汽车变速器制造技术现状及发展趋势

汽车变速器制造技术现状及发展趋势1现状分析制造技术主要涉及核心零件(轴及齿轮、壳体)生产、装配总成、试验检测等工艺过程。根据产品设计要求.轴及齿轮零件加工工艺流程采用的是锻造制坯→正火→车加工→滚/插齿→剃齿→热处理→磨加工→修整，热后齿部不再加工。这种流程适宜于大批量生产的模式。考察国内汽车变速器(驱动桥)生产厂家了解到在同等级别的产品中，轴及齿轮零件加工也基本上是这种模式，如唐山爱信齿轮有限公司、上海汽车齿轮总厂、杭州依维柯汽车变速器有限公司、北京MOBIS变速器有限公司等。壳体类零件加工既有采用由组合机床、专机等设备组成的刚性生产线，又有采用以加工中心组成的柔性生产线。1.1轴及齿轮零件加工工艺(1)锻造制坯：热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大量推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小而且生产效率高。(2)正火：这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效地减少热处理变形。齿轮钢的材料通常为20CrMnTi，一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响机加工和最终热处理；使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用这种等温正火有效地改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。(3)车加工：为了满足高精度齿轮加工的定位要求.齿坯的加工全部采用数控车床.使用机械夹固不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径。端面及外径加工同步完成。既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。(4)滚/插齿：加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀可方便地进行.经过涂镀的刀具能够明显地提高耐用度，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显著。目前，这项技术已在公司推广。(5)剃齿：径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现的优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。目前这项技术上已经应用成熟，加工质量稳定可靠。(6)热处理：汽车齿轮要求渗碳淬火.以保证其设计要求的良好机械性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可缺的。(7)磨加工：主要是对经过热处理的齿轮内孔。端面、轴的外径等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满意的产品质量。(8)修整：这是变速驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起的噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。1.2壳体类零件加工工艺变速器中壳体零件有离合器壳、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是承重零件，一般采用压铸铝合金经专用模具压铸而成，外形不规则较复杂，一般工艺流程是铣结合面→加工工艺孔和连接孔→粗镗轴承孔→精镗轴承孔和定位销孔→清洗→泄漏试验检测。当前使用两条由组合机床、专机组成的刚性生产线和两条以加工中心为主组成的柔性生产线。这4条生产线年生产能力达到22万件。其中两条刚性生产线产能达到12万件，但只能加工两种壳体。差速器壳是运动零件.所用材料一般为球墨铸铁，外形似球.内外表面都需要机加工。一般工艺流程是半精加工一端→精加工另一端→精加工一端→加工工艺孔及连接孔→加工内球面→清洗→检验。2变速器发展趋势现在市场上的变速器细分为5类，手动变速器(MT)、手动自动一体变速器(AMT)、无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)和自动变速器(AT)，各自都有不同的优势。国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。如在英国.现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前，这个数字是13.5%。日前，世界著名的变速器制造商——德国ZF公司预测说，到2012年，北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡；2013年欧洲变速器市场上，配备手动自动一体的变速器将占20%。可以预见，带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品，发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。而优先开发手动自动一体变速器具有技术上的延续性，对我国来说具有更大的优势。AMT是在MT基础上增加ASCS自动换挡控制系统组成的。ASCS由微控制器控制的执行机构(液压、气压或电机)组成，以电控液压(气压)或电机机构代替人力控制离合器和选换挡机构实现自动变速功能。AMT具有自动换挡的功能，能大幅提高离合器、同步器寿命(先进的AMT技术还可实现无离合器和无同步器下的自动换挡)和行车安全性，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠、易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低等优点，特别适合我国国情。3制造技术发展趋势3.1新技术新工艺不断得到应用随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小、质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。这就要求零件设计结构。机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑，高强度、高刚性方向改进，进而也要求有新技术、新工艺来保证能够制造出来。如图1所示设计的零件结构，中间的结合齿圈采用一般的切削加工是无法实现的，通常考虑将齿体与结合圈分两部分(图中虚线为分界线)分别加工出来，然后通过花键过盈压装连接成一体，这不仅使工序增多，增加加工成本，而且有时受结构限制花键是无法加工出来的(本例即为花键无法加工)，所以必须寻求新的工艺技术支持。因此，齿轮焊接与整体精锻新工艺应运而生。另外，轴类的冷挤压制坯、热处理后应用强力喷丸工艺进行齿面强化等都是近年来国外已经广泛应用的新技术。(1)齿轮焊接与整体精锻图2为整体精锻齿轮与焊接结构齿轮(结构见图1)。可以看出，使用齿轮焊接与整体精锻技术在结构设计上可去掉机加工用退刀槽，该部尺寸既可留做增加齿宽以提高齿部强度，也可直接省去减小整体设计尺寸，使结构更加紧凑。整体锻造工艺获得的齿部加工精度依赖于模具加工精度，目前关键成型模具还要依赖进口，且一套模具只能用于一种零件。前期投入较大，工艺的适用范围窄，只适于大批量的生产。焊接工艺比整体锻造技术更加灵活，通用性强，能够适应多品种生产，加工成本也更低。当然.一般的焊接工艺由于热影响区的缘故使焊后零件变形较大，且无法控制，是无法满足齿轮加工要求的。只有电子束焊与激光焊接技术能够适应。这两种技术由于焊后热影响区很小，对于齿轮加工精度几乎没有影响。焊后牢靠且焊缝美观。近年来，随着激光技术的发展，国内在激光焊接技术方面的研究已从试验研究阶段进入生产应用阶段，并开始走向成熟。公司于2004年底购进一台，两年多生产了20万件。激光焊接技术比电子束焊易于操作，具有更多优势，应用前景更加广阔。(2)轴类的冷挤制坯技术在欧美、日本等汽车工业发达的国家，轴类零件的冷挤制坯技术在上世纪90年代已得到广泛应用，这不仅能实现少无切削加工，节约金属材料，降低加工成本，而且零件机械强度表面粗糙度显著降低。随着我国锻造技术的发展和汽车工业的要求，这项技术已经由试验研发阶段开始进入生产应用阶段.并在上海汽车齿轮总厂已经得到应用，杭州依维柯汽车变速器有限公司正在小批应用。我公司正与天海同步器公司合作开发这项技术。3.2高速高效、环保的设备不断应用滚齿设备采用数控多轴联动控制，不仅加工精度高，而且调整方便。特别是干式滚齿机的应用，实现了齿轮加工的高速、高效和环保。一个典型的例子是使用干式滚齿机加工模数2mm、外径240mm、齿厚30mm的差速器齿圈仅需42s，而普通滚齿机一般需要3min。可有效减少机床数量，工艺流程更简洁，便于实现自动化生产。壳体类零件加工随着高速加工中心(主轴工作转速在10000r/min以上)的应用，使得柔性生产单元效率更上一层。如对差速器壳的加工，若使用数控设备仅需6台便可实现10万件/年生产能力。另外，随着人们对汽车驾乘舒适性的要求不断提高以及AT与AMT的发展，促使齿轮本身的制造水平不断提高.因而对于检测设备、刀具刃磨和热处理也提出了更高的要求.需要更高精度的设备来支持。3.3CAD/CAE/CAM一体化应用在制造业中，各种由计算机控制的数控设备的应用大大提高了制造水平。而由计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)形成一体化。能有效缩短产品开发周期.同时实现了工艺与装备的数控化和网络化，为进一步实现敏捷制造打下基础。