淺談汽車(chē)齒輪加工工藝發(fā)展動(dòng)向
發(fā)布日期:2016-06-15 蘭生客服中心 瀏覽:25898
一、前言:
隨著(zhù)我國汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展,汽車(chē)齒輪加工行業(yè)也取得了長(cháng)足的進(jìn)步,汽車(chē)齒輪是汽車(chē)傳動(dòng)系統中極其重要的零部件,又是傳動(dòng)系統中的核心部件,所以說(shuō)齒輪的品質(zhì)直接關(guān)系到傳動(dòng)系統的品質(zhì),也是影響整車(chē)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(chē)齒輪工藝發(fā)展的動(dòng)向。
二、汽車(chē)齒輪加工概述
齒輪加工的專(zhuān)業(yè)性比較強,根據齒輪的不同用途,在生產(chǎn)條件的許可下采取不同的加工工藝來(lái)控制齒輪的精度等級,承載能力及疲勞壽命等。汽車(chē)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(gè)階段。
三、汽車(chē)齒輪加工工藝
1、鍛造齒坯
熱鍛的過(guò)程在齒輪毛坯鍛造仍然被廣泛使用。近年來(lái),橫軋技術(shù)在機械軸的生產(chǎn)上是一個(gè)大規模推廣過(guò)程。這種技術(shù)特別適用于更復雜的階梯軸類(lèi)工件,這種方法不僅精度高,生產(chǎn)效率高,更重要的是加工余量小,基本沒(méi)有資源浪費。隨著(zhù)鍛造技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)有越來(lái)越多的鍛件采用閉式模鍛技術(shù)。尤其是盤(pán)齒類(lèi)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(jīng)濟效果對廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)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(gè)過(guò)程的目的是消除鍛造過(guò)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(jìn)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(huán)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(chǎn)生大的熱變形而無(wú)法控制,直接影響后序金屬切削及最終熱處理,出于這個(gè)原因,必須使用等溫正火過(guò)程。實(shí)踐證明有效改變正;葴厝秉c(diǎn)的弊端,可以有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。
3、車(chē)削加工
齒坯加工最常用的是車(chē)削。為了滿(mǎn)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(chē)床一次性完成。機械夾緊、不用反復重磨舊式車(chē)刀,端面和外徑同步加工過(guò)程設備得以實(shí)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(chǎn)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(jìn)的高性能的數控車(chē)床也顯著(zhù)的減少了設備數量,經(jīng)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(shù)手段,也是適應面最廣的加工技術(shù)。傳統的滾齒機和插齒機受其機床本身技術(shù)上的制約,加工速度較慢,生產(chǎn)效率低,如:我公司變速器5T065輸入軸生產(chǎn)線(xiàn)要完成20萬(wàn)/年的產(chǎn)能時(shí),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(zhù)人類(lèi)的健康。隨著(zhù)齒輪加工機床的高速化、切削技術(shù)的不斷完善,以及干切式高速切削刀具的進(jìn)一步發(fā)展,高速干切加工已經(jīng)得到了快速發(fā)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(shù),因為其效率高,齒形、齒向的修形設計非常容易實(shí)現,被廣泛應用于大批量生產(chǎn)的齒輪中。上世紀90年代中期,本公司引進(jìn)了意大利SICMATRAS0220型徑向剃齒機,經(jīng)過(guò)多年的應用,這種技術(shù)已經(jīng)日益成熟,產(chǎn)品加工質(zhì)量穩定可靠。
5、熱處理
根據性能要求,汽車(chē)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(shù)
齒輪檢測技術(shù)是齒輪加工生產(chǎn)中重要的一環(huán),沒(méi)有先進(jìn)的檢測技術(shù)和設備,它是不可能制造出一件具有優(yōu)良性能的齒輪,F代齒輪技術(shù)是結合非接觸式檢測技術(shù)、高精度、多功能、自動(dòng)化,集成化(電腦控制)、經(jīng)濟化發(fā)展的方向。在檢測領(lǐng)域中,解決問(wèn)題求解大型和小型模數檢測問(wèn)題。
(2)齒形檢測方法
目前是兩種類(lèi)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(shí)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(lián)系機制,提供了基礎的監控齒輪制造質(zhì)量,改進(jìn)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(chǎng)等用這種方法測量技術(shù)研制了完全橫截面的測量?jì)x器,用來(lái)減少誤差,以全面制定發(fā)展新階段的測量方案。
隨著(zhù)與國際接軌,國外先進(jìn)的檢測技術(shù)及設備在較高要求齒輪加工過(guò)程中不斷的推廣。也促進(jìn)了行業(yè)進(jìn)步。著(zhù)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(lèi)產(chǎn)品等在我公司的齒輪檢測中得到應用。
四、 齒輪加工新動(dòng)向
隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展和綠色環(huán)保的要求,帶動(dòng)了制造技術(shù)的不斷提升,齒輪高速干式切削、硬齒面加工、無(wú)屑加工(冷軋齒輪)等新技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。特別是對汽車(chē)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(jīng)的被認為效率低、成本高的齒輪加工手段,隨著(zhù)新型砂輪材料的不斷應用及數控技術(shù)自動(dòng)化程度越來(lái)越高、磨齒機的效率得到極大提升的情況下,現在已經(jīng)在齒輪加工中得到了普遍應用。
在國內外的汽車(chē)齒輪加工企業(yè)普遍都擁有自動(dòng)化的數控磨齒機,常見(jiàn)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(jiàn)下圖:
左齒面齒距誤差 右齒面齒距誤差
通過(guò)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(zhì),F磨齒加工工藝在整個(gè)齒輪行業(yè)中已基本成熟并在快速增長(cháng),而汽車(chē)齒輪加工行業(yè)將會(huì )是近幾年硬齒面加工增長(cháng)最大的市場(chǎng)。
(2)強力珩齒技術(shù)
隨著(zhù)人們對汽車(chē)駕駛的舒適性要求不斷提高,自動(dòng)變速器的需求越來(lái)越大。傳統的滾/插齒一剃齒一熱處理加工工藝已無(wú)法滿(mǎn)足齒輪在自動(dòng)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(jìn)行精加工,用戶(hù)可以極大地降低大功率傳動(dòng)裝置的噪音,并確保更長(cháng)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(tài),降低齒輪的跳動(dòng)誤差和齒距誤差,同時(shí)精整輪齒的表面和齒向,進(jìn)而實(shí)現低噪音的輪齒接觸特點(diǎn)。另外對于某些零件,在磨齒加工時(shí)存在幾何形狀干涉問(wèn)題的而無(wú)法加工,強力珩齒是唯一可實(shí)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(zhù)全數控化、數控高速化后更進(jìn)一步發(fā)展結果,高速滾切技術(shù)的實(shí)現還有益于滾刀制造技術(shù)的提高,如日本三菱重工開(kāi)發(fā)的干切滾刀是在提高耐磨性的特殊高速鋼材料上進(jìn)行耐熱,耐熱的特殊涂層(TiAlN)處理,被稱(chēng)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(chǎng))采用進(jìn)口刀具材料進(jìn)行加工,并引進(jìn)國外涂層技術(shù),干切滾刀也實(shí)現了市場(chǎng)化,刀具涂層這一難點(diǎn)得到解決,為干切技術(shù)在中國的發(fā)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(chǎn)效率、降低工具費用、改善環(huán)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(guān)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(chǎn)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(huán)境污染。
世界最重要的傳動(dòng)系列產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)制造商ZF、德國大眾、美國FORD汽車(chē)公司等使用高速干滾切削已經(jīng)成為主流。干切技術(shù)一定會(huì )成為齒輪加工行業(yè)中的主流加工方式。
3、少/無(wú)屑加工
為了取得更好的性?xún)r(jià)比,提高齒輪的市場(chǎng)競爭力,在節約資源,節省成本,保護環(huán)境,提高材料利用率等的優(yōu)勢下,冷軋、冷擠壓、熱精鍛、冷精鍛成型,冶金粉末加工等少/無(wú)屑加工工藝將成為汽車(chē)齒輪加工技術(shù)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(huán)保、節約能源而且也減少了部分加工設備。
五、 乘用車(chē)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(jià)格的調整以及環(huán)境負荷需要減輕的對策顯得越來(lái)越重要。因此混合動(dòng)力汽車(chē)變速箱及電動(dòng)汽車(chē)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(xiàn):
可塑性加工 |
制齒 |
齒部精加工 |
熱處理 |
裝配面 |
齒部精加工 |
車(chē)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(zhù)電子計算機的迅速發(fā)展,數控技術(shù)越來(lái)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(huán)保等新型加工設備發(fā)展隨著(zhù)而來(lái),齒輪加工也向著(zhù)有全自動(dòng),全智能,高可靠性方向逐步發(fā)展,未來(lái)將會(huì )實(shí)現由一人值守,全機器運轉替代傳統的人工操作流水線(xiàn)作業(yè)方式。齒輪加工正朝著(zhù)高效、高精度及綠色制造方向發(fā)展。
七、結束語(yǔ)
總而言之,必須要重視我國齒輪加工工藝的發(fā)展動(dòng)向,針對當下汽車(chē)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(chē)齒輪加工行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)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(mén)加工中心
ANTARESLM系列數控高速龍門(mén)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(dòng)速度(X,Y軸)mm/min 快速移動(dòng)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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