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浅谈齿轮制造业的问题以及发展趋势

2022-09-21

钱永辉 毛芳芳 张朝国

(阜阳职业技术学院)

摘 要:齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一,涉及的制造业包括轿车齿轮业、摩托车齿轮业、机器人传动轴齿轮以及机床齿轮业,齿轮制造业从业人员约200万,齿轮总成产品年产值超过2800亿元。本文简要陈述了国内外齿轮行业的发展现状,分析了国内齿轮发展的优势以及短板,结合当前的工业技术预测了未来齿轮制造业的发展趋势。

关键词:齿轮;精度;趋势

0 引言

《中国制造2025》中提出中国要成为世界制造强国,装备制造业作为基础性、战略性产业,对于各行业产业升级、技术进步具有重要的保障作用,集中体现了国家综合实力。中国要跻身世界装备制造业强国必须高度重视齿轮等基础零部件制造。齿轮是一种重要的传动零件,是机器或部件不可或缺的部分且不可取代,在机械传动中的运用非常广泛。尽管我国的齿轮制造业取得了不菲的成绩,齿轮制造总量跃居世界前列,普通齿轮的质量相当可靠,但当前,我国齿轮行业的发展遇到了瓶颈。主要表现在,生产设备配套不完善,企业的高精尖机床设备严重依赖进口,在面对国际形势的变化时,往往比较被动,造成我国工业核心竞争力不足,高精尖产业掣肘于国外。笔者认为我们应该分析我们齿轮制造的薄弱环节,找出症结所在,并且提出有效的解决方案。

1 现阶段齿轮发展的情况以及趋势

我国齿轮行业从2007-2014年一直处在高速发展时期,产量实现逐年增长,2015年虽稍微有小幅度下降,2015年至2020年间又再次进入高速发展阶段,呈现逐年稳定增长的趋势,虽然期间全世界受疫情影响,但我国的齿轮制造仍然实现了7.7%的增长,2020年的产值高达3000亿元,稳居世界齿轮产量第一,通用零部件的最大市场,产值分布图如图1。

图1  2007-2020年我国齿轮行业产值

目前,我国齿轮制造企业多,约5000多家齿轮制造企业,骨干企业不足10%,约300多家。按照齿轮档次的划分高档和中低档次,中低档次占比75%,随着我国总体的制造创新能力在逐年上升,低档向中高档转变在逐年攀升。

2 掣肘我国齿轮发展问题的几个方面

2.1齿轮行业的研究和试验能力不足

材料方面我国远远落后发达国家,材料的标准落后。我国齿轮材料有许多残缺,含有大量的氧化物以及非金属杂质,且杂质的分布不均匀,造成局部的应力,后期对齿轮的性能会有很大影响,造成产品质量残缺,局部缩松、开裂。我国的热处理技术目前比较落后,一般齿轮材料要经过调质处理、渗碳、渗氮处理,对齿轮的硬度、韧性的提高相对有限。在锻造、轧制、热处理中杂质容易造成开裂、变性、疏松等现象。我国齿轮行业的试验能力薄弱,多数产品没有经过三方检测、验证和评价,设计、制造及性能试验等基础数据难以形成共享数据,对齿轮行业整体设计水平和创新能力的提高是一个掣肘因素。增加行业标准化投入,增加应用标准,提高贯标率,以满足产业发展的需要。

2.2国产齿轮机床以及专用夹具的精度相对不高

齿轮加工的步骤为齿坯加工→热前制齿→热后精加工3个阶段。齿坯加工已经实现全数字化控制机床,经过多年的发展已经具备了高效率、高精度的要求。热处理前的加工的机械设备主要运用插齿机、滚齿机等,热处理后的精加工设备主要是高精度研磨机,用以提高齿轮的表面粗糙度。目前,我国数控机床、插齿机、滚齿机和高精度研磨机等机械设备的精度方面较欧美日等发达国家还有一定差距,这个差距需要我们相关机械加工技术、基础加工设备的提高以求逐步提高机械加工能力。中高端齿轮制造时对夹具的精度要求很高,夹具精度造成误差会对齿轮的加工制造的误差产生放大的效应。粗加工一般要求达到粗糙度值Ra为0.01mm,半精加工Ra0.005mm,精度Ra0.002mm以内。此类夹具包括各类高精度卡盘、滚齿夹具、磨齿夹具、珩齿夹具都属于高端回转类夹具。加工齿轮的夹具精度不够,会造成加工误差和夹具误差的重复堆积。夹具精度不高会对齿轮加工切削稳定性造成一定影响,进而再次放大到齿轮上,致使齿轮精度不高。

2.3齿轮切削刀具耐磨性、切削性能低

目前我国的基础工业起步相对较晚,在齿轮加工的刀具还落后于发达国家。“工欲善其事必先?其器”,要加工出质量可靠的齿轮,齿轮刀具显得尤为重要。刀具的综合切削的精度、耐磨性、耐热性,抗震性都要达到相应的标准。待齿轮完成相应的半径加工后,对齿轮进行热处理完毕后,要进行精加工即对齿轮进行磨削?工。随着我国对材料的研究和发展,在刀具的制造方面,硬质合金钢已经得到普遍的应用,基本上取代了原先的高速钢刀具,整体硬质合金钢刀具和可转为刀具已经得到了广泛的应用,但是硬质合金钢的成分和质量上与国外同行业还有一定的差距。由于我国基础工业的落后,许多高精度磨床还是依赖