3.13 冷滚轧花键
滚扎花键以两端中心孔定位,滚扎渐开线花键。齿数为30,模数为1.0583，渐开线起始圆直径为∮31.008，大径∮32.809,小径∮30.691，压力角α=45°分度圆直径∮31.75,基圆直径∮22.451,弧齿厚s=1.791。滚扎花键所需仪器是花键滚扎机。所需的量具是千分尺和综合花键量规。
为了提高半轴花键的生产效率和疲劳强度，目前已广泛采用花键冷滚轧成型工艺。该工艺是一种动力传动件及齿类工件的无屑冷成型加工工艺。这种工艺极大地提高了冷成型齿类工件的精度，在北美和欧洲的许多条生产线上得到广泛应
用。滚轧花键和滚花工艺不同，在滚轧过程中，对所有相关参数均定位控制，故可以保证得到确定的齿数和准确的齿形。实际上，整个加工过程非常简单。以滚搓为例，将一根钢质轴定位在两根成型齿条之间的起始位置，该端的齿牙是浅层的，仅仅在工件上压出花键的最初形状，两齿条朝相反方向快速移动，带动工件旋转，一步步将工件表面的金属挤压进去，这时可明显看到一个个凹痕。完成上述整个过程只需不到4s时间(机动时间)，此时，齿形零件只要再自转几周，就可保证得到质量控制所要求的齿形几何尺寸和精度。大多数齿形工件是可以滚搓的，包括：a．薄壁金属件；b.油槽； c.螺纹；d.大螺矩花键； e.正齿花键；f.冠齿；g.滚花、螺旋齿；h.安全自锁花键；i.锥齿；j.齿形；k.螺杆。 3.13.1 冷滚轧花键的优点
a．设计灵活。例如，一套Marand齿条可以滚轧20种不同齿数的零件．而且可以使齿牙和轴肩之间不留间隙。 b.生产效率高。与传统滚齿相比，滚轧机动时间约为4s，滚齿机动时间约为130s。 c.节省材料.而且省去了收集处理切屑的麻烦。
d.加工精度高.滚轧具有极小的啮合间隙(强迫塑性变形)，使工件在使用过程中，可保持极优的啮合性能。 e.提高轴的强度。由于是冷成型,可提高零件的物理性能，如增加扭矩力,减少疲劳应力灵敏度和无裂缝扩展。
f.提高负载能力.滚轧后，其晶格结构和滚齿、铣切不同，金属流线未被破坏，
疲劳强度相当于滚切、铣切花键的三倍多。国外某个生产载重汽车后桥半轴的公司，曾进行过铣削花键和冷滚轧花键后的半轴淬火前后对比测试分析。结论是：两种花键加工方法加工的半轴在其直径方向的变形量大体相同.均在10μm左右，但在外形变形量方面，滚轧花键要比铣削花键小，而且，在疲劳强度方面，滚轧花键是铣削花键的三倍多。 详见表1、表2和表3。
表3—1 铣削半轴花键的直径测量值(单位:mm) 淬火前 淬火后 轴号 最大值 最小值 最大值 最小值 1 30.036 30.034 30.045 30.040 2 30.032 30.013 30.043 30.024 3 30.045 30.040 30.057 30.048 4 30.027 30.004 30.038 30.017 5 30.035 30.015 30.043 30.031 平均值 30.035 30.021 30.045 30.032 表3—2 滚扎半轴花键的直径测量值(单位:mm) 淬火前 淬火后 轴 号 最大值 最小值 最大值 最小值 1 30.027 30.027 30.043 30.039 2 30.028 30.027 30.039 30.036 3 30.023 30.023 30.018 30.018 4 30.013 30.012 30.031 30.027 5 30.016 30.016 30.028 30.024 6 30.014 30.014 30.028 30.024 7 30.014 30.013 30.028 30.010 30.022 30.019 30.034 30.030 30.030 30.026 30.030 30.022 30.023 30.014 30.038 30.033 30.021 30.019 30.032 30.027 表3—3 两种半轴交变载荷试验值 轴 号 热处理方法 加工方法 断裂前的交变载荷次数 1 表面感应淬火,回铣削花键 54900 火温度约为 2 78900 230℃ 3 115100 平均值 82967 4 表面感应淬火,回冷滚扎花键 306000 火温度约为 5 258000 230℃ 6 214000 7 表面感应淬火,回342000 火温度约为 8 273000 180℃ 平均值 278600 8 9 10 平均值 3.13.2 冷滚轧花键的加工方法
a.用滚轮冷滚轧花键。在滚压头上安装的滚轮个数和花键轴的齿数相同，沿径向分布，全部齿形均在压力机一次工作过程中全部轧
出。滚轧过程是压力机推动工件，通过滚压成形，滚轮在工件表面上自由滚动。这种滚轧加工方法适用于齿数Z<20的花键。
b.用齿条形工具冷滚轧花键。齿条形工具上下对称分布，分别由油缸驱动，作相互平行的交错运动，毛坯(工件)为自由驱动，在齿条工具间滚动过程中产生塑性变形。滚动的圈数大约为8圈。采用这种滚轧加工方法滚轧直径较小的花键时，生产率高。表面质量好。这种滚轧加工方法一般用于滚轧工件的最大直径为D=∮50mm，最大模数为m=4mm。 c.用小齿轮形工具冷滚轧花键。毛坯(工件)轴线和工具轴线平行分布，工具向工件中心移动进给。这种滚轧加工方法适用于渐开线花键。
3.13.3 冷滚轧花键的工艺要求
a.工件材料。硬度在200～230HBS以下的碳素钢以及表面渗碳钢适用于冷滚轧，对于合金钢或碳素钢的深齿工件，冷滚轧前需进行一次退火处理。 b.工件的尺寸和形状。可按照滚轧前后体积不变的原则计算毛坯尺寸。 c.润滑。为了延长工具寿命和防止因工件的热膨胀而降低尺寸精度，需采用能起减摩作用的耐高压润滑剂，如采用二硫化钼和机油的混合剂。
3.13.4 典型的冷滚轧机技术参数
a.前苏联某公司生产的DG一7型冷滚轧机。工件直径D=∮20～160mm，最大工件长度L=800mm，最长滚轧长度l=180mm，最大当量模数m=3mm，齿数z=12～60，滚轧头电机功率2341kW，液压电机功率5.5kW，润滑冷却电机功率3kw 。 b.瑞士GROB公司生产的ZLMeg型冷滚轧机。最大工件长度L=1650mm，最大滚轧长度l=ll00mm，连续分度齿数Z=l2～96，间歇分度齿数Z=10～30，总功率18.5kW，机床外形尺寸：长x高=3500mm31440mm，机床净质量8.5t。
c.日本津上制作所生产的T—GR8型冷滚轧机。软钢工件最大模数m=5.5mm，合金钢工件最大模数m=4.5mm．滚轧驱动电机功率232.24kW，快速进给电机功率0.37kW，无级变速电机功率0.37kW，机床净质量9.5t。
d.青岛生建机械厂冷滚轧技术研究开发中心生产的DY170型小模数渐开线花键和三角花健冷滚轧机。最大滚压力F=315kN，转速n=16～96r／min(6级)，中心距160～300mm。主轴直径D=∮85nan，最大滚轧长度l=22mm，滚压时间1～60s，停歇时间1～30s，主电机功率16kW，液压电机功率4kW，机床外形尺寸：长3宽3高：2110mm32170mm31740mm，机床净质量6t。
3.13.5 冷滚轧花键加工实例
a.美国某公司使用Lees—Brander THD长立柱式六轴回转冷滚轧机滚轧半轴花键(矩形花键)。齿高H=2.78～3.04mm，齿厚B=3.83～3.9mm，外径D=∮5.829—5.840mm。当负荷为100％时，生产率为180件／h。
b.英国福特汽车厂使用美国罗托一弗洛(RDto—Flo)Ex—Cell—O冷滚轧机滚轧半轴花键(渐开线花键)。齿数z=24，半轴由输送带自动输送至冷轧机，用顶尖水平顶住，两个齿条式工具在高压作用下作相对运动，进行滚轧。生产率为330件／h。
c．某公司冷滚轧汽车传动轴(矩形花键轴)。
工件技术要求：材料为40cr，齿数z=l6，外径D=(∮49.915～49.950mm。内径d=∮4075～40.85mm，齿厚B=4.935～4.975mm，键长l=90mm，齿向误差0.05mm，齿侧及外圆粗糙度Ra0.8μm。加工规范：滚轧方法为顺轧拉轧，间歇分度，毛坯直径D=∮46.30mm。滚轧转速n=800r／min，工件进给速度v=80r／min，工件进给速度V=1850mm／min。加工结果：机动时间1.5min／件，工件外径D=∮50.26mm(滚轧后留磨削余量)，内径d=∮40.80mm，齿厚B =4．95mm，齿向误差0.04mm。
d．某公司使用立式油压机(160t)并采用滚轮滚轧方法冷滚轧矩形花键轴。工件技术要求：材料为45号钢，正火后硬度为163～197HBS，齿数Z=10，外径D =∮37.0～37.2m，内径d=∮27mm，齿厚B=5.76～5.86mm，键长l=35mm。工件长度L=200mm，底廓半径R=15.3mm,定心方式为齿侧。加工结果：机动时间5s/件，齿侧表面粗糙度Ra0.4μm，齿向误差0.02mm，周向累积误差0.14mm，相邻周节误差0.10mm。
半轴花键滚轧工艺如下图3—1:
3.14 半轴的热处理
半轴的热处理过去采用调质方法,调质后要求杆部硬度为388～444HB.近些年来采用高频、中频等感应淬火的日益增多,这种处理方法能保证半轴表面有适当