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新技术与新工艺提升齿轮加工水平

2013-01-14    来源: 汽车周报    字号:【

不论是手动与自动,品质优良的汽车变速器零部件的加工需要有适合的工艺与方法来保证,如齿轮的设计与制造、切削加工与热处理工艺、润滑与密封技术等。前不久在安徽潜山召开的2012年中国齿轮产业发展高峰会议上,不仅对变速器与齿轮行业的转型升级、创新发展有所论述,而且会议还组织了多位技术专家演讲,从不同侧面介绍了齿轮领域加工技术的新发展。

适合的工艺与设计保障齿轮传动

设备综合性能

齿轮传动设备的综合性能由其中的各个组成部分、装配工艺及润滑介质所体现。国外很多齿轮箱(变速器)不仅做到了长寿命,而且重量轻、免维护,这是目前国内大多数企业难以做到的。南京湃腾工贸有限公司经理吴林介绍,通过先进合理的设计、选用适当的工艺与装配方法、加上先进的润滑介质,国内齿轮行业也能通过适当的工艺技术环节对提高传动齿轮的抗疲劳性能、延长寿命、降低噪音、提高传动效率、节约能源等方面有所提升。

在设计阶段,选择合适的齿轮材料、进行先进合理的结构设计、选用高效可靠的齿轮与轴承是必不可少的环节。在齿轮加工过程中,先进的毛坯成型工艺,稳定、精密的热处理工序,以及合适的表面硬化处理程序,都是最终形成齿轮精品的关键因素。比如在磨削加工中即存在着几个关键的环节:通过选用磨刃锋利、磨削表面应力小的砂轮,可以提高磨削进给量,缩短磨削时间,提高磨削效率并延长砂轮修整的间隔以降低成本;通过使用恰当的磨削及修砂轮参数,在保证没有磨削烧伤裂纹和保证质量的前提下,尽可能使用较高的磨削参数以缩短磨削时间,提高磨削效率,提高产量,并保证精度、降低表面粗糙度;通过使用合适的磨削油,可保证在良好润滑、防锈的前提下,利于降低磨削齿面表面应力,避免烧伤裂纹,降低粗糙度,减小堵砂轮气孔的程度,保证砂轮锋利,减小砂轮修整,降低砂轮用量、降低成本。

加工中心制造齿轮成为新方向

北京交通大学王小椿教授在他的演讲中,介绍了基于加工中心的齿轮设计与制造技术。

作为机械制造中一个很特殊的类别,齿轮加工的特点是需要加工的齿面通常都是复杂曲面,具有特殊的形状,不仅每一个齿面要有很高的精度,而且各齿面之间还要有很高的相对位置精度,整个齿圈与安装面之间也要有很高的位置精度要求。

经过多年的理论研究与实践,王小椿教授总结出一套用加工中心加工齿轮的方法,它不仅为单件小批量和大模数齿轮加工提供了一种全新的高效率、低成本、高柔性和快速响应的制造方法,同时还突破了旧的制造工艺对产品结构的限制,为高功率密度、轻量化的传动机构以及一些创新型的设计方案的实现奠定了基础。

具有多轴联动功能的现代加工中心可以高效率、高精度地加工出各种复杂的曲面,并具有很好的柔性,通过加载不同的G代码,就可以在同一台机床上加工出不同形状和类型的零件。王小椿说,在加工中心上加工齿面时,通常并不采用展成或成形的方法来加工,只是将其作为一张曲面来加工,因此刀具与工件之间的接触长度要远小于传统的齿轮加工方法。

使用结构合理的加工中心加工齿轮,具有良好刚性、定位精度和重复定位精度,加上在精加工时的切削力远小于传统的加工方法,可以获得良好的加工精度。此外,由于加工中心有刀库,换刀速度很快,在粗加工和半精加工阶段,可以针对不同的工步选用最合适的刀具以提高加工效率。

数字化感应淬火工艺成齿轮热处

理新方法

在齿轮的各项热处理技术中,往往需要既费工又费时的传统工艺来保障,如渗碳、氮化等工艺。作为使用近一个世纪的感应热处理这项传统热处理技术,经过近年来不断的开发和创新,其优越性越来越被人们认可,特别是它的高效、节能、无污染、易于实现自动化等特点,完全符合当今绿色工艺的发展方向。

专事研究齿轮感应淬火技术的艾玛泰感应科技(北京)有限公司副总经理闫满刚在介绍这项技术的最新进展时说,随着数字化技术的应用,齿轮感应淬火的整个工艺过程被数字化控制,不仅是数字化控制数控机床,而且包括数字化控制高频电源,工艺的可靠性和重现性得到了极大的提高。

齿轮的热处理变形是多种因素造成的,既有材料及热处理过程中和材料特性相关的热变形、组织体积变化等产生的变形,也有齿轮加工过程中各工序产生的内应力等在热处理过程中释放造成的变形,其因素是复杂的。采用一种带矫正的模压淬火工艺,既在很大程度上不再约束之前的齿轮加工工序,而且通过限制最终淬火尺寸的方法,极大地限制了淬火后的变形,提高了产品合格率及减小后续加工费用,尤其在极易变形的薄壁环形齿轮方面的应用效果非常显著。

通过感应淬火这一符合绿色制造概念的热处理工艺技术,数字技术、特别是数字化中频电源技术,使这一工艺能够可靠地进行,消除了以往非数字时代感应淬火工艺的不可靠所造成的开裂、承载能力不稳定、寿命差等弊端。

多种技术方案全方位助力齿轮变

速器行业

来自安瑞控股集团有限公司的专家介绍了未来具有高抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损和具有超长寿命的轴承概念。通过采用现代表面强化处理技术,在轴承零件工作表面注入合金元素、抗磨元素和添加元素,如束线离子PID处理技术、等离子PIID处理与沉积技术等,可使轴承实现减少35%以上摩擦损失和降低50%以上噪音的超低噪音的超低摩擦,轴承寿命可达到普通轴承的5~6倍。通过第三方检测评价,这种高效轴承两年以上静压状态非常稳定,在试验条件下4套样品轴承均通过了2700小时的强化寿命试验。

齿轮变速器如果密封不好,机械在使用过程中所产生的后果是可以想像的。作为德国三大汽车密封件设计制造商之一的善尔固KACO公司,针对轴在车削工艺、磨削工艺等加工过程中可能产生的螺旋轴漏油和各种可能的密封结构,通过在设计上采用可接受更大偏心偏差的油封和动态密封等方式,实现了持久的低摩擦密封。

在本次高峰会议上,还有几位来自行业的技术专家介绍了与变速器相关的技术,如上海交通大学张建武教授介绍的干式双离合器重叠接合过程的动力学与最优控制,上海开信机械制造有限公司总经理陈小虎介绍的齿轮喷丸强化工艺及应用、德国善尔固KACO公司总经理曹阳介绍的齿轮传动装置的密封技术、瑞典山特维克可乐满公司经理谢晓东介绍的齿轮加工高效解决方案等。记者感受到,除了国人自己创新研发的新技术、新工艺外,许多源自国外的技术,通过在国内的实践、改进、实践、创新、再实践的良性循环过程,把世界上最新的变速器与齿轮相关制造技术应用服务到中国齿轮行业并不是一种期盼,目前已经成为一种现实。

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