花键冷挤压加工应用

2014-10-10MarkusSchleinSACKKIESSELBACHMASCHINENFABRIKGMBH

锻造与冲压 2014年23期

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

花键冷挤压加工应用

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

冷挤压加工是把金属毛坯放在冷挤压模腔中，在室温下通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。目前冷挤压技术已经在紧固件、机械、航空、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。

内外花键的传统加工方法为滚切、铣削、插削、拉削和磨削，采用冷挤压加工内外花键具有尺寸精度高、材料利用率高、生产效率高、强度高和适用面广等一系列优点。

德国Sack & Kiesselbach Maschinenfabrik Gmbh公司（以下简称Sack & Kiesselbach）成立于1891年，是一家位于德国杜塞尔多夫市的家族企业，有着120多年的机械工程经验。作为交钥匙服务供应商，Sack & Kiesselbach为冷锻、温锻和热锻领域提供液压压机设备及工艺解决方案。Sack & Kiesselbach公司可提供的产品包括上冲程翻模压机EP和生产型压机PP，下冲程传输式压机TRP，下冲程单工位压机OKP和OPM，以及立式花键冷挤压机VSP，其在市场上已经有13年的使用经验。此外，Sack & Kiesselbach公司还提供模具工装系统，上下料系统，工件传输系统以及喷涂和检测装置。

冷挤压加工实例

AMIS公司生产长度为65mm的盲孔内花键法兰轴零件，图1为此盲孔内花键法兰轴剖面图，材料硬度为295HB（31HRC），相当于1000MPa的拉伸应力，生产节拍要求达到至少6件/min，热处理后径向跳动精度在IT8，这意味着公称长度18～30mm内最大公差为33μm，见表1。

图1 盲孔内花键法兰轴剖面

■ 表1 花键法兰轴参数

图2 VSP50/30

为了达到AMIS公司的上述加工要求，Sack & Kiesselbach公司开发了VSP50/30立式花键压机，如图2所示。它采用紧凑式结构设计，占地面积约7m2，可以集成到机加工生产线中，只需要11kW的输入功率，生产节拍可以达到6.5件/min。压机配备独立的控制面板、液压单元和电气柜，还可以为压机配置自动上下料装置，并且可以从前部或后部更换模具。

Sack & Kiesselbach公司同时可提供通用模架及模架上可更换部件，如4爪卡盘、冲头导向套等，如图3所示，这些部件使用冷挤压油润滑。

实际的冷挤压过程通过下部的花键冲头实施，可提供最大300kN压力，上部滑块可提供最大500kN夹紧力，在挤压过程中通过4爪卡盘夹紧工件。挤压完成后，侧向的液压驱动顶杆提升并张开卡盘，释放工件以便于取出。

图3 模具系统

图4 花键表面质量

图5 花键表面精度

图4和图5展示了使用冷挤压工艺加工的花键表面质量和精度。其表面粗糙度可达到Ra1.4μm，同轴度公差可达最大30μm（使用2个φ2mm量球，测量花键直径和外径）使用复合加工工艺在驱动盘上加工外花键。

图6所示工件为美国Metaldyne公司的差速器盖产品。该工件是中空的法兰盘，需要加工外花键、精整测量面并加工油槽，所有的加工要在一次挤压过程中完成。加工过程采用自动化工艺，要求节拍达到至少8件/min。热处理前的径向跳动公差要求达到IT6，即在公称长度30～50mm之间最大公差为16μm，见表2。

图6 差速器盖

■ 表2 差速器盖参数

Sack & Kiesselbach公司的TRP800全自动单工位传输式压机生产线实现了上述加工要求。生产线包括上料系统、工件传输系统、喷涂装置和复合模具。花键冲头材质ASP23，安装在上模，由液压销支撑并带有脱模功能。精整模具安装在下模，带定心销及液压顶出装置，如图7所示。花键挤压过程中实际压力为240kN，花键测量结果见表3（所有数据为热处理前的测量数据）。