[发明专利]空心轴旋锻模具的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及模具设计技术领域，特别是涉及空心轴旋锻模具的设计方法。

背景技术

所属领域的技术人员知道，在材料相同、截面积相等的情况下，空心轴比实心轴的抗扭能力强，能够承受较大的外力矩；在相同的外力矩情况下，选用空心轴要比实心轴省材料。因此，空心轴相对于实心轴而言，有利于轴类零件的轻量化，提高轴类零件的扭转刚度。

中高端轿车的高性能等速万向传动轴总成包括固定端等速万向节、滑移端等速万向节以及连接于固定端等速万向节和滑移端等速万向节之间的传动轴。高性能的等速万向传动轴总成除了要求高速稳定地传递动力外，还有降低总成重量、减少振动和噪音传递、改善振动、提高舒适性等要求。考虑到整车布置，在整车设计中，对于长度不同的左右等速万向传动轴总成，只有通过提高较长的等速万向节传动轴总成的扭转刚度，使得不同长度的左右等速万向传动轴总成具有相同的扭转角度，才能更好地满足整车横向操控稳定性要求，改善传动系统的扭转振动，提高车辆舒适性。因此，相关技术人员已经开始将等速万向传动轴总成的传动轴设计成空心轴，以提高传动轴的扭转刚度，降低传动轴的扭转角度，同时还使等速万向传动轴总成的重量降低。

另外，还有很多其他用途的轴类零件，也都有提高扭转刚度、降低扭转角度，以及轻量化的要求，因此，空心轴得到越来越广泛的应用。现有技术的空心轴普遍采用空心管件焊接而成，焊接完成后还要通过切削加工成形，切削加工的工作量大，从而空心轴的生产成本高。目前，采用旋锻工艺加工空心轴成为空心轴加工的一个发展方向，旋锻工艺避免了空心轴的焊接及切削加工，使空心轴加工工艺简化，使空心轴的生产成本降低，然而现有技术中空心轴的旋锻模具往往只有单一形状的工作面，对于一些外部形状复杂的空心轴来说，需要针对空心轴复杂的外部形状设计出很多不同形状工作面的旋锻模具，每步工序利用一组旋锻模具加工出空心轴其中一段的工作面形状，因此对于外部形状复杂的空心轴来说，需要多道工序才能旋锻成形，因此生产效率低，生产成本依然较高；并且还会造成毛坯无缝钢管在旋锻过程中被压扁变形，导致旋锻成形的空心轴加工质量差、加工精度低，旋锻结束后，还要再进行切削加工以对空心轴进行修正。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种使外部形状复杂的空心轴生产效率高、生产成本低的空心轴旋锻模具的设计方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种空心轴旋锻模具的设计方法，所述空心轴旋锻模具包括安装在旋锻设备的旋锻头、沿圆周均布的多个模瓣，所述模瓣的设计包括以下步骤：

A、取所述空心轴的最大外径为D_max，最大外径处的壁厚为t，最小外径为D_min，所述空心轴的长度为L；设计所述空心轴的毛坯无缝钢管的外径D，使D_max<D；由所述毛坯无缝钢管横截面面积与所述空心轴最大外径处的横截面面积相等，计算出所述毛坯无缝钢管的壁厚T；所述毛坯无缝钢管的长度与所述空心轴的长度相等，也为L；

B、根据所述毛坯无缝钢管的外径D，设计所述模瓣工作面上凸出的最高部位的圆弧面直径，即所述模瓣工作面上各圆弧面的最小直径d_min，使d_min>D+1mm；

C、计算出所述模瓣工作面上凸出的最高部位的圆弧面直径d_min与所述空心轴的最小外径D_min的差值A=d_min-D_min，并将所述模瓣工作面上凸出的最高部位的圆弧面的轴心线确定为所述模瓣工作面的回转轴心线；

D、取所述空心轴第i段的外径为D_i，计算所述模瓣工作面上相应圆弧面的直径d_i，使d_i=D_i+A；

E、设计所述模瓣工作面上各段圆弧面的轴向长度，保证所述模瓣工作面上各段圆弧面的长度与所述空心轴的相应段的长度相等；

F、设计所述模瓣两个径向侧平面，使所述模瓣的横截面为左右对称的图形，取所述模瓣的两个径向侧平面的交线为CC′,所述模瓣工作面上凸出的最高部位与所述CC′的间距应为D_min/2。

优选地，还包括以下步骤：