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看完这个你就明白,变速器的制造没那么简单!

金属加工 2019-01-10 12:06:39

  

  变速器是汽车中除发动机之外最关键的总成,随着用户对汽车驾驶舒适性要求的提高,变速器技术的发展将对汽车产业产生至关重要的作用。轻量化、多挡化、自动化成为变速器发展的主流方向。要实现这“三化”,尤其是自动变速器的产业化,真正将变速器技术通过制造过程,达到规模化生产,还有很长的路要走。制造过程离不开先进的加工设备、切削刀具、装配生产线及检测清洗设备。本期策划不仅有变速器技术的介绍,也有变速器制造方面的解决方案。


  先来了解一下汽车变速器的基本结构组成:


变速器的结构组成


  我们以目前轿车应用最广泛的液力机械自动变速器AT为例,其内一般包括液力变矩器、齿轮变速机构、换挡执行机构、液压控制系统、电子控制系统等。



  变速器的生产主要包括核心零部件轴、齿轮、壳体的生产,装配总成、试验检测、修整清洗等过程。


  下面来了解一下变速器核心零部件的生产过程:

  

齿轮制造


  齿轮是汽车、拖拉机等变速箱的重要部件,用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。通过齿面的接触传递动力,两齿面在相对运动过程中,既有滚动也有滑动,存在较大的压应力和摩擦力。经常换挡使齿端部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性。【金属加工微信,内容不错,值得关注】



  材料:多采用锻钢及碳素合金钢

  制造流程:锻造制坯→正火→车削加工→调质→滚、插齿→剃齿→热处理→磨削加工→修整


  (1)锻造制坯:热模锻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,特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯,加工精度高、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。采用等温正火工艺。可有效改变一般正火的弊端,产品质量稳定可靠。


  (3)精车加工:为了满足高精度齿轮加工的定位要求,齿坯的精车加工全部采用数控车床。


  (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。经过涂镀的滚刀、插刀刀具能够明显地提高使用寿命,效益显著。


  (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等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。


  (6)热处理:汽车齿轮要求渗碳淬火,以保证其良好的力学性能。


  (7)磨削加工:主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工,以提高尺寸精度和减小形位公差。


  (8)修整:变速器、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噪声异响。


  目前,对于变速箱齿轮的生产,自动化技术已经取得广泛应用。完整齿轮制造系统的开发和建设,需要将独立的机床通过机器人、夹具和传送料道连接起来。埃马克开发的“自动上下料”技术,其中,工作主轴用于实现工件在加工区域的传输。各机床之间的工件通过加工区域后部的传送带或通过式料道进行传输。其中一个自动化模块将工件从传送带上提取,将其放到菱形柜内。各机床之间的接口可用于连接小型缓存工位或下料工位。紧凑的系统实现了良好的工艺集成,确保生产线上纯自动化零部件比其他解决方案的零部件减少了15%。另外,该系统还具备一个关键的优势,即体积紧凑的 VL 机床和VT机床之间的行程比较短,能够减少工件的生产时间,降低单位成本。【金属加工微信,内容不错,值得关注】



齿轮加工案例

  埃马克齿轮生产系统所使用的所有机床都来自于新型VL平台。机床按照下列顺序进行四步操作:在1台VL2上车一端(OP10),在另1台VL2上车另一端(OP20)。然后,使用 VLC200H进行齿轮滚齿(OP30),再由 VLC100D进行最终的去毛刺加工(OP40)。VL 车床及 VLC 车床上使用了两种不同的控制系统(发那科及西门子),可结合起来实现多种加工操作。

埃马克齿轮生产系统埃马克齿轮生产系统


埃马克VLC 200 H 立式滚齿机

  VLC 200 H 的设计用于齿轮类工件的加工,是为最大加工直径达 200 mm,模数为 4 的工件而设计。机床使用工作主轴进行自动上下料。在加工齿轮类工件时,系统的生产能力很大,但不会对工艺的稳定性造成损失。



轴类加工

  

  输入轴是动力进入变速器的轴,动力从发动机经输入轴进入变速器,再由输入轴带动轴上的输入齿轮将动力传递给输出齿轮而带动输出轴转动,并带动差速器运动,起到动力传输作用。


  材料:多采用 40Cr,20CrMnTi等

  制造流程:

  输入轴:锻造制坯→正火→精车加工→搓齿→钻孔→插齿→倒尖角→滚齿→剃齿→热处理→磨加工→对啮修整


  输出轴:锻造制坯→正火→精车加工→搓齿滚齿→剃齿→热处理→磨加工→对啮修整


  如今通过制造更小齿轮比增量的变速器来实现更高的燃油效率已蔚然成风。而为达到这个目标,传动轴需要达到更高的精度,同时也要提高轴类加工设备的利用率。尤其是在传动轴的磨削工序,产品质量、节拍时间、单件成本、产量和加工过程的可靠性是必须考虑的因素。



轴加工案例

  勇克JUCENTER 6 L是首台能实现传动轴整体磨削整线单件工时在45秒以内的设备,机床利用率高达97%。(传统生产线使用3台单机组合,其利用率只能达到91.7%)传动轴年产量可达到80万件。机床数量的节省也带来了劳动力人数的减少。


工位1(左)磨削沟槽和表面,工位2(右)磨削直径

  同步磨削:在工位1,可以通过翻转磨削主轴在极短的节拍内完成沟槽和表面磨削。同时,所有的对中心直径都在工位2通过一次切入磨削完成。


勇克JUCENTER 6L CBN 高速磨床

  上图中,JUCENTER 6L CBN 高速磨床将两个独立的磨削工位结合到一个机床防护罩内。取代单机组合,两个磨削工序在一台设备上通过两次独立的装夹完成。



壳体制造

  

  变速器壳和离合器壳(简称“两壳”)是变速器的基础零件,它将变速器中的输入轴总成、输出轴总成、换挡机构总成等零部件,按一定的相互位置关系装配成一个整体,并支撑输出轴按一定的传动比关系输出转矩。其加工质量直接影响变速器总成的装配精度、运动性能、换挡灵活性、挡位噪声、密封性能和使用寿命。因此,变速器壳体的质量决定着变速器总成的性能。


  材料:多采用压铸铝合金

  制造流程:

  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



壳体加工案例

  KENNAMETAL的刀具,可在加工中心或生产线上完整加工出家用车,卡车,或通用铝合金变速箱。

  在完成90°插补铣削时,PCD多阶沉孔加工和PCD组合刀具可用于预加工和精加工,能够达到高表面质量,直径可调,修光刃刀片可用于超精加工,更高的切削参数缩短单件生产时间。【金属加工微信,内容不错,值得关注】

  • Vc=300-1500m/min(650-820ft/min)

  • Vf=6m/min(20ft/min)  


90°插补铣削 PCD多阶沉孔加工和PCD组合刀具

  通过中心拨盘,手动或自动地同时调节所有切削刃的磨损补偿。自动采用CLB(闭环镗削)工艺。每一格为1微米。

  另外,在变速体壳体加工过程中,有不少深孔钻削的需求。KENNAMETAL深孔钻能够很好的满足加工需求。

  深孔钻视频如下:

 


  


修整清洗

  

  变速器最终完成装配总成还要经历试验检测、修整清洗等过程才能“整装待发”。


  汽车变速箱零部件材质一般为锻钢和铝合金材质,零部件表面污物多为低粘度切削油和切削液,多采用喷淋清洗方式,选用清洗剂时在考虑清洗能力的同时要考虑清洗剂的消泡能力,另一方面,由于漂洗清洗剂浓度一般较低,范围在0.5%-1.5%,要求清洗剂具有较好的防锈能力。【金属加工微信,内容不错,值得关注】


  一些特定工艺条件下,推荐清洗剂时必须要考虑后面工序的影响,如在变速箱轴、齿生产某一工艺流程:磨齿-喷淋清洗(中间清洗)-抛丸-喷淋清洗(终洗),其中喷淋中间清洗过程要考虑下一道喷丸工序,清洗剂清洗零件烘干后,零部件表面不能有粘性清洗剂残留或防锈覆盖膜,否则将会影响喷丸工序,带来质量缺陷。



清洗案例

  某知名大型变速箱制造商正在寻找新的清洗产品来解决其清洗工艺工程中残留严重的问题。

  变速箱壳体加工后易出现白色残留及泡沫主要原因如下:

  1.水质情况是影响白色残留的主要因素。设备操作人员在加水时若不打开水净化装置,会造成残留明显增多。

  2.原清洗剂在超高压力下会出现大量泡沫是由于油污清洗后会溶进工作液,较难被撇油装置撇除,随着工作液中油污的累积,会造成残留逐步加重。

  在整个金属加工工艺中,金属加工液仅占了总成本的一小部分,通常小于1%。 

原清洗剂对比使用奎克化学方案白色残留与泡沫明显改善

QUAKERCLEAN 624 CP 是一种碱性温和的清洗剂,广泛应用于汽车工业零件清洗



扩展阅读: 

最后大家来一起了解一下著名的格特拉克变速器工厂的生产过程。建议WIFI环境下观看!





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