CN109153064B - 用于制造具有枢毂的成形体的方法以及用于实施该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造成形体(30)的方法，所述成形体由金属、特别是钢构成并且具有枢毂(2)和沿轴向与该枢毂相接的、钟形的下部部分(31)，其中，通过无切削地成形为凸状拱曲的区域将内轮廓引入所述下部部分(31)，该内轮廓包括交替地设置在周面上的、沿着轴向呈凹入状的保持架轨道(23)和球滚道(24)，该球滚道用于接纳滚动体，保持架轨道(23)的深度小于球滚道(24)的深度，所述方法由下列依次实施的方法步骤构成：‑借助至少一个压辊(4)，由回转的圆坯(3)在其厚度减小的情况下成形出枢毂(2)；‑为形成下部部分(31)的预成形坯(13)，借助至少一个轴向和径向运动的压辊(4)，将圆坯(3)的与枢毂(2)径向相接的平坦区域压至回转的第一内轮廓模具的轮廓段(10，11)上，而部分形成所述内轮廓；‑通过包括分锻模(17)的锻模(16)，将固定的预成形坯(13)压向第二内轮廓模具的轮廓段(20，21)，而完全形成所述保持架轨道(23)和球滚道(24)。本发明还公开了一种用于实施上述方法的设备。

Description

用于制造具有枢毂的成形体的方法以及用于实施该方法的 设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造成形体的方法，所述成形体具有枢毂和沿轴向与该枢毂相接的、钟形的下部部分。
背景技术
这样的成形体特别是用作轴颈或者铰销并且是铰接关节的组成部分，用以将扭矩传递给相互呈角度设置的构件，尤其是轴。
例如在DE 10 2013 101 555 B3中公开了一种此类型的方法。
其中提出：由管件作为半成品来制造由金属、特别是钢构成的成形体，同时构造出一体成形的枢毂以及与该枢毂相接的、具有内轮廓的钟形下部部分。
该内轮廓包括交替地设置在周面上的球滚道(Kugellaufbahn)和保持架轨道
Figure GDA0002447707940000011
所述球滚道和保持架轨道沿着成形体的轴向呈凹入状拱曲，其中，球滚道构造为比保持架轨道更深。
在此，其特征是：将内轮廓引入下部部分的凸鼓状区域，所述下部部分在其与枢毂相对置的那侧上以一定程度收缩。也就是说，在这一区域中的净直径小于在凸鼓状区域的顶点中的直径。呈锥状扩大的部段作为裙围与这个收缩部(即在凸鼓状区域的延续中)相接，所述裙围也可以与此不同地沿径向向外定向。
在所述及的此类型文献中，虽然提到了将圆坯(Ronde)用作半成品，但对此却不能获知进一步的信息。
在该已知方法中，通过借助适当压模的冲压或者通过借助压辊的挤压来制造所述钟形下部部分，而接着通过在外侧具有成型轮廓的压辊来实现内轮廓成型，利用所述压辊将下部部分的凸鼓状区域压向一个多件式的、具有轮廓段的内轮廓模具。
然而，在该已知的方法中，只有花费很大的加工工艺开支才能达到所期望的和对于使用目的所要求的尺寸精度，就此而言，当作为批量零件大量地制造这种成形体时，这一点是特别不利的。
由US 5 970 776 A已知一种钟形成形体的制造，该成形体具有按照球滚道和保持架轨道成形的内轮廓，该内轮廓通过各内轮廓段与外部压力件的配合作用得以成形。
然而借助为此而设置的设备只能制造这样一种成形件，该成形件的壁体与凸鼓状区域的(特别是直径的)尺寸相比非常小。就此而论，该文献并不适合针对于在其容许负荷方面也可以用作轴颈或者铰销的成形体给出指导，不管在此是否设置有重要的配置结构，即成形的枢毂。
发明内容
本发明的目的是，研发一种此类型的方法，以提高成形体的尺寸精度和其可应用性。
为此，本发明提出一种用于制造成形体的方法，所述成形体由金属构成并且具有枢毂和沿轴向与该枢毂相接的、钟形的下部部分，其中，通过无切削地成形为凸鼓状拱曲的区域将内轮廓引入所述下部部分中，该内轮廓包括交替地设置在周面上的、沿着轴向呈凹入状的保持架轨道和球滚道，所述球滚道用于接纳滚动体，所述保持架轨道的深度小于所述球滚道的深度，其特征在于包括下列依次实施的方法步骤：a)借助至少一个可旋转的压辊，由回转的圆坯在其厚度减小的情况下成形出所述枢毂，b)为形成所述下部部分的预成形坯，借助至少一个轴向和径向运动的压辊，将圆坯的与枢毂径向相接的平坦区域压至回转的第一内轮廓模具的各轮廓段上，而部分形成所述内轮廓，和c)通过包括分锻模的锻模，将固定的预成形坯压向第二内轮廓模具的各轮廓段，而完全形成所述保持架轨道和球滚道。
本发明还提出一种用于实施如本发明所述方法的设备，其特征在于：设置可旋转的第一内轮廓模具和固定的第二内轮廓模具，这些内轮廓模具为了模压出球滚道和保持架轨道而分别具有独立的、可径向强制移动的轮廓段，并且第一内轮廓模具配置有至少一个可径向和轴向进给的压辊，而第二内轮廓模具配置有可径向进给的锻模，其中，所述第一内轮廓模具的轮廓段具有凸起状的部段用于形成预成形坯的球滚道和保持架轨道，并且所述第二内轮廓模具的轮廓段具有凸起状的部段用于形成构成最终型件的下部部分的球滚道和保持架轨道，以及，至少在第一内轮廓模具的区域中设置有夹紧元件，用于将设有枢毂的圆坯防转动地夹紧。
本发明的核心在于：相应地借助至少一个压辊既将枢毂、也将钟形下部部分制成为预成形形状，此时内轮廓(亦即保持架轨道和球滚道)在其深度方面得以部分形成。
由此便为后续的最终加工实现了将预成形坯定心和防转动的可能性，然后在所述最终加工中使内轮廓达到其最终尺寸。
在借助所述至少一个压辊对下部部分进行预成形时该下部部分的外周面保持表面光滑平整，而在最终成形时，根据本发明，借助于包括(多个)锻模分部的成形锻模同样按照内轮廓的拱形延伸形状将外周面成形，其中，对于球滚道和保持架轨道，凹状拱形既沿着轴向也与之成横向地作为凸状拱形重现于外周面上。
优选地，使所述第一内轮廓模具的各轮廓段在部分形成相应的内轮廓之后和以及使所述第二内轮廓模具的各轮廓段完全形成相应的内轮廓之后，使所述轮廓段沿径向朝轴线移动到与所述下部部分的重叠区域之外。
根据本发明方法的一种有益发展，为了成形枢毂和/或为了制造预成形坯和/或最终型件，对材料进行加热，优选加热到约400°至1000°的温度，优选约400°至600℃，优选约600℃至700℃。
优选地，所述成形体由钢构成。
通过在继续加工成最终型件时对预成形坯的所述强制定心(可以说是“强制定心”)，实现了对内轮廓的尺寸精确的加工，该加工同样也涉及预定的分度，也就是说，滚珠滚道以及保持架轨道的布置方式。
此外，与现有技术相比，能够快得多地对成形体进行加工，其中枢毂可以选择构造为空心体或者实心体。
此外，通过借助压辊直到加工完成预成形坯的滚压(Drückwalzen，强力旋压)也可以实现下部部分，其具有相对其直径来说较大的壁厚，因而原则上总是能够提供一种负载优化的成形体。
用于实施所述方法的设备为了形成预成形坯而具有可旋转的第一内轮廓模具，该轮廓模具包括可径向移动的、独立的轮廓段，这些轮廓段分别配置给一个球滚道和一个保持架轨道并且在功能位置中无间隙地互相贴合。
在功能上，用于形成预成形坯的轮廓段与用于形成最终型件的轮廓段是相同的，而仅仅在其尺寸配置方面有所不同。
除了轮廓段之外，所述设备的构造结构对于两种使用情况来说是相当的。然而与可旋转的第一轮廓模具不同，第二内轮廓模具被抗扭转地保持。
为了将下部部分(或是作为预成形坯或是作为最终型件)从轮廓模具取下，如所提及的那样，轮廓段可径向向内、亦即朝旋转轴线移动，更确切地说是借助于一个强制导向装置。为此，各轮廓段被保持在一个锥形环上，该锥形环向着枢毂逐渐变细并且该锥形环在外侧具有滑动面，各轮廓段支撑在该滑动面上。
该锥形环可以相对轮廓段轴向滑移，其中，每个轮廓段具有一个底切的(hinterschnitten)纵向槽，带帽螺栓或者与所述锥形环连接的滑块在该纵向槽中被导引。
优选地，所述第一内轮廓模具的用于形成球滚道的轮廓段与一个向着枢毂的方向逐渐变细的锥形环构造为一体，其中，该锥形环能够轴向移动。
为了实现彼此并排相邻的、配置给保持架轨道和球滚道的各轮廓段的(特别是第二轮廓模具的轮廓段的)无阻碍径向运动，锥形环的用于球滚道轮廓段的导向面(用于球滚道的轮廓段贴靠在该导向面上)在斜度方面比用于保持架轨道轮廓段的导向面(配置给保持架轨道的轮廓段支撑在该导向面上)更加平缓。
轮廓段可以沿径向朝成形体的旋转轴线如此程度地移动，即：使得下部部分(无论作为预成形坯还是作为最终型件)能够移动超过轮廓段，该下部部分还在限定凸鼓状区域的部分(一个指向外面的锥状裙围与该部分相接)中具有最小的净直径。
此外，所述设备的特征在于：由于接近于枢毂的上端部构造有导向柱，因此具备高的稳定性和同心度，从而在将圆坯(Ronde，圆片坯/杯形坯)变形为成品成形体时所出现的力能够毫无问题地被吸收/承受。
优选地，所述锥形环可轴向滑移地和防止转动地保持在导向柱上。
优选地，所述导向柱在其面朝枢毂的那侧上具有支承和定心盘。
优选地，沿着轴向构造为斜面的导向面至少与第二内轮廓模具的轮廓段在其斜度方面是不同的。
优选地，第二内轮廓模具的构成球滚道的轮廓段相对于轴线而言的倾斜角大于第二内轮廓模具的形成保持架轨道的轮廓段的倾斜角。
优选地，所述锻模包括多个能够径向进给的分锻模。
优选地，第二内轮廓模具的每个构成球滚道的轮廓段配置有一个分锻模。优选地，所述第一内轮廓模具的各轮廓段以及所述第二内轮廓模具的各轮廓段相对所述锥形环保持轴向固定。
附图说明
下文将参照附图再次对本发明方法以及本发明设备的实施例进行说明。
附图示出：
图1为成形体的透视图；
图2为本发明设备的第一变型实施方案根据图3中的线B-B的纵剖面，该设备用于形成预成形坯；
图3为图2所示设备根据线A-A的横截面；
图4为用于形成最终型件的设备根据线B-B的纵剖面；
图5为设备根据图4中的线C-C的横截面；
图6为本发明设备的第二变型实施方案根据图7中的线B-B的纵剖面，该设备用于形成预成形坯；
图7为图6所示设备根据线A-A的横截面；
图8为设备的第二变型实施方案根据图9中的线B-B的纵剖面，该设备用于形成最终型件；
图9为设备根据图8中的线C-C的横截面。
具体实施方式
在图1中示出了一个基本上旋转对称的成形体30，其具有一个枢毂2和一个与该枢毂连接的、无切屑成形的下部部分31。
这种由现有技术已知的成形体30在其下部部分31中具有内轮廓32，其包括球滚道24，在这些球滚道之间分别构造有保持架轨道23，其中，球滚道24和保持架轨道23均匀地分布在下部部分31的周面上。
保持架轨道23和球滚道24沿着轴向方向(相对于轴线X而言)、同样与该方向成横向地呈凹入状拱曲。可以看出，球滚道24一直伸入到下部部分的与枢毂2相对置的下端部区域中，而保持架轨道23则比球滚道24短地一直达到裙围14的区域中，该裙围例如呈锥状向外扩大，正如特别是图2非常清楚地示出的那样。也可以考虑：将所述裙围14成形为直至达到径向取向。
在图2中可以看出，由一个以虚线图示的、回转的(优选平坦的)金属制圆坯(Ronde，圆片坯/杯形坯)3，借助至少一个可旋转的压辊，该压辊压入圆坯的材料中并且然后由外向内径向移动，从而在圆坯3厚度减小(Dickenreduzierung，粗细度减小)的情况下成形出枢毂2。
为了继续加工，也就是说，为了成形下部部分31，圆坯3首先作为预成形坯13通过一个作为夹紧元件的前置件1被压向一个轴向固定的、保持在基板12中的导向柱8，该导向柱同时承担着定心功能。在此，导向柱8在其面朝枢毂的端部上具有一个支承和定心盘27，圆坯3支撑在该支承盘上。
导向柱8是第一内轮廓模具的组成部分，该轮廓模具此外还具有一个锥形环9，该锥形环防转动地、但可轴向滑移地保持在所述导向柱8上。在此，正如在图3中可以看出的那样，优选通过导向柱8与锥形环9之间的配合齿部22a(也称为花键连接)实现所述防转动，以便能够吸收/承受在这一加工步骤中出现的高扭矩。
借助至少一个压辊4，将圆坯3的与枢毂2径向相接的平坦区域压向第一内轮廓模具，亦即压向该第一内轮廓模具的轮廓段10、11，其中，使压辊4径向和轴向进给。在此，第一内轮廓模具随着圆坯3旋转。
由此便产生一个预成形坯件13，其外周面根据图2中的绘示只是沿着轴向方向具有成型轮廓。而在内侧，保持架轨道23和球滚道24通过轮廓段10、11已得以预成形，也就是说，仅仅在其轴向轮廓延伸走向(Konturverlauf)中预成形，但在其宽度和深度方面与最终型件并不相符，从图3能够特别清楚地获知这一点。
在压辊4使用结束后(该压辊此外还要压向回转的圆坯3或者预成形坯13)，使锥形环9沿着箭头方向向下移动到一个与虚线绘出的图示相符的位置，其中，锥形环9经由可轴向移动的顶压冲头7与压紧板5连接。
而导向柱8则紧固在基板12上，该基板保持位置固定并且有一支承环6紧固在该基板上，所述支承环在锥形环9向下、亦即向着背离枢毂2的方向被牵拉时用作轮廓段10、11的支座。
正如已经提及的那样，随着锥形环9轴向滑移到最终形状位置中，轮廓段10、11沿径向向着导向柱8的方向移动，为此在锥形环9的导向面15(轮廓段10、11可滑移地支承在这些导向面上)中分别紧固有一个滑块18，该滑块嵌入相应轮廓段10、11的滑块导轨19中。该滑块18例如可以由带帽螺栓构成。
通过轮廓段10、11径向滑移到图2中以虚线绘出的位置，而将预成形坯13相对轮廓模具如下程度地释放，即：使它能被顺利地取出。
在后续的方法步骤中，将预成形坯13继续加工成最终型件，即下部部分31。在图4和5中图示出了这一方法步骤。
原则上，第二内轮廓模具的构造结构与用于形成预成形坯13的第一内轮廓模具的构造结构类似。然而其中使用了轮廓段20、21，这些轮廓段在其尺寸方面与第一内轮廓模具的轮廓段10、11不同，更确切地说是如此地不同，即：使球滚道24和保持架轨道23获得其最终形状。
为了对其进行模压，设置有可向着预成形坯13的外周面径向进给的锻模分部17，这些锻模分部是锻模16的分段式组成部分并且压靠到现在非回转的预成形坯13的外周面上，其中，所述锻模分部17(这些锻模分部中的相应一个配置给一个球滚道24)具有与轮廓段21的凸状构造相吻合的凹状形状，因而得到构成下部部分31的最终型件的相应外轮廓。
为了将预成形坯13套装到第二内轮廓模具上，轮廓段20、21保持在非功能位置中，也就是说，锥形环9被置入一个相对导向柱8向着基板的方向滑移的终端位置，此时轮廓段20、21向内朝导向柱8强制径向运动。
在将预成形坯13套装于在端侧成形为支承和定心盘27的导向柱8上之后，使锥形环9向着枢毂2或者说向着导向柱8的成形的支承和定心盘27滑移，并且通过起到楔子作用的圆锥面使轮廓段20、21移动进入终端位置，在该终端位置中，这些轮廓段无间隙地或者几乎无间隙地互相贴合。
为了防止锥形环9随着导向柱8转动，正如图5清楚地示出的那样，设置有棱键22，该棱键嵌入导向柱8和锥形环9中。
通过按照图4中所示箭头方向压紧锻模分部17，来形成球滚道24和保持架轨道23。
在图6至9中示出了本发明设备的一种备选的变型实施方案。与图2至5所示设备不同，在第一内轮廓模具中用于形成球滚道24的轮廓段10’与锥形环9构造为一体。
正如此外可以在图6中看出的那样，在这种变型方案中，圆坯3的与枢毂2径向相接的平坦区域也压向第一内轮廓模具，也就是说，压向该第一内轮廓模具的轮廓段10’、11，其中压辊4径向和轴向进给。轮廓段10’的造型在此是如下设计的，即：该轮廓段10’的周面的半径沿轴向相对于导向柱8的旋转轴线向上、也就是说逆着最终形状成形方向无任何增大，而是构造为向上减小或者保持不变，从而，在将圆坯3成功压靠到第一内轮廓模具之后预成形坯13可以相对轮廓模具被顺利地取出。
由此便制得一个预成形坯13，其外周面只沿着轴向方向具有成型轮廓，正如图2中图示的那样。
为使加工制作更加简单，特别是在材料变形方面，可以对圆坯或者可以对预成形坯进行加热，正如已经详细说明的那样。为了提高参与变形成型的模具的使用寿命，可以对这些模具进行冷却，此时可设置相应的冷却通道。
附图标记列表
1 前置件
2 枢毂
3 圆坯
4 压辊
5 压紧板
6 支承环
7 顶压冲头
8 导向柱
9 锥形环
10 轮廓段
10’ 轮廓段
11 轮廓段
12 基板
13 预成形坯
14 裙围
15 导向面
16 锻模
17 锻模分部
18 滑块
19 纵向槽
20 轮廓段
21 轮廓段
22 棱键
22a 花键连接
23 保持架轨道
24 球滚道
27 支承和定心盘
30 成形体
31 下部部分
32 内轮廓

Claims (17)

1.用于制造成形体(30)的方法，所述成形体由金属构成并且具有枢毂(2)和沿轴向与该枢毂相接的、钟形的下部部分(31)，其中，通过无切削地成形为凸鼓状拱曲的区域将内轮廓引入所述下部部分(31)中，该内轮廓包括交替地设置在周面上的、沿着轴向呈凹入状的保持架轨道(23)和球滚道(24)，所述球滚道用于接纳滚动体，所述保持架轨道(23)的深度小于所述球滚道(24)的深度，其特征在于包括下列依次实施的方法步骤：
a)借助至少一个可旋转的压辊(4)，由回转的圆坯(3)在其厚度减小的情况下成形出所述枢毂(2)，
b)为形成所述下部部分(31)的预成形坯(13)，借助至少一个轴向和径向运动的压辊(4)，将圆坯(3)的与枢毂(2)径向相接的平坦区域压至回转的第一内轮廓模具的各轮廓段上，而部分形成所述内轮廓，和
c)通过包括分锻模(17)的锻模(16)，将固定的预成形坯(13)压向第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)，而完全形成所述保持架轨道(23)和球滚道(24)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述第一内轮廓模具的各轮廓段在部分形成相应的内轮廓之后以及使所述第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)完全形成相应的内轮廓之后沿径向朝轴线(X)移动到与所述下部部分(31)的重叠区域之外。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为了成形所述枢毂(2)和/或为了形成所述预成形坯(13)而将圆坯(3)加热和/或为了最终形成所述下部部分(31)而将预成形坯(13)加热，加热到400°至1000℃。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述成形体由钢构成。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为了成形所述枢毂(2)和/或为了形成所述预成形坯(13)而将圆坯(3)加热和/或为了最终形成所述下部部分(31)而将预成形坯(13)加热，加热到400°至600℃。
6.用于实施如权利要求1至5之任一项所述方法的设备，其特征在于：设置可旋转的第一内轮廓模具和固定的第二内轮廓模具，这些内轮廓模具为了模压出球滚道(24)和保持架轨道(23)而分别具有独立的、可径向强制移动的轮廓段，并且第一内轮廓模具配置有至少一个可径向和轴向进给的压辊，而第二内轮廓模具配置有可径向进给的锻模(16)，其中，所述第一内轮廓模具的轮廓段具有凸起状的部段用于形成预成形坯(13)的球滚道(24)和保持架轨道(23)，并且所述第二内轮廓模具的轮廓段(20，21)具有凸起状的部段用于形成构成最终型件的下部部分(31)的球滚道(24)和保持架轨道(23)，以及，至少在第一内轮廓模具的区域中设置有夹紧元件，用于将设有枢毂(2)的圆坯(3)防转动地夹紧。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述第一内轮廓模具的各轮廓段以及所述第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)在功能位置中无间隙地互相贴合。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述第一内轮廓模具的各轮廓段以及所述第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)贴靠在一个向着枢毂(2)的方向逐渐变细的锥形环(9)上，其中，该锥形环(9)能够轴向移动。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述第一内轮廓模具的各轮廓段以及所述第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)和所述锥形环(9)的导向面(15)具有相互对应的导向元件，其中一个导向元件构造为滑块(18)并且另一导向元件构造为底切的纵向槽(19)。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述第一内轮廓模具的用于形成球滚道(24)的轮廓段与一个向着枢毂(2)的方向逐渐变细的锥形环(9)构造为一体，其中，该锥形环(9)能够轴向移动。
11.如权利要求8或10所述的设备，其特征在于：所述锥形环(9)可轴向滑移地和防止转动地保持在导向柱(8)上。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：所述导向柱(8)在其面朝枢毂(2)的那侧上具有支承和定心盘(27)。
13.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于：沿着轴向构造为斜面的导向面(15)至少与第二内轮廓模具的轮廓段(20，21)在其斜度方面是不同的。
14.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于：第二内轮廓模具的构成球滚道(24)的轮廓段(21)相对于轴线(X)而言的倾斜角大于第二内轮廓模具的形成保持架轨道(23)的轮廓段(20)的倾斜角。
15.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于：所述锻模(16)包括多个能够径向进给的分锻模(17)。
16.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于：第二内轮廓模具的每个构成球滚道(24)的轮廓段(21)配置有一个分锻模(17)。
17.如权利要求8或10所述的设备，其特征在于：所述第一内轮廓模具的各轮廓段以及所述第二内轮廓模具的各轮廓段(20，21)相对所述锥形环(9)保持轴向固定。
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