一种高强度轻量化结构冷挤十字轴的制作方法

1.本实用新型涉及十字轴的领域，具体涉及一种高强度轻量化结构冷挤十字轴。


背景技术：

2.随着汽车往轻量化、高速度、平稳性方向发展，冷挤压作为一种锻件精密加工方法，具有尺寸精确、节约材料、生产效率高、适用面广等优点，越来越广泛的运用于汽车零部件的制造中。万向节是汽车传动系统的关键部件，其核心零件十字轴的强度直接影响整个传动轴的强度。
3.中国专利公告号cn202301515u，公开日20120704，公开了一种冷挤压一次成型传动轴专用万向节十字轴，其本体与轴头采用圆角结构过渡，此技术方案中，无法解决降低轴头圆角处应力的问题；中国专利公告号cn204041755u，公开日20141224，公开了一种新型冷挤压新结构万向节十字轴，其所述十字轴本体、轴台肩和轴体为冷挤压一体化成型结构，所述轴台肩与轴体之间的过渡为内凹的弧形过渡，所述轴台肩与轴体之间的过渡为斜面过渡，此技术方案中，轴头上的多台肩结构采用斜面过渡，但是十字轴的最大应力不在轴头上，而在轴头与本体过渡的圆角处，依然无法解决受尺寸限制，过渡圆角过小时应力集中的问题。总的来说，现有技术存在以下缺陷：
4.1、十字轴轴头与中间本体直接采用圆角过渡，一方面限制了过渡圆角的设计大小，另一方面，为了保证产品强度，势必要增加了中间本体的厚度或着增大轴头的直径，使得十字轴设计出现两个不良结果：
①
过渡圆角过小，造成应力集中，削弱产品的强度
②
设计重量加大，造成成本增加以及不利于产品轻量化；
5.2、十字轴本体外侧与内部凹坑采用斜面加大圆弧过渡，使得中间本体外侧呈尖角状，冷挤成型时，此位置材料流动不均匀，出现大量的毛刺，不利于产品成型及后续加工；
6.3、十字轴中间本体凹坑采用锥台或者多边锥台设计时，凹坑形状复杂，且整个中间部分上下落差大，不利于金属流动成型，加大模具和顶杆的受力，影响模具和顶杆的使用寿命；当采用多边形锥台设计时，为保证凹坑角度，顶杆需要设计防转功能，使模架结构复杂化，且顶杆的受力位置保持不变，容易造成顶杆局部受损。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高强度轻量化结构冷挤十字轴，具有提高生产效率、降低生产成本、提高产品强度的优势。
8.本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种高强度轻量化结构冷挤十字轴，包括球形的本体和自本体的上、下、左、右四个方向向外延伸形成的四个轴头，每一轴头的端面上均开设盲孔，本体前后两侧对称设置球形凹坑，沿球形凹坑的外缘设置一圈环形的平直面；轴头与本体之间通过轴台肩连接，所述轴台肩为至少具有二段台肩的多台肩结构，轴台肩与本体之间通过斜线段和圆角段过渡连接。
9.作为优选的技术方案，所述平直面的宽度≥3mm。
10.作为优选的技术方案，所述轴台肩采用一次磨削加工工艺成型。
11.作为优选的技术方案，所述斜线段的斜率和圆角段的圆角大小均根据所述十字轴受到的应力大小进行调整匹配。
12.作为优选的技术方案，所述本体中部凹坑为球面。
13.本实用新型的有益效果为：
14.1、在十字轴轴头与中间本体设计斜面加圆角过渡，由于斜面的存在，过渡圆角大小可根据产品实际受力情况进行调整，保证使用要求；另外，斜面过渡的设计，可以减少中间本体的厚度并且和轴头进行良好匹配，减轻设计重量，实现轻量化；
15.2、在十字轴本体外侧设计一平直面与中间凹坑过渡，减小边缘地带的材料流动，消除毛刺的形成；
16.3、十字轴中间本体凹坑设计成球形，使中间部分各向的材料流动平缓且一致，保证良好的成型，产品强度更高；且顶杆相应的设计成球形，顶杆受力更均匀，寿命更高，不受转动角度的限制，简化模架结构，降低了模架制造难度。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图。
18.图2为图1中a区域的局部放大示意图。
19.图3为图1的b-b剖视图。
20.附图标记说明：本体1、轴头2、盲孔3、球形凹坑4、平直面5、斜线段6-1、圆角段6-2、轴台肩7。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：
22.实施例：如附图1～3所示，这种高强度轻量化结构冷挤十字轴，包括球形的本体1和自本体1的上、下、左、右四个方向向外延伸形成的四个轴头2，每一轴头2的端面上均开设盲孔3，本体1前后两侧对称设置球形凹坑4，沿球形凹坑4的外缘设置一圈环形的平直面5，优选的，平直面5的宽度≥3mm。轴头2与本体1之间通过轴台肩7连接，轴台肩7采用一次磨削加工工艺成型。所述轴台肩7为至少具有二段台肩的多台肩结构，轴台肩7与本体1之间通过斜线段6-1和圆角段6-2过渡连接。斜线段6-1的斜率和圆角段6-2的圆角大小均根据所述十字轴受到的应力大小进行调整匹配。本体1中部凹坑4为球面。
23.万向节十字轴工作时，两个对向轴头2受交变载荷作用，根据有限元仿真分析，其最大应力点位于本体1与轴台肩7的过渡处，容易发生断裂的失效模式，根据本实用新型技术方案，十字轴最大应力值过大时，可以调整过渡的斜线段6-1斜率大小和圆角段6-2圆角大小，降低最大应力值，提高产品强度。通过对某实际产品的分析，采用本实用新型方案设计的十字轴产品，重量比直接采用现有技术方案设计产品降低10％，最大应力值降低17％，实现了高强度和轻量化；同时，本体1上球形凹坑4和平直面5的设计，减少了毛刺的产生，消除了人工去毛刺工序，提高生产效率，同时，提高了模具和顶杆的寿命，简化模架结构，降低了模架制造难度，降低生产成本。
24.可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构
思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。


技术特征：
1.一种高强度轻量化结构冷挤十字轴，其特征在于：包括球形的本体(1)和自本体(1)的上、下、左、右四个方向向外延伸形成的四个轴头(2)，每一轴头(2)的端面上均开设盲孔(3)，本体(1)前后两侧对称设置球形凹坑(4)，沿球形凹坑(4)的外缘设置一圈环形的平直面(5)；轴头(2)与本体(1)之间通过轴台肩(7)连接，所述轴台肩(7)为至少具有二段台肩的多台肩结构，轴台肩(7)与本体(1)之间通过斜线段(6-1)和圆角段(6-2)过渡连接。2.根据权利要求1所述的高强度轻量化结构冷挤十字轴，其特征在于：所述平直面(5)的宽度≥3mm。3.根据权利要求1所述的高强度轻量化结构冷挤十字轴，其特征在于：所述轴台肩(7)采用一次磨削加工工艺成型。4.根据权利要求1所述的高强度轻量化结构冷挤十字轴，其特征在于：所述斜线段(6-1)的斜率和圆角段(6-2)的圆角大小均根据所述十字轴受到的应力大小进行调整匹配。

技术总结
本实用新型公开了一种高强度轻量化结构冷挤十字轴，涉及十字轴领域，包括球形的本体和自本体的上、下、左、右四个方向向外延伸形成的四个轴头，每一轴头的端面上均开设盲孔，本体前后两侧对称设置球形凹坑，沿球形凹坑的外缘设置一圈环形的平直面；轴头与本体之间通过轴台肩连接，所述轴台肩为至少具有二段台肩的多台肩结构，轴台肩与本体之间通过斜线段和圆角段过渡连接。采用本实用新型的十字轴产品，重量比直接采用现有技术方案设计产品降低10％，最大应力值降低17％，实现了高强度和轻量化；同时，本体上球形凹坑和平直面的设计，减少了毛刺的产生，消除了人工去毛刺工序，提高生产效率，同时，提高了模具和顶杆的寿命，简化模架结构，降低了模架制造难度，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。


技术研发人员：周育江 董小忠 姜志恒 叶连强 赵珍
受保护的技术使用者：万向钱潮股份有限公司
技术研发日：2021.09.27
技术公布日：2022/5/30