2013年我國(guó)汽車精鍛齒輪行業(yè)技術(shù)特點(diǎn)分析

中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊：

    齒輪的性能反映在精度和強(qiáng)度兩個(gè)方面，強(qiáng)度又包括接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。精度高低影響機(jī)械運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性、噪音，強(qiáng)度高低則主要反映在

    齒輪的疲勞壽命上。在精度標(biāo)準(zhǔn)方面，汽車差速器錐齒輪適用錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)（GB/T11365）（注：該標(biāo)準(zhǔn)將齒輪精度等級(jí)分為0~12 級(jí)，其中0~3 級(jí)為預(yù)留精度等級(jí)，無(wú)具體的公差指標(biāo)，4 級(jí)精度最高，4~6 級(jí)齒輪為高精度傳動(dòng)齒輪，主要采用高精度加工中心銑齒或磨齒等切齒工藝獲得，常用于標(biāo)準(zhǔn)齒輪、測(cè)量齒輪及航空齒輪，目前國(guó)內(nèi)整車廠商對(duì)錐齒輪的精度要求，高級(jí)乘用車齒輪精度等級(jí)要求為7－8 級(jí)，普通或小型乘用車、高檔商用車齒輪精度等級(jí)要求為8－9 級(jí)，普通商用車或農(nóng)用車齒輪精度等級(jí)要求為9－10 級(jí)）；汽車變速器結(jié)合齒齒輪適用圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)（GB/T10095）。 

    目前，汽車齒輪的主要制造方法分為切削加工和精密鍛造。切削加工是用切削工具把坯料或工件上多余的材料層切去，使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。相比于切削加工方法，精密鍛造保持了金屬流線的連續(xù)，提高了產(chǎn)品精度和品質(zhì)，并減少了材料耗用和環(huán)境污染。采用精密鍛造成形工藝技術(shù)生產(chǎn)齒輪代表著行業(yè)的先進(jìn)制造水平和未來(lái)發(fā)展方向。 

    汽車精鍛齒輪行業(yè)技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)為綜合性、復(fù)合化和高精深的特點(diǎn)，需要金屬材料學(xué)、金屬塑性成形理論、精鍛成形工藝、有限元數(shù)值模擬、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，體現(xiàn)了極高的技術(shù)含量。 

    汽車齒輪精密鍛造工藝的發(fā)展是和鍛壓行業(yè)精鍛技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的。美國(guó)金屬學(xué)會(huì)關(guān)于“精鍛”的定義如下：精鍛是指比標(biāo)準(zhǔn)鍛造具有更高尺寸公差和表面精度的鍛造，可以降低成本和提高質(zhì)量。精密鍛造是一種精密成形技術(shù)。 

    精密成形技術(shù)是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工（近凈成形技術(shù)， near net shape technique；或凈成形技術(shù)，net shape technique），就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本、無(wú)公害的成形。它使得成形的機(jī)械構(gòu)件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。 

    20世紀(jì)70年代，以石油危機(jī)為契機(jī)，世界鍛造行業(yè)開(kāi)始向減少能源耗用和節(jié)省資源方向發(fā)展，要求鍛造行業(yè)提高原材料的利用率，降低鍛壓成形時(shí)的能源消耗，還要求通過(guò)實(shí)現(xiàn)鍛件的高精度化來(lái)削減鍛造后的機(jī)械加工以提高產(chǎn)品質(zhì)量。大約在20世紀(jì)80年代初，國(guó)際上曾用“凈形狀”和“準(zhǔn)凈形狀”這種術(shù)語(yǔ)。所謂 “凈形狀”是指鍛件的最終形狀為零件最終形狀，即為無(wú)切削加工；“準(zhǔn)凈形狀”是指經(jīng)過(guò)精車或切削后才能成為成品的鍛件形狀，即少切削加工。精密鍛造少無(wú)切削加工制造齒輪可以提高材料利用率，減少后序機(jī)械加工余量，降低能源消耗、節(jié)約資源并降低成本；同時(shí)，精密鍛造少無(wú)切削加工，保證了產(chǎn)品金屬流線的延續(xù)，有利于提高齒輪的疲勞強(qiáng)度。

    內(nèi)容選自產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《2013-2018年中國(guó)汽車齒輪市場(chǎng)調(diào)查分析與投資戰(zhàn)略研究報(bào)告》

    齒輪鍛造生產(chǎn)按變形溫度鍛壓可分為冷鍛、溫鍛、熱鍛等，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)加工工件尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、材料強(qiáng)度、塑性高低和產(chǎn)品精度要求，以及加工模具的精度和強(qiáng)度匹配性等因素綜合考慮和靈活選用，需要較高的技術(shù)工藝?yán)碚摵拓S富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。齒輪冷溫?zé)徨憦?fù)合成形工藝體現(xiàn)了較高的技術(shù)難度。 

    在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，汽車精鍛齒輪的生產(chǎn)工藝主要分為：（1）模具加工+熱鍛成形+熱前機(jī)加工+熱處理+熱后機(jī)加工；（2）模具加工+冷鍛成形+熱前機(jī)加工+熱處理+熱后機(jī)加工；（3）模具加工+熱/冷鍛復(fù)合成形+熱前機(jī)加工+熱處理+熱后機(jī)加工；（4）模具加工+溫/冷鍛復(fù)合成形+熱前機(jī)加工+熱處理+熱后機(jī)加工；（5）模具加工+溫鍛成形+熱前機(jī)加工+熱處理+熱后機(jī)加工；(6)上述第二種至第五種生產(chǎn)工藝中取消熱后機(jī)加工，也就是熱處理后不再進(jìn)行任何機(jī)加工即可滿足制造精度要求。精鍛齒輪生產(chǎn)工藝中的熱前或熱后機(jī)加工指的是以精鍛成形的齒形齒面定位（該齒形齒面不需要進(jìn)行任何機(jī)加工即可滿足齒輪齒面嚙合精度要求），只對(duì)齒輪非齒面的安裝嚙合用的基準(zhǔn)面和其它形面進(jìn)行機(jī)加工，這是精鍛齒輪與傳統(tǒng)的機(jī)加工方式制造齒輪的重要區(qū)別。對(duì)部分高精度和高品質(zhì)的齒輪，汽車制造商要求齒輪熱處理后不可以再進(jìn)行齒輪任何表面的機(jī)加工，這就要對(duì)齒輪精鍛前后的材料進(jìn)行合適的預(yù)備熱處理（退火和等溫正火），同時(shí)要對(duì)機(jī)加工過(guò)程精度和熱處理過(guò)程變形進(jìn)行有效控制，保證齒輪滲碳或碳氮共滲熱處理的表面有效硬化層不受破壞和減薄，從而在保證精度的同時(shí)保證齒輪的各工作表面耐磨損，進(jìn)而提高齒輪的使用壽命和疲勞強(qiáng)度，這種對(duì)齒輪熱處理后不再進(jìn)行任何表面機(jī)加工即可滿足制造精度的要求，以及對(duì)齒輪齒面進(jìn)行改性硬化或強(qiáng)化技術(shù)處理的特殊要求，對(duì)齒輪制造工藝技術(shù)提出了特別高的要求，如果沒(méi)有掌握從材料到成品齒輪制造全流程系統(tǒng)的工藝制造技術(shù)，則齒輪熱處理后不再進(jìn)行任何表面機(jī)加工即可滿足制造精度的工藝要求是難以實(shí)現(xiàn)的，這充分體現(xiàn)了一個(gè)齒輪制造企業(yè)的工藝制造技術(shù)水平和核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。汽車精鍛齒輪生產(chǎn)的技術(shù)水平主要體現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)與制造、鍛造工藝、機(jī)加工工藝、熱處理工藝、表面改性硬化或強(qiáng)化技術(shù)和機(jī)器裝備等方面。從全球范圍來(lái)看，亞洲的日本及歐洲的德國(guó)處于領(lǐng)先地位。目前江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司已成熟掌握上述系統(tǒng)的成套工藝制造技術(shù)并已大量生產(chǎn)應(yīng)用于中高級(jí)轎車齒輪（如供應(yīng)大眾的半軸齒輪和行星齒輪）的制造。 

    汽車齒輪的品質(zhì)還與鍛造齒坯的質(zhì)量及其預(yù)熱處理相關(guān)。齒輪鍛造或切削加工前的預(yù)熱處理能夠提高齒坯的可切削性，消除鍛造應(yīng)力，使組織均勻，減少熱處理變形，對(duì)齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。目前使用較多的普通正火或退火處理工藝硬度波動(dòng)范圍大、組織不均勻，不僅影響切削加工或成形性能，也會(huì)使齒輪滲碳淬火變形加劇，影響齒輪產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。而少、無(wú)氧化等溫正火和球化退火方式使齒坯硬度波動(dòng)范圍小、組織較為均勻，可以獲得較佳的切削或成形性能，并使齒輪滲碳淬火變形顯著減小，從而保證齒輪產(chǎn)品的品質(zhì)。