第一節(jié) 齒輪行業(yè) 技術(shù)發(fā)展狀況

一、諧波齒輪傳動技術(shù)發(fā)展狀況

1、發(fā)展歷程

諧波齒輪傳動技術(shù)是20世紀50年代隨航天技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的傳動技術(shù)。在諧波傳動出現(xiàn)后短短的幾十年中，世界各工業(yè)發(fā)達國家都集中了一批研究力量致力于這類新型傳動的研制。如美國、原蘇聯(lián)、日本、德國、法國、英國、瑞士、瑞典及意大利等國都開展了諧波傳動的研制工作并推廣應(yīng)用這項技術(shù)。近年來除在衛(wèi)星、機器人和數(shù)控機床等領(lǐng)域采用諧波傳動外，對諧波傳動的基礎(chǔ)理論也開始進行系統(tǒng)的研究。

諧波齒輪傳動技術(shù)于1961年由上海紡織科學(xué) 研究院的孫偉工程師介紹人我國。此后，我國也積極引進并研究發(fā)展該項技術(shù)，1983年成立了諧波傳動研究室，1984年“諧波減速器標準系列產(chǎn)品”在北京通過鑒定，1993年制定了GB／T14118—1993諧波傳動減速器標準，并且在理論研究、試制和應(yīng)用方面取得了較大的成績，成為掌握該項技術(shù)的國家之一。到目前為止，我國已有北京諧波傳動技術(shù) 研究所、北京中技克美有限責任公司、燕山大學(xué)、鄭州機械研究所、北方精密機械研究所等幾十個單位從事這方面的研究和生產(chǎn)，為我國諧波傳動技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用打下了較堅實的基礎(chǔ)。

2、產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前，國外小模數(shù)精密諧波齒輪傳動裝置多采用短筒柔輪，其體積小、重量輕、承載能力高；我國還是普通杯形柔輪，還沒有生產(chǎn)短筒柔輪諧波齒輪傳動裝置。

國外短筒柔輪諧波齒輪傳動裝置的體積僅是我國相同大徑產(chǎn)品的30％左右，而承載能力(轉(zhuǎn)矩)卻是我國相同外徑產(chǎn)品的1.39～2倍。

另外，國外小模數(shù)諧波齒輪傳動裝置中的齒輪精度一般比我國的齒輪精度高2級，運動精度和回差<3'，而我國產(chǎn)品的回差一般都在6'以上。

二、齒輪精鍛技術(shù)發(fā)展狀況

在我國，齒輪精鍛技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷史過程。20世紀60年代，我國開始研究精密鍛造工藝技術(shù)。上海交通大學(xué)是我國最早從事精密成形——冷擠壓的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù) 研究的單位之一。上海汽車電器總廠最早完成了汽車起動機中的“齒輪曲面盤”的冷擠成形。中國第一汽車，集團公司工藝研究所，對直齒外花鍵、半軸花鍵、錐齒輪等進行了精密成形工藝研究，一汽集團從2002年開始全部采用精密鍛造生產(chǎn)重型卡車后橋中的行星齒輪、半軸齒輪等。昆山正大新成精密鍛造有限公司采用精密鍛造技術(shù)生產(chǎn)汽車同步器齒環(huán)、汽車空調(diào)壓縮機齒輪。四川雅安齒輪廠是以精密鍛造工藝生產(chǎn)差速器齒輪的專業(yè)廠，近年又引進了具有國際20世紀90年代先進水平的冷擺輾直齒錐齒輪生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，生產(chǎn)取代進口的轎車齒輪，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。江蘇太平洋精密鍛造公司主要產(chǎn)品有：汽車差速器直齒錐齒輪、變速器結(jié)合齒輪、壓縮機齒輪、等速萬向節(jié)內(nèi)星輪等各類齒輪精密鍛件。鄭州機械研究所，一直致力于研究和開發(fā)齒輪的精密鍛造成形技術(shù)，取得了豐碩的成果，其精密成形工藝技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平和國際先進水平。鄭州機械研究所的摩托車超越齒輪、汽車起動機起動齒輪、直齒圓柱齒輪等精鍛件已接近凈成形。

三、粉末冶金技術(shù)發(fā)展狀況

粉末冶金齒輪是少切屑、無切屑的高新技術(shù)的產(chǎn)物。20世紀90年代以來，我國粉末冶金制品行業(yè) 引進關(guān)鍵制造技術(shù)及硬件設(shè)備，進行大規(guī)模技術(shù)改造，為粉末冶金發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

雖然粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中難以單獨統(tǒng)計，但無論是按質(zhì)量還是按零件數(shù)量，粉末冶金齒輪在汽車、摩托車中所占的比例都遠遠大于其他領(lǐng)域中的粉末冶金零件。

目前，典型粉末冶金齒輪主要有：各種汽車發(fā)動機中的凸輪軸齒型帶輪和曲軸齒型帶輪、摩托車中的從動齒輪、油泵齒輪、錐齒輪等。

1、凸輪軸齒型帶輪

凸輪軸齒型帶輪是各種汽車發(fā)動機中普遍使用的粉末冶金零件，通過一次成形和精整工藝，不需要其他后處理工藝，可以完全達到尺寸精度要求，尤其是齒型精度要求。與用傳統(tǒng)機械加工方法相比，在材料投人和制造工藝上都大大減少，是體現(xiàn)粉末冶金特點的典型產(chǎn)品。

2、曲軸齒型帶輪

曲軸齒型帶輪也是汽車發(fā)動機中較典型的粉末冶金零件。與凸輪軸齒型帶輪不同，它有四個螺紋孔，是必須通過鉆孔攻螺紋方法加工的。目前，汽車發(fā)動機中的凸輪軸、曲軸齒型帶輪使用粉末冶金件是成本最低、最合理的一種方法。

3、從動齒輪

摩托車中的各種從動齒輪是國內(nèi)粉末冶金廠家生產(chǎn)中產(chǎn)量最大、最集中的一種粉末冶金齒輪。該齒輪進口價格很高，因此需要在國內(nèi)生產(chǎn)來替代進口。由于從動齒輪的齒型精度要求IS07級，尺寸配合精度要求高，因此加工難度較大。目前已經(jīng)能夠達到設(shè)計要求，而且也體現(xiàn)出粉末冶金從動齒輪耐磨性好，噪聲小的特點。其制造方法是：成形一燒結(jié)一整形一高頻淬火一剃齒一加工內(nèi)孔一浸油。

4、油泵齒輪

油泵齒輪幾何精度和齒型精度要求非常高，在粉末冶金模具的設(shè)計和制造過程中，需要結(jié)合粉末冶金本身的特點，找出產(chǎn)品從壓制成形到燒結(jié)過程中的齒型與齒頂、齒廓、齒根的變化規(guī)律，再結(jié)合粉末冶金精整的特點，確定出精整模的內(nèi)腔輪廓。采用粉末冶金法制造機油泵齒輪，無需對齒型進行精密加工，既可保證齒形和幾何精度，以及尺寸的穩(wěn)定性。

5、錐齒輪

粉末冶金錐齒輪與失蠟鑄造錐齒輪相比，生產(chǎn)成本可降低32％。

第二節(jié) 齒輪行業(yè) 技術(shù)發(fā)展趨勢

一、諧波齒輪傳動技術(shù)趨勢

隨著工業(yè)智能機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、無線電通訊設(shè)備等民用設(shè)備儀器的質(zhì)量、性能、可靠性的不斷提高，以及武器裝備的不斷更新?lián)Q代，必然對其中的諧波齒輪傳動提出越來越高的要求。諧波齒輪傳動裝置的小型化、高精度和高可靠性將是諧波齒輪傳動的主要發(fā)展趨勢。

二、齒輪精鍛技術(shù)趨勢

我國年齒輪鍛件的總產(chǎn)量已居世界第二，但目前產(chǎn)品種類單一，技術(shù)含量低，高附加值產(chǎn)品較少，相對世界先進水平仍比較落后。近年來，根據(jù)對外開放和全球采購形勢的要求，我國齒輪鍛造的發(fā)展也呈現(xiàn)了熱鍛、冷鍛、溫鍛以及復(fù)合鍛造并舉的局面。圓柱直齒輪、星輪、斜齒輪、錐齒輪、花鍵軸、棘爪、齒形類連接套等均可鍛造成形，而且隨著鍛造設(shè)備的開發(fā)和材料科學(xué)的進步，齒輪產(chǎn)品正向?qū)I(yè)化、規(guī)模化、商品化生產(chǎn)方向發(fā)展。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，“以鍛代削”是齒輪加工的發(fā)展方向。根據(jù)金屬的塑性成形原理，采用精密鍛造工藝將齒輪齒形一次成形，無需倒角及后續(xù)車削加工，從而提高了產(chǎn)品精度及生產(chǎn)效率，節(jié)省了材料，降低了生產(chǎn)成本。

三、粉末冶金技術(shù)發(fā)展趨勢

1、發(fā)展粉末制取新技術(shù)、新工藝及其過程理論

重點是超細粉末和納米粉的制備技術(shù)，快速冷凝制備非晶、準晶和微晶粉末技術(shù)，機械合金化技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)?？偟内厔菔窍虺?、超純、粉末特性可控方向發(fā)展。

2、建立以“凈近形成形”技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。

3、建立以“全致密化”為主要目標的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)。如熱等靜壓、擬熱等靜壓、燒結(jié)－熱等靜壓、微波燒結(jié)、高能成形等。

4、粉末冶金材料設(shè)計、表征和評價新技術(shù)。粉末冶金材料的孔隙特性、界面問題及強韌化機理的研究。

第三節(jié) 行業(yè) 發(fā)展趨勢

一、需求趨向個性化

從對齒輪制造業(yè)生產(chǎn)情況的分析中，可以看出“十一五”期間其對國產(chǎn)數(shù)控機床需求有幾點變化，如個性化需求加強，高價格、高質(zhì)量、高時尚意識增強，競爭方式也由以價格驅(qū)動為主過渡到以時間驅(qū)動為主。也就是說，企業(yè)生產(chǎn)方式要適應(yīng)市場的變化，要由在市場比較穩(wěn)定的過去所適合的大批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)市場變動的大規(guī)模定制生產(chǎn)方式，能做到既適應(yīng)多品種(適應(yīng)市場需求)又能形成大批量(降低生產(chǎn)成本)。具體來說也就是對以下幾種技術(shù)的大量需求：

以中檔(普及型)數(shù)控機床為主(占60％)，高檔機床為輔(占30％)，盡量不選用低檔(經(jīng)濟型)機床。因為目前行業(yè) 內(nèi)低檔機床占35％以上，不加強更新和提檔的力度，生產(chǎn)效率、加工精度的提高將十分緩慢。

加強研發(fā)齒輪行業(yè) 急需的空白數(shù)控機床。對國外零傳動齒輪機床的研發(fā)情況要加以足夠的關(guān)注，并納人中長期產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃。

除提高單機的技術(shù)性能外，要研發(fā)并開始提供整體解決方案所需的整條柔性生產(chǎn)線和其他成套設(shè)備，目前這個領(lǐng)域所需的設(shè)備全部依賴進口。

二、機床需求巨大

據(jù)統(tǒng)計，1995年前中國齒輪制造業(yè)有各類機床總臺數(shù)約30萬臺。1995～2005年約新增機床20萬臺，合計50萬臺。但其中有近20萬臺因役齡超過15年以上及性能落后陸續(xù)報廢，其余30萬臺尚可正常使用。

2006～2010年將新增設(shè)備10萬臺，即每年用于新增設(shè)備投資約60億元，新購機床2萬臺，每臺平均單價30萬元。到2010年，我國齒輪制造業(yè)應(yīng)有各類機床總數(shù)約40萬臺，其中數(shù)控機床10萬臺，數(shù)控化率25％(高于機械制造全行業(yè) 平均值17%)。

巨大的需求對機床企業(yè)而言無疑是一個推動力，事實上，我國數(shù)控車床、立式加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪機床、數(shù)控磨床、電加工機床、數(shù)控重型機床、數(shù)控成形機床具有自主知識產(chǎn)權(quán)、較好的性價比和競爭力，得到用戶廣泛認可，基本可滿足國內(nèi)需求，還有部分出口。機床業(yè)到2010年的目標為國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率達到50％；關(guān)鍵功能部件配套齊全，自給率達60％；有自主版權(quán)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)配套率占數(shù)控機床總產(chǎn)量的75％；數(shù)控機床總臺數(shù)達到110萬臺，在當時全國機床總臺數(shù)約650萬臺基數(shù)上，數(shù)控化率為17％，基本接近發(fā)達國家的目前水平。

三、齒輪用鋼趨勢

齒輪用鋼的發(fā)展趨勢；一是含Cr，Ni，Mo的低合金鋼；二是硼鋼；三是碳氮共滲用鋼；四是易切削鋼。由于我國缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi滲碳鋼或用含硼加稀土鋼。重型機械常用18CrMnNiMo滲碳鋼或中碳合金鋼。機床行業(yè) 食用40Cr，38CrMoAl等鋼以及高速齒輪用25Cr2MoV鋼進行氮化。

四、熱處理受到重視

齒輪熱處理工藝一般有碳滲（或碳氮共滲）、氮化、感應(yīng)淬火、調(diào)質(zhì)等四類．當前總的趨勢是提高齒面硬度，滲碳淬火齒輪的承載能力可比調(diào)質(zhì)齒輪提高2~3倍。

滲碳淬火齒輪可以獲得高的表面硬度、耐磨性、韌性和抗沖擊性能，能提供高的抗點蝕、抗疲勞性能。心部和滲碳層的性能主要取決于選用何種熱處理工藝，如將齒輪調(diào)質(zhì)處理到360HB時，其齒面接觸疲勞極限應(yīng)力ph．-750N/mm2，如表面淬火到HRC56-60-時，pJ1500N/mm2,如表面滲碳到同樣硬度時yi.-1200N/mm2，對于調(diào)質(zhì)齒輪．由于齒輪刀具材料的改進．已將小齒輪的齒面硬度提高到360HB,大齒輪提高到280HB以上。

齒輪滲碳大多數(shù)采用氣體滲碳法。常用丙烷氣發(fā)生爐生成氣體，送入滲碳爐進行，也有用液注式滲碳爐，使有機液體在爐內(nèi)氣化進行滲碳．這種方法占地少，原料與處理費用低：爐子不穩(wěn)定工作時間也短，有利于節(jié)約能源和成本．最近發(fā)展的真空離滲碳法，尤其對于深層滲碳要求的齒輪，可進一步縮短時間，減少變形。

第四節(jié) 未來3—5年行業(yè) 運行能力預(yù)測

一、齒輪行業(yè) 總資產(chǎn)預(yù)測

2008-2010年齒輪制造業(yè)總資產(chǎn)預(yù)測 單位：千