用于vl型球笼筒形壳的密闭多向模锻成形模具及成形方法
技术领域
1.本发明涉及汽车零件的模具设计和加工，具体涉及到一种用于vl型球笼筒形壳的密闭多向模锻成形模具及成形方法。
背景技术：2.等速万向节是汽车上的关键零部件，其主要作用是连接不在同一直线上的变速器输出轴和减速器输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离要经常不变化的情况下任然可以可靠地传递动力。目前汽车上所使用的的万向节种类有球叉式万向节、球笼伸缩式万向节、三叉式等速万向节等，其中球笼伸缩式万向节—vl型球笼万向节具有寿命长、强度高等优点常用于中高端汽车中。在vl型球笼生产环节中vl型球笼筒形壳的生产是其重要部分，图1为vl型球笼筒形壳的立体图，在vl型球笼筒形壳体100的内壁设有3对互成“v”型分布的滚道浅槽101。目前市场上对于vl型球笼筒形壳的生产通常是对金属棒料进行锻造制得圆筒状粗坯，再采用切削加工的方法加工出内侧滚道，完成整个vl型球笼筒形壳的制作加工。但该方法中的机械加工步骤较多，这会导致锻件金属流线被破坏，使锻件力学性能变差，降低vl型球笼万向节的使用寿命，因此需要采用一次成形的工艺生产vl型球笼筒形壳。
3.由于vl型球笼筒形壳现有的锻造工艺，在锻造过程中上下端面会产生凸起或凹陷，很大程度上的影响了vl型球笼筒形壳锻造成形质量，导致后续机械加工更加繁琐。而采用传统密闭锻造结构虽使得上下端面成形平整，但会增大锻件对模具的应力，减小模具的使用寿命。
技术实现要素：4.由于vl型球笼滚道成倾斜分布，在进行密闭锻造时，如何实现筒形壳锻件一次成形，以及获得上下端面约束的模具结构方法，是一个难题，其至今为止未见相关密闭成形方法的报道。本发明提出了一种用于vl型球笼筒形壳的密闭多向模锻成形模具及成形方法，具体方案如下。
5.本发明提供了一种用于vl球笼筒型壳的密闭多向模锻成形模具，所述vl型球笼筒形壳为扁平的环状壳体，在内壁配置有多对贯穿壳体厚度的滚道浅槽，所述密闭多向模锻成形模具由下模具、上模具和水平夹持模具组成；
6.下模具上表面设有凹槽用于固定vl型球笼筒形壳的环状坯件；
7.上模具包含有芯轴机构和成形上模，芯轴机构由内芯轴和外芯轴组成，内芯轴同轴滑动设于外芯轴内，在内芯轴底部连接有多个活动式滚道成形凸块，内芯轴用于驱使各滚道成形凸块同时径向伸缩，内芯轴、外芯轴之间通过弹性连接机构相连，且该弹性连接机构与第一下压机构相连，
8.成形上模与第二下压机构相连，成形上模环设于外芯轴外围并与外芯轴外径紧密滑动配合；
9.水平夹持模具包含有多个以所述外芯轴为中心分布的多个水平模，各水平模均连
接有水平油缸，由水平油缸的同步运动带动多个水平模在水平方向上夹持或松开环状坯件的外侧壁。
10.进一步的，水平模通过水平模套与水平油缸相连，并通过水平模固定架约束水平运动方向；
11.所述水平夹持模具包含有3个在水平方向上互成120
°
的水平模，水平模的内侧设有弧形槽。
12.进一步的，在外芯轴底部侧壁设有多个通孔，各滚道成形凸块可在通孔中径向滑动；
13.内芯轴的底端侧壁和各滚道成形凸块的上端侧壁之间设有楔形配合的圆锥斜面，内芯轴的底端圆锥斜面上开t型槽，各滚道成形凸块的内侧均通过t型连杆机构与内芯轴圆锥斜面的t型槽配合。
14.进一步的，弹性连接机构由内芯轴固定块、外芯轴固定块、导杆和弹簧构成；
15.内芯轴固定块、外芯轴固定块上下平行设置且分别与内芯轴、外芯轴固定连接，导杆一端与内芯轴固定块固定连接另一端滑动穿过外芯轴固定块，弹簧套置在内芯轴固定块、外芯轴固定块之间的导杆上。
16.进一步的，成形上模的下表面为齐平的水平面，或者，成形上模和/或下模的相对端面设有一圈靠近芯轴结构的环状成形槽。
17.一种基于上述密闭多向模锻成形模具的多向模锻成形方法，包括如下步骤：
18.s1、将待成形的环状坯件放置于下模上表面的凹槽中；
19.s2、第一下压机构带动弹性连接机构下行，弹性连接机构带动外芯轴穿过环状坯件并与下模接触，随后第一下压机构继续加压，弹性连接机构压缩并继续带动内芯轴下行使得滚道成形凸块从外芯轴中向外展出，随后第一下压机构停止加压且保持当前压力大小不变；
20.s3、第二下压机构逐步加压带动成形上模下行直至与环状坯件上端面接触；
21.s4、多个水平模向轴心同步运动并水平施压环状坯件，使环状坯件内壁与展出的滚道成形凸块接触并在环状坯件内壁逐步形成滚道浅槽，期间第二下压机构带动成形上模逐步下行，直至锻件成形；
22.s5、第一下压机构逐渐减压，弹性连接机构复位并带动内芯轴上行使得滚道成形凸块缩回至外芯轴内，随后第一下压机构逐渐减压带动外芯轴上行并返回初始位置；
23.s6、水平模回缩随后成形上模上行回缩均回到初始位置，取出锻造工件。
24.本发明专利克服vl型球笼筒形壳锻造时上下端面无约束而造成的凹凸不平的不良状况，不仅节省了后续机械加工时间，且提高了原材料的利用率，避免造成不必要的浪费。该成形方法所用模具通过成形上模、芯轴机构、水平模以及下模四个部件的相互配合，在挤压时形成一个密闭的内腔，锻件在密闭内腔充分变形后成形良好，改善上述不良状况。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附
图获得其他的附图。
26.图1为vl型球笼筒形壳锻成件的立体图；
27.图2为芯轴结构及其成形上模的侧视图；
28.图3为图2的俯视图；
29.图4为本发明平面结构法模具合模后的侧面剖视图；
30.图5为本发明包括式结构法模具合模后的侧面剖视图；
31.图6为滚道成形凸块在缩回到外芯轴的示意图；
32.图7为内芯轴下行带动滚道成形凸块从外芯轴伸出的示意图；
33.图8为vl型球笼筒形壳密闭多向模锻成形方法的流程图。
34.附图标记说明：
35.2芯轴垫板；3成形上模；4外芯轴；41-1下固定板；41内芯轴；41-1上固定板；42内芯轴斜面；43连杆；44导向杆；45弹簧；5水平模固定板；8水平模套；9水平模；10下模垫板；11下模；12内六角螺钉；13内六角螺钉；14内六角螺钉；15内六角螺钉；18滚道成形凸块；100vl型球笼筒形壳体；101滚道浅槽。
具体实施方式
36.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
37.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
38.如图2-7所示，本发明提出一种vl型球笼筒形壳密闭多向模锻成形方法，所用到的模具结构特征如下：
39.上模具：上模具包含有芯轴机构和成形上模3。芯轴机构由外芯轴4和内芯轴41组成，在外芯轴4底部设有径向伸缩的多个滚道成形凸块18，滚道成形凸块18用于在环状坯件的内壁形成滚道浅槽，内芯轴41同轴滑动设于外芯轴4内以驱使各滚道成形凸块18同时径向伸缩。
40.内芯轴41、外芯轴4之间通过弹性连接机构相连，且该弹性连接机构与第一下压机构相连，如图6、7所示，弹性连接机构由内芯轴固定块41-1、外芯轴固定块4-1、导杆44和弹簧45构成：内芯轴固定块41-1、外芯轴固定块4-1上下平行设置且分别与内芯轴41、外芯轴4固定连接，导杆44一端与内芯轴固定块41-1固定连接另一端滑动穿过外芯轴固定块4-1，弹簧45套置在内芯轴固定块41-1、外芯轴固定块4-1之间的导杆44上。
41.成形上模3与第二下压机构相连，成形上模3环设于外芯轴4外围并与外芯轴4外径紧密滑动配合。在一实施例中，成形上模3的下表面为齐平的水平面，在此情况下，本发明基于平面结构法完成合模，如图4所示，在此成形方法中芯轴结构、成形上模、水平模以及下模在合模时形成一个密闭内腔。成形上模下表面与芯轴凸块上表面刚好接触，下模则与芯轴凸块下表面平齐。上述的第一、第二下压机构选用油缸。
42.在另一实施例中，成形上模3和/或下模11的相对端面设有一圈靠近芯轴结构的环状成形槽，在此情况下，本发明基于包括式结构法完成合模，如图5所示，此成形方法在成形时与平面结构法相同，都是通过芯轴结构、成形上模、水平模以及下模在合模时形成一个密闭内腔。不同点则是向外展出的滚道成形凸块18嵌入成形上模3和下模中，以此来形成一个密闭内腔。
43.进一步参照图6-7，其示出了内芯轴41驱动滚道成形凸块18径向滑动的原理：在外芯轴4底部侧壁设有多个镶块通孔，滚道成形凸块18径向滑动的安装在镶块通孔中。内芯轴41的底端侧壁和各滚道成形凸块18的上端侧壁之间设有楔形配合的斜面，在内芯轴41的斜面沿倾斜方向设有一小段t型槽，在t型槽中滑动设有与滚道成形凸块18相连的t型连杆43。内芯轴41向下滑动后，内芯轴斜面42将滚道成形凸块18向外推并伸出外芯轴4。内芯轴41向上滑动到一定程度，t型连杆43滑到t型槽下端尽头无法继续滑动，进而将内芯轴41和滚道成形凸块18连接起来，并带动滚道成形凸块18缩回至外芯轴4内。
44.下模具：设有下模11，下模11固定在下模垫板10上并连接下模固定板固定在工作台上。
45.中间水平夹持模具：设有水平模9，水平模9连接在水平模套8与水平油缸相连，并通过水平模固定架约束水平运动方向，三个水平模9互成120
°
分布。水平模9的内侧设有与环状胚件外壁相匹配的弧形槽。
46.参照图8所示，下面以外径为100，内径为68.6的vl型球笼筒形壳的成形方法为例，对其成形步骤进行详细说明：
47.成形初始状态1：准备上工序成形的坯件，此时坯件外径为110，内径为78球笼侧为圆柱形状，将坯件放置在下模上，确保芯轴结构能够贯穿坯件。
48.芯轴结构下行与下模具接触2：第一下压机构和第二下压机构同时带动芯轴机构和成形上模3整体缓缓下行，当芯轴机构穿过坯件接触到下模后，随后第一下压机构继续加压，使内芯轴在外芯轴内继续下行，以使滚道成形凸块18从外芯轴内向外完全展出。随后第一下压机构停止加压且保持当前压力大小不变。在步骤中，芯轴机构穿过坯件内环实现坯件轴向约束，避免后续水平压制时三个水平方向力的大小不同步，而使坯件被挤出下模。
49.模具预合模3：第二下压机构带动成形上模3继续下行，当成形上模3接触坯料上端面时停止，并保持此刻状态。在步骤中，成形上模3与坯料接触时停止，当水平模合模后，成形上模3能够迅速下压，完成模具合模，形成密闭内腔，使坯件在内腔内充分变形。
50.模具合模4：三个水平油缸通过水平模爪带动水平模向坯料加压，直至三个水平模完全合模，期间第二下压机构带动成形上模3下压，挤压坯料上表面，此时模具内形成一个密闭内腔，锻件在密闭内腔中充分变形。三个水平模向轴心同步运动，接触圆环坯料，使圆环坯料内圆材料与展出的6个滚道成形凸块18接触并逐步形成滚道形状，当水平模合模后，内侧倾斜滚道完全成形，完全成形后成形件的外径为100，内径为68.6，内侧6个倾斜滚道清晰可见、形状饱满。
51.脱料5：坯件成形结束后，成形上模3保持位置不变，如步骤3预合模位置。第一下压机构逐渐减压，弹性连接机构复位并先带动内芯轴41上行使得滚道成形凸块18缩回至外芯轴4内，随后第一下压机构逐渐减压带动外芯轴4上行并返回初始位置。此时由于成形上模3继续对坯件上表面下压，因此芯轴机构上行时能够顺利的与锻件剥离，故此完成脱料。
52.返回初始状态6：首先水平模9回缩，随后第二下压机构带动成形上模3返回步骤1其所处位置后，即完成vl型球笼筒形壳一次成形流程。
53.通过本发明的方法使得锻件一次成形，并且上下端面较为平整，可以减少后续的机械加工步骤所用时间，大大提高生产效率。模具合模后形成密闭内腔，所以在锻造前要对坯料的下料量进行计算，避免造成原材料的浪费，减少生产成本。
54.以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。