现有的关节组件通常包括一个球窝机构，它的多步制造过程包 括形成一个球状结构，形成一个窝状结构，然后将球状结构和窝状 结构组装在一起。球状结构通常是通过一个铸造工序或将球铸造到 轴杆或连杆上而形成的。窝状结构通常以所需的球状结构的几何形 状作为窝状结构几何形状的基础，通过单独的铸造工序制成。不幸 的是，多道工序通常会造成球与窝之间的配合不良。例如，球与窝 之间的尺寸偏差可能造成配合比所希望的更紧或更松。
因此，需要有一种改进的铸造技术以改善球与窝之间的配合， 避免因球与窝之间的尺寸偏差而引起的问题。相应地，如果能将关 节组件铸造到位，从而避免因球与窝间尺寸偏差所引发的问题，将 是很有利的。

本技术提供了一种将连接结构围绕关节结构铸造“到位”的系 统和方法。该技术使用一种有多个对中和封闭结构的铸造组件，将 连接结构封闭地对中于关节结构的周围。将要求的浇铸材料注入连 接结构和关节结构之间的合适位置以形成自公差配合，自保持，铸 造到位的关节组件。
一方面，本技术提供了一种形成机械关节的方法。该方法包括 将一个带轴杆的球活动地铸造在所需结构中以形成机械关节。该带 轴杆球构造成可与所需机械连接机构相耦合。
另一方面，本技术提供一种制造机械关节的铸造方法。该方法 包括将浇铸材料注入带轴杆的球和带轴杆的球的支承结构之间的腔 中。该方法还包括使带轴杆的球在材料中可活动地自公差配合。
另一方面，本技术提供一种关节系统。该系统包括一个关节支 承结构和一个布置在关节支承结构内的带轴杆的关节件，该系统还 包括一种理想材料，它在带轴杆的关节件周围铸造到位并保持在关 节支承结构的内部，其中，带轴杆的关节件活动地、自公差配合于 理想材料中。
另一方面，本技术提供一种球窝关节组件铸造系统，它包括一 种构造成能使球窝关节组件自公差配合和铸造到位的铸造组件。该 铸造组件包括一个容纳带轴杆关节件的轴杆容纳孔，一个第一对中 结构用于带轴杆关节件，一个第二对中结构用于布置在带轴杆关节 件周围的支承结构，和一个喷嘴用于注入所需成塑材料。
附图说明
本发明的上述及其他优点在阅读了下面的详细说明和参照各附 图后会更明晰，附图有：
图1是构造成用来形成铸造到位关节组件的示例性铸造装置的 剖面图；
图2是依照图1中所示铸造装置的示例性铸造工艺流程图；
图3是利用图1中所示铸造装置制造的铸造到位关节组件的剖 面图；
图4是铸造到位关节组件的正视图，它表明了图1中所示铸造 装置的对中机构在浇铸材料中造成的间隙；
图5是有浇铸材料内部保持特性的铸造到位关节组件的剖面 图；
图6是有内部保持特性和双端关节结构的铸造到位关节组件的 剖面图；和
图7是说明关节结构和铸造到位关节组件形成过程的示例性铸 造工艺流程图。

现在翻到附图并首先参见图1，图中给出了依照本技术构造的 一种铸造系统，它总体上用参考数10表示。铸造系统10包括注入 部件12和用来形成铸造到位关节组件16的固定部件14，它具备关 节件和浇铸材料之间的可活动自公差配合能力。铸造系统10可用来 在关节件周围和关节件和它的支承结构之间浇铸一种或多种材料(例 如，复合材料或多层)。铸造到位工艺可在现场或离开现场进行，以 便用新的或已有的关节件和它的支承结构来形成铸造到位关节组件 16。例如，系统10可应用于完全或部分组装好的或拆开的关节组件， 它们可能是待处理应用系统完全或部分整合在一起的或从其上拆卸 下来的。
如图1中所示，铸造系统10包括多个铸造浇铸腔和定向件，以 便将所需材料均匀地浇铸在关节件，如带轴杆的球18周围。虽然在 本技术范围内可以使用多种几何形状和连接结构，图1中所示带轴 杆的球18则有一个与螺栓22相连接的球件20。球件20可以是球形、 椭园形、销钉状的几何形状、凹窝结构、多个平坦表面形成的总体 球形件、或任何其他适合于关节件的几何形状。类似地，螺纹栓22 可以带有任何适用的连接机构，如螺纹齿、容纳销钉或螺柱的横向 容纳孔的横向容纳孔、第二球体或任何其他合适的结构。
如图中所示，注入和固定部件12和14构造成可将需要铸造的 几何形状封闭和对齐在球件20和14衬底组件24的周围，这里，衬 底组件24具有多种用于铸造就位关节组件16的连接结构和支承结 构。例如，衬底组件可以体现为对称布置在球件20周围的套圈。
注入部件12有一个将浇注材料28通过弧形模件30注入用的浇 注腔26。浇注材料28可以是任何合适的浇铸材料，如塑料或金属 物。例如，低摩阻材料可用来改善球件20和衬底组件24之间的支 承表面。注入部件12还有一个用来形成保持结构34的模件32，以 便将铸模结构90固定在球件20的周围，如图3中所示。模件32在 衬底组件24的外端面36处对称布置在衬底组件24的周围。或者， 铸造系统10也可以沿衬底组件24的内表面38配置一个内保持结构 (例如，见图5和6)。
注入部件12还具有延伸于弧形模件30和模件32之间的定向片 40。每个定向片40都有一个前边缘42，它构造成与衬底组件24的 外端面36相接触。由于注入和固定部件12和14是布置在带轴杆的 球18周围的，前边缘42在球件20周围与衬底组件24接触并对齐， 以确保均匀和正确对齐的铸造。可以使用任何合适数量的定向件40， 以方便对齐。例如，可以在浇注腔26的周围对称布置三个定向片40 (即，相隔120°)。相应地，如图1中所示，上方定向片40可以是 单个定向片，而下方定向片40可以是布置成相互隔开120°并与上 方定向片40也相隔120°的二个定向片。
固定部件14包括一个容纳带轴杆的球18的中央容纳孔44和一 个布置在容纳孔48内用来使衬底组件24和固定部件14之间连续密 封的装有弹簧的套圈46。布置在容纳孔48内的弹簧组件50为带弹 簧套圈46提供弹簧力。这里，套圈46可包括单个对称套圈，如环 形套圈。带弹簧套圈46也可适应衬底组件24或各种其他组件的尺 寸偏差或公差。带弹簧套圈46构造成在模件54邻近与衬底组件24 的外端面52接触，这里，模件54是为形成同保持结构34相对布置 的保持结构56而配置在固定部件14内的。如前所述，铸造系统10 或者也可以形成一个例如沿衬底组件24的内表面38的内保持结构。 固定部件14还有一个布置在模件54邻近的对齐结构58。对剂结构 58构造成在铸造期间与球件20相接触，并确保球件20在衬底组件 24和浇注材料28中的正确对齐。当浇注材料28的压力迫使球件20 靠紧对齐结构58时，对齐结构58还为浇注材料28形成一个封闭的 铸模几何形状。铸造系统10还可利用带轴杆的球18上的对齐套圈60 来便利球件20相对于衬底组件38和浇注材料28的对齐。
图2是依据图1中所示铸造系统10的铸造工艺流程图。铸造系 统10的运行由参见图1中所示的铸造组件，图2中所示的铸造流程， 和图3中所示铸造到位关节组件16而得到最好的说明。如前所述， 铸造系统10可用来铸造到位各种关节机构，包括球窝关节，铰链连 接，带多个接头的支承组合件，轴孔组合件，或任何其他需要的轴 孔或支承组合件。相应地，铸造系统10可以包括为具体的关节组件 配置铸模组件(图2的框62)。例如，弧形模件30，模件32，模件 54，和中央容纳孔44的几何形状是可以为球件20和螺纹栓22的几 何形状而选择或更改的。此外，上述模件32和54以及带弹簧套圈46 的定位也可以为带轴杆的球18和衬底组件24的特定几何形状而作 更改。如上所述，也可以为不同的关节结构或轴孔组合件而作进一 步的修改。选择，配置或设计好合适的铸模组件后，铸造系统10就 可开始将所需关节机构或轴孔组合件铸造就位的工序了。
铸造系统10的运行从为铸造工序选择和准备浇铸材料开始(图 2的框64)。浇铸材料可以是塑料，金属，或任何其他合适材料。浇 铸材料的准备可包括多个工序，如配料的混合，材料的加热，和将 浇铸材料源与注入部分12的浇注腔26连接起来。在这个示例性铸 造系统实施方案10中，可加热球窝关节以形成球关节与衬底组件间 的温度差(框66)。例如，球关节可加热至300°F，而衬底组件则 保持为室温(例如，70°F)。以后将说明，这个温度差有利于球关 节至衬底组件的热传导，因而防止了浇铸材料在球关节表面上的收 缩和粘附。应指出的是，浇铸材料既可以不同于构成衬底或球的材 料，也可以是用相同材料制成的。
选择并准备好浇铸材料(框64)和将球窝关节充分加热(框66) 后，球窝关节被插入铸模组件的容纳孔中(框68)。例如，如图1 中所示，带轴杆的球18的螺纹栓22被插入至铸模组件固定部件14 的中央容纳孔44中。随后，衬底组件被放置到邻近铸模组件的球窝 关节的周围(框70)。例如，如图1中所示，衬底组件24可布置在 球件20的周围并定位于邻近固定部件14的带弹簧套圈46。衬底组 件也可取诸如对称或环形衬底组件的整体结构形式，或者，它也可 以是由多个衬底在球窝关节周围形成的封闭体。下一步，铸造系统 10将铸模组件围绕衬底组件和球窝关节封闭起来(框70)。例如， 如图1中所示，注入和固定部件12和14可相互靠拢并紧靠衬底组 件24的外端面36和52就位，为浇注材料28通过注入部件12的浇 注腔26注入提供一个密封的内部铸造腔。
随后，衬底组件相对于球窝关节对中，以确保所需的铸模厚度 和衬底组件对于球窝关节的定向(框72)。例如，如图1中所示， 定向片40与衬底组件24的外端面36相互作用以方便衬底组件24 的理想定位。带弹簧套圈46可适应衬底组件24和铸造系统10的其 他部件中的尺寸偏差，以确保铸模组件和衬底组件之间的连续密封。 此外，适配于容纳孔44内的对齐套圈60，和对齐结构58确保了带 轴杆的球18和球件20的正确对齐。注入和固定部件12和14也可 连接起来以确保与上述对齐机构共同保持球件20和衬底组件24之 间的全面对齐。
下一步，铸造系统10将浇铸材料浇注在球窝关节的周围(框 76)。例如，浇注材料28可以通过浇注腔26而注入衬底组件24和 球件20之间的铸造腔中。如图1中所示，浇注材料28是朝布置在 固定部件14的中央容纳孔44中的螺纹柱22相对一侧的球件20注 入的。当浇注材料28将球件20推向紧靠对齐结构58时，它也有助 于对齐。浇注材料28的压力最好迫使球件20靠紧表面58，因而自 动地封闭了铸造腔。或者，也可以在注入浇注材料之前将带轴杆的 球18拖入中央容纳孔44中，以方便对齐于对齐结构58。无论是那 种情况，铸造系统10在铸模浇注期间都保持对中，以形成均匀的浇 铸厚度(框78)。浇铸材料被注入浇铸腔中，直至整个浇铸腔被注 满，这可用容积或压力传感器来确定。如需要，铸造系统10可撤回 对中机构，以在球窝关节的周围充分注满浇铸材料(框80)。例如， 可以将图1中所示的定向片40从衬底组件24中退出，使浇铸材料 填满因定向片40而造成的空隙(例如，图4中所示的空隙)。
随后，浇铸材料可在衬底组件和球窝关节之间固化(框80)。 例如，浇铸材料可在室温下固化，也可对结构应用冷却剂或较冷的 环境以加速冷却，或利用铸造系统10范围内的任何其他固化工序。 还应指出的是，如前所述，球窝关节和衬底组件间的温度差可促进 浇铸材料的固化。例如，加热球窝关节可确保浇铸材料从衬底组件 朝球窝关节方向向内固化，从而形成防止浇铸材料在球窝关节上收 缩并粘附的隔层结构。这样，衬底组件对加热的球窝关节来说实际 上起着吸热的作用。因此，本技术有助于减少浇铸材料的收缩，并 且控制了浇铸材料和球窝关节之间的配合紧密度。其结果是诸如图 3中所示铸造就位关节组件16之类的自公差配合的铸造就位的关节 组件。
随后，铸造系统10开始将铸造就位的球窝关节从铸模组件上取 出的工序(框80)。铸造就位的球窝关节还可进一步修正或精加工， 或者，也可直接将它组合到所需的组件中(框86)。例如，铸造就 位的球窝关节可组合到车辆悬挂系统或任何其他活动关节应用系 统。
如图3中所示铸造就位关节组件16包括由铸造系统10形成的 一体化铸造连接结构88。如图所示，一体化铸造连接结构88包括 在铸模结构90内铸成并被其保持的衬底组件24，这里，铸模结构90 可以取在球件20周围基本上对称或均匀铸造就位的壳件形状。如前 所述，定向片40和对齐结构58确保球件20是在衬底组件24内对 中的，以形成球件20周围的基本对称或均匀铸造就位的结构(即， 铸造结构90)。铸造结构90也可能会有因注入部件12的定向片40 而造成的空隙。在铸造就位关节组件16的正视图中，图4示出了对 应于相隔120°对称布置的三个定向片92的此类空隙。铸造就位关 节组件16还可包括一个与螺纹栓22耦合的横向连接件94，如图4 中所示。但是，如上所述带轴杆的球可以有任何需要的连接机构和 球窝关节几何形状。铸造结构90的衬底组件24和保持机构也可随 所需要的应用和关节件的型式而变，可以是球，销钉，支承组件， 或任何其他所需结构。
铸造结构90也可包含一种或多种材料，它们被浇铸到球件20 上成为复合铸件或多层铸件。例如，铸模结构90可经多道浇铸工序 成形，这些工序逐步形成低摩阻材料层，耐热材料层，防腐蚀材料 层，不透水材料层，耐用材料层和各种其他功能的材料层。随后， 最后的浇铸层应将球件20固定，或自保持，在衬底组件24中。
在图1，3和4中所示的实施方案中，铸造就位的关节组件16 具有布置在衬底组件24外端面36和52处的保持结构32和56。图 5和6中给出了可供选择的其他实施方案。如图5和6中所示，衬 底组件24包括一个用来将铸造结构90相对于衬底组件24固定到位 的内部保持腔96。如图6所示，铸造就位关节组件16也可形成为双 端都带轴杆的球18。例如，带轴杆的球18可以在球件20的两侧都 有螺纹栓22。相应地，可修改注入和固定部件12和14以容纳另一 个螺栓22。例如，对图6中所示的二个螺纹栓22都可利用图1中所 示的固定部件14，而注入部件则可结合在二个固定部件14中的一 个内，或结合在衬底组件24内。不论是那一种情况，铸造结构90 都是在球体20周围铸造就位，以形成铸造就位的关节组件16的。
参照图7，即说明依照本技术的某些方面制造铸造就位关节组 件16的流程图，可对铸造系统10作进一步的说明。如图所示，铸 造过程大体上是用二道工序形成铸造就位关节组件16，起始工序(框 98)包括球柱的形成和铸造就位的球窝关节的形成。在工序100中， 铸造系统10进入到构造球栓浇铸组件(框102)，该组件随后被用 来将制球材料104浇注到轴杆106上以形成球柱(框108)。轴杆106 可包含任何需要的材料和连接结构，例如金属螺栓。类似地，制球 材料104可包括任何合适的材料，如金属，陶瓷，塑料，或任何其 他适用的材料或材料组合。球柱浇铸组件可构造成制造圆球，多面 球，椭圆球，拉长的球或销钉，凹窝结构，或任何合适结构。相应 地，铸造系统10随后进入工序110，形成铸造就位球窝关节。工序 110可以类似于图2中所示的程序进行。如图所示，工序110形成容 纳孔铸模组件(框112)，例如图1中所示的注入和固定部件12和14。 然后，将球柱放置到容纳孔铸模组件中(框114)。还提供了衬底/连 接件116和容纳孔材料118，以便与球柱一起铸造。然后，工序110 同时将容纳孔材料浇铸到球柱上和衬底/连接件内(框120)。此后， 将容纳孔铸模组件分开，以得到铸造就位的球窝关节(框122)。
本发明可容许各种修改和不同形式，而在附图中以及详细说明 的只是作为示例的若干具体实施方案。但是，应理解的是，本发明 并不局限于所公开的各种具体形式。相反，本发明涵盖了由下面所 附权利要求书所限定的属于本发明精神和范围之内的全部变更、等 同物和替换物。