楔横轧是一种轴类零件成形新工艺。与传统切削、锻造工艺相比具有生产效率高、材料利用率高、产品性能好，同时具有轧制成形力小，因而设备吨位小，投资少成本低等优点。 但是传统楔横轧技术只能成形回转体轴类零件，无法成形具有齿形的轴类零件。目前齿轮轴的齿主要是由切削加工方法制造，为节约金属材料、提高生产效率，现在已逐渐采用精密锻造方法生产小模数齿轮，如汽车变速箱内的小模数齿轮。但锻造方法不适合生产大模数齿轮，因为大模数齿轮锻造力巨大而需要庞大的设备。因而亟需一种高效、节能、节材的较大模数齿轮的生产方法。 本项目取得以下创新性成果： 1)本项目提出将齿轮的范成加工原理与传统的楔横轧加工原理相结合，在轧制成形圆截面轴类零件的同时实现齿形部分的精密轧制成形,不仅可以实现大模数齿轮轴类零件的近净成形，而且可以提高齿的承载能力和工作寿命； 2)分析了齿轮轴与模具间的相互作用与运动关系，揭示了模具与轧件之间即存在齿轮啮合传动关系，又存在滚滑运动关系。建立了模具与坯料之间运动关系的数学模型，推导出计算模具齿距的数学方程，为确定各阶段模具的设计提供了依据； 3) 提出了齿的成形方案和设计模具齿形的方法。针对轧制过程中齿形分度不均的乱齿技术难题，提出模具由若干阶段构成并且在任意一个阶段内所有齿的参数都相同的模具设计方法，这样可以实现各阶段模具独立设计以及单阶段轧制实验，通过调整单阶段模具参数就可解决齿形分度不均的乱齿问题，利用齿轮轴轧制实验和数值模拟齿轮轴轧制成形，验证了齿的成形方案和模具齿形的设计方法是正确的； 4)采用数值模拟的研究方法，对齿轮轴类零件楔横轧精密成形的机理和成形规律等科学问题进行了系统深入的研究。研究了齿轮轴成形过程中应力应变场及位移场的分布规律，揭示了齿轮轴类零件精密成形规律、晶粒组织演变机理； 5) 轧制实验结果与有限元仿真模拟结果基本一致,实验结果表明齿轮轴类零件楔横轧工艺是可行的； 6) 项目成果“万吨级楔横轧高质量汽车轴类件生产技术及应用”对推动行业技术进步具有重要作用，经济社会效益显著。2012年获河北省科技进步2等奖；项目成果出版科技专著1部；发表学术论文43篇，其中SCIE检索1篇，EI检索25篇，ISTP检索2篇；获授权国家发明专利4 项；培养博士生8名、硕士生18名。

本项目提出将齿轮的范成加工原理与传统的楔横轧加工原理相结合，在轧制成形圆截面轴类零件的同时实现齿形部分的精密轧制成形。不仅可以实现齿轮轴类零件的近净成形，而且可以提高齿轮的承载能力及疲劳寿命。.采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的研究方法，对齿轮轴类零件楔横轧精密成形的机理和成形规律等科学问题进行系统深入的研究。分析齿轮轴与模具间的相互作用与运动关系，建立描述齿轮轴类零件精密成形的数学模型，确定精密成形的理论方法和最佳工艺条件。研究齿轮轴成形过程中应力应变场及位移场的分布规律，揭示齿轮轴类零件精密成形规律、晶粒组织演变机理。应用试验研究工艺参数对齿轮精密成形规律以及对齿轮晶粒组织、性能的影响规律。.上述基础工作的完成，将为齿轮轴类零件精密成形奠定基础，为实现机械产品零件成形由粗放到精化的转变，使其外部尺寸达到无余量或接近无余量，组织性能明显提高，对实现轴类零件近净成形具有重要意义。

针对国民经济发展迫切需要对大断面收缩率轴类零件实行高效净近成形制造，但相关基础理论研究滞后，阻碍先进的楔横轧技术应用的现状。采用理论分析，数值模拟和试验研究相结合的研究方法对大断面收缩率轴类零件楔横轧精确成形中存在的重要科学问题开展基础研究。分析大断面收缩率轴类零件楔横轧精确成形过程中应力应变场及位移场的分布和变化规律，揭示大断面收缩率轧制时内部缺陷产生机理及预防措施。确立单次超常限断面收缩率稳定轧制条件，阐明多次楔入轧制时各阶段断面收缩率的最佳分配比例。建立描述大断面收缩率工件精确成形的几何模型和数学模型，给出提高成形精度的理论方法和最佳工艺条件。完成上述基础研究，为开发大断面收缩率轴类零件楔横轧成形技术奠定了理论基础。对完善楔横轧成形技术理论体系，指导大断面收缩率轴类零件研制，提高产品质量，满足大批量工业化净近制造大断面收缩率轴类零件的市场需求具有重要意义。

楔横轧优点

与传统的锻造或切削工艺相比，楔横轧工艺有如下优点：

生产效率高，通常是其它工艺的5-20倍。如果产品的几何形状不太复杂，那么使用对称模具一次就可以加工一对工件。在实际生产中，轧辊的转速通常为10-30rpm,那么每分钟至少可以轧制10--30个工件。

材料利用率高。通常，在传统机械加工中（例如切削加工）约有40%的材料以切屑的形式浪费掉，而在楔横轧工艺中根据产品形状有10%-30%的材料浪费。

产品质量好。楔横轧件金属纤维流线沿产品外形连续分布，并且晶粒进一步得到细化，所以其综合机械性能较好，产品精度也高。

工作环境得到了改善。由于楔横轧轧制成形过程中无冲击，噪音小，加之无需冷却液的使用，所以其工作环境得到了大大改善。

自动化程度高。轧件从成形、表面精整到最后成品都是由机器自动完成，所需操作人员较少。

楔横轧局限性

通用性差，只能生产圆截面的轴类件，需要专门的设备和模具；模具的设计、制造、及生产工艺调整比较复杂，且模具尺寸大。所以，该工艺适合轴类零件的大批量生产，不适合于小批量生产。而且不能轧制大型件，轧制棒料的长度也受到限制。因而pR需进行设计方法的创新与改进，扩大楔横轧的应用范围，充分发挥现有轧机的能力。

早在19世纪，人们就探讨用楔横轧生产轴类件。1961年捷克斯洛伐克首先将这一工艺及设备用于工业生产之中。1967年民主德国在莱比锡国际博览会上展出了他们的板式楔横轧技术并获奖。中国从20世纪60年代起对此工艺和设备进行了大量研究工作，并将楔横轧技术用于扳手等工具的制坯和轴类件生产。世界上许多国家采用楔横轧工艺生产了上百种轴类零件及其毛坯。20世纪60年代中期，继二辊楔横轧问世不久，许多国家对三辊楔横轧开展了较为广泛的研究工作。70年代出现了三辊楔横轧轧机及生产的产品。中国从70年代初对三辊楔横轧技术进行研究，成功地轧制铁路货车车轴、电机轴等空心实心轴类件以及设计出大中小型三辊楔横轧轧机，并于1987年获尤里卡国际发明金奖。