生产金属部件的方法

专利名称：生产金属部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产金属部件的方法。更具体地，本发明涉及一种生产具有多个 突起部的金属部件的方法，所述金属部件例如是振动波驱动装置的齿轮件或者振动部件。
背景技术：
作为其中布置有多个突起部的金属部件，可参见日本专利特开No. 07-135785中 讨论的用于振动波驱动装置的振动部件。振动部件是环形的部件或者盘状的部件。在振动 部件的一个表面(上表面)处设置有与梳子的齿一样的许多突起部，并且在振动部件的相 对的表面(下表面)处设置有没有梳子的齿的基部。基部的下表面连结有环状的压电元件。 在该类型的振动部件中，许多突起部通过锻造方法或者通过使用具有盘状的磨削工具或铣 刀来切割许多径向槽的方法(磨削方法或者切削方法)而形成。突起部的作用是当通过由 摩擦力将振动部件的振动传递到运动部件而转动运动部件时增大振动位移。依据用法，在 振动部件的中心设置有延伸通过输出轴的孔。作为具有多个突起部的金属部件的另一个示例，可参见诸如日本专利特开 No. 2001-205385中讨论的齿轮。具有作为多个突起部的齿的齿轮(例如，锥齿轮)具有孔 部分，所述孔部分没有用于使轴穿过的芯部。齿轮的齿还可以通过切削方法或磨削方法或 者使用加压装置的锻造方法形成。

发明内容
因为锻造方法是可以被简化的处理方法，所以锻造方法的成本低于切削方法和磨 削方法。对于通过锻造方法形成许多突起部，能够提供环形的或者盘状的处理对象，其中 导管或者圆杆被切成圆形切片，以通过对处理对象直接处理操作而在处理对象上形成突起 部。图6A和6B示意性地示出其中通过锻造方法在处理对象111上形成突起部的状态。图 6A是剖视图，并且图6B是透视图。如图6A中所示，使用圆形的处理对象111，并且该圆形 的处理对象111插入到模环123(用作固定模具(阴模)的外框架)的内径部分中以直接 形成突起部。然而，该方法具有以下问题。当冲头122(用作压模(阳模))接触处理对象111 时，施加到阴模的应力瞬间地增大。结果，阴模趋向于破坏。另外，在施加压力的同时，用于 减小插置于冲头122和阴模之间的处理对象111的厚度的力施加到模具。因此，需要较大 的总载荷用于模制操作。从该观点来看，模具也趋向于破坏。尤其，应力在具有凹陷部和突 起部的冲模124的薄壁部分124a处集中。设置薄壁部分124a以用于在盘状处理对象的外 周边下表面中形成(在突起部之间的)槽。槽的宽度越小，薄壁部分124a越薄，由此减小 了薄壁部分124a的强度。因此，在锻造期间，增大了薄壁部分破坏的可能性。因此，为了维 持薄壁部分124a的强度，突起部之间的槽的宽度需要大到一定程度，由此对于沿着齿轮或 者振动部件的突起部的圆周方向的宽度设有极限。
本发明能够在金属处理对象上的任何宽度上容易地模制多个突起部，并且能够在 多个突起部的模制期间减小模具上的载荷。根据本发明，提供一种生产具有多个突起部的金属部件的方法。该方法包括通 过将载荷施加到金属板件而形成杯状部件，施加到板件的载荷具有与板件的表面垂直的分 量；和借助模具通过将载荷施加到杯状部件而在杯状部件的开口端部部分处形成多个突起 部，施加到杯状部件的载荷具有与杯状部件的底部部分的表面垂直的分量。根据本发明，当形成具有多个突起部的金属部件时，不需要切削操作或者磨削操 作，以便可以减小当形成突起部时在模具上的载荷。另外，能够在模制的产品的突起部之间 形成任何宽度的槽。本发明的其它特征将从以下参照附图的示例性实施例的说明而变得明显。


图IA至IC是示出其中根据第一实施例形成杯状部件的状态的示意图；图2A至2D是示出其中根据第一实施例形成突起部的状态的示意图；图3是根据第二实施例的杯状部件的示意图；图4A至4C是示出其中根据第二实施例形成预模制的产品的状态的示意图；图5A至5C是示出根据第二实施例的最终的模制操作的状态的示意图；图6A和6B是示出相关的锻造模制操作的示意图。
具体实施例方式以下将参照附图详细地说明本发明的示例性实施例。作为本发明中使用的金属部 件，作为示例使用具有用于增大振动位移的突起部的振动波驱动装置的振动部件，或者使 用具有用于输出传动的齿的齿轮。第一实施例在第一实施例中，作为具有多个沿着同一方向突出的突起部的金属部件，作为示 例使用振动波驱动装置的振动部件，以说明生产振动部件的方法，所述振动波驱动装置的 振动部件具有形成在振动部件的表面上的、用于增大振动的突起部。振动波驱动装置包括 设有压电元件(所述压电元件是一种机电能量转换元件)的振动部件。在振动波驱动装置 中，交变信号供给到压电元件以在振动部件的表面处产生行进波，并且该行进波用于驱动 与振动部件接触的运动部件。如图IA中所示，在该实施例中，首先，盘11-1放置在用于拉延操作的模具的定位 板26的内径部分处，所述盘11-1由不锈钢(SUS420J2)形成并且是通过加压操作被冲压出 的板件。除了不锈钢以外，金属部件可以由例如SPC材料、低合金钢、高合金钢、或者非铁合 金形成。拉延模具包括作为阳模的冲头22和阴模。阴模包括冲模24，其具有凹陷的部分； 模环23，其用作外框架并且是冲模24的保持部分；脱模部分25，其用于使模制的产品从阴 模分离；以及定位板26。正如图IB中所示，通过执行拉延操作，模制出如图IC中所示的杯状部件11-2，在 所述拉延操作中冲头22向下推压并且施加具有在平面外的分量(即，与板件的表面垂直的 分量)的载荷。在本发明中，杯状部件具有容器的形式，所述容器具有底部部分52和沿着底部部分52的外部周边所形成的侧面53。在底部部分52中可以形成有孔或者凹陷部。如 图IC中所示，杯状部件使得开口端部部分51沿着径向方向的宽度小于最终模制的产品的 突起部(由图2D中的附图标记55表示)沿着径向方向的宽度，并且使得侧面53的高度大 于最终模制的产品的突起部的高度(即，在与径向方向垂直的方向上的长度)。通过执行这 种模制操作，由于开口端部部分51沿着径向方向的宽度在侧面53的高度减小的同时也增 大，因此减小了当在处理后的过程中形成突起部时施加到模具的载荷，下文将给出细节。另 外，维持了每个突起部的体积。另外，通过模制侧面53以便使斜坡相对于底部部分52向外延伸，即，通过形成杯 状部件的开口端部部分51以便使杯状部件的开口端部部分51的外径大于杯状部件的底部 部分52的外径，当在处理后的过程中形成突起部时减小了模制载荷。因此，期望执行该步 骤。这是因为，由于如图2B中所示，杯状部件变形成使得在模制处理中向外延伸，减小了沿 着高度方向施加到薄壁部分34a的载荷。接下来，为了使杯状部件11-2软化，例如，在750°C的温度下执行退火热处理。为 了在处理后的过程中形成突起部而执行锻造操作，在所述锻造操作期间执行热处理以减小 模制载荷，以便使杯状部件趋向于经受塑性变形。依据拉延的程度，材料不会显著硬化，并 且变形阻力没有显著地增大。因此，有时可以省略退火热处理。此后，可以在杯状部件11-2 的表面上执行润滑处理。在润滑处理中，例如，施加主要成分为二硫化钼的润滑剂。图2A示出其中杯状部件11-2放置在模具(其用于模制突起部)中并且定位在该 模具中的状态。用于模制突起部的模具包括阴模(其包括模环33、冲模34和脱模部分35) 和冲头32 (其用作阳模)。沿着冲模34的圆周形成有槽，在所述槽中插入有杯状部件。在 沿着圆周所形成的槽中形成有薄壁部分34a，所述薄壁部分34a沿着周边方向以相等的间 隔布置。槽的内周边壁具有斜坡。外周边壁和内周边壁越接近槽的底部部分，外周边壁和 内周边壁彼此就越接近，使得槽沿着径向方向的宽度越小。通过形成这种槽，如可以从图 2A和2B中看到，随着冲头向下运动，杯状部件的开口端部部分趋向于向外伸展；并且，如果 内周边壁具有斜坡，塑性流动很少受阻。因此，该结构是期望的。当模具的形状是一种很少 阻碍塑性流动的形状时，减小了出现模具破坏的可能性以及在模制的产品中出现缺陷(破 裂、弯曲，等等)的可能性。杯状部件定位在模环33的内径部分处，并且杯状部件的开口端部部分布置成接 触薄壁部分34a的上端部(冲模34的部分)以用于在突起部之间形成槽。图2B示出这样的状态，即，随着冲模32向下运动，施加具有与杯状部件的底部部 分垂直的分量的载荷，并且使杯状部件变形。在该阶段，施加到冲模32和薄壁部分34a的 载荷较小。然而，由于杯状部件的整体形式变形和压缩，如由附图标记11-3所指示，在杯状 部件11-3的开口端部部分处开始形成突起部。然后，随着冲头32向下运动，载荷逐渐地增 大，并且在如图2C中所示的下死点处结束整个模制操作。结果，获得如图2D中所示的最终 模制的产品11-4。通过由该锻造操作所执行的压缩模制，在杯状部件的开口端部部分51处形成突 起部55，并且突起部55沿着径向方向的宽度变得大于杯状部件的开口端部部分的宽度。最 终模制的产品的底部部分54的厚度小于杯状部件的底部部分52的厚度。因此，在该实施 例中，在模制处理期间，施加到模具的每个部分(尤其薄壁部分34a)的应力逐渐地增大，并且沿着周边方向施加到薄壁部分的力较小，以便减小薄壁部分34a破坏的可能性。由于随 着杯状部件的底部部分制得较薄所产生的过多的金属用于在外周边侧处形成突起部，冲模 和脱模部分上的载荷也减小，由此减小变形和破坏的可能性。杯状部件的侧面的形状和突 起部的形状不限于实施例中讨论的形状，只要它们可以变形以便在锻造操作期间增大突起 部沿着径向方向的宽度(即，板厚度)即可。例如，突起部不但可以在内周边侧处倾斜，而 且可以在外周边侧处倾斜，或者可以形成有同一宽度。另外，在该实施例中，作为用作处理对象的板件，可以使用这样的板件，S卩，所述板 件的宽度小于冲模34的槽沿着径向的方向的宽度(S卩，模制的产品的突起部沿着径向方向 的宽度)，由此减少成本。以下将给出原因。在图6中所示的相关方法中，为了形成盘(处理对象)，借助手锯而不是通过切割 操作将圆杆切成圆形切片。然而，在该方法中，处理对象的厚度出现较大的变化，并且两个 表面的平行度不好。另外，在圆形切片中的切割的表面上有锯痕，使得其表面粗糙度较高。 因此，模制的产品的部分的厚度出现变化，尤其，各突起部的高度趋向于出现变化。此外，锯 痕保持在处理对象上模制的端面处，由此必要的是执行用于去除锯痕的磨削。如上所述，在 该实施例中，作为处理对象，可以使用这样的板件，即，所述板件的直径大于振动部件(最 终模制的产品)的直径，如同图IA中所示的盘11-1 一样，并且所述板件使得盘11-1的厚 度小于振动部件的突起部的厚度。因此，由于可以使用成本低于例如圆杆的成本的轧制的 板，所以能够减小材料粗糙度并且增大两个表面的平行度，并且从而减少成本。另外，由于 板件较薄，当将底部部分形成到预定的厚度(高度)时板的厚度很少出现变化，使得没有出 现显著的加工硬化。结果，减小了为了减小底部部分的厚度所需要的应力，以便甚至极少出 现冲模和脱模部分的变形和破坏。根据实施例所形成的振动部件能够使振动部件的突起部的质量提供振动能量，并 且减小薄壁部分沿着周边方向的宽度。因此，能够导致在彼此相邻的突起部之间所形成的 槽的宽度尽可能小。即，能够增大突起部沿着周边方向的宽度，并且增大了与运动部件接触 的突起部的耐磨损性。在振动波驱动装置中，如果增大了通过压缩模制所形成的突起部沿着周边方向的 宽度，则不但增大了耐磨损性，而且限制了不期望的振动。这是因为，由于每个突起部自身 的固有振动频率较小，因而由突起部自身所导致的不期望的振动很少出现。在本发明中，通过将载荷施加到板件而模制杯状部件的方法不限于拉延，所述载 荷具有与板件的表面垂直的分量。只要是使板件三维变形的方法即可，也可以使用任何其 它的方法，例如，冲缘(burring)、拉伸成形(模压)、或者碟形挤压(碗状模制)。通过将载荷施加到杯状部件而形成突起部的方法不限于冷锻，所述载荷具有与杯 状部件的底部部分的表面垂直的分量。也可以通过热锻、温锻或者冷压而模制板件。根据实施例，生产由不锈钢(SUS420J2)形成的振动部件，振动部件的外径是 48mm，所述振动部件的底部的厚度是2. 5mm，所述振动部件的突起部沿着径向方向的宽度是 5mm,并且所述突起部的高度是4. 5mm。用于模制突起部的模具沿着冲模的薄壁部分的周边 方向具有4. 5mm的高度和0. 6mm的宽度(在最薄的部分处)。当尝试通过图6A和6B中所 示的相关方法形成这种振动部件时，需要至少3t的载荷，并且较大的压力瞬间作用在薄壁 部分上，导致薄壁部分破坏的可能性较高。然而，当 用根据实施例的方法形成突起部时，载荷没有瞬间施加到薄壁部分，或者总载荷较小，由此在模制期间减小了模具上的负荷。第二实施例接下来，将说明根据第二实施例模制振动部件的突起部的方法。第二实施例与第 一实施例的不同之处在于，在杯状部件的底部部分的中心中形成孔，并且在形成杯状部件 的步骤和形成最终模制的产品的步骤之间在杯状部件上执行预模制操作。图3是在拉延之后的杯状部件41-1。由于在底部部分52的中心中压力冲压出圆 孔，因而杯状部件是开口的。杯状部件的其它特征与根据第一实施例的杯状部件的那些特 征相同。圆孔可以当在模制杯状部件之前设置的板件形成时形成，或者当杯状部件模制时 形成，或者在杯状部件模制之后形成。形成圆孔以用于确定接下来的模制步骤中的中心位 置。因此，代替这种通孔，也可以形成凹陷部。图4A示出其中通过将载荷施加到杯状部件而模制突起部的状态，所述载荷具有 与杯状部件的底部部分52的表面垂直的分量。杯状部件的圆孔配合到定位突起部42a，所 述定位突起部42a设置在冲头42的端部部分处，并且杯状部件41-1的中心和模具的中心 彼此重合。这防止杯状部件当被压缩时偏心。杯状部件的开口端部部分51可以限制在模 环43的内径部分处，并且杯状部件的底部部分52，即，杯状部分的与冲头42接触的部分可 以被固定，以便使其不沿着与图4A中的底部部分的表面平行的方向移动。以这种方式设置圆孔以限制中心位置的原因与杯状部件41-1的形状精度和其塑 性变形的均勻性有关。在拉延中，考虑到材料自身的塑性变形，模制的产品的形状精度经常 被其各向异性的程度所影响。由于例如与根据材料的晶体取向相关的、彼此不同的团聚结 构而出现各向异性。例如，沿着轧制方向的诸如拉伸、处理硬化系数、弹性极限值和杨氏模 量的特征不同于沿着与轧制方向垂直的方向的那些特征。结果，兰克福特值(指示板材料 的各向异性的特征值)和回弹量(板材料在弯曲操作之后通过稍相对的力返回到其处理之 前的状态的量)中也出现差异。如果拉延具有较高的各向异性特性的板件，则会使杯状部 件的开口端部部分51卷曲。这种杯状部件的开口端部部分51很少具有高度的圆度。为了克服该问题，在该实施例中，采取了措施以允许使用具有较高的各向异性特 性的材料。即，在该实施例中，如上所述，例如，在杯状部件中形成限制中心位置的孔。这在 杯状部件的变形期间导致沿着径向方向的均勻的变形。结果，减小了通过压缩所形成的模 制的产品沿着周边方向的厚度的变化。图4B示出杯状部件已经压缩的状态41-2。模制步骤是预模制步骤。这里，最终模 制的产品的形状还没有形成。当然，如图4C中所示形成具有较低的突起部(即，突起部之 间的浅槽)的预模制的产品41-2。如果执行这种预模制，则当模制最终的突起部时，在薄壁 部分处几乎没有产生横向力，由此能够减小破坏的可能性。这与在这样的位置处形成臼状 凹陷的部分一样，即，所述位置为借助钻孔机预先形成孔以便能够固定钻孔机的端部位置， 并且防止当钻孔机弯曲时破坏钻孔机。如果在预先形成有槽的位置处形成有浅槽，则它们 起引导作用以便能够容易地模制最终的深槽，即，较高的突起部。在模制最终的突起部之前，期望的是预模制的产品受到中间热处理(退火)。通过 热处理，预模制的产品被软化，以便在最终步骤中减小变形阻力。结果，除了减小卡死的可 能性以及减小在最终步骤中使用的模具上的负荷以外，也减小模制的产品自身破裂的可能 性。随着再结晶发生，热处理也有效地减小由上述的各向异性所导致的不利效果。
期望的是也在预模制的产品41-2上执行润滑处理，所述预模制的产品41-2的突 起部具有较小的体积(突起部之间的槽较浅)。这是因为，减小了在最终的模制步骤中模具 上的应力，尤其，减少了薄壁部分的卡死。在润滑处理中，例如，施加主要成分为二硫化钼的 润滑剂。图5A示出其中预模制的产品设置在用于模制最终的振动部件的形状的模具中的 状态。此时，期望的是预模制的产品的突起部之间的槽沿着周边方向的宽度大于与其相对 应的薄壁部分44a的端部部分沿着周边方向的宽度。通过模制这种预模制的产品，较容易 地使预模制的产品41-2的突起部之间的槽沿着周边方向与冲模44的薄壁部分44a对准。 另外，能够增大用于预模制的模具的薄壁部分的厚度，从而极少发生破坏。图5B示出其中已经加压预模制的产品41-2直到形成具有最终形状的模制产品 41-3为止。此时，形成在预模制的产品的中心部分中的圆孔41-2a变成图5C中所示的最终 的模制产品的孔41-3a。孔41-3a的直径小于圆孔41_2a的直径。如上所述，在该实施例中，圆孔41_2a形成在杯状部件的底部部分的中心中，并且 在形成最终的突起部的步骤之前设置预模制的步骤。形成圆孔能够限制中心位置并且能够 减小模制的产品沿着周边方向的宽度。另外，甚至在最终的模制步骤中，当施加具有在平面 外的分量的载荷时，圆孔能够使过多的金属待用于圆孔并且防止过多的应力施加到模具。 另外，通过设置预模制的步骤，当模制最终的突起部时，在薄壁部分处几乎不产生横向力， 由此能够进一步减小破坏的可能性。虽然在形成有用于增大振动部件中的振动的突起部的情况中作为示例说明了各 实施例，但是本发明不限于此。即，只要提供具有多个沿着一个方向突出的突起部的金属处 理对象即可，上述的模制方法可应用到具有与例如锥齿轮和准双曲面齿轮的形状类似的形 状的部件。虽然已经参照示例性实施例说明本发明，但应理解本发明不受所公开的示例性实 施例限制。以下权利要求的范围将与最广泛的解释一致，从而包含所有这些修改和等同结 构以及功能。
权利要求
一种生产具有多个突起部的金属部件的方法，所述方法包括通过将载荷施加到金属板件而形成杯状部件，施加到板件的载荷具有与所述板件的表面垂直的分量；和借助模具通过将一载荷施加到所述杯状部件而在所述杯状部件的开口端部部分处形成所述多个突起部，施加到杯状部件的载荷具有与所述杯状部件的底部部分的表面垂直的分量。
2.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件形成为使得所述 杯状部件的开口端部部分的外径大于所述杯状部件的底部部分的外径。
3.根据权利要求1或2所述的生产金属部件的方法，还包括预模制槽，所述槽比在所述 多个突起部之间形成的槽浅，在所述形成杯状部件的步骤与所述形成多个突起部的步骤之 间执行预模制该较浅的槽的步骤。
4.根据权利要求3所述的生产金属部件的方法，还包括在预模制所述较浅的槽的步骤 与所述形成多个突起部的步骤之间执行热处理。
5.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件在其底部部分的 中心处具有孔或者凹陷部。
6.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，所述板件的厚度小于所述突起 部沿着径向方向的宽度。
7.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件模制成使得所述 杯状部件的开口端部部分沿着径向方向的宽度小于所述突起部沿着径向方向的宽度。
8.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，通过拉延、冲缘、拉伸成形和窝 锻中的任一种方法执行所述形成杯状部件的步骤。
9.根据权利要求1所述的生产金属部件的方法，其中，通过锻造或者冷压执行所述形 成多个突起部的步骤。
10.一种生产金属部件的方法，所述方法包括通过将载荷施加到金属板件而形成杯状部件；和通过将所述杯状部件放置到模具中而在所述杯状部件的开口端部部分处形成多个突 起部。
11.根据权利要求10所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件形成为使得所 述杯状部件的开口端部部分的外径大于所述杯状部件的底部部分的外径。
12.根据权利要求10或11所述的生产金属部件的方法，还包括预模制槽，所述槽比在 所述多个突起部之间形成的槽浅，在所述形成杯状部件的步骤与所述形成多个突起部的步 骤之间执行预模制该较浅的槽的步骤。
13.根据权利要求12所述的生产金属部件的方法，还包括在预模制所述较浅的槽的步 骤与所述形成多个突起部的步骤之间执行热处理。
14.根据权利要求10所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件在其底部部分 的中心处具有孔或者凹陷部。
15.根据权利要求10所述的生产金属部件的方法，其中，所述板件的厚度小于所述突 起部沿着径向方向的宽度。
16.根据权利要求10所述的生产金属部件的方法，其中，所述杯状部件模制成使得所述杯状部件的开口端部部分沿着径向方向的宽度小于所述突起部沿着径向方向的宽度。
全文摘要
本发明提供一种生产金属部件的方法，所述方法减小模制期间模具上的负荷。根据本发明的生产金属部件的方法包括通过将载荷施加到金属板件而形成杯状部件的步骤；和通过将杯状部件放置到模具中而在杯状部件的开口端部部分处形成多个突起部的步骤。
文档编号B21K1/30GK101961764SQ20101023737
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年7月24日
发明者玉井淳 申请人:佳能株式会社