidosha Kiki Co Ltd)和JP 03138042(IS Seiki KK等)中披露。这两个锻模锻 造得到的有齿部分比完成的齿条的柄在包围直径上更大，该包围直径 通常上是棒材的标称直径。该齿条具有与Y形齿条相同的组装问题。 另外，这两个锻模仅包括两个半部且因而在实际中不可能完全地闭合 和填充齿，而不在锻模半部之间形成飞边。
JP58218339(Daido Steel Co Ltd)中的图8到图12描绘了用 于从空心管来锻造转向齿条的闭合的锻模设备。该锻模在锻造开始前 闭合且因此锻造过程大体上是无飞边的。该锻模设备的冲压构件56具 有锻造齿条的齿的形状。当锻模半部58和50围绕空心管形坯料闭合 后，冲压构件56向内移动以执行锻造操作。锻模半部58和50的闭合 不导致任何的坯料的变形。该锻模设备的问题是冲压构件56上的齿的 端部是开放的且因而在齿的端部之间没有支撑，这可能导致锻模的过 早失效。另外，锻造的齿的端部垂直于齿，而不是在每个端部倾斜， 这可能妨碍齿条的组装。
本发明的目的是提供用于无飞边锻造转向齿条的锻模设备和方 法，该锻模设备和方法改善了现有技术中的至少一些问题。

在第一方面，本发明包括用于执行无飞边锻造操作以制造转向齿 条的有齿部分的锻模设备，所述的锻模设备包括第一和第二锻模构件 和至少一个冲压构件，每个具有大体上成形为所述的有齿部分的部分 的对应部的形成表面，且所述的第一锻模构件的形成表面的至少部分 大体上成形为所述的齿条的齿的对应部，其特征在于，所述的第一和 第二锻模构件可相互相向移动到闭合位置，以此从放置在所述的锻模 设备内的坯料部分地锻造出所述的有齿部分，且形成由所述的形成表 面限定的大体上闭合的腔，一旦所述的锻模构件处于所述的闭合位 置，所述的冲压构件适合于移动到所述的腔内，以此完成所述的锻造 操作。
优选地，在一个实施例中，所述的冲压构件可通过在所述的锻模 构件的一个上的开口移动到所述的闭合的腔内。优选地，所述的开口 在所述的第二锻模构件上且所述的冲压构件可相对于所述的第二锻模 构件移动。优选地，所述的冲压构件大体上布置在中心且相对于所述 的第一锻模构件，且可向所述的第一锻模构件移动。优选地，所述的 锻模构件在所述的闭合位置相互邻接。
优选地，在另一个实施例中，所述的至少一个冲压构件包括布置 在所述的腔的相对侧在所述的第一和第二锻模构件之间的第一和第二 冲压构件。
优选地，所述的冲压构件可通过机构移动，该机构由所述的锻模 设备的闭合运动来操作。优选地，所述的机构包括至少一个适合于将 所述的冲压构件推入到所述的腔内的楔形构件。
优选地，所述的锻模构件的至少一个通过液压缸支撑，该液压缸 由所述的锻模设备的闭合来加压。
优选地，所述的有齿部分的截面大体上为D形形状。优选地，所 述的坯料为实心棒。优选地，所述的坯料为圆柱形。替代地，所述的 坯料为空心棒且所述的锻模设备进一步包括适合于在所述的锻造操作 前插入到所述的空心棒内的心轴。
优选地，所述的锻模设备进一步包括至少一个轴向可移动的端部 冲压件。优选地，所述的端部冲压件适合于镦锻所述的坯料的端部。
在第二方面中，本发明包括制造转向齿条的方法，方法包括在坯 料上通过根据本发明第一方面的锻模设备执行锻造操作。优选地，所 述的齿条的齿通过所述的锻造操作被锻造为净形状。优选地，所述的 转向齿条的有齿部分的截面大体上为D形形状。
优选地，所述的坯料具有第一圆柱形部分和在直径上小于所述的 第一圆柱形部分的第二圆柱形部分，所述的第二圆柱形部分锻造为形 成所述的转向齿条的有齿部分，所述的转向齿条的柄包括所述的第一 圆柱形部分。优选地，所述的坯料进一步包括第三圆柱形部分，它在 直径上大体上等于所述的第一圆柱形部分，所述的第二圆柱形部分位 于所述的第一和第三圆柱形部分之间。
优选地，在所述的锻造操作前，坯料被加热到温锻造温度。
附图说明：
图1是根据本发明的锻模的第一实施例的透视图。
图2是图1中所示的锻模的透视图，沿平面22部分地剖切。
图3a-3d是一系列图1中所示的锻模的视图，沿平面24剖切，示 出了锻造转向齿条的步骤。
图4是根据本发明的锻模的第二实施例的透视图。
图5是图4中所示的锻模的透视图，沿平面62部分地剖切。
图6a-6d是一系列图4中所示的锻模的视图，沿平面64剖切，示 出了锻造转向齿条的步骤。
图7是使用图4中所示的锻模锻造的转向齿条的透视图。
图8、9和10示出了合并了图4中所示的锻模的完整的锻模设备 的示意性结构。
图11是根据本发明的锻模的第三实施例的截面透视图。
图12是根据本发明的锻模的第四实施例的部分地剖切的透视图。

图1和图2描绘了根据本发明的锻模10的第一实施例。锻模10 包括第一锻模构件14、第二锻模构件16和冲压构件18。结合合适的 锻压机使用锻模10锻造齿条12，如US 3,802,248(Ross等)中所描 述，其中锻模构件14和16接附到锻压机的台板。齿条12为D形齿条， 包括轴部分25和有齿部分26，其可以为具有恒定节距的齿轮齿类型， 或为具有变化节距的齿轮齿类型。
图1和图2示出了在锻造过程末期的锻模10，其中第一锻模构件 14邻接第二锻模构件16以形成闭合的腔13。冲压构件18相对于第二 锻模构件16通过位于第二锻模构件16的开口11可移动。开口11允 许冲压构件18进入到腔13内。参考图3a，第一锻模构件14具有有齿 的形成表面28，其形状为齿条12的齿的形状的对应部。第二锻模构件 16的形成表面19的形状大体上为半圆形，且为当齿条12组装到转向 机后在齿条垫上滑动的有齿部分26的部分的对应部。冲压构件18围 绕有齿部分26的对称轴线布置在中央且相对于第一锻模构件14。冲压 构件18可向第一锻模构件14移动且具有形成表面29，它在有齿部分 26的背部锻造了浅的纵向凹痕。
锻模10的操作在图3a到图3d中图示，这些图为沿平面24(图1) 的截面视图，描绘了无飞边锻造齿条12的有齿部分26的过程的不同 的阶段。图3a示出了在锻造过程开始时的锻模10，其中坯料12a位于 第二锻模构件16内且第一锻模构件14向第二锻模构件16移动，使得 有齿的形成表面28接触坯料12a。冲压构件18相对于第二锻模构件 16缩回，使得它的形成表面29大体上与第二锻模构件16的半圆形形 成表面19齐平。
坯料12a为实心圆柱形棒的形式。为将锻造的齿条12组装到转向 机内，希望围绕有齿部分26的圆的直径不大于齿条12的轴25的直 径。这可以通过逐步减小的棒12a实现，使得它被锻造为有齿部分26 的部分在直径上小于保持为齿条12的轴25的部分。
棒12a可以分阶，使得它只具有两个部分，直径较大的部分成为 转向齿条的轴25而直径较小的部分锻造为有齿部分26。替代地，棒 12a可以具有三个部分，位于大体上直径相等的两个较大的部分之间的 直径较小的部分锻造为有齿部分26。直径较大部分之一形成齿条的轴 25，而另一个形成相对的拉杆端部。
在图3b中，第一锻模构件14已向第二锻模构件16移动，部分地 从坯料12a锻造了有齿部分26。在该步骤中，半圆形形成表面19大体 上被填充。在图3c中，第一锻模构件14已进一步地向第二锻模构件 16移动，进一步部分地锻造了有齿部分26，直至达到闭合位置，其中 第一锻模构件14邻接靠着第二锻模构件16。这形成了由形成表面28、 19和29所限定的闭合的腔13。有齿部分26的齿尚未完全地形成，如 闭合的腔13的未填充部分30所指示。在图3b和3c中所示的步骤中， 冲压构件18相对于第二锻模构件16保持静止。然而，在其它未示出 的实施例中，当锻模构件14和锻模构件16相互相向移动时，冲压构 件18可以相对于第二锻模构件16移动。
图3d示出了锻造过程的最后步骤，此时冲压构件18向上移动且 进入闭合的腔13内，制造了坯料12a内的高压，使得它填充有齿的形 成表面28。因为腔13已经闭合，所以在这个步骤中不能形成飞边。有 齿部分26的齿锻造为净形状且不需要精加工。冲压构件18的移动可 以通过连接到锻压机凸轮的联接结构来实现，或可以利用替代的致动 装置。在这个步骤中，锻模构件14和锻模构件16互相保持静止。
锻模10和此处描述的其它实施例可以用于转向齿条的热锻造、温 锻造或冷锻造。然而，优选的是使用温锻造，其中钢坯料加热到500 摄氏度到900摄氏度的温度级别。
图4和图5描绘了根据本发明的锻模50的第二实施例。锻模50 包括第一锻模构件54、第二锻模构件56和两个冲压构件58。类似于 第一实施例，锻模50与合适的锻压机结合使用，以锻造具有有齿部分 66的齿条52。
除去锻模50具有两个冲压构件58而非单个冲压构件18外，锻模 50类似于锻模10。以两个冲压构件58施加锻造负荷而不是只以一个 施加是有利的，因为这提高了锻造过程的可控性。冲压构件58布置在 锻模50的相对侧，在锻模构件56和锻模构件58之间。冲压构件58 适合于相对于第二锻模构件56同时向锻模的中心可移动。在冲压构件 58和第二锻模构件56之间存在最小间隙。
参考图6a，第一锻模构件54具有有齿的形成表面78，其形状为 齿条52的齿的形状的对应部。第二锻模构件56的形成表面69大体上 为半圆形形状且对应于当齿条52组装到转向机内时在齿条垫上滑动的 有齿部分66的表面。每个冲压构件58具有形成表面79，形成表面79 在有齿部分66的两侧锻造了浅的纵向凹痕72，如可在图7中更清晰的 看到。在有齿部分的两侧具有凹痕72而非如齿条12具有相对于齿的 单个凹痕是有利的，因为这最大化了有齿部分和齿条垫之间的接触面 积。
锻模50的操作通过图6a到6d图示，这些图为沿平面(图4)的 截面视图，描绘了无飞边锻造齿条52的有齿部分66的过程的不同阶 段。图6a到6d类似于图示了锻模10的操作的图3a到3d。图6a示 出了在锻造过程开始的锻模50，其中坯料12a位于第二锻模构件56 内且第一锻模构件54向第二锻模构件56移动，使得有齿的形成表面 78接触到坯料12a。冲压构件58相对于第二锻模构件56缩回，使得 它们的形成表面79大体上与第二锻模构件56的半圆形形成表面69齐 平。
在图6b中，第一锻模构件54已向第二锻模构件56移动，部分地 从坯料12a锻造有齿部分66。在这个步骤中，半圆形形成表面69被大 体上填充。在图6c中，第一锻模构件54已进一步向第二锻模构件56 移动，进一步部分地锻造有齿部分66，直至达到闭合位置，其中在第 一锻模构件54和冲压构件58之间的间隙被闭合。这形成了由形成表 面78、69和79所限定的闭合的腔63。有齿部分66的齿尚未完全地 形成，如闭合的腔63的未填充部分70所指示。在图6b和6c所示出 的步骤中，冲压构件58相对于第二锻模构件56保持静止。然而，在 其它未示出的实施例中，当锻模构件54和锻模构件56相互相向移动 时，冲压构件58可以相对于第二锻模构件56移动。
图6d示出了锻造过程的最后步骤，此时冲压构件58通过形成在 锻模构件54和56之间的开口同时地径向移动进入闭合的腔63内，制 造了坯料12a内的高压，使得它填充有齿的形成表面78。因为腔63 已经闭合，所以在这个步骤中不能形成飞边。在这个步骤中，锻模构 件54和锻模构件56互相保持静止。有齿部分66的齿锻造为净形状且 不需要精加工。图7示出了以锻模50锻造的齿条52。
图8、图9和图10示出了合并了图4中所示的锻模50的完整的锻 模设备81的示意性结构。锻模50包括第一锻模构件54、第二锻模构 件56和冲压构件58。第一锻模构件54接附到载体82，载体82又接 附到轴83，轴83可垂直地在第一支撑件84内移动。载体82通过未示 出的装置键锁以防止旋转。液压活塞85接附到轴83且可在形成在第 一支撑件84内的缸86内移动。第二锻模构件56接附到第二支撑件 87。冲压构件58接附到块88，每个块可水平地相对于第二支撑件87 移动。块88邻接靠着楔形构件89，楔形构件89可相对于第二支撑件 87垂直地移动且通过弹簧90向上偏置。
图8示出了处于其开放位置的锻模设备81，坯料12a装载在其中。 缸86通过口92填充液压流体91。楔形构件89通过弹簧90向上延伸， 这使冲压构件58缩回以允许足够的间隙来装载坯料12a。
图9示出了在锻造操作中处于对应于图6c中所示的锻模50的位 置的位置中的锻模设备81。当第一支撑件84向下移动时，在第一锻模 构件54和冲压构件58之间的间隙闭合以形成闭合的腔。在此位置， 第一锻模构件54通过未示出的止动件来支撑，使得冲压构件58在锻 模构件54和锻模构件56之间不被夹紧。在锻模构件54和冲压构件58 之间存在小间隙，允许冲压构件58自由地移动。当第一锻模构件54 达到闭合位置后，它在锻造操作的剩余时间保持在此位置且支撑件84 的进一步地向下移动使活塞85相对于缸86移动，这迫使液压流体91 通过口92流出。口92连接到安全阀、滑阀、蓄积器或其它装置以将 缸86内的液压压力作为经过口92的流动的函数控制。通过该装置， 在液压流体91内能产生足够的压力，以反作用于第一锻模构件54上 的锻造负荷，且保持锻模构件54在其闭合位置。
当第一支撑件84向下移动时，它接触楔形构件89的顶表面，因 此相对于第二支撑件87向下推动楔形构件。当向下推动楔形构件89 时，它们将块88和冲压构件58推入到闭合的腔内。
图10示出了在完成锻造操作时对应于图6d中所示的锻模50的位 置的锻模设备81。在图9和图10所示的位置之间，锻模构件54保持 静止而第一支撑件84继续向下移动，以此通过楔形构件89将冲压构 件58移动入闭合的腔内，以完成形成有齿部分66的锻造操作。
图11描绘了根据本发明的锻模100的第三实施例。与第一和第二 实施例所生产的齿条不同，齿条112不是完全长度的齿条，且需要在 它安装到车辆转向机前结合到轴部分上。结合齿条有齿部分到轴部分 的一个方法在JP 06207623(Sekiguchi Sangyo KK)中描述。
锻模100与前面实施例中的锻模的不同在于，它包括轴向冲压构 件108和心轴构件110。轴向冲压构件108提供了额外的对锻造过程 的控制，以及控制齿条112的最终长度的装置。
轴向冲压件108与径向冲压构件106(只示出一个)组合使用，方 式与用于第一和第二实施例的冲压构件18和58的方式相同，差异只 是附加了心轴构件110，心轴构件110对于空心齿条是需要的。在施加 任何锻造负荷前，即，在任何锻模构件102和锻模构件104的相对移 动发生以前，心轴构件110插入到齿条112的钻孔113中。心轴构件 110在锻造过程完成后移出以留下空心齿条112。空心齿条在车辆转向 机中是希望的，因为它们重量轻且减少了材料消耗。
图12描绘了根据本发明的第四实施例的锻模150。锻模150包括 第一锻模构件152、第二锻模构件154和冲压构件159，它们分别对应 于锻模50的锻模构件54、锻模构件56和冲压构件58。锻模150与本 发明的第二实施例中的锻模50的不同在于，它进一步包括第一轴向端 部冲压件156和第二轴向端部冲压件158。锻模150锻造齿条160，类 似于齿条112，它是短的齿条，它必须接附到轴构件以形成完整的转向 齿条。轴向端部冲压件156和轴向端部冲压件158在齿条160的纵向 轴线方向可移动。轴向端部冲压件156和轴向端部冲压件158可以与 锻模构件152和锻模构件154同时地移动，或可以在锻模构件152和 锻模构件154已经移动到闭合位置后开始移动。轴向端部冲压件156 和轴向端部冲压件158轴向地移动到锻模内，以镦锻被锻造的坯料12a 的端部，因此增加了被锻造的齿条160的端部的直径。
应该理解的是，在以上实施例中描绘的锻造的齿条示出为其特征 部，例如它们的齿和冲压构件配合面，如实线指示锻模腔应完全地被 填充。在实际中，该填充度既不被实现又不是在批量生产中希望的。 因为商业上锻造的齿条希望带有一些程度的未填充，从倒圆特征部中 显见。
还应该理解的是，为清晰的原因，不同的支撑部、轴颈、轴承和 控制单元在图中被省略。
虽然本发明在此示出且在四个实施例中加以描述，认可的是可以 执行偏离这些实施例和这些实施例的组合而不偏离本发明的范围。而 且本发明主要意图于用于锻造钢制的转向齿条，但是可以替代地用于 其它可锻金属。
此处所用的术语“包括”用于“包含”或“带有”的包括在内的 意义，且不用于“只包括”的排除的意义。