花鍵軸塑性成形工藝專利技術綜述

戴燕燕

摘 要：主要介紹了花鍵軸的塑性成形工藝，并從專利的角度，梳理了花鍵軸塑性成形工藝專利技術發展趨勢，并對該技術領域專利申請趨勢進行了簡要的統計和分析。

關鍵詞：花鍵軸；塑性成形；專利

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.043

1 概述

花鍵軸是機械傳動系統中用來傳遞軸與軸之間扭矩的零件，被廣泛應用于機械行業。當前，成形花鍵軸的工藝主要有兩種，分別為傳統的切削加工和塑性成形加工，塑性成形加工屬于無切屑加工，因為具有產品性能好、材料利用率高等諸多優點而逐漸成為生產花鍵軸的主流工藝。

2 花鍵軸的塑性成形

塑性成形加工花鍵軸，即利用在常溫下，金屬具有一定塑性的特點，并在模具的作用下，使工件產生一定的塑性變形而形成花鍵軸。花鍵軸的塑性成形工藝主要包括擠壓和滾軋等工藝。

2.1 花鍵軸的擠壓成形工藝

擠壓成形花鍵軸的原理：工件在壓力機中沖頭下壓的壓力下，以一定速度V通過內花鍵模具，該模具型腔具有與花鍵軸相同的參數，繼而發生塑性變形擠壓出花鍵軸。在CNABS數據庫中，可檢索到該數據庫中相對較早的通過擠壓模具擠壓成形花鍵軸工藝的專利，其通過對坯料進行各種擠壓前處理之后，利用中心錐角小于40度的型腔，并在入口處設置一個專用凹模，該凹模帶有一定角度的導流分流口，從而一次復合擠壓成形，即外徑尺寸小于花鍵軸外徑尺寸的坯料，采用正向擠壓朝前，產生鐓粗變形的部分材料經導流分流口流入凹模腔，進行正向、徑向的復合擠壓成形花鍵軸[1]。

隨著技術的發展，傳統花鍵軸的材料40Cr、35CrMo鋼已被具有更高機械性能的42CrMo鋼所取代，因而造成花鍵軸在常溫下的冷擠壓成形載荷大，金屬材料的流動能力差，花鍵軸的齒形角填充質量差等問題，為了克服上述問題，花鍵軸的擠壓成形逐漸又冷擠壓轉為熱擠壓，發明名稱為“一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置及工藝”，在花鍵軸進行擠壓成形之前，先通過中高頻感應加熱器對坯料上花鍵齒形段表面金屬進行快速加熱至預設溫度，在坯料送往擠壓模具時，同時通過振動器對坯料施加軸向振動，坯料通過擠壓模具的作用即可獲得熱擠壓成形的花鍵軸[2]。

2.2 花鍵軸的滾軋成形工藝

花鍵軸的滾軋成形通常也稱之為滾壓成形，根據專利檢索的結果，可以分為以下幾種：

第1種為采用滾輪滾擠花鍵軸，利用一組具有與花鍵軸齒形相同的截面形狀的滾輪，在壓力P的作用下與工件發生相對滾動，逐步壓入工件的表層金屬材料，使得工件發生塑性變形從而滾軋出花鍵軸。名稱為“花鍵軸滾壓裝置”的實用新型專利，就是將一組與所需加工的花鍵軸的鍵數相同的滾壓輪均勻分布排列并安裝在嵌輪板上；滾壓輪的橫截面的外沿線與所需加工的花鍵軸的橫截面的外沿等分線相吻合，在嵌輪板的中心形成一個與所需加工花鍵軸截面大小、形狀相應的成形通道，在外力的作用下，使其通過由滾壓輪所圍成的成形通道后，生產出所需要的花鍵軸[3]。

第2種是采用齒條模具滾軋花鍵軸，通過上、下對稱的兩個齒條模具以速度V繞工件軸線做相對平行的交錯運動，在摩擦力的作用下，兩個齒條模具帶動工件滾動，上、下齒條模具逐漸壓入工件的表面金屬，使得工件發生塑性變形從而形成花鍵軸。名稱為“搓齒板”的實用新型就是利用一對搓齒板對工件進行的滾軋成形，采用的是具有預成型齒、成型齒和退出齒三個齒形段的搓齒板，被搓工件擱置在上、下搓齒板中間，在搓齒的過程中，上、下搓齒板相向而行，中間被搓的工件隨之轉動，從而成形花鍵軸，該成形工藝可提高花鍵軸的成形效率，且能保證成形精度[4]。

3 花鍵軸成形工藝的專利分析

從花鍵軸成形工藝的專利申請量著手進行專利定量分析，主要在CNABS數據庫中，針對檢索了分類號為金屬擠壓B21C23/+，B21C25/+以及軋制齒輪B21H5/+下的有關花鍵軸成形工藝的專利，截止到2014年4月30日，CNABS數據庫中的專利總量為：578篇，基于以上數據對該技術領域進行總體統計和分析。

由圖1可以看出，花鍵軸成形領域的中國專利申請大體經歷了以下三個階段：

（1）緩慢發展階段（1987-1995）。1995年之前國內申請量很少，總數不達30件，發展緩慢，在此期間檢索到國內花鍵軸成形的專利申請最早出現在1987年；

（2）快速發展階段（1996-2005）。1995年之后相比1995年之前有一定的發展，專利申請總量突破了100件，1996-2005年的這十年屬于一個快速增長時期；

（3）迅猛發展階段（2006-2014）。2006年至今，花鍵軸成形的專利申請量占其總申請量的80%以上，進入了迅猛發展時期。

4 總結

通過對花鍵軸成形領域的相關專利信息分析，可以快速理解該領域內有關花鍵軸成形發明的基本構思，準確獲得技術方案的關鍵點，并利用“發明關鍵點”和“時間節點”等要素有效篩選和定位對比文件，大幅減少檢索時間，有效提高審查效率。

參考文獻：

[1]張俊清.采用中碳鋼冷擠壓成形加工花鍵軸的工藝方法[P].中國專利：CN1507963A2004-06-30.

[2]西安交通大學.一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置及工藝[P].中國專利：CN103028624A2013-04-10.

[3]劉總路.花鍵軸滾壓裝置[P].中國專利：CN2590683Y2003-12-10.

[4]哈爾濱第一工具有限公司.搓齒板[P].中國專利：CN2810844Y2006-08-30.