汽車技術(shù)日新月異，環(huán)保法規(guī)愈加嚴(yán)格，特別是混合動力及電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對齒輪制造提出更高要求。
最近，“變速箱齒輪制造技術(shù)研討會”在北京舉行，與會嘉賓探討了汽車齒輪制造技術(shù)如何滿足更高要求的議題。
變速箱齒輪制造技術(shù)研討會會議現(xiàn)場
電驅(qū)動減速器需要低噪聲齒輪
電驅(qū)動減速器結(jié)構(gòu)簡單，容易保證疲勞性能。因此，電驅(qū)動減速器疲勞性能已不再是齒輪設(shè)計者和制造者特別關(guān)注的問題。比亞迪動力總成事業(yè)部齒輪工廠副廠長王國平介紹道:“我們?yōu)楸葋喌宪囆吞峁┝私?5萬套電驅(qū)動減速器。這些減速器沒有發(fā)生齒輪疲勞故障。”
在汽車電動化趨勢下，減速器凸顯為汽車主要噪聲源。特別是電機(jī)輸入高轉(zhuǎn)速，一般在8000至15000轉(zhuǎn)/分鐘，部分甚至高達(dá)20000轉(zhuǎn)/分鐘，給齒輪傳動噪聲控制帶來很大挑戰(zhàn)。
比亞迪長期深耕電動汽車技術(shù)，在低噪聲減速器齒輪設(shè)計及制造方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。提高齒輪加工精度，在一定程度上可以降低系統(tǒng)振動噪聲。不過，更為經(jīng)濟(jì)有效的手段是優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性和齒輪設(shè)計，降低系統(tǒng)對傳動不平穩(wěn)的敏感性。
齒輪本身精度是控制齒輪噪聲的根基。當(dāng)前，比亞迪對電驅(qū)動減速器齒輪齒面波浪等細(xì)節(jié)控制非常苛刻。
齒輪齒面精加工設(shè)備特別關(guān)鍵。比亞迪所用電驅(qū)動減速器齒輪精加工設(shè)備分別出自國際一流供應(yīng)商。這些設(shè)備都能夠自動上下料和在線檢測。
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，對部分產(chǎn)品主動面和被動面采用修形量不等的非對稱設(shè)計。
比亞迪還在規(guī)劃驗證一磨一珩模塊。DCT普遍采用對嚙產(chǎn)品一磨(齒)一珩(齒)，可有效降低齒輪嚙合噪聲。王國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，有高低起伏狀。如果配對齒輪全用磨齒技術(shù)，高低點(diǎn)會產(chǎn)生激振效應(yīng)，增大振動噪聲。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)生激勵。工藝試驗，就是為了驗證一磨一珩能否降低電驅(qū)動減速器傳動噪聲。我們憑實(shí)際使用經(jīng)驗推斷，珩齒開發(fā)和使用成本會比磨齒略高。”
近年來，比亞迪引進(jìn)專業(yè)齒輪傳動設(shè)計軟件，經(jīng)過反復(fù)歷練，在設(shè)計準(zhǔn)確性方面有顯著進(jìn)步，使開發(fā)速度加快、成本降低。王國平說：“如何解決電驅(qū)動減速器齒輪噪聲等NVH問題，是當(dāng)前齒輪制造行業(yè)的最大難題。這屬于一個系統(tǒng)工程，需要將齒輪設(shè)計、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。”
變速器對齒輪提出更高要求
汽車變速器發(fā)展趨勢是輕量化、低噪聲、更高的功率密度和更高的傳遞效率。這就要求齒輪有更高的承載能力、更精細(xì)的修形設(shè)計、更高的齒面精度、更低的表面粗糙度。
3M中國有限公司高級應(yīng)用工程師李相陽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，對砂輪的整體性能提出了更高要求。
“面對市場的新需求，我們能做什么?” 他自問自答，“答案是更高效的砂輪。3M和Liebher、 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;和中國一些機(jī)床廠家也建立了良好配套關(guān)系，能夠在砂輪型號優(yōu)選、磨削參數(shù)推薦、工藝節(jié)拍評估和磨削工藝優(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題，李相陽認(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。”
中國重汽濟(jì)南橋箱公司齒輪加工部齒輪分部副分部長麻俊方介紹了等高齒錐齒輪制造技術(shù)發(fā)展趨勢:“模塊化、系列化、集成化設(shè)計成為主流。設(shè)計方法與設(shè)計流程發(fā)生變化，從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計改進(jìn)為根據(jù)需求設(shè)計，將齒輪設(shè)計融入整車設(shè)計，在滿足整車設(shè)計需求的前提下盡可能進(jìn)行輕量化設(shè)計，大量應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計軟件，并與整車NVH分析同步進(jìn)行。”
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，加工過程環(huán)保無污染，工序簡單化、集成化趨勢愈加顯著，自動化、智能化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。
另外，汽車齒輪的殘余應(yīng)力問題深受業(yè)界人士關(guān)注。中國殘余應(yīng)力專業(yè)委員會副主任、愛斯特應(yīng)力技術(shù)有限公司董事長呂克茂說：“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。與這些彈性變形對應(yīng)的就是內(nèi)應(yīng)力，宏觀內(nèi)應(yīng)力在工程上被稱為殘余應(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：“對于軋輥、齒輪、軸承、彈簧、曲軸之類的零部件來說，我們主要考慮如何通過調(diào)整殘余應(yīng)力來提高零部件耐用性。”
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)用情況時說：“我們愿與客戶構(gòu)建命運(yùn)共同體，為客戶提供最優(yōu)的光整技術(shù)，助客戶提升核心競爭力。”
表面光整加工技術(shù)簡稱光整技術(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。是涉及電磁學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)、傳熱學(xué)、力學(xué)、自動控制、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。
如何對銹蝕的齒輪等零件進(jìn)行快速批量除銹處理，又不破壞零件加工尺寸和零件本身的力學(xué)性能?這是許多廠家急于解決的問題。為此，上海斯瑞文特種油品科技有限公司銷售總監(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發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，與上海斯瑞文自主設(shè)計的超聲波除銹設(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。整個過程全部自動化，一般工況下2分鐘至5分鐘即可完成處理過程。
“XA130中性除銹劑具有優(yōu)異的滲透性，僅對一些金屬離子(氧化物)具有極強(qiáng)的吸附、溶解能力，同時對一些無機(jī)鹽也有很好的清除作用;具有很高的安全性，對人體、金屬零部件均無不良影響，可實(shí)現(xiàn)批量機(jī)械化操作，大幅提高生產(chǎn)效率;具有較高的環(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、過腐蝕和不能批量機(jī)械化操作的缺點(diǎn)。” 陳安的介紹引起不少與會者的興趣。
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：“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)投放市場的涂層厚度非常小，硬度卻非常高，能夠減少摩擦和損耗。”
最近，“變速箱齒輪制造技術(shù)研討會”在北京舉行，與會嘉賓探討了汽車齒輪制造技術(shù)如何滿足更高要求的議題。
變速箱齒輪制造技術(shù)研討會會議現(xiàn)場
電驅(qū)動減速器需要低噪聲齒輪
電驅(qū)動減速器結(jié)構(gòu)簡單，容易保證疲勞性能。因此，電驅(qū)動減速器疲勞性能已不再是齒輪設(shè)計者和制造者特別關(guān)注的問題。比亞迪動力總成事業(yè)部齒輪工廠副廠長王國平介紹道:“我們?yōu)楸葋喌宪囆吞峁┝私?5萬套電驅(qū)動減速器。這些減速器沒有發(fā)生齒輪疲勞故障。”
在汽車電動化趨勢下，減速器凸顯為汽車主要噪聲源。特別是電機(jī)輸入高轉(zhuǎn)速，一般在8000至15000轉(zhuǎn)/分鐘，部分甚至高達(dá)20000轉(zhuǎn)/分鐘，給齒輪傳動噪聲控制帶來很大挑戰(zhàn)。
比亞迪動力總成事業(yè)部齒輪工廠副廠長王國平
比亞迪長期深耕電動汽車技術(shù)，在低噪聲減速器齒輪設(shè)計及制造方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。提高齒輪加工精度，在一定程度上可以降低系統(tǒng)振動噪聲。不過，更為經(jīng)濟(jì)有效的手段是優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性和齒輪設(shè)計，降低系統(tǒng)對傳動不平穩(wěn)的敏感性。
齒輪本身精度是控制齒輪噪聲的根基。當(dāng)前，比亞迪對電驅(qū)動減速器齒輪齒面波浪等細(xì)節(jié)控制非常苛刻。
齒輪齒面精加工設(shè)備特別關(guān)鍵。比亞迪所用電驅(qū)動減速器齒輪精加工設(shè)備分別出自國際一流供應(yīng)商。這些設(shè)備都能夠自動上下料和在線檢測。
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，對部分產(chǎn)品主動面和被動面采用修形量不等的非對稱設(shè)計。
比亞迪還在規(guī)劃驗證一磨一珩模塊。DCT普遍采用對嚙產(chǎn)品一磨(齒)一珩(齒)，可有效降低齒輪嚙合噪聲。王國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，有高低起伏狀。如果配對齒輪全用磨齒技術(shù)，高低點(diǎn)會產(chǎn)生激振效應(yīng)，增大振動噪聲。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)生激勵。工藝試驗，就是為了驗證一磨一珩能否降低電驅(qū)動減速器傳動噪聲。我們憑實(shí)際使用經(jīng)驗推斷，珩齒開發(fā)和使用成本會比磨齒略高。”
近年來，比亞迪引進(jìn)專業(yè)齒輪傳動設(shè)計軟件，經(jīng)過反復(fù)歷練，在設(shè)計準(zhǔn)確性方面有顯著進(jìn)步，使開發(fā)速度加快、成本降低。王國平說：“如何解決電驅(qū)動減速器齒輪噪聲等NVH問題，是當(dāng)前齒輪制造行業(yè)的最大難題。這屬于一個系統(tǒng)工程，需要將齒輪設(shè)計、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。”
變速器對齒輪提出更高要求
汽車變速器發(fā)展趨勢是輕量化、低噪聲、更高的功率密度和更高的傳遞效率。這就要求齒輪有更高的承載能力、更精細(xì)的修形設(shè)計、更高的齒面精度、更低的表面粗糙度。
3M中國有限公司高級應(yīng)用工程師李相陽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，對砂輪的整體性能提出了更高要求。
3M中國有限公司高級應(yīng)用工程師李相陽
“面對市場的新需求，我們能做什么?” 他自問自答，“答案是更高效的砂輪。3M和Liebher、 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;和中國一些機(jī)床廠家也建立了良好配套關(guān)系，能夠在砂輪型號優(yōu)選、磨削參數(shù)推薦、工藝節(jié)拍評估和磨削工藝優(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題，李相陽認(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。”
中國重汽濟(jì)南橋箱公司齒輪加工部齒輪分部副分部長麻俊方介紹了等高齒錐齒輪制造技術(shù)發(fā)展趨勢:“模塊化、系列化、集成化設(shè)計成為主流。設(shè)計方法與設(shè)計流程發(fā)生變化，從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計改進(jìn)為根據(jù)需求設(shè)計，將齒輪設(shè)計融入整車設(shè)計，在滿足整車設(shè)計需求的前提下盡可能進(jìn)行輕量化設(shè)計，大量應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計軟件，并與整車NVH分析同步進(jìn)行。”
中國重汽濟(jì)南橋箱公司齒輪加工部齒輪分部副分部長麻俊方
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，加工過程環(huán)保無污染，工序簡單化、集成化趨勢愈加顯著，自動化、智能化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。
另外，汽車齒輪的殘余應(yīng)力問題深受業(yè)界人士關(guān)注。中國殘余應(yīng)力專業(yè)委員會副主任、愛斯特應(yīng)力技術(shù)有限公司董事長呂克茂說：“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。與這些彈性變形對應(yīng)的就是內(nèi)應(yīng)力，宏觀內(nèi)應(yīng)力在工程上被稱為殘余應(yīng)力。”
中國殘余應(yīng)力專業(yè)委員會副主任呂克茂
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：“對于軋輥、齒輪、軸承、彈簧、曲軸之類的零部件來說，我們主要考慮如何通過調(diào)整殘余應(yīng)力來提高零部件耐用性。”
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)用情況時說：“我們愿與客戶構(gòu)建命運(yùn)共同體，為客戶提供最優(yōu)的光整技術(shù)，助客戶提升核心競爭力。”
表面光整加工技術(shù)簡稱光整技術(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。是涉及電磁學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)、傳熱學(xué)、力學(xué)、自動控制、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。
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
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。
如何對銹蝕的齒輪等零件進(jìn)行快速批量除銹處理，又不破壞零件加工尺寸和零件本身的力學(xué)性能?這是許多廠家急于解決的問題。為此，上海斯瑞文特種油品科技有限公司銷售總監(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發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，與上海斯瑞文自主設(shè)計的超聲波除銹設(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。整個過程全部自動化，一般工況下2分鐘至5分鐘即可完成處理過程。
上海斯瑞文特種油品科技有限公司銷售總監(jiān)陳安
“XA130中性除銹劑具有優(yōu)異的滲透性，僅對一些金屬離子(氧化物)具有極強(qiáng)的吸附、溶解能力，同時對一些無機(jī)鹽也有很好的清除作用;具有很高的安全性，對人體、金屬零部件均無不良影響，可實(shí)現(xiàn)批量機(jī)械化操作，大幅提高生產(chǎn)效率;具有較高的環(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、過腐蝕和不能批量機(jī)械化操作的缺點(diǎn)。” 陳安的介紹引起不少與會者的興趣。
歐瑞康巴爾查斯涂層(蘇州)有限公司經(jīng)理金敏
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：“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)投放市場的涂層厚度非常小，硬度卻非常高，能夠減少摩擦和損耗。”