汽车用转向装置的输入轴及其制造方法

摘要

本发明涉及将由上轴和下轴构成的输入轴构成为一个单一体的汽车用转向装置的输入轴及其制造方法。该制造方法包括工序：镦粗工序，将准备好的坯料插入到模具中，利用冲头进行加压塑性变形，以一体形成将成形为上轴的部分和将成形为下轴的部分；预成形工序，在上轴的上部预成形用于形成连接部的部分，使得上轴能够组装到汽车的方向盘；挤压工序，将预成形的部分成形为大致连接部的形状；将被挤压出的连接部成形为能够组装到方向盘上的形状，同时为了使输入轴能够安装到汽车底盘而在上轴上成形凸缘；在下轴上成形用于和万向节组装的花键；切削工序，在连接部的上端部形成固定槽，使得连接部能够固定到汽车的方向盘上，且在上轴及花键上分别形成槽。

权利要求

1.一种汽车用转向装置的输入轴制造方法，包含如下工序：镦粗工序，将准备好的坯料插入到模具中，利用冲头进行加压塑性变形，以一体形成将成形为上轴的部分和将成形为下轴的部分；

预成形工序，在所述上轴的上部预成形用于形成连接部的部分，使得所述上轴能够组装到汽车的方向盘；

挤压工序，将所述预成形的部分成形为大致连接部的形状；

将所述挤压出的连接部成形为能够组装到方向盘上的形状，同时为了使输入轴能够安装到汽车底盘而在上轴上成形凸缘的工序；

在所述下轴上成形用于和万向节组装的花键的工序；

切削工序，在连接部的上端部形成固定槽，使得所述连接部能够固定到汽车的方向盘上，且在上轴及花键上分别形成槽。

2.根据权利要求1所述的汽车用转向装置的输入轴制造方法，其特征在于，完成所述切削工序后，对上轴及下轴还进行热处理工序。

3.根据权利要求2所述的汽车用转向装置的输入轴制造方法，其特征在于，利用形成有能够插入输入轴的多个孔的支架进行所述热处理工序。

4.根据权利要求3所述的汽车用转向装置的输入轴制造方法，其特征在于，经过所述热处理工序，插入于所述支架的输入轴中相当于支架厚度的部分成为非热处理部分，而在该非热处理部分形成用于插入扭杆的贯通孔。

说明书

汽车用转向装置的输入轴及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车用转向装置的输入轴及其制造方法，尤其涉及将由上轴和下轴构成的输入轴形成为一个单一体的汽车用转向装置的输入轴及其制造方法。

背景技术

[0002] 一般来讲，输入轴是其上部和下部分别与提供于汽车的方向盘(steering wheel)和用于调节转向相位角的万向节(universal joint)相连，从而可用较轻的转向力使得汽车以正确的角度转向的转向装置中的一种部件。

[0003] 这种输入轴由相互连接的上轴和下轴构成，上轴连接在方向盘，而下轴组装在万向节。

[0004] 构成输入轴的下轴其外侧面形成有花键(spline)，并且与在内周部形成有与所述花键对应的锯齿(serration)的万向节相连，从而输入轴可在万向节中滑动工作而吸收冲击。

[0005] 对于这种输入轴而言，分别单独制造及加工上轴和下轴，并利用销(pin)进行结合组装。

[0006] 图1a是现有汽车用转向装置的输入轴分解立体图，图1b是现有汽车用转向装置的输入轴组装状态的立体图。所述输入轴由位于上部的上轴(Upper shaft)1、位于下部的下轴(Lower shaft)2以及用于连接上轴1和下轴2的销3构成。

[0007] 所述上轴1的下端部与下轴2的上端部以相对应的形状加工，从而可通过嵌合方式将两者组装，在所述上轴1和下轴2相互组装的部位分别形成有贯通孔4、5，从而可用于插入销3。

[0008] 销3以过盈配合方式插入到贯通孔4、5，以维持上轴1和下轴2的组装状态。此时，为了在压入销3后得到强有力的连接，还可以通过滚花(knurling)加工在销的表面形成划痕(scratch)。

[0009] 所述贯通孔4、5还可以在组装上轴1和下轴2的状态下，通过钻孔机来形成。并且，在下轴2的下部形成用于和万向节组装的花键6。

[0010] 如此将输入轴分别以上轴1和下轴2制造的理由是，上轴1和下轴2的材质互不相同。

[0011] 即，与方向盘相连的上轴1是受最大扭矩的部分，因此通过使用强度高的材料来确保驾驶员的安全并防止方向盘的错误工作。而下轴2为了降低成本而使用比上轴1便宜的其他材料，且以最小限度的加工工艺制造。

[0012] 这种现有的输入轴由于是将上轴1和下轴2用销3来组装的结构，因此结构强度低，且随着时间的推移在连接的部位会产生松动，因此具有销脱离的隐患。

[0013] 如此，若上轴1和下轴2的连接部位产生松动或销脱离现象，则在汽车运行中，由于不能顺利调节方向或甚至不能调节方向而引发事故的可能性较高。

[0014] 并且，由于需要分别制造上轴1和下轴2之后，形成贯通孔4、5来组装销3，因此作业过程繁琐、制造时间长而降低生产效率。

[0015] 为了简化制造过程，也可以采用焊接上轴1和下轴2的方法，但是由于所述上轴1和下轴2由不同的材质构成，因此焊接效果不理想，且焊接时产生的热会导致部件的特性发生变化而降低强度，从而具有降低产品的安全性及可靠性的缺陷。

发明内容

[0016] 本发明是为了解决如上所述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种上轴和下轴由一个单一体构成的汽车用转向装置的输入轴及其制造方法。

[0017] 本发明提供的汽车用转向装置的输入轴制造方法，包括如下工序：镦粗工序，将准备好的坯料插入到模具中，利用冲头进行加压塑性变形，以成形将成形为上轴的部分和将成形为下轴的部分；预成形工序，在上轴的上部预成形用于形成连接部的部分，以使所述上轴能够组装到汽车的方向盘上；挤压工序，将所述预成形的部分成形为大致连接部的形状；将所述被挤压出的连接部成形为能够组装到方向盘上的形状，同时为了能够将输入轴安装到汽车底盘，在连接部与上轴之间成形凸缘的工序；在所述下轴上成形用于和万向节组装的花键的工序；切削工序，在连接部的上端部形成固定槽，以使所述连接部能够固定到汽车的方向盘上，且在上轴及花键上分别形成槽。

[0018] 完成所述切削工序后，对上轴和下轴还进行热处理工序，而该热处理工序是利用等离子体仅对上轴的一部分以及下轴进行热处理。

[0019] 并且，本发明提供的汽车用转向装置的输入轴，由上部连接于方向盘的上轴，和一侧连接于所述上轴的下部，另一侧组装到构成汽车转向装置的万向节上的下轴构成，其中，所述上轴和下轴构成单一体且无连接部。

[0020] 本发明的汽车用转向装置的输入轴及其制造方法，通过在一个锻造设备中一次性完成所有的工序来一体制造上轴和下轴，从而与现有技术相比可以提高产品的安全性及可靠性，并且能够确保生产效率，且能够节约成本。

[0021] 而且，由于能够利用单一的材料通过一个锻造模具来制造一体形的输入轴，因此与现有技术中需要准备用于制造上轴、下轴及销的模具时相比，能够节省模具费用，且能使设置空间最小化。

[0022] 并且，可通过进行等离子热处理来确保输入轴材料的变形安全性。

附图说明

[0023] 图1a为现有汽车用转向装置的输入轴分解立体图。

[0024] 图1b为现有汽车用转向装置的输入轴组装状态的立体图。

[0025] 图2(包含图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g)为通过本发明汽车用转向装置的输入轴制造方法的各工序，以锻造工艺制造输入轴的过程示意图。

[0026] 图3为对通过图2所示锻造工艺所形成的汽车用转向装置的输入轴进行切割工序来完成的汽车用转向装置的输入轴的示意图。

[0027] 图4a及图4b为用于说明对本发明汽车用转向装置的输入轴进行热处理的立体图及剖视图。

[0028] 图5为用于说明根据本发明所制造的汽车用转向装置的输入轴的使用状态示意图。

[0029] 符号说明

[0030] 10：上轴 12：键槽

[0031] 20：下轴 30：连接部

[0032] 32：固定槽 40：凸缘

[0033] 50：花键 52：安装槽

[0034] 100：支架(holder) 110：支撑孔

[0035] 200：扭杆(torsion bar) 300：贯通孔

[0036] 400：固定销

具体实施方式

[0037] 以下，参照附图更加详细说明本发明的优选实施例。

[0038] 图2至图4是示出本发明汽车用转向装置的输入轴制造过程的图。对于本发明的汽车用转向装置的输入轴而言，如图2所示，通过多段冷锻工序制造产品的外形后，如图3所示，通过切割工序制造成成品的形状。为此，首先如图2a所示，通过原材料切割工序将具有一定外径的原材料切割成一定长度，以制备坯料M。

[0039] 可通过常规的方法来完成所述坯料M的切割，即，将原材料投入到多段冷锻设备，并在镦锻机的辊压供给部将以圆形卷曲的原材料整平后供给，当所述原材料的端部接触到阻挡器(stopper)时，通过切割刀(cutting Knife)将坯料切成一定长度。

[0040] 对于通过这种切割工序所切割的坯料M而言，通过准确地计算欲制造的汽车用转向装置的输入轴的长度、体积以及通过冲压部的作用被压缩的比率来事先确定切割长度之后进行切割。

[0041] 如此，准备坯料M之后，利用未图示的输送装置将该坯料M逐次通过依次设置的模具，并由按对应于这些各模具的方向设置的各冲头对坯料M进行加压塑性变形，从而通过如图2b至图2g的成形工序，制造汽车用转向装置的输入轴。

[0042] 准备好如上被切割的坯料M之后，如图2b及图2c所示，通过锻造以镦粗该坯料M，从而以坯料M的大约中央部为中心，通过塑性变形使得上部的直径比坯料M变大，而下部的直径比坯料M变小，以此分段成形用于形成上轴10的部分和用于形成下轴20的部分。并且，以该段为基准，通过后述的工序成形上轴和下轴一体构成的输入轴。

[0043] 对于所述镦粗工序，在本实施例中，通过执行第一镦粗工序(参照图2b)，以坯料M的大约中央部为基准大概成形用于形成上轴10的部分和用于形成下轴20的部分后，再对其执行第二镦粗工序(参照图2c)，按照与欲制造的输入轴的上轴10和下轴20类似的比率进行成形。

[0044] 在此，也可以一次性完成这种镦粗工序。但是，如果按照本实施例的方式分为两个步骤执行，则可以降低锻造成形的缺陷的同时能够提高成形性。

[0045] 完成镦粗工序后，如图2d所示，执行在上轴10的上侧预成形用于形成连接部30的部分的工序，以使上轴10能够组装到汽车的方向盘上。在该工序中，使上轴10上侧的直径变小，从而使得该部分通过后述的工序成形为连接部。

[0046] 如此完成预成形工序后，如图2e所示，执行将所述预成形的连接部30成形为大致连接部形状的挤压工序。通过该工序，连接部30会更接近于成品的形状，且在连接部30与上轴10之间形成边界面。

[0047] 完成这些工序之后，将所述被挤压的连接部30成形为能够组装到方向盘上的形状，同时执行在连接部30与上轴10之间成形凸缘40的工序，以使输入轴能够安装到汽车的底盘(chassis)上。经过该工序，连接部30的端面从圆形变为四边形，在连接部30与上轴10之间形成向圆周方向扩大且具有一定周长的凸缘40。

[0048] 在上述工序中成形的连接部30，虽然其端面为四边形，但并非局限于此，还可以成形为三角形或其他多边形等。

[0049] 完成如上工序之后，如图2f所示，执行在下轴20的一侧成形用于和万向节组装的花键50的工序。

[0050] 在该花键成形工序中，可以在下轴20的整体上形成花键，也可以如本实施例，只在从下轴20的末端开始的一定长度上形成花键。

[0051] 如此在下轴20上成形的花键50具有和与之组装的万向节(未图示)的内周面上所形成的锯齿相对应的形状。

[0052] 该下轴20与万向节以可相互滑动移动的同时能够传递驱动力的方式组装。

[0053] 若上述花键成形工序结束，则完成多段冷锻工艺，且从锻造装置向外排出由上轴10和下轴20一体构成的输入轴。此时，虽然上轴10和下轴20呈现成品的形状，但是尚处于用于使其安装到转向装置上的部分未被加工的状态，因此通过其他工序对其进行加工。

[0054] 即，通过多段冷锻工艺来一体成形上轴10和下轴20后，如图3所示，在连接部30的顶面形成固定槽32，且在上轴10及花键50的下端部分别形成键槽12及安装槽52。

[0055] 所述键槽12沿上轴10的轴向形成，安装槽52沿下轴20的圆周方向形成。

[0056] 所述固定槽32为用于过盈配合方式压入并固定扭杆(Torsion-Bar)的槽，深度直至上轴10所处的位置。

[0057] 形成于花键50末端部的安装槽52为用于安装滚珠或滚环(ring)等滚动轴承的槽，若将滚动轴承安装到花键50的安装槽52中，则在将下轴20组装于万向节使用时，输入轴能够吸收冲击，并进行滑动驱动。

[0058] 这些槽32、12、52可以通过切削加工来形成，而这些切削加工可以使用常规的方法，因此省略详细说明。

[0059] 经过这些切削加工之后，由上轴10和下轴20构成的输入轴将具备单一体结构。

[0060] 如此制造的输入轴可以直接被使用，但是为了提高接收方向盘的传递力的上轴10和下轴20的强度，可以进行热处理工序。

[0061] 此时，虽然可以使用高频热处理、氮化热处理以及一般热处理等，但是这些热处理方法会使部件变形或导致变形的可能性很高，因此并不适于本发明的输入轴制造工序。

[0062] 因此，在本发明的输入轴制造中，热处理工序优选使用对材料变形的稳定性优异的等离子热处理工序。该等离子热处理工序可以使用常规的方法，因此省略详细说明。

[0063] 这种热处理工序由仅对上轴10的一定部分及下轴20进行热处理的，部分热处理工序构成。其理由是，当完成输入轴的制造后，需要在未热处理的部分加工出用于固定扭杆的贯通孔。

[0064] 图4是用于说明如上所述的部分热处理工序的图，为了对输入轴的一定部分以外的部位进行热处理，使用支架100。

[0065] 所述支架100为具有规定厚度的圆盘状，形成有多个支撑孔110，从而一次可对多个输入轴进行热处理。

[0066] 所述支撑孔110构成为能够使下轴20通过，且就具有比下轴更大直径的上轴10来说，其中一部分得以通过，一部分被卡住并被支撑的结构。

[0067] 据此，若在支撑孔110中夹入输入轴并进行热处理，则插入于支撑孔110的部分不会受到热处理，而仅其它部分受到热处理。即，相当于支架100厚度的部分不会受到热处理，但其它部分受到热处理。

[0068] 如此对除了上轴10的一定部分之外的部分完成热处理工序，就完成输入轴的制造。

[0069] 就通过如上所述工序所制造的输入轴的使用而言，如图5所示，通过过盈配合方式向固定槽32强制压入扭杆200，并通过钻孔机等在上轴10的未受到热处理的部位形成贯通孔300，之后通过插入固定销(Dowel Pin)400来固定扭杆200。

[0070] 接下来，将上轴10及扭杆200固定到未图示的方向盘上。对于下轴20，在花键50的安装槽52安装滚动轴承(未图示)之后，将所述下轴20插入万向节(未图示)的内部以进行组装即可。