图1  轴向成形加工原理图示

汽车工业的全球化使产业的生产链发生了巨大变化。OEM原始设备制造商和供货商数量不断增加，从而导致功能性界面之间出现了问题，由此对加工精度的需求也越来越高。

在传动系统中，所谓界面大部分是指扭矩转化的几何形体，它需要依赖于花键才能实现。而FELSS公司就是能够提供优质与高精度花键的制造商，目前其专利脉冲轴向成形技术已经可以满足全球化需求。其加工用的机床概念采用积木式设计和柔性生产。而且，成形工艺还具有很大的经济优越性。在一个传动件的实例中，FELSS公司曾经对花键生产的成本做过详细的比较。数据是透过一伞齿轮轴引证的。最终得出的结论是，成形工艺的生产成本更具优势。也就是说，采用无切屑成形工艺可以获得更好的经济效益。

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轴向成形技术的工作原理

在汽车工业以及在其他行业中，往往将花键作为零件之间的扭矩转化媒介面。在汽车生产行业，这类花键轴常常被应用于动力驱动系统、转向和传动系统之中。轴向成形工艺对内、外花键的加工生产提供很多优点。这一工艺既适合于管材、也适合于实心工件的加工。在外花键轴的轴向成形加工中，刀具（即花键成形模具）在夹持得很紧的工件表面上滑动，拉出键槽，形成花键（图1）。

由于花键成形模具采用单体设计，因此花键成形前的预拉直径可保留较大的公差尺寸。与无切屑滚齿工艺相比较，这一工艺具有一定优点。其预拉直径既可保留较大公差尺寸，也不影响节距误差。在轴向成形工艺中，还有一个问题非常重要，即润滑油的供应和选用。

在一般的轴向成形加工中，模具以恒速向前运动。由于施加于工件上的摩擦力很高、成形力很大，因此在花键成形模具和夹紧装置之间的区域会产生一个很高的轴向压力负荷。如果工件的横截面不足够，这一压力负荷可能会导致工件的鼓形凸起。而脉冲轴向成形工艺就可承受这一压力负荷，因在成形过程中，其对工件产生的轴向压力比较小。除此之外，这种工艺在向前滑动时使用的是轴向脉冲运动法，从而大大降低其所需的轴向力。

与一般的轴向成形工艺相比，采用脉冲轴向成形工艺，其所需的成形轴向力可减少40%以上，这是因为其材料的流向特性发生了改变，以及润滑效果得到了改善（因润滑油薄膜可以不断地得到补充）。每当花键模在脉冲中反向运动时，实际上并不与工件接触，因此，材料中的应力得以自动消除，同时，润滑油也可从缝隙中直接进入。

图2  采用一般轴向成形工艺加工的工件，花键后面鼓形凸出（右侧），而采用脉冲轴向成形工艺加工的花键，整个工件非常完美

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轴向成形工艺进一步不断开发，也使这一工艺的局限性越来越小。该工艺不但能加工最新的花键形状，还可加工齿高2.7mm或以上的花键。积木式机床的概念允许机床在一次操作下，就能完成内、外形状或花键的全部成形加工。由于采用了积木式设计结构，因此，不同工件的调试十分简单。在许多应用领域中，脉冲轴向成形工艺已成为一种主要的加工手段。

对壁厚为2.6mm的空心薄壁传动轴花键进行加工时，由于成形力的减少，采用脉冲轴向成形工艺可以在薄壁空心工件上成形花键。图2所示的中心齿轮轴，其花键直径为43mm，但其壁厚只有2.6mm。

旋锻工艺

除了轴向成形工艺，FELSS公司还成功地采用旋锻工艺来生产重量优化的工件。实际上，旋锻工艺已在工业中应用了很长一段时间，现在这一工艺主要应用于汽车工业和许多其他行业的一系列零件加工之中。该工艺现已成为一个成熟的现代化生产方法。旋锻工艺基本上可分为两大类：即进料式旋锻工艺和凹进式旋锻工艺。至于选用哪一种方式则取决于需要成形加工工件的几何形状。

如需在工件一端把一般长的截面缩小，则可选用进料式旋锻。凡需在缩径部位成形陡削角的，则可采用凹进式旋锻。这一技术可以使工件的局部截面发生变化，也可以使中间区域形成凹槽。

如在管材的外径上进行旋锻的同时，加上一根适当的芯轴，管内便能形成复杂形状。这一方法既适用于进料式旋锻工艺，也适用于凹进式旋锻工艺。

旋锻工艺可达到很精密的公差尺寸，因此在大部分情况下，不再需要后续加工。外径的公差精度范围在±0.01~±0.1mm之间。在通常情况下，公差精度等级可达到IT8级和IT9级。一般来说，在芯轴上的内径成形公差精度<0.03mm。

经旋锻加工后，其表面粗糙度值较低且具有较高的负荷承载。如凹进式旋锻后的平均表面粗糙度可达到Ra≤0.1μm。因此其表面粗糙度质量可与磨削加工或甚至抛光加工的表面质量相媲美。

旋锻加工的大部分零件，几乎已接近完美的形状，可完全满足安装要求。由于旋锻工艺能够适应各种形状的需要，并能达到很高程度的形变要求，因此这种加工工艺具有很大的优势。

一般来说， 旋锻工件在淬硬处理后所产生的形变要比其采用其他方法成形加工的零件要少。旋锻工艺和轴向成形工艺已被很多中国客户广泛使用。FELSS公司为中国客户提供了15台旋锻机，主要用于转向零件的生产。