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新技術與新工藝提升齒輪加工水平

來源:     閱讀次數:2     發布時間:2017-10-10

不論是手動與自動,品質優良的汽車變速器零部件的加工需要有適合的工藝與方法來保證,如齒輪的設計與製造、切削加工與熱處理工藝、潤滑與密封技術等。前不久在安徽潛山召開的2012年中國齒輪產業發展高峰會議上,不僅對變速器與齒輪行業的轉型升級、創新發展有所論述,而且會議還組織了多位技術專家演講,從不同側麵介紹了齒輪領域加工技術的新發展。

適合的工藝與設計保障齒輪傳動設備綜合性能

齒輪傳動設備的綜合性能由其中的各個組成部分、裝配工藝及潤滑介質所體現。國外很多齒輪箱(變速器)不僅做到了長壽命,而且重量輕、免維護,這是目前國內大多數企業難以做到的。南京湃騰工貿有限公司經理吳林介紹,通過先進合理的設計、選用適當的工藝與裝配方法、加上先進的潤滑介質,國內齒輪行業也能通過適當的工藝技術環節對提高傳動齒輪的抗疲勞性能、延長壽命、降低噪音、提高傳動效率、節約能源等方麵有所提升。

在設計階段,選擇合適的齒輪材料、進行先進合理的結構設計、選用高效可靠的齒輪與軸承是必不可少的環節。在齒輪加工過程中,先進的毛坯成型工藝,穩定、精密的熱處理工序,以及合適的表麵硬化處理程序,都是最終形成齒輪精品的關鍵因素。比如在磨削加工中即存在著幾個關鍵的環節:通過選用磨刃鋒利、磨削表麵應力小的砂輪,可以提高磨削進給量,縮短磨削時間,提高磨削效率並延長砂輪修整的間隔以降低成本;通過使用恰當的磨削及修砂輪參數,在保證沒有磨削燒傷裂紋和保證質量的前提下,盡可能使用較高的磨削參數以縮短磨削時間,提高磨削效率,提高產量,並保證精度、降低表麵粗糙度;通過使用合適的磨削油,可保證在良好潤滑、防鏽的前提下,利於降低磨削齒麵表麵應力,避免燒傷裂紋,降低粗糙度,減小堵砂輪氣孔的程度,保證砂輪鋒利,減小砂輪修整,降低砂輪用量、降低成本。

加工中心製造齒輪成為新方向

北京交通大學王小椿教授在他的演講中,介紹了基於加工中心的齒輪設計與製造技術。

作為機械製造中一個很特殊的類別,齒輪加工的特點是需要加工的齒麵通常都是複雜曲麵,具有特殊的形狀,不僅每一個齒麵要有很高的精度,而且各齒麵之間還要有很高的相對位置精度,整個齒圈與安裝麵之間也要有很高的位置精度要求。

經過多年的理論研究與實踐,王小椿教授總結出一套用加工中心加工齒輪的方法,它不僅為單件小批量和大模數齒輪加工提供了一種全新的高效率、低成本、高柔性和快速響應的製造方法,同時還突破了舊的製造工藝對產品結構的限製,為高功率密度、輕量化的傳動機構以及一些創新型的設計方案的實現奠定了基礎。

具有多軸聯動功能的現代加工中心可以高效率、高精度地加工出各種複雜的曲麵,並具有很好的柔性,通過加載不同的G代碼,就可以在同一台機床上加工出不同形狀和類型的零件。王小椿說,在加工中心上加工齒麵時,通常並不采用展成或成形的方法來加工,隻是將其作為一張曲麵來加工,因此刀具與工件之間的接觸長度要遠小於傳統的齒輪加工方法。

使用結構合理的加工中心加工齒輪,具有良好剛性、定位精度和重複定位精度,加上在精加工時的切削力遠小於傳統的加工方法,可以獲得良好的加工精度。此外,由於加工中心有刀庫,換刀速度很快,在粗加工和半精加工階段,可以針對不同的工步選用最合適的刀具以提高加工效率。

數字化感應淬火工藝成齒輪熱處理新方法

在齒輪的各項熱處理技術中,往往需要既費工又費時的傳統工藝來保障,如滲碳、氮化等工藝。作為使用近一個世紀的感應熱處理這項傳統熱處理技術,經過近年來不斷的開發和創新,其優越性越來越被人們認可,特別是它的高效、節能、無汙染、易於實現自動化等特點,完全符合當今綠色工藝的發展方向。

專事研究齒輪感應淬火技術的艾瑪泰感應科技(北京)有限公司副總經理閆滿剛在介紹這項技術的最新進展時說,隨著數字化技術的應用,齒輪感應淬火的整個工藝過程被數字化控製,不僅是數字化控製數控機床,而且包括數字化控製高頻電源,工藝的可靠性和重現性得到了極大的提高。

齒輪的熱處理變形是多種因素造成的,既有材料及熱處理過程中和材料特性相關的熱變形、組織體積變化等產生的變形,也有齒輪加工過程中各工序產生的內應力等在熱處理過程中釋放造成的變形,其因素是複雜的。采用一種帶矯正的模壓淬火工藝,既在很大程度上不再約束之前的齒輪加工工序,而且通過限製最終淬火尺寸的方法,極大地限製了淬火後的變形,提高了產品合格率及減小後續加工費用,尤其在極易變形的薄壁環形齒輪方麵的應用效果非常顯著。

通過感應淬火這一符合綠色製造概念的熱處理工藝技術,數字技術、特別是數字化中頻電源技術,使這一工藝能夠可靠地進行,消除了以往非數字時代感應淬火工藝的不可靠所造成的開裂、承載能力不穩定、壽命差等弊端。

多種技術方案全方位助力齒輪變速器行業

來自安瑞控股集團有限公司的專家介紹了未來具有高抗疲勞、抗腐蝕、抗磨損和具有超長壽命的軸承概念。通過采用現代表麵強化處理技術,在軸承零件工作表麵注入合金元素、抗磨元素和添加元素,如束線離子PID處理技術、等離子PIID處理與沉積技術等,可使軸承實現減少35%以上摩擦損失和降低50%以上噪音的超低噪音的超低摩擦,軸承壽命可達到普通軸承的5~6倍。通過第三方檢測評價,這種高效軸承兩年以上靜壓狀態非常穩定,在試驗條件下4套樣品軸承均通過了2700小時的強化壽命試驗。

齒輪變速器如果密封不好,機械在使用過程中所產生的後果是可以想像的。作為德國三大汽車密封件設計製造商之一的善爾固KACO公司,針對軸在車削工藝、磨削工藝等加工過程中可能產生的螺旋軸漏油和各種可能的密封結構,通過在設計上采用可接受更大偏心偏差的油封和動態密封等方式,實現了持久的低摩擦密封。

在本次高峰會議上,還有幾位來自行業的技術專家介紹了與變速器相關的技術,如上海交通大學張建武教授介紹的幹式雙離合器重疊接合過程的動力學與最優控製,上海開信機械製造有限公司總經理陳小虎介紹的齒輪噴丸強化工藝及應用、德國善爾固KACO公司總經理曹陽介紹的齒輪傳動裝置的密封技術、瑞典山特維克可樂滿公司經理謝曉東介紹的齒輪加工高效解決方案等。記者感受到,除了國人自己創新研發的新技術、新工藝外,許多源自國外的技術,通過在國內的實踐、改進、實踐、創新、再實踐的良性循環過程,把世界上最新的變速器與齒輪相關製造技術應用服務到中國齒輪行業並不是一種期盼,目前已經成為一種現實。