一、引言

近年来，一些大型齿轮厂、变速箱厂相继从国外引进了冷搓成形设备及模具生产花键轴，以满足国内汽车工业及机器制造业对花键品种及使用量的日益增长的需求。采用冷搓成形工艺，使花键生产变得快捷高效、节能节材，并可提高花键机械性能及制造精度。从该工艺在国内使用的初期至今，进行了大量的理论分析、测试及试验研究，研制出多种渐开线花键冷搓成形模具，并已投入生产使用。本文给出冷搓模具的设计原则和一种模具制造方法，以期得到推广使用，从而使国内完全依靠进口冷搓成形模具维持冷搓花键生产的状况得以改观。

二、花键冷搓成形工艺

该工艺是在冷搓机上，利用冷搓模具，使光轴毛坯边转动边产生塑性变形，最终在光轴上成形出花键的一种精密塑性成形工艺。将搓制出的花键轴进行渗碳淬火即可得到成品。

冷搓机的结构如图1所示，两个滑块2分别位于冷搓机机身的上、下导轨中，在液压系统7的动力作用下，两滑块可实现对向水平往复运动(如图1右图所示)。滑块后部为齿条结构，经齿轮4传动，可使两滑块的运动保持同步；滑块的前部用于安装冷搓模具5。位于上、下导轨中间位置的前顶尖1和后顶尖3用于装夹工件6。

图1冷搓机结构示意图
1.前顶尖2.滑块3.后顶尖4.齿轮
5.冷搓模具6.毛坯7.液压系统

冷搓模具结构如图2所示。模具上顶面为工作面，其余面及圆孔为安装定位用。工作面为数百个参数各异的齿形面(如图3所示)，按其在冷搓成形过程中的作用不同可分为三部分，即粗搓部分(l1部分)、精搓部分(l2部分)和退出部分(l3部分)。

图2渐开线花键冷搓模具结构示意图

图3冷搓模具工作部分齿形结构图

在冷搓机的上、下滑动呈左右分开的状态下，装好冷搓模具，然后将经退火处理后磨削加工得到的光轴毛坯送入冷搓机，使其被冷搓机的前、后顶尖顶住，并可自由转动。冷搓开始，上、下冷搓模具在各自滑块的带动下产生对向同步运动，当模具工作部分(齿形部分)与工件接触时，模具上的齿一边压入工件，使其产生塑性变形；一边带动工件转动。当工件被带动旋转数圈之后，模具工作部分的所有齿都搓过了工件，此时即在光轴上成形出了所需花键。冷搓结束，在气缸作用下前顶尖撤回并将花键轴取出，冷搓机滑块回程进入下一工作循环。

冷搓中，模具粗搓部分的起始齿将光轴毛坯咬入模具，并使毛坯产生少量塑性变形而呈现出凸起与凹槽，当毛坯旋转一周后，即出现与花键要求齿数相同的凸起和凹槽，从而实现顺利咬入及准确分度。此后，随模具粗搓部分的齿形变化，毛坯上的塑性变形逐渐加大并完成齿廓成形。继续搓制，模具精搓部分的齿开始起作用，此时，毛坯上已成形出的齿廓的表面发生少量金属流动，使所得齿的齿形角等参数得到校正，齿廓表面质量得到提高。冷搓末期，已成形的花键轴在模具退出部分的带动下边旋转边从上、下模具中脱离出来，此间，花键轴不产生塑性变形，只产生弹性恢复。