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变速器粉末冶金概述及新的应用

时间:2022-03-16来源:

导语:汽车所使用的粉末冶金产品,是科技含量非常高的制品,它可减轻汽车重量和降低制造成本,并具有优化汽车工业产品生产工艺、提高汽车工业竞争力的作用,目前世界上用于汽车上的粉末冶金零部件已超过400多种。

  汽车所使用的粉末冶金产品,是科技含量非常高的制品,它可减轻汽车重量和降低制造成本,并具有优化汽车工业产品生产工艺、提高汽车工业竞争力的作用,目前世界上用于汽车上的粉末冶金零部件已超过400多种。

  作为一种典型的净终形制造技术,粉末冶金在节能、省材、环保、经济、高效等诸多方面具有优势,逐渐被各行业所认知并得到广泛应用;特别是汽车粉末冶金制品的应用与快速发展,推动了粉末冶金行业步入发展的快车道。 2001-2010年中国汽车销量年均增速约24.0%,2010-2018年年均增速5.7%,其中2018年汽车产业面临较大压力,产销增速低于年初预期,行业主要经济效益指标增速趋缓,增幅回落,并且车市出现自1990年以来的首次负增长。究其原因,一方面因购置税优惠政策全面退出造成的影响;另一方面受宏观经济增速回落、中美贸易战,以及消费信心等因素的影响,我国汽车行业短期内仍面临较大的压力。为了提高竟争力,因此汽车零件必须在省工、省料、节能,减少生产成上下功夫。粉末冶金零件不但可替代铸铁件、锻钢件、切削加工件,省工、省料、节能,减少生产成本,而且可减轻零件重量,有利于汽车轻量化。

  汽车变速器中粉末冶金零件是变速器中非常重要的组成部份,下面是几个粉末冶金技术应用的例子:

  一、粉末冶金复合行星齿轮架,这种行星齿轮架由低合金钢的行星齿轮和铜钢离合器毂烧结钎接在一起制成。是一个兼具行星齿轮架与离合器毂功能的多功能组合件。零件用改进的复合模具分别压制成形。铜钎焊与熔渗铜都是在烧结时进行。该零件替代重型变速器中的铸铁架。铸铁架需要进行大量切削加工,而粉末冶金架可以减轻重量、增加功能特性,提高刚度并减小短轴的挠曲,提供精密控制的花键,增强耐久性,从而显著减低生产成本。

  粉末冶金复合行星齿轮架

  二、高强度粉末冶金齿毂,高强度粉末冶金齿毂是变速箱内应用最广的粉末冶金零件,该零件在国内现有生产条件下,可以生产近似完全净成形,只需要少量车削加工就可替代钢质齿毂。传统切削工艺会有高达40%的材料变成切屑,而在粉末冶金用的全部粉末中,85%是由再循环回收的材料生产的。在粉末冶金零件生产过程中,各道工序的废料损失一般为3%或更少,其材料利用率可达95%。

  高强度粉末冶金齿毂1        高强度粉末冶金齿毂2

  变速器粉末冶金是一种“绿色”制造技术。目前,粉末冶金已经被业界公认为是一种绿色、可持续的制造技术。

  例如在持续性功能方面,粉末冶金的最终成形能力与材料利用率很高,可使全部能源消耗最小化。与传统工艺(热加工+冷加工)的铸造或锻造+切削加工相比,粉末冶金工艺制造同一零件只需要采用较少的几道工序,即能完成工序较多、较复杂的工艺。 在材料可持续性方面,粉末冶金的最终成形能力是其主要优势。

  在能源可持续性方面,一般的传统制造工艺需要经过几次加热与再加热工序才能最终成形;而用雾化法生产钢粉或铁粉时,只需要将废钢料进行一次熔炼,所有其它热加工作业都是在低于熔点的温度下进行的,这样不但节能,而且可制成最终形状和形成所需要的材料性能、机械使用性能。通过金属成型工艺材料利用率的对比发现,制造粉末冶金零件所需之能量是锻造-切削加工零件的44%。

  在环境可持续性方面,由于粉末冶金的最终成形能力特性,在一般情况下是在烧结后就制成了零件成品,即可进行包装、交货。大多数情况下,加工粉末冶金产品所使用的切削油是微不足道的,其冷却水等污染源释放的有毒污染物质也是很少的。和其它制造工艺相比较,粉末冶金零件产业对环境几乎没有危害。

  目前,欧洲平均每辆汽车的粉末冶金制品使用量是14kg,日本为9kg,美国已达到19.5kg以上,预计未来几年可能达到22kg。我国目前平均每辆汽车粉末冶金制品的用量却只有5~6kg,考虑到节能减排因素,国内企业未来会更多使用粉末冶金工艺生产汽车零部件。变速箱粉末冶金市场规模约150亿。粉末冶金零部件在汽车变速器中应用有很多,如同步毂齿毂、行星齿轮架、同步器齿环、变速器外环、离合器环、驱动齿轮等关键零件。

  在汽车变速器领域,汽车变速器分为四大类,手动变速器(MT),约占45%市场份额,自动变速器(AT)占30%市场份额,无级变速器(CVT)占15%市场份额,双离合器(DCT)占10%市场份额,其中AT、DCT市场快速发展,机会较多,CVT市场粉末冶金机会较少。

  单个MT、AT、CVT、DCT变速箱使用的粉末冶金零部件价格分别约为500元、600元、200元、500元。2020年,预计中国乘用车销量3000万辆,假设各类型变速器市场份额不变,则MT、AT、CVT、DCT变速箱的数量分别为1350万、900万、450万、300万。总计变速箱内粉末冶金零部件的市场空间约150亿元。

  若粉末冶金行业能够取得技术上的突破,强度、耐磨性等指标进一步提升,则结合齿轮、传动齿轮等传统锻造零件有望被粉末冶金零件所取代,市场规模将会进一步爆发式扩张。随着近年来我国汽车行业的快速发展,配套粉末冶金制品供应的本土化需求不断扩大,这给我国粉末冶金企业的发展带来了难得的机遇,粉末冶金产品在汽车行业的应用比例逐年提高。2016年,我国国内汽车粉末冶金制品占粉末冶金总产品的比例提升至约60%,但仍然低于发达国家80%的比例。与此同时,我国汽车粉末冶金产品的种类并不齐全,目前主要是一些技术含量较低的连杆、垫片、链轮等产品,而绝大多数企业无法批量生产技术要求更高的VVT、VCT、行星齿轮等产品。

  目前,国内涉足中高端汽车粉末冶金零部件的企业较少,国内高端汽车粉末冶金零部件仍然主要依靠进口。国内企业的生产技术、质量控制以及研发能力较国外企业仍有较大差距。而随着国内粉末冶金产业的快速发展,业内公司的质量控制与研发水准均在快速提高。目前,发动机内的VVT、VCT粉末冶金零件国内已经能够大规模的生产,同步环、行星齿轮架等高难度粉末冶金零部件也逐渐迎来技术突破。与国外公司相比,国内企业在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有优势,能够为主机厂与一级供应商提供更低价的粉末冶金产品。同时,国内企业交货周期短,售后服务快速、及时,能够为国内主机厂提供更优质的服务。因此,国内粉末冶金产品进口替代空间十分广阔。

  由于粉末冶金工艺具有节约原材料、自身重量轻、性能优异、成本低等众多优势,除发动机、变速器和电动机轴承外,现在粉末冶金零件在汽车上使用的范围也越来越广,更多的零件被用在底盘、车身、内饰等处,前景十分广阔。目前,在汽车上使用的粉末冶金件已经超过了1000种。有业内人士指出,粉末冶金结构零件在替代已有的齿轮、凸轮、链轮、各种形状的铸件、锻件、切削加工件和开发新型结构零件方面具有独特的优势。

  近年来,由于人类过多使用高碳能源,导致极限气候频发,给人类生活带来严重灾害。为了实现人类与自然和谐共存目标,必须改变现有的生活方式,节约能源,减少CO2的排放,保护生态,迎接低碳时代的到来,新能源汽车的正逐渐使用。而作为新能源汽车的重要组成部分,粉末冶金零部件也朝着节能减排目标发展。

标签: 粉末冶金

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