CN105339108A - 用于树脂齿轮的金属芯的制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于树脂齿轮的金属芯(10)的制造方法。金属芯(10)具有轴部压嵌到其中的轴套部(12)和外周树脂接合到其上的环部(14)。该方法包括：通过在轴向上按压板材而模锻具有中心孔(31)的板材(30)，以形成模锻本体；并且，通过在更高的压力下在轴向上按压模锻本体而锻造该模锻本体。该模锻包括：在轴向上使中心孔(31)周围的部分变形以形成内周模锻部；以及在相同的方向上使板材的外周部变形，以形成外周模锻部。锻造包括将内周模锻部成型为轴套部，并且将外周模锻部成型为环部。

Description

用于树脂齿轮的金属芯的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于树脂齿轮的金属芯的制造方法，使用金属芯使得外周树脂接合到环部的外周表面，并且轴压嵌到轴套部中。

背景技术

相关技术的树脂齿轮构造成使得外周树脂接合到金属芯的外周表面。例如，动力转向设备的涡轮可以构造为树脂齿轮，其中，外周树脂接合到金属芯的外周表面，并且设置有齿轮齿部(参见，例如，JP2001-141033A和JP2011-106575A)。通过使用树脂，涡轮的重量减轻，并且防止了齿轮啮合声音。

金属芯具有：轴套部，轴压嵌到该轴套部中；环部，外周树脂接合到该环部中；以及连接部，其连接轴套部与环部。转向力从方向盘传输到轴，并且反作用力从道路表面传输到该轴。因此，在轴套部与轴之间要求充足的接合强度。

通过将盘状金属材料锻造成具有像深盘一样的形状，并且通过在轴套部中形成轴孔，并且在环部上形成外周凹凸部，而制造JP2001-141033A中公开的金属芯。另一方面，根据JP2011-106575A中公开的实例，通过在切割、锻造、钣金按压等之中，按压钣金而制造金属芯，以节约成本。

根据JP2001-141033A中公开的实例，因为金属芯通过锻造而制造以具有像深盘一样的形状，所以能够在以壁厚度确保强度的同时减轻重量。然而，金属芯在轴向上是大的。如果轴套部和环部设计成以径向重叠的方式布置，以减小在轴向上的尺寸，则因为厚的材料用于确保充足的强度，需要显著地升高按压压力。这结果要求大的设施，并且不易于制造。

根据JP2011-106575A中公开的实例，金属芯通过钣金按压而制造。通过使用薄板，能够容易地以径向重叠的方式布置轴套部和环部，从而减小金属芯的尺寸和重量。然而，因为金属芯的强度下降，所以不能够以充足的强度压嵌轴。能够通过使用更厚的板来确保强度。然而，这增加了金属芯的重量，也增加了按压力。因此，需要大的设施，并且不容易制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造方法，通过该方法，能够在确保强度和充分地减少重量的同时，容易地制造用于树脂齿轮的金属芯。

根据本发明的方面，提供了用于树脂齿轮的金属芯的制造方法。所述金属芯包括：轴套部，轴压嵌到该轴套部中；环部，其具有设置有凹凸结构的外周表面，并且外周树脂接合到该环部；以及连接部，所述轴套部与所述环部经由该连接部而同轴地设置。所述方法包括：通过在轴向上按压板材而模锻具有中心孔的所述板材，以形成模锻本体；并且通过在比模锻高的压力下在轴向上按压所述模锻本体而锻造所述模锻本体，以改变所述模锻本体的厚度。所述模锻包括：使所述板材的所述中心孔周围的部分在轴向上朝着一侧变形，以形成内周模锻部；以及使所述板材的外周部在轴向上朝着相同侧变形，以形成外周模锻部。锻造包括：将所述内周模锻部形成为所述轴套部，并且将所述外周模锻部形成为所述环部。所述锻造可以包括使得所述环部和所述连接部中的至少一者比所述轴套部薄。

所述模锻可以包括通过使用多个模锻模具，而以多个阶段按压所述板材，该多个模锻模具的模具表面的曲率半径以曲率半径减小的顺序而不同。

所述锻造可以包括：在所述模锻中形成具有所述内周模锻部和所述外周模锻部的所述模锻本体之后，分别按压所述内周模锻部、所述外周模锻部和所述内周模锻部与所述外周模锻部之间的部分，以调整所述轴套部、所述环部和所述连接部的厚度。

根据本发明的以上方面，通过模锻和锻造而制造用于树脂齿轮的金属芯，在模锻中，通过在轴向上按压板材而形成模锻本体，在锻造中，通过在轴向上按压模锻本体而改变模锻本体的厚度。因此，不需要如在诸如切割这样的机械加工中一样去除大量材料。另外，因为待按压的板的厚度显著小于金属芯在轴向上的尺寸，所以不需要高压处理。

此外，在模锻期间，通过按压具有中心孔的板而形成模锻本体。因此，能够容易地形成内周模锻部和轴套部。另外，在锻造期间，通过按压形状与金属芯相似的模锻本体而调整各个部分的厚度。因此，能够容易地设置期望的厚度。因此，制造是容易的。

当以这种方式制造金属芯时，能够分别调整轴套部、连接部和环部以具有适当的厚度，从而确保各个部分的强度。此外，由于轴套部、连接部和环部的材料互相连续，所以能够确保轴套部与连接部之间的强度以及连接部与环部之间的强度。这结果使得能够充分地减小厚度。因此，能够提供这样的制造方法，利用该方法，能够在确保强度和充分地减轻重量的同时，制造金属芯。

附图说明

图1是图示出由根据本发明的第一和第二实施例的方法制造的金属芯的截面图。

图2是图示出由根据本发明的第一和第二实施例的方法制造的金属芯的前视图。

图3A至3F是图示出在根据本发明的第一实施例的制造方法中的各个步骤的示意截面图。

图4A至4E是图示出在根据本发明的第二实施例的制造方法中的各个步骤的示意截面图。

参考标记列表

10金属芯

11通孔

12轴套部

13凹凸结构

14环部

16连接部

17光滑部

18中空部

20组合部件

21外周树脂

22齿轮齿部

30板

31中心孔

32内周模锻部

34外周模锻部

35模锻本体

36中间部

38锻造本体

42a、42b、42c内周模锻模具

42d柱状部

44外周模锻模具

45锻造模具

51模锻模具

51a阳模锻模具

51b阳模锻模具

51c阴模锻模具

51d阳模锻模具

55锻造模具

55a、55c、55d上锻造模具

55b、55e、55f下锻造模具

58a、58c、58d上模具部

58b外模具部

58e下模具部

58g凹凸成型模具表面

S轴

W涡杆

具体实施方式

下文中，将参考附图具体描述本发明的实施例。将描述各个实施例，将描述涉及金属芯的制造实例的各个实施例，该金属芯用于在动力转向设备的涡轮中使用的树脂齿轮。

如图1和2所示，根据本发明的第一实施例制造的金属芯10整体由金属材料制成，并且包括利用连接部16而同轴地设置的轴套部12和环部14。环部14的外周表面在周向上间隔地形成有凹凸结构13。凹凸结构13利用多个脊部和槽部形成在环部14的外周表面上，并且不具有凹部和凸部的光滑部17沿着整个圆周连续地设置在凹凸结构13的各个轴向侧上。

在金属芯10中，轴套部12和环部14在轴向上的相同侧处一体且连续地形成，从而形成连接部16。在一个方向上开口的中空部18形成在轴套部12与环部14之间。连接环部14与连接部16的部分和连接连接部16与轴套部的部分被构造成具有小的曲率半径的曲线轮廓。

在金属芯10中，各个部分的厚度形成为在达到用于树脂齿轮所需的强度的同时尽可能薄。特别地，环部14和连接部16中的至少一者形成为比轴套部12薄。在本实施例中，环部14和连接部16两者都形成为比轴套部12薄。虽然不特别限制，但是环部14的最大直径例如处于轴套部12的外径的2倍到5倍的范围内。优选地，环部14的最大直径处于轴套部12的厚度的10倍到20倍的范围内。

具有圆形环状的外周树脂21焊接到环部14的外周表面，从而形成组合部件20，并且齿轮齿部22设置在外周树脂21的外周表面上，从而形成涡轮，使得金属芯10能够用作树脂齿轮。另外，来自转向轮的转向力或者从道路表面到轮胎的反作用力传递到轴S，轴S压嵌到轴套部12内，并且由诸如电动机这样的驱动单元旋转的涡杆W旋合到齿轮齿部22。

根据本实施例，该金属芯10使用多工位压力机制造。如图3A所示，制备了在轴向上具有中心孔31的盘状板30。虽然用于板30的材料不特别限制，但是板30能够由例如金属制成，诸如热轧软钢(SPHC)。板30能够实施为金属板，其两表面都经受磷酸盐涂膜等。在使用的板30中，中心孔31的直径小于轴套部12的内周中的通孔11的直径。当中心孔31的直径等于或者大于通孔11的直径时，不易于仅通过在一个方向上压制而成型轴套部12。

接着，进行模锻处理。该处理使用多个模锻模具，其模具表面的曲率半径以曲率半径下降的顺序而不同，并且以多个阶段压制板30。具体地，如图3B所示，利用径向内周侧的曲率半径最大的内周模锻模具42a，在轴向上压制板30，使得径向内周侧在一侧处弯曲。接着，如图3C所示，利用相比于第一内周模锻模具42a具有径向内周侧的第二大的曲率半径的模锻模具42b，在轴向上压制板30，使得减小径向内周侧的曲率半径。

如图3D所示，利用具有柱状部42d的内周模锻模具42c在轴向上压制板30，使得在板30的中心孔31周围的部分在轴向上上升，从而形成内周模锻部32。

接着，如图3E所示，利用外周模锻模具44在轴向上压制板30的外周侧，该外周模锻模具44具有筒状阳模具部和凹状阴模具部。外周部在与内周模锻部32相同的方向上变形和上升，从而形成外周模锻部34。这里，如在内周模锻部32中一样，可以将压制划分成多个步骤，其使用具有外周侧的不同曲率半径的多个外周模锻模具。结果，形成模锻本体35。

接着，执行锻造处理。利用锻造模具45在比模锻处理中的压力高的压力的条件下在轴向上压制模锻本体35，该锻造模具45由限定了与金属芯10相对应的成型空间的阴模具部和阳模具部构成。这导致改变了模锻本体35的形状和厚度，从而调整了各个部分的厚度和形状。具体地，如图3F所示，内周模锻部32具有限定轴套部12的形状和厚度，外周模锻部34具有限定环部14的形状和厚度，并且在内模锻部32与外模锻部34之间的中间部36具有限定连接部16的形状和厚度。根据本实施例，轴套部12的厚度大于环部14的厚度和连接部16的厚度。轴套部12的厚度能够等于或者大于已经使用的板30的厚度，然而，而轴套部12的厚度可以小于板30的厚度。由此，可以适当地选择锻造处理中使用的模具。

在锻造处理中，在各个部分的形状和厚度调整之后，或者与该调整同时地，凹凸结构13形成在环部14的外周表面上。根据本实施例，锻造模具45具有凹凸形成模具表面45，以在环部的厚度的调整的同时，形成凹凸结构13。接着，根据要求进行完成步骤。例如，通过切除环部14的外周的两个轴向边缘或者去除环部14的端部而形成光滑部17，而完成各个部分，从而完成金属芯10。

在以这种方式制造的金属芯10中，其外周涂覆有粘合剂。然后，例如，筒状外周树脂21嵌合到金属芯10的环部14内，并且凹凸结构13的顶点与外周树脂21的内周进行接触。在这种状态下，金属芯10被感应加热。这导致熔化外周树脂21的内周，使得在凹凸结构13完全埋入外周树脂21的同时，凹凸结构13焊接到环部14的外周表面，从而制造树脂芯组合部件20。通过在外周树脂21的外周表面上形成预期的齿轮齿部22、并且将轴压嵌到轴套部12内，能够设置组合部件20用作涡轮。

通过如上所述地制造金属芯10，能够使用以下处理制造金属芯10：:通过在轴向上压制板30的成型模锻本体35的模锻处理；和通过在轴向上压制模锻本体35的改变模锻本体35的厚度和形状的锻造处理。因此，不需要像在诸如切削这样的加工中一样去除大量材料。另外，由于压制了厚度显著地小于金属芯10的轴向厚度的板30，所以不需要高压处理。

此外，由于模锻处理通过压制具有中心孔的板30而成型模锻本体35，所以能够容易地形成内周模锻部32和轴套部12。另外，由于锻造处理通过压制模锻本体35而改变和调整了各个部分的厚度和形状，模锻本体35的形状与金属芯10的形状相似，所以易于形成各个部分。

另外，当以这种方式制造金属芯10时，由于轴套部12、连接部16和环部14能够分别调整成适当的厚度，所以能够确保各个部分具有强度。此外，由于轴套部12、连接部16和环部14的材料互相连接，所以能够确保轴套部12与连接部16之间的强度和连接部16与环部14之间的强度。这导致使得能够充分地减小厚度。

根据本发明的第二实施例，利用多轴压制来制造用于树脂齿轮的金属芯。如图4A所示，制备与第一实施例的形状相同的形状的板30。该板30具有中心孔31，并且可以由诸如SPHC等这样的金属制成，其前表面和后表面可以经受磷酸盐涂膜等。

接着，进行模锻处理。这里，利用模锻模具51来压制板30。具体地，如图4B所示，利用中心孔31或者板的外周缘而将板30布置在模锻模具51的规定的位置处。然后，通过在轴向上相对移动上方的筒状阳模锻模具51a和51b与下方的阴模锻模具51c来压制板，从而形成外周模锻部34，其中，所述上方的筒状阳模锻模具51a和51b按压板30的内周侧而不按压外周缘，所述下方的阴模锻模具51c按压板30的外周侧。此外，如图4C所示，通过在将板保持在筒状的上阳模锻模具51a中的同时，在轴向上相对移动下方的阳模锻模具51d与上方的筒状阳模锻模具51b而压制模锻本体，从而形成内周模锻部32，其中，下方的阳模锻模具51d按压板30的内周侧，上方的筒状阳模锻模具51b按压板的外周侧而不按压内周缘。这些压制步骤可以顺次或者同时进行。当同时进行这些按压步骤时，优选地，板30的内周侧和外周侧由下方的阴模锻模具51c和阳模锻模具51d按压，并且在板30的对角的中间部保持在上方的筒状阳模锻模具51a内并且由其按压的同时，利用上方的筒状阳模锻模具51a、51b按压板，从而形成模锻本体35。

接着，进行锻造处理。这里，利用锻造模具55在轴向上分别按压在内周模锻部32与外周模锻部34之间的中间部36、内模锻部32和外模锻部34。这结果改变了模锻本体35的厚度和形状，从而通过调整连接部16、轴套部12和环部14的规定的厚度和形状而成型了模锻本体。具体地，如图4D所示，利用环状上锻造模具55a、55c、55d以及下锻造模具55b、55e、55f来进行锻造处理。上锻造模具包括：上内锻造部55c，其按压内模锻部32的上表面；上外锻造部55d，其按压外模锻部34的上表面；以及上中间锻造部55a，其按压内模锻部32与外模锻部34之间的中间部36的上表面。外、内和中间锻造部同心地设置。下锻造模具包括：下阳锻造部55f，其***到内模锻部32的内周表面内；下外锻造部55b，其与外模锻部34的外周表面进行接触；以及下中间锻造部55e，其按压中间部36的下表面。下内、外和中间锻造部同心地设置。

模锻本体35放置在下锻造模具55b、55e、55f上，并且通过在轴向上相对移动上锻造模具55a、55c、55d的各个部分与下锻造模具55b、55e、55f的各个部分，而在比模锻处理中的压力高的压力的条件下在轴向上按压模锻本体35。这结果改变了模锻本体的各个部分的厚度和形状，从而形成通过调整各个部分的厚度和形状而期望的连接部16、轴套部12和环部14。

根据该实施例，下外锻造部55b的内侧与上中间锻造部55a的外侧之间的距离形成间隙，该间隙与期望的环部的最大厚度相似或者相等，并且下阳锻造部55f的外侧与上中间锻造部55a的内侧之间的距离形成间隙，该间隙与期望的轴套部12的厚度相似或者相等。此外，能够按压下中间锻造部55e和上内锻造部55a，直至下中间锻造部55e的上表面与上内锻造部55c的下表面之间的距离变得与期望的轴套部12的轴向长度相似或者相等。此外，能够按压下中间锻造部55e与上外锻造部55d，直至下中间锻造部55e的上表面与上外锻造部55d的下表面之间的距离变得与期望的环部14的轴向长度相似或者相等。此外，能够按压下中间锻造部55e与上中间锻造部55a，直至下中间锻造部55e的上表面与上中间锻造部55a的下表面之间的距离变得与期望的连接部16的厚度相等。结果，设置了锻造本体38。

接着，为了在锻造本体38的外周表面上形成凹凸结构13，进行锯齿处理。根据本实施例，如图4E所示，在外模具部58b的内周表面的下部处设置了凹凸成型模具表面58g。在外模具部58b中，由下模具部58e和上模具部58a、58c、58d从模具部的轴向两侧按压并且支撑锻造本体38的环部14。在维持该状态的同时，通过从外模具部58b的上部朝着凹凸成型模具表面58g轴向移动环部14而形成凹凸结构13。外模具部58b的上部和下模具表面58g的形状与下锻造部55b、55e的形状大致相同，并且上模具部58a、58c、58d的形状与上锻造部55a、55c、55d的形状大致相同。因此，能够利用相同的模具在锻造处理之后连续地进行锯齿处理。

接着，根据需要进行精加工，从而完成金属芯10的制造。在以这种方式制造的金属芯10中，能够通过进行与第一实施例中相同的处理而制造树脂芯组合部件20。通过在组合部件20上形成期望的齿轮齿部22，并且将轴压嵌到轴套部12内，可以设置组合部件20用作涡轮。

在以上所述的第二实施例中，能够简单地制造金属芯10，该金属芯10如第一实施例确保强度并且减轻重量。即，根据该实施例，在将板30成型为模锻本体35而后锻造之后，制造金属芯10。因此，不需要如在诸如切割这样的机械加工中一样大量去除，或者在高压下锻造厚的材料。另外，在模锻处理中，能够容易地形成内模锻部32或者轴套部12，并且在锻造处理中，能够容易地将各个部分形成为期望的厚度和形状。此外，由于能够分别地将轴套部12、连接部16和环部14调整为适当的厚度并且互相连续，所以能够在确保强度的同时使得金属芯10充分地薄。

能够在本发明的范围内适当地修改上述实施例。例如，虽然已经举例说明了树脂齿轮设置为动力转向设备的涡轮的实施例，但是本发明能够应用于其它齿轮。另外，虽然已经举例说明了制造金属芯10的实例，其中，轴套部12与环部14相对于连接部16布置在相同侧上，但是本发明能够采用其它情况，其中，轴套部12与环部14相对于连接部16布置在相反侧上。

还能够反复地进行模锻处理和锻造处理，而不在模锻处理之后进行锻造处理。重复锻造处理和模锻处理能够防止板由于突然的变形而局部地变薄。

根据前述实施例，上锻造模具和下锻造模具的各个部分可以构造成使得它们在直径方向上将内侧和外侧合并成筒状的同时，布置在具有圆形截面的下阳锻造部周围，并且一些模具部一体地形成，而不控制各个部分。另外，大致筒状辅助模具部可以布置在下阳锻造部周围。

在锻造中，环状外周树脂21嵌合在金属芯10的环部14的外周表面上，并且通过感应加热金属芯10而焊接到环部14。然而，本发明不特别限于此，并且外周树脂21可以通过其它方法的方式接合到环部14的外周表面。例如，外周树脂21可以通过将融化的树脂注射到金属芯10的外周表面上而形成。此外，在锻造处理中，虽然当调整模锻本体35的各个部分的形状和厚度时，轴套部12、环部14和连接部16的整体的厚度和形状改变，但是如果一些厚度或者形状是期望的形状或者厚度，则能够仅调整除了期望的厚度之外的厚度或者形状。

本申请基于2013年5月31日提交的日本专利申请No.2013-116423，其全部内容通过引用并入此处。

Claims (5)

1.一种用于树脂齿轮的金属芯的制造方法，所述金属芯包括：轴套部，轴压嵌到该轴套部中；环部，该环部具有设置有凹凸结构的外周表面，并且外周树脂接合到该环部；以及连接部，所述轴套部与所述环部经由该连接部而同轴地设置，所述方法包括：

通过在轴向上按压板材而模锻具有中心孔的所述板材，以形成模锻本体；并且

通过在比模锻高的压力下在轴向上按压所述模锻本体而锻造所述模锻本体，以改变所述模锻本体的厚度，

其中，所述模锻包括：使所述板材的所述中心孔周围的部分在轴向上朝着一侧变形，以形成内周模锻部；以及使所述板材的外周部在轴向上朝着所述一侧的相同侧变形，以形成外周模锻部，并且

其中，所述锻造包括：将所述内周模锻部形成为所述轴套部，并且将所述外周模锻部形成为所述环部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锻造包括使得所述环部和所述连接部中的至少一者比所述轴套部薄。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述模锻包括通过使用多个模锻模具，以多个阶段按压所述板材，该多个模锻模具的模具表面的曲率半径以曲率半径减小的顺序而不同。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的方法，其中，所述锻造包括：在所述模锻中形成具有所述内周模锻部和所述外周模锻部的所述模锻本体之后，分别按压所述内周模锻部、所述外周模锻部和所述内周模锻部与所述外周模锻部之间的部分，以调整所述轴套部、所述环部和所述连接部的厚度。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的方法，其中，所述锻造包括：在按压所述外周模锻部之后，进一步在所述轴向上从两侧按压所述外周模锻部，并且同时，在所述轴向上相对移动所述外周模锻部与凹凸成型模具表面，以形成所述凹凸结构。