1.冷擠壓花鍵的工藝

　　冷擠壓花鍵是一種少無切削加工，它不僅具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、花鍵承載能力強(qiáng)、成本低的等特點(diǎn)，而且能保持花鍵內(nèi)部金屬流線連續(xù)，晶粒得到不同程度的破碎和拉長在后續(xù)熱處理過程中，晶粒得到進(jìn)一步細(xì)化，從而提高了零件的綜合機(jī)械性能，冷擠壓花鍵所用設(shè)備為普通油壓機(jī)，價(jià)格便宜。齒形精度由凹模決定，模具壽命較高，高速鋼模芯的凹模壽命可以達(dá)到1萬件以上，硬質(zhì)合金模芯的凹模壽命可以達(dá)到幾十萬件，所以，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定。冷擠壓花鍵適用范圍廣，只要冷擠壓花鍵的力不會(huì)造成桿部的彎曲和鐓粗軸類零件，都可以冷擠壓花鍵。有時(shí)可以在油壓機(jī)的一次行程過程中同時(shí)冷擠壓軸上兩處花鍵。若花鍵軸上有三段花鍵，應(yīng)先擠壓兩端的花鍵，再擠壓中間的花鍵。

　　（1）花鍵齒形種類　花鍵齒形有漸開線、圓弧形、燕尾形、六方形、矩形、三角形等.

      （2）花鍵軸的結(jié)構(gòu)　花鍵軸一般有一段、二段及三段花鍵.

　　（3）擠壓方式　擠壓方式有開式、閉式及半開式三種形式.

2. 花鍵軸冷擠壓模具結(jié)構(gòu)

 

 

　　（1）冷擠壓花鍵凹模設(shè)計(jì) 冷擠壓花鍵凹模的設(shè)計(jì)主要包括凹模的齒形設(shè)計(jì)，擠壓引導(dǎo)段設(shè)計(jì)，擠壓過渡段設(shè)計(jì)，工作部分寬度H 設(shè)計(jì)，頂出回程段設(shè)計(jì)。

　　冷擠壓花鍵凹模 當(dāng)（D－d ）/b ＞1時(shí)，矩形花鍵軸（同樣適用的齒形設(shè)計(jì)：冷擠壓 漸開線花鍵軸）時(shí)，則采用α=30°～40°為宜。

 

　　花鍵凹模的齒形設(shè) 模具工作部分寬度H 設(shè)計(jì)：模具工作部分寬度計(jì)，要求能夠按規(guī)定。模具工作部分寬度H對(duì)擠壓后花鍵零的齒厚和齒高冷擠出 件的表面質(zhì)量有一定影響。模具工作部分寬度H 過符合要求的工件齒 長，金屬流動(dòng)的摩擦力大大增加，金屬流動(dòng)困難，形，所以凹模齒數(shù)和從而影響冷擠壓花鍵的正常進(jìn)行。而模具工作部分齒高和工件相同；考 寬度H過短，雖然金屬流動(dòng)容易，擠壓力也很小，慮到工件的熱脹冷縮 但是擠壓成型的花鍵零件容易扭曲變形。模具工作以及模具和擠壓工件 部分寬度H可按下式確定的彈性回復(fù)。

H＝（0.3～0.4）d

 

　　采用正擠壓加工 式中，H是模具工作部分寬度（mm）； d是花鍵小時(shí)，模具成形部分的 徑直徑（mm）。

　　齒形成形平行喉部可用電火花加工制成，變形開始需作成圓角，喉部須做成連接圓角的過渡線，圓角半徑一般為2～3mm。齒形凹模的擠壓引導(dǎo)段設(shè)計(jì)：在花鍵軸開式冷擠壓過程中，坯料進(jìn)入模具成形區(qū)域時(shí)，由于局部變形程度較大，坯料塑性變形區(qū)域向上擴(kuò)展到工作段以外的一段區(qū)域，這段區(qū)域的金屬有徑向流動(dòng)的趨勢(shì)，模具引導(dǎo)區(qū)的作用就是限制這部分金屬徑向流動(dòng)，避免金屬在模具口部堆積。齒形凹模的擠壓引導(dǎo)段設(shè)計(jì)，就是確定擠壓引導(dǎo)段的高度H，一般取H=2.5～3.5mm齒形凹模的擠壓過渡段設(shè)計(jì)：齒形凹模的擠壓過渡段設(shè)計(jì)主要是選取合適的斜度，斜度太大，雖然金屬流動(dòng)的流程短，摩擦力較低，但在擠壓過程中的徑向壓力分量較大，使擠壓成形所需的軸向壓力分量減小，這樣既會(huì)增大擠壓力，又使金屬軸向流動(dòng)比較困難，從而造成擠壓毛坯堤鐓粗，使花鍵擠壓成形難以繼續(xù)進(jìn)行。斜度過小，金屬流動(dòng)路程較長，摩擦力較大，也會(huì)造成擠壓過程中金屬流動(dòng)困難。一般取α=22.5°～30°。對(duì)于（D－d）/b＜1矩形花鍵軸，以采用α=20°～30°為好。式中，D是花鍵大徑（m m）；d 是花鍵小徑（mm）；b是花鍵長度（mm）。

　　由上式確定的模具工作部分寬度H ，既可保證花鍵軸的直線度，又可使擠壓力最小。

　　齒形凹模的頂出回程段設(shè)計(jì)：齒形凹模的頂出回程段設(shè)計(jì)與擠壓過渡段類似。主要是選取合適的斜度。斜度太大，雖然金屬流動(dòng)的流程短，摩擦力較低，容易擠壓成形，但在頂出回程過程中由于導(dǎo)程段較小，容易造成擠壓件的鐓粗，使擠壓件難以頂出。斜度過小，頂出的導(dǎo)向段較長，擠壓件容易頂出，但由于在擠壓過程中金屬的流動(dòng)路程長，摩擦力很大，使擠壓過程難于正常進(jìn)行。一般凹模的頂出回程段斜度為30°～45°。

　　（2）冷擠壓花鍵凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　一般模具外徑為內(nèi)徑的4～5倍以上的強(qiáng)度，即可滿足要求（當(dāng)模具材料硬度在40HRC以上時(shí)）。如果采用一層或兩層鑲套，用壓配合壓入，則可使模具的許用應(yīng)力相應(yīng)提高。鑲套直徑：鑲一層套時(shí)，可按公式　R ₃ =（R ₁R ₃）1/2 求得。

　　模套：模套的組合按 1 ° ～ 3 ° 錐面壓入帶入口直徑的套，可采用熱壓合過盈時(shí)，一般為模套直徑的0.3%～0.5%，熱壓合時(shí)所需溫度為300～400℃，模套與模芯的接觸面積應(yīng)大于75%。模套材料一般采用熱作模具鋼如5CrMnMo、5CrNiMo等。

 

3. 齒形凹模制造工藝

　　（1）模具材料（模芯材料） 高負(fù)荷、復(fù)雜應(yīng)力、高精度及高壽命的苛刻要求決定了模芯材料必須具備高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性，傳統(tǒng)的高合金工具鋼（Cr12MoV）已難滿足復(fù)雜形狀模芯的使用要求，目前國內(nèi)已普遍使用高速工具鋼、基體鋼、硬質(zhì)合金及鋼結(jié)合金。高速工具鋼及基體鋼： W 1 8 C r 4 V 、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V及012AI、65Nb、H13等。這些原本適用于熱鍛模的高性能模具鋼，具有高強(qiáng)度及韌性、高硬度及耐磨性，特別是回火溫度高（500～600℃），可抵抗冷鍛發(fā)熱（＜300℃）產(chǎn)生的不可逆軟化，更適合于進(jìn)一步提高模具壽命的表面強(qiáng)化技術(shù)，如氣體軟氮化、離子氮化及TiC氣相沉積等。

　　硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金合金：硬質(zhì)合金因其高硬度及高耐磨性，特別適合冷鍛工藝大批量及超大批量的生產(chǎn)特性，但由于易脆裂，主要用于制作形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的軸對(duì)稱小型制件的凹模芯，且必須加模套抵消工作時(shí)凹模內(nèi)壁產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的韌性明顯提高，加工流程與工具鋼相同，硬度仍可達(dá)HRC78，更適用于制作形狀相對(duì)復(fù)雜的凹模。常用的硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金合金有YG15 、YG20、YG25及GT35、YE65、GJW50等。硬質(zhì)合金凹模型腔需要電火花及線切割加工，內(nèi)外定位圓面也需專門的磨削工具，但不能采用高速數(shù)控銑加工。

 

　　（2）凹模坯料的加工工藝路線 凹模坯料是指線切割內(nèi)齒以前的凹模。其加工工藝如下：下料→十字改鍛→球化退火→粗車加工→淬火、回火→磨削加工→壓入預(yù)應(yīng)力圈。

　　（3）凹模內(nèi)齒形的加工 凹模內(nèi)齒形的加工目前有兩種：

　　①線切割機(jī)床加工凹模內(nèi)齒形。線切割時(shí)齒表面留0.01mm左右的研磨量。線切割后模具鉗工修磨入口和出口齒形上棱線成圓弧狀，并研磨齒表面0.01mm留量，拋光整個(gè)模腔，表面粗糙度值R a=0.2μm以內(nèi)。模具鉗工修磨入口和出口齒形上棱線時(shí)，一定要保證均勻，如果有的齒修得多，有的齒修得少，會(huì)造成冷擠壓花鍵時(shí)阻力不均勻，阻力小的地方金屬材料進(jìn)得快，阻力大的地方金屬材料進(jìn)得慢，擠出的花鍵往阻力大的一側(cè)彎，造成花鍵齒向和徑向圓跳動(dòng)精度下降。線切割不能一次加工到尺寸，最好切割三遍。第二次切割0.5mm左右的加工量，第三次切割0.1mm左右加工量或空走一遍。其目的是為了提高表面質(zhì)量，防止預(yù)應(yīng)力圈給模芯很大的壓應(yīng)力，心部材料被切下后，模芯內(nèi)腔尺寸往里收縮，先切下的先收縮，后切下的后收縮，造成模芯內(nèi)腔尺寸不均勻。如果一次切割完成，所得模芯內(nèi)腔尺寸比輸入尺寸小，形狀也不準(zhǔn)確。切割三遍后，就能消除壓應(yīng)力造成模芯形狀和尺寸的誤差。

　　②電火花機(jī)床加工凹模內(nèi)齒形。凹模內(nèi)齒形用電火花機(jī)床加工。電極的精度直接影響凹模的精度，電極應(yīng)采用精度高的滾齒機(jī)床加工，電極精度比凹模精度高一級(jí)，比花鍵軸的精度高二級(jí)。電極的尺寸應(yīng)比凹模的設(shè)計(jì)尺寸單邊小0.05mm，作為放電間隙和研磨留量。凹模內(nèi)齒形尺寸應(yīng)做到產(chǎn)品尺寸的下偏差再減去冷擠壓后的回彈量。齒頂圓、齒根圓的回彈是不同的，一般要試擠后修正一次。凹模入口和出口處的修整方法同線切割后的修整方法，也可以用電火花機(jī)床來修整凹模入口和出口處棱線圓角。用電火花機(jī)床修整能保證每次修整凹模入口和出口形狀一致。

 

4. 表面強(qiáng)化技術(shù)

　　如氣體軟氮化、離子氮化及TiC氣相沉積等，現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)已廣泛使用，可提高模具壽命兩倍以上，但表面強(qiáng)化處理時(shí)的溫度一定要低于模具材料的回火溫度，否則模具產(chǎn)生基體軟化及明顯變形。

 

5. 表面拋光技術(shù)

 

　　模具工作部位的表面最好達(dá)到鏡面，現(xiàn)主要用電磨頭手工拋光，另外有超聲波拋光、電化學(xué)拋光、擠壓絎磨機(jī)拋光等（含有磨粒的粘性介質(zhì)在高壓作用下流過被加工表面，可用于拋光、倒圓角、去毛刺，適合通孔型腔拋光）。