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当今汽车变速器高承载齿轮平稳运转的高效生产

发布时间:2012-09-17 | 来源: | 作者:

  目前齿轮加工的最新趋势是粗加工和精加工均来自于同一供应商,一方面简化了规划流程,另一方面可以深入发展与供应商之间更广泛的合作......

  汽车工业对于变速器和齿轮的质量要求一致在持续提高。当前发动机的紧凑化和大扭矩输出的设计发展趋向,导致了需要配备性能更高的手动的、自动的各种变速器。与此同时,从驾驶舒适性和对汽车质量的影响来说,就要求变速器有最大的运转平稳性。

  对于齿轮运转平稳性能的严格要求就需要齿轮的几何精度要能适应承载下所引起的变形。这就需要生产出几何精度控制在微米范围内,以及对齿面精度、齿面加工纹理和强度有严格要求的齿轮。

  然而这些精度要求会和过高的制造成本形成矛盾,为此可通过缩短生产线和生产时间的方法来解决这两者的矛盾。其中重要的一点就是采用将高效能齿轮切削和精加工技术组合在一起以达到最佳的效果,即一方面提高生产效率和成本效益,另一方面保证加工过程是在高质量水平下稳定地运行。

  质量的关键:硬化后零件的精细加工

  硬化后齿轮的精细加工是生产过程中保证质量的关键点。对此,最适宜的两种齿轮精加工方法是珩齿和蜗杆砂轮磨齿,这也是汽车工业中适应大的市场需求和经济性好的两种加工方法。

  珩齿还是磨齿?

  这两种方法各有所长。除了齿轮的几何精度,精加工形成的齿轮齿面的显微纹理结构是影响齿轮传动的寿命和噪声特性的一个关键。珩齿形成的齿面纹理有利于降低噪声,当齿面粗糙度达到Ra=0.2µm,以及珩齿时形成的齿面残余压应力达到1200N/mm²时,珩齿后的齿轮齿面具有较高的抗磨损能力。珩齿也适用于加工具有干涉外廓的,例如台阶直径比根径还大的齿轮,并且珩齿工艺过程控制较简单,加工精度有保证,并且没有齿面烧伤的危险。

  反之,蜗杆砂轮磨齿也有它的长处,因为它是一种更加柔性化的加工方法,特别适用于小批量生产。由于变型产品的增多和为了降低库存量,小批量生产方式已变得愈来愈重要。

  Gleason公司推出了一系列的革新来极大地提高这两种加工方法的功能,Gleason公司是专门研究齿轮制造方案的唯一供应商,并且致力于高精度齿轮加工生产领域,不管是热前加工还是热后精加工都具有丰富的专业技能。

  高效能的珩齿,成倍的生产效率率

  以前珩磨高精度的齿轮需要相对较长的时间,Gleason公司经过多年的研发,较大地提高了珩齿的加工速度。它能够使珩磨速度从原先的Vc=3m/sec,达到了Vc=15m/sec,这不仅提高了珩齿的生产效率也扩展了它的应用范围。

  为了大大提高加工性能和精度的稳定性,一个基本要求就是机床设计刚性要非常强。在Gleason150SPHSpheric®球面珩齿机上,垂直安装在人造大理石床身上的珩轮头架将加工的力直接传递到床身上,而非通常的直接传递至滚珠丝杠上,这样机床的加工刚性大大提高,而且加工振动也大大降低。

  通过这样的设计,该珩齿机珩磨轮转速可达到3,000rpm,工件转速达到10,000rpm,这样一来就可以珩磨效率大大提高,珩磨余量可高达80µm,从而给珩齿带来经济效益。

  工具成本大大降低

  机床设计刚性好时对工具寿命也是有好处的。和Spheric®球面强力珩齿技术相结合,150SPH珩齿机的珩轮相比于之前的机床,可以加工更多的齿轮,这也被更长的修整间隔所证实,反过来讲也提高了加工生产率。对于典型的汽车变速器齿轮,珩轮每珩磨约600至800个工件之后才需要再次修整。并且修整时,珩轮和工件之间轴交角特有的计算机辅助随动调正,可使珩轮的修整次数达到约240次,反过来说这也大大降低珩磨每一工件所需的工具成本。

  通常Gleason公司SPH系列珩齿机的珩齿时间为一般珩齿机的一半,同时其加工每一零件的工具成本能降低到一个相当低的水平——对于典型的轿车变速器齿轮可低于0.04欧元——珩齿后不用再增加如剃齿或磨齿的精加工工序。

  此外,Gleason150SPH珩齿机还装备有一快速工件更换装置,就是采用标准的HSK锥柄夹具在珩齿加工的同时夹紧另一工坯,使非加工时间降至最低,。

  最大柔性化的小批量生产

  对于汽车制造者和他们的供应商来说,生产大量的不同类型的齿轮和低库存的要求,就意味着要频繁地换型,并减少每一生产批量的加工工件数。为此,既经济又高效,每批生产数量少于50件的新型生产线被频繁提出。硬化后零件的精加工,更高柔性化的加工方法,这方面蝸杆砂轮磨齿有它特有的优越性——尤其随着技术的发展,采用这一工艺能更进一步改善齿轮的精度。

  具有扭曲修正和齿面纹理结构优化的蝸杆砂轮磨齿

  所有的齿轮磨齿法都会产生固有的齿面扭曲现象,这就会产生偏离要求的齿轮几何精度的误差。这些误差不利于优化齿轮啮合和噪声特性,所以这就是为什么要提出扭曲修正的理由。过去的齿面扭曲修正方法很复杂,也很昂贵,为此在实践中没有得到广泛的应用。

  Gleason公司在非常早的时期就涉及齿面扭曲影响的研究,同时建立了一套体系,从较深的技术领域内弄清了齿面扭曲的影响。Gleason公司开发了一种已取得专利的方法,这种方法可最小化和修正所有扭曲造成的影响,采用这种新方法,甚至可实现特定的齿面扭曲要求,来促使齿轮在最佳的状态下啮合。

  此外,Gleason公司还开发了一种新的蝸杆砂轮磨齿法,该方法磨削的齿面纹理结构与常规方法得到的纹理结构不同,这种齿面纹理结构对齿轮强度和噪声特性都有好处。这些成效已经在GleasonGenesis®160TWG和300TWG蝸杆砂轮磨齿机上得到实现并被证实,使得该机床成为硬化后齿轮精加工最高效的通用机床之一。

  基础:热前加工的精度

  齿轮的承载能力和噪声是由热后加工精度所决定,但是热后加工的可靠性和生产效率也直接受热前齿轮加工的精度来影响。

  为提高设备的使用效能,齿轮热前加工的发展趋向朝着在一台机床上完成多种加工工序的集成化加工发展,例如一台机床上进行滚齿、倒角、去毛刺等。

  集成了倒角和去毛刺的滚齿加工

  齿轮齿槽去干净毛刺和齿端倒角准确是之后硬化后加工的基本前提条件。在滚齿机上采用集成化来进行倒角和去毛刺是非常简便的。众所周知,滚齿加工时轮齿的定位是很精确的,所以在滚齿位置直接进行倒角,一是节省了重复夹紧工序,同时工件也不需要再定位,这样不但节省了安装单独去毛刺机床所需的占地空间和它的外部装置,同时也简化了零件的计算调整。这一解决方案已经在GleasonGenesis210HiC滚齿机上得到了实现。

  齿轮或花键轴在一次安装中完成加工

  Gleason公司推出的Agilus®机床现在已经取得了巨大的发展,该机床首次可以在一台齿轮加工机床上直接完成更多的加工工序。在一次装夹下除了可倒角和去毛刺外,还可完成全部的车削、钻削、铣削和滚齿加工。该机床可以加工所有轴类和盘状圆柱齿轮,其最大加工直径可达180mm,最大加工长度达500mm。

  在Agilus®系列机床的刀具转塔上,安装了所有完成加工所需的固定式或回转式的刀具。此外,该机床还可配备有专用工件卡爪,以方便更换工件,所以该机床可以非常简单地集成各种自动化系统。该机床可以使用刀具快换系统,以缩短调整时间,同时减少工夹具的数量。

  热前全部加工工序集成在一台机床上完成,和由各单台机床组成的生产线相比,可以大大节省加工场地、减少调整和重复加工的复杂性以及非生产时间。这样,总的投入成本低,而且在通常生产线中无法实现的技术优化现在也能做到了。例如,现在加工工序的顺序就可被重新调整,其结果除了省去工件的重复夹紧和传送作业外,还使一些通常的加工工序变得多余了。

  在Agilus®机床上,工件被自动夹紧后的第一步加工工序就是粗车、钻削,然后立即是滚齿。随后就进行精车,之后就是去除齿轮上的粗毛刺。在一台机床上加工这些工序,除了可节省通常所需的大量切削和非生产时间外,对于加工质量一点也不会降低。

  结束语

  通过将各方面技术汇集在一个生产单元里,用户可从齿轮生产中获益,并且从齿轮总体解决方案提供者处获益,由于总体解决方案提供者全面精通所有齿轮生产关键技术,以及怎样组合这些技术,并提供出一个有效的、全面的解决方案,以保证投资者的运营,使其经济和战略目标达到尽可能的好。

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