本发明是一种采用楔横轧新工艺加工台阶轴所使用的楔型模具。适用于加工直角和小于直角的内倾角台阶轴，如变速箱轴、凸轮轴、电机轴等毛坯。 在楔横轧台阶轴过程中，台阶端面是一个空间螺旋体面，为了使台阶轴更接近成品的最终形状和尺寸，将螺旋面轧齐是一个关键。现有的楔横轧台阶轴楔形模具，为了解决轧齐问题，根据楔形展宽段加工所形成的空间螺旋体的转移体积来确定楔型轧齐截止曲线的始点和形状，若始点跨入模型的楔入段或在楔入段起点之前的楔体之外，则截止曲线的始点和形状首先凭经验初定，后用调试修整，这样的办法既费时又不准确。
本发明的目的在于克服上述不足，提供计算的截止曲线始点在楔入段和超出楔体外的楔型结构，更好地达到消除空间螺旋面的目的。
本发明的目的是这样实现的：楔型模具由辊体1和附着于上的一对或多对楔型2构成。台阶轴坯料3置于两个楔型之间（见图1）。楔型分为楔入段Yw、展宽段Ys、精整段Yf，变形的楔具有成形角α、展宽角β和楔高h，轧齐截止曲线4，始点为H，其长度为Yw（见图2），截止曲面5（由截止曲线向楔型展开面-纸面所作的垂直面，（见图3）。其特征是：
（Ⅰ）截止曲线4在楔型上地位置和曲线形状是采用单元法求空间螺旋体金属转移体积（包括楔入段和展宽段）来计算和确定的。依据轧齐过程中台阶轴凹档宽度Xo的不同，空间螺旋体需要转移的金属量也会不同，由此确定的截止曲线始点H和提前量△X有下列五种分布：
① Xo＜Xw，△X＜Xo H点在楔入段Yw内 （见图5）
② Xo＜Xw，计算△X′＞Xo，计算H′点在楔型体以外（见图6）
③ Xo＞Xw，△X＜Xo H点在楔入段Yw内 （见图7）
④ Xo＞Xw，计算△X′＞Xo，计算H′点在楔型体以外（见图8）
⑤ Xo＞Xw，△X＜Xo H点在展开段Ys内 （见图9）
上式中：Xw-楔型楔入段Yw对应的理论宽度
△X′-计算截止曲线始点H′的提前量
△X-采用截止曲线始点H的提前量
（Ⅱ）楔型截止曲线的形状：根据上述五种不同分布，分别计算出需要转移的金属体积，通过求始点H的提前量△X，利用X＝Xo-△X和Y＝Ya-（△X+△ΥCtgα）Ctgβ（式中Ya为变形楔总长-见图5-9），Z＝△Υ，求出始点座标，再通过改变楔高h（即Z坐标值），可求出截止曲线上对应各点的座标，平滑联结，各点即得出轧齐截止曲线。对第②种和第④种情况，采用原有楔型计算的△X′＞Xo，其起点H′落在楔型体外，则需要设计替代楔型（见图6，图8中虚线所示），用逼近法计算转移金属体积所涉及的△X＜Xo，即起点H落在楔入段内后，其截止曲线的确定便与第①种和第②种相同了。
（Ⅲ）起点H位置在第①和第③种分布时，可采用直线代替截止曲线。
（Ⅳ）起点H在第②和第④种分布时，可采用Y＝KX3图形曲线代替截止曲线。
在台阶轴加工精度要求不高时，采用（Ⅲ）和（Ⅳ）可以简化楔型设计和制作。
本发明提供的轧齐楔形模具，在设计轧齐楔型时，考虑了楔入段和展宽段需要转移的金属体积，从而改变目前仅以展宽段的计算或外推的方法来设计楔型，靠修型调试来解决轧齐。这样的楔形模具已用在凸轮轴毛坯轧制上。本发明用于截止曲线在展宽段时，被加工的台阶轴内倾角θ不仅用于直角，且适用于α＜θ≤90°范围。
下面结合附图进一步描述
图1 楔型模具立体图
图2 楔型的平面展开图（两对楔型）
图3 图2A-A，B-B，C-C，D-D，E-E剖面图
图4 台阶轴加工过程形状图（对应上述剖面的状况）
图5 单个楔型始点H位置分布图（第①种分布）
图6 单个楔型始点H位置分布图（第②种分布）
图7 单个楔型始点H位置分布图（第③种分布）
图8 单个楔型始点H位置分布图（第④种分布）
图9 单个楔型始点H位置分布图（第⑤种分布）
图10（a）（b） 截止曲线位置和形状图（第①种分布）
图11（a）（b） 截止曲线位置和形状图（第②种分布）
图12（a）（b） 截止曲线位置和形状图（第③种分布）
图13（a）（b） 截止曲线位置和形状图（第④种分布）
见图2、3，成形面6与截止曲面5的交线为截止曲线4。A-A剖面楔入高hA，C-C剖面楔入高hc。图中第一对楔截止曲线起点H在展开段Ys内;第二对楔截止曲线起点H在楔入段Yw内。
见图4，d为台阶轴3的毛坯直径，do为轴颈直径，7为空间螺旋面，Xo为对应一个楔型加工的台阶轴凹挡宽度。θ为台阶轴内倾角，△Υ为坯料楔入深度。
下面举例说明截止曲线五种不同始点H位置和形状：（下述上限法是不考虑楔入段（或展宽段）后变形过渡区的转移金属量。下限法要考虑此金属量）
（1）第①种分布：见图5，图10（a）（b）。
△X（上限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β [Yw3-（Yw-Yo）3] （1）
△X（下限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β [Yw3-（Yw-Yo）3+b·Yo3] （2）
式中a和b-分别为相应部位的楔型形状系数
Yo-对应Xo的楔型展开长度
举例：已知：d＝55.94，do＝36.61 Xo＝13.22
设α＝28° β＝7°30′
计算△Υ＝（d-do）/2＝9.67 Yo＝Xoctgβ＝100.42
Xw＝△Υ·ctgα＝18.19 Yw＝Xwctgβ＝138.16
由公式（2）求出H点提前量△X＝9.02
确定H点三坐标：X1＝13.22-9.02＝4.20
Y＝238.58-206.68＝31.9
Z＝△Υ＝9.67
确定出截止曲线A各点空间三座标值列于表1，作出曲线见图10-（b）
同理，用公式（1）求出的曲线4见图10-（a）。轧件精度要求不高时，采用直线替代曲线4。
（2）第②种分布：见图6 图11（a）（b）
采用原有楔型，计算出△X′＞Xo，计算始点H′在楔型体外，设计需采用替代楔型计算，H点落在楔入段Yw内。
△X（上限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β[Yw3-（Yw-YH）3] （3）
△X（下限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β [Yw3-（Yw-YH）3+b·Yo3]-1/4（Xo-XH）（Yo-YH）（△Υ-δΥ）Ctgα·Ctg2β （4）
式中：Xh-计算所采用的替代楔型（见图6中虚线）点H的宽度
Yh-计算所采用的替代楔型（见图6中展开长度）对应Xh的展开长度
δΥ-沿楔高h方向楔入深度的增量
计算时采用逼近法
举例：已知：d＝55.94，do＝27.46，Xo＝12.20
设：α＝28°，β＝7°
计算：△Υ＝（d-do）/2＝14.24 Yo＝Xo·Ctgβ＝99.36
Xw＝△Υ·Ctgα＝26.79 Yw＝Xw·Ctgβ＝218.14
由公式（4）求出H点提前量△X＝10.38
确定H点三座标：X＝12.20-10.38＝1.82，
Y＝317.50-302.68＝14.82 Z＝△Υ＝14.24
截止曲线各点三座标列于表2，作出曲线4见图11（b）
同理由公式（3）计算作出的曲线见图11（a）
若用近似曲线Y＝kX3替代时，曲线4上各点列于表2.1
表2.1曲线在图形11-（b）上用黑点标出。
（3） 第③种分布，见图7，图12（a）（b）。Xo＞Xw，计算△X′＜Xo，计算采用原有楔型，H点在Yw内。
△X（上限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β[Yw3+C·Yw2Ys] （5）
△X（下限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β[Yw3+C·Yw2Ys+b·Yw3] （6）
式中：C-为相应部分形状系数
举例：已知：d＝61.02，do＝35.29 Xo＝27.66
设α＝30° β＝8°30′
计算△Υ＝（d-do）/2＝12.87，
Xw＝△Υ·Ctgα＝22.29
Yw＝Xw·Ctgβ＝149.15 Yo＝Xo·Ctgβ＝185.07
用公式（5），求出△X＝21.90
X＝27.66-21.90＝5.76，Y＝334.22-205.68＝38.54
Z＝△Υ＝12.87
截止曲线上各点的三座标值，列于表3，作出截止曲线4为图12（a）
同理，用公式（6）计算结果作出曲线见图12（b）。
（4）第④种分布：见图8，图13（a）（b）
Xo＞Xw，用原有楔型计算，△X′＞Xo，H′落在楔型体之外，设计需采用替代楔型（见图8中虚线示出）计算，H点便在Yw内，替代楔型提前量△X：
△X（上限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β[Yw3-（Yw-YH）3+C·Yw2·Ys] （7）
△X（下限法）＝a·（1/πdo2）·tgαtg2β[Yw3-（Yw-YH）3+C·Yw2Ys+bYw3-（1/4）XwYw△ΥCtgαCtg2β （8）
计算时采用逼近法。
举例：已知：d＝55.94 do＝27.46 Xo＝35.08
设：α＝28 β＝7°
计算：△Υ＝（d-do）/2＝14.24
Xw＝△Υ·Ctgα＝26.79
Yw＝Xw·Ctgβ＝218.14
Yo＝Xo·Ctgβ＝285.69
用公式（7），求出H点的提前量△X＝29.20。
确定H点的三座标：X＝35.08-29.2＝5.86;Y＝503.83-456.11＝47.72;Z＝△Υ＝14.24
曲线上各点计算值列于表4，作出曲线见6图12-（a）
图12-（a）中虚线是可替代截止曲线4的近似曲线。
用公式（8）求出△X＝31.75
则H点的三座标：X＝35.08-31.75＝3.33;
Y＝503.83-476.71＝27.12;Z＝△Υ＝14.24。
（4）各点计算值列于表5，作出曲线见图12-（b）
图13-（b）中虚线是近似曲线替代的结果。
（5）第⑤种分布，见图9Xo＞Xw，起点H在展宽段Ys内，且Xw＜Xh＜Xo，提前量：
△X＝-（Ctgθ-Ctgα）[（r3-ro3）/3ro2-（r-ro）+（π/2）tgβ[（r3-ro3）/3ro2-（r3-ro3）/2ro] （9）
式中：r和ro-分别为d/2和do/2。
利用上式求出△X后，起点H座标即可确定，计算方法同前。