夏奎，孟庆龙，何佳颖，郝悦

（长安大学，陕西 西安 710064）

前言

《中国制造2025》中提出的全面推行绿色制造，进一步肯定了汽车零部件再制造产业的重要意义。规划的出台给再制造企业带来了挑战，对再制造过程中的技术提升，会有更高的要求。 作为绿色制造的重要组成部分，汽车再制造产业应该大力发展低碳环保的技术工艺。

目前，欧美国家的变速箱再制造，处于世界领先水平。他们在变速箱的回收体系、再制造技术标准以及销售和售后等方面，已经形成了完整的产业链，并且具备了足够的规模。而我国变速箱再制造产业仍处于起步探索阶段，在技术发展和产业规模上与欧美国家仍具有相当大的差距。

随着近年来我国汽车零部件再制造产业体系的不断完善，用于汽车零部件再制造的表面修复技术也有了更快的发展。本文以变速箱为载体，介绍了目前常见的用于汽车再制造的热喷涂技术、电刷镀技术、表面强化技术、电火花沉积技术、激光再制造技术等，并总结了其在变速箱再制造领域的应用。

1 汽车变速箱再制造

1.1 再制造技术

再制造工程是以先进技术和产业化生产为手段，来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称[1]。再制造以产品全生命周期为基础，主要研究的是产品的后半周期，它将对产品再次使用的性能起到重大作用。

1.2 变速箱的构造

以手动变速箱为例，变速箱主要由壳体、传动轴、齿轮、同步器和换挡操纵机构等组成。如图1所示，对于不同的零件，其失效形式不同，磨损程度也不同，因此在再制造的修复过程中，需要采用不同的表面修复技术。

图1 变速箱的结构

1.2.1 汽车变速箱零件的失效形式

汽车变速箱在长期的使用中，零件在载荷作用下超过了一定的承受范围，从而丧失了最初规定的功能，称之为失效。变速箱零件常见的几种失效形式如表1所示。

表1 变速箱零件的失效形式

（1）对于变速箱齿轮而言，失效主要有断齿、磨损、齿面的胶合和齿面的塑性形变等形式。

（2）对于变速箱传动轴而言，失效主要有轴颈磨损、塑性形变和断裂等形式。

（3）对于变速箱壳体而言，失效主要有变形、裂纹和螺纹孔、轴承孔的磨损等形式。

（4）对于变速箱轴承而言，失效主要有断裂、疲劳失效、磨损、密封失效等原因。

（5）对于变速箱操纵机构而言，由于其操纵频繁，失效主要有变形、磨损、连接松动等。

1.2.2 汽车变速箱再制造

汽车变速箱再制造流程如图2所示，包括拆解工序、清洗工序、检测分类工序、再制造加工或升级改造工序、装配工序、再检测工序等。废旧的变速箱通过再制造加工可以使之恢复到与原产品一样的技术性能和产品质量[2]。

图2 再制造流程

2 表面修复技术

再制造的表面修复技术，就是利用表面工程的原理和方法，运用物理、化学或物理化学等技术手段，使得在使用中损伤的金属表面，恢复外形尺寸，并且使其使用性能达到甚至超过新品的水平。中国自1999年正式提出再制造的概念以来，在探索过程中自主创新出了中国特色的“表面恢复和性能提升法”再制造模式[3]。

2.1 热喷涂技术

热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，如图3所示，这种技术是用来提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能[4]。热喷涂技术可以修复因磨损、腐蚀而失效的零件，也可以修复因加工超误差而报废的零件。按照工艺上的差别，热喷涂可分为火焰类喷涂、电弧类喷涂、电热法喷涂、激光类喷涂等。

图3 热喷涂技术流程

变速箱中的各个转动轴、轴承座，常因磨损失效；变速箱的箱体，其采用的材料多为铸铝合金，常因恶劣的工况造成上下箱体配合面磨损或划伤。对于以上零件，可用高速电弧喷涂技术或者微纳米超音速等离子喷涂技术进行很好的修复。

2.2 电刷镀技术

电刷镀依据电化学沉积原理，在能够导电基材表面的特定位置，以较快的速度沉积一定厚度的涂层[5]。电源的负极通过电缆线与刷镀工件连接，正极通过电缆线与镀笔阳极连接，阳极经包裹后与工件的刷镀表面轻轻接触，使得含有需沉积金属离子的镀液不断地添加到阳极和工件表面之间。在充满镀液的阳极和工件表面之间形成了一个“微型电镀槽”，在工件和阳极之间电场力的作用下，带正电荷的金属离子向带负电荷的基材表面实施定向迁移;同时，在基材表面金属离子获得电子被还原造成金属原子，金属原子在基材表面按一定的规律沉积形成镀层，镀层被“刷”在工件表面上，随时间的推移，镀层厚度不断增加，直至所需厚度时止[6]。

电刷镀技术可以应用在很多变速箱磨损的零部件，对损伤零件的尺寸精度进行快速的修复。电刷镀其实也常用来修复变速箱传动轴的花键部分。

2.3 表面强化技术

表面强化技术指利用热能、机械能等使金属表面得到强化的表面技术，它不改变材料表面的化学成分，不增加表面尺寸，仅通过改变材料表层的组织和应力状态，来提高表面硬度、强度、耐磨性、抗疲劳等性能[7]。喷丸强化技术是表面强化技术的重要组成部分。

如图4所示，喷丸强化是高速运动的弹丸流喷射材料表面并使其表层发生循环塑性变形的过程(此塑性变形层深度通常为0.1～0.8mm)[8]。喷丸强化可显著提高金属疲劳寿命，增强抗磨损能力等。目前，在变速箱的渗碳齿轮、弹簧、传动轴等部位，喷丸强化已得到了广泛的应用。

图4 喷丸强化技术流程

2.4 电火花沉积

电火花沉积又称脉冲电弧显微堆焊，工作过程如图5所示，它是将需要沉积的材料做成电极，利用电极在基材表面旋转，电源在电极与基材相接触的很小的区域内瞬间( 10-6～10-5s) 通过高密度电流(105～106A /cm2) ，在很小的范围内产生5000～25000K的高温，使放电区域内的材料高能离子化，电极高速转移到基材表面，并扩散到基材表层，从而形成具有冶金结合的沉积层。微弧堆焊可有效提高零件表面耐磨性、耐蚀性、热硬性和高温抗氧化性等但微弧堆焊会加大表面粗糙度且影响材料的疲劳性能[9]。

图5 电火花沉积流程

图6 激光再制造技术流程

电火花沉积技术可以对变速箱零件上的裂纹、凹坑等失效进行修复，帮助其恢复到零件的标准尺寸。但是该技术也存在修复后表面粗糙等缺点。

2.5 激光再制造技术

激光再制造技术基础是激光熔覆。如图6所示，它是以金属粉末为材料，在具有零件原型的 CAD/CAM 软件支持下，CNC（计算机数控）控制激光头，送粉嘴和机床按指定空间轨迹运动，光束与粉末同步输送，形成一支金属笔，在修复部位逐层熔覆，最后生成与原型零件近形的三维实体[10]。激光再制造技术目前主要针对零件的尺寸形状和使用性能进行修复。

对于一些变速箱中的齿轮，在运行过程中会出现磨损甚至断齿的现象，电镀、喷涂、堆焊等修复技术难以完全恢复齿轮的性能，采用激光熔覆技术可以有效的实现失效齿轮的修复与再制造，修复后的齿轮在使用中表现的性能优异[11]。各种表面修复技术在变速箱再制造上的应用如表2所示。

表2 表面修复技术在变速箱再制造上的应用

变速箱再制造体系中运用先进的表面工程技术，对废旧变速箱零部件进行表面尺寸修复和性能强化，从而真正意义上实现和新制造产品具有相同的性能，提高废旧件的再制造率。

3 结语

再制造是绿色制造的重要组成部分，确定汽车零部件再制造的实施，将节约能源，节约资源，保护环境，降低装备成本，值得在国内推广。

汽车零部件再制造产业在欧美国家已经具备了完善的市场机制和法律体系，目前随着政策的开放，我国也在逐步推动汽车再制造的发展。而表面修复技术作为汽车零部件再制造的核心技术之一，我国必须大力发展，才能适应社会发展的需求，在汽车零部件再制造的激烈的国际竞争中占有一席之地。

[1] 徐滨士,朱胜,王海斗.再制造工程及其失效分析[J].金属热处理,2007, 32(s1)：1-5.

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[11] 徐滨士.再制造技术与应用[M].化学工业出版社, 2015.