花键轴类零件加工方法详解
花键轴类零件加工方法详解
花键轴类零件在汽车等机械设备中应用广泛，其加工方法主要包括传统切削加工和塑性成形加工两种。本文将详细介绍这两种加工工艺的特点及具体方法，并探讨国内外在花键轴塑性成形设备方面的研发和应用现状。
一辆普通中型卡车上约含 30 个花键轴零件, 通常用在离合器、变速器、传动轴总成、差速器、转向总成等位置。
传统切削加工工艺
传统切削加工工艺主要包括以下8个主要工序：
- 下料
- 锻造毛坯
- 毛坯加工
- 外花键加工
- 零件热处理前检查
- 热处理
- 热处理后精加工
- 最终检查
其中，花键的齿面加工有成型法和展成法两种。展成法加工精度高于成形法, 最高可达 6∼7 级, 但设备成本高、加工周期长。随着对质量和成本的要求不断提高，传统的切削方式越来越无法满足现代工业的需求。
塑性成形加工工艺
塑性成形加工（移材制造）与切削加工（减材制造）相比，最明显的优势是对组织性能的改善。塑性成形加工花键轴，即利用金属在常温下的塑性特点，在模具的作用下使工件产生塑性变形。花键轴的塑性成形工艺主要包括挤压和滚轧等工艺。
花键轴挤压成形原理
齿条滚轧成形原理（搓齿加工）
采用齿条模具滚轧花键轴，通过上、下对称的两个齿条模具以速度Ｖ绕工件轴线做相对平行的交错运动，在摩擦力的作用下，两个齿条模具带动工件滚动，上、下齿条模具逐渐压入工件的表面金属，使得工件发生塑性变形从而形成花键轴。
花键与螺纹同时滚压成形原理
采用滚轮滚挤花键轴，利用一组具有与花键轴齿形相同的截面形状的滚轮，在压力Ｐ的作用下与工件发生相对滚动，逐步压入工件的表层金属材料，使得工件发生塑性变形从而滚轧出花键轴。
花键轴冷滚打成形原理
齿形的冷滚打成形运动由滚打轮的回转、齿坯的分度和齿坯的进给三个运动组成：两滚打轮高速反向回转, 严格同步击打工件上的对应点, 其回转角速度大小为ω3；工件以角速度ω1分度运动, 滚打轮每回转一周, 工件自动转过一个齿距；工件同时以速度v沿轴线进给, 以保证在齿坯的全长上逐步均匀击打成形。机床传动系统保证ω3与ω1的比值为齿数z, 可以加工出与滚打轮截面轮廓相吻合的渐开线键槽。两滚打轮与工件接触时, 在摩擦力作用下沿工件齿槽表面滚动, 其角速度大小为ω2。滚打轮的自转并不是主动的成形运动, 而是由其回转运动引入的。研究表明，相对于铣削, 冷滚打加工可以改善加工表面金属组织, 工件表面硬度可提高44%。
国内外研发现状
国外一些企业已经可以生产成熟的花键轴塑性成形设备, 主要的公司有法国 Escofier 公司、德国GROB 公司、FELSS 公司和 PROFIROLL 公司和美国 KINEFAC 公司。国内陆续引进了多台花键轴塑性成形设备, 但是由于国外对关键技术保密, 国内目前仍然没有研发出花键轴塑性成形设备。