高精齿轮制造需要先进技术工艺

在齿轮行业高精度制造升级的趋势下以及新能源汽车产业快速发展的大背景下，“高精齿轮制造技术发展研讨会” 在宝鸡召开。近二百余位与会嘉宾共同探讨了齿轮加工中的齿轮修形设计加工、切削过程的稳定性、热效应的控制等相关议题，与会专家就高精齿轮制造带来的新挑战作了精彩的技术报告。

高精齿轮制造需要新设计新工艺

高精齿轮制造必须设计合理的修形，以控制噪音。西安交通大学教授、秦川机床工具集团股份公司技术总顾问毛世民在谈及齿轮修形方面归纳了3个主要原因：

1、传动系统以及齿轮本身在工作载荷作用下的弹性变形，如齿轮支承变形导致的错位、齿变形、啮合刚度无规律变化；

2、高速齿轮传动系统热变形及离心力引起的变形，如齿宽方向的温度分布不均、离心力导致的压力角变化；

3、制造装配精度。此外毛世民教授通过例举齿轮在实际应用中各种失效形式及电动车减速器齿轮修行的实例，形象的阐述了齿轮修行在齿轮设计中参数的优选、合理的传动布局、齿顶倒角和齿端倒棱的规范设计等。

 “齿轮的关键技术是涉及设计、制造、热处理、原材料等方方面面的一个系统工程。需要设计、工艺等多部门的紧密配合，根据实际需求制定合适的流程、标准。”法士特集团公司副总工程师孙峰说。孙峰分享了法士特变速箱齿轮在设计中的一些特殊细节，如采用非标的小压力角、小模数、大齿顶高的细高齿设计法可以实现三齿、两齿交替啮合代替传统的单齿、双齿交替啮合；采用曲率半径更大的单圆弧齿根设计，不仅有利于抑制渗碳淬火的裂纹扩展，更提高齿轮的抗弯强度；法士特特定的‘齿形K修行’设计，可有效增强抗点蚀能力，降低啮合冲击。在齿轮的加工工艺方面，孙峰与参会代表一同分享了法士特集团现采用的先进加工工艺方法如：高速干式切削、精密磨削、强力滚插、强力珩齿以及法士特正在研究的平衡剃齿加工技术等。

航空领域的齿轮零件由于其高可靠性、长寿命的特点，精度要求之高，使其在生产制造中必须以质量第一，效率成本次之。中国航发西安动力控制科技有限公司研究员级高级工程师杜改梅以航空发动机中油泵齿轮为例，介绍了超硬齿面齿轮的加工制造的工艺。近年来随着国产航空发动机的发展，设计对油泵齿轮提出了更高、更严格的要求，以及新材料的应用，与之相适应的加工工艺需要及时开发与验证。同时对刀具、夹具、设备等要求相应提高，所以不论是齿轮制造企业还是齿轮制造装备提供商，可谓机遇与挑战并存。

毛世民教授

孙峰副总工程师

杜改梅高工

先进技术提升齿轮表面处理

齿轮设计按照ISO标准，其主要指标便是弯曲疲劳强度。西安交通大学何家文教授以渗碳齿轮为对象对ISO标准中弯曲疲劳因素分为明确的量化规定、定性或半定量的提示等4类，指出弯曲疲劳各因素的分析对改进工艺及失效分析更具有现实性，采用喷丸技术对齿轮齿面进行处理，其残余压应力及均匀化的正面作用，可使齿轮增强抗弯曲疲劳的实际抗力。对于齿轮齿面喷丸强化处理，昌宇应力技术（上海）有限公司白涛博士补充到喷丸和接触疲劳有相同的硬化机理，握“度”是成为利弊的关键。强化伴随损伤：喷丸强度高，残余压应力高，损伤大。低强度喷丸也难避免微裂纹，故要限制残余压应力上限。消除、抑制黑色组织的影响、减少前期加工表面的分散性可控制喷丸强化的负作用。

齿轮等金属零件锈蚀容易直接导致齿轮零件报废，造成不可挽回的损失。采取一定的除锈处理，可以挽回损失。如何对锈蚀的齿轮零件进行快速批量的除锈处理，又不破坏零件加工尺寸及其力学性能？这是许多厂家急于解决的问题。为此，上海斯瑞文特种油品科技有限公司销售总监陈安特意介绍了XA130中性除锈剂及配套的除锈技术。“XA130中性除锈剂与斯瑞文自主设计的超声波除锈设备结合，能够对齿轮等金属零件除锈、清洗和防锈实现批量一体化作业。一般工况下2-5分钟即可完成。XA130中性除锈剂具有优异的渗透性，仅对一些金属氧化物具有极强的吸附、溶解能力；具有很高的安全性，对人体、金属零部件均无不良影响。”陈安的介绍引起不少与会者的兴趣。

何家文

白涛

陈安

高效装备助力高精齿轮加工

随着国内齿轮制造的升级，对夹具的要求越来越高，新型齿轮夹具也在不断的应用在生产制造中。西安东龙精密工具有限公司王春林总经理介绍到，东龙公司产品可满足自动化生产中夹具的快速换产；0.003μm的夹持精度可保证被加工齿轮的高精度；在小批量、多品种生产企业中针对工件定制的具有有柔性化、模块化成组夹具，以此来降低企业生产成本；并且其公司专利产品硫化橡胶涨套实现进口夹具国产化。

低成本是一个企业在行业内的竞争优势，所以，在保证质量的前提下，低成本是每个企业都在追求的目标。在全球切削刀具制造商一直都在努力寻求降低成本的有效方法，来自伊斯卡刀具公司的周浩磊经理介绍了伊斯卡通过大量的实验研究和数据分析，采取通过改进切削刀具的构架来降低单件成本。伊斯卡设计的立装夹持可转位铣刀片实现更高效、更经济、更高生产率的齿轮铣削加工。其可转位铣刀片多个切削刃有效利用可大大降低单件加工成本。

王春林

周浩磊

李志义

高精齿轮对齿面质量提出更高要求

高精齿轮传动的发展趋势是轻量化、低噪声、更高传递功率的效率。这种情况下就需要对齿轮热处理要有严格的变形控制措施，磨削等冷加工更需要采取必要的手段控制其变形。

“齿轮渗碳淬火件的自然时效变形现象（这对高精度保存较久再服役的齿轮很重要）”重庆义扬机电设备有限公司失效分析专家李志义谈到，“自然失效变形现象主要原因如下：

1、自然失效过程中氢的逸出，应力的松弛；

2、齿轮磨削或者线切割引起的应力诱导残余奥氏体相变]，以及去应力回火不足，而引起延迟应力松弛；

3、自然失效过程中应力的松弛择放，有可能引起非常少量的残余奥氏体相变。解决方法：对校正、磨削、线切割等加工应即时去应力回火；采用制造量具的措施增加深冷处理。深冷处理后也需即时回火，一般讲残余奥氏体量控制在3%左右为宜。”81岁高龄的他与大家分享了多年失效分析工作的经验。