内花键冷挤压成型工艺浅论

内花键冷挤压成形工艺应用
浅析
浙江XX机电有限公司技术部
二〇一五年十月一日
目录
内容页次概述： (3)
一、冷挤压技术的发展趋势 (3)
二、充分发挥冷挤压工艺优势内花键加工难题得到解决 (3)
三、冷挤压成形模具制造难点 (4)
四、冷挤压模具制造分析研究 (4)
五、挤压件材料研究和分析 (5)
六、冷挤压工艺流程的研究和分析 (6)
七．总结 (6)
内花键冷挤压成形工艺浅析
概述：
冷挤压是精密属性体积成型技术中的一个重要组织部分。

冷挤压是指在冷态下金属毛坯放入模具腔内，在强大的压力和一定的速度作用下迫使金属在模具腔中流动挤出，从而获得所需要形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。

一、冷挤压技术的发展趋势
在有关技术资料获悉，冷挤压技术早在18世纪末制造过程中就采用了这门技术。

这门工艺已经在机械、仪表、电器、重轻工、军工等工业中较广泛的应用，已成为金属属性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一，发达国家在轿车制造中约达到30%～40%是采用冷挤压工艺生产。

我国工艺制造在60～70年代落后时期后通过改革开放期间大量的发达国家的制造业进入我国推动了我国制造业工艺水平，推动了我国在冷挤压这门工艺技术领域里发展，通过吸取国外的先进工艺使我国冷挤压生产工艺技术不断提高，逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。

二、充分发挥冷挤压工艺优势内花键加工难题得到解决
丰立公司是一家具备技术研究、生产、销售服务于一体的国家高新技术企业，是我国小模数锥齿轮行业的领军者；是国际知名厂商的优秀供应商；公司所生产的气动工具系列产品的机械传动结构是以齿轮传动。

公司在发展过程积极的学习国内外的先进工艺技术与世界并举，研造客户需求的产品。

对产品工艺设计积极采用冷挤压成型，发挥冷挤压节约原材料、提高劳动生产率、通过冷挤压的产品毛坯在少切削向不切削为目的来降低制造成本，更使产品的表面粗糙度Ra1.6～Ra0.8。

公司近年快速的扩大采用冷挤压工艺赢得同行业、世界知名厂商的认可。

通过这几年来，我们公司采用冷挤压工艺从筒状冷挤压扩张到齿轮坯挤压，对形状较复杂、切削加工较困难的产品，运用冷挤压工艺很容易加工成型。

现已有三十余种产品采用冷挤压成形工艺，为公司生产率的提高起到很大作用。

内花键是机械传动中的重要零部件，主要起连接和传动作用，广泛应用在机械制造领域，传统内花键形成方法主要有拉齿和插齿加工，起生产效率底，材料利用率底不能满足大批量生产需求。

尤其是不串通盲孔内花键，无论是效率，质量都达不到用户满意。

为保证内花键精度的同时提高花键的力学性能，公司采取冷挤压工艺解决
了这一难题，改变了传统拉齿、插齿的工艺，效率提高几倍到十几倍，材料利用率可达到70%～80%。

是公司采取冷挤压工艺典型的工艺改进案例，本文以内花键采用冷挤压成形的实践，对冷挤压成形工艺进行研究浅析和总结。

三、冷挤压成形模具制造难点
丰立公司齿轮是公司产业主导产品，前面已经介绍。

冷挤压工艺优势很合适我公司产品结构的应用。

但是冷挤压成形也存在一定的难点，
1）冷挤压模具制造要求高，寿命低：同盟都知晓，冷挤压模具在工作时要承受三向压应力而使变形抗力显著增大，这使得模具所受的应力远比普通冲压模大,为此冷挤压的模具的寿命在实际生产中低于其它冷冲模具。

2) 冷挤压模具工作状态温度高：由于金属材料在模腔内挤压过程会产生强烈的
塑性变形，导致金属在流动产生摩擦引起升温高达400℃左右,无论采取挤锻复合挤压法、复动挤压法、闭塞挤压以及分流挤压和流动挤压法等都存在同样的模具温升高度。

3) 冷挤压模必须具备很高的强度、硬度：冷挤压模成形凸、凹模具在
2450~2940MPa高压下工作．，以防止自身的塑性变形、磨损乃至损坏。

我们在采用冷挤压工艺成形时，在模具设计中必须考虑模具具有足够的冲击韧性和耐磨性。

示图一
四、冷挤压模具制造分析研究
（一）针对冷挤压模具在高强压，冷、热交变压力重复作用情况下工作，工件在挤压模具中受挤压力的作用产生塑性形变，工件内部塑性发生转移，以达到设计要求。

同时，工件又以反作用力其于挤压模具以反抗形变如果挤压模具的承受力大于被挤压工件的
反作用力．则可将工件挤压成形。

反之模具损坏。

采用冷挤压加工中在挤压凸模产生的挤压力高达2300MPa才能够达到产品成形要求。

要在承受挤压力高达2300MPa，对凸、凹模材料的选择应满足一下要求：
(1)凸、凹模在理论上具在2450~2940MPa高压下工作．必须具备很高的强度、硬度，以防止自身的塑性变形、磨损乃至损坏。

(2)凸模、凹模是在冲击条件下工作的，应当具有良好的冲击和韧性。

(3)凸模材料应具有较高的抗弯强度，以防工作时损坏。

(4)模具是在冷、热交变压力反复作用情况下工作的，必须能承受交变应力的反复作用而保持原型。

(5)模具的材料必须易加工。

钢制工件凸模以通常选用6W6Mo5Cr4V1、W6Mo5Cr4Vg以及W18Cr4V材料为好，凹模以选用Crl2MoV、CrWMn、GCr 材料为好。

铝件产品凸模宜选用CrlgMo、9CrSi、Crl2、wl8cr4V．而凹模宜选用Crl2MoV、T10A、W18Cr4V以及YG20。

五、挤压件材料研究和分析
要尽量设法降低挤压力，才有可能提高模具寿命：因此，在对挤压件必须对以下技术问题作各方面因素考虑和解决。

(1)选择好产品材料。

在使被挤压件塑性形变过程中，工件其本身的完整性并不因为挤压而给工件受到破坏，而是处于三向压应力状态，挤压件组织致密具有连续组织纤维流向能提高材料的疲劳强度，经挤压后的冷作硬化，又会使得工件强度、硬度提高。

挤压工件材料多为铝、铝合金、铜等有色金属、纯铁、碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢等黑色金属。

（2）模具材料选择。

在实践中常采用W18Cr4V（高速钢）来制造工件冷挤压凸模，根据不同工件的材料挤压凸模寿命可达2～5万次；采用硬质合金YG20材料来制造凹模，可提高钢挤压工件可达20万次以上。

有色金属，铝制工件可达300万次以上。

（3）为了提高冷挤压模具的耐磨性。

对挤压模具采用气体软氮化工艺以提高模具表面硬度，这样模具耐磨寿命可提高2倍以上。

采用GCrl5材料作凹模通过渗钒工艺，也可使模具寿命从3万次提高到20万次。

近几年来，金属工件少、无切削冷挤压工艺是当前
生产中应用较为广泛的一种。

充分发挥了它具有节约原材料、提高劳动生产率及提高产品的机械性能和外观质量。

六、冷挤压工艺流程的研究和分析
选择一个符合工件材料的工艺合理性、最佳性，使冷挤压件在三向压应力状态迫使组织纤维顺利移位以缓解挤压力和抗挤压力避免挤压件和模具损坏。

（1）工件毛坯采用软化热处理工艺。

以提高工件塑性使工件容易成型和降低工件自身硬度及变形抗力。

钢件材料坯料进行球化退火。

（2）为了降低工件与模具间的摩擦系数。

使工件在高温下仍能正常工作，使每道工序的挤压力小于模具的最大承受力。

采用工件表面处理润滑剂，黑色金属工件表面多采用磷化处理；铝件可用硬脂酸锌、硬脂酸润滑；不锈钢件可用草酸盐表面处理后加氯化石
蜡及二硫化铝润滑。

钢件毛坯通过球化退火---磷化处理---初次挤压流程；因工件经过挤压改变了工件的组织硬化，塑性降低不利于复杂工件成形。

为此，进行二次退火软化毛坯塑性恢复组织纤维顺利移位，再次进行磷化处理为二次挤压成形提供可靠的工艺要求。

(3) 根据工件形状特点选择模具结，以减小对模具的挤压力，针对不同类型的工件，可分别采用正挤压、反挤压及复合等挤压多种方法并且各有特点。

七．总结
1）节约原材料。

冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。

冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。

2）提高劳动生产率。

用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。

3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。

零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。

因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精加工。

4）提高零件的力学性能。

冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。

此外，合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。

因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。

5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。

如异形截面、复杂内腔、内齿及表面看不见的内槽等。

6）降低零件成本。

由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低。

参考文献：
1、钱荣芳、胡国军、联合起齿轮冷挤压工艺及模具设计[J],模具工业2002(9):39-41；
2、钱荣芳、胡国军、精密圆柱齿轮的冷挤压闭式成形与模具设计[J],模具技术(9):39-41；
3、中国冷挤压市场现状分析与前景预测报告（摘录百度文库）
4、高汉华-花键轴冷挤压成形工艺及模具设计（文选）
5、冷挤压成形技术（摘录百度文库）。