花键轴加工模具及工艺的制作方法

1.本技术涉及冷挤压加工的领域，尤其是涉及一种花键轴加工模具及工艺。


背景技术：

2.参照图1，花键轴，包括同轴且依次连接的小径段、过渡段和大径段。小径段的外周设有定位凸筋，且小径段的外周设有细花键。过渡段的外径大于小径段的外径。大径段的外径大于过渡段的外径；大径段的外周设有粗花键。大径段朝向过渡段的表面a垂直于花键轴的轴向；同时，沿花键轴的轴向，粗花键的长度等于大径段的长度。
3.利用冷挤压工艺加工上述花键轴时，模具挤压工件的端部，以使得工件的外径增大，工件的外周贴合模具型腔的表面，以成型出大径段和粗花键。模具型腔的壁面a用于供表面a贴合（即壁面a垂直于花键轴的轴向），模具型腔的壁面b用于成型粗花键沿花键轴周向的表面（即壁面b平行于花键轴的轴向）。
4.因壁面a与壁面b相垂直，进而在壁面a和壁面b之间形成直角区域，工件外径增大的过程中，可能无法填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域，进而可能导致粗花键靠近过渡段的端部出现材料缺失。


技术实现要素：

5.为了保证花键轴的成型质量，本技术提供一种花键轴加工模具及工艺。
6.第一方面，本技术提供一种花键轴加工模具，采用如下的技术方案：一种花键轴加工模具，包括成型凹模和成型冲头，所述成型凹模设有成型腔，所述成型腔具有壁面a和壁面b，所述成型冲头用于伸入成型腔内；在所述成型冲头伸入成型腔内的情况下，所述成型冲头的外周与壁面b之间形成环形的容纳槽。
7.通过采用上述技术方案，利用冷挤压成型粗花键时，工件放置于成型腔内，成型冲头伸入成型腔内并挤压工件，工件沿自身轴向的中部先变形并贴合壁面b，随后工件沿自身轴向的两端变形并贴合壁面b；成型冲头继续伸入成型腔内，以继续挤压工件，使得工件的部分材料填充至容纳槽内，此过程中，工件材料受到阻力，且该阻力的作用点正对容纳槽、作用方向平行于工件轴向。阻力传递至粗花键靠近过渡段的一端，使得工件继续变形以利于工件的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域，提高粗花键靠近过渡段一端的成型质量，保证花键轴的成型质量。
8.优选的，所述成型冲头包括主体和设于主体外周的成型花键；在所述成型冲头伸入成型腔内的情况下，所述成型花键沿主体周向的表面与壁面b之间形成所述容纳槽，且所述成型花键沿主体周向的表面与壁面b之间的间距处处相等。
9.通过采用上述技术方案，使得容纳槽的形状与粗花键的周向具有相似或相同的曲率，以在工件材料填充至容纳槽内的过程中，工件材料受到的阻力沿粗花键的周向均匀分
布，利于粗花键的每个键齿均填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域。
10.优选的，所述成型冲头包括主体和设于主体端部的凸部，所述凸部的外周设有成型平面。
11.通过采用上述技术方案，冷挤压成型后，凸部在大径段背离过渡段的端面处加工出凹槽，且凹槽中贴合于成型平面的槽壁为防错平面，放错平面与粗花键之间相对位置始终不变，以在花键轴的使用中（装配花键轴和其他零部件），可基于放错平面判断粗花键是否正确使用（装配）。
12.优选的，所述成型腔的内壁处设有定位键槽，所述定位键槽用于供定位凸筋嵌入。
13.通过采用上述技术方案，工件放置于成型腔内时，定位凸筋嵌至定位键槽内，以使得定位凸筋与壁面b之间的周向位置保持不变，则冷挤压成型后，基于壁面b得到的粗花键与定位凸筋之间的相对位置符合产品加工要求。
14.优选的，包括挤压凹模和挤压冲头，所述挤压凹模设有挤压腔，所述挤压腔的内壁处设有成型键槽。
15.通过采用上述技术方案，棒料放置于挤压腔内，挤压冲头伸入挤压腔内并挤压棒料，棒料变形以贴合挤压腔的内壁，以得到具有定位凸筋的工件。
16.成型凹模和成型冲头专注于成型粗花键，利于保证粗花键的成型质量。
17.优选的，所述挤压冲头的外周用于滑动贴合于挤压腔的内壁。
18.通过采用上述技术方案，使得工件的端面平整，进而保证工件在成型腔内变形时，工件的部分材料变形并填充至容纳槽内，以保证工件材料受到阻力使得工件的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域。
19.第二方面，本技术提供一种花键轴加工工艺，采用如下的技术方案：一种花键轴加工工艺，包括以下步骤：将工件放置于成型腔内；成型冲头挤压工件；在大径段背离小径段的一端形成毛边；去除毛边。
20.通过采用上述技术方案，利用冷挤压成型粗花键时，工件放置于成型腔内，成型冲头伸入成型腔内并挤压工件，工件沿自身轴向的中部先变形并贴合壁面b，随后工件沿自身轴向的两端变形并贴合壁面b；成型冲头继续伸入成型腔内，以继续挤压工件，使得工件的部分材料填充至容纳槽内并形成毛边。
21.形成毛边的过程中，工件材料受到阻力，且该阻力的作用点正对容纳槽、作用方向平行于工件轴向。阻力传递至粗花键靠近过渡段的一端，使得工件继续变形以利于工件的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域，提高粗花键靠近过渡段一端的成型质量，保证花键轴的成型质量。
22.优选的，步骤将工件放置于成型腔内之前，还包括以下步骤：将棒料放置于挤压腔内；挤压冲头挤压棒料；成型定位凸筋和小径段，并得到工件。
23.通过采用上述技术方案，工件放置于成型腔内时，定位凸筋嵌至定位键槽内，以使
得定位凸筋与壁面b之间的周向位置保持不变，则冷挤压成型后，基于壁面b得到的粗花键与定位凸筋之间的相对位置符合产品加工要求。
24.优选的，步骤成型冲头挤压工件之后，还包括以下步骤：成型细花键；成型大径段和粗花键。
25.通过采用上述技术方案，利用成型模具完成细花键和粗花键的冷挤压成型。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.成型冲头伸入成型腔内，以挤压工件，使得工件的部分材料填充至容纳槽内，此过程中，工件材料受到阻力，且该阻力的作用点正对容纳槽、作用方向平行于工件轴向。阻力传递至粗花键靠近过渡段的一端，使得工件继续变形以利于工件的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域，提高粗花键靠近过渡段一端的成型质量，保证花键轴的成型质量；2.成型花键沿主体周向的表面与壁面b之间的间距处处相等，以使得容纳槽的形状与粗花键的周向具有相似或相同的曲率，以在工件材料填充至容纳槽内的过程中，工件材料受到的阻力沿粗花键的周向均匀分布，利于粗花键的每个键齿均填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域。
附图说明
27.图1是花键轴的结构示意图。
28.图2是挤压模具的结构示意图。
29.图3是图2中a处的放大图。
30.图4是工件的结构示意图。
31.图5是成型模具的结构示意图。
32.图6是图5中b处的放大图。
33.图7是半成品的结构示意图。
34.附图标记说明：1、挤压模具；11、挤压凹模；12、挤压冲头；13、挤压腔；131、小径挤压腔；132、预加工挤压腔；133、导向挤压腔；134、大径挤压腔；135、成型键槽；2、成型模具；21、成型凹模；22、成型冲头；221、主体；222、成型花键；223、凸部；23、成型腔；231、小径容纳腔；232、细花键成型腔；233、圆台容纳腔；234、圆柱成型腔；235、粗花键成型腔；24、容纳槽；31、小径段；32、过渡段；321、圆台段；322、圆柱段；33、大径段；34、定位凸筋；35、细花键；36、环槽；37、粗花键；38、防错平面；41、工件；411、预加工段；42、半成品；421、毛边。
具体实施方式
35.以下结合附图1-7对本技术作进一步详细说明。
36.参照图1，花键轴，包括同轴且依次连接的小径段31、过渡段32和大径段33。
37.小径段31的外周设有定位凸筋34，且小径段31的外周设有细花键35。小径段31的外周同轴设有环槽36，且环槽36贯穿细花键35和定位凸筋34。
38.过渡段32包括同轴的圆台段321和圆柱段322。圆台段321的上底半径等于小径段31的半径，且圆台段321的上底连接于小径段31。圆柱段322连接于圆台段321的下底，且圆柱段322的半径等于圆台段321的下底半径。
39.大径段33的外径大于圆柱段322的外径；大径段33的外周设有粗花键37。大径段33朝向过渡段32的表面a垂直于花键轴的轴向；同时，沿花键轴的轴向，粗花键37的长度等于大径段33的长度。
40.参照图2、3，本技术实施例公开一种花键轴加工模具，包括挤压模具1。挤压模具1用于将圆柱状的棒料加工成具有定位凸筋34的工件41。
41.挤压模具1包括挤压凹模11和挤压冲头12。
42.参照图2、3，挤压凹模11设有挤压腔13。挤压腔13包括同轴且依次连通的小径挤压腔131、预加工挤压腔132、导向挤压腔133和大径挤压腔134。
43.参照图1、3，小径挤压腔131呈圆柱状，且小径挤压腔131的直径等于小径段31的直径，以使得小径挤压腔131用于成型小径段31。
44.参照图1、3，预加工挤压腔132呈圆柱状，且预加工挤压腔132的半径大于细花键35中键齿齿根至花键轴轴线的距离（即预加工挤压腔132的半径大于细花键35的齿根圆半径），预加工挤压腔132的半径略小于细花键35中键齿齿顶至花键轴轴线的距离（即预加工挤压腔132的半径略小于细花键35的齿顶圆半径）。
45.参照图3、4，预加工挤压腔132用于成型工件41的预加工段411。
46.参照图3，导向挤压腔133呈圆台状，且导向挤压腔133的上底半径等于预加工挤压腔132的半径，导向挤压腔133的下底半径大于导向挤压腔133的上底半径。导向挤压腔133的上底连通预加工挤压腔132。
47.参照图1、3，导向挤压腔133用于成型花键222轴的圆台段321。
48.参照图1、3，大径挤压腔134呈圆柱状，且大径挤压腔134的直径等于圆柱段322的直径。大径挤压腔134连通导向挤压腔133的下底。
49.参照图2，挤压冲头12用于伸入大径挤压腔134内，且挤压冲头12朝向导向挤压腔133的端面为平面。同时，挤压冲头12的直径等于大径挤压腔134的直径，以使得挤压冲头12的外周用于滑动贴合大径挤压腔134的内周。
50.参照图2，挤压腔13的内壁处还设有成型键槽135，成型键槽135沿挤压腔13的轴向延伸，且成型键槽135连通小径挤压腔131、预加工挤压腔132和导向挤压腔133。
51.参照图2、3，成型键槽135用于成型定位凸筋34，并使得定位凸筋34位于小径段31、预加工段411和圆台段321的外周。
52.参照图2（图中点画线的右侧部分），棒料放置于挤压腔13内。
53.参照图2（图中点画线的左侧部分），挤压冲头12伸入大径挤压腔134内，挤压冲头12对棒料施加压力，使得棒料变形并贴合挤压腔13的内壁。
54.参照图3、4，挤压冲头12的端面以及挤压腔13的内壁相互配合，以得到具有定位凸筋34的工件41。
55.参照图5、6，花键轴加工模具还包括成型模具2，成型模具2用于将工件41加工成带有毛边421的半成品42。
56.参照图5，成型模具2包括成型凹模21和成型冲头22。
57.参照图6，成型凹模21设有成型腔23。成型腔23包括同轴且依次连通的小径容纳腔231、细花键成型腔232、圆台容纳腔233、圆柱成型腔234和粗花键成型腔235。
58.参照图1、6，小径容纳腔231呈圆柱状，且小径容纳腔231的直径等于小径段31的直径，以使得小径容纳腔231用于供小径段31的端部嵌入。
59.参照图4、6，细花键成型腔232的内壁设有细成型花键222，细成型花键222用于挤压预加工段411的外周，以在工件41的预加工段411位置加工出细花键35。
60.参照图6，圆台容纳腔233呈圆台状，圆台容纳腔233用于供圆台段321嵌入，且圆台容纳腔233的内周用于供圆台段321的外周贴合。
61.成型腔23的内壁处还设有定位键槽（图中未示出），定位键槽连通小径容纳腔231、细花键成型腔232和圆台容纳腔233。定位键槽用于工定位凸筋34嵌入。定位键槽槽底至成型腔23轴线的距离小于圆台容纳腔233的下底半径。
62.参照图1、6，圆柱成型腔234的直径等于圆柱段322的直径，以使得圆柱成型腔234用于加工成型圆柱段322。
63.参照图1、6，粗花键成型腔235的直径大于圆柱成型腔234的直径，进而在粗花键成型腔235和圆柱成型腔234之间形成台阶面，且该台阶面即为用于成型表面a的壁面a。
64.粗花键成型腔235的内壁设有粗成型花键222，粗成型花键222的表面即为用于成型粗花键37的壁面b。
65.参照图5、6，成型冲头22用于伸入粗花键成型腔235内。成型冲头22包括主体221和设于主体221外周的成型花键222。在成型冲头22伸入粗花键成型腔235内的情况下，成型花键222的表面与壁面b之间形成环形的容纳槽24，且成型花键222沿主体221周向的表面与壁面b之间的间距处处相等。
66.成型冲头22还包括设于主体221端部的凸部223，凸部223的外周设有成型平面（图中未示出）。本实施例中，凸部223为六棱柱切除一个棱边后所形成的七棱柱，且切除面即为成型平面。
67.参照图6（图中点画线的右侧部分），具有定位凸筋34的工件41嵌至成型腔23内，且定位凸筋34嵌至定位键槽内。
68.参照图6（图中点画线的左侧部分），成型冲头22伸入粗花键成型腔235内，成型冲头22对工件41施加压力：先使得工件41的预加工段411嵌至细花键成型腔232，以利用细花键成型腔232的内壁成型出细花键35，直至圆台段321的外周贴合至圆台容纳腔233的内周；继续挤压工件41，使得工件41位于粗花键成型腔235内的区段的直径增大，工件41的表面贴合至粗花键成型腔235的壁面b，同时，凸部223嵌至工件41的端面内，以利用成型平面在工件41上成型出防错平面38；再继续挤压工件41，使得工件41的部分材料填充至容纳槽24内，此过程中，工件41材料受到阻力，且该阻力的作用点正对容纳槽24、作用方向平行于工件41轴向，阻力传递至粗花键37靠近过渡段32的一端，使得工件41继续变形以利于工件41的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域。
69.本技术实施例还公开一种花键轴加工工艺，包括以下步骤：参照图1、3，s11，将棒料放置于挤压腔13内。
70.具体的，取直径小于圆柱段322直径的棒料。在一个实施例中，棒料直径略小于圆柱段322直径，如：棒料直径和圆柱段322直径之差为0.5mm。在另一个实施例中，棒料直径为圆柱段322直径的98-99%。
71.参照图3，s12，挤压冲头12挤压棒料。
72.参照图3、4，s13，成型定位凸筋34、小径段31、预加工段411和圆台段321，并得到工件41。
73.具体的，挤压冲头12伸入大径挤压腔134内，挤压冲头12对棒料施加压力，使得棒料变形并贴合挤压腔13的内壁。
74.其中，预加工段411的半径小于细花键35的齿顶圆半径，且预加工段411的半径大于细花键35的齿根圆半径。在一个实施例中，预加工段411的半径略小于细花键35的齿顶圆半径，如：预加工段411的半径和细花键35的齿顶圆半径之差为0.005mm。
75.同时，参照图1、4，工件41中，位于圆台段321背离预加工段411一侧的圆柱的直径小于圆柱段322的直径。在一个实施例中，位于圆台段321背离预加工段411一侧的圆柱直径与圆柱段322直径之差为0.2mm。在另一个实施例中，位于圆台段321背离预加工段411一侧的圆柱直径为圆柱段322直径的99.3-99.5%。
76.参照图6、7，s21，将工件41放置于成型腔23内。
77.s22，成型冲头22挤压工件41。
78.s23，成型细花键35。
79.工件41的预加工段411嵌至细花键成型腔232，以利用细花键成型腔232的内壁成型出细花键35，直至圆台段321的外周贴合至圆台容纳腔233的内周。
80.s24，成型圆柱段322、大径段33、粗花键37和放错平面。
81.工件41位于粗花键成型腔235内的区段的直径增大，工件41的表面贴合至粗花键成型腔235的壁面b，同时，凸部223嵌至工件41的端面内，以利用成型平面在工件41上成型出防错平面38。
82.s25，在大径段33背离小径段31的一端形成毛边421。
83.继续挤压工件41，使得工件41的部分材料填充至容纳槽24内形成毛边421，此过程中，工件41材料受到阻力，且该阻力的作用点正对容纳槽24、作用方向平行于工件41轴向，阻力传递至粗花键37靠近过渡段32的一端，使得工件41继续变形以利于工件41的材料填满壁面a和壁面b之间形成的直角区域。
84.参照图1、7，s31，去除毛边421；s32，车削环槽36。
85.具体的，可利用车床完成步骤去除毛边421、车削环槽36。
86.步骤s31中，可车削大径段33背离小径段31的端面，以加工出预设长度的大径段33。
87.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。