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2020

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提升裝備水平助齒輪行業實現強國夢


    近幾年,我國重點行業和重點建設工程,如發電、高速機車、礦山機械、大型工程機械、大型船舶、鉆井平臺及航空航天等,對重大裝備的需求越來越多,對與之配套的齒輪及其齒輪箱也提出了更多、更新的要求。在經歷了20多年的快速發展后,我國已名副其實的成為齒輪生產大國,但離強國的目標還相去甚遠。目前,我國齒輪行業還不能完全滿足重點行業和重點工程的配套要求,行業的總體技術水平僅相當于發達國家20世紀90年代后期的水平。因此,齒輪及齒輪箱的制造已經成為制約我國一系列重大裝備研制的瓶頸問題。

    “十二五”期間,齒輪及傳動裝置被列為發展重點。這也是我國從齒輪大國變成齒輪強國的關鍵期。齒輪行業包括工業齒輪、車輛齒輪和齒輪裝備制造三個方面。齒輪強國的標志不僅包括齒輪技術和齒輪質量的一流,同時也包括齒輪制造裝備的世界水平。在我國從齒輪大國轉變成齒輪強國過程中,齒輪制造裝備的水平提升處在關鍵地位。

    差距就是動力

    齒輪的加工可以采用從銑削、滾齒、插齒到磨齒的多種工藝技術。因此,我們從工藝角度便可以分析目前我國齒輪加工技術及裝備的現狀,以及與國外的差距。

    機床:———銑削機床。齒輪銑床因其效率低在中小模數圓柱齒輪加工中很少使用,但在大型圓柱齒輪加工中得到一定應用,特別是內齒圈的加工。特大型齒輪因數量少,銑削加工是主要方式。國內有多家企業生產這類機床。目前,國內使用的齒輪銑床跟國外的差距相對較小。

    ———滾齒機。滾齒是圓柱齒輪加工的主要手段,用于粗加工和半精加工,適用于加工各種直、斜齒輪等。大型內齒圈的滾齒加工也展現出較好的前景。目前國產高速滾齒機和大型滾齒機與國外先進滾齒機差距較大,但十幾米的特大型滾齒機我國已具有世界水平。

    ———插齒機。其效率比滾齒機低,主要用作內齒圈、雙聯或多聯齒輪的加工。目前國產插齒機水平與世界先進水平差距較大。

    ———磨齒機。成型磨和蝸桿砂輪磨是中模數齒輪精加工的主要方式;成型磨齒是大型圓柱齒輪精加工的主要形式,雖然1.2米的蝸桿砂輪磨齒機已經出現?,F代數控磨齒機能實現齒面的任意三維拓撲修形。國內大型磨齒機市場幾乎讓Hofler、Niles、Gleason等國際著名公司占領了。目前國產中模數磨齒機與國外的差距不大,但大型磨齒機的水平與國外的差距甚大。

    刀具:齒輪刀具包含有三要素:幾何設計、材料和鍍層??傮w上,國內齒輪刀具企業在刀具的宏觀設計方面尚佳,但在修形等細節設計方面與國外存在較大的差距。鍍層是刀具壽命的關鍵要素,而齒輪刀具鍍層設備大部分還依賴進口。此外,齒輪刀具要達到世界先進水平還需要在創新方面做出更多的努力。

    測量儀器:國外:基于電子展成方法的中小模數齒輪測量技術已經成熟,典型儀器CNC齒輪測量中心得到普遍應用,測量精度穩定在三級,部分項目可達二級;大齒輪測量通常采用大型齒輪測量中心和三坐標測量機,可測齒輪直徑已達6米;集成在齒輪機床上齒輪在機測量系統已成為機床(特別是大型磨齒機)的組成部分;耦合在齒輪生產線上、結合機械手自動上下料的齒輪快速分選測量機成為車輛齒輪現場測量的主導設備。

    國內:中模數齒輪測量中心相對成熟,測量精度穩定在四級,部分項目可達三級;最大齒輪測量中心的可測齒輪直徑為2米;集成式在機測量系統處在研發階段;耦合在車輛齒輪生產線上的齒輪快速分選測量機已投入生產;我國獨創的齒輪整體誤差測量儀器近20年沒得到發展,其傳統應用市場不斷在縮??;沒有滿足齒輪測量的坐標測量機,小模數齒輪測量儀器和大齒輪測量儀器幾乎全部進口。

    而微型齒輪和特大齒輪(直徑6米以上)測量在國內外都是技術難題,正在探索中。大齒輪量值傳遞更是世界性難題。

    裝備強則齒輪強

    目前,我國齒輪加工成套裝備,在外觀造型、規格參數、主要功能等方面均取得了長足進步,成功解決了從無到有的難題;特別是國家科技重大專項(“高檔數控機床與基礎制造裝備”)對齒輪制造裝備的支持,使我國一部分齒輪裝備的水平與世界頂級產品的差距得到縮小。但是,我國仍有一些齒輪制造裝備是空白,并且現有的裝備在可靠性、穩定性、精度保持性、加工效率、智能化水平等多方面仍存在較大差距,要最終達到國際水平,還需在多層面上開展系統性的工藝研究及技術創新。

    針對現有差距及未來齒輪產品制造對關鍵工藝裝備的需求,我國《齒輪工程技術路線圖》中列出了齒輪加工關鍵工藝裝備的發展目標:

    開發高精、高效、大型數控圓柱齒輪磨齒機和圓錐齒輪磨齒機,改變我國大型、高檔磨齒機依賴進口的局面。

    開發干式滾齒機和硬齒面滾齒機,開發大型錐齒輪銑齒機等專用銑齒機床。

    開發高效滾齒刀具,研發刀具涂層材料和技術,擴大硬質合金、CBN刀具的應用;開發材料切除率高、壽命長、修整頻率低的磨齒砂輪。

    開發高檔數控感應淬火機床,開發新型智能、高效、低耗、環保的齒輪滲碳、滲氮等熱處理設備。

    開發基于激光跟蹤測量技術和室內激光雷達等技術的特大型齒輪在位測量系統,開發基于光纖測頭的微型齒輪測量機,開發結合機械手上下料的、耦合在齒輪生產線上的齒輪快速分選測量機等。

    上下合作,共促發展

    經過未來的努力奮斗,突破高端產品技術,使我國齒輪產品質量達到國際水平,完成從齒輪制造大國到齒輪強國的轉變,進而使我國成為世界上齒輪產品的出口大國,這是中國齒輪行業的戰略任務。

    為完成這個艱巨的任務,需要來自政府、行業和企業等多方面的支持和努力,更需要齒輪行業、企業自身持續不斷地自主創新。具體包括以下幾方面:

    倡導以企業為主的“政產學研用”結合、組織聯合研究的協同創新模式,成立產學研聯盟。我國齒輪行業要形成一個在市場經濟條件下的基礎研究、產品開發、工藝與裝備研制體系。

    加速齒輪標準制訂,并形成體系。

    建立齒輪行業共性技術服務平臺,加快新技術、新工藝、先進標準的推廣應用以及行業創新能力的提高。

    建立齒輪產品檢測與可靠性服務平臺。

    實施品牌戰略。這是樹立企業形象的重要手段,也是中國齒輪行業做強、走向世界的必由之路。

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