近些年來，汽車齒輪制造的主要方向由商用車齒輪轉(zhuǎn)向乘用車齒輪，其制造工藝也由傳統(tǒng)的滾齒(插齒)+剃齒轉(zhuǎn)變?yōu)闈L齒+ 磨齒，而強(qiáng)力珩齒和車齒加工、內(nèi)齒加工中應(yīng)用多瓣式液壓夾具、齒輪的焊接和機(jī)床技術(shù)……這些汽車齒輪制造工藝的發(fā)展都給行業(yè)帶來了很多新要求。
外圓柱齒輪磨齒
磨齒作為齒輪精加工工藝已有很多年，從成形砂輪磨齒、雙錐面砂輪磨齒發(fā)展到了蝸桿砂輪磨齒，現(xiàn)大批量汽車齒輪的磨齒基本采用蝸桿砂輪磨齒，它的好處是生產(chǎn)效率高(有的廠家機(jī)床齒輪磨削速度可達(dá)100?m/s，節(jié)拍可達(dá)13～40?s/件)、精度高(可達(dá)DIN 4～7級)、成本相對較低，并可以解決齒輪熱處理變形較大的難題。
1.磨齒工藝傳統(tǒng)難點(diǎn)
機(jī)床動(dòng)態(tài)精度要求穩(wěn)定(尤其是大批量生產(chǎn)，長期2、3班倒作業(yè)，齒輪件精度穩(wěn)定在DIN 5～7級)，可靠性要好;夾具精度要求高，且便于工件自動(dòng)上下料;砂輪修整器精度要求高且耐用，砂輪修整能快速達(dá)到磨齒精度要求，砂輪修形時(shí)間要短;砂輪要求自銳性好，且使用壽命長(每修整一次砂輪加工件數(shù)多);線速度要高(可達(dá)100?m/s)，能滿足超高速磨齒的砂輪制造供貨商較少。
2.磨齒工藝的新難點(diǎn)
由于汽車市場的競爭需要，對變速器噪聲要求不斷提高, 齒輪磨齒并未解決的扭曲變形，2007年德國大眾對齒輪磨齒工藝提出了一齒三截面的要求(也就是齒形方向測三截面、齒向方向測三截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測9個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值);而過去僅僅要求一齒一截面(也就是齒形方向測中間一個(gè)截面、齒向方向測中間一個(gè)截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測5個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值)。
現(xiàn)在則要求齒輪一側(cè)曲面上要測9個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，而一個(gè)輪齒的雙側(cè)曲面上的18個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，國際上真正能滿足此要求的磨齒機(jī)制造廠較少。
為實(shí)現(xiàn)此規(guī)定，德國大眾先對瑞士萊森豪威爾公司提出要求，經(jīng)過該公司對磨齒機(jī)床控制軟件、砂輪修整器等的多次重新設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，最后滿足大眾要求，之后大眾才出臺磨齒一齒三截面要求，并在之后的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用。目前為了更穩(wěn)定達(dá)到尤其是混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車用戶不斷提出的新要求，瑞士萊森豪威爾公司已對磨齒機(jī)床控制軟件版本等進(jìn)行多次升級。
▲變速器齒輪
電動(dòng)汽車的發(fā)展可能對汽車齒輪的制造精度提出更進(jìn)一步的要求，所以工程師必須有一定的思想準(zhǔn)備應(yīng)對。同時(shí)作為變速器的設(shè)計(jì)者，必須考慮新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否能加工出來，提出的新要求需要有相應(yīng)技術(shù)文件的支持等問題。
強(qiáng)力珩斜齒外圓柱齒輪
過去珩齒加工只是外珩輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而齒輪工件跟隨珩輪轉(zhuǎn)動(dòng)且被加工，類似剃齒加工，此加工僅僅只是提高齒輪表面粗糙度，基本不能提高齒輪精度。
現(xiàn)在的強(qiáng)力珩齒加工是珩磨輪與被加工件按一定速比強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)，而且采用內(nèi)珩磨輪珩磨外圓柱齒輪，這增大了齒輪嚙合時(shí)的重合系數(shù)，加大了磨削力，提高了加工效率(有的廠家機(jī)床珩磨輪轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，節(jié)拍可達(dá)20?s/件)，并可在一定范圍提高齒輪精度達(dá)DIN 4～7級。
內(nèi)圓柱斜齒齒圈的強(qiáng)力車齒加工
車齒加工，國內(nèi)也稱“插滾”“刮齒”加工。由于近些年汽車自動(dòng)變速器的大量使用，對行星排里的薄壁高精度內(nèi)齒圈件的加工量逐漸增大，過去單靠插齒機(jī)的插斜齒加工已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求(三菱SD25全數(shù)控插齒機(jī)加工節(jié)拍25?min/件)，所以車齒加工又被推出，它既有插齒的徑向進(jìn)給，又有圓周進(jìn)給。
內(nèi)齒圈車齒加工節(jié)拍比插齒加工要快很多，最快2.5 min/件，精度可達(dá)DIN 6～8級，表面粗糙度Rz3 mm。它的刀具類似插齒刀，這種車齒加工也能加工外圓柱齒輪，而且換產(chǎn)時(shí)間只需30 min。現(xiàn)能夠批量穩(wěn)定車齒加工高精度薄壁內(nèi)齒圈的機(jī)床廠家并不多，所以訂貨時(shí)需根據(jù)具體情況而做選擇。
▲強(qiáng)力車齒加工薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈
同時(shí)，對于這種薄壁內(nèi)齒圈加工還必須注意的是機(jī)床夾具的選擇：必須采用多瓣式液壓夾具，4瓣、6瓣甚至8瓣的夾具都不能滿足夾緊精度要求，至少應(yīng)16瓣以上，且多多益善。要求采用多瓣式液壓夾具的目的是使夾緊力能均勻夾持薄壁內(nèi)齒圈，盡量不產(chǎn)生夾持變形，加工后工件沒有彈性恢復(fù)變形，保證加工質(zhì)量不受到破壞。
薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的螺旋拉齒
現(xiàn)在的企業(yè)對薄壁內(nèi)齒圈件需求量非常大，以前的加工工藝已經(jīng)不能滿足大量生產(chǎn)的需求，所以用螺旋拉床加工斜齒內(nèi)齒圈逐漸被一些主要從事自動(dòng)變速器生產(chǎn)的企業(yè)所采用，而且其生產(chǎn)率高(可達(dá)節(jié)拍 60?s/件)、調(diào)整方便的特點(diǎn)越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。
但是這種加工方法的加工精度主要取決于齒輪螺旋拉刀的制造精度，現(xiàn)在能夠制造高精度(DIN 8級)薄壁內(nèi)齒圈螺旋拉刀的廠商少之又少，使這種工藝的廣泛應(yīng)用受到極大限制。
齒輪、齒轂類零件的焊接
手動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器中有一些齒輪、齒轂類零件需要焊接，現(xiàn)常用的焊接工藝有激光焊接和電子束焊接兩種，從二者的加工特點(diǎn)分析來看，激光焊接適用于薄壁零件，優(yōu)點(diǎn)是可在常態(tài)下進(jìn)行焊接;缺點(diǎn)是有熱變形，焊縫較淺，大量生產(chǎn)中很難達(dá)到4?mm，零件真實(shí)焊縫檢查不方便。
電子束焊接適用于關(guān)鍵件和安全件，優(yōu)點(diǎn)是工藝十分穩(wěn)定，焊縫小而深，熱變形很小，焊縫深且牢固可靠，焊縫質(zhì)量可方便檢查，生產(chǎn)率高(節(jié)拍可達(dá)22?s/件，含抽真空時(shí)間的分?jǐn)?;缺點(diǎn)是必須在真空度好(5×10-4 Pa)的環(huán)境下焊接。
齒輪機(jī)床的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
齒輪機(jī)床是復(fù)雜的精密設(shè)備，對這類機(jī)床的驗(yàn)收關(guān)鍵不是靜態(tài)精度如何，而是動(dòng)態(tài)精度能穩(wěn)定地達(dá)到什么程度，也就是說能否加工出好工件。
如下表所示，一般工廠常用工序能力 Cp、Cpk值來進(jìn)行機(jī)床驗(yàn)收，而德國則用機(jī)床能力Cm、Cmk值進(jìn)行驗(yàn)收，這對驗(yàn)收機(jī)床更為合理。工序能力涉及人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素，這些因素與驗(yàn)證機(jī)床本身固有加工精度只有“機(jī)”一項(xiàng)有關(guān)，其他則與機(jī)床制造廠商沒有密切關(guān)系，而是與自己企業(yè)管理、工藝設(shè)計(jì)、人員培訓(xùn)等有關(guān)，用這些無關(guān)項(xiàng)去驗(yàn)收機(jī)床廠是沒有道理的，其他項(xiàng)也只有在生產(chǎn)一段時(shí)間后逐步完善。
▲齒輪精加工機(jī)床能力驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值及用戶差異
所以現(xiàn)在越來越多的企業(yè)使用機(jī)床能力Cm、Cmk值對機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)收，而在投產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)后定期做機(jī)床工序能力Cp、Cpk值，復(fù)查生產(chǎn)組織管理及設(shè)備等出現(xiàn)的問題，并加以改正，這才真正能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)圓柱斜齒齒圈
過去對淬硬后的大批量斜齒內(nèi)齒圈件是無法加工的，所以對由于熱處理變形所降低的齒圈零件精度只能一味提高熱前加工精度，但熱前加工精度再提高也很困難，將增加零件廢品率，大大增加生產(chǎn)成本。
而目前電動(dòng)車和混合動(dòng)力車對變速器的噪聲要求提高較多，對內(nèi)齒圈的精度也必然隨之提升，因此一些有實(shí)力的國外機(jī)床廠家都在設(shè)計(jì)、試制強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)齒圈的珩磨機(jī)，但目前還沒有國內(nèi)外廠家有成熟的珩磨機(jī)床產(chǎn)品應(yīng)用在大量生產(chǎn)中。
所以目前薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的精度能夠穩(wěn)定達(dá)到一些廠家產(chǎn)品圖要求(大約DIN 8級)還是很困難的，它的難點(diǎn)在于珩磨輪尺寸較小，熱后內(nèi)齒圈又較硬，珩輪精度保持的壽命低，加工成本很高，所以這種機(jī)床遲遲未能出現(xiàn)在大量生產(chǎn)中，許多廠家只好把薄壁齒圈精度降到DIN 9～10級或以下。期待能適應(yīng)大量生產(chǎn)的這種薄壁內(nèi)齒圈熱后加工的機(jī)床能盡快制造出來，滿足未來汽車齒輪技術(shù)上的需求。
隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家制定出未來將全面加大自動(dòng)變速器產(chǎn)能，降低手動(dòng)變速器的產(chǎn)量的計(jì)劃，而且未來電動(dòng)汽車的發(fā)展速度不可預(yù)測，高速電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)10?000?r/min，可能采用超高速電機(jī)的更高轉(zhuǎn)速，對傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲、振動(dòng)的要求更嚴(yán)格，由此帶來汽車齒輪制造精度不斷提高，所以作為行業(yè)人士必須密切注意這個(gè)趨勢，及時(shí)調(diào)整好發(fā)展方向，適應(yīng)未來汽車產(chǎn)業(yè)的變化。
外圓柱齒輪磨齒
磨齒作為齒輪精加工工藝已有很多年，從成形砂輪磨齒、雙錐面砂輪磨齒發(fā)展到了蝸桿砂輪磨齒，現(xiàn)大批量汽車齒輪的磨齒基本采用蝸桿砂輪磨齒，它的好處是生產(chǎn)效率高(有的廠家機(jī)床齒輪磨削速度可達(dá)100?m/s，節(jié)拍可達(dá)13～40?s/件)、精度高(可達(dá)DIN 4～7級)、成本相對較低，并可以解決齒輪熱處理變形較大的難題。
1.磨齒工藝傳統(tǒng)難點(diǎn)
機(jī)床動(dòng)態(tài)精度要求穩(wěn)定(尤其是大批量生產(chǎn)，長期2、3班倒作業(yè)，齒輪件精度穩(wěn)定在DIN 5～7級)，可靠性要好;夾具精度要求高，且便于工件自動(dòng)上下料;砂輪修整器精度要求高且耐用，砂輪修整能快速達(dá)到磨齒精度要求，砂輪修形時(shí)間要短;砂輪要求自銳性好，且使用壽命長(每修整一次砂輪加工件數(shù)多);線速度要高(可達(dá)100?m/s)，能滿足超高速磨齒的砂輪制造供貨商較少。
2.磨齒工藝的新難點(diǎn)
由于汽車市場的競爭需要，對變速器噪聲要求不斷提高, 齒輪磨齒并未解決的扭曲變形，2007年德國大眾對齒輪磨齒工藝提出了一齒三截面的要求(也就是齒形方向測三截面、齒向方向測三截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測9個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值);而過去僅僅要求一齒一截面(也就是齒形方向測中間一個(gè)截面、齒向方向測中間一個(gè)截面，在單一齒輪的一側(cè)齒面上共測5個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差值)。
現(xiàn)在則要求齒輪一側(cè)曲面上要測9個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，而一個(gè)輪齒的雙側(cè)曲面上的18個(gè)點(diǎn)的空間位置都必須合格，國際上真正能滿足此要求的磨齒機(jī)制造廠較少。
為實(shí)現(xiàn)此規(guī)定，德國大眾先對瑞士萊森豪威爾公司提出要求，經(jīng)過該公司對磨齒機(jī)床控制軟件、砂輪修整器等的多次重新設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，最后滿足大眾要求，之后大眾才出臺磨齒一齒三截面要求，并在之后的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用。目前為了更穩(wěn)定達(dá)到尤其是混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車用戶不斷提出的新要求，瑞士萊森豪威爾公司已對磨齒機(jī)床控制軟件版本等進(jìn)行多次升級。
▲變速器齒輪
電動(dòng)汽車的發(fā)展可能對汽車齒輪的制造精度提出更進(jìn)一步的要求，所以工程師必須有一定的思想準(zhǔn)備應(yīng)對。同時(shí)作為變速器的設(shè)計(jì)者，必須考慮新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否能加工出來，提出的新要求需要有相應(yīng)技術(shù)文件的支持等問題。
強(qiáng)力珩斜齒外圓柱齒輪
過去珩齒加工只是外珩輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而齒輪工件跟隨珩輪轉(zhuǎn)動(dòng)且被加工，類似剃齒加工，此加工僅僅只是提高齒輪表面粗糙度，基本不能提高齒輪精度。
現(xiàn)在的強(qiáng)力珩齒加工是珩磨輪與被加工件按一定速比強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)，而且采用內(nèi)珩磨輪珩磨外圓柱齒輪，這增大了齒輪嚙合時(shí)的重合系數(shù)，加大了磨削力，提高了加工效率(有的廠家機(jī)床珩磨輪轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，節(jié)拍可達(dá)20?s/件)，并可在一定范圍提高齒輪精度達(dá)DIN 4～7級。
內(nèi)圓柱斜齒齒圈的強(qiáng)力車齒加工
車齒加工，國內(nèi)也稱“插滾”“刮齒”加工。由于近些年汽車自動(dòng)變速器的大量使用，對行星排里的薄壁高精度內(nèi)齒圈件的加工量逐漸增大，過去單靠插齒機(jī)的插斜齒加工已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求(三菱SD25全數(shù)控插齒機(jī)加工節(jié)拍25?min/件)，所以車齒加工又被推出，它既有插齒的徑向進(jìn)給，又有圓周進(jìn)給。
內(nèi)齒圈車齒加工節(jié)拍比插齒加工要快很多，最快2.5 min/件，精度可達(dá)DIN 6～8級，表面粗糙度Rz3 mm。它的刀具類似插齒刀，這種車齒加工也能加工外圓柱齒輪，而且換產(chǎn)時(shí)間只需30 min。現(xiàn)能夠批量穩(wěn)定車齒加工高精度薄壁內(nèi)齒圈的機(jī)床廠家并不多，所以訂貨時(shí)需根據(jù)具體情況而做選擇。
▲強(qiáng)力車齒加工薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈
同時(shí)，對于這種薄壁內(nèi)齒圈加工還必須注意的是機(jī)床夾具的選擇：必須采用多瓣式液壓夾具，4瓣、6瓣甚至8瓣的夾具都不能滿足夾緊精度要求，至少應(yīng)16瓣以上，且多多益善。要求采用多瓣式液壓夾具的目的是使夾緊力能均勻夾持薄壁內(nèi)齒圈，盡量不產(chǎn)生夾持變形，加工后工件沒有彈性恢復(fù)變形，保證加工質(zhì)量不受到破壞。
薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的螺旋拉齒
現(xiàn)在的企業(yè)對薄壁內(nèi)齒圈件需求量非常大，以前的加工工藝已經(jīng)不能滿足大量生產(chǎn)的需求，所以用螺旋拉床加工斜齒內(nèi)齒圈逐漸被一些主要從事自動(dòng)變速器生產(chǎn)的企業(yè)所采用，而且其生產(chǎn)率高(可達(dá)節(jié)拍 60?s/件)、調(diào)整方便的特點(diǎn)越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。
但是這種加工方法的加工精度主要取決于齒輪螺旋拉刀的制造精度，現(xiàn)在能夠制造高精度(DIN 8級)薄壁內(nèi)齒圈螺旋拉刀的廠商少之又少，使這種工藝的廣泛應(yīng)用受到極大限制。
齒輪、齒轂類零件的焊接
手動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器中有一些齒輪、齒轂類零件需要焊接，現(xiàn)常用的焊接工藝有激光焊接和電子束焊接兩種，從二者的加工特點(diǎn)分析來看，激光焊接適用于薄壁零件，優(yōu)點(diǎn)是可在常態(tài)下進(jìn)行焊接;缺點(diǎn)是有熱變形，焊縫較淺，大量生產(chǎn)中很難達(dá)到4?mm，零件真實(shí)焊縫檢查不方便。
電子束焊接適用于關(guān)鍵件和安全件，優(yōu)點(diǎn)是工藝十分穩(wěn)定，焊縫小而深，熱變形很小，焊縫深且牢固可靠，焊縫質(zhì)量可方便檢查，生產(chǎn)率高(節(jié)拍可達(dá)22?s/件，含抽真空時(shí)間的分?jǐn)?;缺點(diǎn)是必須在真空度好(5×10-4 Pa)的環(huán)境下焊接。
齒輪機(jī)床的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
齒輪機(jī)床是復(fù)雜的精密設(shè)備，對這類機(jī)床的驗(yàn)收關(guān)鍵不是靜態(tài)精度如何，而是動(dòng)態(tài)精度能穩(wěn)定地達(dá)到什么程度，也就是說能否加工出好工件。
如下表所示，一般工廠常用工序能力 Cp、Cpk值來進(jìn)行機(jī)床驗(yàn)收，而德國則用機(jī)床能力Cm、Cmk值進(jìn)行驗(yàn)收，這對驗(yàn)收機(jī)床更為合理。工序能力涉及人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素，這些因素與驗(yàn)證機(jī)床本身固有加工精度只有“機(jī)”一項(xiàng)有關(guān)，其他則與機(jī)床制造廠商沒有密切關(guān)系，而是與自己企業(yè)管理、工藝設(shè)計(jì)、人員培訓(xùn)等有關(guān)，用這些無關(guān)項(xiàng)去驗(yàn)收機(jī)床廠是沒有道理的，其他項(xiàng)也只有在生產(chǎn)一段時(shí)間后逐步完善。
▲齒輪精加工機(jī)床能力驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值及用戶差異
所以現(xiàn)在越來越多的企業(yè)使用機(jī)床能力Cm、Cmk值對機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)收，而在投產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)后定期做機(jī)床工序能力Cp、Cpk值，復(fù)查生產(chǎn)組織管理及設(shè)備等出現(xiàn)的問題，并加以改正，這才真正能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)圓柱斜齒齒圈
過去對淬硬后的大批量斜齒內(nèi)齒圈件是無法加工的，所以對由于熱處理變形所降低的齒圈零件精度只能一味提高熱前加工精度，但熱前加工精度再提高也很困難，將增加零件廢品率，大大增加生產(chǎn)成本。
而目前電動(dòng)車和混合動(dòng)力車對變速器的噪聲要求提高較多，對內(nèi)齒圈的精度也必然隨之提升，因此一些有實(shí)力的國外機(jī)床廠家都在設(shè)計(jì)、試制強(qiáng)力珩磨淬硬內(nèi)齒圈的珩磨機(jī)，但目前還沒有國內(nèi)外廠家有成熟的珩磨機(jī)床產(chǎn)品應(yīng)用在大量生產(chǎn)中。
所以目前薄壁內(nèi)圓柱斜齒齒圈的精度能夠穩(wěn)定達(dá)到一些廠家產(chǎn)品圖要求(大約DIN 8級)還是很困難的，它的難點(diǎn)在于珩磨輪尺寸較小，熱后內(nèi)齒圈又較硬，珩輪精度保持的壽命低，加工成本很高，所以這種機(jī)床遲遲未能出現(xiàn)在大量生產(chǎn)中，許多廠家只好把薄壁齒圈精度降到DIN 9～10級或以下。期待能適應(yīng)大量生產(chǎn)的這種薄壁內(nèi)齒圈熱后加工的機(jī)床能盡快制造出來，滿足未來汽車齒輪技術(shù)上的需求。
隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家制定出未來將全面加大自動(dòng)變速器產(chǎn)能，降低手動(dòng)變速器的產(chǎn)量的計(jì)劃，而且未來電動(dòng)汽車的發(fā)展速度不可預(yù)測，高速電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)10?000?r/min，可能采用超高速電機(jī)的更高轉(zhuǎn)速，對傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲、振動(dòng)的要求更嚴(yán)格，由此帶來汽車齒輪制造精度不斷提高，所以作為行業(yè)人士必須密切注意這個(gè)趨勢，及時(shí)調(diào)整好發(fā)展方向，適應(yīng)未來汽車產(chǎn)業(yè)的變化。