影响变速箱再制造的关键因素分析

姚丽英， 景海霞

（1. 山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003；2. 山西大同大学商学院，山西大同037009）

现行的《报废汽车回收管理办法》规定“汽车‘五大总成’， 即发动机、方向机、变速器、前后桥、车架只能作为废金属卖给钢铁企业做冶炼原料”。可见报废变速箱作为原材料进行回收， 只是实现了低层次的利用。随着再制造技术的不断提高， 报废变速箱的主要零部件通过再制造， 可以达到质量和性能不低于新产品， 有些甚至超过新品， 延长了原产品的使用周期， 实现了报废变速箱的高层次回收利用， 比作为冶炼原料回收可以节能60%， 节约材料70%， 再制造产品成本只是新品的50%[1]。受《报废汽车回收管理办法》约束， 再制造变速箱只是在科研院所和国家指定的再制造试点企业进行研究。而现实当中， 有些不法企业无视国家的相关法律法规要求， 汽车拼装、改装、维修使用没有质量控制的再生产品， 使消费者对汽车“五大总成”再制造产生误解。为此， 本文以重型汽车变速箱为例， 对影响变速箱再制造的关键因素加以分析， 提高人们对变速箱再制造的认识。

再制造变速箱是指将达到报废或失去维修利用价值的变速箱， 经过完全拆解、清洗， 将易损件全部更换为原厂新品， 对易损件进行分类回收; 对变速箱齿轮、轴等核心零部件进行剩余寿命评估，运用表面工程技术进行专业化的修复， 按照制造工艺的要求进行装配， 使再制造变速箱在技术性能和质量指标等方面完全与全新品保持一致的产品。变速箱再制造由于所面对的加工对象是有缺陷的零件， 因此再制造加工工艺必然要经历拆解、清洗、筛选、再制造加工、装配、包装等程序， 因此再制造与制造工艺既有联系又有区别。

1 再制造变速箱剩余寿命预测

国内重型汽车变速箱多采用组合式机械变速器。重型汽车变速箱由于其载重量大、使用条件复杂，导致变速箱内各种零件的失效程度不同。据资料显示，变速箱的失效零件及失效比重，见表1[2]。

表1 变速箱的失效零件及失效比重

再制造变速箱并不是对所有的零件进行再制造。对于低成本易损件全部更换， 使用新件; 对有高附加值的零件， 如齿轮、轴要进行损失评估， 判断是否进行再制造。齿轮常见的失效形式有： 断齿、齿面点蚀、齿面磨损、齿面粘合和齿轮变形等。轴常见的失效形式有： 轴体弯曲变形、轴面磨损、轴断裂等。再制造首先要对轴和齿轮这些零件的失效程度进行检测， 包含零件的尺寸、形状、位置等几何精度是否超过最低修复公差范围; 零件的磨损、腐蚀、裂纹、麻坑等是否可以修复; 零件的内部气孔、夹杂、焊缝如何消除; 零件的强度、刚度、硬度等力学性能指标以及零件表面材料成分的分析等。通过检测分析预测零件的剩余寿命是否至少满足一个使用周期。每一个零件在新产品设计时， 根据零件的承载大小和使用的工况不同， 对零件的使用寿命都留有一定的冗余， 这一部分冗余是零件剩余寿命的一部分。再制造零件的使用寿命更重要的是运用表面工程技术， 恢复部分零件尺寸， 增加零件表面硬度， 提高零件耐磨性; 运用再制造修复热处理技术及裂纹修复技术， 消除裂纹， 提高零件的疲劳强度， 恢复零件的寿命[3]。因此， 对于失效零件既需要先进的检测手段确定失效的程度， 又需要科学的理论预测零件的剩余寿命。这两个方面的研究成为再制造领域研究的热点问题。涉及到齿轮、轴的几何精度和力学性能指标检测， 可以利用现有制造加工质量控制仪器完成。涉及到齿轮、轴的缺陷检测主要使用无损检测技术。如超声波可检测零件的腐蚀厚度、内部裂纹; 利用磁粉检测技术检测齿轮、轴表面裂纹等缺陷; 利用x 射线或γ 射线检测零件内部气孔、夹渣等缺陷[4]。零件剩余寿命预估是再制造研究的重点， 中国再制造技术国家级重点实验室与英国伯明翰大学联合承担了2007 年度中英自然科学基金合作项目“复合再制造技术提高重齿类件接触疲劳寿命及其机理研究”[5]。合肥工业大学进行“变速箱齿轮剩余疲劳寿命预测及再制造可行性研究”[6]， 再制造变速箱剩余寿命预测研究取得可喜的成就。

2 变速箱再制造先进技术

先进的表面工程技术就是在旧零件的表面上增加涂敷层， 使涂敷层与旧零件很好的结合， 旧零件只作为基体材料， 可以降低对基体材料的力学性能要求， 零件耐磨损、抗腐蚀、耐高温等力学性能主要依靠涂敷层实现。由于涂敷层材料的成分、组织结构的特殊性， 运用表面工程技术可以消除旧零件的疲劳裂纹、使失配零件表面尺寸达到设计要求的配合精度、增加零件表面的耐磨性等。只有先进、稳定、低成本的修复技术才使得变速箱再制造成为了可能。针对变速箱再制造介绍三种再制造技术。

1）纳米复合电刷镀技术

微纳米表面工程技术分为表面沉积于自组装技术、表面自身纳米化技术、表面反应纳米化技术和表面复合纳米化四方面的技术， 其中表面复合纳米化技术较为成熟。在实际中表面复合纳米化技术应用较多的是纳米复合电刷镀技术和微纳米等离子喷涂技术。纳米复合电刷镀技术的工作原理与普通电刷镀原理相近， 因此容易推广这项技术。不同的是纳米复合电刷镀技术在电刷镀液中加入具有特定性能的纳米颗粒， 电刷镀层中弥散分布着纳米颗粒， 可以显著提高失效零件的接触疲劳强度。与普通电刷镀相比具有更高的表面硬度和良好的耐磨性以及耐高温性。这对于提高齿轮的接触疲劳强度和轴的耐磨性大有裨益。只是这项技术目前主要还是依靠手工操作完成[7～8]。

2）热喷涂技术

表面涂层除了电刷镀的技术可以获得外， 还可以用热喷涂的技术获得。例如高速电弧喷涂技术是以电弧为热源， 将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。此外热喷涂技术还有超音速火焰喷涂技术、爆炸喷涂技术和微纳米等离子喷涂技术等。与其他热喷涂技术相比， 高速电弧喷涂技术具有经济性和安全性高、节约能源、设备简单，便于现场操作等优点， 在再制造中受到广泛的重视。对于轴类零件使用高速电弧喷涂技术可以消除原来零件的表面疲劳层和表面疲劳裂纹， 表面耐磨性达到甚至超过原来旧零件的耐磨性要求， 同时延长零件的使用寿命[9]。

3）激光熔覆技术

利用激光束对旧零件进行再制造的各种激光技术称之为激光再制造技术。激光再制造技术主要针对零件表面腐蚀、磨损、缺损等局部损伤及尺寸变化进行修复， 同时提高零件的耐腐蚀性、耐磨性及其他力学性能， 满足再制造的使用寿命。目前激光熔覆技术是应用较为广泛的激光再制造技术。激光熔覆技术在基体材料表面上， 以不同的添料方式放置熔覆材料， 经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化， 快速凝固后形成稀释度极低、与基体金属成冶金结合的涂层。激光熔覆技术要考虑选择的熔覆材料与基体材料的熔点、热膨胀系数是否相近，易于同时熔化和同时收缩， 因此不同的基体材料要选择不同的熔覆材料与之相配， 才能达到理想性能的表面涂层，达到改善基体材料表面的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和抗氧化等性能。齿轮的崩齿、齿面点蚀、齿面磨损都可以用激光熔覆技术进行修复[10]。

3 变速箱再制造产业化

变速箱再制造采用与传统制造不同的技术完成零件的再制造加工， 先进的表面工程技术为变速箱再制造提供技术支持。但是， 变速箱再制造要成为一种产业， 必须采用与制造业相近的生产流程，实现规模化生产， 提高再制造产品的产量。制定再制造技术规范， 使再制造加工工艺、装配精度及检测手段与再制造技术相匹配， 确保再制造产品的质量不低于制造新品的质量。建立再制造产品标识，严格区分翻新件、改装件， 使再制造产品与新产品一样享受同样的售后服务和质量承诺。

2008 年陕西法士特集团公司被列为全国首批14家“汽车零部件再制造试点企业”， 在遵循技术可行性、效率优先和成本控制三项原则的基础上， 严格执行国家的相关检测标准， 再制造产品总成的出厂检测标准和新品出厂的检测标准相同。再制造变速器严格按照《汽车零部件再制造产品标识规范》和欧美等国家的通行做法， 在产品的显著位置上标明再制造强制性标识， 到2011 年底率先在行业中实现了月产再制造重型变速箱200 台的生产能力， 为我国重型机械变速箱再制造生产进行积极地探索。

4 结论

通过对再制造变速箱剩余寿命预测分析、再制造先进技术和产业化可行性分析， 可以得出如下结论：

1）再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业。它主要针对的是已损坏或行将报废的零部件， 在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上， 进行再制工程设计， 采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到甚至超过新品质量。

2）再制造将旧零件作为基材， 通过在基材上渗入其他成分或增加表面涂层， 改善旧零件表层材料的组织结构， 提高再制造零件的耐磨性和抗腐蚀性等力学性能， 再制造是一种全新的产品， 不等同于一般原材料的循环利用。

3）再制造的本质是修复， 但它不是简单的维修。再制造是一种高科技含量的修复术， 采用制造业的模式进行生产。因而， 再制造是维修发展的高级阶段， 是对传统维修概念的一种提升和改写。

[1]徐滨士. 再制造工程的现状与前沿[J]. 材料热处理学报. 2010， 31(1)： 10 - 14.

[2]曾寿金. 废旧齿轮变速箱绿色再制造方法初探[J]. 中国科技信息. 2006(23)： 7 - 8.

[3]徐滨士. 维修工程的新方向---再制造工程在中国的发展(一) [J]. 中国设备工程， 2009(3)： 17 - 19.

[4]姚巨坤， 崔培枝. 再制造检测工艺与技术[J]. 新工艺新技术， 2009(4)： 1 - 3.

[5]徐滨士. 维修工程的新方向---再制造工程在中国的发展(二) [J]. 中国设备工程， 2009(4)： 29 - 31.

[6][张少亭. 变速箱齿轮剩余疲劳寿命预测及再制造可行性研究[D]. 合肥：合肥工业大学， 2009.

[7]徐滨士. 装备再制造技术(四) [J]. 中国设备工程， 2008(2)： 65 - 67.

[8]徐滨士. 装备再制造技术(五) [J]. 中国设备工程， 2008(3)： 62 - 65.

[9]徐滨士. 装备再制造技术(九) [J]. 中国设备工程， 2008(8)：63 - 65.

[10]朱胜， 姚巨坤. 激光再制造工艺与技术[J]. 新技术新工艺， 2009(8)： 1 - 3.