形成工業外殼的方法
【專利摘要】本發明涉及一種形成外殼的方法，其包含借助各自具有平行于鋼管的縱向軸線的輥軋軸線的多個輥對所述管進行徑向向內輥軋成形，所述輥壓縮所述管且形成經減小直徑部分及經擴大直徑部分。所述方法接著包含大體在經擴大直徑部分及經減小直徑部分的中間垂直于所述縱向軸線切割所述管，從而形成多個鏡像預成形件。最后，所述方法包含將所述預成形件冷加工成所述外殼的所要形狀且將鋼的強度增加至少15％，并且形成具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑敞開端的外殼部件。
【專利說明】形成工業外殼的方法
【技術領域】
[0001]在汽車及其它工業中，在長達存在此類工業的時間已使用各種形狀及類型的外殼。這些外殼通常在需要結構性能時由鑄造物形成或者使用壓印工藝由鋼板或鋼薄板形成。然而，這兩種形成外殼的方法均具有已知缺陷。
[0002]在通過鑄造形成外殼的情況下，方法導致過大質量塊及通常其中實施所述外殼且已導致質量問題的組件中的不平衡。此外，鑄造外殼由于鑄造染料中的冷卻需要而制造起來較緩慢，鑄造染料還已知增加制造成本。
[0003]在通過壓印金屬薄板或金屬板而形成外殼的情況下，通常需要昂貴、明顯復合染料來形成外殼的必要輪廓，且壓印工藝導致材料的顯著損耗并且所得外殼通常具有不良結構完整性。先進壓印方法可需要多達十六個階段及加工后操作來實現必要外殼配置。
[0004]因此，長久以來需要克服上文所提及缺點的形成工業外殼的經改進方法，且本發明的由管形成工業外殼的方法克服了這些缺點。
【發明內容】
[0005]本發明涉及一種形成外殼的方法，所述外殼特別包含工業外殼，例如用于汽車組件的外殼，包含轉換器外殼、潤輪覆環及殼體、葉輪外殼及殼體、轉換器蓋、催化轉換器外殼、離合器外殼、空氣壓縮機外殼、泵外殼、雙萬向軸軛配置及輪子。本發明的所述方法包含使用垂直于鋼管的縱向軸線延伸的多個輥對所述管進行輥軋成形，每一輥具有平行于所述管的所述縱向軸線的輥軋軸線，其中所述輥壓縮所述管，從而在所述管中形成經減小直徑部分及經擴大直徑部分。如所屬領域的技術人員將理解，對鋼管進行徑向向內輥軋成形導致所述鋼管的“冷加工”，此加強所述鋼管或增加結構硬度。
[0006]形成本發明的外殼的所述方法中的下一步驟包含優選地在經擴大直徑部分及經減小直徑部分的約中間處垂直于所述管的縱向軸線切割所述管，借此形成多個鏡像預成形件。如將理解，所述管可如所需要那樣長以制作多個預成形件。本發明的所述方法接著包含將所述預成形件冷加工成外殼的所要形狀，從而將鋼的強度進一步增加至少15%，從而形成具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑部分的外殼。可接著穿過所述外殼的所述敞開經擴大直徑端將組合件的組件安置于所述外殼中，且所述經減小直徑部分將所述組件保持于所述外殼中。如本文中所使用，在其最廣泛意義上使用術語“外殼”，且外殼本身可為終端產品，例如滑輪。
[0007]所述管可由任何鋼(包含SAE1010、1020或1025鋼)形成，但在特定應用中可需要較高碳鋼。如所屬領域的技術人員將理解，這些鋼的碳含量大致由SAE編號的最后兩個數字界定。在一個優選實施例中，特別是針對高強度應用，所述管由高強度低合金鋼或HSLA鋼形成，其中外殼經受壓縮或應力。所述鋼管可為焊接的或無縫且連續的；然而，當成本成為問題時，焊縫管將為優選的。如所屬領域的技術人員將理解，通過以下操作形成焊縫管:輥軋鋼薄板，將鄰近邊緣加熱到鋼的鍛造溫度(如通過感應加熱)，及接著將經加熱邊緣驅動在一起以形成焊縫。將預成形件冷加工成外殼的所要形狀可包含:將具有外殼的所要形狀的心軸插入到所述預成形件的經擴大敞開端，及接著抵靠所述心軸向內輥軋所述預成形件的外表面，從而冷加工鋼管且將強度增加多達20%到35%。在本發明的方法的一個實施例中，管成形輥可為“凸面的”，從而形成管的針對在預定位置處需要較大強度的應用在此些位置處具有較大厚度的一部分。
[0008]本發明的由鋼管形成外殼的方法具有優于現有技術的數個重要優點。首先，本發明的方法產生成本的實質節省。在通過壓印形成外殼的常規方法中，廢品率通常大于30 %，且取決于壓制(blank-out)系統，材料節省可超過50%。此外，本發明的方法可用于形成在特定區域具有較大厚度且因此僅在需要處較厚以實現重量及材料節省的外殼。通過本發明的方法形成的外殼具有較大強度及耐久性，且不需要昂貴特異型工具。此外，針對需要較大強度的應用，與鑄造外殼相比，重量及成本節省大于50%到70%。此外，與壓印工藝相比，存在顯著制造成本節省，其中可以30英尺/分鐘到600英尺/分鐘的速度將管成形為外殼部件，此與通過每分鐘僅可制作10到15個零件的壓印而轉移壓制成形外殼部件形成對比。
[0009]將從優選實施例的以下說明及所附圖式更全面地理解形成本發明的外殼的方法的其它優點及有價值的特征。然而，如將理解，優選實施例及圖式的說明僅出于說明性目的且不限制本發明的方法，除非在權利要求書中加以陳述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1圖解說明可用于形成本發明的外殼的方法中的常規鋼管或管子；
[0011]圖2圖解說明借助用于形成預成形件的輥對管進行徑向向內輥軋成形；
[0012]圖3圖解說明一種將預成形件冷加工成外殼的所要形狀的方法；
[0013]圖4是用于本發明的方法的冷加工步驟的一個實施例中的心軸的透視圖；
[0014]圖5是本發明的方法的冷加工步驟的另一實施例的側視橫截面圖；
[0015]圖6圖解說明在將預成形件成形為外殼的所要形狀之后的圖5的冷加工步驟；
[0016]圖7圖解說明預成形件的替代實施例的側視橫截面圖；
[0017]圖8是圖解說明一種完成外殼中的組合件的方法的經冷加工預成形件的側視橫截面圖；
[0018]圖9圖解說明圖8中所展示的外殼組合件；
[0019]圖10圖解說明一種對在所要位置處具有經增加厚度的管進行輥軋成形的方法；及
[0020]圖11圖解說明通過圖10中所展示的輥軋工藝而形成的管。
【具體實施方式】
[0021]圖1圖解說明可用于形成本發明的外殼的方法中的常規鋼管子或管20。常規鋼管或管子20具有軸向或縱向孔22且可取決于外殼的最終應用而由任何鋼形成，包含低碳及高碳鋼以及高強度低合金(HSLA)鋼。管壁的直徑及厚度也將取決于應用且可介于(舉例來說)從1_到0.5英寸的范圍內。管20可包含焊縫(未展示)，但所述管還可取決于應用而為無縫的。然而，焊縫管明顯不如無縫管昂貴，且焊縫管適合于大多數應用。
[0022]圖2圖解說明形成本發明的外殼的方法中的一個步驟，其中多個輥24對鋼管20進行徑向向內輥軋成形。在優選實施例中，輥24大體垂直于管10的縱向軸線26延伸，其中每一輥具有平行于管的縱向軸線26的由箭頭28展示的輥軋軸線。所述輥借此壓縮管，從而形成經減小直徑部分30及經擴大直徑部分32。如上文所陳述，管可為任何長度以形成多個預成形件。接著，在經擴大直徑部分32及經減小直徑部分30的約中間處垂直于縱向軸線26切割圖2中所展示的經輥軋成形管，如分別由切割線34及36展示。可通過任何適合切割工具(包含激光切割器或鋸)切割經輥軋成形管20。
[0023]經輥軋成形管的經切割區段那時為各自具有在切割線34處的經擴大直徑開口及在切割線36處的經減小直徑開口的鏡像預成形件38。鏡像預成形件38的優選形狀將取決于通過本發明的方法形成的外殼的所要形狀，如從對所述方法的以下說明將理解。
[0024]形成本發明的外殼的方法中的另一步驟包含冷加工鋼預成形件，從而將預成形件成形為外殼的所要形狀且取決于所使用的冷加工方法而將鋼的強度增加從15%到35%。在圖3及4中所展示的實施例中，將預成形件驅動到心軸上且視需要進行壓滾。將可能同時輥軋預成形件，如下文參考圖5及6所描述。在所揭示實施例中，心軸40包含鄰近于底座44的圓柱形底座部分42、截頭圓錐形部分46及上部較小直徑圓柱形部分48、截頭圓錐形過渡部分50及球形端部分52。在此實施例中，驅動到心軸40上的預成形件54包含鄰近于經擴大直徑敞開端58的圓柱形部分56及鄰近于經減小直徑敞開端部分62的凹形截頭圓錐形部分60。
[0025]圖4中所展示的所得外殼部件64包含抵靠心軸40的底座44形成的徑向凸緣部分66、圍繞心軸的圓柱形部分42形成的大體圓柱形部分68、抵靠心軸的截頭圓錐形部分46形成的截頭圓錐形部分70、抵靠心軸的圓柱形部分42形成的圓柱形部分64、抵靠心軸的截頭圓錐形部分46形成的截頭圓錐形部分70、抵靠心軸的較小直徑圓柱形部分48形成的較小直徑圓柱形部分72及抵靠心軸的球形端部分52形成的向內突出端部分74,向內突出端部分74環繞也抵靠心軸的球形端52形成的經減小直徑敞開端部分76。如上文所描述，可抵靠心軸40驅動預成形件54，但優選地同時輥軋預成形件54，如現在關于圖5及6所描述。
[0026]圖5中所展示的預成形件78的實施例相對簡單且容易形成。所述預成形件包含在經擴大直徑敞開端82處的圓柱形端部分80、第一凹形截頭圓錐形部分84及鄰近于經減小直徑敞開端部分的第二凹形截頭圓錐形部分86。心軸90包含多個減小的直徑布階式端部分，其包含多個圓柱形部分92到100、圓柱形部分92與94之間的徑向布階102及多個減小的直徑截頭圓錐形布階式部分104到108。在此實施例中，預成形件78通過輥110或多個輥徑向向內成形以符合心軸90的形狀，如圖6中在112處所展示。如圖5及6中所展示的通過輥軋的預成形件的此冷加工將鋼預成形件的強度增加25%到35%。如上文所陳述，可通過在心軸上方驅動預成形件、在心軸上方輥軋預成形件或兩者的組合而完成預成形件的冷加工。
[0027]圖7到9圖解說明形成本發明的外殼的方法的另一實施例，其包含外殼組合件的另一實施例。可通過上文關于圖1及2所描述的方法形成圖7中所展示的預成形件112。預成形件112的此實施例包含在預成形件的經擴大敞開端116處的圓柱形部分114、第一截頭圓錐形部分118、第二截頭圓錐形部分120及環繞經減小直徑敞開端124的徑向向內突出唇部122。
[0028]可通過如上文所描述的輥軋預成形件而形成圖8中所展示的外殼部件126及蓋或罩128。舉例來說，可將圖7中所展示的預成形件112輥軋成形為外殼部件126。還在圖9中以虛影展示預成形件112以圖解說明預成形件112及所得外殼部件126的相對大小。在對外殼部件126進行輥軋成形后，接著在圖8中所展示的外殼部件126的經擴大敞開端130中接納組合件的組件。在此實施例中，外殼組合件的組件包含錨定于形成于外殼部件126中的狹槽或凹槽134中的交叉銷子132。組合件進一步包含兩個小齒輪138。環齒輪(未展示)可焊接到外殼部件126。如所屬領域的技術人員將理解，所述小齒輪各自包含帶花鍵開口 140。罩或帽128可接著焊接到外殼部件的經擴大敞開端130，從而形成如第6，945，898號美國專利中所進一步描述的汽車差速器機構，其中通過完全不同的方法形成差速器外殼。
[0029]圖10及11圖解說明本發明的一種形成具有經加厚部分以實現在應用的預定位置處的經增加強度的管及外殼的方法。首先，在偏心輥146與148之間輥軋具有恒定孔144的管142。可將輥及管142加熱以促進成形操作。所得管包含如圖11中所展示的經加厚中心部分150。可接著通過上文關于圖1及2所描述的方法對具有經加厚中心部分的管142進行輥軋成形，其中經減小直徑部分或經擴大直徑部分將具有較厚壁以實現經增加強度。
[0030]已描述了形成本發明的外殼的方法的優選實施例，所屬領域的技術人員將理解，可在所附權利要求書的權限內對所揭示方法做出各種修改。僅舉例來說，雖然圖1中所展示的管20、預成形件的部分38及外殼的部分54展示為圓柱形或大體圓柱形的，但所述管、預成形件及外殼可具有任何橫截面形狀，包含但不限于多邊形，包含(舉例來說)八邊形或六邊形。簡要地，本發明的方法包含使用垂直于鋼管的縱向軸線延伸的多個輥對所述管進行徑向向內輥軋成形，其中每一輥具有平行于所述管的所述軸線的輥軋軸線；所述輥借此壓縮所述管且形成經減小直徑部分及在所述經減小直徑部分之間的經擴大直徑部分。如將理解，所述管可為任何適合長度以形成多個鏡像預成形件。所述方法接著包含大體在經擴大直徑部分及經減小直徑部分的中間垂直于所述管的縱向軸線切割所述管，借此形成多個鏡像預成形件。
[0031]所述方法接著包含將所述預成形件冷加工成外殼的所要形狀且將鋼的強度增加至少15%，從而形成具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑敞開端的外殼部件。最后，可接著穿過所述外殼的所述敞開經擴大直徑端插入組合件的外殼組件，且所述經減小直徑部分接著將所述組件保持于所述外殼中。
【權利要求】
1.一種形成外殼的方法，其包括以下步驟: 借助各自垂直于鋼管的縱向軸線延伸的多個輥對所述管進行徑向向內輥軋成形，每一輥具有平行于所述管的所述縱向軸線的輥軋軸線，所述輥壓縮所述管且在所述管中形成經減小直徑部分及經擴大直徑部分； 大體在經擴大直徑部分及經減小直徑部分的中間垂直于所述管的縱向軸線切割所述管，借此形成各自具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑敞開端的多個鏡像預成形件； 將所述預成形件冷加工成所述外殼的所要形狀且將鋼的強度增加至少15%，從而形成具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑敞開端部分的外殼部件；及 穿過所述外殼的所述敞開經擴大直徑端安置組合件的組件，且所述經減小直徑部分將所述組件保持于所述外殼中。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述鋼管由低碳鋼到中碳鋼形成。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述鋼管由高強度低合金鋼形成。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述鋼管包含縱向焊縫，且所述冷加工將所述管及所述所得外殼的強度增加至少20%。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述鋼管包含通過使用凸面輥將鋼板輥軋成管從而形成具有弧形增加的較厚部分的管而形成的縱向焊縫。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述管的所述冷加工包含穿過所述預成形件的所述經擴大直徑敞開端部分接納心軸，及借助多個輥將所述預成形件塑形為所述心軸的形狀。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包含通過保持于所述外殼的所述經擴大直徑敞開端上方的單獨部件將所述組件保持于所述外殼中。
8.一種形成組件的方法，其包括以下步驟: 借助垂直于具有縱向延伸的焊接部的鋼管的縱向軸線延伸的多個輥對所述管進行輥軋成形，每一輥具有平行于所述管的所述縱向軸線的輥軋軸線，所述輥壓縮所述管且形成經減小直徑部分及大體等于所述管的直徑的經擴大直徑部分； 大體在經擴大直徑部分及經減小直徑部分的中間垂直于所述管的縱向軸線切割所述管，借此形成多個鏡像預成形件 '及 通過在心軸上方輥軋所述預成形件而將所述預成形件冷加工成物件的所要形狀，借此將鋼的強度增加至少20%且形成所述物件的具有經擴大直徑敞開端及經減小直徑部分的所述所要形狀。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述預成形件的所述冷加工將所述鋼的所述強度增加至少25%。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述鋼管由低碳鋼到中碳鋼形成。
【文檔編號】B21D19/04GK104271280SQ201380010545
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年2月13日 優先權日:2012年2月24日
【發明者】約瑟夫·舒巴 申請人:舒巴咨詢股份有限公司, 價值提取有限責任公司