專利名稱：用于制造轉(zhuǎn)向齒條的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車的轉(zhuǎn)向齒條及其制造。
背景技術(shù)：
大部分的轉(zhuǎn)向齒條是用柱狀鋼棒制造的，從靠近該柱狀鋼棒的一端切削齒，帶齒部分大約為鋼棒長度的四分之一。這種制造齒條技術(shù)的缺點在美國專利第4,715,210和4,571,982號中進行了描述，這兩個專利分別描述了通過在一種通常稱作“Y”型模具的多元件模具中進行鍛造來制造轉(zhuǎn)向齒條的方法和裝置，在這種Y型模具中，模具的成形元件朝齒條中心線匯攏，以保證成形壓力最大、產(chǎn)生的“毛刺”最小。這種技術(shù)特別適用于制造帶齒部分具有類似于大寫字母“Y”的唯一橫斷面形狀的齒條，它的最大優(yōu)點在美國專利第4,116,085號中已有描述。
用美國專利第4,571,982所記載的裝置制造的齒條，其彎曲和疲勞強度優(yōu)于用同樣直徑柱狀棒毛坯制造的齒條，并且正如美國專利第3,753,378所披露的此鍛造過程中，無論是恒定傳動比的齒形還是可變傳動比的齒形部都可以得到?？勺儌鲃颖鹊淖兓€沿齒條的軸向光滑變化，因此，不能進行精確地拉削或磨削加工，而且除了鍛造外，其它方法例如用化學(xué)或放電機加工方法不能進行經(jīng)濟地生產(chǎn)。
自1983年以來，齒條一直是用美國專利4,571,982所描述的“溫鍛”技術(shù)進行生產(chǎn)。所用模具的特點是，模腔體積與坯料的體積緊密匹配，以便產(chǎn)生的“毛刺”最小。雖然宣稱獲得的好處是提高了主軸周圍的疲勞和彎曲強度、產(chǎn)品平直度好、降低了生產(chǎn)費用并且能生產(chǎn)出可變傳動比的齒形，但是，生產(chǎn)經(jīng)濟證明其缺點集中在現(xiàn)行Y型模具的設(shè)計中。
現(xiàn)有的Y型模具的主要缺陷是不能獨立地控制鍛造和夾持負載。在這種現(xiàn)有技術(shù)的模具中，上部模件(控制鍛造負載)和上部夾具(控制夾持負載)都固定在一塊板上，并且，借兩個彈簧垂直向下預(yù)加負載。此板可在上部臺板上垂直滑動，因此上部模件和上部夾具不可能進行獨立運動。上部模件用來容納齒條Y型橫截面桿中向上突起的成形金屬，并且實際中發(fā)現(xiàn)，為了適應(yīng)齒條坯的直徑公差，上部模件也有某種程度的變化(但很輕微)。結(jié)果導(dǎo)致安裝有上部模件和上部夾具的板也需要有某種程度的變化，由此，導(dǎo)致夾持負載的可變性。
此外，分布在板上的不均勻負載會引起臨接齒條帶齒部分的板側(cè)面相對上部夾具的支撐側(cè)面垂直向上翹曲，有將上部和下部夾具撬開的傾向。這樣，導(dǎo)致夾持力損失，附帶地引起模具本身的壓力受損，繼而使齒的充填(fill)質(zhì)量變劣，并使金屬坯沿軸向從夾具之間擠出。板相對向上的翹曲會進一步導(dǎo)致分布在模腔中的軸向壓力不均，經(jīng)常需要多次反復(fù)地調(diào)整上部模件的尺寸才能獲得滿意的齒充填和Y型橫斷面，這一過程必須在每次變換加工工具之后進行，結(jié)果，既費時，又不適用于需要迅速變換加工工具的大批量生產(chǎn)的環(huán)境。
進一步，上述板的不均勻翹曲會導(dǎo)致鍛造的齒條平直度降低，表現(xiàn)在帶齒部分與柱狀部分之間的過渡區(qū)彎曲。
Y型模具的現(xiàn)有設(shè)計的其它缺點是利用機械式彈簧控制鍛造力和夾持力。如美國專利4,571,982所描述的螺旋形彈簧很難裝配，由于這種原因，至今在生產(chǎn)Y型模具中一直使用機械梁式彈簧(beam spring)。然而，上述的這種機械式彈簧(無論是螺旋式或梁式彈簧)的彈簧預(yù)載力均不易變化，但因磨損而需要使用中進行變化，因此使生產(chǎn)過程出現(xiàn)易變性并由于機械預(yù)載力的損失使這些彈簧疲勞失效可能性增加。并且，不同尺寸的齒條需要不同的最大彈簧負載和/或彈簧剛度。而這些參數(shù)在生產(chǎn)環(huán)境中也是不易改變的。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中Y型模具的缺點，而提供一種用于制造具有美國專利4,571,982中所描述的形狀的鋼齒條。本發(fā)明的重要特征是提供對夾持力、鍛造力和壓力的分開控制。這種夾持機能與鍛造機能的分開，能夠隨著齒填充的改進及齒條平直的提高而使每根齒條最佳化。進一步，上部模件及上、下夾具從模具完全閉合時所處位置的返回可獨立控制和定時，以便釋放與其它模具接觸的鍛造齒條，避免了齒條的重大破壞和不對中。本發(fā)明還能在不拆除模具的情況下，使快速微調(diào)或重新設(shè)置鍛造參數(shù)成為可能，由此，可快速變換加工工具，并使所述模具適用于大量生產(chǎn)的環(huán)境。發(fā)明概述本發(fā)明一方面提供一種模具，用該模具使坯料通過鍛造加工成轉(zhuǎn)向齒條帶齒部分。該帶齒部分具有一個帶齒的面和至少兩個縱向延伸的導(dǎo)向面，所述模具包括第一、第二模構(gòu)件和由第一、第二、第三及第四成形元件組成的一個元件組，這些成形元件當(dāng)坯料放入模具中時可相對移動地聚攏于坯料上，第一成形元件是第二模構(gòu)件的一部分，并且其中一個面具有與所述齒形相對應(yīng)的形狀，第二和第三成形元件是第一模構(gòu)件的一部分，并且有適于加工帶齒部分縱向延伸的導(dǎo)向面的成形面，第四成形元件與第一偏壓裝置相連，在第二和第三成形元件之間相對于第一模構(gòu)件滑動，并且適于加工帶齒部分位于兩導(dǎo)向面之間并與齒相對的表面，所述第一偏壓裝置在鍛造期間允許第四成形元件在負載作用下離開坯料而運動，該模具還包括在鍛造期間縱向限制坯料的夾持系統(tǒng)，夾持系統(tǒng)包括在鍛造期間對坯料非加工面施加徑向負載的相對布置的第一和第二夾具，第一夾具與第二偏壓裝置相連，并可相對第一模構(gòu)件滑動，第二夾具與第三偏壓裝置相連，并可相對第二模構(gòu)件滑動，其特征是，第一偏壓裝置與第二偏壓裝置機械地分離。
第一、第二和第三偏壓裝置最好是液壓促動器。第三和第二偏壓裝置也可以液體連通。當(dāng)然，作為另外一種替換形式，第三偏壓裝置也可以是機械彈簧，在這種情況下，第二偏壓裝置與第三偏壓裝置不需要液體連通。
至少在一個液壓促動器中壓力作用的瞬間和大小最好是單獨控制的。也可以對任意一個或多個液壓促動器進行控制，使其作為第一和第二模構(gòu)件相對移動的函數(shù)。
至少一個液壓促動器最好由至少一個壓力溢流閥來控制。也可以在至少一個液壓促動器和它的相應(yīng)溢流閥之間的液體連接件上連接一個蓄能器。
模具最好還包括用于在鍛造期間縱向限制坯料的限制裝置，該限制裝置繞基本垂直于坯料的軸線可轉(zhuǎn)動地安裝著，并具有一個基本垂直于坯料縱軸線的表面，而且在模具閉合期間由一個夾緊裝置夾持在第二模構(gòu)件的固定止擋部分上。
本發(fā)明的另一方面，提供一種模具，用該模具使坯料通過鍛造加工成轉(zhuǎn)向齒條帶齒部分，該帶齒部分具有一帶齒的面和至少兩個縱向延伸的導(dǎo)向面，所述模具包括第一、第二模構(gòu)件和由第一、第二、第三及第四成形元件組成的一個元件組，這些成形元件在坯料放入模具中時可相對移動地聚攏于坯料上，第一成形元件是第二模構(gòu)件的一部分，并且其中一個面具有與所述齒形相對應(yīng)的形狀，第二和第三成形元件是第一模構(gòu)件的一部分，并具有適于加工帶齒部分縱向延伸的導(dǎo)向面的成形面，第四成形元件與第一液壓促動器相連，可在第二和第三成形元件之間相對于第一模構(gòu)件滑動，并且適于加工帶齒部分位于兩導(dǎo)向面之間并與齒相對的表面，第一液壓促動器在鍛造期間允許第四成形元件在負載作用下移開坯料而運動，其特征是，對于第一液壓促動器中壓力作用瞬間和大小進行控制。附圖的詳細描述為更好地理解本發(fā)明，以下參照附圖，借助于非限定的例子對用于實踐中的實施例進行詳述。其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明模具制作的齒條示意圖；圖2是圖1中A-A平面的齒條橫斷面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明模具的縱斷面圖；圖4是圖3中C-C平面的模具斷面圖；圖5是圖3中的D-D平面模具斷面圖；圖6、7和8示出了形成齒條Y型部分和齒的不同階段；圖9示出了作用在模件上的力與壓力之間的關(guān)系，這兩者都是模具開度的函數(shù)；及圖10a～c是放大的縱斷面圖，它詳細地示出了圖3中滑閥在三個不同軸向及旋轉(zhuǎn)位置的結(jié)構(gòu)。
圖10a～f是對應(yīng)于圖10a～c中相應(yīng)閥芯在E-E平面的斷面圖。
發(fā)明的最佳實施例圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的由帶齒部分1和柱狀部分2組成的典型Y型齒條。通常，齒條端部3帶有螺紋，連接在球窩節(jié)頭和橫拉桿上。在另一種不常用的類型中，橫拉桿借助于靠近車輛縱向中心線位置的帶有橡膠襯套的雙頭螺栓固定在前述齒條上，目的是制造的柱狀齒條具有局部擴大，鉆有孔且攻有螺紋的特性。下文將要敘述的方法也適用于制造這些“中心偏移”(centre-take-off)的齒條和其它類型的齒部分有可替換的橫截面形狀的齒條，上述可替換的橫截面形狀是通過分別將模件的成形表面做成合適的形狀來實現(xiàn)的。
圖2示出了齒條Y型齒部分的斷面形狀。圓周13表示在該視圖的齒條柱狀部分2。相對的一對導(dǎo)向面5和4相對于垂直軸線6對稱設(shè)置，它們之間的夾角7約為90°，齒8終止于斜端面9和10，以便使用以點12為圓心的圓11所表示的轉(zhuǎn)向套管內(nèi)部的有效橫截面空間得到最佳利用。這種齒的斜端面還用來減少齒的外末端的破裂變化。柱狀部分2也以點12為中心。并選擇其直徑使其橫截面面積大體與帶齒部分1的平均橫截面面積相等。Y型部分的桿14做成稍有錐度的形狀，其相對兩側(cè)面形成以角15所表示的燕尾形。
圖3、4和5示出了依據(jù)本發(fā)明的用于制造前述類型齒條的模具的一個實施例，該模具安裝在一個具有可動臺板16和固定臺板17的壓力機(圖中未示)上。
所述模具包括分別固定在壓力機上下臺板16和17上的上部模構(gòu)件18和下部模構(gòu)件19，在圖3、4和5三個視圖的每幅圖中描述了齒條20完全成形時模具處于完全閉合的位置。所述模具沿齒條的長度分成兩個區(qū)域，即夾持區(qū)域21和成形區(qū)域22(圖3)。
當(dāng)上部模構(gòu)件18下降時，如圖5中用截面圖所表示的夾持區(qū)域21的幾個元件首先與齒條坯20接合，然后，圖4所示的成形區(qū)域22的幾個元件通過一次沖擊形成齒條的完整齒部。
夾持區(qū)域21包括上部夾具23和下部夾具24，每一夾具具有一接合齒條坯20的半圓形槽，并分別由液壓缸25和26加載。
下部夾具24固定在柱塞27上，在上部夾具23與齒條坯20接觸之前，活塞28受供給油壓通常為2～3.5MPa的作用，向上推動柱塞27。當(dāng)模具打開時，供給油壓的值由溢流閥29調(diào)整，在夾持期間，該供給油壓則由溢流閥30調(diào)整。下部夾具24的向下運動靠柱塞27與墊片31的接觸來限定，而向上運動則通過柱塞27與定位架49(圖3和圖5)的接觸來限定。
上部夾具23固定在柱塞33上，在上部夾具23與齒條坯20接觸之前，活塞36受供給油壓作用，向下推動柱塞33。上部夾具23的向上運動借助柱塞33與支座34接觸來限定，而向下運動則通過活塞36與墊片35的接觸來限定。
墊片31形成下部夾具24行程的調(diào)節(jié)裝置，由此調(diào)節(jié)在平面43處的齒條偏移程度，以適應(yīng)齒條的不同設(shè)計方案。定位架49控制下部夾具24相對于下部帶齒模具52的初始位置。墊片35形成調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整上部夾具23的行程，以適應(yīng)齒條的不同設(shè)計方案?？烧{(diào)節(jié)的壓緊器51和50提供一分別補償夾具23、24整修后在垂直方向上尺寸減少的裝置。
模具閉合期間，上部夾具23與齒條坯20接觸時，如圖3所示那樣，互連的液壓缸25和26的壓力增加量超過了因活塞28的下移所提供的壓力，活塞28的面積小于活塞36的面積。由活塞28排出的油通過溢流閥30借助于該閥的閥瓣37克服彈簧38的移動而從口106排出。溢流閥30的出口壓力，以及由此引起的由上部夾具23和下部夾具24所產(chǎn)生的夾持力大小通過調(diào)整彈簧38的預(yù)載力來設(shè)定，而彈簧38預(yù)載力的設(shè)定則是通過由鎖緊螺母42鎖緊在適當(dāng)位置的螺桿41使溢流閥30的孔40中的柱塞39的移動而獲得的。
在模具到達完全閉合之前，當(dāng)柱塞27與墊片31接觸時，下部夾具24到達底部。在成形周期的這一點上，活塞36相對于上部模構(gòu)件18開始向上移動。隨著活塞36的運動而排出的油再通過溢流閥30排出。
活塞28和36的面積作如下選擇，使作用在這些活塞上的壓力相同，并且使活塞36所施加的力能足以克服活塞28所施加的力與用來剪切出平面43中的齒條坯20的偏移所需要的力的總和。
由于要求溢流閥30做出的響應(yīng)時間極短(通常完全打開為7毫秒)。本申請不能使用導(dǎo)閥控制溢流閥，因而溢流閥30必須是直接動作類型。本領(lǐng)域內(nèi)周知，這種直接作用的溢流閥30潛在地受不穩(wěn)定性影響，對壓力的變化速度特別敏感。因此，設(shè)置蓄能器44以使作用在溢流閥30上的壓力升高的速度限定到可接受的極限值，通常為1400MPa/s。
模具閉合期間，單向閥45阻止從液壓缸25和26中排出的油流入供給通路46。在模具開始閉合的瞬間，關(guān)閉電磁閥47使液體流動停止并保持關(guān)閉態(tài)，直到模具打開，并且已成形的齒條用彈出裝置彈出為止，該彈出裝置將在下文敘述。當(dāng)電磁閥47打開允許液體流動時，重新導(dǎo)入液壓缸25和26中的油流速由可調(diào)節(jié)流閥48控制。
關(guān)于成形區(qū)域22的橫斷面(圖4)，將可了解到當(dāng)模具處在完全閉合位置時，齒條由四個模成形元件保持第一個成形元件為下部齒狀模件52，第二和第三成形元件是碾軋(rolling die)模件53和54，第四個成形元件是上部模件55。側(cè)面模件56和57可以與下部齒狀模件52做成一體，但是這里為方便制造和操作將其做成分離形狀。碾軋模件53和54分別由保持在上部模構(gòu)件18上的轉(zhuǎn)軸塊58和59支持。
所述上部模件55與上部夾具23機械上分離(見圖3)，本實施例中這些組件分別靠柱塞/液壓缸機構(gòu)液壓驅(qū)動，它們不僅分離，而且獨立控制。
成形元件52～57的運動操作在美國專利4,571,982中已全部描述。本發(fā)明與涉及這些不同元件操作的美國專利4,571,982的重要區(qū)別在于，由上部模件55施加到齒條20上的成形力是用液壓裝置來控制的，而不是用機械式彈簧或彈簧來控制。這使得由上部模件55施加的成形力的作用時間，大小及特性(非線性對線性)易于變化，以使其能夠快速地、方便地進行精細調(diào)整以適用于不同設(shè)計方案的齒條。
如前所述，當(dāng)上部模構(gòu)件18下降時，齒條20首先由上部夾具23和下部夾具24夾持。上部模構(gòu)件18進一步下降時，碾軋模件53和54開始與齒條20接觸，這時，齒條20與下部齒狀模件52的頂部接觸。在本周期的這一點上，依據(jù)所設(shè)計的Y型橫截面、齒條的齒及制成的齒條的柱狀部分和帶齒部分之間所需的偏移程度，上部模件55可不與齒條20接觸。
圖6、7和8是表示齒條的Y型部分成形過程的示意圖，因為是對稱的所以只示出一半。
圖6示出了在下部夾具24到達底部瞬間時，下部齒狀模件52、齒條20、碾軋模件53和上部模件55的相對位置。在成形周期的這一點處，上部模件55相對下部齒狀模件52的進一步下降，會因柱塞71與止擋塊72及上部夾具23的接觸而受阻(見圖3)。
上部模構(gòu)件18進一步下降，碾軋模件53相對下部齒狀模件52以速度60向下移動，并與轉(zhuǎn)軸58(圖中未示)一起繞其瞬時中心進行碾軋運動，其速度以速度分量61表示。碾軋模件53的合成運動受控于復(fù)合力系，該力系包括法向鍛造力62和64；摩擦鍛造力63和65；法向力68與摩擦力69；板簧135(圖4)產(chǎn)生的彈性力66；以及作用在所述上部模件55的法向鍛造力67。通過選擇碾軋模件53和54、轉(zhuǎn)軸塊58和59、以及上部模件55的幾何形狀使其形成一個力系，該力系使碾軋模件53和54的運動偏移，以便與上部模件55產(chǎn)生輕微的接觸(力68和69的值較小)。結(jié)果，合速度向量70代表碾軋模件53與上部模件55在接觸點上的速度，并且在整個成形過程中基本平行于上部模件55的側(cè)邊。
圖4中所示的其它元件是墊片118、119、120和121，它們被研磨成使基本尺寸適應(yīng)于每一不同設(shè)計的待成形齒條規(guī)格。這些墊片允許碾軋模件53和54運動的幾何輪廓在一定限度內(nèi)變化，這可通過分別改變在轉(zhuǎn)軸塊58和59之間的碾軋模件各自的瞬時運動中心來改變，這些墊片還能夠補償用工具加工和上下模件所帶來的彈性變形。設(shè)置墊片122和32，用來補償齒狀模件52和上部模件55整修之后在垂直方向上的尺寸改變。
下文將進一步描述成形區(qū)域22的操作過程。在上部模構(gòu)件18下降中，液壓缸75的供應(yīng)油壓作用在活塞74上，使柱塞73伸出，與端部限程器76接觸，并將端部限程器76夾在柱塞73與止擋塊77之間。該動作恰好發(fā)生在夾具23和24與齒條20之間的首次接觸之前。端部限程器76可繞軸82轉(zhuǎn)動，在整個成形過程中始終保持在這個被夾住的位置上，以便阻止鍛造區(qū)域的金屬縱向擠出。從成形區(qū)域相反一端的金屬縱向的擠出由夾具23、24夾持作用阻止。
當(dāng)上部模具構(gòu)件18繼續(xù)下降，柱塞73相對上部模構(gòu)件18向上移動時，通過活塞74把油從液壓缸75排出。所排出的油不能流進液壓缸83，因為液壓缸83已經(jīng)有通過電磁閥86、可調(diào)節(jié)流閥87及單向閥88所供給的油壓作用而在此之前完全伸出(活塞84向下位移直至與墊片85接觸)。所排出的油在溢流閥89的作用下不能流回油箱91，在單向閥88的作用下也不能流回泵92。因此所排出的油首先從滑閥(spool valve)138的口93排到溢流閥29。請注意該閥芯94的全部移動位置如圖3和圖10(c)所示，開始，閥芯94在套環(huán)96和殼體97之間的彈簧95作用下完全向下位移(見圖3和10(a))。圖10(b)示出了閥芯94經(jīng)過它的行程時的部分連通。套環(huán)96將力作用在銷98上。銷98將其負載傳遞給閥芯94。當(dāng)閥芯(valve spool)94完全處于最低位置時，口93打開，與腔99連通。
因此，當(dāng)活塞74移動時，作用在液壓缸75和83上的初始壓力是由溢流閥29確定的系統(tǒng)壓力(通常為2～3.5MPa)。
隨著上部模構(gòu)件18繼續(xù)下降，閥芯94相對滑閥多管體(manifold)90向上移動，逐漸將腔99與出口93的連通切斷?；y作用于出口93的面積隨圓柱狀閥芯94側(cè)面所加工的扁平部分100的角度定向性的變化而改變。這一點通過繞軸線101轉(zhuǎn)動圓柱狀殼體97來實現(xiàn)。閥芯94的銷102與殼體97中的槽137配合，將殼體97與閥芯94連接在一起，因此，殼體97的轉(zhuǎn)動傳遞給閥芯94使其一同轉(zhuǎn)動。用這種方法，扁平部分100的全部或部分出現(xiàn)在口93上，以為滑閥提供一理想的可變化面積特性。用10(d)、10(e)和10(f)是用10(a)、10(b)及10(c)的E-E平面的剖面圖，表示相對口93而言的扁平部分100的不同角度定向的平面視圖。
模具閉合期間，墊片103通過錘(striker)104與下部模構(gòu)件19相接。閥芯94通過與墊片103接觸而向上移動，借助改變墊片103的厚度，當(dāng)模具閉合時，液壓缸75和83中的壓力變化過程依據(jù)所設(shè)計的齒條可以從不同階段的成形周期開始。如前所述，模具閉合期間壓力增加的速度可以通過改變相對口93的扁平部分100的定向而改變。
在成形周期的某一定點時刻上，例如在模具完全閉合之前的2～3mm，閥芯94完全切斷與口93的連通。任何進一步排出的油液必須從溢流閥89中排出，所述閥89的結(jié)構(gòu)及操作原理與前述溢流閥30相似。一旦達到由溢流閥89調(diào)定的排出壓時，油便通過口105排到溢流閥29并進入油箱91中。設(shè)置的蓄能器107與蓄能器44一樣，將壓力升高速度限定在可接受的值上。
蓄能器108是預(yù)先充氣的囊式蓄能器，設(shè)置該蓄能器108是為了接收從口93排出的瞬間高流速的油(典型流速為600l/min)。蓄能器44和107沒有充入的氣體或氣囊隔離，而是依靠油的可壓縮性作用分別限定作用在溢流閥30和89的壓力升高速度。
通過閥芯94向上方運動，從液壓缸113中排出的油通過鉆孔115和117排到腔116中，接著由口114排出。
如圖3所示的其它液壓元件包括吸濾器109、油箱通氣裝置110、油冷卻器111和安全止回閥112，在發(fā)生意外情況下，即電磁閥86打開，油路接通，所有液壓缸完全伸出及閥芯94在其最高位置時(比如在設(shè)定期間模具的閉合，或閥芯卡死)，設(shè)置安全止回閥112也能提供一流路，以關(guān)閉從口93的流動。如果沒有安全止回閥112，泵92會失速及快速過熱。在正常運轉(zhuǎn)中，安全止回閥112是沒有必要的。
最終模具壓力的大小以及由此帶來的通常由下部齒狀模件52給予齒條的完善成形程度和齒質(zhì)量關(guān)鍵取決于力67所獲的最大值(見圖8)。依據(jù)美國專利第4,571,982所提供的現(xiàn)行技術(shù)生產(chǎn)的模具中，這個力是由如前所述的機械彈簧所控制的，鑒于實際情況，可利用梁式彈簧(每單位體積能儲存高能量)，因為梁式彈簧的工作行程相對較短(典型為2～4mm)，并且最終負載高(對一對相同彈簧的每一個承載50～60噸)，這些彈簧具有較高的預(yù)載。雖然從這些彈簧的疲勞壽命的觀點出發(fā)是有益的，但這種高預(yù)載對上部模件55來說沒有什么必要，因為上部模件55僅在模具最后閉合的1～2mm時才達到滿負荷力67，但從操作夾具23和24的觀點出發(fā)，又希望如此，因為在鍛造周期的早期必須產(chǎn)生大的夾持力。總的來說，這種在模具(在一開始接觸之后就需要盡快建立較大的夾持力)夾持區(qū)域21與成形區(qū)域22(上部模件55和柱塞73需要比較低的初始力)的需求之間的不協(xié)調(diào)以及在先前的Y型模具技術(shù)中對分別作用在夾持區(qū)域21與成形區(qū)域22中的成形元件上的初始力、最終力和力的變化速率的不易改變性都是本發(fā)明實施例已克服的。
參照圖9(a)至9(e)，對夾持和成形區(qū)域21和22所需的液壓元件的力與液壓缸壓力特性之間的基本差別分別作出定性說明。
圖9(a)～(e)橫座標代表上部橫構(gòu)件18和下部模構(gòu)件19之間每一例的開度δ。δ＝0時表示模具完全閉合，象圖3、4和5所示那樣。值δ＝-10表示上部模構(gòu)件18距完全閉合態(tài)尚有10mm的行程，而值δ＝+10表示上部模構(gòu)件18完全閉合態(tài)后打開了10mm。
圖9(a)～(e)中，過程(i)～(iv)定義如下(i)表示柱塞23和端部限程器76之間的接觸瞬間；
(ii)表示上部夾具23和齒條坯20之間的第一次接觸瞬間；(iii)表示夾具24的底部在最底處與墊片31接觸瞬間及；(iv)表示模具完全閉合(δ＝0)瞬間。
圖9(a)中力F23和F24分別是上部夾具23和下部夾具24施加在齒條20上的力。圖9(b)中，力F55是上部模件55施加在齒條20上的力，力F73是柱塞73施加在端部限程器76上的力。圖9(c)中，壓力P25和P26分別表示液壓缸25和26產(chǎn)生的壓力。圖9(d)中，壓力P75和P83分別表示液壓缸75和83產(chǎn)生的壓力，圖9(e)中“t”表示時間。
在上部夾具23和齒條20之間第一次接觸(ii)的瞬間，分別作用在上部夾具23和下部夾具24的力F23和F24快速增加到如點128和129所表示的值。在這些點所獲得的力F23和F24的值取決于對溢流閥30的設(shè)定，液壓缸25和26中的壓力升高速度則取決于蓄能器44中的油容量及蓄能器44的彈性特性。
用于剪切齒條在平面43處的偏移量所需的附加力用點128與129、127與126之間的力F23與F24之差表示。如圖9(a)所示，在瞬間(iii)時，夾具23的底部在最底部與墊片31相接觸，夾持力F23和F24增加。力F23與F24的差在瞬間(iii)和模具最大限度閉合瞬間(iv)(δ＝0)之間基本保持恒定。盡管壓力P25和P26在瞬間(iii)后保持相等并為常數(shù)，但是，因活塞36的面積大于活塞28的面積，并且在瞬間(iii)時相對于上部模構(gòu)件18開始移動，所以夾持力F23和F24增加。在瞬間(iii)之前，作用在活塞36上的壓力P25部分作用在墊片35上，部分作用在上部夾具23。在瞬間(iii)后，作用在活塞36上的全部壓力P25值傳遞到上部夾具23上，由此增加夾持力F23和F24。
在瞬間(iii)和(iv)間，夾持力F23和F24之差是平面43中的齒條20上的剪切力，并且，底部夾持力F24的增加值，部分作用在墊片31上，部分通過壓力P26作用在活塞28上。
值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明，通過調(diào)節(jié)溢流閥30可以很容易地實現(xiàn)力F23和F24的值變化，使其達到需要值，以避免在成形區(qū)域21中的金屬從夾具23和24中擠出來。
在模具打開的瞬間(δ＝0)，夾持力F23和F24立刻降至零(點131)。接著，借助碾軋模件53和54在Y型桿14上的夾持作用，把成形的齒條20從齒狀模件52中抽出。該夾持作用分別由裝在碾軋模件53和54的彈簧鋼制板簧135和136施加的力66產(chǎn)生。
應(yīng)說明的是，在模具打開的瞬間(δ＝0)后，力F55和F73、液壓缸壓力P25、P26、P75及P83立刻都迅速降為零。這意味著，成形齒條20沒有從碾軋模件53和54之間彈出的傾向，而且在電磁閥86重新為液壓缸83供給油壓之前，齒條20一直保持著被夾持在所述碾壓模件53和54之間的狀態(tài)。電磁閥86的啟動，在手動加載模具中，是由操作者驅(qū)動按鈕操縱的，而在具有全自動加載系統(tǒng)的模具中，由控制系統(tǒng)自動地操縱。
接著在鍛打(δ＞0)時，電磁閥47關(guān)閉切斷液體流動，直到電磁閥86打開使液體流動，并且上部模件55將齒條20彈出。此后，電磁閥47打開使液體流動，通過分別作用在活塞36和28的供給油壓，液壓缸25和26分別使上部和下部夾具23和24伸出。夾具23、24的伸出速度由可調(diào)節(jié)流閥48設(shè)定。
事實上，成形后，夾持力F23和F24迅速降至零，保證了在這種模具中生產(chǎn)的齒條20的平直度明顯好于現(xiàn)有技術(shù)的模具。
圖9(e)和9(d)分別表示了夾持區(qū)域21和成形區(qū)域22的元件所需的壓力特性的大致差異。
圖9(d)示出P75和P83在瞬間(i)時開始增加。如前述，活塞74是成形周期中第一個移動的活塞。在模具閉合至最后2-3mm才需要使作用在端部限程器76上夾持力達到最大，因此，模具閉合的早期階段壓力升高的速度最初很快，原因是油的流速是逐步改變的，但受蓄能器107中的油壓縮的限制，然后，隨著口93建立起相對不受限制的油流動而變慢，之后，壓力按指數(shù)規(guī)律增加，直到壓力達到點132所示值為止，壓力在該點時，閥芯94使口93的流動完全切斷，而溢流閥89打開。圖9(d)中的點劃線表示壓力升高速度與溢流閥設(shè)定點壓力相結(jié)合的另一種曲線形式的曲線133，這表明在不需要中止模具的工作或加工任何元件的情況下可以很容易地改變曲線形式。圖9(b)中的力F55和F73分別對應(yīng)于圖9(d)的壓力P83和P75。由于活塞74的面積小于活塞84的面積，所以夾持力F73較小。一般地，液壓缸75和83的設(shè)計峰壓在32～42MPa，其力分別為10～14噸和80～110噸。
相比之下，在瞬間(ii)開始增加的壓力P25和P26必須很快增加至圖9(c)的點134所示的最大值，以在剪切處于平面43中的偏移量并且Y型部分基本成形開始之前牢固地夾持齒條20。如前所述，壓力升高的速度受蓄能器44的限制，并且，溢流閥30限制了分別作用在活塞36和28上的操作壓力P25和P26。
最后，圖9(e)表示根據(jù)本發(fā)明的模具的兩種典型的時間-位移曲線。實線和虛線的曲線分別表示螺旋壓力機和曲柄壓力機的典型代表值。請注意，對于螺旋壓力機來說，齒條和成形元件之間的接觸時間較短，有益于大批量生產(chǎn)應(yīng)用，但是，應(yīng)用曲柄壓力機雖然增加了接觸時間，卻不會導(dǎo)致工具壽命明顯地減少，所以，也可以采用曲柄壓力機。
應(yīng)當(dāng)理解，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)，可以作出多種改變和變形。
權(quán)利要求
1.一種模具，用該模具使坯料通過鍛造加工成轉(zhuǎn)向齒條帶齒部分，該帶齒部分具有一個帶齒的面和至少兩縱向延伸的導(dǎo)向面，所述模具包括第一、第二模構(gòu)件和由第一、第二、第三及第四成形元件組成的一個元件組，這些成形元件在坯料放入模具中時可相對移動地聚攏于坯料上，第一成形元件是第二模構(gòu)件的一部分，并且其中一個面具有與所述齒形相對應(yīng)的形狀，第二和第三成形元件是第一模構(gòu)件的一部分，并具有適于加工帶齒部分縱向延伸的導(dǎo)向面的成形面，第四成形元件與第一偏壓裝置相連，可第二和第三成形元件之間相對于第一模構(gòu)件滑動，并且適于加工帶齒部分的位于兩導(dǎo)向面之間并與齒相對的表面，所述第一偏壓裝置在鍛造期間允許第四成形元件在負載作用下離開坯料而運動，該模具還包括在鍛造期間縱向限制坯料的夾持裝置，夾持裝置包括在鍛造期間對坯料非加工面施加徑向負載的相對的第一和第二夾具，第一夾具與第二偏壓裝置相連，并可相對第一模構(gòu)件滑動，第二夾具與第三偏壓裝置相連，并可相對第二模構(gòu)件滑動，其特征是，第一偏壓裝置與第二偏壓裝置機械地分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第一偏壓裝置和第二偏壓裝置是液壓促動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第三偏壓裝置是液壓促動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第二和第三偏壓裝置是液壓促動器，并且相互液體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏壓裝置的至少兩個是液壓促動器，并且在至少一個液壓促動器中的壓力作用瞬間和大小是單獨控制的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，所述的模具還包括用于在鍛造期間縱向限制坯料的限制裝置，該限制裝置繞基本垂直于坯料縱軸線的軸線可轉(zhuǎn)動地安裝著，并具有一個基本垂直于坯料縱軸線的表面，而且在模具閉合期間，由一個夾緊裝置夾持在第二模構(gòu)件的固定止擋部分上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二或第三偏壓裝置中至少一個是液壓促動器，其中對供到該液壓促動器中的壓力進行控制，使其成為第一和第二模構(gòu)件相對移動的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏壓裝置的至少一個是由至少一個壓力溢流閥控制的液壓促動器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏壓裝置的至少一個是液壓促動器，該促動器由至少一個壓力溢流閥來控制，至少一個蓄能器連接在液壓促動器與溢流閥之間的液壓連接裝置上。
10.一種模具，用該模具使坯料通過鍛造加工成轉(zhuǎn)向齒條帶齒部分，該帶齒部分具有一個帶齒的面和至少兩個縱向延伸的導(dǎo)向面，所述模具包括第一、第二模構(gòu)件和由第一、第二、第三及第四成形元件組成的一個元件組，這些成形元件在坯料放入模具中時可相對移動聚攏于坯料上，第一成形元件是第二模構(gòu)件的一部分，并且其中一個面具有與所述齒形相對應(yīng)的形狀，第二和第三成形元件是第一模構(gòu)件的一部分，并具有適于加工帶齒部分縱向延伸的導(dǎo)向面的面，第四成形元件與第一液壓促動器相連，可在第二和第三成形元件之間相對于第一模構(gòu)件滑動，并且適于加工帶齒部分的位于兩導(dǎo)向面之間并與齒相對的表面，第一液壓促動器在鍛造期間允許第四成形元件在負載作用下移開坯料而運動，其特征是，對第一液壓促動器中的壓力作用瞬間和大小進行控制。
全文摘要
一種用坯料加工轉(zhuǎn)向齒條的鍛壓模具，轉(zhuǎn)向齒條具有帶齒部分和兩個縱向延伸的導(dǎo)向面。模具包括第一(18)、第二(19)模構(gòu)件和四個收攏于坯料上的成型元件(52、53、54、55)。第一成型元件(52)在第二模構(gòu)件(19)上，用于加工齒，第二(53)和第三(54)成型元件在第一模構(gòu)件(18)上，用于加工導(dǎo)向面。在鍛造中，第四成型元件(55)可相對第一模構(gòu)件(18)滑動，用于加工該部分一個表面，并與第一偏壓裝置(83、84)相連，允許第四成型元件(55)運動。該模具具有在鍛造過程中夾持坯料的相對第一和第二夾具，第一夾具(23)與第二偏壓裝置(25、36)相連，相對第一模構(gòu)件(18)滑動，第二夾具(24)與第三偏壓裝置(26、28)相連，可相對第二模構(gòu)件(19)滑動，第一偏壓裝置與第二偏壓裝置機械地分離。
文檔編號B21K1/76GK1142792SQ94194932
公開日1997年2月12日 申請日期1994年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月16日
發(fā)明者A·E·畢曉, L·J·麥連 申請人:A·E·畢曉普及合夥人有限公司