1、搓齒機(jī)漸開線花鍵切向展成冷軋成形機(jī)（搓齒機(jī)床）簡略說明 1、漸開線鍵的應(yīng)用情況漸開線齒形是機(jī)械傳動(dòng)中最常用的傳動(dòng)副接觸面形式，如漸開線花鍵、漸開線齒輪等，其應(yīng)用范疇幾乎遍及所有運(yùn)動(dòng)機(jī)械件。如：變速箱、液壓泵、汽車、輪船、飛機(jī)、電氣開關(guān)等。特別是在汽車的傳動(dòng)件中更是不勝枚舉。我們在這個(gè)項(xiàng)目中要研究的是漸開線花鍵適用于通過切向冷軋成形的漸開線齒形的成形加工。我們以生活中最為普及的汽車來說，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、方向機(jī)、車架懸掛系統(tǒng)，甚至于刮雨器都用到了漸開線花鍵。根據(jù)汽車的設(shè)計(jì)各異，一輛家用汽車的花鍵使用從數(shù)十處到上百處不等。如此多的漸開線花鍵結(jié)構(gòu)占用了極多的零部件加工時(shí)間，而開發(fā)一種高效

2、率、高質(zhì)量的花鍵加工設(shè)備將為汽車零部件制造業(yè)注入相當(dāng)?shù)幕盍?，其市場前景亦是極為可觀的。另外，國內(nèi)外的汽車整車廠對漸開線花鍵均強(qiáng)制要求采用冷軋成形工藝，以提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。2、搓齒機(jī)的實(shí)用價(jià)值 可以改變現(xiàn)有的漸開線花鍵加工效率低、質(zhì)量差、操作性差、工藝繁瑣的工藝局面。為一種漸開線花鍵加工先進(jìn)工藝。具體體現(xiàn)有如下幾點(diǎn)：2.1改造傳統(tǒng)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，可達(dá)到GB3478.1 6級(jí)精度。2.2節(jié)約原材料，該種加工工藝可節(jié)約8%15%的原材料。2.3數(shù)倍地提高生產(chǎn)效率，從而縮短了交貨期，提高了產(chǎn)品競爭力。2.4簡化工藝，從而解放和節(jié)約勞動(dòng)力。2.5因?yàn)楹喕斯に?，從而也?jié)約了加工物資、加工機(jī)床的數(shù)量

3、和種類、加工用電等。3、搓齒機(jī)技術(shù)特點(diǎn)3.1極高的生產(chǎn)效率和極好的尺寸精度。以加工模數(shù)為1，齒數(shù)為40，壓力角45。，長度80mm的漸開線花鍵為例，其加工效率與精度同傳統(tǒng)工藝加工比較如下：傳統(tǒng)工藝 ( 時(shí)間單位: 秒; 粗糙度單位：m )加工工藝精度等級(jí)加工時(shí)間表面粗糙度Ra備注滾齒7104007003.26.3或花鍵銑7104007003.26.3剃齒56601200.83.2需要粗加工輪式軋齒8108150.83.2切向搓齒成形( 時(shí)間單位: 秒; 粗糙度單位：m )加工工序精度等級(jí)加工時(shí)間表面粗糙度Ra備注切向搓齒688150.21.6依上表所述，若需加工精度及光潔度較好的漸開線花鍵則效

4、率提高40倍以上，平均節(jié)約電能達(dá)80%以上，節(jié)約勞動(dòng)力70%以上；同時(shí)加工精度也較高，可非常容易地達(dá)到58級(jí)。并且由于輪式軋齒其本身加工機(jī)理存在無法克服的缺陷，所以相對輪式軋齒也有更高的成品率、精度及光潔度。3.2節(jié)省材料8%15%。如采用傳統(tǒng)工藝，工件毛坯外徑等于花鍵大徑，而采用切向冷軋加工時(shí)工件毛坯外徑約只為花鍵的節(jié)圓。從而降低原材料損耗。3.3加工效率高，從而減少了機(jī)床的購買數(shù)量。從而大大地減少了鋼材、電能的消耗。節(jié)約了企業(yè)購賣加工裝備的資金投入。3.4加工的產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及耐磨性大幅提高，承載能力比切削件提高40%以上。因?yàn)榧庸っ媸抢鋽D壓成形面。3.5刀具耐用，使用保養(yǎng)方便，且

5、可修磨。一般加工十萬只后才會(huì)產(chǎn)生較明顯的金屬疲勞，修磨時(shí)只需去掉疲勞部分，重新加工出齒形即可。如下圖：3.6可加工多種樣式的花鍵，圖示如下：另外搓齒成形工藝最大的優(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，如采用銑削加工工藝，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的根切。采用冷成形工藝，即使齒形與工件的軸肩十分接近，也可進(jìn)行加工；并且，冷軋成形工藝還可加工異形花鍵：在有些為保證花鍵裝配方相的部位，常會(huì)設(shè)計(jì)出缺齒花健或少齒花鍵。如以常規(guī)工藝加工將極難完成，如下圖所示：4、國外搓齒工藝的應(yīng)用情況隨著汽車工業(yè)的飛躍發(fā)展，切向展成冷軋成形（也稱搓齒）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且因其精密、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的出色工藝優(yōu)

6、勢，搓齒機(jī)及其相關(guān)模具技術(shù)在制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家得到了長足發(fā)展，達(dá)到了不可替代的程度。國外搓齒機(jī)的制造商有德國EXCELLO公司；英國MARBAIX公司；LAPOINTE公司；美國ANDERSON-COOK公司；日本的NACHI、NHK公司等。另外，我國的臺(tái)灣也是花鍵冷軋成形技術(shù)應(yīng)用較早的地區(qū)。5、搓齒加工的基本原理5.1切向展成冷軋成形機(jī)理及適用工件的物理特性安裝在滑臺(tái)上的上下對置的兩把搓齒模具，在經(jīng)同步機(jī)構(gòu)同步后由油壓或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)作對向直線運(yùn)動(dòng)，模具被修磨成逐漸切入的齒形，工件由前后頂尖支撐，并可以通過前后頂尖的位移功能方便的調(diào)整工件加工部位，上下模具相對運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)并逐漸的將工件擠壓成

7、形，經(jīng)整形后最終退出，花鍵的成形精度及穩(wěn)定性是由上下搓齒模具的預(yù)置剛性距離而獲得，數(shù)秒鐘內(nèi)完成無屑冷擠壓成形。（搓齒機(jī)結(jié)構(gòu)原理見下圖）你你不 花鍵冷軋成形實(shí)際上是兩漸進(jìn)的齒條刀具在帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)軋入工件，漸進(jìn)的齒條軋入工件，形成下部齒形，工件被刀模擠出的材料沿著刀模的齒廓流動(dòng)，形成上部齒形。其成形過程如下圖所示：起始成形成形中最終成形承載成形模具的兩個(gè)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是很重要，滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是影響花鍵加工質(zhì)量的主要因素之一。上、下齒板之間距離的變化將影響尺寸的變化。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。通過計(jì)算程序，可以在計(jì)算機(jī)上方便的計(jì)算出成形需要的材料理論直徑。經(jīng)過

8、修正即可得到最終的材料直徑。5.2冷軋適用工件的物理特性：冷軋成形工藝基本上.適用于所有合金鋼材料的成形加工，特殊情況下也可進(jìn)行灰口鑄鐵或鋁材質(zhì)的成形加工。被成形材料應(yīng)具備均勻的晶體結(jié)構(gòu)。鍛造材料在搓齒前應(yīng)經(jīng)過回火工藝的處理?？估瓘?qiáng)度在600800N/mm2之間的材料最適宜采用切向展成冷軋工藝。特殊情況下，被成形材料的抗拉強(qiáng)度還可以達(dá)到1200N/mm2。5.3成形模具（刀具）在機(jī)床上安裝有兩塊齒板，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。齒板分成3個(gè)不同區(qū)域：第1個(gè)區(qū)域?yàn)槌尚螀^(qū)，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)（退尾區(qū)）。在成形區(qū)域，齒板的齒逐步擠入工件內(nèi)部。

9、齒板圖示如下：各種刀具樣式圖搓齒刀具依據(jù)工件要求的齒形進(jìn)行設(shè)計(jì)，有不同長度和齒形，可以搓制直齒和及斜齒以及螺紋等。目前國際上常用的齒板長度規(guī)格有：13英寸、24英寸、36英寸、48英寸。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。從而研究冷成形的過程，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。從下圖中可以看出，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，且工件材料流動(dòng)過程越穩(wěn)定，加工質(zhì)量就越高。冷軋成形加工過程中齒的形成    所以，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

10、部將形成兔耳狀的典型齒形。如下圖所示：根據(jù)有限元分析的結(jié)果，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。 6搓齒與輪式軋齒的比較6.1普通輪式軋齒示意圖由上圖可以看出，普通輪式軋齒的過程是這樣的：工件以頂針頂緊，一側(cè)軋輪不做徑向運(yùn)動(dòng)，只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一側(cè)軋輪作徑向進(jìn)給并與靜輪做反向同步旋轉(zhuǎn)。動(dòng)輪一邊軋入工件一邊旋轉(zhuǎn)，并迫使工件偏轉(zhuǎn)，主動(dòng)軋入靜輪，動(dòng)輪持續(xù)軋入至所需尺寸位置，并保持一定時(shí)間后完成加工。由此可以看出，工件最先與軋輪的外圓接觸，由軋輪外圓帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，此時(shí)工與軋輪之間的傳動(dòng)為非正常傳動(dòng)，并且傳動(dòng)比在工件軋至合適尺寸前一直在變動(dòng)。工件的累

11、積誤差是通過動(dòng)輪進(jìn)給到位后再持續(xù)軋制才減少的，但其誤差從原理上講不可能很好的消除。因此，輪式軋齒經(jīng)常會(huì)遇到這樣一個(gè)問題：對齒不好時(shí)會(huì)出現(xiàn)工件多出一個(gè)齒或者軋出雙倍齒的現(xiàn)象。再者輪式軋齒的尺寸保證很大程度上依靠動(dòng)輪進(jìn)給到位后，后期持續(xù)修整的時(shí)間來保證的，材料硬度差對及影響較大，且液壓傳動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)受氣溫影響較大，氣溫及熱機(jī)時(shí)間也會(huì)對加工尺寸造成較大影響。6.2切向搓齒示意圖：由上圖可以看出，切向搓齒的過程是這樣的：工件以頂針頂緊，兩搓齒板作對稱直線動(dòng)作搓入工件，搓齒板帶動(dòng)工件只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。搓齒板的成形區(qū)的齒頂是一個(gè)斜面。搓齒板斜面與與工件的毛坯外圓相切。兩搓齒板之間的距離是一個(gè)定值，搓齒過程中是依靠斜度軋入工件的，設(shè)計(jì)搓齒板時(shí)是按所需毛坯的直徑來計(jì)算的，以保證齒板上同齒數(shù)的齒距和等于毛坯圓的周長，因此，搓齒從開始到結(jié)束，搓齒板與工件之間始終保持相同的傳動(dòng)比，因此搓齒加工比普通輪式軋齒的精度要高，穩(wěn)定性更佳。搓齒時(shí)，兩搓齒板的對稱同步性是依靠高精度齒輪齒條副來保證的。制作刀具時(shí)，兩把搓齒板刀齒與裝刀基準(zhǔn)端面之間是保證嚴(yán)格一致的（奇數(shù)齒時(shí)，兩搓齒板刀齒與裝刀基準(zhǔn)端面之間差半個(gè)齒距），所以，搓齒機(jī)加工工件時(shí)是無需對齒的，也極大地節(jié)約了切換工件的調(diào)試時(shí)