用于vl型球笼筒形壳的背压式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型球笼筒形壳的背压式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。该方法加工步骤繁杂，容易破坏金属流线，进而降低力学性能和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.针对闭式锻造时模具使用寿命较低，而不采用闭式锻造时vl型球笼筒形壳成形时上下端面凹凸不平的缺点，本发明提供一种vl型球笼筒形壳背压式多向模锻成形方法，该方法既能保留闭式锻造成形效果好且原材料浪费少的优点，又能减小闭式锻造过程中锻件对模具的应力，增加模具使用寿命。
5.本发明提供了一种用于vl型球笼筒形壳的背压式多向模锻成形模具，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，所述背压式多向模锻成形模具由下模具、上模具和水平成形模具组成；
6.下模具包含有下模，下模上表面设有凹槽用于固定vl型球笼筒形壳的环状坯件，下模底部固定在下模垫板上，下模垫板通过下模固定板固定在工作台上；
7.上模具包含有芯轴机构和上模，上模环设于芯轴机构外围并与副油缸相连，芯轴机构设有外芯轴和内芯轴，在外芯轴底部设有径向伸缩的多个滚道成形镶块，且在各滚道成形镶块上部一体成型有上模导向镶块，滚道成形镶块用于在环状坯件的内壁形成所述滚道浅槽，上模导向镶块约束上模上下浮动时偏离轴线，内芯轴同轴滑动设于外芯轴内以驱使滚道成形镶块及其上模导向镶块同时径向伸缩，外芯轴、内芯轴分别固定连接有下固定块、上固定块，上固定块设有穿过下固定块的导向杆，在上固定块、下固定块之间的导向杆
上套置有弹簧，上固定块与主油缸相连；
8.水平成形模具包含有多个以所述外芯轴为中心分布的水平模，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。
9.进一步的，外芯轴通过芯轴垫板与下固定块固定相连。
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.所述水平成形模具包含有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镶块通孔，滚道成形镶块及其上模导向镶块径向滑动的安装在镶块通孔中；
13.内芯轴的底端侧壁和各滚道成形镶块的上端侧壁之间设有楔形配合的斜面，在内芯轴的斜面沿倾斜方向设有t型槽，在t型槽中滑动设有与滚道成形镶块相连的t型连杆。
14.一种基于上述背压式多向模锻成形模具的vl型球笼筒形壳成形方法，包括如下步骤：
15.s1、将待成形的环状坯件放置于下模上表面的凹槽中；
16.s2、主油缸带动外芯轴机构下行直至外芯轴穿过环状坯件并与下模接触，随后主油缸继续加压带动内芯轴下行使得滚道成形镶块从外芯轴中向外展出，随后主油缸停止加压且保持当前压力大小不变；
17.s3、多个水平模向轴心同步运动并水平施压圆环坯料，使环状坯件内壁与展出的滚道成形镶块接触并在环状坯件内壁逐步形成滚道浅槽；
18.s4、副油缸逐步加压带动上模下行，上模对环状坯件的上端面逐步加压使环状坯件的上端面趋于平整，并使环状坯件内壁滚道完全成形；
19.s5、主油缸逐渐减压，主油缸开始泄压时在弹簧向上回弹的作用下带动内芯轴上行使得滚道成形镶块缩回至外芯轴内，随后主油缸逐渐减压继续带动外芯轴上行并返回初始位置，成件在上模的限制下脱离外芯轴，完成锻造工件脱模；
20.s6、上模上行、水平模回缩均回到初始位置，取出锻造工件。
21.本发明专利克服了vl型球笼筒形壳成形时上下端面凹凸不平的不良状况，上模可以实现上下浮动，并且借助成形镶块上的上模导向镶块为上模提供上下导向，这种背压式结构不仅能使上下端面平整，节省了后续磨削加工时间，提高了原材料的利用率，避免造成不必要的浪费，且克服了传统密闭锻造成形压力过大，会使模具破裂或大大降低模具使用寿命的问题，该方法可以有效减小锻造成形时坯料对模具的反作用力，提高模具的使用寿命。
附图说明
22.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。
23.图1为vl型球笼筒形壳锻成件的立体图；
24.图2为本发明提供的背压式多向模锻成形模具的主视图(水平成形模具处于合模状态)；
25.图3为图2的俯视图；
26.图4为本发明上模具的主视图；
27.图5为滚道成形镶块在缩回到外芯轴的示意图；
28.图6为内芯轴下行带动滚道成形镶块从外芯轴伸出的示意图；
29.图7为vl型球笼筒形壳背压式多向模锻锻造工艺流程。
30.附图标记说明：
31.2芯轴垫板；3上模；4外芯轴；4-1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；6水平模固定架；7下模固定板；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；16外六角螺钉；17外六角螺钉；18滚道成形镶块；19上模导向镶块；20螺钉；100vl型球笼筒形壳体；101滚道浅槽。
具体实施方式
32.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。
33.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。
34.如图2-6所示，本发明提出一种vl型球笼筒形壳背压式多向模锻成形方法，所用到的模具结构特征如下：
35.上模具：上模3环设于芯轴机构外围并与副油缸相连，芯轴机构设有外芯轴4和内芯轴41，在外芯轴4底部设有径向伸缩的多个滚道成形镶块18，且在各滚道成形镶块18上部一体成型有上模导向镶块19，滚道成形镶块18用于在环状坯件的内壁形成所述滚道浅槽，上模导向镶块19约束上模3上下浮动时偏离轴线，内芯轴41同轴滑动设于外芯轴4内以驱使滚道成形镶块18及其上模导向镶块19同时径向伸缩。如图5-6所示，外芯轴4、内芯轴41分别固定连接有下固定块4-1、上固定块41-1，其中，外芯轴4通过芯轴垫板2与下固定块4-1固定相连。上固定块41-1设有穿过下固定块4-1的导向杆44，在上固定块41-1、下固定块4-1之间的导向杆44上套置有弹簧45，其中上固定块41-1与主油缸相连。
36.进一步参照图5-6，其示出了内芯轴41驱动滚道成形镶块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，滚道成形镶块18及其上模导向镶块19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镶块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t型槽，在t型槽中滑动设有与滚道成形镶块18相连的t型连杆43。内芯轴41向下滑动后，内芯轴斜面42将滚道成形镶块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和滚道成形镶块18连接起来，并带动滚道成形镶块18缩回至外芯轴4内。
37.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7固定在工作台上。
38.中间水平成形模具：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6约束水平运动方向，三个水平模9互成120
°
分布。水平模9通过水平模套8与水平油缸相连，并通过水平模固定架6约束水平运动方向；水平成形模具包含有3个在水平方向上互成120
°
的水平模9，水平模9的内侧设有与环状胚件外壁相匹配的弧形槽。
39.参照图7所示，下面以外径为100，内径为68.6，高度为34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：
40.s1、成形初始状态ⅰ：准备坯件，坯件的外径为110，内径为78，坯件整体形状为圆环形状；将坯件放置于下模上方，确保芯轴结构能够贯穿坯件；
41.s2、芯轴下行ⅱ：主油缸工作带动模具中的芯轴机构整体缓缓下行，当外芯轴底接触到下模后，主油缸继续缓缓加压，内芯轴41开始下行使得滚道成形镶块18从外芯轴4中向外展出，当其完全展出后，主油缸停止加压且保持当前压力大小不变；
42.s3、水平加压ⅲ：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个滚道凸块接触并逐步形成滚道形状，同时由于变形的不均匀性，筒形壳上下端面形成波浪形状，随着水平模的压制滚道形状逐步饱满，端面波浪变大。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。水平模向芯轴前行挤压坯件的过程中，坯件不仅内侧发生塑性变形，其上下端面也会在挤压过程中产生塑性变形，因此上端面部分凹凸不平呈波浪状，需要进一步压制使其平整。
43.s4、上模施加背压ⅳ：为了在获得饱满滚道的同时，得到平坦的上下端面，采用给上模具施加背压的成形方法。上模的副油缸开始加压，带动上模3下行，上模压制步骤s3过程中胚件上端面所产生波浪状端面，坯件端面在上模3施加力的作用下逐步趋于平整，当端面平整度达到生产要求后结束此步骤。上模导向镶块19具有约束上模3的作用，使其上下浮动时不会偏离轴线，通过这种背压式模具结构完成vl型球笼筒形壳上下端面整平；将上模3设计为上下可浮动式，其施加在坯件上端面上的力是逐步增加的，所以不会产生超过模具表面疲劳强度的过大集中应力，导致模具损坏甚至断裂，可使锻件成形效果较好的同时，增加模具的使用寿命。
44.s5、锻件脱模
ⅴ
：在成形完成后，锻件与外芯轴贴合较为紧密，不易自动脱落，此时主油缸逐渐泄压，在主油缸刚开始泄压时外芯轴侧边滚道成形镶块向芯轴内缩回直至回到初始状态，芯轴机构可以上行并返回初始位置，成件在上模的限制下脱离芯轴，完成锻造脱模；
45.s6、返回初始位置进入准备状态ⅵ：上模3上行回到初始位置，取出锻件，多向模锻压机进入预备状态。
46.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。