花键广泛应用于动力传动装置,而无约束正挤压成形则是花键加工的一种先进工艺。从理论上分析花键无约束正挤压成形的可行性,确定合理的工艺参数并预测成形过程中可能发生的缺陷,是花键无约束正挤压成形工艺成功开发的重要环节。本文提出对大模数花键成形采用冷挤压加工工艺。通过分析花键冷挤压成形极限,得到花键断面缩减率和凹模形状对花键冷挤压成形时相对挤压应力的影响。探讨了花键成形过程中模具和毛坯各参数的设计准则,对有限元模拟时参数的选取具有指导意义。本课题基于刚塑性有限元法,采用三维建模软件CATIA建立矩形花键冷挤压成形的三维模型,使用大型有限元商业软件DEFORM-3D对花键冷挤压成形过程进行模拟分析。以六齿矩形花键冷挤压成形为例,模拟了花键齿形的成形过程,探讨了各参数对花键齿形充满程度的影响,并在模拟软件中采用了测量零件和凹模模面间距的方法,定量判断花键齿形成形后的充满程度。本课题首次提出,大模数花键在无约束正挤压成形过程中,花键齿形根部可能发生开裂现象。依据损伤力学原理,建立起以断裂因子D_f作为齿根开裂判据的研究方法。运用有限元软件,具体分析凹模入模半锥角、凹模入口形状、毛坯前端倒角尺寸、摩擦系数等参数对齿根开裂产生的影响。通过模拟,再现了齿根开裂成形缺陷的发生过程,并找到避免齿根开裂发生的参数优选范围。最后进行花键冷挤压成形实验,验证了使用断裂因子判据来研究齿根开裂缺陷的可行性。