花鍵及其它形狀的齒形有很多種不同的加工方式，所有這些加工方式都具有工藝缺陷。針對(duì)不同類型的花鍵，可以采用特殊工藝來進(jìn)行不同方式的加工。
當(dāng)給定的花鍵公差允許采用冷成形工藝，對(duì)比其它產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝更具經(jīng)濟(jì)性。尤其是采用冷成形工藝可以實(shí)現(xiàn)較短的生產(chǎn)節(jié)拍，較低的材料成本和在工件內(nèi)部獲得均勻的晶體結(jié)構(gòu)以及較高的表面加工質(zhì)量，這些都使冷成形工藝在花鍵加工方面更具優(yōu)勢。
采用齒板加工方式的冷成形工藝在花鍵，油槽，螺紋，卡環(huán)槽和輥花加工方面體現(xiàn)了的加工效果。如果一個(gè)零件具有多種上述齒形，這種加工方式可以一次完成全部或多種齒形的加工，從而降低了節(jié)拍時(shí)間。對(duì)比產(chǎn)生切屑的加工方法，采用冷成形工藝，節(jié)拍時(shí)間可以降低30-70%。
另外，采用冷成形工藝，能夠提高零件內(nèi)部接近表面區(qū)域的金屬組織的剛性，也是冷成形工藝的一個(gè)優(yōu)勢，這種工藝特性對(duì)零件的強(qiáng)度和耐用度的提高是有積極影響的，特別是通過冷成形工藝可以獲得高質(zhì)量的表面粗糙度。
冷成形工藝的加工原理
冷成形工藝是在加工過程中通過的壓力來改變工件形狀，迫使工件材料在壓力下產(chǎn)生流動(dòng)的一種加工方法。刀具擠入工件內(nèi)部，迫使工件材料流向一個(gè)限定的空間。齒板式冷成形工藝的原理是兩塊齒板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)并逐漸壓入旋轉(zhuǎn)的工件內(nèi)部（圖1）。
圖1冷成形工藝原理
工件在*間固定，兩塊水平安裝的齒板做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)使工件旋轉(zhuǎn)。齒板上預(yù)先磨好的齒形通過搓動(dòng)工件形成工件要求的齒形。
承載齒板的兩個(gè)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是很重要的，滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)同步性是影響花鍵加工質(zhì)量的主要因素。上、下齒板距離的變化將影響跨棒距的變化。搓齒前的工件直徑的大小也是另外一個(gè)影響加工質(zhì)量的主要因素。
搓齒用的刀具
在機(jī)床上安裝有兩塊齒板。為了獲得工件要求的花鍵齒形，齒板與工件的齒形是不同的。齒板分成三個(gè)不同區(qū)域。*個(gè)區(qū)域?yàn)槌尚螀^(qū)。第二個(gè)區(qū)域?yàn)樾拚齾^(qū)。第三個(gè)區(qū)域?yàn)橹鸩剿p加工力區(qū)。在成形區(qū)域，齒板的齒逐步擠入工件內(nèi)部（圖2）。
a-金屬成形b-修正c-衰減加工力
圖2齒板上成形開始區(qū)域和結(jié)束區(qū)域齒的不同幾何形狀
搓齒刀具依據(jù)工件要求的齒形進(jìn)行設(shè)計(jì)。如以上提及的，機(jī)床上可以一次設(shè)置多種刀具。
圖3顯示了具有不同長度和齒形的刀具。
圖3依據(jù)不同齒形設(shè)計(jì)的刀具
冷成形工藝的優(yōu)勢
本工藝尤其適用于符合din5480/iso4156/ansib92.2m標(biāo)準(zhǔn)的花鍵和類似齒形的加工，特別適合模數(shù)0.3到2的齒形。壓力角應(yīng)大于25度，小壓力角只有螺旋花鍵可以采用冷成形加工工藝。
冷成形工藝zui大的優(yōu)點(diǎn)之一是在花鍵末端無需一個(gè)較大的讓刀區(qū)域，也不會(huì)象其它工藝，如采用銑削加工工藝時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的根切。采用冷成形工藝，即使齒形與工件的臺(tái)肩很接近時(shí)，也可以加工。
在冷成形加工過程中，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生很大的熱影響，工件的溫度zui高是手溫。工件溫度可以通過特殊的冷卻油進(jìn)行降溫，為環(huán)保之目的，也可以采用微量潤滑。與其他成形工藝相比，無需采用任何清洗措施（如磷酸鹽清洗），所以在多數(shù)情況下無需設(shè)置額外的清洗工藝。通過相應(yīng)齒板夾緊裝置的設(shè)計(jì)可以一次加工完成多種齒形。例如，一次完成花鍵和螺紋的成形，如果不同花鍵具有相同直徑和齒形，這些花鍵可以一次同時(shí)加工完成。如果多個(gè)花鍵，齒形不同，可以在一次加工中先后完成輥軋過程。根據(jù)如上可能的加工方案，多種齒形可以一次完成輥軋成形，這就大大降低了加工成本。刀具根據(jù)齒形的要求設(shè)計(jì)，并采用金剛石砂輪進(jìn)行數(shù)控磨削加工，所以任何工件要求的加工特性都可以通過齒板的設(shè)計(jì)獲得。例如，以一個(gè)微小的螺旋角度來輥軋花鍵，對(duì)于裝配而言，內(nèi)外花鍵的嚙合就變得更加容易。刀具的zui長尺寸決定能否采用冷成形工藝，如果刀具的zui長尺寸超過限定的尺寸范圍，則不能采用冷成形工藝。刀具的長度根據(jù)工件的幾何尺寸確定，如花鍵的模數(shù)，直徑，以及工件材質(zhì)的硬度和抗拉強(qiáng)度。
冷成形工藝適用的材質(zhì)
冷成形工藝基本上適用于所有合金鋼材料的成形加工。特殊情況也可進(jìn)行灰口鑄鐵或鋁材質(zhì)的成形加工。
被成形材料應(yīng)具備均勻的晶體結(jié)構(gòu)。鍛造材料在輥軋前應(yīng)經(jīng)過回火工藝的處理?？估瓘?qiáng)度在600和800n/mm2之間的材料zui適宜采用輥軋工藝。特殊情況下，被成形材料的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1200n/mm2。
冷成形工藝的fem-模擬
通過有限元分析可以進(jìn)行復(fù)雜成形過程的計(jì)算。通過計(jì)算結(jié)果使我們能夠研究冷成形過程并進(jìn)行相應(yīng)齒板的設(shè)計(jì)來改進(jìn)工件輥軋后的幾何特性。冷成形加工過程中齒的形成過程。甚至當(dāng)齒中心的工件材料開始流動(dòng)的時(shí)候，每個(gè)齒的內(nèi)部應(yīng)力分布基本相同。如果工件材料流動(dòng)過程越穩(wěn)定加工質(zhì)量就越高。
冷成形過程中齒的形成
所以加工過程中要盡可能使工件材料同時(shí)流動(dòng)，否則在齒的頂部將形成兔耳狀的典型齒形，雖然大部分齒形偏差都在要求的公差范圍內(nèi)。
根據(jù)有限元分析的結(jié)果，通過修正齒形，冷成形工藝過程中的典型齒形偏差是可以被降低的，從而獲得zui高質(zhì)量的冷成形齒形。
工藝的經(jīng)濟(jì)性
較短的節(jié)拍時(shí)間和較長的齒板使用壽命使得齒板式冷成形工藝成為及其經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)手段。對(duì)于抗拉強(qiáng)度在600和800n/mm2之間的材質(zhì)，刀具的使用壽命超過100.000個(gè)齒形的加工都成為可能。齒板的硬度很高，可以多次重復(fù)修磨，所以綜上所述，一副齒板可以完成500.000或更多齒形的加工。另外，與采用銑削加工工藝相比較，冷成形工藝具有更大的優(yōu)勢。對(duì)于一個(gè)24齒，模數(shù)為1，長50mm的花鍵，與銑削加工工藝比較，若采用冷成形工藝，可以zui大降低60%的加工時(shí)間，加工成本可以降至75%。