專利名稱：復(fù)合式轉(zhuǎn)向齒條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器所用的轉(zhuǎn)向齒條，尤其涉及通過將管狀構(gòu)件附連于帶齒構(gòu)件上而制造的此類齒條。
背景技術(shù)：
大多數(shù)車輛轉(zhuǎn)向齒條由圓形實(shí)心棒材原料制造，其中帶齒區(qū)域靠近一端跨過棒材拉削而成。這樣就導(dǎo)致帶齒區(qū)域的橫截面具有“D”形，因此這些齒條通常被稱作“D-齒條”。此類拉削D-齒條的帶齒區(qū)域抗彎強(qiáng)度顯著地比從其延伸的圓形實(shí)心桿小。然而，為了將轉(zhuǎn)向齒條的重量減至最小，最好是帶齒區(qū)域和桿具有類似的抗彎強(qiáng)度。這個問題的一種常見方法是在桿的大部分長度上進(jìn)行槍孔鉆從而產(chǎn)生基本上為管狀的桿。然而，深鉆孔的缺點(diǎn)是浪費(fèi)材料并且是一種比較成本昂貴的過程。
一種由圓形實(shí)心棒材原料制造轉(zhuǎn)向齒條的替代方法是鍛造帶齒區(qū)域。美國專利4,571,982(Bishop)和5,862,701(Bishop等人)公開了用于將帶齒區(qū)域溫鍛成網(wǎng)狀的模具設(shè)備?！熬W(wǎng)狀”意思指鍛造的齒條齒在鍛造之后并不需要更進(jìn)一步的機(jī)加工。鍛造的一個優(yōu)點(diǎn)是可以使得齒條齒的形狀適于具有可變傳動比。通過這類模具鍛造的齒條的帶齒區(qū)域的橫截面具有“Y”形狀并且此類齒條通常被稱作“Y-齒條”。鍛造的Y-齒條的帶齒區(qū)域比由同一直徑實(shí)心棒材拉削的D-齒條的帶齒區(qū)域具有更大的抗彎強(qiáng)度，因而Y-齒條能夠由較小直徑棒材鍛造而同時保持總體抗彎強(qiáng)度。然而，Y-齒條的桿通常仍然進(jìn)行槍孔鉆以便進(jìn)一步減輕重量。
已經(jīng)做出了許多嘗試來通過由毛管料制造空心轉(zhuǎn)向齒條而進(jìn)一步減輕重量。一種用于小批生產(chǎn)的此類方法公開于美國專利4,598,451(Takanosuke)中，其中一組芯軸穿過扁平的管以便逐漸地填充外部齒模。這種方法成本昂貴并且費(fèi)時間，因此并不適合于高批量生產(chǎn)。此外，能夠生產(chǎn)的齒的尺寸受到管的壁厚的限制，因而這種方法并不適合于生產(chǎn)帶有可變比率的齒。
“復(fù)合式齒條”被定義為通過將兩個或更多構(gòu)件互相連接起來而制得的齒條。通常，復(fù)合式齒條通過將由管制成的桿連接到短實(shí)心齒條構(gòu)件上而制得。此類復(fù)合式齒條具有重量減輕的優(yōu)點(diǎn)，而不會有將齒條齒形成于管上的缺陷。在小批生產(chǎn)中已經(jīng)提出或使用了各種復(fù)合式齒條制造方法。例如，一種復(fù)合式轉(zhuǎn)向齒條已經(jīng)用于Honda“Odyssey”車輛中。通常，這種齒條通過將管狀桿焊接到短實(shí)心鍛造D-齒條上而制得。通常，用于液壓動力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條具有外部周邊凹槽，該凹槽大約沿著桿的中間位置用于定位液壓活塞。這種Honda“Odyssey”齒條的一缺點(diǎn)是，由于管狀桿沿著其長度具有恒定的壁厚，所以壁必須足夠厚以便將該凹槽機(jī)加工于其外徑上而不會削弱齒條。管的壁還必須足夠厚以便在一端機(jī)加工內(nèi)螺紋以便附連轉(zhuǎn)向橫拉桿端部。這些對壁厚的局部限制意味著具有壁厚恒定的管狀桿的復(fù)合式齒條不能充分利用復(fù)合式齒條的重量減輕可能性。
本發(fā)明設(shè)法改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的至少某些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明包括用于車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條，包括具有帶齒區(qū)域的第一構(gòu)件，其附連于管狀第二構(gòu)件上，其特征在于所述第二構(gòu)件具有至少一個通過鐓鍛操作而形成的壁厚增加并且孔徑減小的區(qū)域。
優(yōu)選地，所述壁厚增加的區(qū)域和所述第二構(gòu)件的與其直接相鄰的部分具有基本上相同的外徑。
優(yōu)選地，所述壁厚增加的區(qū)域具有外部的周邊槽。
優(yōu)選地，所述鐓鍛操作在所述第一和第二構(gòu)件互相附連之前進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述第一和第二構(gòu)件通過焊接操作互相附連。
優(yōu)選地，所述第一構(gòu)件基本上為實(shí)心。
優(yōu)選地，所述帶齒區(qū)域為無焰暖鍛造而成。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明包括制造用于車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條的方法，包括以下步驟(i)鍛造毛坯以便形成具有帶齒區(qū)域的第一構(gòu)件；以及(ii)通過焊接操作將所述第一構(gòu)件附連于管狀第二構(gòu)件上；
其特征在于所述第二構(gòu)件通過在管上進(jìn)行鐓鍛操作以便使得所述第二構(gòu)件具有至少一個壁厚增加并且孔徑減小的區(qū)域而制造。
優(yōu)選地，所述鐓鍛操作并不顯著改變所述管的外徑。
優(yōu)選地，在所述鐓鍛操作之后，在所述壁厚增加的區(qū)域的外徑中機(jī)加工出周邊槽。
優(yōu)選地，所述鍛造包括無焰溫鍛。
優(yōu)選地，在步驟(ii)之前，對所述第一構(gòu)件的端部進(jìn)行精加工。
優(yōu)選地，在步驟(ii)之前，對所述帶齒區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)硬化。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式轉(zhuǎn)向齒條的透視圖。
圖2是圖1中所示的齒條的鍛造齒條齒構(gòu)件的剖視圖。
圖3是穿過圖2中所示的鍛造齒條齒構(gòu)件的III-III的剖面圖。
圖4是圖1中所示的齒條的管狀桿構(gòu)件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式轉(zhuǎn)向齒條1，包括鍛造齒條齒構(gòu)件2和管狀桿構(gòu)件3。齒構(gòu)件2具有沿其大部分長度的帶齒區(qū)域4、帶有用于附連拉桿的內(nèi)螺紋的轉(zhuǎn)向橫拉桿端部5和位于其相對端部處的接頭端6。
齒構(gòu)件2在類似于美國專利4,571,982(Bishop)和5,862,701(Bishop等人)中所公開的模具設(shè)備中由實(shí)心圓柱形毛坯無焰溫鍛而成。帶齒區(qū)域4被鍛造成網(wǎng)狀并且其上的齒并不需要更進(jìn)一步機(jī)加工。帶齒區(qū)域4的橫截面具有如圖3中所示的“Y”形。一旦齒構(gòu)件2已經(jīng)過溫鍛之后，就隨后對帶齒區(qū)域4進(jìn)行感應(yīng)硬化。齒構(gòu)件2的端部保留軟性以便允許進(jìn)行機(jī)加工從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向橫拉桿端部5和接頭端6，如圖2中所示。接頭端6被機(jī)加工成具有突出的環(huán)狀形式，其內(nèi)外徑類似于管狀桿構(gòu)件3的接頭端7。放氣口9穿過端部6鉆成以便為空氣通過管狀桿構(gòu)件3的孔提供排放通路。
管狀桿構(gòu)件3由一段具有恒定直徑和壁厚的管(未示出)制造。參看圖4，管狀桿構(gòu)件3沿著其除了區(qū)域10和12以外的長度具有與管相同的恒定壁厚和外徑，而區(qū)域10和12具有通過局部鐓鍛操作形成的增加壁厚和減小孔徑。增厚區(qū)域12具有增加的壁厚13和用于定位液壓活塞(未示出)的機(jī)加工于其外徑上的周邊槽14。增厚區(qū)域12的外徑基本上未受到鐓鍛操作改變，因此增厚區(qū)域12的外徑和管狀桿構(gòu)件3與其直接相鄰的部分21基本上相同。由于周邊槽14位于壁厚增加的區(qū)域中，所以其并不削弱管狀桿構(gòu)件3。
增厚區(qū)域10位于管狀桿構(gòu)件3的一端并且具有機(jī)加工于其中的用于附連拉桿端的內(nèi)螺紋8。與增厚區(qū)域12不同，增厚區(qū)域10的外徑通過鐓鍛操作而減小。
通過鐓鍛操作提供的這種局部增厚無疑地容許管狀桿構(gòu)件3可由比否則如果管狀桿構(gòu)件具有恒定壁厚的情況下所需的壁管更薄的壁管制造。例如，根據(jù)本發(fā)明，可以通過鐓鍛壁厚大約為4mm的管而制造桿外徑大約為26mm的齒條?？梢詫@種管進(jìn)行鐓鍛以便在增厚區(qū)域12中增加壁厚至例如大約5.5mm，從而在凹槽14經(jīng)過機(jī)加工之后提供足夠的強(qiáng)度。在不經(jīng)過鐓鍛的情況下由管制造的桿沿著其長度將需要至少5.5mm的壁厚以便在凹槽14的區(qū)域處提供相同的強(qiáng)度，因此例如齒條之類將會比根據(jù)本發(fā)明制造的齒條重得多。
鐓鍛操作可以通過局部地加熱管然后沿軸向壓縮其同時利用輥?zhàn)又愊拗乒艿耐鈴蕉鴪?zhí)行。通過限制外徑，管被向內(nèi)鐓鍛從而在區(qū)域10和12處增加壁厚并減小孔徑。
在齒構(gòu)件2和管狀桿構(gòu)件3按照上述方式制造之后，它們被通過焊接操作互相附連。齒構(gòu)件2的接頭端6優(yōu)選地通過磁吹、摩擦或激光焊接方法被焊在管狀桿構(gòu)件3的接頭端7上。一旦焊接已經(jīng)進(jìn)行之后，可以按照常規(guī)方式除去外部的過多焊縫。然后可對焊接進(jìn)行應(yīng)力消除操作。焊接的完整性可以通過裂紋探測操作來檢查。在焊接之后，可以將管狀桿構(gòu)件3感應(yīng)硬化與研磨至最終尺寸。
為了將焊接操作期間的彎曲和錯位情況減至最小，齒構(gòu)件和管狀桿構(gòu)件被夾緊在夾具中，并且焊接操作完全自動進(jìn)行。焊接可以控制于一定范圍內(nèi)以便使得并不需要隨后進(jìn)行矯直操作。
盡管如上所述的實(shí)施例使用了“Y”形齒構(gòu)件，但應(yīng)當(dāng)清楚可以使用其它形式的齒構(gòu)件，如“D”形齒構(gòu)件。還應(yīng)當(dāng)理解，齒構(gòu)件可以通過切削加工如拉削而非鍛造來制造。此外，齒構(gòu)件的齒可具有恒定比率或者可變比率形式。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條，包括具有帶齒區(qū)域的第一構(gòu)件，其附連于管狀第二構(gòu)件上，其特征在于，所述第二構(gòu)件具有至少一個通過鐓鍛操作而形成的壁厚增加并且孔徑減小的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述壁厚增加的區(qū)域和所述第二構(gòu)件的與其直接相鄰的部分具有基本上相同的外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述壁厚增加的區(qū)域具有外部的周邊槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述鐓鍛操作在所述第一和第二構(gòu)件互相附連之前進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述第一和第二構(gòu)件通過焊接操作互相附連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述第一構(gòu)件基本上為實(shí)心。
7根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向齒條，其中所述帶齒區(qū)域為無焰暖鍛造而成。
8.一種制造用于車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條的方法，包括以下步驟(i)鍛造毛坯以便形成具有帶齒區(qū)域的第一構(gòu)件；以及(ii)通過焊接操作將所述第一構(gòu)件附連于管狀第二構(gòu)件上；其特征在于，所述第二構(gòu)件通過在管上進(jìn)行鐓鍛操作以便使得所述第二構(gòu)件具有至少一個壁厚增加并且孔徑減小的區(qū)域而制造。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造轉(zhuǎn)向齒條的方法，其中所述鐓鍛操作并不顯著改變所述管的外徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造轉(zhuǎn)向齒條的方法，其中在所述鐓鍛操作之后，在所述壁厚增加的區(qū)域的外徑中機(jī)加工出周邊槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造轉(zhuǎn)向齒條的方法，其中所述鍛造包括無焰溫鍛。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造轉(zhuǎn)向齒條的方法，其中在步驟(ii)之前，對所述第一構(gòu)件的端部進(jìn)行精加工。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造轉(zhuǎn)向齒條的方法，其中在步驟(ii)之前，對所述帶齒區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)硬化。
全文摘要
一種用于車輛齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒條及其制造方法。轉(zhuǎn)向齒條包括具有帶齒區(qū)域的第一構(gòu)件，其附連于管狀第二構(gòu)件上。第二構(gòu)件具有至少一個由鐓鍛操作形成的壁厚增加并且孔徑減小的區(qū)域。
文檔編號B21K1/76GK1856377SQ200480027595
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者K·J·羅斯基 申請人:畢曉普創(chuàng)新有限公司