花鍵軸塑性成形工藝專利技術(shù)綜述

戴燕燕

摘 要：主要介紹了花鍵軸的塑性成形工藝，并從專利的角度，梳理了花鍵軸塑性成形工藝專利技術(shù)發(fā)展趨勢，并對該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔葸M(jìn)行了簡要的統(tǒng)計(jì)和分析。

關(guān)鍵詞：花鍵軸；塑性成形；專利

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.043

1 概述

花鍵軸是機(jī)械傳動系統(tǒng)中用來傳遞軸與軸之間扭矩的零件，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)。當(dāng)前，成形花鍵軸的工藝主要有兩種，分別為傳統(tǒng)的切削加工和塑性成形加工，塑性成形加工屬于無切屑加工，因?yàn)榫哂挟a(chǎn)品性能好、材料利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為生產(chǎn)花鍵軸的主流工藝。

2 花鍵軸的塑性成形

塑性成形加工花鍵軸，即利用在常溫下，金屬具有一定塑性的特點(diǎn)，并在模具的作用下，使工件產(chǎn)生一定的塑性變形而形成花鍵軸。花鍵軸的塑性成形工藝主要包括擠壓和滾軋等工藝。

2.1 花鍵軸的擠壓成形工藝

擠壓成形花鍵軸的原理：工件在壓力機(jī)中沖頭下壓的壓力下，以一定速度V通過內(nèi)花鍵模具，該模具型腔具有與花鍵軸相同的參數(shù)，繼而發(fā)生塑性變形擠壓出花鍵軸。在CNABS數(shù)據(jù)庫中，可檢索到該數(shù)據(jù)庫中相對較早的通過擠壓模具擠壓成形花鍵軸工藝的專利，其通過對坯料進(jìn)行各種擠壓前處理之后，利用中心錐角小于40度的型腔，并在入口處設(shè)置一個專用凹模，該凹模帶有一定角度的導(dǎo)流分流口，從而一次復(fù)合擠壓成形，即外徑尺寸小于花鍵軸外徑尺寸的坯料，采用正向擠壓朝前，產(chǎn)生鐓粗變形的部分材料經(jīng)導(dǎo)流分流口流入凹模腔，進(jìn)行正向、徑向的復(fù)合擠壓成形花鍵軸[1]。

隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)花鍵軸的材料40Cr、35CrMo鋼已被具有更高機(jī)械性能的42CrMo鋼所取代，因而造成花鍵軸在常溫下的冷擠壓成形載荷大，金屬材料的流動能力差，花鍵軸的齒形角填充質(zhì)量差等問題，為了克服上述問題，花鍵軸的擠壓成形逐漸又冷擠壓轉(zhuǎn)為熱擠壓，發(fā)明名稱為“一種中高頻感應(yīng)加熱與振動復(fù)合擠壓花鍵軸的裝置及工藝”，在花鍵軸進(jìn)行擠壓成形之前，先通過中高頻感應(yīng)加熱器對坯料上花鍵齒形段表面金屬進(jìn)行快速加熱至預(yù)設(shè)溫度，在坯料送往擠壓模具時，同時通過振動器對坯料施加軸向振動，坯料通過擠壓模具的作用即可獲得熱擠壓成形的花鍵軸[2]。

2.2 花鍵軸的滾軋成形工藝

花鍵軸的滾軋成形通常也稱之為滾壓成形，根據(jù)專利檢索的結(jié)果，可以分為以下幾種：

第1種為采用滾輪滾擠花鍵軸，利用一組具有與花鍵軸齒形相同的截面形狀的滾輪，在壓力P的作用下與工件發(fā)生相對滾動，逐步壓入工件的表層金屬材料，使得工件發(fā)生塑性變形從而滾軋出花鍵軸。名稱為“花鍵軸滾壓裝置”的實(shí)用新型專利，就是將一組與所需加工的花鍵軸的鍵數(shù)相同的滾壓輪均勻分布排列并安裝在嵌輪板上；滾壓輪的橫截面的外沿線與所需加工的花鍵軸的橫截面的外沿等分線相吻合，在嵌輪板的中心形成一個與所需加工花鍵軸截面大小、形狀相應(yīng)的成形通道，在外力的作用下，使其通過由滾壓輪所圍成的成形通道后，生產(chǎn)出所需要的花鍵軸[3]。

第2種是采用齒條模具滾軋花鍵軸，通過上、下對稱的兩個齒條模具以速度V繞工件軸線做相對平行的交錯運(yùn)動，在摩擦力的作用下，兩個齒條模具帶動工件滾動，上、下齒條模具逐漸壓入工件的表面金屬，使得工件發(fā)生塑性變形從而形成花鍵軸。名稱為“搓齒板”的實(shí)用新型就是利用一對搓齒板對工件進(jìn)行的滾軋成形，采用的是具有預(yù)成型齒、成型齒和退出齒三個齒形段的搓齒板，被搓工件擱置在上、下搓齒板中間，在搓齒的過程中，上、下搓齒板相向而行，中間被搓的工件隨之轉(zhuǎn)動，從而成形花鍵軸，該成形工藝可提高花鍵軸的成形效率，且能保證成形精度[4]。

3 花鍵軸成形工藝的專利分析

從花鍵軸成形工藝的專利申請量著手進(jìn)行專利定量分析，主要在CNABS數(shù)據(jù)庫中，針對檢索了分類號為金屬擠壓B21C23/+，B21C25/+以及軋制齒輪B21H5/+下的有關(guān)花鍵軸成形工藝的專利，截止到2014年4月30日，CNABS數(shù)據(jù)庫中的專利總量為：578篇，基于以上數(shù)據(jù)對該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行總體統(tǒng)計(jì)和分析。

由圖1可以看出，花鍵軸成形領(lǐng)域的中國專利申請大體經(jīng)歷了以下三個階段：

（1）緩慢發(fā)展階段（1987-1995）。1995年之前國內(nèi)申請量很少，總數(shù)不達(dá)30件，發(fā)展緩慢，在此期間檢索到國內(nèi)花鍵軸成形的專利申請最早出現(xiàn)在1987年；

（2）快速發(fā)展階段（1996-2005）。1995年之后相比1995年之前有一定的發(fā)展，專利申請總量突破了100件，1996-2005年的這十年屬于一個快速增長時期；

（3）迅猛發(fā)展階段（2006-2014）。2006年至今，花鍵軸成形的專利申請量占其總申請量的80%以上，進(jìn)入了迅猛發(fā)展時期。

4 總結(jié)

通過對花鍵軸成形領(lǐng)域的相關(guān)專利信息分析，可以快速理解該領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)花鍵軸成形發(fā)明的基本構(gòu)思，準(zhǔn)確獲得技術(shù)方案的關(guān)鍵點(diǎn)，并利用“發(fā)明關(guān)鍵點(diǎn)”和“時間節(jié)點(diǎn)”等要素有效篩選和定位對比文件，大幅減少檢索時間，有效提高審查效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊清.采用中碳鋼冷擠壓成形加工花鍵軸的工藝方法[P].中國專利：CN1507963A2004-06-30.

[2]西安交通大學(xué).一種中高頻感應(yīng)加熱與振動復(fù)合擠壓花鍵軸的裝置及工藝[P].中國專利：CN103028624A2013-04-10.

[3]劉總路.花鍵軸滾壓裝置[P].中國專利：CN2590683Y2003-12-10.

[4]哈爾濱第一工具有限公司.搓齒板[P].中國專利：CN2810844Y2006-08-30.