高精齒輪制造需要先進技術工藝

在齒輪行業高精度制造升級的趨勢下以及新能源汽車産業快速發展的大背景下，“高精齒輪制造技術發展研讨會” 在寶雞召開。近二百餘位與會嘉賓共同探讨了齒輪加工中的齒輪修形設計加工、切削過程的穩定性、熱效應的控制等相關議題，與會專家就高精齒輪制造帶來的新挑戰作了精彩的技術報告。

高精齒輪制造需要新設計新工藝
高精齒輪制造必須設計合理的修形，以控制噪音。西安交通大學教授、秦川機床工具集團股份公司技術總顧問毛世民在談及齒輪修形方面歸納了3個主要原因：
1、傳動系統以及齒輪本身在工作載荷作用下的彈性變形，如齒輪支承變形導緻的錯位、齒變形、齧合剛度無規律變化；
2、高速齒輪傳動系統熱變形及離心力引起的變形，如齒寬方向的溫度分布不均、離心力導緻的壓力角變化；
3、制造裝配精度。此外毛世民教授通過例舉齒輪在實際應用中各種失效形式及電動車減速器齒輪修行的實例，形象的闡述了齒輪修行在齒輪設計中參數的優選、合理的傳動布局、齒頂倒角和齒端倒棱的規範設計等。

 “齒輪的關鍵技術是涉及設計、制造、熱處理、原材料等方方面面的一個系統工程。需要設計、工藝等多部門的緊密配合，根據實際需求制定合适的流程、标準。”法士特集團公司副總工程師孫峰講道。孫峰分享了法士特變速箱齒輪在設計中的一些特殊細節，如采用非标的小壓力角、小模數、大齒頂高的細高齒設計法可以實現三齒、兩齒交替齧合代替傳統的單齒、雙齒交替齧合；采用曲率半徑更大的單圓弧齒根設計，不僅有利于抑制滲碳淬火的裂紋擴展，更提高齒輪的抗彎強度；法士特特定的‘齒形K修行’設計，可有效增強抗點蝕能力，降低齧合沖擊。在齒輪的加工工藝方面，孫峰總工程師與參會代表共同分享了法士特集團現采用的先進加工工藝方法如：高速幹式切削、精密磨削、強力滾插、強力珩齒以及法士特正在研究的平衡剃齒加工技術等。

航空領域的齒輪零件由于其高可靠性、長壽命的特點，精度要求之高，使其在生産制造中必須以質量第一，效率成本次之。中國航發西安動力控制科技有限公司研究員級高級工程師杜改梅以航空發動機中油泵齒輪爲例，介紹了超硬齒面齒輪的加工制造的工藝。近年随着國産航空發動機的發展，設計對油泵齒輪提出了更高、更嚴格的要求，以及新材料的應用，與之相适應的加工工藝需要及時開發與驗證。同時對刀具、夾具、設備等要求相應提高，所以不論是齒輪制造企業還是齒輪制造裝備提供商，可謂機遇與挑戰并存。

高效裝備助力高精齒輪加工
随着國内齒輪制造的升級，對夾具的要求越來越高，新型齒輪夾具也在不斷的應用在生産制造中。本次會議西安東龍精密工具有限公司王春林總經理介紹到，東龍公司産品可滿足自動化生産中夾具的快速換産；0.003μm的夾持精度可保證被加工齒輪的高精度；在小批量、多品種生産企業中針對工件定制的具有有柔性化、模塊化成組夾具，以此來降低企業生産成本；并且其公司專利産品硫化橡膠漲套實現進口夾具國産化。

低成本是一個企業在行業内的競争優勢，所以，在保證質量的前提下，低成本是每個企業都在追求的目标。在全球切削刀具制造商一直都在努力尋求降低成本的有效方法，來自伊斯卡刀具公司的周浩磊經理介紹了伊斯卡通過大量的實驗研究和數據分析，采取通過改進切削刀具的構架來降低單件成本。伊斯卡設計的立裝夾持可轉位銑刀片實現更高效、更經濟、更高生産率的齒輪銑削加工。其可轉位銑刀片多個切削刃有效利用可大大降低單件加工成本。

高精齒輪對齒面質量提出更高要求
高精齒輪傳動的發展趨勢是輕量化、低噪聲、更高傳遞功率的效率。這種情況下就需要對齒輪熱處理要有嚴格的變形控制措施，磨削等冷加工更需要采取必要的手段控制其變形。
“齒輪滲碳淬火件的自然失效變形現象（這對高精度保存較久再服役的齒輪很重要）”重慶義揚機電設備有限公司失效分析專家李志義談到，“自然失效變形現象主要原因如下：1、自然失效過程中氫的逸出，應力的松弛；2、齒輪磨削或者線切割引起的應力誘導殘餘奧氏體相變，以及去應力回火不足，而引起延遲應力松弛；3、自然失效過程中應力的松弛擇放，有可能引起非常少量的殘餘奧氏體相變。解決方法：對校正、磨削、線切割等加工應即時去應力回火；采用制造量具的措施增加深冷處理。深冷處理後也需即時回火，一般講殘餘奧氏體量控制在3%左右爲宜。”81歲高齡的他與大家分享了多年失效分析工作總結的經驗。

齒輪熱處理中的變形“大”與“小”決定這齒輪精加工的質量。南京科潤工業介質研究院高級研發經理李曉栓講道：“齒輪的熱處理變形控制是個“系統工程”問題，從技術角度考慮，涉及多學科；從生産角度考慮，涉及多工序。 影響變形的因素太多、太複雜。科潤齒輪滲碳淬火産品KR498對于變形的控制可在0.03-0.04。齒輪淬火油品的合理選擇，能在一定程度上優化齒輪件的變形控制，實現産品質量的提升。”

爲了獲取更高的輪齒齒面質量，通常情況下都進行磨削加工。“齒輪磨削過程中，由于齒輪齒面硬度大，砂輪在高速轉動下，切削液在高壓下沖擊到砂輪與齒輪齒面的磨削面上，極有可能産生氣泡，造成磨削面燒傷。好富頓針對不同的磨削工況研發出與不同配方的磨削油産品，滿足磨齒、滾齒等加工的冷卻與潤滑。”好富頓工業介質（上海）有限公司技術經理陳有顼介紹到。

另外，齒輪的殘餘應力問題也在此次會議中進行了熱烈的讨論。愛思特應力技術有限公司技術經理程時美說：“受各種制造工藝的作用和影響，齒輪零件發生了不均勻的塑性變形，外力作用和影響消失後，這些不均勻的彈性變形，讓齒輪等零件應力達到平衡。與這些彈性變形對應的就是内應力，宏觀上内應力在工程上被稱爲殘餘應力。”對于殘餘應力在齒輪零件中不可避免的會存在，西安歐儀儀器有限公司經理畢海濱也對此表示了肯定。各種工藝的作用和影響在零件上産生了不均勻的塑性變形，這是産生殘餘應力的根源。比如，焊接造成齒輪零件極端的不均勻溫度變化，必然産生殘餘應力。值得慶幸的是，雖然殘餘應力看不見摸不着，但是兩家企業都給出了檢測殘餘應力的解決方案，根據X射線衍射法生産的殘餘應力檢測儀器已經成功應用在生産制造中，西安歐儀儀器有限公司還介紹了磨削燒傷的檢測儀器。有個以上先進的檢測儀器，對高精齒輪的齒面質量起到保駕護航的作用。

先進技術提升齒輪表面處理
 齒輪設計按照ISO标準，其主要指标便是彎曲疲勞強度。西安交通大學何家文教授以滲碳齒輪爲對象對ISO标準中彎曲疲勞因素分爲明确的量化規定、定性或半定量的提示等4類，指出彎曲疲勞各因素的分析對改進工藝及失效分析更具有現實性，采用噴丸技術對齒輪齒面進行處理，其殘餘壓應力及均勻化的正面作用，可使齒輪增強抗彎曲疲勞的實際抗力。對于齒輪齒面噴丸強化處理，昌宇應力技術（上海）有限公司白濤博士補充到噴丸和接觸疲勞有相同的硬化機理，握“度”是成爲利弊的關鍵。強化伴随損傷：噴丸強度高，殘餘壓應力高，損傷大。低強度噴丸也難避免微裂紋，故要限制殘餘壓應力上限。消除、抑制黑色組織的影響、減少前期加工表面的分散性可控制噴丸強化的負作用。

齒輪等金屬零件鏽蝕容易直接導緻齒輪零件報廢，造成不可挽回的損失。采取一定的除鏽處理，可以挽回損失。如何對鏽蝕的齒輪零件進行快速批量的除鏽處理，又不破壞零件加工尺寸及其力學性能？這是許多廠家急于解決的問題。爲此，上海斯瑞文特種油品科技有限公司銷售總監陳安特意介紹了XA130中性除鏽劑及配套的除鏽技術。“XA130中性除鏽劑與斯瑞文自主設計的超聲波除鏽設備結合，能夠對齒輪等金屬零件除鏽、清洗和防鏽實現批量一體化作業。一般工況下2-5分鍾即可完成。XA130中性除鏽劑具有優異的滲透性，僅對一些金屬氧化物具有極強的吸附、溶解能力；具有很高的安全性，對人體、金屬零部件均無不良影響。”陳安的介紹引起不少與會者的興趣。

高精齒輪制造離不開優秀的裝備供應商
齒輪精度等級對傳動噪聲有很大影響；通過嚴格控制某些精度參數，可以減小齒輪噪聲，減少傳動誤差。這也需要高性能機床來保證。本次會議的協辦單位秦川機床工具集團股份公司将基于已有的數字化車間建設及系統集成實力，針對中高檔汽車自動變速器齒輪箱，爲用戶構建基于互聯網技術的數字化裝配車間，使産品以“實物+數據包”新形态輸出，實現數字技術與産業生态的融合發展。

秦川機床工具集團股份公司黨委書記、董事長龍興元在會議開幕緻辭中說道。“近年來，秦川機床工具集團始終堅持‘技術領先、模式取勝’的發展思路，以‘爲用戶賺錢而奮鬥’爲初心，以‘爲企業降本提效’爲根本，立足‘精密、複雜’的工藝裝備制造優勢，拓展中高檔汽車自動變速器齒輪（箱）數字制造工藝裝備鏈，其中包含精密複雜刀具、高效高精齒輪加工機床、齒輪測量儀器等在内的多個業務單元。發展模式也從‘以機床生産、機床銷售爲主’逐步向‘以提供基于工業互聯網技術的故障預警、遠程診斷等服務爲主’進行轉變，打造了以用戶工藝爲先導，以設計咨詢爲支撐的智能綜合服務體系。”    

“中國汽車産業經過多年來的高速增長，已成爲名副其實的汽車産業大國，對于齒輪制造企業而言，要認識到國内高端轎車市場仍舊保持增長态勢，需要我們在發展模式上融合共享，在技術研發上突破升級，按照行業自有的發展規律來實現企業高質量發展。”龍興元董事長說。

加快技術創新升級，提升自主創新能力

“齒輪行業目前面臨的問題包括：齒輪行業自主創新能力較弱，高端齒輪産品大量依賴進口，核心技術受制于人；高端産品研發、制造能力不足，中低端産品産能嚴重過剩，同質化競争加劇；齒輪産品質量及其穩定性差，産品早期故障率高，使用壽命短，可靠性低，不能滿足主機配套需求；高層次研發和高技能人才普遍缺乏，整體人員素質亟待提升；齒輪行業不少中小型企業陷入融資困難、稅費負擔重等困境，抗風險能力很弱等諸多問題。”中國汽車工程學會齒輪技術分會副秘書長、安徽星瑞齒輪傳動有限公司副總經理尹夕兵說。尹夕兵呼籲隻要齒輪行業正确面對挑戰，加快技術創新和技術升級，提升自主創新能力，大力開拓多樣化的國内市場和多元化的國際市場，我們就一定能夠迎來齒輪行業的新一輪快速發展。