加工汽车转向齿条的装置

本发明涉及一种通过将一空心管状齿条坯料的侧表面滚轧成 齿条牙齿加工汽车转向齿条的装置。

用在汽车转向机构或类似机构上通常的齿条制造是用一根圆 棒料将其外周的一部分压平，然后在被压平的部分上形成齿条牙 齿。为了满足重量轻的要求，作为较理想的齿条坯料是采用空心管 子。

公布号Sho58-31257/1983(JP-B2)的日本专利揭示一种通过塑 性加工齿条坯料来形成齿条牙齿的方法。在这种方法中，是用一个 具有与齿条牙齿互补齿形的上模以材料轴线垂直的方向挤压材料 的齿条牙齿成形部分。

公布号Hei 3-5892/1991(JP-B2)日本专利说明一种在一空心 管状齿条坯料的扁平部分上形成一排牙齿的方法，这种方法是在平 面部分上施加一个具有与齿条牙齿相同的凹凸形状的成形模，然后 将一冲头压配进管子的孔内。材料的扁平部分被压成成形模的凹凸 形。

然而，这两种已有技术的最初步骤都包括要使空心管的侧面部 分成形成扁平的表面。此外，这种成形过程需要很大的作用力(即很 大的冲压力)；这样新成形齿条牙齿的周围很容易形成毛边。

因此，本申请人早先在日本专利申请号Hei 5-299091/1993中 已提出过一种用比较小的力成形齿条牙齿并使牙齿中产生较少毛 边的齿条加工方法。在此技术中，当加工在一侧面形成有齿条牙齿 的齿条时，要用一插进空心管状齿条坯料的芯棒将其固定，夹持一 个在外周上有成形的齿条牙齿形状的成形轧辊用于在齿条坯料上 进行滚轧，以及由于在成形轧辊的切线方向上齿条坯料与成形轧辊 的相对运动，由此齿条坯料加工出齿条牙齿。

换句话说，在上述的已有技术(日本专利申请号Hei 5- 299091/1993)中，当加工空心管状齿条坯料时，为了克服材料外周 的有害的变形以及有效地压平材料外周的一部分以便在被压平的 部分上成形齿条牙齿，就要在管状齿条坯料中插入一根芯棒。

当将芯棒插入齿条坯料中时，就会形成如图7A和7B所示的 截面轮廓，而产品齿条的齿条牙齿成形部分就要随从这个截面轮 廓。截面轮廓有一个与齿条坯料的齿条牙齿成型部分间隔的材料支 承表面，该材料支承表面是一个完全的扁平表面。下面将参照图7A 和7B来说明由本发明所解决的问题，图中标号1表示齿条坯料， 标号1A表示齿条牙齿，标号2表示芯棒，以及标号2A表示材料 支承面。

图7A和7B所示为一种将一空心管状齿条坯料成形成齿条的 齿牙的方法，这种加工方法是在上述已有技术中用芯棒的形状得以 实现的，图7A和7B分别表示这个加工过程的初始阶段和最终阶 段。

被成形轧辊的齿顶高推压的齿条坯料的侧表面对有芯棒的间 隙是部分偏移并还对材料的外周部分偏移，而其余部分偏离成形轧 辊的齿形底部。

在加工的初始阶段，对着间隙的偏移(a)很容易进行，而这种变 形最后被芯棒的材料支承面2A(图7A)阻止。在此阶段中，变形在 芯棒的各端被阻止。因此，在材料与芯棒之间产生一间隙3，而向 着成形轧辊的齿形底部变形(齿条牙齿1A)是不够的。而且，在齿条 牙齿的齿顶高的中央形成一凹陷4。

通过为使齿条牙齿升高到预定高度而增加成形的循环数，偏移 便在减小间隙3的方向上进行。由于此时芯棒的材料支承面是一个 完全平的表面，在成形轧辊齿形的齿顶高上力的作用点与各芯棒端 之间的距离小，因而就需要相当多的成形循环直到获得最后的形状 (图7B)。同时，对材料外周的偏移(b)增加，而一个很大的力与夹紧 力反向地作用在材料外周上。当在齿条成形加工之后将材料的外周 抛光到正确的圆形时就要将对着材料外周的偏移量切削掉，因此导 致材料的浪费。

本发明的一个目的是提供一种可以克服上述已有技术中的固 有缺点的齿条加工装置。采用这种装置加工的齿条可以用相当小的 成形力和产生较少的毛边，不降低加工效率，即不增加材料的成形 循环(周期)的情况下制成。

按照本发明的一种加工具有沿侧表面形成的齿条牙齿的汽车 转向齿条的装置，其中包括：夹持一空心管状齿条坯料的坯料夹紧 装置；在所述坯料夹紧装置所支承的齿条坯料的中空内部插入芯棒 的芯棒设定装置；圆周面上设有齿条齿形的、以可沿齿条坯料自由 旋转地被支承的成形轧辊；以及使齿条坯料和成形轧辊沿成形轧辊 的切线方向相对运动以在齿条坯料上轧制齿条齿形的轧辊相对移 动装置；所述芯棒在其横截面廓形上具有一个对齿条坯料齿形成预 定部位通过空隙而隔开的加工支承面，所述加工支承面为中凸状； 该中凸状的加工支承面的中凸状是这样形成，即将芯棒的正圆形圆 周面的局部倒角而形成与所述轧辊的切线方向平行的中央平坦面 以及将芯棒的正圆形圆周面的上述倒角的剩余部分从该平坦面的 两端部起向两外侧的斜下方再倒角形成两侧的锥面。

按照本发明，齿条牙齿可以通过使齿条坯料与成形轧辊在成形 轧辊取向的切线方向上产生相互运动而在齿条坯料上形成。当成形 轧辊挤压齿条坯料和使齿条坯料在成形轧辊上沿其切线方向运动 时，成形轧辊通过在使齿条坯料挤入到成形轧辊的齿条齿形上时出 现的切向力而转动。

在成形轧辊和齿条坯料之间的轴线间距因为在成形轧辊和齿 条坯料之间每一预定数目的运动循环(例如每个循环)而可以被减 少。这样，在每个循环的运动过程中成形轧辊更多地楔入材料内， 使其能在每个循环不需要很大的力，甚至，可用相当小的力就可成 形齿条牙齿。另外，这样成形的齿条牙齿无毛边，并且齿条牙齿呈 现极好的机械强度。

另外，芯棒的横截面轮廓具有一个与齿条坯料的齿条牙齿成形 部分间隔并被抬高的材料支承面(见图6A和6B)。这样，假设材料 支承面具有与已有技术中同样的高度，则厚度偏移向着与芯棒的间 隙很容易地进行，因此，在该材料支承面中央的材料变形很快被限 制(图6A)。这样，便同样较快地引起材料齿条牙齿的升高，使其能 以更高的加工效率成形齿条牙齿。

再则，由于芯棒的材料支承表面被升高，对着材料外周较小的 厚度偏移发生在成形加工的最后阶段(图6B)，而且材料的屈服强度 相应地增加。此外，由于与夹紧力反向作用在材料外周上的力较 小，就能加工出具有高度精确圆度的齿条。

从下面所给出的详细说明及本发明一些较佳实施例的附图中 会更充分地理解本发明，其中，

图1是用于实现本发明方法的一实施例的齿条加工装置的正 视图；

图2是图1装置的侧视图；

图3A是沿图2的线III-III所取的详细的部分立体视图；

图3是齿条坯料和在夹紧件中的芯棒的放大比例的剖视图；

图4是芯棒插入齿条坯料状态的剖视图；

图5是齿条的立体视图；

图6A和6B是说明按本发明在齿条坯料上进行齿条牙齿加工 过程的示意剖视图；

图7A和7B是说明已有技术中在齿条坯料上进行齿条牙齿加 工过程的示意剖视图。

按本发明，如图5所示，齿条10是从一空心的管状齿条坯料 11加工得到，它具有多个对在材料11外周一平表面轴向方向横向 形成的齿条牙齿12。

齿条10是用如图1至4所示的齿条加工装置20加工的。图示 的装置20包括底座21、材料夹具22、芯棒调节器23、成形轧辊 驱动件24和一齿深控制器25。在此装置中，当芯棒26被插入齿 条坯料11内时，使齿条坯料11和成形轧辊27在成形轧辊27的切 线方向上进行来回运动，从而将齿条坯料11加工出齿条牙齿12。

现将齿条加工装置20的各部分结构说明如下。

(A)底座21(图1和2)。底座21通过4个角支柱31支撑一个顶 板32。

(B)材料夹具22(图1至4)。材料夹具22有一夹紧座42，它可 以沿着一个被固定在支柱31上的夹紧座导轨41被导引。夹紧座42 有一个凹槽43，在凹槽内设置一对即左、右夹紧件44和45，用 于将齿条坯料11支承在它们之间。

夹紧件44和45可在夹紧座42的凹槽43内左右移动。一夹紧 缸46这样设置即使它夹紧座42的下侧成一整体。与夹紧缸46的 活塞杆相连结的夹紧凸轮47有一楔形凸轮面，它使一侧紧靠啮合 在左夹紧件44的凸轮面上。

这样，靠夹紧缸46使夹紧凸轮47向上运动时，左夹紧件44 便向右运动。因此，齿条坯料11被夹持在左、右夹紧件44和45 之间以便为在齿条坯料11上进行齿条成形加工作好准备。当在齿 条坯料11上齿条成形加工完成后，夹紧缸46便使夹紧凸轮47下 降。因此，设置在两夹紧件44和45之间的一个弹簧(未图示)使左 夹紧件44回复到初始位置，由此在两夹紧件44和45之间的齿条 坯料11的夹持便松开。

两夹紧件44和45，如图3A、3B和4所示，每一个都有一 下表面夹紧部分48和一上表面夹紧部分49。下表面夹紧部分48 是设在夹紧件44和45的整个长度上，并且它们的夹紧表面基本上 具有与管状齿条坯料11外周互补配合的形状，以使它们可以夹紧 齿条坯料11的下半部及在水平中心线11A之上的一部分。上表面 夹紧部分49是设置在夹紧件44和45的前、后端部分以保证齿条 坯料11可靠的夹持。它们的夹紧表面有一个与管状齿条坯料11外 周基本互补配合的形状，因此它们可以夹紧齿条坯料的上半部。左 夹紧件44和右夹紧件45的上、下夹紧部分49和48通过在它们之 间留有不大的间隙g(见图3B)而可以固定被夹紧的齿条坯料11。

在图4中的标号50表示一个用于将被夹在两夹紧件44和45 之间的齿条坯料11定位在纵向的一个固定位置内的止挡件。

夹紧座导轨41与夹紧座42，夹紧凸轮47与夹紧座42，以及 左夹紧件44与夹紧座42分别通过槽51A(未图示)、52A、53A与 凸块51B、52B、53B(未图示)间的结合相互联结以使它们可以被 导引只在一个方向上运动。

(C)芯棒件调节器23(图1至4)

芯棒调节器23具有一个设置在夹紧座42的后表面上的工作缸 支架61和一个安装在工作缸支架61上的芯棒工作缸62。芯棒安 装支架63固定在芯棒工作缸62的活塞杆上，而上述芯棒26安装 在芯棒支架63上。两支架导杆64设在工作缸支架61与夹紧座42 之间用于导向芯棒安装支架63。

这样，当芯棒工作缸62使芯棒安装支架63前进时，芯棒26 便插进其在左、右夹紧件44和45间的材料插入位置，这样使芯棒 件26插入齿条坯料11中以准备在齿条坯料上进行齿条成形加工。 当对齿条坯料11的齿条成形加工结束时，芯棒工作缸62使芯棒安 装支架63退回。因此芯棒26便从管状齿材料11取出。

在此实施例中，芯棒每一次加工都插入一个预定位置。然而， 使芯棒持续地固定在一个预定位置上也是可以的。

(D)成形辊轧驱动装置(图1和2)

成形辊驱动装置24有一对，即左、右滚轧往复运动工作缸72、 72设置在悬挂于顶板32上的一工作缸支架71的相对侧。工作缸支 架71有一下侧面的侧导轨73，一滑动支架74沿着侧导轨被导引 作横向运动。滑动支架74支承一轧辊座75，上述的成形轧辊27 可转动地支承在轧辊座上。

这样，成形轧辊27连同其周边的齿条齿形被固定用于滚轧被 夹持在材料夹具22的两夹紧件44和45之间的齿条坯料11。通过 左、右轧辊往复运动的工作缸72的工作所产生的滑动支架74的横 向往复运动使成形轧辊在其切向方向上对齿条坯料11作相对运 动。

在此实施例中，工件缸支架固定在顶板上。然而还可以使工作 缸支架支承在顶板上以便绕其轴线旋转。采用这种布置，就可以加 工出一种具有相对齿条轴线倾斜的牙齿的斜齿齿条。

(E)齿深控制器25(图1和2)

齿深控制器25有一齿深控制凸轮82，它通过一设在底座21 顶上的凸轮导轨81为来回(前后)运动导引。被设在夹紧座42下侧 面上的从动部83有一个邻靠齿深控制凸轮82的楔形凸轮面的凸轮 面上较低的啮合面。由支承在底座21上的马达84驱动的丝杆85 与齿深控制凸轮82啮合。

在这种齿深控制器25中，由成形轧辊驱动装置24产生的成形 轧辊27每一次往复运动循环，丝杆85便旋转一预定角度以使齿深 控制凸轮82沿着凸轮导轨81产生一次恒定距离的前移运动。随着 齿深控制凸轮82的每一次前移运动，夹紧座42沿着夹紧座导轨41 上升。夹紧座42上升与成形轧辊27的往复运动同步，而对于成形 轧辊27对齿条坯料11的每一次摩擦运动，在齿条坯料11和成形 轧辊27之间的轴线距离便减小以逐渐增加齿条牙齿的齿深。

用在齿条加工装置20上的芯棒26有如图6A和6中所示的剖 面轮廓形状。如图所示，芯棒26有一个与齿条坯料11的一个齿条 牙齿成形部分分开的材料支承表面90，材料支承面90呈凸出的形 状。材料支承面90的凸出形状是由一中央的平表面91和两相对侧 锥形表面92、92相应地形成。

采用齿条加工装置20，齿条10按照下列工序加工。

首先，操作芯棒调节器23将芯棒插进左右夹紧件44和45之 间的材料插入位置内。

然后，将齿条坯料11定位在两夹紧件44和45间的材料插入 位置内，接着使芯棒26插进齿条坯料11内。此时，齿条坯料11 通过其端面进入与设置在夹紧座42上的止挡件50啮合而被定位在 其纵向的夹持位置上。随后通过操作夹具22将齿条坯料11夹紧在 两夹紧件44和45之间。

接着，通过操作齿深控制器25使夹紧座42调定到合适的升高 位置。然后，操作成形轧辊驱动装置24使成形轧辊27产生往复运 动。这样就使成形轧辊27在具有被芯棒26的材料支承面90支承 的背面或内表面的齿条坯料11上运动，同时成形轧辊的齿形楔入 材料11的外周。用这种方法，浅齿条牙齿12便通过冷加工成形。

随后，成形轧辊27相对齿条坯料11的每次滚轧循环在第4步 骤完成，而通过用齿深控制器25使夹紧座42向上移动使在齿条坯 料11和成形轧辊27之间的轴线间距减小。以这种方式，齿条牙齿 12的齿深逐渐增加，从而最终形成具有预定齿深的齿条牙齿12。

在成形步骤(第5步骤)完成后，通过操作芯棒调节器23移去芯 棒26，这样，通过夹具22的的夹紧件44和45松开齿条坯料11。

上述的实施例具有以下的有益效果。

首先，通过使齿条坯料11和成形轧辊27在成形轧辊27的切 线方向上产生相互的运动便可以将齿条坯料11加工出齿条牙齿 12。当成形轧辊27与齿条坯料11以受压接触方式固定时，由于齿 条坯料以切线方向经过成形轧辊的运动，成型轧辊通过切向力作用 转动而楔入齿条坯料11，因此齿条坯料11加工出齿条牙齿12。

成形轧辊27对于其相对齿条坯料11的每次上述相互间的运动 循环都可以使其相对齿条坯料11的轴线间距减小。这样成形轧辊 27对于每次相互间的运动循环楔入材料的量是很小的。因此，在一 次不需很大的力而只用较小力的情况下就可以成形齿条牙齿。另 外，在以这种方式成形的齿条牙齿12周围形成较少的毛边，并且 通过相互滚轧可以形成具有很高机械强度的齿条牙齿12。

其次，被插进齿条坯料11的芯棒26的截面廓形有与齿条坯料 11的齿条牙齿成形部分间隔的材料支承面90，从而使材料支承面 90凸起(图6A)。这样，在芯棒26的材料支承面的相对两端间的材 料内周的弧形长度(上侧)被增加，同时，在被夹紧的材料外表面与 各端的材料支承面间的间隙增大。这样，来自成形轧辊齿顶高侧的 作用力可以较容易地使材料侧面向芯棒偏移，并且材料变形可以较 快地被芯棒的材料支承面的扁平表面91所限制。这样，材料的齿 条牙齿高度可较快增加，从而可以提高加工效率。

再则，由于芯棒的材料支承面90是凸出的，作用在材料支承 面端部的成形轧辊的齿顶力矩就可以增大。这样，就可以有效地充 满在加工初始阶段在材料与芯棒之间的间隙101。换句话说，在加 工过程的最后阶段中，材料向其外周的偏移较小，因而材料的屈服 强度相应地提高。材料向其外周的较小偏移意味着作用在材料外周 上的夹紧力的反作用力较小，因而能形成具有较精确圆度的齿条。

虽然上面结合附图已对本发明的一个较佳实施例作了说明，但 是该实施例的具体结构丝毫不是限制性的，而在本发明的范围内可 对其设计结构的细节作出变动和改进。例如凸起的材料支承表面可 以是全部弧形而没有中央扁平表面。作为一个进一步的替代方案， 弧形表面可以设置在材料支承表面的中央扁平表面的相对侧上。作 为又一个的替代方案，还可以提供具有一中央突起的材料支承表 面。

此外，按照本发明，需要产生齿条坯料与成形轧辊的相对运 动。在上述实施例中，是用成形轧辊驱动装置24来使成形轧辊产 生往复运动。相反，还可以使齿条坯料作往复运动。

已如前面叙述中所表明的那样，本发明可提供这样一种方法， 这种方法可用比较小的力并和产生较少毛边的方式成形齿条牙 齿，并使齿条牙齿的深度在齿宽方向上相同。

因此尽管本发明是通过较佳实施例并参照附图已予以详细说 明，但并不意味着它们是对本发明的限制，并且在本发明的范围内 和不违背其精神实质的情况下可以作出种种变动和改进，而本发明 的范围是由以下的权利要求书所阐明的。