矩形花键轴是汽车传动的重要零件,矩形花键的无约束正挤压成形是一种先进的花键加工方法。从理论上分析无约束正挤压成形的可行性、给出精确的成形力的计算方法、确定合理的工艺参数是矩形花键无约束正挤压成形的关键。本文在分析矩形花键冷挤成形流动规律的基础上,应用上限法计算出了矩形花键无约束正挤压的成形力。花键冷挤压多属于长轴类无约束正挤压,本文运用压杆稳定原理分析了长轴类花键无约束正挤的荷载传递特点,提出了长轴类花键无约束正挤的弹性失稳的校核判据,同时探讨了矩形花键冷挤压过程中传力段毛坯镦粗的现象。研究表明,花键冷挤压时金属在凹模型腔内的流动随凹模入口锥角和毛坯直径的不同对齿形充满的流动影响也不同。本课题在已有实验数据基础上,利用锻造专用有限元数值模拟软件DEFORM-3D对花键的冷挤成形过程进行了有限元模拟。通过比较模拟结果和试验结果,获得了矩形花键冷挤的最佳毛坯直径、最佳凹模入口锥角,并得出了凹模在挤压过程中的压应力大小及分布规律,分析得到了凹模在挤压过程中的弹性变形,对矩形花键凹模的合理设计具有积极的指导意义。本文通过对组合凹模传统的设计原理的研究,应用C++语言开发了冷挤压组合凹模的辅助设计程序,使花键冷挤压组合凹模设计更加高效、精确,同时该程序可以应用到其他冷挤压工件的组合凹模的设计中。