CN106702105B - 利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法 - Google Patents

利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的制作方法，它包括以下步骤：(a)对轴承钢棒材切割成段，加热至850～1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型；(b)将成型后的产品用液体介质冷却到550～700℃，出液后继续鼓风冷却至200～350℃；随后进行堆冷；(c)将步骤(b)得到的产品移入球化退火炉中，将所述球化退火炉抽真空并充入氮气，加热到780～810℃保温2～5小时，同时滴注丙烷控制所述球化退火炉内碳势；(d)将步骤(c)得到的产品冷至690～730℃进行等温球化，保温5～10小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。网状碳化物级别可以控制在2级以下；产品内在组织的均匀性、一致性得到提高，从而保证了主机设备的安全可靠。

Description

利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承 钢滚动体毛坯的方法
技术领域
本发明涉及一种滚动体毛坯的制作方法，具体涉及一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法。
背景技术
风电是可再生的清洁能源，国家也在逐步提高清洁能源在能源消费总量中的比例。据有关资料显示，全球范围内每年的装机容量在30GW左右，目前常用的风机功率在1.0～6MW,分陆上和海上风机两类，设计寿命20年内免维护。其中偏航轴承和变桨轴承是风机中的关键部件，在恶劣的工况条件下工作，要承受很大的倾覆力矩，而轴承内的滚动体-钢球是关键中的关键。要保证钢球性能的一致性、组织的均匀性、使用的可靠性和安全性，传统的滚动体制坯工艺是无法满足要求的。
偏航和变桨轴承所用钢球属于大型钢球，规格一般是直径40～82.55毫米，传统的制坯工艺有以下缺点：1、用空气锤锻造，球形误差大，脱碳层深，终锻温度不易控制，内在组织不均匀，工人劳动强度大，生产效率低；2、用冲床冲压，有切环带的工序，材料损耗大，径向的锻造流线遭到破坏，接触疲劳寿命降低；3、热轧工艺，热轧工艺生产的球坯虽然没有环带，锻造流线也合理，生产效率也高，但该工艺存在曼内斯曼效应，控制不好的话，球坯心部易发生微裂纹或疏松组织，因此应用场合要求高可靠性的钢球不推荐用热轧工艺制坯。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的制作方法，它包括以下步骤：
(a)对轴承钢棒材进行切割成段，加热至850～1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型；
(b)将成型后的产品用液体介质冷却到550～700℃，出液后继续鼓风冷却至200～350℃；随后进行堆冷；
(c)将步骤(b)得到的产品移入球化退火炉中，将所述球化退火炉抽真空并充入氮气，加热到780～810℃保温2～5小时，同时滴注丙烷控制所述球化退火炉内碳势；
(d)将步骤(c)得到的产品冷至690～730℃进行等温球化，保温5～10小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。
优化地，步骤(c)中，先用天然气加热到450～500℃，再进入预抽真空充入氮气后的电加热炉膛内加热至780～810℃。
优化地，步骤(c)中，滴注丙烷控制所述退火炉内碳势使产品的全脱碳层深度在0.06mm以内(车光件测量，不包括工件原始脱碳)。
优化地，步骤(d)中，以50～80℃/h的速度冷却至690～730℃进行等温球化。
本发明的有益效果在于：本发明利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，通过对鐓粗成型后的产品采用控锻控冷技术，实现了轴承钢材料的奥氏体晶粒度和碳化物颗粒尺寸的双细化处理，产品的抗回火稳定性显著提高，冲击韧性和接触疲劳寿命大幅度提高。网状碳化物级别可以控制在2级以下；产品内在组织的均匀性、一致性得到提高，从而保证了主机设备的安全可靠。
具体实施方式
本发明利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，它包括以下步骤：(a)对轴承钢棒材进行切割成段，加热至850～1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型；具体是将经检验合格的轴承钢棒材放置在料架上，拆捆后由圆锯机自动下料，然后进行称重分选，再将分选后的料段送进中频加热炉进行加热，温度达到850～1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型；速度可实现6-7件/分钟(适用于直径为55～85mm的球坯)。在该热镦机设备上可同步实现切料，鐓粗，成型冲孔的工艺。(b)将成型后的产品用液体介质冷却到550～700℃，出液后继续鼓风冷却至200～350℃；随后进行堆冷；具体是将锻后的产品由顶出机构顶出模具，然后由机械手夹持快速输送到控制冷却装置内，先用液体介质(水或现有的专用冷却液)冷却到550～700℃，再经过提升机输送到链板式冷却装置内继续鼓风冷却，到200～350℃后收集到流转箱进行堆冷，利用余热实现自回火，减少锻件的应力。(c)将步骤(b)得到的产品移入球化退火炉中，将所述球化退火炉抽真空并充入氮气，加热到780～810℃保温2～5小时，同时滴注丙烷控制所述球化退火炉内碳势，实现光亮退火的目的(指后续的车光件测量全脱碳层控制在0.06毫米以内，不包括工件原始脱碳)；退火炉结构形式选用辊底式，加热采用燃气加热和电加热复合加热形式，首先天然气加热到450～500℃，然后进入电加热的炉膛内加热到780～810℃。(d)将步骤(c)得到的产品以50～80℃/h的速度冷至690～730℃进行等温球化，保温5～10小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。本方法中升温和冷却的速度快慢通常对产品最终性能影响很小。
下面结合所示的实施例对本发明作以下详细描述：
实施例1
本实施例提供一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，它包括以下步骤：
(a)将经检验合格的轴承钢棒材放置在料架上，拆捆后由圆锯机自动下料，然后进行称重分选，再将分选后的料段送进中频加热炉进行加热，温度达到850℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型(常规压力)；制得的产品基本无飞边(这样能提高材料的利用率，提高3～5％)，去除了切环带的工序，既节省原材料，又减少了对锻造流线的破坏，提高钢球的接触疲劳寿命；
(b)锻后的产品由顶出机构顶出模具，然后由机械手夹持快速输送到控制冷却装置内：先用液体介质冷却到550℃，再经过提升机输送到链板式冷却装置内继续鼓风冷却，到200℃后收集到流转箱进行堆冷，利用余热实现自回火，减少锻件的应力；
(c)将步骤(b)得到的产品移入退火炉中，预抽真空氮气保护，滴注丙烷控制炉内碳势，实现光亮退火的目的；退火炉结构形式选用辊底式，加热采用燃气加热和电加热复合加热形式：首先天然气加热到450℃，然后进入电加热的炉膛内加热到780℃保温4小时，使得全脱碳层控制在0.06毫米以内；由于脱碳层深度显著减小，这样锻件余量设计比原工艺压缩了15～20％，提高了材料利用率，显著降低下道工序的加工成本；
(d)将步骤(c)得到的产品快冷(60℃/h)至690℃进行等温球化，保温6.5小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。
实施例2
本实施例提供一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，它与实施例1中的步骤基本一致，不同的是具体加热、退火等的温度不一致，具体为：步骤(a)中，温度达到1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗；步骤(b)中，将成型后的产品用液体介质冷却到700℃，继续鼓风冷却至350℃；随后进行堆冷；步骤(c)中，首先天然气加热到500℃，然后进入电加热的炉膛内加热到810℃保温4小时；(d)将步骤(c)得到的产品快冷(50℃/h)至730℃进行等温球化，保温5小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。
实施例3
本实施例提供一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，它与实施例1中的步骤基本一致，不同的是具体加热、退火等的温度不一致，具体为：步骤(a)中，温度达到950℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗；步骤(b)中，将成型后的产品用液体介质冷却到600℃，继续鼓风冷却至300℃；随后进行堆冷；步骤(c)中，首先天然气加热到480℃，然后进入电加热的炉膛内加热到800℃保温4小时；(d)将步骤(c)得到的产品快冷(80℃/h)至700℃进行等温球化，保温10小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。
对实施例1至3中制得的滚动体毛坯进行性能测试，结果如表1所示。
表1实施例1至3中制得的滚动体毛坯的性能数据
冲击韧性(ak值J/cm2) 碳化物平均尺寸(μm) 网状组织
实施例1 41 0.35 2级
实施例2 38.1 0.43 2级
实施例3 38.6 0.41 2级
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(a)将轴承钢棒材进行切割成段，加热至850～1100℃后送入第一个工位压力机中进行鐓粗，然后再送入第二个工位压力机进行成型；
(b)将锻后的产品由顶出机构顶出模具，然后由机械手夹持快速输送到控制冷却装置内，将成型后的产品用液体介质冷却到550～700℃，出液后继续鼓风冷却至200～350℃；随后进行堆冷；
(c)将步骤(b)得到的产品移入球化退火炉中，将所述球化退火炉抽真空并充入氮气，加热到780～810℃保温2～5小时，同时滴注丙烷控制所述球化退火炉内碳势，滴注丙烷控制所述退火炉内碳势使产品的全脱碳层深度在0.06mm以内；
(d)将步骤(c)得到的产品冷至690～730℃进行等温球化，保温5～10小时后，以≤25℃/h的速度冷却至620℃以下，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，其特征在于：步骤(c)中，先用天然气加热到450～500℃，再进入预抽真空充入氮气后的电加热炉膛内加热至780～810℃。
3.根据权利要求1所述利用机器人自动化模压制作风力发电机偏航变桨轴承用轴承钢滚动体毛坯的方法，其特征在于：步骤(d)中，以50～80℃/h的速度冷却至690～730℃进行等温球化。
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