本发明涉及金属塑性加工的挤压技术领域，尤其是一种金属挤压与表面堆焊一体成型的复合超耐磨花键轴挤压模具。
背景技术：
花键轴是机械系统中用来传递运动和扭矩的常用零件，在飞机、汽车、拖拉机、机床制造业、农业机械和工程机械等领域应用广泛。花键轴为多齿工作，具有承载能力高、对中性好、导向性好、应力集中小、轴与毂强度削弱小等特点。传统花键轴的生产主要采用滚切、铣削和磨削等切削加工方法，但这些工艺种类繁多且工序复杂，生产效率低下，材料浪费十分严重。此外，由于金属内部纤维流线在切削加工过程被切断，导致花键轴力学性能不理想，使用寿命不高。
近年来，以冷打、冷轧和冷挤压等工艺为代表的塑性加工方法开始在花键轴的大批量生产过程中得到大规模应用，显著提高了产品的生产效率。经塑性加工方法生产出来的花键轴金属流线沿零件轮廓连续分布，强度较高且塑韧性良好。然而，由于花键轴的使用工况复杂多变，且冷变形条件下金属变形抗力大大增加，材料塑性变形和细化晶粒的能力十分有限，导致花键轴在实际使用过程中常出现根部断裂与齿面磨损等不同形式的失效，甚至造成不同程度的安全事故。
研究表明，以细化晶粒为目的的剧烈塑性变形技术可最大限度地发掘材料性能潜力，进而实现对材料组织和性能的最优控制。其中，等通道转角挤压是发展最为迅速且最具代表性的一种剧烈塑性变形方法。该工艺模具由两个呈等截面且以一定角度相交的“l”型通道组成，坯料从模具入口通道放入，经转角处剧烈塑性剪切变形后从出口通道被挤出，变形前后坯料截面形状和尺寸不发生任何变化。因此，在材料加工性能允许的条件下，可重复对坯料进行多道次挤压，直至达到满意的晶粒细化效果，进而获得优异的综合力学性能。然而，目前有关等通道转角挤压的研究仍多处于验证阶段，对于该工艺在实际机械零部件加工生产中的应用十分少见。因此，对于在复杂甚至恶劣工况条件下工作的零件，如何高效率地利用剧烈塑性变形技术对其加工过程进行优化设计，最终实现机械产品一体化成形和大规模工业化应用成为当前急需解决的关键问题。
技术实现要素：
为改善现有花键轴加工工艺生产效率低下、材料浪费严重、零件综合性能不佳等缺点，本发明提供一种复合超耐磨花键轴挤压模具。该复合超耐磨花键轴挤压模具可以实现“材料复合、一次放料、变形连续、精密成形”的目的，从根本上克服了传统等通道转角挤压工艺难以工业化应用的发展瓶颈，大幅提高了花键轴的产品质量和生产效率，有效减少了原材料和设备资源的浪费，具有简单、复合、高效、易控等优势。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复合超耐磨花键轴挤压模具有一个锥度体组合凹模，组合凹模内部有一个“l”型通道；变形通道内部按顺序设置有入口通道、变形通道和出口通道；入口通道为光滑圆截面，变形通道截面为花键轴齿形，“l”型通道转角为90°；组合凹模嵌入带有吻合锥度的v型预应力槽中，v型预应力槽的侧面装有插入式加热棒，在组合凹模上方匹配设有冲头，冲头顶部镶嵌在上模固定板中，上模固定板的顶部与上模板相连接，组合凹模通过底板螺栓固定在下模板上，下模板通过t型螺栓及压板固定在压力机下工作台上；组合凹模为竖直分模的左右组合式结构，安装时，首先将组合凹模左右两部分由定位销进行组合定位，并通过凹模螺栓连接紧固，相接处型腔构成整副模具内部通道，通道上方设有入口通道，入口通道下方设置有变形通道，入口通道截面为光滑圆形，变形通道截面为花键轴齿形，“l”型通道转角为90°；组合凹模的外部嵌入在v型预应力槽，v型预应力槽不仅在挤压过程中起承压和限位作用，还可有效防止挤压材料或模具破损飞出伤人；v型预应力槽套住组合凹模成为一体后，通过底板螺栓固定在下模板上；v型预应力槽的侧面装有插入式加热棒，两者紧密接触，以接触式热传导方式传递热量，接通电源后，能够根据材料特性及工艺要求从模具外部对整副模具进行有效、快速的加热及保温；冲头嵌在上模固定板中，上模固定板通过上模板与压力机连接，并且冲头的长度大于坯料长度但小于入口通道的长度，这样有利于保证坯料顺利挤压；同时，还可防止人为误操作使冲头压入过深进而损坏变形通道；出口通道处连接有多功能堆焊喷头，多功能堆焊喷头通过多功能导柱与多功能导套的配合使用，可以实现左右伸缩移动，通过多功能导柱、多功能导套内置管路与等离子粉末堆焊机连接，实现移动送粉堆焊与移动送风冷却两种功能；多功能堆焊喷头与出口通道的连接处放置有切割机，切割机对带有超耐磨堆焊层的花键轴进行任意长度的切割。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明模具内部依次设置有入口通道、变形通道和出口通道。变形通道可使棒状坯料通过挤压成形逐渐过渡为带有齿形的花键轴。一次挤压过程中，坯料在模具型腔内变形连续，同时发生花键轴齿形挤压和等通道转角挤压两种变形。挤压完成后，进一步通过堆焊工艺对其表面进行处理，以达到材料内部增强增韧与表面改性的完美结合，实现“材料复合、一次放料、变形连续、精密成形”的目的，从根本上克服了传统等通道转角挤压工艺难以工业化应用的发展瓶颈，大幅提高了花键轴的产品质量和生产效率，有效减少了原材料和设备资源的浪费。
2、本发明在模具水平通道尾部设置有多功能堆焊喷头，与等离子粉末堆焊机、多功能导柱和多功能导套等配合使用，可在花键轴表面连续、多次堆焊超耐磨材料。同时，利用喷头冷却功能可有效控制材料内部组织，进而使花键轴产品获得最佳综合性能。
3、本发明在模具水平通道尾部设置有切割机，在产品满足各项工艺要求和性能指标后，可对生产出的花键轴样件进行任意切割，以获得检验样品或者成形零件。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是复合超耐磨花键轴挤压模具剖面结构图。
图中，1.压力机下工作台，2.下模板，3.v型预应力槽，4.螺栓，5.加热棒，6.定位销，7.冲头，8.上模固定板，9.上模板，10.入口通道，11.变形通道，12.组合凹模，13.出口通道，14.多功能堆焊喷头，15.多功能导柱，16.加粉口，17.多功能导套，18.切割机，19.等离子粉末堆焊机。
具体实施方式
该复合超耐磨花键轴挤压模具，包括压力机下工作台1、下模板2、v型预应力槽3、螺栓4、加热棒5、定位销6、冲头7、上模固定板8、上模板9、入口通道10、变形通道11、组合凹模12、出口通道13、多功能堆焊喷头14、多功能导柱15、加粉口16、多功能导套17、切割机18、等离子粉末堆焊机19；复合超耐磨花键轴挤压模具有一个锥度体组合凹模12，组合凹模12内部有一个“l”型通道；通道内部按顺序设置有入口通道10、变形通道11和出口通道13；入口通道10为光滑圆截面，变形通道截面为花键轴齿形，“l”型通道转角为90°。
组合凹模12嵌入带有吻合锥度的v型预应力槽3中，v型预应力槽3的侧面装有插入式加热棒5，在组合凹模12上方匹配设有冲头7，冲头7顶部镶嵌在上模固定板8中，上模固定板8的顶部与上模板9相连接，组合凹模12通过底板螺栓固定在下模板2上，下模板2通过t型螺栓及压板固定在压力机下工作台1上。
在图中，组合凹模12为竖直分模的左右组合式结构，安装时，首先将组合凹模12左右两部分由定位销6进行组合定位，并通过凹模螺栓4连接紧固，相接处型腔构成整副模具内部通道，通道上方设有入口通道10，入口通道10下方设置有变形通道11，入口通道10截面为光滑圆形，变形通道11截面为花键轴齿形，“l”型通道转角为90°。
在图中，组合凹模12的外部嵌入在v型预应力槽3，v型预应力槽3不仅在挤压过程中起承压和限位作用，还可有效防止挤压材料或模具破损飞出伤人；v型预应力槽3套住组合凹模12成为一体后，通过底板螺栓固定在下模板2上。
在图中，v型预应力槽3的侧面装有插入式加热棒5，两者紧密接触，以接触式热传导方式传递热量，接通电源后，能够根据材料特性及工艺要求从模具外部对整副模具进行有效、快速的加热及保温。
在图中，冲头7嵌在上模固定板8中，上模固定板8通过上模板9与压力机连接，并且冲头7的长度大于坯料长度但小于入口通道10的长度，这样有利于保证坯料顺利挤压。同时，还可防止人为误操作使冲头7压入过深进而损坏变形通道11。
在图中，出口通道13处连接有多功能堆焊喷头14，多功能堆焊喷头14通过多功能导柱15与多功能导套17的配合使用，可以实现左右伸缩移动，通过多功能导柱15、多功能导套17内置管路与等离子粉末堆焊机19连接，实现移动送粉堆焊与移动送风冷却两种功能。
在图中，多功能堆焊喷头14与出口通道13的连接处放置有切割机18，切割机18对带有超耐磨堆焊层的花键轴进行任意长度的切割。
使用时，根据实际需要设置加热棒5的加热温度，待加热温度达到要求后，将棒状坯料放入入口通道10中，向下挤压，将坯料压入变形通道11，冲头7向下挤压到位后抬起，在入口通道10放入下一个坯料，如此继续挤压，待坯料通过出口通道13到达多功能堆焊喷头14位置时，暂停挤压；启动等离子粉末堆焊机19，根据实际工艺要求，调整挤压速度与堆焊参数，继续挤压，此时挤出的花键轴通过多功能堆焊喷头14后表面将堆焊有超耐磨堆焊层。根据实际工艺需要，通过多功能导柱15与多功能导套17配合使用可实现多功能堆焊喷头14左右移动，在挤出的花键轴表面堆焊多层超耐磨堆焊层；每次堆焊完成后可以根据冷却工艺要求，设置冷却风的速度与温度，通过左右移动多功能堆焊喷头14对超耐磨堆焊层进行不同形式的冷却。
最后，开启切割机22，可对带有超耐磨堆焊层的花键轴进行任意长度的切割；开启压力机继续挤压，及时停止挤压并取走工件；如此继续挤压直至结束；当挤压完成后，抬起冲头7，取出加热棒5，松开底板螺栓取走下模板2，取下组合凹模12，松开组合凹模12上的凹模螺栓4，同时敲出定位销14，分离组合凹模12，可方便整体取出变形通道中的变形坯料，并对组合凹模12内腔进行及时清理与定期维护。