传动套筒及其成形方法 发明的领域
本发明一般涉及传动套筒及传动套筒的成形方法，尤其涉及手工、动力、冲力(impact)扳手等用的具有保持特凹座(recess)的凹形传动件及这种传动件的改进的成形方法。
发明的背景
过去已经使用多种加工方法来成形套筒扳手，接常杆，联轴套筒等。诸如套筒扳手那样的工具本身是标准件，在技术上是熟知的。套筒扳手一端有常见的方形传动套筒，与棘轮机构等地把手的传动柄舌(tang)可拆地连接。在扳手的另一端有一共轴的夹持套筒，其截面通常是锯齿状或六角形的。共轴排列的两个套筒之间有通孔，为螺栓杆提供空间，螺栓与放入六角形夹持套筒内的螺母拧紧，优质的套筒扳手用合金钢制作。这种扳手一般用标准的螺丝车床制造，常需几道时序切削加工。
这种扳手的传动套筒孔内有凹座，可接纳传动把手柄中的弹簧控制的滚珠，以便使套筒和把手附件保持传动接合。但在形成套筒扳手的凹座时，由于长期对凹座的尺寸形状的一致性和准确性以及在传动套筒孔的表面上的位置难以达到，同时又要确保凹座深度一贯精确，特别在传动孔各表面都有凹座时，因此经常出问题。手工、动力、冲力扳手的这种方形传动件的凹形端夹的规格见美国机械工程师学会出版物ASME B107.4 M-1995的表7。
当这样的部件用诸如车削或分度铣削那样的机械加工生产工具时，人们怎样调整刀具，怎样调节刀具的行程是可变的但却是重要的操作。如果传动孔并非正好是工件纵向主轴的固定中心或刀具本身有点偏心，则生产出来的产品是不合格的，因为凹座深度不一，或凹座与其在相应传动孔表面上的对称中心位置不重合，或凹座与部件轴向主轴不重合。况且，这种机加工需要专用设备，即使不是全自动的价格也贵，并且刀具寿命有限，产品有毛刺。
发明的目的
本发明的一个目的是提供一种改进的传动套筒，在传动套筒孔的面上有预定深度的独特的凹座，且凹座位置与传动套筒孔的面保持精确的对称关系。提供制造这样的传动套筒的改进方法也包括在该目的中。
另一目的是提供一种改进的传动套筒，在其传动孔内具有多个传动面，其中每个面有一凹座，与其他表面的凹座深度、位置相同，并还提供一种制造这种传动套筒的方法。
又一目的是提供一种制造传动套筒传动孔表面上的凹座的改进的方法，用低成本的简单制造方法生产优质的凹座，并且不要通常需要的二次机械加工。
其它目的将在下面一部分一部分地详细说明。
发明的概述
本发明涉及制造在其传动孔内有凹座的传动套筒的方法，该凹座用于将传动套筒卡在相配的把手配件上，本方法包括若干步骤。首先提供具有传动孔的金属加工件，该孔的表面从传动孔一端向里延伸。金属成形步骤沿传动孔表的表面长度的至少一部分形成凹槽，接着沿该凹槽一部分长度切除凹槽表面的材料并聚集被切除的材料以便在凹槽两端之间形成一横档(ledge)，这样，由延伸在横档外的凹槽形成一个凹座。
本发明还涉及包括具有金属套筒的传动装置，套筒具有传动孔，传动孔具有从邻近传动孔的一端向里延伸的表面。一凹槽在该孔的表面的至少一部分上延伸。一横档在凹槽两端之间从凹槽径向向里突起，结果，由延伸在横档以外的凹槽部分形成一凹座。
附图的简单说明
图1是一个局部剖视图，示出现有技术方形传动装置的凹形传动端；
图2是图1的装置的侧视图；
图3-8是局部剖视图，示出现有技术方形传动装置凹形传动端的其它实施例；
图9和10是示意图，示出本发明方法的一个实施例；
图9A和10A分别是相应于图9、图10所示步骤工件的横断面视图；
图9B和10B分别是图9和图10所示步骤中使用的冲头局部侧视图；
图11是图10B所示那种冲头的局部轴测图；
图12是一局部横截面视图，示出类似于图10A所示的本发明的一个传动套筒；
图13是图12的传动套筒的侧视图；
图14是局部断开和局部剖面的装配图，示意性地示出与传动附件的柄舌传动接合的本发明传动套筒；
图15是局部断开的横截面视图，示出本发明传动套筒另一实施例的一部分；
图16是图15的传动套筒的侧视图；
图17是局部断开和局部剖面的视图，示出本发明传动套筒又一实施例的一部分；
图18是图17的传动套筒的侧视图；
图19-22是各种工件的立体图，适合用本发明的方法顺序地成形以制造本发明的传动套筒；
图23是按本发明制作的另一传动套筒的横截面视图；
图24A和24B是图23的传动套筒相对两端的侧视图；
图25和26是示意图，示出本发明方法的另一个实施例；
图25A和26A分别是图25和26所示步骤相应的工件的横截面视图；
图25B和26B分别是图25和26所示工序中使用的冲头局部断开的侧视图；
图27、28、29是示意图，示出本发明方法的又一个实施例；
图27A、28A和29A是相应于图27、28、29所示步骤的工件局部断开、局部剖开的侧视图；及
图28B和29B分别是图28和29所示步骤中使用的冲头局部断开的侧视图。
从以下结合附图的详细说明对本发明的目的、优点、特点、特性和关系将会更好地了解，附图展示某些说明性的实施例并指出运用本发明原理的各种方法。
优选实施例的说明
参看图1-8所示的现有技术，手提式手工工具，动力工具，冲力工具，气动工具和电动工具的传动端和心轴端有方形内孔。众所周知，比如说在套筒扳手的传动端通常有保持部位(retention feature)，呈凹陷状，可将弹簧控制的滚珠接纳到诸如棘轮机构那样的把手附件的传动柄舌内，使套筒扳手相对于把手柄舌定位并固定住，使当力作用在这两部件之一上时便可松开该装置。
图1-3和5的工具2、4、6中示出十字孔式的保持部位，在传动孔10、12、14中分别有一凹座，由于十字孔16、18、20，该凹座形成在孔的表面10A、12A、14A中。这些孔通常是钻出的，但有时可冲出。在图1所示结构中，把工具2的方向对准诸如棘爪把手那样的附件上的滚珠(未示)由使用者负责。在孔的四个表面上都有横向孔使使用者更方便，但增加成本。
图4和8所示的结构中可以看到凹座(如图4的22和图8的24)形成在方孔26和28的四个面上，以形成保持部位。传动装置30(图4)和32(图8)可以是套筒扳手，加工时，它们被夹住外径，通过套筒的旋转和将刀具或倒角钻头(未示)伸进其方孔26、28中进行机加工或切削。用这种机加工方法制造既慢又费钱，因为要符合尺寸技术条件很难。
图6所示工具34的方孔35中没有保持部位，也不需要，因为按照ASMEB107.4M 1995规定的标准，四分之一英寸的凹孔不需要保持部位。
图7的现有技术的工具36也是用一系列机加工形成的，这种保持结构受尺寸限制，尺寸要大到能将钻头或铰刀通过工具方形传动端相对的一端，即从图上看通过工具36左侧一端。
本领域的技术人员会理解，如果方形传动孔在工件中不能精确形成使其纵向延伸与工件纵向主轴线共轴，则如图4和8所示的凹座22、24的深度会不同。如果传动端孔的轴线与工件轴线不在同一平面，则这些相同的凹座沿工具长度就会不共轴，正像当图3的十字孔18不能垂直于工具4主轴时发生的那样。在图1-5、7、8所示的现有技术的工具中，方形传动孔和接受滚珠的凹座是在单独的分开工序中在严格的尺寸公差要求下形成的，不管是传动方孔的冲孔或拉削，还是钻孔，十字孔的钻削，还是形成凹座时的车削或铣削。工件或机床的定位或找正有任何误差都会导致凹座有不希望的不同深度，不希望的凹座不同心或凹座在方形传动孔的传动面上位置不对称。
现在详细参考图9、10所示的本发明的步骤及相应的图9A、10A和9B、10B。应当明白，合格的成品是用包括碳钢，合金钢在内的不同成分的金属做的，为包括手工工具、动力工具、冲力工具在内的多种工具，如套筒扳手、接长杆、联轴套管等提供优质凹形的传动端。为了方便起见，以下将产品叫做传动套筒。在图9、10的具体示出的实施例中，所示工件38有一六角形截面的紧固件插口40，用于带动相应形状的紧固件(未示)。
为了给工件38提供一保持部位，预定深度精确控制的凹座希望用适合于重复生产的经济方式形成，并有均匀一致的零件尺寸，特别要适合于自动化金属成形加工。
一种挤压冲头(图9、9B)最好是其横截面是方形的，与工件38形成的传动套筒的方形传动孔的尺寸相一致。冲头44有一升高的突起部或隆起46沿方形冲头44的各平面(图上的48)纵向延伸，每个隆起46精确地位于各平面48两条相对纵向稜边的中央。挤压冲头44的各隆起46的引导端62在工件38内的行程极限，成为在内槽端的希望的位置，如在图上的56，在此位置形成在工件38内的凹座58(图10A)。虽然传动套筒可以在其传动端形成一条凹座58，如在这个具体实施例中，在方形传动孔的66的每个面，如图上的64，都有一个凹座58，因而在挤压冲头44(图9、9B)有许多同样的隆起46分别对称地位于方形冲头44的四个表面上，如图上的48。于是可见无须最终用户将传动孔66对准传动附件中的滚珠。
虽然在传动套筒中形成凹座有许多方法，下面参看图9、10来说明多工位成形方法。
工件38一但被适合的传送机械手(未示)以众所周知方法传送，将金属工件送到与模具工位68(图9)纵向对齐的位置，其中型腔70的容积基本与工件38相等，柱塞(未示)便很好地推动冲头44，迫使工件38对着定位销69(图9)进入型腔70。冲头44通过施加足够压力到工件38上，在工件38中形成方形传动孔66，并有一条从传动孔的各表面64的外传动端面74起沿纵向延伸的精确同心的沟槽72(图9A)，可使模具68与定位在型腔和(图9)中心的方形冲头44外表面之间的金属流动。当方形冲头44(图9A、9B)退回时，工件38被推出管套71从模具68中推出，并被适合的传送机械手(未示)移动到与第二模具工位78(图10)的内腔76对齐定位。
根据本发明，第二冲头，即方形精加工冲头80(图10、10B、11)上有隆起，如图上的82，对称地位于方形冲头80的各表面84上，其高度大于挤压冲头44(图9B)的隆起46。在此第二模具工位78，经部分加工的工件38在柱塞控制的方形冲头80的力的作用下插进型腔孔76中，冲头80与方形孔对齐并进入型腔76中，使工件38顶住推出销83。根据本发明隆起82的引入段72A使槽深度增大。即，隆起82使每条预先加工的凹槽72的表面或工作面上的金属材料切除，在每条沟槽72引入段72A的深度增大，并聚集从凹槽段72A的表面上这样切下的材料，最后在凹槽72的里外端56和92的中间形成一横档90。借助这种方法，在孔66的各表面64上由延伸到横档90以外的凹槽72部分形成一凹座58。如图10中可见，套筒40和孔66之间待加工的方形坯料93被冲头80冲掉。当方形精加工冲头80退回时，完工的传动套筒100(图10A)用推出销83推出。现在传动套筒100便有完工的传动端，其方截面传动孔66的各表面64上有凹座58。
按照上述工序，方截面细长传动孔66和沿孔66的至少一个表面纵向的延伸凹槽72一次操作便可完成加工。虽然可以考虑用其它制造方法来加工传动孔66和其表面64上的凹槽F2，但以上应用的挤压冲头44是优选的。据此，根据本发明，一次单独的金属成形作业即可完成从预先成型的凹槽表面切除材料以增加一部分长度上的深度并聚集从凹槽部分72A上这样切除的材料以形成一横档90，必要时可在工件38的方形孔66的四个表面64上同时加工。从图12、13上可以清楚地看到，虚线98表示从套筒100传动外端面74处凹槽72外端面92开始在第一次形成的凹槽72的引入段72A表面上切除的材料以增加凹槽深度。从各凹槽72的引入段72A切除材料形成的横档90位于凹槽72里端56和外端92的中间，在凹槽72的里端56和横档90之间形成形状和尺寸相同的凹座58。
图14示意性示出传动套筒100A(类似与图10A的传动套筒100)，图中传动套筒100A与所示的把手组件102组装在一起，把手组件102有传动柄舌104和滚珠106，滚珠106并由放置在传动柄舌104内的弹簧108施加的弹力径向向外偏置。滚珠106被锁定在凹座58内，使套管扳手100A与传动把手102保持传动接合。与扳手100A的传动套筒端面74相接的凹槽72的引入段72A，其深度大于凹座58的深度，因为精加工冲头80的隆起82高度大于挤压冲头44的隆起46的高度。而精加工冲头80的隆起82的宽度彼此相同，但一个精加工冲头与另一个精加工冲头宽度大小可以不同。因此，比凹座58宽度略大的凹槽引入段72A可形成在图10A所示的各表面64上。另一方面，如图12可见，凹槽引入段72A可用精加工冲头的隆起82形成，使其宽度和凹座58的宽度相等。但精加工冲头80的各隆起82的高度相等且总是大于挤压冲头44相应的隆起46的高度，从而保证在给定传动套筒内适当形成同样的横档90，把手102的滚珠106在被锁定到凹座(如图14的58)内之前在结合期间停留在横档90上。滚珠106锁定在凹座58内，极大地减少轴向间隙，因为所示组合件能双向固定。
凹槽72本身的横截面形状是任意的，凹槽72可以具有各种横截面形状，因此冲头上凸起的隆起也具有各种横截面，以便形成不同形状的凹槽。例如，凹槽可以是三角形(如图15、16中的73)或矩形(如图17、18中的75)。但本发明公开的波纹形或弧形的凹槽(如图13中的72A)只需切除少量材料，因而是优选的。
本发明不限于方形传动孔的传动套筒(如66)。相反，本发明同样使用其它孔型，上述各凹座58可在其中形成，例如六角形孔61(图19)，七边形孔63(图20)，三角形孔65(图21)和五边形孔67(图22)。
本发明也可在以下情况下应用，即传动孔166位于双头传动套筒100B(图23)相对两端的两个尺寸不同的锯齿形紧固件套筒140，104A之间。如上述实施例中传动孔166的至少一个表面，如164上有凹槽172，从传动孔166外端面174轴向里延伸。应当明白，精加工冲头(未示)从凹槽172表面切去材料，以增加其在引入段172A的深度并聚集这样切下的材料以形成横档，如190，它与凹槽172配合便形成凹座，如158。因此，形成中心凹座供与传动附件上的滚珠配合，传动附件可以从两端插进传动孔166中，虽然没有出示，但如有必要，凹槽172可延长到孔166的全长上，这时横档形成在传动孔166相对两端的每个凹槽引入段。
图25及26示出在凹槽272中形成凹座258(图26A)的加工方法(类似于图9、10中的方法)所采用的步骤。首先用方形挤压冲头244(图25、25B)连续形成，然后用方形精加工冲头280(图26、26B)。方形精加工冲头280在其四个平面(图上只示出三个)上各有一相同的突起部282，它们对称地均匀分布且与各自的平面284，其高度比挤压冲头244上的四个相同的突起246高。如图所示，后者从挤压冲头244的前沿向后延伸。因此，当冲头280与孔266对准时，凹槽272的引入段272A的深度由于突起282而增加，因为方形精加工冲头280将工件238推向型腔276内的推出销283，使凹槽引入段272A的表面材料被切除，从而增加深度，然后聚集这样切除的材料，分别在方形传动孔266的四个平面264(图26A只示出三个平面)上形成横档290，同时各凹座便精确均匀地形成并有预定的共同深度。在此实施例中，冲头280有一园形截面，其前端281的直减小，用于从工件238的中央冲下圆形坯料293(图26)，在传动孔266的底部和紧固件套筒240之间形成孔242。图26A的传动套筒100C上示出伸展到传动孔266底部的第一次形成的凹槽272。
图27-29示意性地示出本发明方法的应用(类似于图9、10中所示)，本法可用于在缩径联轴套筒(未示)或接长杆(如图29A的100D)中形成具有凹座358的深盲孔套筒的传动孔366。在图27-29所示的方法中，应当明白，工件338(图28A)在多工位金属成型机床的各工位之间移动，在方形挤压冲头334(图28B)各平面348上的隆起346用于形成凹槽372，该凹槽372与在柱塞控制的冲头344的驱动力作用下形成的方孔366的纵向延伸平面364精确地同心；当金属在型腔370与冲头344外表面之间流动时工件338中便形成方孔366。方形挤压冲头344退回时，传送机械手(未示)将工件338(图28A)移动与模具工位378轴向对准。柱塞控制的精加工冲头380(图29B)与工件338(图28A)对齐并驱动局部加工的工件338进入模具378的型腔376内，因为柱塞控制的方形精加工冲头338使凹槽372的引入段372A的深度增加并将材料切除，并使材料聚集以在凹槽372的里外端356和392之间形成横档390。因此，延伸在横档390以外的凹槽372形成凹座358，用于保持凸状传动件。
本发明不仅适用于冷压成形及所谓的温成形(warm forming)工艺，而且适用于高强度合金的热成形，因此可在各种金属条件下使用，包括碳钢和优质合金钢。除了用热成形法制作的零件冷却后可能要清除硬的氧化皮外，不需要传统金属成形常遇到的二次机加工，也省却了附加的费时的加工步骤，以及与此二次机加工相关的不可避免的费用。此外，这样的机加工通常有的毛刺也没有了。通过严格控制按本发明制作的凹槽及凹座的尺寸，在给定的传动套筒的传动孔的各面上加工出形状和尺寸一样的凹槽和凹座，有利于传动部件在传动套筒内的装配并且拔出的力也一致，因为在套筒的传动孔的各侧面上滚珠凹座的深度相同。
虽然本发明以示例性实施例的方式作了说明和概述，但应明白，对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明实质和范围前提下可以有多种改变，省略或增加。