經(jīng)濟(jì)型的花鍵生產(chǎn)方式
花鍵及其它形狀的齒形有很多種不同的加工方式粪摘，所有這些加工方式都具有工藝缺陷左撤。針對(duì)不同類型的花鍵须涕，可以采用特殊工藝來進(jìn)行不同方式的加工匙久。
當(dāng)給定的花鍵公差允許采用冷成形工藝肾俯，對(duì)比其它產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝更具經(jīng)濟(jì)性（如圖1所示）。尤其是采用冷成形工藝可以實(shí)現(xiàn)較短的生產(chǎn)節(jié)拍乡纸、較低的材料成本扛聂，在工件內(nèi)部獲得均勻的晶體結(jié)構(gòu)以及較高的表面加工質(zhì)量，這些都使冷成形工藝在花鍵加工方面更具優(yōu)勢(shì)坪秒。 采用齒板加工方式的冷成形工藝在花鍵栏付、油槽、螺紋煞嫩、卡環(huán)槽和輥花加工方面體現(xiàn)了卓越的加工效果组弥。如果一個(gè)零件具有多種上述齒形，這種加工方式可以一次完成全部或多種齒形的加工逗爹，從而降低了節(jié)拍時(shí)間亡嫌。對(duì)比產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝的節(jié)拍時(shí)間可以降低30%～70%掘而。
另外挟冠，采用冷成形工藝能夠提：高零件內(nèi)部接近表面區(qū)域的金屬組織的剛性，也是冷成形工藝的一個(gè)優(yōu)勢(shì)袍睡。這種工藝特性對(duì)零件的強(qiáng)度和耐用度的提高是有積極影響的知染，特別是通過冷成形工藝可以獲得高質(zhì)量的表面粗糙度。
冷成形工藝的加工原理
冷成形工藝是在加工過程中通過精確的壓力來改變工件形狀斑胜，迫使工件材料在壓力下產(chǎn)生流動(dòng)的一種加工方法控淡。刀具擠入工件內(nèi)部，迫使工件材料流向一個(gè)限定的空間止潘。齒板式冷成形工藝的原理是兩塊齒板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)掺炭，并逐漸壓入旋轉(zhuǎn)的工件內(nèi)部。
如圖2所示凭戴，冷成型工藝的原理顯示了冷成形工藝過程的3個(gè)階段涧狮。工件靠?jī)蓚€(gè)活動(dòng)頂尖定位、夾緊福互；兩個(gè)上下同步運(yùn)動(dòng)的冷成型齒條從相對(duì)的兩側(cè)同時(shí)嚙合工作，首先冷成型齒條和工件處在磨擦階段厨刷，在驅(qū)動(dòng)工件放置的同時(shí)完成滾壓成型加工鹉鉴；幾秒鐘后，滾壓工序完成糙枚，卸下工件彪选，齒條返回各自的初始位置。 承載齒板的兩個(gè)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是很重要的檐伞，滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是影響花鍵加工質(zhì)量的主要因素剂现。上、下齒板距離的變化將影響跨棒距的變化切拳。搓齒前的工件直徑的大小也是影響加工質(zhì)量的另一個(gè)主要因素茁臀。搓齒用的刀具
在機(jī)床上安裝有兩塊齒板揩池，為了獲得工件要求的花鍵齒形，齒板與工件的齒形是不同的堆因。齒板分成3個(gè)不同區(qū)域：第1個(gè)區(qū)域?yàn)槌尚螀^(qū)泪桥，第2個(gè)區(qū)域?yàn)樾拚齾^(qū)，第3個(gè)區(qū)域?yàn)橹鸩剿p加工力區(qū)久窟。在成形區(qū)域秩冈，齒板的齒逐步擠入工件內(nèi)部（如圖3所示）。 搓齒刀具依據(jù)工件要求的齒形進(jìn)行設(shè)計(jì)斥扛，如以上提及的機(jī)床上可以一次設(shè)置多種刀具入问。圖4顯示了具有不同長(zhǎng)度和齒形的刀具。 冷成形工藝的優(yōu)勢(shì)
冷成形工藝尤其適用于符合DIN 5480/ ISO 4156/ ANSI B92.2M標(biāo)準(zhǔn)的花鍵和類似齒形的加工稀颁，特別適合模數(shù)0.3～2的齒形芬失。此外，壓力角應(yīng)大于25°峻村，小壓力角只有螺旋花鍵可以采用冷成形加工工藝麸折。
冷成形工藝最大的優(yōu)點(diǎn)之一是在花鍵末端無需一個(gè)較大的讓刀區(qū)域，也不會(huì)像其它工藝粘昨，如采用銑削加工工藝垢啼，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的根切。采用冷成形工藝张肾，即使齒形與工件的臺(tái)肩十分接近時(shí)芭析，也可進(jìn)行加工。
在冷成形加工過程中悟唆，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生很大的熱影響傀掘，工件的溫度最高即是手福。工件溫度可以通過特殊的冷卻油進(jìn)行降溫拗辜。為達(dá)到環(huán)保的目的圃星；也可以采用微量潤(rùn)滑。與其他成形工藝相比烤眉，冷成形工藝無需采用任何清洗措施丘苗，如磷酸鹽清洗，所以在多數(shù)情況下無需設(shè)置額外的清洗工藝烦盛。
通過相應(yīng)齒板夾緊裝置的設(shè)計(jì)梦迂，冷成形工藝可以一次加工完成多種齒形，例如紧邑，一次完成花鍵和螺紋的成形豫阻，如果不同花鍵具有相同的直徑和齒形，這些花鍵可以一次同時(shí)加工完成。如果多個(gè)花鍵且齒形不同苍糠，可以在一次加工中先后完成輥軋過程叁丧。根據(jù)如上可能的加工方案，多種齒形可以一次完成輥軋成形椿息，這就大大降低了加工成本歹袁。
刀具根據(jù)齒形的要求設(shè)計(jì)，并采用金剛石砂輪進(jìn)行數(shù)控磨削加工寝优，所以条舔，任何工件要求的加工特性都可以通過齒板的設(shè)計(jì)獲得。例如乏矾，以一個(gè)微小的螺旋角度來輥軋花鍵孟抗，對(duì)于裝配而言，內(nèi)外花鍵的嚙合就變得更加容易钻心。刀具的最長(zhǎng)尺寸決定能否采用冷成形工藝凄硼，如果超過了限定的尺寸范圍就不能采用冷成形工藝。刀具的長(zhǎng)度根據(jù)工件的幾何尺寸確定捷沸，如花鍵的模數(shù)摊沉、直徑以及工件材質(zhì)的硬度和抗拉強(qiáng)度。
冷成形工藝適用的材質(zhì)
冷成形工藝基本上.適用于所有合金鋼材料的成形加工痒给，特殊情況下也可進(jìn)行灰口鑄鐵或鋁材質(zhì)的成形加工用六。被成形材料應(yīng)，具備均勻的晶體結(jié)構(gòu)红狗。鍛造材料在輥軋前應(yīng)經(jīng)過回火工藝的處理烂锤。抗拉強(qiáng)度在600～800N/mm2之間的材料最適宜采用輥軋工藝暂呈。特殊情況下架暗，被成形材料的抗拉強(qiáng)度還可以達(dá)到1200N/mm2。
冷成形工藝的FEM模擬
通過有限元分析可以計(jì)算冷成形工藝的復(fù)雜成形過程辜辰。從而研究冷成形的過程约粒，并通過相應(yīng)齒板的設(shè)計(jì)來改進(jìn)工件輥軋后的幾何特性。圖5顯示了冷成形加工過程中齒的形成過程束敦。從中可以看出侨直，甚至當(dāng)齒中心的工件材料開始流動(dòng)的時(shí)候，每個(gè)齒的內(nèi)部應(yīng)力分布也是基本相同的碴验，且工件材料流動(dòng)過程越穩(wěn)定啼插，加工質(zhì)量就越高娃肃。 所以缕陕，加工過程中要盡可能地使工件材料同時(shí)流動(dòng)，否則在齒的頂部將形成兔耳狀的典型齒形。盡管大部分齒形偏差都在要求的公差范圍內(nèi)（如圖6所示）扛邑。 根據(jù)有限元分析的結(jié)果怜浅，通過修正齒形可以降低冷成形工藝過程中的典型齒形偏差，從而獲得最高質(zhì)量的冷成形齒形蔬崩。
工藝的經(jīng)濟(jì)性
較短的節(jié)拍時(shí)間和較長(zhǎng)的齒板使用壽命恶座，使得齒板式冷成形工藝成為極其經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)手段。對(duì)于抗拉強(qiáng)度在600～800N/mm2之間的材質(zhì)沥阳，刀具的使用壽命超過10萬個(gè)齒形都是可能的跨琳。齒板的硬度很高，可以多次重復(fù)修磨桐罕。
所以綜上所述脉让，一副齒板可以完成50萬或更多齒形的加工。另外功炮，與采用銑削加工工藝相比較溅潜，冷成形工藝具有更大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)24齒薪伏、模數(shù)為1墅瑟、長(zhǎng)50mm的花鍵，與銑削加工工藝比較疯蓄，若采用冷成形工藝可以最大降低60%的加工時(shí)間枪素，加工成本可以降至75%。
當(dāng)給定的花鍵公差允許采用冷成形工藝肾俯，對(duì)比其它產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝更具經(jīng)濟(jì)性（如圖1所示）。尤其是采用冷成形工藝可以實(shí)現(xiàn)較短的生產(chǎn)節(jié)拍乡纸、較低的材料成本扛聂，在工件內(nèi)部獲得均勻的晶體結(jié)構(gòu)以及較高的表面加工質(zhì)量，這些都使冷成形工藝在花鍵加工方面更具優(yōu)勢(shì)坪秒。 采用齒板加工方式的冷成形工藝在花鍵栏付、油槽、螺紋煞嫩、卡環(huán)槽和輥花加工方面體現(xiàn)了卓越的加工效果组弥。如果一個(gè)零件具有多種上述齒形，這種加工方式可以一次完成全部或多種齒形的加工逗爹，從而降低了節(jié)拍時(shí)間亡嫌。對(duì)比產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝的節(jié)拍時(shí)間可以降低30%～70%掘而。
另外挟冠，采用冷成形工藝能夠提：高零件內(nèi)部接近表面區(qū)域的金屬組織的剛性，也是冷成形工藝的一個(gè)優(yōu)勢(shì)袍睡。這種工藝特性對(duì)零件的強(qiáng)度和耐用度的提高是有積極影響的知染，特別是通過冷成形工藝可以獲得高質(zhì)量的表面粗糙度。
冷成形工藝的加工原理
冷成形工藝是在加工過程中通過精確的壓力來改變工件形狀斑胜，迫使工件材料在壓力下產(chǎn)生流動(dòng)的一種加工方法控淡。刀具擠入工件內(nèi)部，迫使工件材料流向一個(gè)限定的空間止潘。齒板式冷成形工藝的原理是兩塊齒板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)掺炭，并逐漸壓入旋轉(zhuǎn)的工件內(nèi)部。
如圖2所示凭戴，冷成型工藝的原理顯示了冷成形工藝過程的3個(gè)階段涧狮。工件靠?jī)蓚€(gè)活動(dòng)頂尖定位、夾緊福互；兩個(gè)上下同步運(yùn)動(dòng)的冷成型齒條從相對(duì)的兩側(cè)同時(shí)嚙合工作，首先冷成型齒條和工件處在磨擦階段厨刷，在驅(qū)動(dòng)工件放置的同時(shí)完成滾壓成型加工鹉鉴；幾秒鐘后，滾壓工序完成糙枚，卸下工件彪选，齒條返回各自的初始位置。 承載齒板的兩個(gè)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是很重要的檐伞，滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是影響花鍵加工質(zhì)量的主要因素剂现。上、下齒板距離的變化將影響跨棒距的變化切拳。搓齒前的工件直徑的大小也是影響加工質(zhì)量的另一個(gè)主要因素茁臀。搓齒用的刀具
在機(jī)床上安裝有兩塊齒板揩池，為了獲得工件要求的花鍵齒形，齒板與工件的齒形是不同的堆因。齒板分成3個(gè)不同區(qū)域：第1個(gè)區(qū)域?yàn)槌尚螀^(qū)泪桥，第2個(gè)區(qū)域?yàn)樾拚齾^(qū)，第3個(gè)區(qū)域?yàn)橹鸩剿p加工力區(qū)久窟。在成形區(qū)域秩冈，齒板的齒逐步擠入工件內(nèi)部（如圖3所示）。 搓齒刀具依據(jù)工件要求的齒形進(jìn)行設(shè)計(jì)斥扛，如以上提及的機(jī)床上可以一次設(shè)置多種刀具入问。圖4顯示了具有不同長(zhǎng)度和齒形的刀具。 冷成形工藝的優(yōu)勢(shì)
冷成形工藝尤其適用于符合DIN 5480/ ISO 4156/ ANSI B92.2M標(biāo)準(zhǔn)的花鍵和類似齒形的加工稀颁，特別適合模數(shù)0.3～2的齒形芬失。此外，壓力角應(yīng)大于25°峻村，小壓力角只有螺旋花鍵可以采用冷成形加工工藝麸折。
冷成形工藝最大的優(yōu)點(diǎn)之一是在花鍵末端無需一個(gè)較大的讓刀區(qū)域，也不會(huì)像其它工藝粘昨，如采用銑削加工工藝垢啼，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的根切。采用冷成形工藝张肾，即使齒形與工件的臺(tái)肩十分接近時(shí)芭析，也可進(jìn)行加工。
在冷成形加工過程中悟唆，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生很大的熱影響傀掘，工件的溫度最高即是手福。工件溫度可以通過特殊的冷卻油進(jìn)行降溫拗辜。為達(dá)到環(huán)保的目的圃星；也可以采用微量潤(rùn)滑。與其他成形工藝相比烤眉，冷成形工藝無需采用任何清洗措施丘苗，如磷酸鹽清洗，所以在多數(shù)情況下無需設(shè)置額外的清洗工藝烦盛。
通過相應(yīng)齒板夾緊裝置的設(shè)計(jì)梦迂，冷成形工藝可以一次加工完成多種齒形，例如紧邑，一次完成花鍵和螺紋的成形豫阻，如果不同花鍵具有相同的直徑和齒形，這些花鍵可以一次同時(shí)加工完成。如果多個(gè)花鍵且齒形不同苍糠，可以在一次加工中先后完成輥軋過程叁丧。根據(jù)如上可能的加工方案，多種齒形可以一次完成輥軋成形椿息，這就大大降低了加工成本歹袁。
刀具根據(jù)齒形的要求設(shè)計(jì)，并采用金剛石砂輪進(jìn)行數(shù)控磨削加工寝优，所以条舔，任何工件要求的加工特性都可以通過齒板的設(shè)計(jì)獲得。例如乏矾，以一個(gè)微小的螺旋角度來輥軋花鍵孟抗，對(duì)于裝配而言，內(nèi)外花鍵的嚙合就變得更加容易钻心。刀具的最長(zhǎng)尺寸決定能否采用冷成形工藝凄硼，如果超過了限定的尺寸范圍就不能采用冷成形工藝。刀具的長(zhǎng)度根據(jù)工件的幾何尺寸確定捷沸，如花鍵的模數(shù)摊沉、直徑以及工件材質(zhì)的硬度和抗拉強(qiáng)度。
冷成形工藝適用的材質(zhì)
冷成形工藝基本上.適用于所有合金鋼材料的成形加工痒给，特殊情況下也可進(jìn)行灰口鑄鐵或鋁材質(zhì)的成形加工用六。被成形材料應(yīng)，具備均勻的晶體結(jié)構(gòu)红狗。鍛造材料在輥軋前應(yīng)經(jīng)過回火工藝的處理烂锤。抗拉強(qiáng)度在600～800N/mm2之間的材料最適宜采用輥軋工藝暂呈。特殊情況下架暗，被成形材料的抗拉強(qiáng)度還可以達(dá)到1200N/mm2。
冷成形工藝的FEM模擬
通過有限元分析可以計(jì)算冷成形工藝的復(fù)雜成形過程辜辰。從而研究冷成形的過程约粒，并通過相應(yīng)齒板的設(shè)計(jì)來改進(jìn)工件輥軋后的幾何特性。圖5顯示了冷成形加工過程中齒的形成過程束敦。從中可以看出侨直，甚至當(dāng)齒中心的工件材料開始流動(dòng)的時(shí)候，每個(gè)齒的內(nèi)部應(yīng)力分布也是基本相同的碴验，且工件材料流動(dòng)過程越穩(wěn)定啼插，加工質(zhì)量就越高娃肃。 所以缕陕，加工過程中要盡可能地使工件材料同時(shí)流動(dòng)，否則在齒的頂部將形成兔耳狀的典型齒形。盡管大部分齒形偏差都在要求的公差范圍內(nèi)（如圖6所示）扛邑。 根據(jù)有限元分析的結(jié)果怜浅，通過修正齒形可以降低冷成形工藝過程中的典型齒形偏差，從而獲得最高質(zhì)量的冷成形齒形蔬崩。
工藝的經(jīng)濟(jì)性
較短的節(jié)拍時(shí)間和較長(zhǎng)的齒板使用壽命恶座，使得齒板式冷成形工藝成為極其經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)手段。對(duì)于抗拉強(qiáng)度在600～800N/mm2之間的材質(zhì)沥阳，刀具的使用壽命超過10萬個(gè)齒形都是可能的跨琳。齒板的硬度很高，可以多次重復(fù)修磨桐罕。
所以綜上所述脉让，一副齒板可以完成50萬或更多齒形的加工。另外功炮，與采用銑削加工工藝相比較溅潜，冷成形工藝具有更大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)24齒薪伏、模數(shù)為1墅瑟、長(zhǎng)50mm的花鍵，與銑削加工工藝比較疯蓄，若采用冷成形工藝可以最大降低60%的加工時(shí)間枪素，加工成本可以降至75%。
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