现代花键加工的工艺分为切削加工,及冷成形加工。相比较于切削加工工艺,冷成形加工具有节省材料,提高表面精度和粗糙度,加工节拍短等明显的优点。因此现代主要汽车制造商及其零部件供应厂商在变速箱,传动轴等产品的花键生产中大多采用冷成形的加工工艺。
花键的冷成形工艺依据其使用的机床和模具的不同设计又可分为齿条,增量式滚轮,和圆滚轮等加工工艺。
齿条的设计相当于一种增量式模具,其加工花键时的切削量(我们所谓的进给量,即模具齿切入工件材料)受到齿条长度的限制,在加工大尺寸,大模数或中空工件时根据金属成形规律所计算的齿条长度往往在几米以上,以确保这些情况下加工出高精度的合格产品。齿条的增量式模具的设计特征恰恰限制了加工的可能性。随着现代汽车工业的发展,一方面为了提高汽车的驾驶性和舒适性,零件尺寸的设计不断放大,其相关的花键参数(模数,齿数,外径等)也相应放大;另一方面限于全球范围对环境保护的日益重视汽车在设计上又不得不考虑到节省能源因此中空设计的零件与日俱增,而齿条机在设计上不可能无限制的增长,使其在加工上述工件时的局限性日益凸显。
齿条式工艺加工中的一切缺点,增量式滚轮在加工工件时同样无法避免。因为在使用此工艺加工花键时,增量式滚轮旋转一圈后即齿条的一次往复运动,此时花键必须已经完全成形。传统的增量式滚轮外径限制在300mm,其实际使用的成形长度展开后相当于一根915mm长的齿条。这就可以解释在加工上述花键时使用增量式滚轮更不能加工出高精度的工件。
圆滚轮技术是一种无限长的齿条或增量式滚轮,圆滚轮的设计是在整个滚轮圆周上采用外形相同的均齿,其模具在加工花键时的进给量是由CNC数控系统对机床模具滑座的控制来实现的。因为没有类似齿条或增量式滚轮的成形长度的限制,例如滚轮旋转两圈时其成形长度已经超过一根1.5米的齿条的成形长度(参见工艺比较图表)。得益于CNC的数控系统,圆滚轮的进给量可以根据被加工产品的特性,如花键的几何参数(模数,齿数,外径等)以及被成形材料的机械性能(强度,塑性等)进行自由编程并随着这些参数的变化进行优化和调整。使用齿条和增量式滚轮的工艺,在调整后必须加工一批产品后才能在工件上看到是否达到了预期的调整效果,而圆滚轮工艺的CNC数控系统可以将重要的加工过程参数随时显示在操作屏幕上(参见插图),如滚压力和扭矩以及模具进给曲线的设定值和实际值,调整的实际结果不仅显示在调整后加工的第一个工件上,而且通过对加工该工件时的过程参数曲线的分析对加工过程进行进一步的优化。圆滚轮工艺的CNC数控系统可以将所有工件和模具数据储存于电脑便于管理和更换工件(使换件时间仅15分钟),这是齿条机无法达到的。
CNC数控系统可以将重要的加工过程参数随时显示在操作屏幕上
圆滚轮的CNC数控花键滚轧机(见照片)的床身采用C型框架设计,其向上开放的加工区为工件的上下料(尤其是长重工件)以及包括操作维护等提供了最佳的可及性。通过采用最先进的比例阀技术以及与CNC 数控系统相接合的驱动技术可以对滚压过程进行有针对性的影响。
由于它的有创新的驱动方式。其主驱动通过主轴直接与滚压滑座相连。这一方案保证了主轴最大的刚性。通过双滑座的机床设计,工件在加工区内保持良好的对中性,并在电子工件驱动的辅助下确保了滚压过程的最关键的开始滚压阶段的质量。
综上所述,圆滚轮技术的优点不但在于其成形长度没有限制,而且加工时的进给量可以根据工件的特点以及加工材料的情况随时在CNC数控屏幕上进行编程,其适应实际生产的灵活性是齿条和增量式滚轮工艺所不具备的。很明显圆滚轮技术和其他传统工艺相比较具有非常明显的优势。其在未来汽车工业的应用中将会越来越被重视。


