面對(duì)更高技術(shù)要求 齒輪制造向精度要效益

汽車(chē)技術(shù)日新月異,環(huán)保法規(guī)愈加嚴(yán)格,特別是混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)齒輪制造提出更高要求。

最近,“變速器齒輪制造技術(shù)研討會(huì)”在北京舉行,與會(huì)嘉賓探討了汽車(chē)齒輪制造技術(shù)如何滿(mǎn)足更高要求的議題。

電驅(qū)動(dòng)減速器需要低噪聲齒輪

電驅(qū)動(dòng)減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易保證疲勞性能。因此,電驅(qū)動(dòng)減速器疲勞性能已不再是齒輪設(shè)計(jì)者和制造者特別關(guān)注的問(wèn)題。比亞迪動(dòng)力總成事業(yè)部齒輪工廠(chǎng)副廠(chǎng)長(zhǎng)王國(guó)平介紹道:“我們?yōu)楸葋喌宪?chē)型提供了近15萬(wàn)套電驅(qū)動(dòng)減速器,這些減速器沒(méi)有發(fā)生齒輪疲勞故障。”

在汽車(chē)電動(dòng)化趨勢(shì)下,減速器凸顯為汽車(chē)主要噪聲源。特別是電機(jī)輸入高轉(zhuǎn)速,一般在8000～15000轉(zhuǎn)/分鐘,部分甚至高達(dá)20000轉(zhuǎn)/分鐘,給齒輪傳動(dòng)噪聲控制帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

比亞迪長(zhǎng)期深耕電動(dòng)汽車(chē)技術(shù),在低噪聲減速器齒輪設(shè)計(jì)及制造方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。提高齒輪加工精度,在一定程度上可以降低系統(tǒng)振動(dòng)噪聲。不過(guò),更為經(jīng)濟(jì)有效的手段是優(yōu)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和齒輪設(shè)計(jì),降低系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)不平穩(wěn)的敏感性。

齒輪本身精度是控制齒輪噪聲的根基。當(dāng)前,比亞迪對(duì)電驅(qū)動(dòng)減速器齒輪齒面波浪等細(xì)節(jié)控制非?？量?。齒輪齒面精加工設(shè)備特別關(guān)鍵。比亞迪所用電驅(qū)動(dòng)減速器齒輪精加工設(shè)備分別出自國(guó)際一流供應(yīng)商。這些設(shè)備都能夠自動(dòng)上下料和在線(xiàn)檢測(cè)。

當(dāng)前,比亞迪所有齒輪都采用修形技術(shù),根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)部分產(chǎn)品主動(dòng)面和被動(dòng)面采用修形量不等的非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)。

比亞迪還在規(guī)劃驗(yàn)證一磨一珩模塊。DCT普遍采用一磨(齒)一珩(齒),可有效降低齒輪嚙合噪聲。王國(guó)平講出了其中的原因:“磨齒可以提高齒輪精度,但齒輪表面紋路為絲狀紋,有高低起伏點(diǎn)。如果配對(duì)齒輪全用磨齒技術(shù),高低點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生激振效應(yīng),增大振動(dòng)噪聲。珩齒表面紋路為細(xì)密網(wǎng)狀,高低點(diǎn)小,兩種不同紋理的齒面嚙合不易產(chǎn)生激振。工藝試驗(yàn)就是為了驗(yàn)證一磨一珩能否降低電驅(qū)動(dòng)減速器傳動(dòng)噪聲。我們憑實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)推斷,珩齒開(kāi)發(fā)和使用成本會(huì)比磨齒略高。”

近年來(lái),比亞迪引進(jìn)專(zhuān)業(yè)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)軟件,經(jīng)過(guò)反復(fù)歷練,在設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性方面有顯著進(jìn)步,使開(kāi)發(fā)速度加快、成本降低。王國(guó)平說(shuō):“如何解決電驅(qū)動(dòng)減速器齒輪的NVH問(wèn)題,是當(dāng)前齒輪制造行業(yè)的最大難題。這屬于一個(gè)系統(tǒng)工程,需要將齒輪設(shè)計(jì)、制造、裝配等環(huán)節(jié)和箱體、齒輪、軸承等零部件納入整體考量?！?/p>

變速器對(duì)齒輪提出更高要求

汽車(chē)變速器發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、低噪聲、更高的功率密度和傳遞效率。這就要求齒輪有更高的承載能力、更精細(xì)的修形設(shè)計(jì)、更高的齒面精度、更低的表面粗糙度。

3M中國(guó)有限公司高級(jí)應(yīng)用工程師李相陽(yáng)介紹了高效磨齒方案。據(jù)了解,磨齒工藝革新和磨齒精度提高,對(duì)砂輪的整體性能提出了更高要求。“面對(duì)市場(chǎng)的新需求,我們能做什么?”他自問(wèn)自答,“答案是更高效的砂輪。3M和Liebherr、Kapp、Holfler及Klingelnberg都有很好的配套合作關(guān)系,共同進(jìn)行工藝設(shè)計(jì);和中國(guó)一些機(jī)床廠(chǎng)家也建立了良好配套關(guān)系,能夠在砂輪型號(hào)優(yōu)選、磨削參數(shù)推薦、工藝節(jié)拍評(píng)估和磨削工藝優(yōu)化等方面深入合作。

有人提出磨齒工藝如何降本增效的問(wèn)題,李相陽(yáng)認(rèn)為:“降本包括降低單件磨削的設(shè)備折舊成本、電力成本、工具成本、人工成本和廢品率等。增效包括提高單位時(shí)間加工效率、產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工工藝的穩(wěn)定性等。”

中國(guó)重汽濟(jì)南橋箱公司齒輪加工部副部長(zhǎng)麻俊方介紹了等高齒錐齒輪制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):“模塊化、系列化、集成化設(shè)計(jì)成為主流。設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)流程發(fā)生變化,從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)為根據(jù)需求設(shè)計(jì),將齒輪設(shè)計(jì)融入整車(chē)設(shè)計(jì),在滿(mǎn)足整車(chē)設(shè)計(jì)需求的前提下盡可能進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),大量應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件,并與整車(chē)NVH分析同步進(jìn)行?！?/p>

在齒輪制造工藝方面,各種加工機(jī)床已實(shí)現(xiàn)數(shù)控化,加工過(guò)程環(huán)保無(wú)污染,工序簡(jiǎn)單化、集成化趨勢(shì)愈加顯著,自動(dòng)化、智能化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

另外,汽車(chē)齒輪的殘余應(yīng)力問(wèn)題深受業(yè)界人士關(guān)注。中國(guó)殘余應(yīng)力專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任、愛(ài)斯特應(yīng)力技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)呂克茂說(shuō):“受各種制造工藝的作用和影響,齒輪等零件或構(gòu)件發(fā)生了不均勻的塑性變形。外加作用和影響消失后,這些不均勻的塑性變形會(huì)在材料內(nèi)部伴生不均勻的彈性變形,讓齒輪等零件或構(gòu)件達(dá)到平衡。與這些彈性變形對(duì)應(yīng)的就是內(nèi)應(yīng)力,宏觀(guān)內(nèi)應(yīng)力在工程上被稱(chēng)為殘余應(yīng)力。”

各種工藝的作用和影響在零件和構(gòu)件上產(chǎn)生了不均勻的塑性變形,是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的根源。比如,焊接造成齒輪等零件或構(gòu)件極端的不均勻溫度變化,必然產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

如何發(fā)揮殘余應(yīng)力的作用?呂克茂指出:“對(duì)于軋輥、齒輪、軸承、彈簧、曲軸之類(lèi)的零部件來(lái)說(shuō),我們主要考慮如何通過(guò)調(diào)整殘余應(yīng)力來(lái)提高零部件耐用性?！?/p>

先進(jìn)技術(shù)助力齒輪表面處理

河北廊坊市北方天宇機(jī)電技術(shù)有限公司大區(qū)總監(jiān)王鵬在介紹滾磨光整技術(shù)在齒輪等變速器零部件加工中的應(yīng)用情況時(shí)說(shuō):“我們?cè)概c客戶(hù)構(gòu)建命運(yùn)共同體,為客戶(hù)提供最優(yōu)的光整技術(shù),助客戶(hù)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

表面光整加工技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)光整技術(shù),就是機(jī)械加工中提高零件表面質(zhì)量(表面完整性)的加工技術(shù),是機(jī)械加工的一類(lèi)基礎(chǔ)性工藝技術(shù),屬于精密和超精密加工技術(shù)范疇,是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分,涉及電磁學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)、傳熱學(xué)、力學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等多學(xué)科。傳統(tǒng)意義上的去毛刺、拋光、光飾、精整等都屬于光整加工。

光整加工工藝技術(shù)有如下具體作用:降低齒輪等零件表面粗糙度,改善零件表面色澤、亮度,提高零件本身的清潔程度,提高零件表面綜合質(zhì)量。

齒輪等金屬零件銹蝕防不勝防。銹蝕容易直接導(dǎo)致齒輪等金屬零件報(bào)廢,造成不可挽回的損失。適宜的除銹處理,可以挽回?fù)p失。如何對(duì)銹蝕的齒輪等零件進(jìn)行快速批量除銹處理,又不破環(huán)零件加工尺寸和零件本身的力學(xué)性能?這是許多廠(chǎng)家急于解決的問(wèn)題。為此,上海斯瑞文特種油品科技有限公司銷(xiāo)售總監(jiān)陳安特意介紹了XA130中性除銹劑及配套除銹技術(shù)。

XA130中性除銹劑及配套除銹技術(shù)由上海斯瑞文自主開(kāi)發(fā),具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),與上海斯瑞文自主設(shè)計(jì)的超聲波除銹設(shè)備結(jié)合,能夠?qū)X輪等金屬零部件的除銹、清洗和防銹實(shí)現(xiàn)批量一體化。整個(gè)過(guò)程全部自動(dòng)化,一般工況下2～5分鐘即可完成處理過(guò)程。

“XA130中性除銹劑具有優(yōu)異的滲透性,僅對(duì)一些金屬離子(氧化物)具有極強(qiáng)的吸附、溶解能力,同時(shí)對(duì)一些無(wú)機(jī)鹽也有很好的清除作用;具有很高的安全性,對(duì)人體、金屬零部件均無(wú)不良影響,可實(shí)現(xiàn)批量機(jī)械化操作,大幅提高生產(chǎn)效率,具有很高的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性。它顛覆了傳統(tǒng)的除銹方式,避免了手工除銹勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、工藝不穩(wěn)定和機(jī)械除銹易損傷零件的弊端,同時(shí)也解決了酸性除銹劑造成零件本身強(qiáng)度和性能下降、返銹快、過(guò)腐蝕和不能批量機(jī)械化操作的缺點(diǎn)?！标惏驳慕榻B引起不少與會(huì)者的興趣。

新涂層技術(shù)也在助力齒輪加工。歐瑞康巴爾查斯涂層是世界領(lǐng)先的涂層供應(yīng)商。歐瑞康巴爾查斯涂層(蘇州)有限公司經(jīng)理金敏說(shuō):“我們的涂層能夠顯著提高精密零部件、金屬和塑料工具的性能。以BALINIT和BALIQTM為商標(biāo)投放市場(chǎng)的涂層厚度非常小,硬度卻非常高,能夠減少摩擦和損耗?！?/p>