一种空心花键轴终锻模具的制作方法

1.本实用新型属于汽车工业技术领域，具体涉及一种空心花键轴终锻模具。


背景技术：

2.传统花键轴锻件为长杆类实心回转体结构，锻造时采用实心棒料在平锻机上镦锻成型，花键轴锻件采用实心棒料作为坯料，生产出的锻件的轴体为实心结构。造成以下问题：
①
锻件重量重，原材料消耗多，加热能耗大；
②
工人操作时劳动强度大，生产效率低；
③
花键轴锻件重量重会造成传动轴总成重量增加，额外增加传动系统载荷,不符合汽车零部件轻量化设计的趋势；
④
锻件锻造过程成本高。
3.空心花键轴采用的坯料为管料（钢管），在锻造时需要先进行预锻，预锻后进行终锻，终锻采用的凸模体主要成型轴头的内窝，由于预锻后的内窝已经初步扩大，同时空心花键轴的轴体中心孔与内窝通透，内窝内壁还需要锻造两个中心对称的定位键槽，在设计定位键槽时，通过锻造成型数值模拟分析定位键槽的金属流向和成型效果，发现定位键槽尺寸及结构设计不合适时，定位键槽会出现缺料和折叠。因此亟需对对现有一种空心花键轴终锻模具的结构进行适当改进。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可提高内窝成型效率和质量的空心花键轴终锻模具。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种空心花键轴终锻模具，包括上模架、下模架、上凹模、下凹模和凸模体，上凹模固定安装在上模架底部，下凹模固定安装在下模架顶部，上凹模底部和下凹模顶部之间设有终锻型腔，终锻型腔由同轴设置的轴头腔和轴体腔构成，轴头腔位于轴体腔左侧，凸模体中心线与终锻型腔中心线重合，凸模体自左向右同轴向伸入到终锻型腔内，凸模体包括同轴线设置的凸模杆和凸模压头，凸模杆右端中心开设有螺纹孔，凸模压头自左向右依次为外螺纹连接段、环形压板、第一圆锥段、第二圆锥段和导向段，外螺纹连接段伸入并螺纹连接在螺纹孔内，外螺纹连接段左端面与螺纹孔的孔底面压接，同时环形压板左端面与凸模杆右端面也压接；第一圆锥段、第二圆锥段和导向段均为左粗右细的圆锥体结构，第一圆锥段外圆关于中心线对称设有两个定位键，两个定位键左端与环形压板右端面固定连接。
6.定位键外侧沿凸模体轴向方向与凸模体中心线夹角为5
°
，定位键右侧沿凸模体径向方向与凸模体中心线夹角为75
°
。
7.第一圆锥段的母线与中心线的夹角为2
°
，第二圆锥段的母线与中心线的夹角为30
°
，导向段的母线与中心线的夹角为1
°
。
8.导向段右端外圆设有圆弧倒角，导向段右端面中心处设有用于螺丝刀旋动的一字或十字型槽。
9.下模架和下凹模内部沿垂直方向开设有顶杆孔，顶杆孔中心线穿过终锻型腔的重
心。
10.采用上述技术方案，本实用新型的原材料由原来的实心棒料改为管料，轴体中心的中心孔自然形成，从而减轻锻件重量。在预锻后工件的轴头内窝初步成型，终锻时减轻锻造作业量，提高锻造效率。
11.本实用新型的预锻工作过程为：将预锻后的工件放置到终锻型腔的下凹模内，启动平锻机，上模架和上凹模向下移动到与下凹模接触。然后凸模体向右移动对管料进行预锻作业，凸模压头的导向段先进入到预锻件轴体的中心孔内，第二圆锥段和第一圆锥段对预锻后的轴头内窝进行终锻，随着凸模体向右进给量的增加，环形压板向右挤压预锻件左端，在内窝和两个定位键槽成型的同时，使整个预锻件在轴向方向实现镦粗，预锻件的轴头壁厚进一步得到增加；终锻工序完成后，向左退出凸模体，上模架和上凹模向上移动，终锻件的上半部与上凹模分离，然后启动顶杆孔内设置的顶杆（顶杆下端由气缸驱动），顶杆将终锻件上相顶起与下凹模分离，工人使用长柄钳夹住终锻件的轴头，将终锻件放置到终锻工位进行终锻作业。
12.本实用新型的凸模压头与凸模杆之间通过螺纹连接，方便安装和拆卸，以更换不同形状和尺寸的凸模压头，安装和拆卸时，可使用螺丝刀卡住右端的一字或十字型槽旋动凸模压头。
13.凸模压头的导向段在伸入到轴体的中心孔内后，环形压板对轴头进一步镦粗，导向段具有以下作用：限定邻近轴头的轴体部分沿径向方向移动，保证中心孔的孔径不缩小。
14.定位键、第一圆锥段、第二圆锥段和导向段的形状及相关尺寸参数，是基于终锻件的结构及尺寸进行的设计，不仅容易脱模，而且确保轴头部尤其是定位键槽位置不再出现缺料和折叠，从而提高终锻质量。
15.在内窝内壁设置定位键槽这样的设计为去料设计，在不降低轴头强度的前提下，可减轻锻件的重量，降低原材料成本。定位键槽的作用是：花键轴锻件为回转体，加工锻件外圆时需要与花键轴锻件中心轴线垂直90
°
方向的力，使锻件旋转起来进行加工，这时需要设计专用的拨盘来拨动锻件转动，拨盘通过拨动两个对称的定位键槽实现锻件的旋转。
16.本实用新型中的上模架与上凹模之间、下模架与下凹模之间均通过螺栓组件连接。
17.综上所述，本实用新型是针对空心花键轴终锻进行的设计，具有以下优点：结构简单，方便安装及拆卸，终锻后轴头进一步被镦粗，确保内窝任何部位不再缺料，同时也方便脱模，终锻工序的锻造作业量也大大降低，提高锻造效率，也减轻了终锻模具的磨损，延长使用寿命。
附图说明
18.图1 是本实用新型的结构示意图；
19.图2 是图1中凸模压头的放大图；
20.图3是采用本实用新型终锻后工件的结构示意图；
21.图4是图3的俯视图。
具体实施方式
22.如图1-图4所示，本实用新型的一种空心花键轴终锻模具，包括上模架1、下模架2、上凹模3、下凹模4和凸模体，上凹模3固定安装在上模架1底部，下凹模4固定安装在下模架2顶部，上凹模3底部和下凹模4顶部之间设有终锻型腔，终锻型腔由同轴设置的轴头腔6和轴体腔7构成，轴头腔6位于轴体腔7左侧，凸模体中心线与终锻型腔中心线重合，凸模体自左向右同轴向伸入到终锻型腔内，凸模体包括同轴线设置的凸模杆8和凸模压头9，凸模杆8右端中心开设有螺纹孔，凸模压头9自左向右依次为外螺纹连接段10、环形压板11、第一圆锥段12、第二圆锥段13和导向段14，外螺纹连接段10伸入并螺纹连接在螺纹孔内，外螺纹连接段10左端面与螺纹孔的孔底面压接，同时环形压板11左端面与凸模杆8右端面也压接；第一圆锥段12、第二圆锥段13和导向段14均为左粗右细的圆锥体结构，第一圆锥段12外圆关于中心线对称设有两个定位键15，两个定位键15左端与环形压板11右端面固定连接。
23.定位键15外侧沿凸模体轴向方向与凸模体中心线夹角为5
°
，定位键15右侧沿凸模体径向方向与凸模体中心线夹角为75
°
。
24.第一圆锥段12的母线与中心线的夹角为2
°
，第二圆锥段13的母线与中心线的夹角为30
°
，导向段14的母线与中心线的夹角为1
°
。
25.导向段14右端外圆设有圆弧倒角，导向段14右端面中心处设有用于螺丝刀旋动的一字或十字型槽16。
26.下模架2和下凹模4内部沿垂直方向开设有顶杆孔17，顶杆孔17中心线穿过终锻型腔的重心。
27.本实用新型中上凹模3、下凹模4和凸模体表面在不同形状结构的过渡衔接部均圆弧或曲面过渡。
28.本实用新型的原材料由原来的实心棒料改为管料，轴体18中心的中心孔19自然形成，从而减轻锻件重量。在预锻后工件的轴头20内窝21初步成型，终锻时减轻锻造作业量，提高锻造效率。
29.本实用新型的预锻工作过程为：将预锻后的工件放置到终锻型腔的下凹模4内，启动平锻机，上模架1和上凹模3向下移动到与下凹模4接触。然后凸模体向右移动对管料进行预锻作业，凸模压头9的导向段14先进入到预锻件轴体18的中心孔19内，第二圆锥段13和第一圆锥段12对预锻后的轴头20内窝21进行终锻，随着凸模体向右进给量的增加，环形压板11向右挤压预锻件左端，在内窝21和两个定位键槽5成型的同时，使整个预锻件在轴向方向实现镦粗，预锻件的轴头20壁厚进一步得到增加；终锻工序完成后，向左退出凸模体，上模架1和上凹模3向上移动，终锻件的上半部与上凹模3分离，然后启动顶杆孔17内设置的顶杆（顶杆下端由气缸驱动），顶杆将终锻件上相顶起与下凹模4分离，工人使用长柄钳夹住终锻件的轴头20，将终锻件放置到终锻工位进行终锻作业。
30.本实用新型的凸模压头9与凸模杆8之间通过螺纹连接，方便安装和拆卸，以更换不同形状和尺寸的凸模压头9，安装和拆卸时，可使用螺丝刀卡住右端的一字或十字型槽16旋动凸模压头9。
31.凸模压头9的导向段14在伸入到轴体18的中心孔19内后，环形压板11对轴头20进一步镦粗，导向段14具有以下作用：限定邻近轴头20的轴体18部分沿径向方向移动，保证中心孔19的孔径不缩小。
32.定位键15、第一圆锥段12、第二圆锥段13和导向段14的形状及相关尺寸参数，是基于终锻件的结构及尺寸进行的设计，不仅容易脱模，而且确保轴头20部尤其是定位键槽5位置不再出现缺料和折叠，从而提高终锻质量。
33.在内窝21内壁设置定位键槽5这样的设计为去料设计，在不降低轴头20强度的前提下，可减轻锻件的重量，降低原材料成本。定位键槽5的作用是：花键轴锻件为回转体，加工锻件外圆时需要与花键轴锻件中心轴线垂直90
°
方向的力，使锻件旋转起来进行加工，这时需要设计专用的拨盘来拨动锻件转动，拨盘通过拨动两个对称的定位键槽5实现锻件的旋转。
34.本实用新型中的上模架1与上凹模3之间、下模架2与下凹模4之间均通过螺栓组件连接。
35.本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。