影響變速箱再制造的關(guān)鍵因素分析

姚麗英， 景海霞

（1. 山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003；2. 山西大同大學(xué)商學(xué)院，山西大同037009）

現(xiàn)行的《報廢汽車回收管理辦法》規(guī)定“汽車‘五大總成’， 即發(fā)動機、方向機、變速器、前后橋、車架只能作為廢金屬賣給鋼鐵企業(yè)做冶煉原料”?？梢妶髲U變速箱作為原材料進行回收， 只是實現(xiàn)了低層次的利用。隨著再制造技術(shù)的不斷提高， 報廢變速箱的主要零部件通過再制造， 可以達到質(zhì)量和性能不低于新產(chǎn)品， 有些甚至超過新品， 延長了原產(chǎn)品的使用周期， 實現(xiàn)了報廢變速箱的高層次回收利用， 比作為冶煉原料回收可以節(jié)能60%， 節(jié)約材料70%， 再制造產(chǎn)品成本只是新品的50%[1]。受《報廢汽車回收管理辦法》約束， 再制造變速箱只是在科研院所和國家指定的再制造試點企業(yè)進行研究。而現(xiàn)實當(dāng)中， 有些不法企業(yè)無視國家的相關(guān)法律法規(guī)要求， 汽車拼裝、改裝、維修使用沒有質(zhì)量控制的再生產(chǎn)品， 使消費者對汽車“五大總成”再制造產(chǎn)生誤解。為此， 本文以重型汽車變速箱為例， 對影響變速箱再制造的關(guān)鍵因素加以分析， 提高人們對變速箱再制造的認識。

再制造變速箱是指將達到報廢或失去維修利用價值的變速箱， 經(jīng)過完全拆解、清洗， 將易損件全部更換為原廠新品， 對易損件進行分類回收; 對變速箱齒輪、軸等核心零部件進行剩余壽命評估，運用表面工程技術(shù)進行專業(yè)化的修復(fù)， 按照制造工藝的要求進行裝配， 使再制造變速箱在技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)等方面完全與全新品保持一致的產(chǎn)品。變速箱再制造由于所面對的加工對象是有缺陷的零件， 因此再制造加工工藝必然要經(jīng)歷拆解、清洗、篩選、再制造加工、裝配、包裝等程序， 因此再制造與制造工藝既有聯(lián)系又有區(qū)別。

1 再制造變速箱剩余壽命預(yù)測

國內(nèi)重型汽車變速箱多采用組合式機械變速器。重型汽車變速箱由于其載重量大、使用條件復(fù)雜，導(dǎo)致變速箱內(nèi)各種零件的失效程度不同。據(jù)資料顯示，變速箱的失效零件及失效比重，見表1[2]。

表1 變速箱的失效零件及失效比重

再制造變速箱并不是對所有的零件進行再制造。對于低成本易損件全部更換， 使用新件; 對有高附加值的零件， 如齒輪、軸要進行損失評估， 判斷是否進行再制造。齒輪常見的失效形式有： 斷齒、齒面點蝕、齒面磨損、齒面粘合和齒輪變形等。軸常見的失效形式有： 軸體彎曲變形、軸面磨損、軸斷裂等。再制造首先要對軸和齒輪這些零件的失效程度進行檢測， 包含零件的尺寸、形狀、位置等幾何精度是否超過最低修復(fù)公差范圍; 零件的磨損、腐蝕、裂紋、麻坑等是否可以修復(fù); 零件的內(nèi)部氣孔、夾雜、焊縫如何消除; 零件的強度、剛度、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)以及零件表面材料成分的分析等。通過檢測分析預(yù)測零件的剩余壽命是否至少滿足一個使用周期。每一個零件在新產(chǎn)品設(shè)計時， 根據(jù)零件的承載大小和使用的工況不同， 對零件的使用壽命都留有一定的冗余， 這一部分冗余是零件剩余壽命的一部分。再制造零件的使用壽命更重要的是運用表面工程技術(shù)， 恢復(fù)部分零件尺寸， 增加零件表面硬度， 提高零件耐磨性; 運用再制造修復(fù)熱處理技術(shù)及裂紋修復(fù)技術(shù)， 消除裂紋， 提高零件的疲勞強度， 恢復(fù)零件的壽命[3]。因此， 對于失效零件既需要先進的檢測手段確定失效的程度， 又需要科學(xué)的理論預(yù)測零件的剩余壽命。這兩個方面的研究成為再制造領(lǐng)域研究的熱點問題。涉及到齒輪、軸的幾何精度和力學(xué)性能指標(biāo)檢測， 可以利用現(xiàn)有制造加工質(zhì)量控制儀器完成。涉及到齒輪、軸的缺陷檢測主要使用無損檢測技術(shù)。如超聲波可檢測零件的腐蝕厚度、內(nèi)部裂紋; 利用磁粉檢測技術(shù)檢測齒輪、軸表面裂紋等缺陷; 利用x 射線或γ 射線檢測零件內(nèi)部氣孔、夾渣等缺陷[4]。零件剩余壽命預(yù)估是再制造研究的重點， 中國再制造技術(shù)國家級重點實驗室與英國伯明翰大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了2007 年度中英自然科學(xué)基金合作項目“復(fù)合再制造技術(shù)提高重齒類件接觸疲勞壽命及其機理研究”[5]。合肥工業(yè)大學(xué)進行“變速箱齒輪剩余疲勞壽命預(yù)測及再制造可行性研究”[6]， 再制造變速箱剩余壽命預(yù)測研究取得可喜的成就。

2 變速箱再制造先進技術(shù)

先進的表面工程技術(shù)就是在舊零件的表面上增加涂敷層， 使涂敷層與舊零件很好的結(jié)合， 舊零件只作為基體材料， 可以降低對基體材料的力學(xué)性能要求， 零件耐磨損、抗腐蝕、耐高溫等力學(xué)性能主要依靠涂敷層實現(xiàn)。由于涂敷層材料的成分、組織結(jié)構(gòu)的特殊性， 運用表面工程技術(shù)可以消除舊零件的疲勞裂紋、使失配零件表面尺寸達到設(shè)計要求的配合精度、增加零件表面的耐磨性等。只有先進、穩(wěn)定、低成本的修復(fù)技術(shù)才使得變速箱再制造成為了可能。針對變速箱再制造介紹三種再制造技術(shù)。

1）納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)

微納米表面工程技術(shù)分為表面沉積于自組裝技術(shù)、表面自身納米化技術(shù)、表面反應(yīng)納米化技術(shù)和表面復(fù)合納米化四方面的技術(shù)， 其中表面復(fù)合納米化技術(shù)較為成熟。在實際中表面復(fù)合納米化技術(shù)應(yīng)用較多的是納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)和微納米等離子噴涂技術(shù)。納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)的工作原理與普通電刷鍍原理相近， 因此容易推廣這項技術(shù)。不同的是納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)在電刷鍍液中加入具有特定性能的納米顆粒， 電刷鍍層中彌散分布著納米顆粒， 可以顯著提高失效零件的接觸疲勞強度。與普通電刷鍍相比具有更高的表面硬度和良好的耐磨性以及耐高溫性。這對于提高齒輪的接觸疲勞強度和軸的耐磨性大有裨益。只是這項技術(shù)目前主要還是依靠手工操作完成[7～8]。

2）熱噴涂技術(shù)

表面涂層除了電刷鍍的技術(shù)可以獲得外， 還可以用熱噴涂的技術(shù)獲得。例如高速電弧噴涂技術(shù)是以電弧為熱源， 將熔化的金屬絲用高速氣流霧化，并以高速噴射到工件表面形成涂層的一種工藝。此外熱噴涂技術(shù)還有超音速火焰噴涂技術(shù)、爆炸噴涂技術(shù)和微納米等離子噴涂技術(shù)等。與其他熱噴涂技術(shù)相比， 高速電弧噴涂技術(shù)具有經(jīng)濟性和安全性高、節(jié)約能源、設(shè)備簡單，便于現(xiàn)場操作等優(yōu)點， 在再制造中受到廣泛的重視。對于軸類零件使用高速電弧噴涂技術(shù)可以消除原來零件的表面疲勞層和表面疲勞裂紋， 表面耐磨性達到甚至超過原來舊零件的耐磨性要求， 同時延長零件的使用壽命[9]。

3）激光熔覆技術(shù)

利用激光束對舊零件進行再制造的各種激光技術(shù)稱之為激光再制造技術(shù)。激光再制造技術(shù)主要針對零件表面腐蝕、磨損、缺損等局部損傷及尺寸變化進行修復(fù)， 同時提高零件的耐腐蝕性、耐磨性及其他力學(xué)性能， 滿足再制造的使用壽命。目前激光熔覆技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的激光再制造技術(shù)。激光熔覆技術(shù)在基體材料表面上， 以不同的添料方式放置熔覆材料， 經(jīng)激光輻照使之和基體表面薄層同時熔化， 快速凝固后形成稀釋度極低、與基體金屬成冶金結(jié)合的涂層。激光熔覆技術(shù)要考慮選擇的熔覆材料與基體材料的熔點、熱膨脹系數(shù)是否相近，易于同時熔化和同時收縮， 因此不同的基體材料要選擇不同的熔覆材料與之相配， 才能達到理想性能的表面涂層，達到改善基體材料表面的耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性和抗氧化等性能。齒輪的崩齒、齒面點蝕、齒面磨損都可以用激光熔覆技術(shù)進行修復(fù)[10]。

3 變速箱再制造產(chǎn)業(yè)化

變速箱再制造采用與傳統(tǒng)制造不同的技術(shù)完成零件的再制造加工， 先進的表面工程技術(shù)為變速箱再制造提供技術(shù)支持。但是， 變速箱再制造要成為一種產(chǎn)業(yè)， 必須采用與制造業(yè)相近的生產(chǎn)流程，實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)， 提高再制造產(chǎn)品的產(chǎn)量。制定再制造技術(shù)規(guī)范， 使再制造加工工藝、裝配精度及檢測手段與再制造技術(shù)相匹配， 確保再制造產(chǎn)品的質(zhì)量不低于制造新品的質(zhì)量。建立再制造產(chǎn)品標(biāo)識，嚴格區(qū)分翻新件、改裝件， 使再制造產(chǎn)品與新產(chǎn)品一樣享受同樣的售后服務(wù)和質(zhì)量承諾。

2008 年陜西法士特集團公司被列為全國首批14家“汽車零部件再制造試點企業(yè)”， 在遵循技術(shù)可行性、效率優(yōu)先和成本控制三項原則的基礎(chǔ)上， 嚴格執(zhí)行國家的相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)， 再制造產(chǎn)品總成的出廠檢測標(biāo)準(zhǔn)和新品出廠的檢測標(biāo)準(zhǔn)相同。再制造變速器嚴格按照《汽車零部件再制造產(chǎn)品標(biāo)識規(guī)范》和歐美等國家的通行做法， 在產(chǎn)品的顯著位置上標(biāo)明再制造強制性標(biāo)識， 到2011 年底率先在行業(yè)中實現(xiàn)了月產(chǎn)再制造重型變速箱200 臺的生產(chǎn)能力， 為我國重型機械變速箱再制造生產(chǎn)進行積極地探索。

4 結(jié)論

通過對再制造變速箱剩余壽命預(yù)測分析、再制造先進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化可行性分析， 可以得出如下結(jié)論：

1）再制造是一種對廢舊產(chǎn)品實施高技術(shù)修復(fù)和改造的產(chǎn)業(yè)。它主要針對的是已損壞或行將報廢的零部件， 在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎(chǔ)上， 進行再制工程設(shè)計， 采用一系列相關(guān)的先進制造技術(shù)，使再制造產(chǎn)品質(zhì)量達到甚至超過新品質(zhì)量。

2）再制造將舊零件作為基材， 通過在基材上滲入其他成分或增加表面涂層， 改善舊零件表層材料的組織結(jié)構(gòu)， 提高再制造零件的耐磨性和抗腐蝕性等力學(xué)性能， 再制造是一種全新的產(chǎn)品， 不等同于一般原材料的循環(huán)利用。

3）再制造的本質(zhì)是修復(fù)， 但它不是簡單的維修。再制造是一種高科技含量的修復(fù)術(shù)， 采用制造業(yè)的模式進行生產(chǎn)。因而， 再制造是維修發(fā)展的高級階段， 是對傳統(tǒng)維修概念的一種提升和改寫。

[1]徐濱士. 再制造工程的現(xiàn)狀與前沿[J]. 材料熱處理學(xué)報. 2010， 31(1)： 10 - 14.

[2]曾壽金. 廢舊齒輪變速箱綠色再制造方法初探[J]. 中國科技信息. 2006(23)： 7 - 8.

[3]徐濱士. 維修工程的新方向---再制造工程在中國的發(fā)展(一) [J]. 中國設(shè)備工程， 2009(3)： 17 - 19.

[4]姚巨坤， 崔培枝. 再制造檢測工藝與技術(shù)[J]. 新工藝新技術(shù)， 2009(4)： 1 - 3.

[5]徐濱士. 維修工程的新方向---再制造工程在中國的發(fā)展(二) [J]. 中國設(shè)備工程， 2009(4)： 29 - 31.

[6][張少亭. 變速箱齒輪剩余疲勞壽命預(yù)測及再制造可行性研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2009.

[7]徐濱士. 裝備再制造技術(shù)(四) [J]. 中國設(shè)備工程， 2008(2)： 65 - 67.

[8]徐濱士. 裝備再制造技術(shù)(五) [J]. 中國設(shè)備工程， 2008(3)： 62 - 65.

[9]徐濱士. 裝備再制造技術(shù)(九) [J]. 中國設(shè)備工程， 2008(8)：63 - 65.

[10]朱勝， 姚巨坤. 激光再制造工藝與技術(shù)[J]. 新技術(shù)新工藝， 2009(8)： 1 - 3.