CN110860640A - 一种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具，其工艺步骤依次为原材料检验、下料、模具预热、坯料加热、模锻、冲孔、检验以及锻后冷却；所述模锻中锻造模具包括设置在上垫板底部的上模和设置在下垫板顶部的下模，下模外侧套接有模套，模套内介于上模和下模上下对应面之间构成锻模型腔，其左侧设置有底部固定在下模座上的镦饼垫块，镦饼垫块顶部固定设置有定位胎膜，定位胎膜上方与其对应的上模座底部固定设置有镦饼上模。这种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具可以实现风电高轮毂大型齿轮锻件轮毂和轮缘一体化锻压加工，锻件产品的精度高，后期精加工余量小，近净成形，加工难度降低，效率增高，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及风电高轮毂大型齿轮锻造领域，尤其涉及一种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具。
背景技术
风力发电机是将风能转化为电能的装置，主要由叶片、发电机、机械部件和电气部件组成，其中，机械部件是风力发电机的关键设备，通过行星齿轮和高低速轴的传动来驱动发电机。
目前，大型风力发电机已经被普遍运用，由于其体积比较大，因此其内部齿轮箱中的齿轮尺寸规格也比较大，而且齿轮尺寸越大，其加工难度也就越大。
为了方便安装同时保证齿轮运行稳定，风力发电机中的齿轮中心一般都设有用于与传动轴连接的轮毂，而且轮毂的高度高于齿轮轮缘高度；目前，风力发电机中高轮毂大型齿轮的加工方式都是轮毂和齿轮独立分开加工，后期进行装配，这种加工方式工艺过程比较繁琐，轮毂和齿轮间的配合精度高，加工难度比较大，因此生产加工比较耗时耗力，增加了生产成本，且加工效率也比较低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种将轮毂与轮缘一体成型锻造加工的风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种风电高轮毂大型齿轮加工方法，包括以下步骤：
A）原材料检验：对原材料进行复验，确保材料符合使用要求；
B）下料：在锯切设备上进行锯切下料，即通过高速带锯条将原坯料锯切成符合下料标准的直径为450mm、长度为861mm的柱状钢坯，并去除钢坯表面毛刺、排除表面裂纹等缺陷；
C）模具预热：将风电高轮毂大型齿轮锻造模具放入加热炉中进行预热；
D）坯料加热：通过机械手将锯床下好的钢坯放入加热炉中加热，到温后在加热炉中保温一段时间，然后通过机械手取出；
E）模锻：将预热好的风电高轮毂大型齿轮锻造模具从加热炉中转移到液压机上安装好后，先将取出的坯料放入定位胎膜中并进行定位，通过液压机的控制，将坯料镦粗至500mm高，镦粗时吹净氧化皮，避免产生氧化皮垫坑，镦粗结束后将坯料转移至锻模型腔中并定位好，同时，液压机设置好压力，空程时压机全速下降，接触坯料后，保持一定的压制速度，压至锻件欠压，保证锻件充满型腔，形成风电高轮毂大型齿轮锻件；
F）冲孔：通过机械手将锻造结束后的风电高轮毂大型齿轮锻件转移至冲孔工装上，利用冲孔工装将风电高轮毂大型齿轮锻件中间的连皮冲掉，便于后续机加工工序的进行，冲孔冲头的设计可避免锻件卡住冲头，能够提高生产效率；
G）检验：一件齿轮锻造结束后，检验员利用卡钳和钢板尺对热态的风电高轮毂大型齿轮锻件进行检测，保证风电高轮毂大型齿轮锻件的尺寸满足图纸要求；
H）锻后冷却：采用锻后空冷的方式对风电高轮毂大型齿轮锻件进行冷却。
进一步地，所述步骤C）中风电高轮毂大型齿轮锻造模具预热温度为200℃，预热时间≥6h。
进一步地，所述步骤D）中钢坯放入加热炉中加热至1180℃，其在加热炉中的保温时间为2小时。
进一步地，所述步骤E）中的压制速度保持在10-30mm/s，压至锻件欠压1-7mm。
一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，包括固定设置在液压机上的下模座和上模座，所述下模座顶部中心固定设置有下垫板，上模座底部中心固定设置有上垫板，所述上垫板底部中心固定设置有上模，下垫板顶部中心固定设置有下模，所述上模和下模上下对应，下模外侧套接有与其外缘相互配合的模套，所述上模的端部能够与模套的上端插接配合，所述模套内介于上模和下模的对应面之间构成与高轮毂大型齿轮锻件外部结构形状一致的锻模型腔；所述下模的中心设置有与下模座和下垫板上下连通的退料孔，所述退料孔内设置有能够上下垂直运动的整体顶头；所述下模座上位于下垫板的左侧固定设置有镦饼垫块，镦饼垫块上固定设置有定位胎膜，所述定位胎膜的顶部设置有内凹的胎腔，胎腔上方与其对应的上模座底部固定设置有与定位胎膜外轮廓一致且上下对应的镦饼上模。
进一步地，所述上模和下模上用于锻压高轮毂大型齿轮锻件轮毂的部位设置有上下连通的排气孔。
进一步地，所述下垫板顶面设置有与下模和模套下端形状相互配合的下限位凹腔，所述上垫板底面设置有与上模上端形状相互配合的上限位凹腔。
进一步地，所述下模和模套与下垫板之间以及上模与上垫板之间均通过内六角螺栓连接在一起。
进一步地，所述退料孔的上端口漏斗形，所述整体顶头的头部与退料孔的上端口结构吻合，其顶面与退料孔的顶面齐平，底部距下垫板的底面距离h为7mm。
进一步地，所述上模座向下锻压到位后其底面与下模座顶面的间距L为892mm，此时上垫板与模套之间的零点位置间距H为142mm。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具可以实现风电高轮毂大型齿轮锻件轮毂和轮缘一体化锻压加工，锻件产品的精度高，后期精加工余量小，近净成形，加工难度降低，效率增高，降低了生产成本。
附图说明：
图1为本发明中一种风电高轮毂大型齿轮模具俯视结构示意图；
图2是图1中A-A的结构剖视图；
图3是风电高轮毂大型齿轮端面结构示意图；
图4是图3中B-B的结构剖视图。
图中：1、下模座；2、定位胎模；2-1、胎腔；3、镦饼上模；4、上模座；5、上垫板；5-1、上限位凹腔；6、上模；6-1、排气孔；7、内六角螺栓；8、镦饼垫块；9、下模；10、整体顶头；11、下垫板；11-1、下限位凹腔；12、模套；13、退料孔；14、高轮毂大型齿轮锻件。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
图1和图2所示一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，包括固定设置在液压机上的下模座1和上模座4，所述下模座1顶部中心固定设置有下垫板11，上模座4底部中心固定设置有上垫板5，所述上垫板5底部中心固定设置有上模6，下垫板11顶部中心固定设置有下模9，所述上模6和下模9上下对应，下模9外侧套接有与其外缘相互配合的模套12，所述上模6的端部能够与模套12的上端插接配合，所述模套12内介于上模6和下模9的对应面之间构成与高轮毂大型齿轮锻件15外部结构形状一致的锻模型腔13，所述高轮毂大型齿轮锻件15结构如附图3和4所示；所述下模9的中心设置有与下模座1和下垫板11上下连通的退料孔14，所述退料孔14内设置有能够上下垂直运动的整体顶头10；所述上模座4向下锻压到位后其底面与下模座1顶面的间距L为892mm，此时上垫板5与模套12之间的零点位置间距H为142mm；所述下模座1上位于下垫板11的左侧固定设置有镦饼垫块8，所述镦饼垫块8属于通用型，镦饼垫块8上固定设置有定位胎膜2，所述定位胎膜2的顶部设置有内凹的胎腔2-1，胎腔2-1上方与其对应的上模座4底部固定设置有与定位胎膜2外轮廓一致且上下对应的镦饼上模3，定位胎膜2的设计，便于坯料在锻模型腔13内的定位，有利于锻件的充满成型。
为了便于锻压时锻模型腔13内的空气排出，所述上模6和下模9上用于锻压高轮毂大型齿轮锻件15轮毂的部位设置有上下连通的排气孔6-1。
为了防止锻压时下模9、模套12和上模16因受力产生水平位置偏移，所述下垫板11顶面设置有与下模9和模套12下端形状相互配合的下限位凹腔11-1，所述上垫板5底面设置有与上模6上端形状相互配合的上限位凹腔5-1。
为了方便受损的下模9、模套12或上模16拆卸更换，提高模具的使用寿命，降低使用成本，所述下模9和模套12与下垫板11之间以及上模6与上垫板5之间均通过内六角螺栓7连接在一起。
为了不影响高轮毂大型齿轮锻件15的锻压加工，同时保证在退料时顶头不因其与锻件的接触面过小而使高轮毂大型齿轮锻件15受损，所述退料孔14的上端口漏斗形，所述整体顶头10的头部与退料孔14的上端口结构吻合，其顶面与退料孔14的顶面齐平，底部距下垫板11的底面距离h为7mm，且所述整体顶头10是顶头和顶杆一体成型，方便使用。
所述风电高轮毂大型齿轮加工方法包括以下步骤：
A）原材料检验：对原材料进行复验，确保材料符合使用要求；
B）下料：在锯切设备上进行锯切下料，即通过高速带锯条将原坯料锯切成符合下料标准的直径为450mm、长度为861mm的柱状钢坯，并去除钢坯表面毛刺、排除表面裂纹等缺陷；
C）模具预热：将风电高轮毂大型齿轮锻造模具放入加热炉中进行预热，保证风电高轮毂大型齿轮锻造模具温度为200℃，预热时间≥6h；
D）坯料加热：通过机械手将锯床下好的钢坯放入加热炉中加热，最后在1180℃的温度下保温2小时，到温后通过机械手取出；
E）模锻：将预热好的风电高轮毂大型齿轮锻造模具从加热炉中转移到液压机上安装好后，先将取出的坯料放入定位胎膜2中并通过胎腔2-1进行定位，通过液压机的控制，将坯料镦粗至500mm高，镦粗时吹净氧化皮，避免产生氧化皮垫坑，镦粗结束后将坯料转移至锻模型腔13中并定位好，同时，液压机设置好压力，空程时压机全速下降，接触坯料后，保持10-30mm/s的压制速度，压至锻件欠压1-7mm，保证锻件充满锻模型腔13，锻压过程中锻模型腔13中的空气通过排气孔6-1排出，最后形成风电高轮毂大型齿轮锻件15，接着上模座4驱动上垫板5和上模6上升，使其与风电高轮毂大型齿轮锻件15顶部分离，然后通过整体顶头10将位于下模9中的风电高轮毂大型齿轮锻件15顶出，并通过机械手取出风电高轮毂大型齿轮锻件15；
F）冲孔：通过机械手将锻造结束后的风电高轮毂大型齿轮锻件15转移至冲孔工装上，利用冲孔工装将风电高轮毂大型齿轮锻件15中间的连皮冲掉，便于后续机加工工序的进行，冲孔冲头的设计可避免风电高轮毂大型齿轮锻件15卡住冲头，能够提高生产效率；
G）检验：一件风电高轮毂大型齿轮锻件15锻造结束后，检验员利用卡钳和钢板尺对热态的风电高轮毂大型齿轮锻件15进行检测，保证风电高轮毂大型齿轮锻件15的尺寸满足图纸要求；
H）锻后冷却：采用锻后空冷的方式对风电高轮毂大型齿轮锻件15进行冷却。
这种风电高轮毂大型齿轮加工方法及其锻造模具可以实现风电高轮毂大型齿轮锻件轮毂和轮缘一体化锻压加工，锻件产品的精度高，后期精加工余量小，近净成形，加工难度降低，效率增高，降低了生产成本。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种风电高轮毂大型齿轮加工方法，其特征这是，包括以下步骤：
A）原材料检验：对原材料进行复验，确保材料符合使用要求；
B）下料：在锯切设备上进行锯切下料，即通过高速带锯条将原坯料锯切成符合下料标准的直径为450mm、长度为861mm的柱状钢坯，并去除钢坯表面毛刺、排除表面裂纹等缺陷；
C）模具预热：将风电高轮毂大型齿轮锻造模具放入加热炉中进行预热；
D）坯料加热：通过机械手将锯床下好的钢坯放入加热炉中加热，到温后在加热炉中保温一段时间，然后通过机械手取出；
E）模锻：将预热好的风电高轮毂大型齿轮锻造模具从加热炉中转移到液压机上安装好后，先将取出的坯料放入定位胎膜中并进行定位，通过液压机的控制，将坯料镦粗至500mm高，镦粗时吹净氧化皮，避免产生氧化皮垫坑，镦粗结束后将坯料转移至锻模型腔中并定位好，同时，液压机设置好压力，空程时压机全速下降，接触坯料后，保持一定的压制速度，压至锻件欠压，保证锻件充满型腔，形成风电高轮毂大型齿轮锻件；
F）冲孔：通过机械手将锻造结束后的风电高轮毂大型齿轮锻件转移至冲孔工装上，利用冲孔工装将风电高轮毂大型齿轮锻件中间的连皮冲掉，便于后续机加工工序的进行，冲孔冲头的设计可避免锻件卡住冲头，能够提高生产效率；
G）检验：一件齿轮锻造结束后，检验员利用卡钳和钢板尺对热态的风电高轮毂大型齿轮锻件进行检测，保证风电高轮毂大型齿轮锻件的尺寸满足图纸要求；
H）锻后冷却：采用锻后空冷的方式对风电高轮毂大型齿轮锻件进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种风电高轮毂大型齿轮加工方法，其特征这是，所述步骤C）中风电高轮毂大型齿轮锻造模具预热温度为200℃，预热时间≥6h。
3.根据权利要求1所述的一种风电高轮毂大型齿轮加工方法，其特征这是，所述步骤D）中钢坯放入加热炉中加热至1180℃，其在加热炉中的保温时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的一种风电高轮毂大型齿轮加工方法，其特征这是，所述步骤E）中的压制速度保持在10-30mm/s，压至锻件欠压1-7mm。
5.一种如权利要求1所述的风电高轮毂大型齿轮锻造模具，包括固定设置在液压机上的下模座（1）和上模座（4），所述下模座（1）顶部中心固定设置有下垫板（11），上模座（4）底部中心固定设置有上垫板（5），其特征在于：所述上垫板（5）底部中心固定设置有上模（6），下垫板（11）顶部中心固定设置有下模（9），所述上模（6）和下模（9）上下对应，下模（9）外侧套接有与其外缘相互配合的模套（12），所述上模（6）的端部能够与模套（12）的上端插接配合，所述模套（12）内介于上模（6）和下模（9）的对应面之间构成与高轮毂大型齿轮锻件（15）外部结构形状一致的锻模型腔（13）；所述下模（9）的中心设置有与下模座（1）和下垫板（11）上下连通的退料孔（14），所述退料孔（14）内设置有能够上下垂直运动的整体顶头（10）；所述下模座（1）上位于下垫板（11）的左侧固定设置有镦饼垫块（8），镦饼垫块（8）上固定设置有定位胎膜（2），所述定位胎膜（2）的顶部设置有内凹的胎腔（2-1），胎腔（2-1）上方与其对应的上模座（4）底部固定设置有与定位胎膜（2）外轮廓一致且上下对应的镦饼上模（3）。
6.根据权利要求5所述的一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，其特征是，所述上模（6）和下模（9）上用于锻压高轮毂大型齿轮锻件（15）轮毂的部位设置有上下连通的排气孔（6-1）。
7.根据权利要求5所述的一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，其特征是，所述下垫板（11）顶面设置有与下模（9）和模套（12）下端形状相互配合的下限位凹腔（11-1），所述上垫板（5）底面设置有与上模（6）上端形状相互配合的上限位凹腔（5-1）。
8.根据权利要求5所述的一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，其特征是，所述下模（9）和模套（12）与下垫板（11）之间以及上模（6）与上垫板（5）之间均通过内六角螺栓（7）连接在一起。
9.根据权利要求5所述的一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，其特征是，所述退料孔（14）的上端口漏斗形，所述整体顶头（10）的头部与退料孔（14）的上端口结构吻合，其顶面与退料孔（14）的顶面齐平，底部距下垫板（11）的底面距离h为7mm。
10.根据权利要求5所述的一种风电高轮毂大型齿轮锻造模具，其特征是，所述上模座（4）向下锻压到位后其底面与下模座（1）顶面的间距L为892mm，此时上垫板（5）与模套（12）之间的零点位置间距H为142mm。
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