CN111054880A - 齿条杆的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提高齿条杆的制造装置的耐久性和实现小型化。齿条杆的制造装置(100)在齿条杆的轴件上形成扁平部，所述齿条杆通过在设置于中空的所述轴件的所述扁平部上形成齿条而得到，齿条杆的制造装置(100)包括：平压冲头(101)，其对轴件2的外周面进行按压；一对模具(110、111)，其在与平压冲头相对于轴件的按压方向垂直的方向上可开闭，并在平压冲头的加工范围以上的长度上对轴件的外周进行保持；凸轮(103)，其具有在一对模具的开闭方向上夹持一对模具的一对卡合部(122)，通过对平压冲头相对于轴件的按压方向加压，从而使一对卡合部与一对模具卡合，而使一对模具闭合；和环状的保持件(104)，其具有在平压冲头相对于轴件的按压方向上与凸轮配合的配合孔(130)，凸轮以一对模具的对接面为边界分为第一凸轮块(120)和第二凸轮块(121)两部分，第一凸轮块和第二凸轮块在互相组合的状态下呈圆柱形。

Description

齿条杆的制造装置

技术领域

本发明涉及一种齿条杆的制造装置。

背景技术

作为用于齿条齿轮式转向装置等的齿条杆，例如，已知一种齿条形成在实心轴件上的、所谓的实心齿条杆。另外，还已知一种齿条形成在中空轴件上从而实现了轻量化的所谓的中空齿条杆。

中空齿条杆1例如采用如下方法制造。首先，通过平压冲头对中空轴件进行按压，从而在中空轴件的外周面上形成扁平部。接下来，在齿条齿模按压于扁平部的平坦外表面的状态下，将芯棒推入到扁平部的内部，通过逐渐增大被推入的芯棒的尺寸，并重复进行芯棒的推入，从而在扁平部的外表面上形成齿条。并且，为了提高齿条的硬度，而对齿条实施淬火。

专利文献1中描述的冲压加工装置是在作为中空齿条杆的材料的中空轴件的外周面上形成扁平部的装置。该冲压加工装置包括：在水平方向上开闭的左右模具；对由左右模具夹持的轴件上部进行按压的平压冲头；以及构成为通过向下推压来闭合左右模具的支撑块。

在支撑块的下表面上，设置有用于容纳左右模具的凹部，并且在凹部的左右侧面以及与凹部的侧面相对的左右模具的侧面上设置有互相卡合的锥形面。施加到支撑块的向下的推压力，通过凹部的锥形面与左右模具的锥形面的卡合而转换为用于闭合左右模具的水平方向的推压力。并且，通过被转换的水平方向的推压力，左右模具被闭合并保持在闭合状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-262694号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

在专利文献1中描述的冲压加工装置中，用于对应于支撑块的下压而使左右模具闭合的锥形面设置在支撑块的凹部以及容纳于凹部中的左右模具上。因此，在垂直于上下方向的截面中，凹部和左右模具形成为矩形形状。当平压冲头按压于中空轴件的上部时，用于打开夹持轴件的左右模具的水平方向上的力作用在左右模具上，并且由支撑块受力。这里，如果凹部的截面形状是矩形的，则例如在凹部的四个角处产生应力集中，有可能导致支撑块破损。尽管可以通过增加围绕凹部的框架部的厚度来抑制支撑块的破损，但是支撑块的重量增加，可能导致支撑块的升降所需的设备的尺寸增大。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提高齿条杆的制造装置的耐久性和实现小型化。

用于解决问题的技术手段

本发明的一个方面是齿条杆的制造装置，其构成为在齿条杆的轴件上形成扁平部，所述齿条杆通过在设置于中空的所述轴件的所述扁平部上形成齿条而得到。制造装置包括：平压冲头，其构成为对所述轴件的外周面进行按压；一对模具，其构成为在与所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向垂直的方向上可开闭，并在所述平压冲头的加工范围以上的长度上对所述轴件的外周进行保持；凸轮，其构成为具有在所述一对模具的开闭方向上对所述一对模具进行夹持的一对卡合部，通过对所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向加压，从而使所述一对卡合部与所述一对模具卡合，而使所述一对模具闭合；和环状的保持件，其具有构成为在所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向上与所述凸轮配合的配合孔。所述凸轮以所述一对模具的对接面为边界分为第一凸轮块和第二凸轮块两部分，所述第一凸轮块和所述第二凸轮块构成为在互相组合的状态下呈圆柱形。

发明效果

根据本发明，能够提高齿条杆的制造装置的耐久性和实现小型化。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式的齿条杆的一个示例的立体图。

图2是图1的齿条杆的制造过程中的预成形工序的示意图。

图3是图1的齿条杆的制造过程中的齿成形工序的示意图。

图4是实施图2的预成形工序的制造装置的俯视图。

图5是图4的制造装置的沿V-V线截取的剖视图。

图6是示出了图4的制造装置的各部分上所作用的力的示意图。

图7是示出了图4的制造装置的各部分上所作用的力的示意图。

图8是图4的制造装置的变形例的剖视图。

图9是使用了图8的制造装置所制造的齿条杆的剖视图。

图10是使用了图9的齿条杆的转向装置的剖视图。

符号说明

1：中空齿条杆

2：轴件

3：齿条

4：扁平部

5：第一开口

6：第二开口

7：平面部

10：齿成形装置

11：齿成形用模具

12：芯棒

13：芯棒保持件

14：第一芯棒推杆

15：第二芯棒推杆

16：上模

17：下模

18：齿条齿模

100：制造装置

101：冲头

102：预成形用模具

103：凸轮

104：保持件

105：加压机构

110：第一模具

111：第二模具

112：顶出销

113：保持槽

114：连通槽

115：倾斜面

116：倾斜面

117：平面部

120：第一凸轮块

121：第二凸轮块

122：凹部(卡合部)

123：倾斜面

124：倾斜面

130：配合孔

131：***孔

200：转向装置

201：壳体

202：小齿轮

203：齿条引导件

204：弹簧

具体实施方式

图1示出了用于说明本发明的实施方式的齿条杆的一个示例。

图1所示的齿条杆1是由具有圆形截面的中空轴件2制成的所谓的中空齿条杆。齿条3形成在轴件2上。形成有齿条3的区段(下文中称为齿条形成区段)的截面形状为非圆形，并且与齿条形成区段偏离的区段的截面形状为圆形。中空齿条杆1例如采用如下方法制造。

图2和图3示意性地示出了中空齿条杆1的制造工序。

作为基材的轴件2例如是由JIS-S45C等钢制成的截面为圆形的中空轴件，轴件2的轴向两端开口。通常，对轴件2实施磷酸锌皮膜处理等以提高可成形性和耐腐蚀性。

<预成形工序>

如图2所示，在轴件2的外周面上，形成沿轴件2的轴向延伸的扁平部4。通过图3所示的齿成形工序在该扁平部4的平坦外表面上形成齿条3。扁平部4通过将轴件2的外周面压扁成平坦状直至齿条3的齿底高度附近而形成。

<齿成形工序>

接下来，如图3所示，在轴件2的扁平部4的平坦外表面上形成齿条3。形成齿条3的齿成形装置10包括：齿成形用模具11、多个芯棒12、保持多个芯棒12的芯棒保持件13、第一芯棒推杆14以及第二芯棒推杆15。

齿成形用模具11具有通过合模机构(未示出)在上下方向上开闭的上模16和下模17。上模16和下模17沿上下方向夹持轴件2并对轴件2的外周进行保持。齿条齿模18可拆卸地安装在上模16上，齿条齿模18以与扁平部4的大致平坦的外表面抵接的状态被固定。在与扁平部4的外表面接触的齿条齿模18的成形面18a上，设置有多个用于成形齿条3的齿槽。

由芯棒保持件13保持的多个芯棒12中的一个芯棒12，从轴件2的轴向一端侧的第一开口5***于轴件2中，并且通过第一芯棒推杆14推入到扁平部4的内部。并且，被推入的芯棒12被从轴件2的轴向另一端侧的第二开口6***于轴件2中的第二芯棒推杆15推回，并从轴件2被排出。

在芯棒12于扁平部4的整个长度上往复移动的过程中，扁平部4的材料被芯棒12挤压并向齿条齿模18塑性流动。通过逐渐变换为更大尺寸的芯棒12，并重复进行芯棒12的推入，使得扁平部4的材料逐渐深入到齿条齿模18的成形面18的齿槽，成形面18a的形状被转印到扁平部4，从而在扁平部4上形成齿条3。

形成有齿条3的轴件2根据需要对伴随齿的成形而产生的弯曲进行校正和对外周面实施磨削，并且实施淬火以提高齿条3的硬度。淬火时的加热可以通过例如高频感应加热来进行，但不限于高频感应加热。此外，淬火时的加热范围不受特别限制，只要其包括齿条形成区段即可，既可以仅是齿条形成区段，也可以是轴件2的全长。此外，在淬火时，优选地从上下方向和左右方向对齿条形成区段进行约束，以抑制由淬火引起的轴件2的弯曲。

图4和图5示出了用于执行图2所示的预成形工序的齿条杆的制造装置的一个示例。

制造装置100包括平压冲头101、预成形用模具102、凸轮103、保持件104和加压机构105。

平压冲头101通过加压机构105按压轴件2，在轴件2的外周面形成扁平部4。在该示例中，从水平配置的轴件2的上方按压轴件2。

预成形用模具102具有成对的第一模具110和第二模具111，并且第一模具110和第二模具111在与平压冲头101相对于轴件2的按压方向垂直的方向上开闭。在本例中，平压冲头101相对于水平设置的轴件2，从轴件2的上侧按压轴件2，并且将轴件2的轴向设定为前后方向，第一模具110和第二模具111在与上下方向和前后方向垂直的左右方向上开闭。在第一模具110和第二模具111的下方配置有顶出销112。顶出销112***于对接的第一模具110和第二模具111之间，以使第一模具110和第二模具111分离。

在第一模具110和第二模具111各自的对接面上，形成有沿前后方向横贯对接面的、截面为半圆形的保持槽113。这些保持槽113，在第一模具110和第二模具111闭合时相互组合，在平压冲头101的加工范围以上的长度上形成容纳轴件2的圆筒状的成形空间，并对容纳在该成形空间中的轴件2的外周进行保持。此外，在第一模具110和第二模具111各自的对接面上，形成有从第一模具110和第二模具111各自的上表面到达保持槽113的连通槽114。平压冲头101穿过将第一模具110和第二模具111各自的连通槽114组合而形成的连通孔，按压于容纳在上述成形空间中的轴件2的外周面上。

在第一模具110的与对接面相对侧的外侧面上设置有沿上下方向倾斜的倾斜面115，倾斜面115从第一模具110的上表面至少延伸到保持槽113的下端的位置。在第二模具111的外侧面上也设置有同样的倾斜面116。

凸轮103具有第一凸轮块120和第二凸轮块121。第一凸轮块120和第二凸轮块121在第一模具110和第二模具111的开闭方向上夹持第一模具110和第二模具111并且彼此相对配置。凸轮103整体上呈大致圆柱形状，并且第一凸轮块120和第二凸轮块形成为以第一模具110和第二模具111的对接面为边界而将圆柱一分为二得到的半圆柱形。

在第一凸轮块120和第二凸轮块121各自的相对表面上形成有凹部(卡合部)122。在第一凸轮块120的凹部122中，容纳有第一模具110并且设置有可与第一模具110的倾斜面115滑动接触的倾斜面123。在第二凸轮块121的凹部122中，容纳有第二模具111并且设置有可与第二模具111的倾斜面116滑动接触的倾斜面124。

保持件104由长方体形状的块构成，并且具有沿上下方向贯通该块的、具有圆形截面的配合孔130。保持件104形成为环绕配合孔130的外周的环形。第一模具110和第二模具111设置在配合孔130的中央，第一凸轮块120设置在第一模具110与配合孔130的内周面之间，第二凸轮块121设置在第二模具111与配合孔130的内周面之间。第一凸轮块120和第二凸轮块121沿上下方向可移动地配合于配合孔130中。再者，在第一凸轮块120、第二凸轮块121和保持件104中，形成有与通过第一模具110和第二模具111形成的上述成形空间连通的***孔131。

第一凸轮块120和第二凸轮块121与平压冲头101独立地被加压机构105向下按压。通过向下推压第一凸轮块120和第二凸轮块121，第一凸轮块120的倾斜面123与第一模具110的倾斜面115卡合，第二凸轮块121的倾斜面124与第二模具111的倾斜面116卡合。通过这些倾斜面的卡合，作用在第一凸轮块120和第二凸轮块121上的向下的推压力被转换成左右方向的推压力，并且作用于第一模具110和第二模具111。由此，第一模具110和第二模具111闭合并以闭合状态被牢固地保持。

在预成形工序中，首先，通过加压机构105提升平压冲头101、第一凸轮块120和第二凸轮块121，并在第一模具110和第二模具111打开的状态下，轴件2穿过***孔131设置在第一模具110的保持槽113与第二模具111的保持槽113之间的预定位置处。接着，向下按压第一凸轮块120和第二凸轮块121，使第一模具110和第二模具111闭合。并且，使平压冲头101向下按压并按压于轴件2的外周面上。由此，在轴件2的外周面上形成扁平部4。

图6和图7示意性地示出了在预成形工序中作用在制造装置100的各部位上的力。

当平压冲头101按压于轴件2时，在保持轴件2的第一模具110和第二模具111上，作用有用于打开第一模具110和第二模具111的左右方向的力F1。虽然该力F1施加于第一凸轮块120和第二凸轮块121上.但是通过第一凸轮块120的倾斜面123与第一模具110的倾斜面115之间的卡合以及第二凸轮块121的倾斜面124与第二模具111的倾斜面116之间的卡合，而被分解为上下方向的力F2和左右方向的力F3。其中，上下方向的力F2由加压机构105受力。

左右方向的力F3作用在第一凸轮块120和第二凸轮块121，以使得在左右方向上推开第一凸轮块120和第二凸轮块121，通过第一凸轮块120和第二凸轮块121传递到保持件104，由保持件104受力。这里，因为第一凸轮块120和第二凸轮块121本来就是在左右方向上被分开的，因此第一凸轮块120和第二凸轮块121不会由于力F3的作用而破损。并且，由于第一凸轮块120和第二凸轮块121形成为半圆柱形，因此左右方向的力F3成为辐射状分散的力F4作用在保持件104上。因此，能够防止由于力F3的作用而导致的保持件104的破损，制造装置100的耐久性得到提高。

另外，承受左右方向上的力F3的保持件104通过预成形工序被固定，不会因为力F3的作用而导致破损的第一凸轮块120和第二凸轮块121与保持件104相比可以实现小型化。因此，用于升降第一凸轮块120和第二凸轮块121的加压机构105也可以实现小型化。由此，能够实现制造装置100的小型化。

优选地，将形成第一模具110和第二模具111的材料的硬度作为A，将形成第一凸轮块120和第二凸轮块121的材料的硬度作为B，将形成保持件104的材料的硬度作为C，则A≥B≥C。例如，第一模具110和第二模具111的材料可以采用洛氏硬度为58～62HRC的冷作模具钢，第一凸轮块120和第二凸轮块121的材料可以采用洛氏硬度为54～58HRC的冷作模具钢，保持件104的材料可以采用洛氏硬度为48～54HRC的热作模具钢。予以说明，各材料的洛氏硬度为通过JIS2245：2016所规定的洛氏硬度试验测得的值。

通常，钢的硬度和韧性是权衡关系，硬度越高，韧性越低。如果形成第一模具110和第二模具111的材料的韧性为a，形成第一凸轮块120和第二凸轮块121的材料的韧性为b，形成保持件104的材料的韧性为c，则将上述硬度关系式A≥B≥C转换为韧性关系式的话，则为a≤b≤c。通过使第一模具110和第二模具111的材料为相对较高的硬度，可以抑制与轴件2接触的第一模具110和第二模具111的磨损，并且通过使保持件104的材料具有相对较高的韧性，可以防止受到左右方向上的力F3作用的保持件104的破损，制造装置100的耐久性得到进一步提高。

图8示出了制造装置100的变形例。

在图8所示的示例中，在第一模具110和第二模具111各自的具有半圆形截面的保持槽113的底部设置有平面部117。该平面部117在平压冲头101的加工范围以上的长度上延伸。

图9表示通过使用图8所示的制造装置100而制造的中空齿条杆1的齿条形成区段的截面形状，其中由平面部117成形而得的平面部7形成于齿条3的左右两侧。

图10表示使用图9的中空齿条杆1的转向装置的一个示例，转向装置200包括：壳体201，用于沿轴向移动自如地支撑中空齿条杆1；小齿轮202，其与中空齿条杆1的齿条3啮合；齿条引导件203，在与小齿轮202之间夹持中空齿条杆1并滑动自如地支撑中空齿条杆1；和弹簧204，其朝向中空齿条杆1推压齿条引导件203。

由于中空齿条杆1的平面部7形成与齿条引导件203平面接触的部分，因此通过齿条引导件203对中空齿条杆1的支撑是稳定的。

平面部7的宽度W以及用于成形平面部7的保持槽113的平面部117的宽度W，优选为0.3mm以上且10mm以下。此外，当以中空齿条杆1的外径D为基准时，假设在与齿条3相对的一侧夹在左右平面部7之间的圆弧表面部的中心角为α°，则宽度W优选满足下式：

W≤D×sin[(180°－α°)/2]

如上所述，本说明书所公开的齿条杆的制造装置在齿条杆的轴件上形成扁平部，所述齿条杆通过在设置于中空的所述轴件的所述扁平部上形成齿条而得到，其中，所述齿条杆的制造装置包括：平压冲头，其对所述轴件的外周面进行按压；一对模具，其在与所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向垂直的方向上可开闭，并在所述平压冲头的加工范围以上的长度上对所述轴件的外周进行保持；凸轮，其具有在所述一对模具的开闭方向上对所述一对模具进行夹持的一对卡合部，通过对所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向加压，从而使所述一对卡合部与所述一对模具卡合，而使所述一对模具闭合；和环状的保持件，其具有在所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向上与所述凸轮配合的配合孔，所述凸轮以所述一对模具的对接面为边界分为第一凸轮块和第二凸轮块两部分，所述第一凸轮块和所述第二凸轮块在互相组合的状态下呈圆柱形。

此外，本说明书所公开的齿条杆的制造装置中，将形成所述一对模具的材料的硬度设为A，将形成所述第一凸轮块和所述第二凸轮块的材料的硬度设为B，将形成所述保持件的材料的硬度设为C，则A≥B≥C。

此外，本说明书所公开的齿条杆的制造装置中，所述一对模具分别具有容纳所述轴件的具有半圆形截面的槽，所述槽在该槽的底部具有在所述平压冲头的加工范围以上的长度上延伸的平面部。

此外，本说明书所公开的齿条杆的制造装置中，所述平面部的宽度为0.3mm以上10mm以下。

Claims (4)

1.一种齿条杆的制造装置，其被构成为在齿条杆的轴件上形成扁平部，所述齿条杆通过在设置于中空的所述轴件的所述扁平部上形成齿条而得到，

所述齿条杆的制造装置包括：

平压冲头，其被构成为对所述轴件的外周面进行按压；

一对模具，其被构成为能够在与所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向垂直的方向上开闭，并在所述平压冲头的加工范围以上的长度上连续对所述轴件的外周进行保持；

凸轮，其被构成为具有在所述一对模具的开闭方向上对所述一对模具进行夹持的一对卡合部，通过向所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向加压，从而使所述一对卡合部与所述一对模具卡合，而使所述一对模具闭合；和

环状的保持件，其具有配合孔，所述配合孔被构成为在所述平压冲头相对于所述轴件的按压方向上与所述凸轮配合，

所述凸轮以所述一对模具的对接面为边界分为第一凸轮块和第二凸轮块两部分，

所述第一凸轮块和所述第二凸轮块被构成为在互相组合的状态下呈圆柱形。

2.如权利要求1所述的制造装置，其中，

将形成所述一对模具的材料的硬度设为A，

将形成所述第一凸轮块和所述第二凸轮块的材料的硬度设为B，

将形成所述保持件的材料的硬度设为C，

则A≥B≥C。

3.如权利要求1或2所述的制造装置，其中，

所述一对模具分别具有被构成为容纳所述轴件的具有半圆形截面的槽，

所述槽在该槽的底部具有在所述平压冲头的加工范围以上的长度上连续延伸的平面部。

4.如权利要求3所述的制造装置，其中，

所述平面部的宽度为0.3mm以上10mm以下。

Images