CN109226617A - 一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺，其包括步骤：(1)浇铸钢锭坯料，包括主体和冒口，然后切除水口，割掉冒口飞边；(2)第一火锻造：坯料进炉加热至1170‑1230℃，保温7‑12小时；然后镦粗至高度H，再拔长至1.7‑2.3H；再镦粗至高度H，再拔八方分料；(3)第二火锻造：坯料回炉加热至1170‑1230℃，保温5‑10小时；然后拔台阶，热切冒口，放入垫高模和法兰模中，采用局部镦粗的方式锻造成型大法兰。本发明的工艺可有效解决常规轴类自由锻方法中的问题，实现大功率风电主轴大法兰端的快速成型，加工余量小，无需考虑拔长凹芯问题，并且可有效提高风电主轴大法兰的切向性能。

Description

一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺

技术领域

本发明属于风电主轴锻造技术领域，具体涉及一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺。

背景技术

风电主轴是连接风机叶片和增速齿轮箱的核心部件，是大功率风力发电机的核心部件。常用的风电主轴形状如图1和图2所示，一端为大法兰，另一端是台阶状的轴段，台阶轴段与大法兰相接处为过渡大圆弧。大法兰外径尺寸和台阶轴段外径尺寸落差大，使得风电主轴的锻造难度提高，按常规轴类自由锻方法需要考虑：

1、开坯分料后拔长易产生凹芯，需要加长分料长度；

2、拔台阶过程中，由于台阶差很大，导致砧块压下过程中圆角处不能达到理想的清角状态，所以需要考虑加台阶圆角料；

3、由于台阶差很大，拔台阶过程中产生偏心后无法有效的校正，必须加大大法兰外径余量来保证最终成品加工余量；

4、风电主轴大法兰采用的是切向机械性能验证，常规轴类锻件锻造时，金属方向为轴向延伸，切向机械性能无法保证。

以上几点问题最终将导致成型毛坯重量和成本上升。为了提升市场竞争力，必须开发新的锻造工艺，一方面减轻成型毛坯重量，降低成本，另一方面还需要有效的保证法兰的性能。

发明内容

因此，针对现有技术中风电主轴通过常规轴类自由锻造方法时加工余量大、成本高且大法兰性能得不到保证的技术问题，本发明的目的在于提供一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺，可有效减少加工余量和成本，同时保证大法兰性能。

本发明的大功率风电主轴大法兰快速成型工艺包括步骤：

(1)浇铸钢锭坯料，包括主体和冒口，然后切除水口，割掉冒口飞边；

(2)第一火锻造

2a)坯料进炉加热至1170-1230℃，保温7-12小时后出炉；

2b)将坯料的冒口压成钳把，进漏盘镦粗主体，镦粗后主体高度H为原主体长度的0.4～0.6倍，再拔长至1.7-2.3H；

2c)再进漏盘镦粗至高度H，然后拔长并切出分料口；

(3)第二火锻造

3a)坯料切出分料口后回炉加热至1170-1230℃，保温5-10小时出炉；

3b)坯料出炉后拔台阶，趁热切除钳把，然后放入叠放在压机平台上的垫高模和法兰模中，采用局部镦粗的方式锻造成型大法兰；所述垫高模中心设有轴段型腔，所述法兰模中心设有法兰端型腔。

大法兰成型后脱模，然后进一步拔台阶至锻件毛坯尺寸并滚圆可得到成型毛坯。

优选的，步骤(1)中，所述主体为八方料，横截面为八角形，纵截面为梯形且上端大、下端小。以此浇铸的钢锭坯料形状拟合风电主轴的形状(法兰端大、轴段小)，便于后续锻造。

优选的，步骤(3)中，所述的法兰端型腔由上部大直径孔、中间锥孔和下部小直径孔组成；中间锥孔和上部大直径孔相接处为过渡圆弧面，上部大直径孔下部直角处设有下沉圆角。

优选的，步骤(3)中，所述的法兰模外缘设有凹槽台阶。

优选的，步骤(3)中，所述的垫高模外缘设有凹槽台阶。

本发明成型大法兰时采用局部镦粗的锻造方法，具有以下有益效果：

1、本发明在法兰镦粗成型前经过两次镦粗拔长，可以有效地打碎钢锭内部枝晶偏析，提高锻件内部组织致密度，同时增加了拔长比，提高了轴伸端纵向力学性能。本发明还在法兰镦粗成型前进行分料并预先进行拔台阶，拔台阶时直径原则上只要保证轴段直径余量即可，这样分料直径变小，分料长度可以变长，无需考虑拔长凹芯问题；

2、分料拔出小台阶后进模具局部镦粗法兰成型，可以省去大法兰与轴段台阶处圆角料；

3、实现了在生产大功率风电主轴大法兰快速锻造成型，法兰端大圆弧过渡一体成型，保证了金属纤维不被破坏；

4、法兰模在设计的过程中模具内孔可以及时校正偏心，保证轴段和大法兰不产生严重的偏摆；

5、本发明采用模具局部法兰镦粗时，在保证金属纤维不被破坏的前提下，大法兰金属流向为横向，可有效提高风电主轴大法兰的切向性能，这点也契合了风电主轴的设计理念。

附图说明

图1为大功率风电主轴的大法兰端面示意图；

图2为大功率风电主轴的侧面示意图；

图3为本发明工艺流程示意图；

图4为本发明的成型毛坯的示意图；

图5为本发明的法兰模的剖视图。

附图标记

坯料101，冒口102，钳把103，分料切口104，成型毛坯105；

漏盘11；

法兰模12，上部大直径孔121、中间锥孔122、下部小直径孔123、过渡圆弧面124、下沉圆角125、凹槽台阶126；

垫高模13。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的锻造工艺流程如图3所示，包括步骤：

(1)浇铸钢锭坯料，包括上端大下端小的八方料101及其上端的冒口102，八方料101横截面为八角形，纵截面为梯形；然后切除水口，割掉冒口飞边；

(2)第一火锻造

2a)坯料进炉加热至1170-1230℃，保温7-12小时后出炉；

2b)将冒口102压成钳把103，进漏盘11镦粗(钳把103置于漏盘11的漏孔中)，镦粗后八方料101的高度H为原长度的0.4～0.6倍，再拔长至1.7-2.3H；

2c)再进漏盘镦粗至高度H，然后拔长，并用斩刀切出分料口104；

(3)第二火锻造

3a)拔长并分料后，坯料回炉加热至1170-1230℃，保温5-10小时出炉；

3b)坯料出炉后拔台阶，趁热切除钳把103，然后放入叠放在压机平台上的法兰模12和垫高模13中，采用局部镦粗的方式锻造成型大法兰；其中垫高模13中心设有轴段型腔，法兰模12中心设有法兰端型腔。

大法兰成型后脱模，然后拔台阶至锻件毛坯尺寸并滚圆得到成型毛坯105(见图4，内部虚线表示需精加工后得到的风电主轴成品)。

优选的，步骤(3)中所用的法兰模12的型腔由上部大直径孔121、中间锥孔122和下部小直径孔123组成，如图5所示；中间锥孔122和上部大直径孔121相接处为过渡圆弧面124，上部大直径孔121下部直角处设有下沉圆角125。其中，上部大直径孔121用于风电主轴大法兰的成型，约束法兰外径。而中间锥孔122和下部小直径孔123则用于约束台阶轴段。该优选方案中，对法兰模12的型腔各部分进行了结构优化，可实现大功率风电主轴大法兰端的快速成型。其中，上部大直径孔121下部直角处下沉圆角5的设计，使得进模镦粗法兰时，可以有效的把料挤满上部大直径孔121，进而可以控制法兰背面加工余量，无需如现有的法兰成型用模加大上部大直径孔的尺寸，可大大降低材料成本。中间锥孔122和过渡圆弧面124的设计，可使大法兰和过渡大圆弧一体成型，且可有效防止风电主轴小端与法兰端偏心等问题，法兰成型过程中也无需调换模具。而下部小直径孔123的设置，使得模具加长，具有加长段，可起到矫正主轴法兰与轴段偏摆的作用。

进一步优选的，法兰模12外缘设有凹槽台阶126。凹槽台阶126的设置可方便行车夹钳夹持和吊装。

优选的，步骤(3)中所用的垫高模13外缘也设有方便行车夹钳夹持和吊装的凹槽台阶。垫高模13轴段型腔的直径可灵活调整，只需保证比法兰模12最小直径大就可以，保证坯料可以放入即可。

本发明成型大法兰时采用局部镦粗的锻造方法，具有以下有益效果：

1、本发明在法兰镦粗成型前经过两次镦粗拔长，可以有效地打碎钢锭内部枝晶偏析，提高锻件内部组织致密度，同时增加了拔长比，提高了轴伸端纵向力学性能。本发明还在法兰镦粗成型前进行分料并预先进行拔台阶，拔台阶时直径原则上只要保证轴段直径余量即可，这样分料直径变小，分料长度可以变长，无需考虑拔长凹芯问题；

2、分料拔出小台阶后进模具局部镦粗法兰成型，可以省去大法兰与轴段台阶处圆角料；

3、实现了在生产大功率风电主轴大法兰快速锻造成型，法兰端大圆弧过渡一体成型，保证了金属纤维不被破坏；

4、法兰模在设计的过程中模具内孔可以及时校正偏心，保证轴段和大法兰不产生严重的偏摆；

5、本发明采用模具局部法兰镦粗时，在保证金属纤维不被破坏的前提下，大法兰金属流向为横向，可有效提高风电主轴大法兰的切向性能，这点也契合了风电主轴的设计理念。

通过本发明上述工艺步骤，采用34CrNiMo6材料制备1.5MW-3.0MW等不同型号的大功率风电主轴，测试其切向性能，结果如表1所示。

同时按照常规轴类自由锻方法制备相同型号的风电主轴，作为对比例，测试其切向性能，结果如表2所示。

表1本发明工艺制备的34CrNiMo6风电主轴法兰切向性能数据

表2常规轴类自由锻方法制备的34CrNiMo6风电主轴法兰切向性能数据

由表1和表2可知，通过本发明工艺制备的各个型号的大功率风电主轴的切向性能在抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率等方面均要明显优于常规方法制备的风电主轴，虽然低温冲击功略低于常规方法制备的风电主轴，但仍然具备较高的冲击功，符合风电机组的要求。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种大功率风电主轴大法兰快速成型工艺，其特征在于，其包括步骤：

(1)浇铸钢锭坯料，包括主体和冒口，然后切除水口，割掉冒口飞边；

(2)第一火锻造

2a)坯料进炉加热至1170-1230℃，保温7-12小时后出炉；

2b)将坯料的冒口压成钳把，进漏盘镦粗主体，镦粗后主体高度H为原主体长度的0.4～0.6倍，再拔长至1.7-2.3H；

2c)再进漏盘镦粗至高度H，然后拔长并切出分料口；

(3)第二火锻造

3a)坯料切出分料口后回炉加热至1170-1230℃，保温5-10小时出炉；

3b)坯料出炉后拔台阶，趁热切除钳把，然后放入叠放在压机平台上的垫高模和法兰模中，采用局部镦粗的方式锻造成型大法兰；所述垫高模中心设有轴段型腔，所述法兰模中心设有法兰端型腔。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述主体为八方料，横截面为八角形，纵截面为梯形且上端大、下端小。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述的法兰端型腔由上部大直径孔、中间锥孔和下部小直径孔组成；中间锥孔和上部大直径孔相接处为过渡圆弧面，上部大直径孔下部直角处设有下沉圆角。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述的法兰模外缘设有凹槽台阶。

5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述的垫高模外缘设有凹槽台阶。