花鍵冷擠壓加工應用

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

花鍵冷擠壓加工應用

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

冷擠壓加工是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下通過壓力機上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產生塑性變形而制得零件的加工方法。目前冷擠壓技術已經在緊固件、機械、航空、船舶、軍工等工業部門中得到較為廣泛的應用，已成為金屬塑性體積成形技術中不可缺少的重要加工手段之一。

內外花鍵的傳統加工方法為滾切、銑削、插削、拉削和磨削，采用冷擠壓加工內外花鍵具有尺寸精度高、材料利用率高、生產效率高、強度高和適用面廣等一系列優點。

德國Sack & Kiesselbach Maschinenfabrik Gmbh公司（以下簡稱Sack & Kiesselbach）成立于1891年，是一家位于德國杜塞爾多夫市的家族企業，有著120多年的機械工程經驗。作為交鑰匙服務供應商，Sack & Kiesselbach為冷鍛、溫鍛和熱鍛領域提供液壓壓機設備及工藝解決方案。Sack & Kiesselbach公司可提供的產品包括上沖程翻模壓機EP和生產型壓機PP，下沖程傳輸式壓機TRP，下沖程單工位壓機OKP和OPM，以及立式花鍵冷擠壓機VSP，其在市場上已經有13年的使用經驗。此外，Sack & Kiesselbach公司還提供模具工裝系統，上下料系統，工件傳輸系統以及噴涂和檢測裝置。

冷擠壓加工實例

AMIS公司生產長度為65mm的盲孔內花鍵法蘭軸零件，圖1為此盲孔內花鍵法蘭軸剖面圖，材料硬度為295HB（31HRC），相當于1000MPa的拉伸應力，生產節拍要求達到至少6件/min，熱處理后徑向跳動精度在IT8，這意味著公稱長度18～30mm內最大公差為33μm，見表1。

圖1 盲孔內花鍵法蘭軸剖面

■ 表1 花鍵法蘭軸參數

圖2 VSP50/30

為了達到AMIS公司的上述加工要求，Sack & Kiesselbach公司開發了VSP50/30立式花鍵壓機，如圖2所示。它采用緊湊式結構設計，占地面積約7m2，可以集成到機加工生產線中，只需要11kW的輸入功率，生產節拍可以達到6.5件/min。壓機配備獨立的控制面板、液壓單元和電氣柜，還可以為壓機配置自動上下料裝置，并且可以從前部或后部更換模具。

Sack & Kiesselbach公司同時可提供通用模架及模架上可更換部件，如4爪卡盤、沖頭導向套等，如圖3所示，這些部件使用冷擠壓油潤滑。

實際的冷擠壓過程通過下部的花鍵沖頭實施，可提供最大300kN壓力，上部滑塊可提供最大500kN夾緊力，在擠壓過程中通過4爪卡盤夾緊工件。擠壓完成后，側向的液壓驅動頂桿提升并張開卡盤，釋放工件以便于取出。

圖3 模具系統

圖4 花鍵表面質量

圖5 花鍵表面精度

圖4和圖5展示了使用冷擠壓工藝加工的花鍵表面質量和精度。其表面粗糙度可達到Ra1.4μm，同軸度公差可達最大30μm（使用2個φ2mm量球，測量花鍵直徑和外徑）使用復合加工工藝在驅動盤上加工外花鍵。

圖6所示工件為美國Metaldyne公司的差速器蓋產品。該工件是中空的法蘭盤，需要加工外花鍵、精整測量面并加工油槽，所有的加工要在一次擠壓過程中完成。加工過程采用自動化工藝，要求節拍達到至少8件/min。熱處理前的徑向跳動公差要求達到IT6，即在公稱長度30～50mm之間最大公差為16μm，見表2。

圖6 差速器蓋

■ 表2 差速器蓋參數

Sack & Kiesselbach公司的TRP800全自動單工位傳輸式壓機生產線實現了上述加工要求。生產線包括上料系統、工件傳輸系統、噴涂裝置和復合模具。花鍵沖頭材質ASP23，安裝在上模，由液壓銷支撐并帶有脫模功能。精整模具安裝在下模，帶定心銷及液壓頂出裝置，如圖7所示。花鍵擠壓過程中實際壓力為240kN，花鍵測量結果見表3（所有數據為熱處理前的測量數據）。

圖7 下模

■ 表3 花鍵測量值

結束語

隨著現代工業對部件的結構和彈性、重量、加工方式及工藝合理性的要求不斷提升，花鍵冷擠壓成為越來越流行的加工方式。與滾壓、拉削、銑削和旋鍛相比，花鍵冷擠壓工藝具有下列優勢：

⑴使用冷擠壓工藝加工的花鍵，熱處理后精度可以達到IT7～IT8。

⑵加工后的表面粗糙度可達到Ra1.4μm。

⑶擠壓過程中形成非斷裂材料纖維，提升了材料的強度，降低了出現裂紋的概率。

⑷凈成形加工工藝節省了加工時間，無毛刺。

⑸在花鍵表面只有擠壓形成的油膜，易于清除。

⑹緊湊式的模具設計，可以方便的直接加工盲孔內花鍵。

⑺凈成形花鍵冷擠壓可以集成到其他擠壓加工工序中。

Markus Schlein，機械工程師/銷售工程師，主要負責壓力機機械系統設計和東亞地區市場銷售服務工作。