工业领域绿色低碳技术应用案例7 汽车驱动桥齿轮精密锻造技术研究项目

案例7汽车驱动桥齿轮精密锻造技术研究项目主要完成单位：洛阳华冠齿轮股份有限公司主要完成人员：梅利红、刘泽虎、杨楠楠、李玲芹、郭龙飞、李向前、李朝宗齿轮作为传递运动和动力的最基本零件之一，在工业领域有着非常重要的作用。随着我国产业快速发展和环保要求提升，对齿轮的需求量越来越大，对斜齿轮的品种、规格、精度、强度、成本和节能减排成效等也提出了更高的要求。一、项目背景传统斜齿轮的生产是采用切削加工工艺，已不再适配当前生产需求。具体而言，传统工艺是采用棒料毛坏，经车端面、车内外圆、钻孔、滚齿、剃齿及热处理等多道工序成形，但是其具有生产周期长，生产效率低、浪费原材料及加工时齿形部分的金属纤维易被切断等缺点。相反，闭式模锻作为一种新型压力锻造工艺，具备合模拆卸便捷以及锻造和可进行水冷的优点，解决了现有的模具实用性低，模具锻造时均采用螺纹连接装配，上下模压合后拆除不便捷，使锻造效率低下，同时大多锻造后的齿轮采用风冷，使齿轮表面硬度不过关的问题。为此，迫切需要结合新型技术开发适应当前生产形势的齿轮生产工艺。洛阳华冠齿轮股份有限公司的汽车驱动桥齿轮精密锻造技术研究项目，投资总额为1000万元，提出了模锻成形工艺的方案，并利用热模锻压力机锻造成形。项目工艺采取近净成形技术，即制造接近零件形状的工件毛坏，较传统成形技术减少了后续的切削量，减少了材料、能源的消耗。该工艺还有助于齿轮内部形成致密、均匀的材料组织，从而大大提高齿轮的耐磨性、抗腐蚀能力及表面强度，明显改善齿轮的疲劳性能。图SEQ图\*ARABIC117齿轮生产技术装备现场图二、创新点及相关技术内容创新点1：应用锥齿轮精锻冲孔与闭式锻造技术传统冲孔技术在冲孔过程中可能会出现误差，导致孔的位置、大小或形状不够精确，同时会产生大量的废料，导致材料的浪费，以及会存在边缘变形或裂纹等问题，影响工件的强度和耐磨性。此外，传统冲孔技术需要进行多道工序，包括切割、冲孔、整形等，生产效率相对较低。针对上述不足，项目研究优化锥齿轮精锻冲孔技术，将冲孔材料利用率由67%提高到78%，实现节材0.5kg/件，同时深入研究技术工艺，精细化圆柱齿轮闭式锻造流程，节约圆柱齿轮材料0.3kg/件。图SEQ图\*ARABIC118锥齿轮精锻冲孔产品创新点2：创新啮合套净成形技术项目面向啮合套这一车辆传动系统中的关键零件，针对传统的啮合套加工工艺在加工精度、生产效率、工件质量稳定性和设备投资维护成本等方面的共性缺点，创新啮合套端齿净成形锻造的工艺方法，提高啮合套生产效率，降低以刀具消耗为代表的生产成本，同时提高端齿的强度，达到啮合套端齿的制造节材、高效及少破坏材料的金属纤维流向，改善锻件碳化物的分布状态，消除各向异性，以求获得所需要的内部组织和使用性能，进而达到提升端齿的强度，整体提升啮合套的使用寿命。创新点3：优化圆柱齿轮斜齿锻造技术项目面向圆柱斜齿轮这一传递运动和动力的最基本零件，针对传统滚齿加工工艺的生产周期长、效率低、浪费原材料及加工时齿形部分的金属纤维易被切断等缺点，通过工艺技术改进，采用模锻成形的工艺，利用热模锻压力机锻造成形。该成形工艺采取近净成形技术，较传统成形技术减少了后续的切削量，减少了材料的投入、能源的消耗，有助于齿轮内部形成致密、均匀的材料组织，从而大大提高齿轮的耐磨性、抗腐蚀能力及表面强度，明显改善齿轮的疲劳性能。图SEQ图\*ARABIC119毛坯件和锻造成型件对比三、经验总结与推广价值汽车驱动桥齿轮精密锻造技术研究项目技术已广泛应用于商用车、新能源汽车齿轮的生产，通过生产工艺的改进提升，实现降本降耗。根据洛阳华冠齿轮股份有限公司的测算结果，以典型生产过程为例，项目技术在各个生产环节中的产生的经济效益显著。锥齿轮精锻冲孔技术，材料利用率由67%提高到78%，节材0.5kg/件，年产量72万件，每年可节约钢材约360吨。啮合套近净成型锻造技术，加工效率由铣削加工的20分钟/件，提高到18秒/件，生产效率提升6667%。圆柱斜齿轮的制造每件（模数m：5-7）可节约钢材1kg，每件产品节省钢材5.2元，年产量25万件，每年节约钢材140吨；滚齿加工时间由原12-13分钟/件提高到5-6分钟/件，每件产品滚齿工艺节电4.48度（降低58%），节省电费3.23元/件；滚刀寿命由400件/次提高到1500件/次，滚刀费用降低2.52元/件（降低73.3%）；产品生产成本降低约12元/件，从动圆柱斜齿轮产量25万件/年，每年可为企业节约制造成本约300万元；减少数控机床等固定资产投入约2000万元；减少一线员工约15人。同时，项目的环境与社会效