CN104959794A - 一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，包括步骤：1)根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；2)将内齿圈毛坯进行外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；3)将经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗加工出齿形；4)将粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；5)将经过调质处理后的内齿圈精加工出外形及内孔；6)将经过精加工后的内齿圈进行氮化处理。应用本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，粗加工出齿形后进行调质，齿顶、齿根、齿面的调质效果一致，避免了由于调质淬透性有限造成的调质效果不均匀，提高了内齿圈内部的综合机械性能。同时减少后续精加工的加工余量，减小加工变形。

Description

一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，更具体地说，涉及一种风电齿轮箱大型内齿圈的加工方法。

背景技术

齿轮箱在风力发电机组中有着广泛的应用，是其重要机械部件。齿轮箱的主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。由于通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，所以必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现。

据统计，风电齿轮箱产生故障的原因大部分是由行星级引起的，内齿圈的可靠性往往成为风电齿轮箱的薄弱环节。随着风机单机容量的增大，内齿圈模数和直径也相应的越来越大。为减轻产品重量和提高产品的承载能力，风电内齿圈多采用渗碳淬火或者渗氮工艺。然而对于1.5m以上的大型内齿圈，由于渗碳淬火工艺成本高、变形大、周期长，成品后齿面渗碳层质量不均匀，质量难以保证。而渗氮工艺内齿圈零件变形小，生产周期相对较短，同时也能保证内齿圈的硬化层质量，因此氮化工艺的应用更为广泛。

现有技术中常见的氮化内齿圈加工工艺多包括以下步骤：锻造成型、粗加工、调质、精加工、两步插齿、氮化处理和车削加工。然而，该工艺加工获得的内齿圈齿面粗糙度一般只能达到Ra3.2，氮化后精度一般仅为8-9级。由于大型内齿圈模数大、齿槽深，而调质淬透性有限，故齿顶、齿根、齿面的调质效果不一致，综合机械性能较差。而内齿圈的机械性能对零件的使用寿命有着重要影响。因此需提高内齿圈齿面的耐磨性、抗磨蚀性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，使得齿轮箱运行更加平稳，从而提高产品寿命。

综上所述，如何有效地解决内齿圈综合机械性能较差、可靠性较低、产品使用寿命较短等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，该风电齿轮箱大型内齿圈加工方法可以有效地解决内齿圈综合机械性能较差、可靠性较低、产品使用寿命较短的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，包括步骤：

1)根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；

2)将所述内齿圈毛坯进行外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；

3)将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗加工出齿形；

4)将所述粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；

5)将所述经过调质处理后的内齿圈精加工出外形及内孔；

6)将所述经过精加工的内齿圈进行氮化处理。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤2)具体为将所述内齿圈毛坯进行粗车，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤2)中粗车留有的单边余量为5-6mm。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤3)具体为将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗铣出齿形；

所述步骤5)包括将所述经过调质处理后的内齿圈进行精铣，并留有公法线余量。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述公法线余量为0.7-0.9mm。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤5)包括对所述内齿圈的外圆、内孔和端面进行精车。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤4)中的调质处理包括先进行淬火处理，淬火温度840-860℃，保温时间为5-6小时；再进行回火处理，回火温度540-580℃，保温时间为8-9小时。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤6)中氮化处理的氮化温度为490-520℃，氮化时间为80-85小时。

优选地，上述风电齿轮箱大型内齿圈加工方法中，所述步骤5)与所述步骤6)之间还包括步骤：

51)将所述精加工后的内齿圈进行磨齿成品，以达到齿轮精度和齿面粗糙度。

应用本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法时，由于在调质前先开槽，粗加工出齿形，因而经调质后齿顶、齿根、齿面的调质效果一致，避免了由于调质淬透性有限造成的调质效果不均匀，进而提高了内齿圈内部的综合机械性能。齿轮综合机械性能的提高，使得齿轮箱运行更加平稳，从而提高产品的使用寿命。同时，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，粗加工出齿形后进行调质，可以减少后续精加工的加工余量，减小加工变形。

在一种优选的实施方式中，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法采用铣齿工艺进行齿形的加工。由于高速铣齿机的加工效率较高，故铣齿工艺能够有效提高内齿圈的加工效率，降低生产周期和加工成本。同时，对于特别是大型内齿圈的加工，由于其模数大，切削量大，采用高速铣齿机可以减少刀具磨损，进而进一步降低成本。

在另一种优选的实施方式中，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法在精加工出齿形、端面和孔后，进一步进行磨齿处理。磨齿处理能进一步提高齿轮精度和齿面粗糙度。故采用磨齿工艺，氮化处理后的内齿圈精度仍可达到6级以上，齿面硬度达到550HV以上。齿轮精度提高，使得齿轮箱运行更加平稳，一方面可以降低噪声；另一方面有效提高了齿面的耐磨性、抗磨蚀性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第一种具体实施方式的工艺流程图；

图2为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第二种具体实施方式的工艺流程图；

图3为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第三种具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，以提高内齿圈的综合机械性能，延长产品使用寿命。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第一种具体实施方式的工艺流程图。

在第一种具体实施方式中，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法包括步骤：

S101：根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；

选用42CrMoA钢为原材料，根据内齿圈的规格等设置粗加工尺寸，并结合锻造标准留适当余量，锻造出内齿圈毛坯。锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

S102：将所述内齿圈毛坯进行外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；

锻造成型的内齿圈毛坯经过外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔及端面初步成型。当然，粗加工时需留有精加工余量。加工余量的具体大小可以根据内齿圈规格及加工工艺或条件等因素进行设置，此处不做具体限定。

S103：将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗加工出齿形；

外圆、内孔和端面基本成型后，根据内齿圈的具体规格，进行齿形的粗加工。当然，齿形的粗加工也需为后续的精加工留有余量。齿形的精加工余量具体大小也可以根据内齿圈规格及加工工艺或条件等因素进行设置，此处不做具体限定。

S104：将所述粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；

粗加工出齿形后，将内齿圈进行调质处理。调质通常指淬火+高温回火，以获得回火索氏体的热处理工艺。调质的主要目的是得到强度、塑性都比较好的综合机械性能。将内齿圈进行调质处理后，其综合机械性能提高，使得齿轮箱运行更加平稳，从而提高产品的使用寿命。对于模数大齿槽深的内齿圈，如齿槽深大于30mm，调质时由于钢的淬透性有限，离表面越远硬度越低，故粗加工出齿形后再进行调质处理，齿顶、齿根、齿面的调质效果一致，进而避免了由于调质淬透性有限造成的调质效果不均匀，内齿圈的综合机械性能相对更高。同时，粗加工出齿形后进行调质，可以减少后续精加工的加工余量，减小加工变形。

S105：将所述经过调质处理后的内齿圈精加工出外形及内孔；

内齿圈经调质处理后，获得了较好的机械性能，再根据具体规格进行精加工。此处精加工出外形及内孔，外形既包括外圆、端面，也包括齿形。经过精加工，内齿圈成型。

S106：将所述经过精加工的内齿圈进行氮化处理。

为减轻内齿圈的重量和提高产品的承载能力，将精加工后的内齿圈进行氮化处理。氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性。

请参阅图2，图2为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第二种具体实施方式的工艺流程图。

在第二种具体实施方式中，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法在第一种具体实施方式的基础上增加了磨齿工艺，其他步骤可与第一种具体实施方式的步骤相同，具体包括以下步骤：

S201：根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；

S202：将所述内齿圈毛坯进行外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；

S203：将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗加工出齿形；

S204：将所述粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；

S205：将所述经过调质处理后的内齿圈精加工出外形及内孔；

S206：将所述精加工后的内齿圈进行磨齿成品，以达到齿轮精度和齿面粗糙度；

磨齿指利用砂轮作为磨具加工齿轮，主要用于消除热处理后的变形和提高齿轮精度。经磨齿工艺，氮化后可使齿圈精度达到6级以上，齿面硬度达到550HV以上。齿轮精度提高，使得运行更加平稳，噪声降低，齿面的耐磨性、抗磨蚀性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度均能够有效提高。

S207：将所述经过精加工的内齿圈进行氮化处理。

请参阅图3，图3为本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法第三种具体实施方式的工艺流程图。

在第三种具体实施方式中，本发明提供的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法在第一种具体实施方式的基础上限定了粗加工与精加工具体的加工工艺，包括以下步骤：

S301：根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；

S302：将所述内齿圈毛坯进行粗车，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；

S303：将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗铣出齿形；

采用铣齿机粗铣出齿形，并根据内齿圈规格及加工工艺或条件等因素留有精加工余量。当然，在某些特殊情况下，也可以采用传统插齿的工艺进行齿面加工。

S304：将所述粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；

S305：将所述经过调质处理后的内齿圈精铣出齿形，并精车出外圆、端面及内孔；

采用粗铣和精铣的方式加工齿形，替代传统的插齿工艺。由于高速铣齿机的加工效率更高些，特别是大型内齿圈，模数大，切削量大，采用高速铣齿机可以减少刀具磨损，降低生产周期和成本。端面、外圆和内孔的精加工可以采用精车。

S306：将所述精加工后的内齿圈进行磨齿成品，以达到齿轮精度和齿面粗糙度；

S307：将所述经过精加工的内齿圈进行氮化处理。

在上述各实施例的基础上，调质处理具体包括先进行淬火处理，淬火温度为840-860℃，保温时间为5-6小时；再进行回火处理，回火温度为540-580℃，保温时间为8-9小时。淬火温度及其保温时间、回火温度及其保温时间的确定，需结合内齿圈的成分、炉子自身温差等条件进行设置，并经过多次试验、结合复杂的计算，以达到良好的调质效果。

进一步地，氮化处理的氮化温度为490-520℃，氮化时间为80-85小时。内齿圈对氮原子的吸收能力取决于温度、表面状态、内齿圈成分等。氮化温度越高，溶入内齿圈表面晶体点阵的几率越大。经过实验研究及复杂的计算，并结合内齿圈的尺寸、氮化处理温度等条件，确定氮化处理时间，以保证内齿圈表面硬度达到极大值的同时提高生产效益。

更进一步地，粗车留有的单边余量可以为5-6mm，齿形精铣的公法线余量可以为0.7-0.9mm。当然，这里的单边余量及公法线余量为一个余量允许范围，对于某一确定的工序而言，加工余量为一确定的值，且该值在上述余量允许的范围内，如粗车留有单边余量为5mm，齿形精铣的公法线余量为0.7mm等。当然，根据具体情况的不同，也可以对余量范围进行适当调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。且对于各工艺参数的限定可以单独限定其中的一项或多项，例如单独限定调质工艺、单独限定氮化工艺或单独限定加工余量，或者同时限定调质工艺和氮化工艺，同时限定调质工艺、氮化工艺和加工余量等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，包括步骤：

1)根据内齿圈的规格和锻造标准，锻造成型形成内齿圈毛坯；

2)将所述内齿圈毛坯进行外圆、内孔和端面粗加工，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量；

3)将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗加工出齿形；

4)将所述粗加工出齿形的内齿圈进行调质处理；

5)将所述经过调质处理后的内齿圈精加工出外形及内孔；

6)将所述经过精加工的内齿圈进行氮化处理。

2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤2)具体为将所述内齿圈毛坯进行粗车，外圆、内孔、端面初步成型，并留有余量。

3.根据权利要求2所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤2)中粗车留有的单边余量为5-6mm。

4.根据权利要求1所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤3)具体为将所述经过外圆、内孔和端面粗加工的内齿圈粗铣出齿形；

所述步骤5)包括将所述经过调质处理后的内齿圈进行精铣，并留有公法线余量。

5.根据权利要求4所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述公法线余量为0.7-0.9mm。

6.根据权利要求4所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤5)包括对所述内齿圈的外圆、内孔和端面进行精车。

7.根据权利要求1所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤4)中的调质处理包括先进行淬火处理，淬火温度为840-860℃，保温时间为5-6小时；再进行回火处理，回火温度为540-580℃，保温时间为8-9小时。

8.根据权利要求1所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤6)中氮化处理的氮化温度为490-520℃，氮化时间为80-85小时。

9.根据权利要求1-8任一项所述的风电齿轮箱大型内齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤5)与所述步骤6)之间还包括步骤：

51)将所述精加工后的内齿圈进行磨齿成品，以提高齿轮精度和齿面粗糙度。