淺談汽車齒輪加工工藝發展動向

發布日期:2016-06-15    蘭生客服中心    瀏覽:5907

一、前言:

  隨著我國汽車制造業的發展,汽車齒輪加工行業也取得了長足的進步,汽車齒輪是汽車傳動系統中極其重要的零部件,又是傳動系統中的核心部件,所以說齒輪的品質直接關系到傳動系統的品質,也是影響整車的性能和噪音的重要因素。因此,必須要更加深入的分析汽車齒輪工藝發展的動向。

二、汽車齒輪加工概述

  齒輪加工的專業性比較強,根據齒輪的不同用途,在生產條件的許可下采取不同的加工工藝來控制齒輪的精度等級,承載能力及疲勞壽命等。汽車齒輪的加工工藝一般為毛坯鍛造、毛坯熱處理(正火)、齒坯加工、齒形加工、熱處理及熱后加工幾個階段。

三、汽車齒輪加工工藝

1、鍛造齒坯

  熱鍛的過程在齒輪毛坯鍛造仍然被廣泛使用。近年來,橫軋技術在機械軸的生產上是一個大規模推廣過程。這種技術特別適用于更復雜的階梯軸類工件,這種方法不僅精度高,生產效率高,更重要的是加工余量小,基本沒有資源浪費。隨著鍛造技術的發展,已經有越來越多的鍛件采用閉式模鍛技術。尤其是盤齒類的鍛件,采用閉式模鍛不僅能夠提高材料的利用率,而且省去了切邊工序,減少了對設備和人工的投入,其經濟效果對廠家來說不言而喻。

2、正火

  齒輪毛坯最常用的熱處理方法為正火。這個過程的目的是消除鍛造過程組織應力,穩定改善內部組織。以獲得良好的切削性能和為最終熱處理進行組織準備,以有效地減小齒輪的熱變形。一般的正火處理,由于受操作人員,設備和環境的正;绊懕容^大,從而使工件和冷卻速度是難以控制均勻的,導致不均勻的組織結構,使得產生大的熱變形而無法控制,直接影響后序金屬切削及最終熱處理,出于這個原因,必須使用等溫正火過程。實踐證明有效改變正;葴厝秉c的弊端,可以有效提升產品質量。

3、車削加工

  齒坯加工最常用的是車削。為了滿足高精度加工的齒輪定位的要求,所有齒輪毛坯均采用數控車床一次性完成。機械夾緊、不用反復重磨舊式車刀,端面和外徑同步加工過程設備得以實施完成,既保證了端面與內孔垂直度的要求,又確保了大批量生產下齒坯離散性差異小,從而提高了齒輪坯件精度,以確保后序齒輪齒形加工精度。此外,本公司購進的高性能的數控車床也顯著的減少了設備數量,經濟性明顯較好。

4、齒形加工

(1)滾、插齒

  滾、插齒仍然是齒形加工最有效的技術手段,也是適應面最廣的加工技術。傳統的滾齒機和插齒機受其機床本身技術上的制約,加工速度較慢,生產效率低,如:我公司變速器5T065輸入軸生產線要完成20萬/年的產能時,滾二檔、插一檔各序兩臺滾、插設備才能保證節拍。加工精度也不高。這種加工設備對水資源、土壤及空氣有一定的污染,危害著人類的健康。隨著齒輪加工機床的高速化、切削技術的不斷完善,以及干切式高速切削刀具的進一步發展,高速干切加工已經得到了快速發展。

(2)剃齒

  剃齒是熱前齒輪精加工的常用方法。而徑向剃齒技術,因為其效率高,齒形、齒向的修形設計非常容易實現,被廣泛應用于大批量生產的齒輪中。上世紀90年代中期,本公司引進了意大利SICMATRAS0220型徑向剃齒機,經過多年的應用,這種技術已經日益成熟,產品加工質量穩定可靠。

5、熱處理

  根據性能要求,汽車齒輪一般選用低碳合金鋼,如齒輪鋼20CrMnTi。熱處理一般是滲碳淬火+回火。熱處理后形成淬火后的表面硬度高,并且保持了心部的塑韌性,從而提高齒輪的耐磨性、疲勞強度以及高壽命等。

6、磨削

  主要是對齒輪熱處理后所有配合的元素如:軸的外徑、齒輪內孔、端面等主要部分提供精加工,減小幾何公差的大小,以提高裝配安裝精度。

7、檢驗

(1)齒輪檢測技術

  齒輪檢測技術是齒輪加工生產中重要的一環,沒有先進的檢測技術和設備,它是不可能制造出一件具有優良性能的齒輪,F代齒輪技術是結合非接觸式檢測技術、高精度、多功能、自動化,集成化(電腦控制)、經濟化發展的方向。在檢測領域中,解決問題求解大型和小型模數檢測問題。

(2)齒形檢測方法

  目前是兩種類型,有單一的誤差測量和綜合誤差的測量。1968年四川成都工具研究所首次實現齒輪整體誤差方法測量綜合誤差。揭示了齒輪固有的特性和各種誤差之間的聯系機制,提供了基礎的監控齒輪制造質量,改進設計和制造齒輪的工藝和方法。1970年以后成都工具研究所、哈爾濱和北京量具廠等用這種方法測量技術研制了完全橫截面的測量儀器,用來減少誤差,以全面制定發展新階段的測量方案。

  隨著與國際接軌,國外先進的檢測技術及設備在較高要求齒輪加工過程中不斷的推廣。也促進了行業進步。著名的齒輪測量中心有德國克林貝格、溫澤公司制造的,還有美國M&M公司的同類產品等在我公司的齒輪檢測中得到應用。

四、 齒輪加工新動向

  隨著汽車工業的高速發展和綠色環保的要求,帶動了制造技術的不斷提升,齒輪高速干式切削、硬齒面加工、無屑加工(冷軋齒輪)等新技術得到蓬勃發展。特別是對汽車齒輪降低噪聲要求的不斷提高,磨齒和珩齒作為齒輪熱后精加工工藝的應用正日益增多。

1、硬齒面加工

(1)磨齒加工作為齒輪精加工的一種方法。這種曾經的被認為效率低、成本高的齒輪加工手段,隨著新型砂輪材料的不斷應用及數控技術自動化程度越來越高、磨齒機的效率得到極大提升的情況下,現在已經在齒輪加工中得到了普遍應用。

  在國內外的汽車齒輪加工企業普遍都擁有自動化的數控磨齒機,常見的有德國KAPP磨齒機、意大利SU磨齒機、美國Gleasno磨齒機及日本三菱磨齒機等。

  本公司采用日本三菱磨齒機加工5T065系列差速器齒圈其參數為

齒數

模數

壓力角

螺旋角

齒根園

齒頂園

齒寬

材料

62

2.25

20

30

161.081

167.6

24

20CrMnTi

磨齒后對其精測結果見下圖:

                                 左齒面齒距誤差              右齒面齒距誤差

  通過磨齒加工的齒輪能夠獲得更好的精度等級,消除熱處理變形,從而更好地控制齒輪的噪音,提高齒輪的制造品質,F磨齒加工工藝在整個齒輪行業中已基本成熟并在快速增長,而汽車齒輪加工行業將會是近幾年硬齒面加工增長最大的市場。

(2)強力珩齒技術

  隨著人們對汽車駕駛的舒適性要求不斷提高,自動變速器的需求越來越大。傳統的滾/插齒一剃齒一熱處理加工工藝已無法滿足齒輪在自動變速器中的要求。

  球面強力珩齒的機加工工藝,所展示出的是一種剃齒和磨齒的替代工藝。

  采用球面強力珩齒,對熱后圓柱齒輪的齒面進行精加工,用戶可以極大地降低大功率傳動裝置的噪音,并確保更長的使用壽命。不管是否采用預先加工的工藝方案,球面珩齒均能改善輪齒的幾何狀態,降低齒輪的跳動誤差和齒距誤差,同時精整輪齒的表面和齒向,進而實現低噪音的輪齒接觸特點。另外對于某些零件,在磨齒加工時存在幾何形狀干涉問題的而無法加工,強力珩齒是唯一可實現的硬齒面精加工方法。

因此這種新工藝在國內將有待于普及推廣應用。

2、齒輪高速干式切削

  高速干式滾切機是滾齒設備朝著全數控化、數控高速化后更進一步發展結果,高速滾切技術的實現還有益于滾刀制造技術的提高,如日本三菱重工開發的干切滾刀是在提高耐磨性的特殊高速鋼材料上進行耐熱,耐熱的特殊涂層(TiAlN)處理,被稱為“超級干切滾刀”,可提高刀具壽命。國內刀具制造商(如漢江工具廠)采用進口刀具材料進行加工,并引進國外涂層技術,干切滾刀也實現了市場化,刀具涂層這一難點得到解決,為干切技術在中國的發展提供了有利條件。如在國內的上汽公司、陜西法士特齒輪有限公司及本公司也已采購了日本三菱的干式滾齒設備。

  我公司5T065系列差速器齒圈制齒采用日本三菱高速干式滾切機床加工對提高生產效率、降低工具費用、改善環境以及減少能源消耗等取得了很大的效果,差速器齒圈相關參數為:

齒數

模數

壓力角

螺旋角

齒根園

齒頂園

齒寬

材料

62

2.25

20

30

161.081

167.6

24

20CrMnTi

                       干滾后齒形精度                   齒向精度

采用干式加工:

生產效率

切削油

電費

工具費降低

成本降低

提高2倍

降低100%

降低33%

40%

45%

  并且干式加工還有效的防止因油煙所造成的空氣污染以及費油處理所造成的環境污染。

  世界最重要的傳動系列產品專業制造商ZF、德國大眾、美國FORD汽車公司等使用高速干滾切削已經成為主流。干切技術一定會成為齒輪加工行業中的主流加工方式。

3、少/無屑加工

  為了取得更好的性價比,提高齒輪的市場競爭力,在節約資源,節省成本,保護環境,提高材料利用率等的優勢下,冷軋、冷擠壓、熱精鍛、冷精鍛成型,冶金粉末加工等少/無屑加工工藝將成為汽車齒輪加工技術的首選。

  本公司5T065系列變速箱中的低速檔齒輪均采用精短結合齒的加工工藝,這種加工方式不僅利于環保、節約能源而且也減少了部分加工設備。

五、 乘用車變速箱的變遷

  中國的二氧化碳排放量占世界的比重增大,原油價格的調整以及環境負荷需要減輕的對策顯得越來越重要。因此混合動力汽車變速箱及電動汽車變速箱將隨之增加,為了減小熱處理變形,更好的控制變速箱的噪音,必須對齒輪的精度提出更高的要求。

  追求高精度、高效率、低成本應采用以下的工藝路線:

可塑性加工

制齒

齒部精加工

熱處理

裝配面

齒部精加工

車削

干式切削

不采用熱前剃齒

滲碳淬火

 

熱后磨削

采用磨齒.珩齒

 

六、全智能加工系統

  隨著電子計算機的迅速發展,數控技術越來越普及應用于齒輪加工。全數控、多元化、小型化、低噪聲、高速高效、高智能、綠色環保等新型加工設備發展隨著而來,齒輪加工也向著有全自動,全智能,高可靠性方向逐步發展,未來將會實現由一人值守,全機器運轉替代傳統的人工操作流水線作業方式。齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色制造方向發展。

七、結束語

  總而言之,必須要重視我國齒輪加工工藝的發展動向,針對當下汽車齒輪加工工藝的現狀,提出加強工藝水平的一些有效的措施,不斷提升我國汽車齒輪加工行業的產品質量和制造水平。下面介紹一款高速加工中心:

  意大利西曼斯CMS高速加工中心ANTARESLM系列五軸龍門加工中心

  ANTARESLM系列數控高速龍門加工中心,適合于各種各樣的非金屬材料工件的復雜型面的高精度加工。

項目
X軸行程mm
Y軸行程mm
Z軸行程mm
B軸旋轉坐標
C軸旋轉坐標
快速移動速度(X,Y軸)mm/min
快速移動速度(Z軸)mm/min
最大加速度(X,Y軸)m/s2
最大加速度(Z軸)m/s2
額定功率KW
最高轉速rpm
主軸冷卻
主軸追定
刀庫容量
ANTARES
2600
1500
1200
80-120
70
5-6
5
+/-135°;16.200°/min;3.500°/s2
+/-320°;21.600°/min;3.500°/s2
6kw-18.000rpm
27.000rpm
液冷
ISO30
8-16把

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