CN114433777B - 一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,具体涉及大型风电主轴制造领域,其包括:提供一坯料,将所述坯料加热至1220℃以上,然后放入成形模具内,将挤扩工装插入所述坯料内,然后将挤压杆的一端与所述挤扩工装连接,使用挤压机对所述挤压杆进行下压,内孔挤扩完成后,将所述挤压杆与所述挤扩工装分离后取出。本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺使用所述成形模具、所述挤扩工装和所述挤压杆对所述坯料进行一次性挤扩成形,所需的挤扩成形力较小,成形速度快,锻造余量小,能够有效提高产品的生产速率,降低产品原材料损耗,降低工人的工作强度。
Description
技术领域
本发明涉及大型风电主轴制造领域,特别是涉及一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺。
背景技术
随着风电技术的发展,风电主轴具有大型化和轻量化的发展趋势,风电主轴内孔的尺寸不断增大,当风电主轴内孔的直径大于400mm时,一般都会采用空心锻造工艺,空心锻造工艺一般是在冲孔后,伸入芯棒,使用上平下V砧拔长。该工艺存在以下问题:
1、上平下V砧拔长属于一种上下不对称变形,会造成金属流动不均匀,锻造拔长时,每次的下压量不可能完全一致,每两次锻造之间的搭接也不可能保持一致,导致拔长后会出现壁厚不均匀的现象,给机加工带来困难。由于走料不均匀,拔长后两端面不齐整,需要使用锯或气割等方式对坯料进行处理,即浪费原材料又增长了生产周期。
2、为了解决壁厚不均匀和长度不齐的问题,需要增加锻造余量,然后用机加工的方式将余量去除,完成锻造,这样不仅会浪费大量的原材料,还会增长生产周期,降低生产效率。
3、该工艺生产的风电主轴容易出现法兰、轴身、内孔偏心的问题,如果操作不当,甚至会出现法兰端与轴身不垂直的问题,返修难度很大。
4、该工艺的生产效率很低,3MW以上的风电空心主轴拔长和精修时间在50分钟以上,自动化程度低,工人的劳动强度大。
使用大型挤压机对内孔挤压成形的成形力较大,以5MW的风电主轴为例,内孔的挤压成形力达到了5万吨,由于挤压成形力较大,导致芯棒和坯料之间的摩擦力很大,芯棒的脱模很困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,该工艺能降低内孔挤扩成形力,减少锻造余量,提升生产效率。
为满足上述技术目的及其相关技术目的,本发明提供了一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其包括:
提供一坯料,所述坯料的中央设有通孔,所述坯料的一端为法兰端;
将所述坯料加热至1220℃以上,将所述坯料放入成形模具内,所述成形模具内设有定位槽,所述坯料的法兰端与所述定位槽相匹配,将挤扩工装插入所述法兰端的所述通孔内,然后将挤压杆的一端与所述挤扩工装连接;
使用挤压机对所述挤压杆进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为20~40mm/s,当下压行程大于或等于1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至60~80mm/s,直至内孔挤扩完成;
内孔挤扩完成后,将所述挤压杆与所述挤扩工装分离后取出,将所述坯料从所述成形模具内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述成形模具的中央设有坯料孔,所述坯料孔的一端设有定位槽,所述定位槽与所述坯料孔的连接处设有法兰端定位部,所述法兰端定位部与所述法兰端相匹配。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述法兰端的所述通孔处设有导向斜面。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤扩工装包括导向部和挤扩部,所述导向部为圆柱形,所述挤扩部为圆台形,所述挤扩部直径小的一端与所述导向部的一端连接,所述挤扩部的另一端设有挤压杆连接孔,所述挤压杆安装在所述挤压杆连接孔内。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤扩部与所述导向部连接一端的直径与所述导向部的直径相等,所述挤扩部的侧表面与所述导向部的侧表面形成的钝角大于或等于145°。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述通孔的直径比所述导向部的直径大5~10mm。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤压杆的一端设有挤扩工装连接部,所述挤扩工装连接部为圆柱形,所述挤扩工装连接部的直径与所述挤压杆连接孔的直径相等。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤压杆为圆柱形,所述挤压杆的直径小于所述挤扩部与所述挤压杆连接一端的端面的直径。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,使用所述成形模具前,在所述成形模具的内表面上涂抹润滑剂。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,使用所述挤扩工装前,在所述挤扩工装的外表面上涂抹润滑剂。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤扩工装是由H13钢材制成的。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤压杆是由CrMo钢材制成的。
本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺使用所述成形模具、所述挤扩工装和所述挤压杆对所述坯料进行一次性挤扩成形,所需的挤扩成形力较小,成形速度快,锻造余量小,能够有效提高产品的生产速率,降低产品原材料损耗,降低工人的工作强度。
附图说明
图1为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中内孔挤扩前的结构示意图;
图2为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中内孔挤扩后的结构示意图;
图3为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中挤扩工装的结构示意图;
图4为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中挤压杆的结构示意图;
图5为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中坯料的结构示意图。
元件标号说明:
100、坯料;110、通孔;120、法兰端;130、导向斜面;200、成形模具;210、坯料孔;220、定位槽;230、法兰端定位部;300、挤扩工装;310、导向部;320、挤扩部;330、挤压杆连接孔;400、挤压杆;410、挤扩工装连接部。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解,本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案,而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时,应理解,除非本发明另有说明,每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义,本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载,还可以使用与本发明实施例中的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
请参阅图1和图2,图1为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中内孔挤扩前的结构示意图,图2为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中内孔挤扩后的结构示意图。
本发明提供一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其步骤如下:
S1、提供一坯料100,所述坯料100的中央设有通孔110,所述坯料100的一端为法兰端120。
S2、将所述坯料100加热至1220℃以上,将所述坯料100放入成形模具200内,所述成形模具200内设有定位槽220,所述坯料100的所述法兰端120与所述定位槽220相匹配,将挤扩工装300插入所述法兰端120的所述通孔110内,然后将挤压杆400的一端与所述挤扩工装300连接。
所述成形模具200是根据风电空心主轴的尺寸参数设计的,用于所述坯料100的外部成形,所述定位槽220用于所述坯料100的定位,防止所述坯料100进入所述成形模具200时的角度出现偏差,导致产品出现偏心问题。所述挤扩工装300用于内孔的挤扩成形,所述挤压杆400用于挤压所述挤扩工装300,所述挤扩工装300与所述挤压杆400为分体设计,所述挤压杆400能够配合不同尺寸的所述挤扩工装300进行内孔的挤扩成形,所述挤压杆400不与所述坯料100直接接触,工作温度较低,可以不用冷却重复使用,只需要对所述挤扩工装300进行冷却,能够有效提高产品的生产效率。
S3、使用挤压机对所述挤压杆400进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为20~40mm/s,当下压行程大于或等于1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至60~80mm/s,直至内孔挤扩完成。使用挤压机可以提高自动化程度,从而降低操作误差,提高产品的合格率。
S4、内孔挤扩完成后,将所述挤压杆400与所述挤扩工装300分离后取出,将所述坯料100从所述成形模具200内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。如果内孔挤扩完成后,所述挤扩工装300没有与所述坯料100分离,可以先将所述挤压杆400取出,然后将所述坯料100和所述挤扩工装300一同从所述成形模具200中取出,最后在将所述挤扩工装300与所述坯料100分离。
本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺使用所述成形模具200、所述挤扩工装300和所述挤压杆400对所述坯料100进行一次性挤扩成形,所需的挤扩成形力较小,成形速度快,锻造余量小,能够有效提高产品的生产速率,降低产品原材料损耗,降低工人的工作强度。
请参阅图1和图2,在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述成形模具200的中央设有坯料孔210,所述坯料孔210的一端设有定位槽220,所述定位槽220与所述坯料孔210的连接处设有法兰端定位部230,所述法兰端定位部230与所述法兰端120相匹配。
请参阅图3,图3为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中挤扩工装的结构示意图。在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤扩工装300包括导向部310和挤扩部320,所述导向部310为圆柱形,所述挤扩部320为圆台形,所述挤扩部320直径小的一端与所述导向部310的一端连接,所述挤扩部320的另一端设有挤压杆连接孔330,所述挤压杆400安装在所述挤压杆连接孔330内。所述导向部310有利于所述挤扩工装300准确插入所述通孔110内,并确保其为同轴设置。所述导向部310还可以防止在内孔挤扩成形过程中材料堆积在所述挤扩工装300的前端,影响内孔的挤扩成形。
所述挤扩部320与所述导向部310连接一端的直径与所述导向部310的直径相等,所述挤扩部320的侧表面与所述导向部310的侧表面形成的钝角大于或等于145°,使得所述挤扩部320的侧表面具有一定的倾斜度,这样可以确保在内孔的挤扩成形过程中,材料的等效应力小于材料的抗拉伸强度,避免材料遭到破坏。所述通孔110的直径比所述导向部310的直径大5~10mm。
请参阅图5,图5为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中坯料的结构示意图。在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述法兰端120的所述通孔110处设有导向斜面130。所述导向斜面130有利于所述导向部310快速、准确的安装,并确保所述挤扩工装300与所述坯料100为同轴设置,防止金属向上流动,影响产品的外观和尺寸。
请参阅图4,图4为本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺中挤压杆的结构示意图。在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤压杆400的一端设有挤扩工装连接部410,所述挤扩工装连接部410为圆柱形,所述挤扩工装连接部410的直径与所述挤压杆连接孔330的直径相等。所述挤压杆400为圆柱形,所述挤压杆400的直径小于所述挤扩部320与所述挤压杆400连接一端的端面的直径。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,使用所述成形模具200前,在所述成形模具200的内表面上涂抹润滑剂。使用所述挤扩工装300前,在所述挤扩工装300的外表面上涂抹润滑剂。涂抹润滑剂有利于内孔的挤扩成形和脱模。
在本发明风电空心主轴内孔挤扩成形工艺一示例中,所述挤扩工装300是由H13钢材制成的。所述挤压杆400是由CrMo钢材制成的。
实施例1
制备一3MW风电空心主轴,所述坯料100的所述通孔110直径为460mm,所述导向斜面130的长度为210mm,所述挤扩工装300的所述导向部310的直径为450mm,所述挤扩部320的侧表面与所述导向部310的侧表面形成的钝角为155°,所述挤扩部320侧表面的长度为600mm。在所述成形模具200的内表面和所述挤扩工装300的外表面上涂抹润滑剂。
将所述坯料100加热至1220℃以上,将所述坯料100放入所述成形模具200内,使所述坯料100的所述法兰端120与所述定位槽220相匹配,将所述挤扩工装300插入所述法兰端120的所述通孔110内,然后将挤压杆400的所述挤扩工装连接部410与所述挤扩工装300的所述挤压杆连接孔330连接。使用挤压机对所述挤压杆400进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为20mm/s,当下压行程为1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至60mm/s,整个下压行程为3.3m,下压时间为105s,成形力约为1.2万吨。内孔挤扩完成后,将所述挤压杆400与所述挤扩工装300分离后取出,将所述坯料100从所述成形模具200内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。
实施例2
制备一3MW风电空心主轴,所述坯料100的所述通孔110直径为480mm,所述导向斜面130的长度为220mm,所述挤扩工装300的所述导向部310的直径为475mm,所述挤扩部320的侧表面与所述导向部310的侧表面形成的钝角为145°,所述挤扩部320侧表面的长度为600mm。在所述成形模具200的内表面和所述挤扩工装300的外表面上涂抹润滑剂。
将所述坯料100加热至1220℃以上,将所述坯料100放入所述成形模具200内,使所述坯料100的所述法兰端120与所述定位槽220相匹配,将所述挤扩工装300插入所述法兰端120的所述通孔110内,然后将挤压杆400的所述挤扩工装连接部410与所述挤扩工装300的所述挤压杆连接孔330连接。使用挤压机对所述挤压杆400进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为40mm/s,当下压行程为1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至80mm/s,整个下压行程为4m,下压时间约为70s,成形力约为1.3万吨。内孔挤扩完成后,将所述挤压杆400与所述挤扩工装300分离后取出,将所述坯料100从所述成形模具200内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。
实施例3
制备一3MW风电空心主轴,所述坯料100的所述通孔110直径为470mm,所述导向斜面130的长度为200mm,所述挤扩工装300的所述导向部310的直径为460mm,所述挤扩部320的侧表面与所述导向部310的侧表面形成的钝角为155°,所述挤扩部320侧表面的长度为600mm。在所述成形模具200的内表面和所述挤扩工装300的外表面上涂抹润滑剂。
将所述坯料100加热至1220℃以上,将所述坯料100放入所述成形模具200内,使所述坯料100的所述法兰端120与所述定位槽220相匹配,将所述挤扩工装300插入所述法兰端120的所述通孔110内,然后将挤压杆400的所述挤扩工装连接部410与所述挤扩工装300的所述挤压杆连接孔330连接。使用挤压机对所述挤压杆400进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为40mm/s,当下压行程为1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至60mm/s,整个下压行程为3.6m,下压时间约为75s,成形力约为1.3万吨。内孔挤扩完成后,将所述挤压杆400与所述挤扩工装300分离后取出,将所述坯料100从所述成形模具200内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,包括:
提供一坯料,所述坯料的中央设有通孔,所述坯料的一端为法兰端;
将所述坯料加热至1220℃以上,将所述坯料放入成形模具内,所述成形模具内设有定位槽,所述成形模具的中央设有坯料孔,所述坯料孔的一端设有定位槽,所述定位槽与所述坯料孔的连接处设有法兰端定位部,所述法兰端定位部与所述法兰端相匹配;所述坯料的所述法兰端与所述定位槽相匹配,将挤扩工装插入所述通孔内,然后将挤压杆的一端与所述挤扩工装连接,所述挤扩工装包括导向部和挤扩部,所述导向部为圆柱形,所述挤扩部为圆台形,所述挤扩部直径小的一端与所述导向部的一端连接,所述挤扩部的另一端设有挤压杆连接孔,所述挤压杆安装在所述挤压杆连接孔内,所述挤扩部与所述导向部连接一端的直径与所述导向部的直径相等,所述挤扩部的侧表面与所述导向部的侧表面形成的钝角大于或等于145°;所述法兰端的所述通孔处设有导向斜面,所述导向斜面有利于所述导向部快速、准确的安装,并确保所述挤扩工装与所述坯料为同轴设置,防止金属向上流动;
使用挤压机对所述挤压杆进行下压,控制所述挤压机的初始下压速度为20~40mm/s,当下压行程大于或等于1.5m时,将所述挤压机的下压速度提升至60~80mm/s;
内孔挤扩完成后,将所述挤压杆与所述挤扩工装分离后取出,将所述坯料从所述成形模具内取出,完成对风电空心主轴内孔的挤扩成形。
2.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,所述通孔的直径比所述导向部的直径大5~10mm。
3.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,所述挤压杆的一端设有挤扩工装连接部,所述挤扩工装连接部为圆柱形,所述挤扩工装连接部的直径与所述挤压杆连接孔的直径相等。
4.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,所述挤压杆为圆柱形,所述挤压杆的直径小于所述挤扩部与所述挤压杆连接一端的端面的直径。
5.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,使用所述成形模具前,在所述成形模具的内表面上涂抹润滑剂。
6.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,使用所述挤扩工装前,在所述挤扩工装的外表面上涂抹润滑剂。
7.如权利要求1所述风电空心主轴内孔挤扩成形工艺,其特征在于,所述挤扩工装是由H13钢材制成的。
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