鍛造的滾花球窩外殼及其製造方法
2023-05-27 02:33:46 1
專利名稱：鍛造的滾花球窩外殼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及用於車輛懸架的一種改進型球窩接頭以及使用鍛造工藝生產這種接頭的方法。
背景技術：
用於汽車懸架時，球窩接頭，或通常所說的「球窩接頭組件」常用於不同的位置，活動地支持轉向和輪軸部件。球窩接頭組件在一端包括一個不是錐度配合就是另外固定到一個匹配部件上的突出的柱狀螺栓，這個雙頭螺栓含有一個通常為圓形的球，圓球位於接頭外殼中，從而為連接接頭提供一個窩口。而球窩外殼本身又連接到一個有關的配合部件上，如控制臂或其它的懸架部件。
在多種外殼連接方法和結構中，有一種叫做「筒形」(cartridge)的外殼，其特點是可通過壓合進入匹配部件。為了改善外殼與匹配部件之間的配合，外殼的外表面可以含有用來嚙合匹配部件中的接收表面而配置的滾花。滾花是一種細小的隆脊或凸起表面特徵，可確保緊密的嚙合。匹配部件通常有一個平滑的筒形接收表面，球窩外殼上細小的滾花死死地咬住這種接收表面的各邊，使相互作用力集中於各個離散點或線上，從而促使球窩外殼緊密地位於匹配部件中。
在美國專利第3,337,247號和4,256,413號中可見具有滾花外部的筒形外殼的在先技術實例，這些外殼是通過多個步驟生產出來的。首先，使用人們所熟知的鍛造工藝，在相對模子間施加壓縮力後通過塑性變形使金屬成型而形成外殼。鍛造通常用作加工的第一步，因為當其推廣用於大批量生產時，這種工藝比較經濟。此外，由於鍛造無論是在高溫還是在低溫時均能對金屬材料進行可控變形，在冶金上它還具有一定的裨益。
如果是具有滾花的筒形外殼，鍛造的外殼然後還要送到另一個隔離的工序，使用機械工具通過滾壓或切削在外表面上形成滾花。這種在鍛造外殼的外部再形成滾花的額外步驟使生產過程增加了額外時間，提高了生產成本，從而這種滾花外殼不適合於大規模的生產應用。因此，在筒形外殼上使用滾花常常僅限於小批量的生產，它們採用上述兩個步驟，或者是在單個步驟中進行所有的加工生產，在性價比上比較合算。
除了機械成型滾花成本較高之外，還有另外一些固有的缺陷。例如，不是所有的表面結構均能用機械切削形成滾花。舉例來說，在內部角落上形成滾花就十分困難，因為缺乏足夠的空間供切削或滾壓工具運作。因此，如果要在鄰近一個垂直的臺肩表面滾花時，在距離臺肩表面相當遠的地方就必須停止滾花。有時還必須在該臺肩附近進行底切，以便容納滾壓期間流向內部角落的物料。所以，使用機械形成滾花極大地限制了筒形外殼的設計。機械形成滾花的其它缺點還包括滾花的根部與峰脊間的材料硬度不夠，易破裂；滾花根部的應力集中度高；以及與其它外殼表面區域相比這種滾花更容易遭到腐蝕。
目前，商業上還沒有廉價的、能生產堅固耐用滾花筒形外殼的方法可資使用。美國專利第3,613,201號介紹了一種試圖運用板材衝壓工藝形成筒形外殼的在先技術，雖然衝壓對大批量應用而言比較經濟，但與鍛造或用機械製造的筒形外殼比較，其可得到的設計外形和設計強度均有限，因而衝壓板材工藝的應用局限性較大。本領域技術人員都知道，衝壓不能作為商業應用。
因此，一種廉價的、能商業生產堅固耐用滾花筒形外殼、且外形設計具有較大擴展機會、又不存在機械形成滾花所帶來的問題的方法將具有極大的優勢。
發明內容
本發明克服了在先技術的缺陷和缺點，提供了一種生產車輛懸架系統中使用的球窩接頭的筒形外殼的方法。該方法包括將外殼坯料插入鍛造工具模子、用鍛造工具衝頭使外殼坯料在鍛造工具模子中延展以及在延展期間在外殼的外表面形成滾花的步驟。如前所述，與迄今為止通過在先技術所能得到的工藝相比，該鍛造工藝能以較經濟的方式、更大的設計靈活性以及冶金特性大批量地生產滾花球窩接頭外殼。
根據本發明的另一方面，對車輛懸架使用的球窩接頭組件也進行了周密的考慮。該組件包括一個外殼，外殼有一個內球座和一個至少部分有滾花的外表面，以壓合到匹配的第一懸架中。一個可轉動的圓球位於球座中，提供連接接頭。一個輪軸從圓球延伸出並伸出外殼，以與第二個懸架部件連接。該外殼包括一個均勻分布在外表面和滾花上的鍛模的連續陰印痕。與現有技術的加工工藝不同，鍛造工藝形成滾花時得到了鍛模的陰印痕，可以以更經濟的方式大批量地生產滾花球窩接頭。此外，鍛造工藝還允許有更加靈活的設計，可將滾花置於常規機械加工工藝不能達到或不可能實現的表面結構上。鍛造工藝生產出的滾花還能使其根部與峰脊間材料基本保持相同的連續硬度，並使滾花根部的應力集中度基本一致(與機械形成的滾花比較)。
本發明的另一方面提供了一種改進的球窩接頭外殼鍛造模具，用來控制球窩接頭外殼外表面的形成。該鍛造模具包括一個鍛造模本體、位於鍛造模本體內的內周邊和至少部分地分布在內周邊上的多個滾花。滾花的這種配置可以在鍛造過程期間在鍛造的球窩接頭外殼外表面上形成相應的多個鏡像滾花。與迄今為止通過在先技術所能得到的工具和生產工藝相比，本發明鍛造工具模坯料可以用比較經濟的方式、更大的設計靈活性和冶金特性大批量地生產滾花球窩接頭外殼。
如果參考附圖極其詳細的說明，便能更加深刻地領會本發明的這些以及其它一些優點。
如能聯繫以下附圖和其詳細說明一併考慮，便能更容易地深刻領會本發明的這些以及其它一些優點。其中 圖1是根據本發明壓合到匹配的車輛的懸架部件中的球窩接頭組件的部分截面圖； 圖2A到圖2C表述了從鍛造外殼坯料到包括滾花外表面的成品外殼的生產步驟； 圖3是根據本主題發明鍛造的球窩接頭外殼的部分透視圖； 圖4是根據本主題發明球窩接頭外殼的截面圖； 圖5是一個放大的、壓合到車輛匹配懸架部件中的滾花球窩接頭外殼的四開斷面圖； 圖6是在一個供選擇的滾花結構中沿每個滾花長度方向上有中心凹陷區域的外殼的部分截面圖。
具體實施例方式 參考附圖，其中相同的附圖標記在這幾個附圖中表示相同或相應的部件。一個球窩接頭組件在圖1中總的由10顯示。組件10屬於適合用於車輛懸架和轉向連接的部件類型，它包括一個總的由12顯示的筒形外殼，外殼具有一個內球座14和一個至少部分有滾花18以利外殼壓合到匹配的第一懸架部件20的外表面16。儘管在此顯示有沿外殼12不間斷周邊延伸的滾花18，滾花18也可以以不連續節段的方式分布，在段與段之間分布有無滾花的區域。第一懸架部件20可以是一個控制車輪外傾的橫向擺動臂，如下架部件中所常見的控制臂，或其它方向、轉向或支持連接部件。
球22可轉動地位於球座14內。球22通常為圓形，可以製造成單個實心的部件，或如圖1所示由兩部分製成。外殼12的內球座14包括一個平截頭圓形部分23，為球22提供依貼的弓弧形表面。依據具體的應用，有時也不需要一個完整的圓形外形。在這種情況下，球22可以是半個球的形狀。球22通過蓋板24以任何一種常用的方式置於外殼12中。根據具體的應用，可在外殼12中的球22與蓋板24之間使用墊圈、彈簧或其它密封和潤滑材料。輪軸25固定地與球22連接，延伸到外殼12的外部，以便連接第二個懸架部件(圖中未畫出)。輪軸25可設計為錐度配合第二或懸架部件或用螺母結構固定於此。
外殼12的外表面16包括一個除滾花部分18之外的無滾花部分26。在附圖所顯示的實例中，無滾花部分26包括一個縮頸的底部區域28和一個擴大的頂部區域30。頂部區域30與滾花18之間的臺肩32界面通常垂直地延伸到滾花18，作為現有機械加工技術所無法得到的設計特徵，形成的滾花18可與臺肩32鄰接。
本發明的這一方面和其它的獨特方面都可歸功於採用鍛造工藝作為外殼12的製造方法，包括形成其滾花18。鍛造工藝，其特點在於向相對模子之間施加較大壓縮力後，通過塑性變形而使金屬外殼12成型。相對其它生產工藝而言，這是一種獨特的工藝，它能在外表面16和滾花18上留下均勻分布的鍛造陰模的連續陰印痕。此外，它還能在外殼12的內球座14上留下均勻分布的鍛造陽模的連續陰印痕。
也許在圖3和圖5中能更清楚地看到，每個滾花18都有一個縱向的長度和垂直於該縱向長度方向上的通常為三角形的截面。這樣，滾花18就十分適合於壓合到匹配的第一懸架部件20的接收孔中。通過咬住接收孔各邊使相互作用力集中分布到不連續的點或線上，滾花18可改善外殼12和第一懸架部件20間的吻合。這樣，即使是在極其惡劣的條件下，外殼12均能穩穩噹噹地紋絲不動。
在圖6所示一個可選擇的實施例中，滾花18有一個凹陷的中心區域21，可以增強與匹配的第一懸架部件20的嚙合。按照本發明鍛造工藝，使用這種或其它不均勻滾花18都是可能的。
圖2A、圖2B和圖2C顯示了生產適用於車輛懸架系統中球窩接頭組件10的筒形外殼12的本發明工藝過程。該方法包括向鍛造工具陰模36插入外殼坯料34、使用鍛造工具陽衝頭38使位於鍛造工具陰模36中的外殼坯料34變形(通過延展和/或擠壓)和在延展/擠壓期間在外殼12外表面16上形成滾花18的步驟。坯料34的直徑或表面可以比模子36的內徑大，以便產生與模子36的公盈(interference)。本領域技術人員都知道，無論是單級成型工藝還是諸如使用多個成型模使坯料34逐步向其最終形狀成型的分級成型工藝均可使用。另外，依據諸多因素，外殼坯料34可在延展步驟(如熱鍛)加熱到高於環境溫度，或在延展步驟(如冷鍛)基本保持在環境溫度，或熱成型步驟的組合後緊隨最終冷成型和/或精壓。鍛造工具模子36和衝頭38的移動控制由一臺配置有適當軟體的計算機處理，以調節工具的移動和施加的力量。
外殼12外表面16上的無滾花部分26是與滾花18同時形成的，因此能高效而又經濟地製造出外殼12。這還包括同時形成臺肩32和外殼12的所有其它內部和外部部件。
讓我們再次參考鍛造工具模子36和圖2A到圖2C。鍛模36被配置用來控制球窩接頭外殼12外表面16的形成。該模36包括一個鍛模本體40、一個在鍛模本體40內形成的內周邊42和至少部分地分布在內周邊42上的多個滾花44。模子36中的滾花44用來在鍛造過程期間在鍛造的球窩接頭外殼12的外表面16上形成鏡像的多個滾花18。
鍛模本體40的內周邊42包括一個表面結構，而且滾花44的表面結構基本類似於內周邊42的表面結構，因此產品外殼12被賦予均勻的結構。當然，鍛模本體40的內周邊42還包括一個無滾花部分，以在成品外殼12上形成對應的無滾花部分26。同樣，內周邊42還包括與滾花44鄰接的臺肩46，用來在鍛造期間在鍛造的球窩接頭外殼12外表面16上形成鏡像臺肩32。
鑑於以上所述，人們完全可以理解，本發明的幾個目標業已實現，也獲得了其它一些具有優勢的結果。由於只要不偏離本發明的範圍，上述結構可以進行多種改變，因此上述說明中涉及的、附圖中所顯示的所有部分只應解釋為舉例說明，決非僅限於此的意思。
權利要求
1.一種生產車輛懸架系統中球窩接頭的筒形外殼的方法，所述方法包括下述步驟
向鍛造工具模子中插入外殼坯料；
用鍛造工具衝頭將鍛造工具模子中的外殼坯料變形；和
在所述延展步驟期間在外殼外表面形成滾花。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還進一步包括在所述延展步驟期間將外殼坯料加熱到高於環境溫度的步驟。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還進一步包括在所述延展步驟期間將外殼坯料保持在通常的環境溫度的步驟。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述變形步驟包括多個連續的鍛造過程，每一過程都連續地將坯料逐步成型為最終的形狀。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還進一步包括一個在外殼外表面上形成滾花的所述步驟的同時形成無滾花部分的步驟。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述形成無滾花部分的步驟包括形成一個與滾花鄰接的臺肩。
7.一種車輛懸架使用的球窩接頭組件，所述組件包括
一個外殼，具有一個內球座和一個至少部分滾花以便壓合到匹配的第一懸架部件的外表面；
一個球，可轉動地位於所述球座中；
一個輪軸，與所述球固定地連接並從所述外殼向外伸出連接第二懸架部件；
其中所述的外殼包括均勻分布在所述外表面和滾花上的鍛模的連續陰印痕。
8.如權利要求7所述的一種組件，其特徵在於所述外殼的所述外表面包括一個無滾花部分。
9.如權利要求8所述的一種組件，其特徵在於所述外殼的所述無滾花部分包括一個與所述滾花鄰接的臺肩。
10.如權利要求7所述的一種組件，其特徵在於每個所述的滾花具有一個縱向長度和一個垂直於所述縱向長度方向上的通常為三角形的截面。
11.如權利要求7所述的一種組件，其特徵在於所述外殼的所述內球座包括一個平截頭圓形部分。
12.如權利要求7所述的一種組件，其特徵在於所述外殼的所述內球座包括一個均勻分布於此的鍛造模子的連續陰印痕。
13.一種改進的球窩接頭外殼鍛造模具，用來控制球窩接頭外殼外表面的形成，所述模子包括
一個鍛模本體；
一個所述鍛模本體內形成的內周邊；
至少部分沿所述內周邊分布的多個滾花，所述滾花用來在鍛造過程期間在鍛造的球窩接頭外殼外表面上形成鏡像的多個滾花。
14.如權利要求13所述的一種鍛造模具，其特徵在於所述鍛模本體的所述內周邊包括一個表面結構，且所述滾花的表面結構基本上與所述內周邊的所述表面結構類似。
15.如權利要求13所述的一種鍛造模具，其特徵在於所述鍛模本體的所述內周邊包括一個無滾花部分。
16.如權利要求15所述的一種鍛造模具，其特徵在於所述內周邊的所述無滾花部分包括一個與所述滾花鄰接的臺肩，用來在鍛造過程期間在所述鍛造的球窩接頭的外表面上形成一個鏡像臺肩。
17.如權利要求13所述的一種鍛造模具，其特徵在於每個所述滾花具有一個縱向長度和一個垂直於所述縱向長度方向上的通常為三角形的截面。
全文摘要
本發明提供一種球窩接頭組件(10)，它包括一個外殼(12)，該外殼具有一個內球座(14)和一個至少有部分滾花(18)以利外殼壓合到匹配的諸如控制臂的第一懸架部件(20)的外表面(16)。一個球(22)可轉動地位於球座內，從而提供一個連接接頭。一個安裝輪軸(25)從球延伸出與諸如懸架輪的第二懸架部件連接。外殼與滾花一起在鍛造工具(36)中形成，由此具有更大的設計靈活性而可將滾花置於表面結構中，這在以前用常規機加工工藝是不能得到或根本不可行的，並且可以比較經濟地、大批量地生產。
文檔編號B21K1/76GK1917974SQ20048004185
公開日2007年2月21日 申請日期2004年12月22日 優先權日2003年12月22日
發明者格倫·C·帕克 申請人:費德羅-莫格爾公司