CN1142792A

CN1142792A - 用于制造转向齿条的装置

Info

Publication number: CN1142792A
Application number: CN94194932A
Authority: CN
Inventors: A·E·毕晓; L·J·麦连
Original assignee: AE Bishop and Associates Pty Ltd
Current assignee: AE Bishop and Associates Pty Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: KR960706380A; CA2177834A1; DE69423518D1; JPH09506550A; AUPM302693A0; CN1058433C; CA2177834C; JP3351793B2; EP0738191B1; US5862701A; BR9408222A; WO1995016529A1; DE69423518T2; ES2143040T3; KR100287224B1; EP0738191A1; EP0738191A4

Abstract

一种用坯料加工转向齿条的锻压模具，转向齿条具有带齿部分和两个纵向延伸的导向面。模具包括第一(18)、第二(19)模构件和四个收拢于坯料上的成型元件(52、53、54、55)。第一成型元件(52)在第二模构件(19)上，用于加工齿，第二(53)和第三(54)成型元件在第一模构件(18)上，用于加工导向面。在锻造中，第四成型元件(55)可相对第一模构件(18)滑动，用于加工该部分一个表面，并与第一偏压装置(83、84)相连，允许第四成型元件(55)运动。该模具具有在锻造过程中夹持坯料的相对第一和第二夹具，第一夹具(23)与第二偏压装置(25、36)相连，相对第一模构件(18)滑动，第二夹具(24)与第三偏压装置(26、28)相连，可相对第二模构件(19)滑动，第一偏压装置与第二偏压装置机械地分离。

Description

用于制造转向齿条的装置

技术领域

本发明涉及一种汽车的转向齿条及其制造。背景技术

大部分的转向齿条是用柱状钢棒制造的，从靠近该柱状钢棒的一端切削齿，带齿部分大约为钢棒长度的四分之一。这种制造齿条技术的缺点在美国专利第4,715,210和4,571,982号中进行了描述，这两个专利分别描述了通过在一种通常称作“Y”型模具的多元件模具中进行锻造来制造转向齿条的方法和装置，在这种Y型模具中，模具的成形元件朝齿条中心线汇拢，以保证成形压力最大、产生的“毛刺”最小。这种技术特别适用于制造带齿部分具有类似于大写字母“Y”的唯一横断面形状的齿条，它的最大优点在美国专利第4,116,085号中已有描述。

用美国专利第4,571,982所记载的装置制造的齿条，其弯曲和疲劳强度优于用同样直径柱状棒毛坯制造的齿条，并且正如美国专利第3,753,378所披露的此锻造过程中，无论是恒定传动比的齿形还是可变传动比的齿形部都可以得到。可变传动比的变化曲线沿齿条的轴向光滑变化，因此，不能进行精确地拉削或磨削加工，而且除了锻造外，其它方法例如用化学或放电机加工方法不能进行经济地生产。

自1983年以来，齿条一直是用美国专利4,571,982所描述的“温锻”技术进行生产。所用模具的特点是，模腔体积与坯料的体积紧密匹配，以便产生的“毛刺”最小。虽然宣称获得的好处是提高了主轴周围的疲劳和弯曲强度、产品平直度好、降低了生产费用并且能生产出可变传动比的齿形，但是，生产经济证明其缺点集中在现行Y型模具的设计中。

现有的Y型模具的主要缺陷是不能独立地控制锻造和夹持负载。在这种现有技术的模具中，上部模件(控制锻造负载)和上部夹具(控制夹持负载)都固定在一块板上，并且，借两个弹簧垂直向下预加负载。此板可在上部台板上垂直滑动，因此上部模件和上部夹具不可能进行独立运动。上部模件用来容纳齿条Y型横截面杆中向上突起的成形金属，并且实际中发现，为了适应齿条坯的直径公差，上部模件也有某种程度的变化(但很轻微)。结果导致安装有上部模件和上部夹具的板也需要有某种程度的变化，由此，导致夹持负载的可变性。

此外，分布在板上的不均匀负载会引起临接齿条带齿部分的板侧面相对上部夹具的支撑侧面垂直向上翘曲，有将上部和下部夹具撬开的倾向。这样，导致夹持力损失，附带地引起模具本身的压力受损，继而使齿的充填(fill)质量变劣，并使金属坯沿轴向从夹具之间挤出。板相对向上的翘曲会进一步导致分布在模腔中的轴向压力不均，经常需要多次反复地调整上部模件的尺寸才能获得满意的齿充填和Y型横断面，这一过程必须在每次变换加工工具之后进行，结果，既费时，又不适用于需要迅速变换加工工具的大批量生产的环境。

进一步，上述板的不均匀翘曲会导致锻造的齿条平直度降低，表现在带齿部分与柱状部分之间的过渡区弯曲。

Y型模具的现有设计的其它缺点是利用机械式弹簧控制锻造力和夹持力。如美国专利4,571,982所描述的螺旋形弹簧很难装配，由于这种原因，至今在生产Y型模具中一直使用机械梁式弹簧(beam spring)。然而，上述的这种机械式弹簧(无论是螺旋式或梁式弹簧)的弹簧预载力均不易变化，但因磨损而需要使用中进行变化，因此使生产过程出现易变性并由于机械预载力的损失使这些弹簧疲劳失效可能性增加。并且，不同尺寸的齿条需要不同的最大弹簧负载和/或弹簧刚度。而这些参数在生产环境中也是不易改变的。

本发明的目的是克服现有技术中Y型模具的缺点，而提供一种用于制造具有美国专利4,571,982中所描述的形状的钢齿条。本发明的重要特征是提供对夹持力、锻造力和压力的分开控制。这种夹持机能与锻造机能的分开，能够随着齿填充的改进及齿条平直的提高而使每根齿条最佳化。进一步，上部模件及上、下夹具从模具完全闭合时所处位置的返回可独立控制和定时，以便释放与其它模具接触的锻造齿条，避免了齿条的重大破坏和不对中。本发明还能在不拆除模具的情况下，使快速微调或重新设置锻造参数成为可能，由此，可快速变换加工工具，并使所述模具适用于大量生产的环境。发明概述

本发明一方面提供一种模具，用该模具使坯料通过锻造加工成转向齿条带齿部分。该带齿部分具有一个带齿的面和至少两个纵向延伸的导向面，所述模具包括第一、第二模构件和由第一、第二、第三及第四成形元件组成的一个元件组，这些成形元件当坯料放入模具中时可相对移动地聚拢于坯料上，第一成形元件是第二模构件的一部分，并且其中一个面具有与所述齿形相对应的形状，第二和第三成形元件是第一模构件的一部分，并且有适于加工带齿部分纵向延伸的导向面的成形面，第四成形元件与第一偏压装置相连，在第二和第三成形元件之间相对于第一模构件滑动，并且适于加工带齿部分位于两导向面之间并与齿相对的表面，所述第一偏压装置在锻造期间允许第四成形元件在负载作用下离开坯料而运动，该模具还包括在锻造期间纵向限制坯料的夹持***，夹持***包括在锻造期间对坯料非加工面施加径向负载的相对布置的第一和第二夹具，第一夹具与第二偏压装置相连，并可相对第一模构件滑动，第二夹具与第三偏压装置相连，并可相对第二模构件滑动，其特征是，第一偏压装置与第二偏压装置机械地分离。

第一、第二和第三偏压装置最好是液压促动器。第三和第二偏压装置也可以液体连通。当然，作为另外一种替换形式，第三偏压装置也可以是机械弹簧，在这种情况下，第二偏压装置与第三偏压装置不需要液体连通。

至少在一个液压促动器中压力作用的瞬间和大小最好是单独控制的。也可以对任意一个或多个液压促动器进行控制，使其作为第一和第二模构件相对移动的函数。

至少一个液压促动器最好由至少一个压力溢流阀来控制。也可以在至少一个液压促动器和它的相应溢流阀之间的液体连接件上连接一个蓄能器。

模具最好还包括用于在锻造期间纵向限制坯料的限制装置，该限制装置绕基本垂直于坯料的轴线可转动地安装着，并具有一个基本垂直于坯料纵轴线的表面，而且在模具闭合期间由一个夹紧装置夹持在第二模构件的固定止挡部分上。

本发明的另一方面，提供一种模具，用该模具使坯料通过锻造加工成转向齿条带齿部分，该带齿部分具有一带齿的面和至少两个纵向延伸的导向面，所述模具包括第一、第二模构件和由第一、第二、第三及第四成形元件组成的一个元件组，这些成形元件在坯料放入模具中时可相对移动地聚拢于坯料上，第一成形元件是第二模构件的一部分，并且其中一个面具有与所述齿形相对应的形状，第二和第三成形元件是第一模构件的一部分，并具有适于加工带齿部分纵向延伸的导向面的成形面，第四成形元件与第一液压促动器相连，可在第二和第三成形元件之间相对于第一模构件滑动，并且适于加工带齿部分位于两导向面之间并与齿相对的表面，第一液压促动器在锻造期间允许第四成形元件在负载作用下移开坯料而运动，其特征是，对于第一液压促动器中压力作用瞬间和大小进行控制。附图的详细描述

为更好地理解本发明，以下参照附图，借助于非限定的例子对用于实践中的实施例进行详述。其中：

图1是依据本发明模具制作的齿条示意图；

图2是图1中A-A平面的齿条横断面图；

图3是根据本发明模具的纵断面图；

图4是图3中C-C平面的模具断面图；

图5是图3中的D-D平面模具断面图；

图6、7和8示出了形成齿条Y型部分和齿的不同阶段；

图9示出了作用在模件上的力与压力之间的关系，这两者都是模具开度的函数；及

图10a～c是放大的纵断面图，它详细地示出了图3中滑阀在三个不同轴向及旋转位置的结构。

图10a～f是对应于图10a～c中相应阀芯在E-E平面的断面图。

发明的最佳实施例

图1示出了根据本发明的实施例制造的由带齿部分1和柱状部分2组成的典型Y型齿条。通常，齿条端部3带有螺纹，连接在球窝节头和横拉杆上。在另一种不常用的类型中，横拉杆借助于靠近车辆纵向中心线位置的带有橡胶衬套的双头螺栓固定在前述齿条上，目的是制造的柱状齿条具有局部扩大，钻有孔且攻有螺纹的特性。下文将要叙述的方法也适用于制造这些“中心偏移”(centre-take-off)的齿条和其它类型的齿部分有可替换的横截面形状的齿条，上述可替换的横截面形状是通过分别将模件的成形表面做成合适的形状来实现的。

图2示出了齿条Y型齿部分的断面形状。圆周13表示在该视图的齿条柱状部分2。相对的一对导向面5和4相对于垂直轴线6对称设置，它们之间的夹角7约为90°，齿8终止于斜端面9和10，以便使用以点12为圆心的圆11所表示的转向套管内部的有效横截面空间得到最佳利用。这种齿的斜端面还用来减少齿的外末端的破裂变化。柱状部分2也以点12为中心。并选择其直径使其横截面面积大体与带齿部分1的平均横截面面积相等。Y型部分的杆14做成稍有锥度的形状，其相对两侧面形成以角15所表示的燕尾形。

图3、4和5示出了依据本发明的用于制造前述类型齿条的模具的一个实施例，该模具安装在一个具有可动台板16和固定台板17的压力机(图中未示)上。

所述模具包括分别固定在压力机上下台板16和17上的上部模构件18和下部模构件19，在图3、4和5三个视图的每幅图中描述了齿条20完全成形时模具处于完全闭合的位置。所述模具沿齿条的长度分成两个区域，即夹持区域21和成形区域22(图3)。

当上部模构件18下降时，如图5中用截面图所表示的夹持区域21的几个元件首先与齿条坯20接合，然后，图4所示的成形区域22的几个元件通过一次冲击形成齿条的完整齿部。

夹持区域21包括上部夹具23和下部夹具24，每一夹具具有一接合齿条坯20的半圆形槽，并分别由液压缸25和26加载。

下部夹具24固定在柱塞27上，在上部夹具23与齿条坯20接触之前，活塞28受供给油压通常为2～3.5MPa的作用，向上推动柱塞27。当模具打开时，供给油压的值由溢流阀29调整，在夹持期间，该供给油压则由溢流阀30调整。下部夹具24的向下运动靠柱塞27与垫片31的接触来限定，而向上运动则通过柱塞27与定位架49(图3和图5)的接触来限定。

上部夹具23固定在柱塞33上，在上部夹具23与齿条坯20接触之前，活塞36受供给油压作用，向下推动柱塞33。上部夹具23的向上运动借助柱塞33与支座34接触来限定，而向下运动则通过活塞36与垫片35的接触来限定。

垫片31形成下部夹具24行程的调节装置，由此调节在平面43处的齿条偏移程度，以适应齿条的不同设计方案。定位架49控制下部夹具24相对于下部带齿模具52的初始位置。垫片35形成调节装置，调整上部夹具23的行程，以适应齿条的不同设计方案。可调节的压紧器51和50提供一分别补偿夹具23、24整修后在垂直方向上尺寸减少的装置。

模具闭合期间，上部夹具23与齿条坯20接触时，如图3所示那样，互连的液压缸25和26的压力增加量超过了因活塞28的下移所提供的压力，活塞28的面积小于活塞36的面积。由活塞28排出的油通过溢流阀30借助于该阀的阀瓣37克服弹簧38的移动而从口106排出。溢流阀30的出口压力，以及由此引起的由上部夹具23和下部夹具24所产生的夹持力大小通过调整弹簧38的预载力来设定，而弹簧38预载力的设定则是通过由锁紧螺母42锁紧在适当位置的螺杆41使溢流阀30的孔40中的柱塞39的移动而获得的。

在模具到达完全闭合之前，当柱塞27与垫片31接触时，下部夹具24到达底部。在成形周期的这一点上，活塞36相对于上部模构件18开始向上移动。随着活塞36的运动而排出的油再通过溢流阀30排出。

活塞28和36的面积作如下选择，使作用在这些活塞上的压力相同，并且使活塞36所施加的力能足以克服活塞28所施加的力与用来剪切出平面43中的齿条坯20的偏移所需要的力的总和。

由于要求溢流阀30做出的响应时间极短(通常完全打开为7毫秒)。本申请不能使用导阀控制溢流阀，因而溢流阀30必须是直接动作类型。本领域内周知，这种直接作用的溢流阀30潜在地受不稳定性影响，对压力的变化速度特别敏感。因此，设置蓄能器44以使作用在溢流阀30上的压力升高的速度限定到可接受的极限值，通常为1400MPa/s。

模具闭合期间，单向阀45阻止从液压缸25和26中排出的油流入供给通路46。在模具开始闭合的瞬间，关闭电磁阀47使液体流动停止并保持关闭态，直到模具打开，并且已成形的齿条用弹出装置弹出为止，该弹出装置将在下文叙述。当电磁阀47打开允许液体流动时，重新导入液压缸25和26中的油流速由可调节流阀48控制。

关于成形区域22的横断面(图4)，将可了解到当模具处在完全闭合位置时，齿条由四个模成形元件保持：第一个成形元件为下部齿状模件52，第二和第三成形元件是碾轧(rolling die)模件53和54，第四个成形元件是上部模件55。侧面模件56和57可以与下部齿状模件52做成一体，但是这里为方便制造和操作将其做成分离形状。碾轧模件53和54分别由保持在上部模构件18上的转轴块58和59支持。

所述上部模件55与上部夹具23机械上分离(见图3)，本实施例中这些组件分别靠柱塞/液压缸机构液压驱动，它们不仅分离，而且独立控制。

成形元件52～57的运动操作在美国专利4,571,982中已全部描述。本发明与涉及这些不同元件操作的美国专利4,571,982的重要区别在于，由上部模件55施加到齿条20上的成形力是用液压装置来控制的，而不是用机械式弹簧或弹簧来控制。这使得由上部模件55施加的成形力的作用时间，大小及特性(非线性对线性)易于变化，以使其能够快速地、方便地进行精细调整以适用于不同设计方案的齿条。

如前所述，当上部模构件18下降时，齿条20首先由上部夹具23和下部夹具24夹持。上部模构件18进一步下降时，碾轧模件53和54开始与齿条20接触，这时，齿条20与下部齿状模件52的顶部接触。在本周期的这一点上，依据所设计的Y型横截面、齿条的齿及制成的齿条的柱状部分和带齿部分之间所需的偏移程度，上部模件55可不与齿条20接触。

图6、7和8是表示齿条的Y型部分成形过程的示意图，因为是对称的所以只示出一半。

图6示出了在下部夹具24到达底部瞬间时，下部齿状模件52、齿条20、碾轧模件53和上部模件55的相对位置。在成形周期的这一点处，上部模件55相对下部齿状模件52的进一步下降，会因柱塞71与止挡块72及上部夹具23的接触而受阻(见图3)。

上部模构件18进一步下降，碾轧模件53相对下部齿状模件52以速度60向下移动，并与转轴58(图中未示)一起绕其瞬时中心进行碾轧运动，其速度以速度分量61表示。碾轧模件53的合成运动受控于复合力系，该力系包括：法向锻造力62和64；摩擦锻造力63和65；法向力68与摩擦力69；板簧135(图4)产生的弹性力66；以及作用在所述上部模件55的法向锻造力67。通过选择碾轧模件53和54、转轴块58和59、以及上部模件55的几何形状使其形成一个力系，该力系使碾轧模件53和54的运动偏移，以便与上部模件55产生轻微的接触(力68和69的值较小)。结果，合速度向量70代表碾轧模件53与上部模件55在接触点上的速度，并且在整个成形过程中基本平行于上部模件55的侧边。

图4中所示的其它元件是垫片118、119、120和121，它们被研磨成使基本尺寸适应于每一不同设计的待成形齿条规格。这些垫片允许碾轧模件53和54运动的几何轮廓在一定限度内变化，这可通过分别改变在转轴块58和59之间的碾轧模件各自的瞬时运动中心来改变，这些垫片还能够补偿用工具加工和上下模件所带来的弹性变形。设置垫片122和32，用来补偿齿状模件52和上部模件55整修之后在垂直方向上的尺寸改变。

下文将进一步描述成形区域22的操作过程。在上部模构件18下降中，液压缸75的供应油压作用在活塞74上，使柱塞73伸出，与端部限程器76接触，并将端部限程器76夹在柱塞73与止挡块77之间。该动作恰好发生在夹具23和24与齿条20之间的首次接触之前。端部限程器76可绕轴82转动，在整个成形过程中始终保持在这个被夹住的位置上，以便阻止锻造区域的金属纵向挤出。从成形区域相反一端的金属纵向的挤出由夹具23、24夹持作用阻止。

当上部模具构件18继续下降，柱塞73相对上部模构件18向上移动时，通过活塞74把油从液压缸75排出。所排出的油不能流进液压缸83，因为液压缸83已经有通过电磁阀86、可调节流阀87及单向阀88所供给的油压作用而在此之前完全伸出(活塞84向下位移直至与垫片85接触)。所排出的油在溢流阀89的作用下不能流回油箱91，在单向阀88的作用下也不能流回泵92。因此所排出的油首先从滑阀(spool valve)138的口93排到溢流阀29。请注意该阀芯94的全部移动位置如图3和图10(c)所示，开始，阀芯94在套环96和壳体97之间的弹簧95作用下完全向下位移(见图3和10(a))。图10(b)示出了阀芯94经过它的行程时的部分连通。套环96将力作用在销98上。销98将其负载传递给阀芯94。当阀芯(valve spool)94完全处于最低位置时，口93打开，与腔99连通。

因此，当活塞74移动时，作用在液压缸75和83上的初始压力是由溢流阀29确定的***压力(通常为2～3.5MPa)。

随着上部模构件18继续下降，阀芯94相对滑阀多管体(manifold)90向上移动，逐渐将腔99与出口93的连通切断。滑阀作用于出口93的面积随圆柱状阀芯94侧面所加工的扁平部分100的角度定向性的变化而改变。这一点通过绕轴线101转动圆柱状壳体97来实现。阀芯94的销102与壳体97中的槽137配合，将壳体97与阀芯94连接在一起，因此，壳体97的转动传递给阀芯94使其一同转动。用这种方法，扁平部分100的全部或部分出现在口93上，以为滑阀提供一理想的可变化面积特性。用10(d)、10(e)和10(f)是用10(a)、10(b)及10(c)的E-E平面的剖面图，表示相对口93而言的扁平部分100的不同角度定向的平面视图。

模具闭合期间，垫片103通过锤(striker)104与下部模构件19相接。阀芯94通过与垫片103接触而向上移动，借助改变垫片103的厚度，当模具闭合时，液压缸75和83中的压力变化过程依据所设计的齿条可以从不同阶段的成形周期开始。如前所述，模具闭合期间压力增加的速度可以通过改变相对口93的扁平部分100的定向而改变。

在成形周期的某一定点时刻上，例如在模具完全闭合之前的2～3mm，阀芯94完全切断与口93的连通。任何进一步排出的油液必须从溢流阀89中排出，所述阀89的结构及操作原理与前述溢流阀30相似。一旦达到由溢流阀89调定的排出压时，油便通过口105排到溢流阀29并进入油箱91中。设置的蓄能器107与蓄能器44一样，将压力升高速度限定在可接受的值上。

蓄能器108是预先充气的囊式蓄能器，设置该蓄能器108是为了接收从口93排出的瞬间高流速的油(典型流速为600l/min)。蓄能器44和107没有充入的气体或气囊隔离，而是依靠油的可压缩性作用分别限定作用在溢流阀30和89的压力升高速度。

通过阀芯94向上方运动，从液压缸113中排出的油通过钻孔115和117排到腔116中，接着由口114排出。

如图3所示的其它液压元件包括：吸滤器109、油箱通气装置110、油冷却器111和安全止回阀112，在发生意外情况下，即电磁阀86打开，油路接通，所有液压缸完全伸出及阀芯94在其最高位置时(比如：在设定期间模具的闭合，或阀芯卡死)，设置安全止回阀112也能提供一流路，以关闭从口93的流动。如果没有安全止回阀112，泵92会失速及快速过热。在正常运转中，安全止回阀112是没有必要的。

最终模具压力的大小以及由此带来的通常由下部齿状模件52给予齿条的完善成形程度和齿质量关键取决于力67所获的最大值(见图8)。依据美国专利第4,571,982所提供的现行技术生产的模具中，这个力是由如前所述的机械弹簧所控制的，鉴于实际情况，可利用梁式弹簧(每单位体积能储存高能量)，因为梁式弹簧的工作行程相对较短(典型为2～4mm)，并且最终负载高(对一对相同弹簧的每一个承载50～60吨)，这些弹簧具有较高的预载。虽然从这些弹簧的疲劳寿命的观点出发是有益的，但这种高预载对上部模件55来说没有什么必要，因为上部模件55仅在模具最后闭合的1～2mm时才达到满负荷力67，但从操作夹具23和24的观点出发，又希望如此，因为在锻造周期的早期必须产生大的夹持力。总的来说，这种在模具(在一开始接触之后就需要尽快建立较大的夹持力)夹持区域21与成形区域22(上部模件55和柱塞73需要比较低的初始力)的需求之间的不协调以及在先前的Y型模具技术中对分别作用在夹持区域21与成形区域22中的成形元件上的初始力、最终力和力的变化速率的不易改变性都是本发明实施例已克服的。

参照图9(a)至9(e)，对夹持和成形区域21和22所需的液压元件的力与液压缸压力特性之间的基本差别分别作出定性说明。

图9(a)～(e)横座标代表上部横构件18和下部模构件19之间每一例的开度δ。δ＝0时表示模具完全闭合，象图3、4和5所示那样。值δ＝-10表示上部模构件18距完全闭合态尚有10mm的行程，而值δ＝+10表示上部模构件18完全闭合态后打开了10mm。

图9(a)～(e)中，过程(i)～(iv)定义如下：

(i)表示柱塞23和端部限程器76之间的接触瞬间；

(ii)表示上部夹具23和齿条坯20之间的第一次接触瞬间；

(iii)表示夹具24的底部在最底处与垫片31接触瞬间及；

(iv)表示模具完全闭合(δ＝0)瞬间。

图9(a)中力F₂₃和F₂₄分别是上部夹具23和下部夹具24施加在齿条20上的力。图9(b)中，力F₅₅是上部模件55施加在齿条20上的力，力F₇₃是柱塞73施加在端部限程器76上的力。图9(c)中，压力P₂₅和P₂₆分别表示液压缸25和26产生的压力。图9(d)中，压力P₇₅和P₈₃分别表示液压缸75和83产生的压力，图9(e)中“t”表示时间。

在上部夹具23和齿条20之间第一次接触(ii)的瞬间，分别作用在上部夹具23和下部夹具24的力F₂₃和F₂₄快速增加到如点128和129所表示的值。在这些点所获得的力F₂₃和F₂₄的值取决于对溢流阀30的设定，液压缸25和26中的压力升高速度则取决于蓄能器44中的油容量及蓄能器44的弹性特性。

用于剪切齿条在平面43处的偏移量所需的附加力用点128与129、127与126之间的力F₂₃与F₂₄之差表示。如图9(a)所示，在瞬间(iii)时，夹具23的底部在最底部与垫片31相接触，夹持力F₂₃和F₂₄增加。力F₂₃与F₂₄的差在瞬间(iii)和模具最大限度闭合瞬间(iv)(δ＝0)之间基本保持恒定。尽管压力P₂₅和P₂₆在瞬间(iii)后保持相等并为常数，但是，因活塞36的面积大于活塞28的面积，并且在瞬间(iii)时相对于上部模构件18开始移动，所以夹持力F₂₃和F₂₄增加。在瞬间(iii)之前，作用在活塞36上的压力P₂₅部分作用在垫片35上，部分作用在上部夹具23。在瞬间(iii)后，作用在活塞36上的全部压力P₂₅值传递到上部夹具23上，由此增加夹持力F₂₃和F₂₄。

在瞬间(iii)和(iv)间，夹持力F₂₃和F₂₄之差是平面43中的齿条20上的剪切力，并且，底部夹持力F₂₄的增加值，部分作用在垫片31上，部分通过压力P₂₆作用在活塞28上。

值得注意的是，根据本发明，通过调节溢流阀30可以很容易地实现力F₂₃和F₂₄的值变化，使其达到需要值，以避免在成形区域21中的金属从夹具23和24中挤出来。

在模具打开的瞬间(δ＝0)，夹持力F₂₃和F₂₄立刻降至零(点131)。接着，借助碾轧模件53和54在Y型杆14上的夹持作用，把成形的齿条20从齿状模件52中抽出。该夹持作用分别由装在碾轧模件53和54的弹簧钢制板簧135和136施加的力66产生。

应说明的是，在模具打开的瞬间(δ＝0)后，力F₅₅和F₇₃、液压缸压力P₂₅、P₂₆、P₇₅及P₈₃立刻都迅速降为零。这意味着，成形齿条20没有从碾轧模件53和54之间弹出的倾向，而且在电磁阀86重新为液压缸83供给油压之前，齿条20一直保持着被夹持在所述碾压模件53和54之间的状态。电磁阀86的启动，在手动加载模具中，是由操作者驱动按钮操纵的，而在具有全自动加载***的模具中，由控制***自动地操纵。

接着在锻打(δ＞0)时，电磁阀47关闭切断液体流动，直到电磁阀86打开使液体流动，并且上部模件55将齿条20弹出。此后，电磁阀47打开使液体流动，通过分别作用在活塞36和28的供给油压，液压缸25和26分别使上部和下部夹具23和24伸出。夹具23、24的伸出速度由可调节流阀48设定。

事实上，成形后，夹持力F₂₃和F₂₄迅速降至零，保证了在这种模具中生产的齿条20的平直度明显好于现有技术的模具。

图9(e)和9(d)分别表示了夹持区域21和成形区域22的元件所需的压力特性的大致差异。

图9(d)示出P₇₅和P₈₃在瞬间(i)时开始增加。如前述，活塞74是成形周期中第一个移动的活塞。在模具闭合至最后2-3mm才需要使作用在端部限程器76上夹持力达到最大，因此，模具闭合的早期阶段压力升高的速度最初很快，原因是油的流速是逐步改变的，但受蓄能器107中的油压缩的限制，然后，随着口93建立起相对不受限制的油流动而变慢，之后，压力按指数规律增加，直到压力达到点132所示值为止，压力在该点时，阀芯94使口93的流动完全切断，而溢流阀89打开。图9(d)中的点划线表示压力升高速度与溢流阀设定点压力相结合的另一种曲线形式的曲线133，这表明在不需要中止模具的工作或加工任何元件的情况下可以很容易地改变曲线形式。图9(b)中的力F₅₅和F₇₃分别对应于图9(d)的压力P₈₃和P₇₅。由于活塞74的面积小于活塞84的面积，所以夹持力F₇₃较小。一般地，液压缸75和83的设计峰压在32～42MPa，其力分别为10～14吨和80～110吨。

相比之下，在瞬间(ii)开始增加的压力P₂₅和P₂₆必须很快增加至图9(c)的点134所示的最大值，以在剪切处于平面43中的偏移量并且Y型部分基本成形开始之前牢固地夹持齿条20。如前所述，压力升高的速度受蓄能器44的限制，并且，溢流阀30限制了分别作用在活塞36和28上的操作压力P₂₅和P₂₆。

最后，图9(e)表示根据本发明的模具的两种典型的时间-位移曲线。实线和虚线的曲线分别表示螺旋压力机和曲柄压力机的典型代表值。请注意，对于螺旋压力机来说，齿条和成形元件之间的接触时间较短，有益于大批量生产应用，但是，应用曲柄压力机虽然增加了接触时间，却不会导致工具寿命明显地减少，所以，也可以采用曲柄压力机。

应当理解，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明权利要求所限定的精神和范围内，可以作出多种改变和变形。

Claims

1.一种模具，用该模具使坯料通过锻造加工成转向齿条带齿部分，该带齿部分具有一个带齿的面和至少两纵向延伸的导向面，所述模具包括第一、第二模构件和由第一、第二、第三及第四成形元件组成的一个元件组，这些成形元件在坯料放入模具中时可相对移动地聚拢于坯料上，第一成形元件是第二模构件的一部分，并且其中一个面具有与所述齿形相对应的形状，第二和第三成形元件是第一模构件的一部分，并具有适于加工带齿部分纵向延伸的导向面的成形面，第四成形元件与第一偏压装置相连，可第二和第三成形元件之间相对于第一模构件滑动，并且适于加工带齿部分的位于两导向面之间并与齿相对的表面，所述第一偏压装置在锻造期间允许第四成形元件在负载作用下离开坯料而运动，该模具还包括在锻造期间纵向限制坯料的夹持装置，夹持装置包括在锻造期间对坯料非加工面施加径向负载的相对的第一和第二夹具，第一夹具与第二偏压装置相连，并可相对第一模构件滑动，第二夹具与第三偏压装置相连，并可相对第二模构件滑动，其特征是，第一偏压装置与第二偏压装置机械地分离。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第一偏压装置和第二偏压装置是液压促动器。

3.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第三偏压装置是液压促动器。

4.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第二和第三偏压装置是液压促动器，并且相互液体连通。

5.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏压装置的至少两个是液压促动器，并且在至少一个液压促动器中的压力作用瞬间和大小是单独控制的。

6.根据权利要求1所述的模具，其特征是，所述的模具还包括用于在锻造期间纵向限制坯料的限制装置，该限制装置绕基本垂直于坯料纵轴线的轴线可转动地安装着，并具有一个基本垂直于坯料纵轴线的表面，而且在模具闭合期间，由一个夹紧装置夹持在第二模构件的固定止挡部分上。

7.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二或第三偏压装置中至少一个是液压促动器，其中对供到该液压促动器中的压力进行控制，使其成为第一和第二模构件相对移动的函数。

8.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏压装置的至少一个是由至少一个压力溢流阀控制的液压促动器。

9.根据权利要求1所述的模具，其特征是，第一、第二和第三偏压装置的至少一个是液压促动器，该促动器由至少一个压力溢流阀来控制，至少一个蓄能器连接在液压促动器与溢流阀之间的液压连接装置上。

10.一种模具，用该模具使坯料通过锻造加工成转向齿条带齿部分，该带齿部分具有一个带齿的面和至少两个纵向延伸的导向面，所述模具包括第一、第二模构件和由第一、第二、第三及第四成形元件组成的一个元件组，这些成形元件在坯料放入模具中时可相对移动聚拢于坯料上，第一成形元件是第二模构件的一部分，并且其中一个面具有与所述齿形相对应的形状，第二和第三成形元件是第一模构件的一部分，并具有适于加工带齿部分纵向延伸的导向面的面，第四成形元件与第一液压促动器相连，可在第二和第三成形元件之间相对于第一模构件滑动，并且适于加工带齿部分的位于两导向面之间并与齿相对的表面，第一液压促动器在锻造期间允许第四成形元件在负载作用下移开坯料而运动，其特征是，对第一液压促动器中的压力作用瞬间和大小进行控制。