2013年我国汽车精锻齿轮行业技术特点分析

中国产业研究报告网讯：

    齿轮的性能反映在精度和强度两个方面，强度又包括接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。精度高低影响机械运行时的平稳性、噪音，强度高低则主要反映在

    齿轮的疲劳寿命上。在精度标准方面，汽车差速器锥齿轮适用锥齿轮和准双曲面齿轮精度标准（GB/T11365）（注：该标准将齿轮精度等级分为0~12 级，其中0~3 级为预留精度等级，无具体的公差指标，4 级精度最高，4~6 级齿轮为高精度传动齿轮，主要采用高精度加工中心铣齿或磨齿等切齿工艺获得，常用于标准齿轮、测量齿轮及航空齿轮，目前国内整车厂商对锥齿轮的精度要求，高级乘用车齿轮精度等级要求为7－8 级，普通或小型乘用车、高档商用车齿轮精度等级要求为8－9 级，普通商用车或农用车齿轮精度等级要求为9－10 级）；汽车变速器结合齿齿轮适用圆柱齿轮精度标准（GB/T10095）。 

    目前，汽车齿轮的主要制造方法分为切削加工和精密锻造。切削加工是用切削工具把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。相比于切削加工方法，精密锻造保持了金属流线的连续，提高了产品精度和品质，并减少了材料耗用和环境污染。采用精密锻造成形工艺技术生产齿轮代表着行业的先进制造水平和未来发展方向。 

    汽车精锻齿轮行业技术特点体现为综合性、复合化和高精深的特点，需要金属材料学、金属塑性成形理论、精锻成形工艺、有限元数值模拟、模具结构优化设计和计算机技术等多学科知识的综合应用，体现了极高的技术含量。 

    汽车齿轮精密锻造工艺的发展是和锻压行业精锻技术的发展紧密联系在一起的。美国金属学会关于“精锻”的定义如下：精锻是指比标准锻造具有更高尺寸公差和表面精度的锻造，可以降低成本和提高质量。精密锻造是一种精密成形技术。 

    精密成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工（近净成形技术， near net shape technique；或净成形技术，net shape technique），就可用作机械构件的成形技术。它是建立在新材料、新能源、信息技术、自动化技术等多学科高新技术成果的基础上，改造了传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成形。它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。 

    20世纪70年代，以石油危机为契机，世界锻造行业开始向减少能源耗用和节省资源方向发展，要求锻造行业提高原材料的利用率，降低锻压成形时的能源消耗，还要求通过实现锻件的高精度化来削减锻造后的机械加工以提高产品质量。大约在20世纪80年代初，国际上曾用“净形状”和“准净形状”这种术语。所谓 “净形状”是指锻件的最终形状为零件最终形状，即为无切削加工；“准净形状”是指经过精车或切削后才能成为成品的锻件形状，即少切削加工。精密锻造少无切削加工制造齿轮可以提高材料利用率，减少后序机械加工余量，降低能源消耗、节约资源并降低成本；同时，精密锻造少无切削加工，保证了产品金属流线的延续，有利于提高齿轮的疲劳强度。

    内容选自产业研究报告网发布的《2013-2018年中国汽车齿轮市场调查分析与投资战略研究报告》

    齿轮锻造生产按变形温度锻压可分为冷锻、温锻、热锻等，在生产过程中，需要根据加工工件尺寸、形状、结构、材料强度、塑性高低和产品精度要求，以及加工模具的精度和强度匹配性等因素综合考虑和灵活选用，需要较高的技术工艺理论和丰富的生产实践经验。齿轮冷温热锻复合成形工艺体现了较高的技术难度。 

    在工业化生产过程中，汽车精锻齿轮的生产工艺主要分为：（1）模具加工+热锻成形+热前机加工+热处理+热后机加工；（2）模具加工+冷锻成形+热前机加工+热处理+热后机加工；（3）模具加工+热/冷锻复合成形+热前机加工+热处理+热后机加工；（4）模具加工+温/冷锻复合成形+热前机加工+热处理+热后机加工；（5）模具加工+温锻成形+热前机加工+热处理+热后机加工；(6)上述第二种至第五种生产工艺中取消热后机加工，也就是热处理后不再进行任何机加工即可满足制造精度要求。精锻齿轮生产工艺中的热前或热后机加工指的是以精锻成形的齿形齿面定位（该齿形齿面不需要进行任何机加工即可满足齿轮齿面啮合精度要求），只对齿轮非齿面的安装啮合用的基准面和其它形面进行机加工，这是精锻齿轮与传统的机加工方式制造齿轮的重要区别。对部分高精度和高品质的齿轮，汽车制造商要求齿轮热处理后不可以再进行齿轮任何表面的机加工，这就要对齿轮精锻前后的材料进行合适的预备热处理（退火和等温正火），同时要对机加工过程精度和热处理过程变形进行有效控制，保证齿轮渗碳或碳氮共渗热处理的表面有效硬化层不受破坏和减薄，从而在保证精度的同时保证齿轮的各工作表面耐磨损，进而提高齿轮的使用寿命和疲劳强度，这种对齿轮热处理后不再进行任何表面机加工即可满足制造精度的要求，以及对齿轮齿面进行改性硬化或强化技术处理的特殊要求，对齿轮制造工艺技术提出了特别高的要求，如果没有掌握从材料到成品齿轮制造全流程系统的工艺制造技术，则齿轮热处理后不再进行任何表面机加工即可满足制造精度的工艺要求是难以实现的，这充分体现了一个齿轮制造企业的工艺制造技术水平和核心技术竞争力。汽车精锻齿轮生产的技术水平主要体现在模具设计与制造、锻造工艺、机加工工艺、热处理工艺、表面改性硬化或强化技术和机器装备等方面。从全球范围来看，亚洲的日本及欧洲的德国处于领先地位。目前江苏太平洋精锻科技股份有限公司已成熟掌握上述系统的成套工艺制造技术并已大量生产应用于中高级轿车齿轮（如供应大众的半轴齿轮和行星齿轮）的制造。 

    汽车齿轮的品质还与锻造齿坯的质量及其预热处理相关。齿轮锻造或切削加工前的预热处理能够提高齿坯的可切削性，消除锻造应力，使组织均匀，减少热处理变形，对齿轮产品的质量有着至关重要的作用。目前使用较多的普通正火或退火处理工艺硬度波动范围大、组织不均匀，不仅影响切削加工或成形性能，也会使齿轮渗碳淬火变形加剧，影响齿轮产品的精度和质量。而少、无氧化等温正火和球化退火方式使齿坯硬度波动范围小、组织较为均匀，可以获得较佳的切削或成形性能，并使齿轮渗碳淬火变形显著减小，从而保证齿轮产品的品质。