CN115846579B - 一种大型风机主轴复合仿型锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，技术方案包括以下步骤：步骤S1、将坯料制成扁方，坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃；步骤S2、初步冲压，包括以下工步：第一工步：坯料经过两次镦粗与拔长，进行冲孔和滚圆；第二工步：准备冲孔冲头和漏盘，坯料放置在漏盘，将冲孔冲头放置在坯料孔内，操作油压机将冲孔冲头压至与坯料平齐；步骤S3、旋压成型：将坯料加热并保温在850℃，坯料放置在漏盘中，准备凹模和冲孔冲头，冲孔冲头插入到坯料内孔中进行法兰镦粗；步骤S4、轴身成型锻造：对坯料轴身逐一拔长，锻造温度范围850~1250℃，本发明的优点在于整体变形减少，合理地设置保温温度和保温时间，可使坯料局部成分均匀化，改善性能。

Description

一种大型风机主轴复合仿型锻造方法

技术领域

本发明涉及风电设备主轴制造领域，尤其涉及一种大型风机主轴复合仿型锻造方法。

背景技术

随着风电行业在我国飞速发展和成熟，风力发电主轴单机的兆瓦级发电功率正逐步向着更高功率的大方向发展。目前9MW以上的大规格主轴多为铸件，虽然其有重量轻，但是锻件产品机械性能低、铸造缺陷多、装机后倒塔率高的劣势也很大程度限制了该主轴在6-10MW规格范围内的发展和应用。由于锻件在综合力学性能远远优异于铸件，并且随着锻造技术的不断提高，锻压设备的不断升级，迫切需要替代铸件主轴的锻件主轴。

尤其是近年出现的各种各样6MW规格以上的主轴，如图1所示，该类主轴法兰直径大，内孔台阶多且为不规则曲线，传统锻造毛坯结构体如图2所示，毛坯的内孔中，需要在毛坯的内孔中加工出来三所需的台阶，并且台阶的轮廓为不规则曲线，加工难度大。

毛坯在成型过程中存在以下问题：

1、传统锻造生产方式主要为镦粗，冲孔，拔长工序，由于毛坯的内孔形状特殊，内孔的常规的空心芯棒拔长成型法无法防止不同大小内孔在锻造时过渡变形过程中的偏心与内孔折叠等问题，并且内孔形状特殊的产品，致使产品原料投入巨大，并且后续深孔机加工过程中花费时间也较长，会严重延缓整体生产进度。

2、大型薄壁空心主轴规格较大的自由锻方式在加热及锻造时，不容易消除原料的成分偏析及坯料内部和外表面的锻造温差问题，易出现粗晶、非金属夹杂物聚集等现象，对产品力学性能产生非常大的影响。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其优点在于主轴内孔采用仿形锻造近净成形工艺，通过有限元计算设计尺寸与形状适合的专用的冲孔冲头和仿形芯棒，使坯料产生整体变形减少，合理地设置保温温度和保温时间，可使坯料局部成分均匀化，改善性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，包括以下步骤：

步骤S1、坯料进行第一火镦粗，将坯料制成扁方，之后坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃；

步骤S2、初步冲压，包括以下工步：

第一工步：坯料经过两次镦粗与拔长，之后坯料进行冲孔和滚圆；

第二工步：准备冲孔冲头和漏盘，所述冲孔冲头包括成形部一和成形部二，所述成形部二设置在成形部一下方，所述冲孔冲头沿中心轴从上到下半径逐渐变小，所述成形部一和成形部二之间通过曲面过渡，将坯料放置在漏盘，将冲孔冲头放置在坯料孔内，操作油压机将冲孔冲头压至与坯料平齐，方可冲孔完毕；

步骤S3、旋压成型：

将坯料加热并保温在850℃，之后将坯料放置在漏盘中，准备凹模和冲孔冲头，将油压机换上凹模，通过冲孔冲头插入到坯料内孔中进行法兰镦粗，逐步旋压成型；

步骤S4、轴身成型锻造：

在坯料内孔中插入异形芯棒，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，锻造温度范围850~1250℃，坯料拔长呈四段，每段分别尺寸为φ1170mm×1110mm，φ1090mm×450mm，φ990mm×440mm，φ900mm×890mm，总锻造比≥5在坯料内孔中插入异形芯棒，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，锻造温度范围850~1250℃。

进一步的，在步骤S1中，坯料制成扁方的尺寸为900 mm×1400 mm×3000mm。

进一步的，在步骤S1中，坯料在1250℃下保温8~12h。

进一步的，在步骤S2的第一工步中，坯料的冲孔尺寸为φ700mm，滚圆尺寸为φ1780mm×1800mm。

进一步的，在步骤S2的第二工步中，漏盘的尺寸为φ1750mm×φ750mm×540mm×R150mm。

进一步的，在步骤S3中，在旋压成型过程中，当坯料温度低于850℃时，需要立刻回炉保温，之后重复旋压成型过程。

进一步的，在步骤S3中，漏盘的尺寸为φ2600mm×φ1375mm×550mm×R320mm。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 冲孔冲头采用曲面过渡的设计，在冲头使坯料产生整体变形，具有较大的变形量，充分破碎组织，改善粗晶，有效防止坯料在冲孔过程中出现折叠和裂纹问题。

2.在旋压成型过程中，冲孔冲头和模具配合对坯料进行异型局部冲模，可有效防止镦粗过程中内孔产生错位变形，同时还可以有效地预防和减小偏心问题。

3.在旋压成型中，保证坯料在850℃以上，保证坯料有良好塑性变形能力，使坯料内外侧能够依据冲孔冲头和模具的外形进行变化，减少错位变形发生地可能性。

4.在分段拔长的过程中，能有效地解决内孔折叠，通过对锻造温度和锻造比的控制，控制压下量，在防止内孔变形前提下，有效地改善粗晶现象。

5.坯料内孔采用仿形锻造近净成形方法，与传统成型方法相比，大幅缩短后续机加工过程，不需要大量切削坯料，生产同型号主轴可节省原材料5吨，降低零件整体制造周期，降低制造成本。

附图说明

图1是仿形毛坯的结构示意图。

图2是传统锻造毛坯的结构示意图。

图3是冲孔过程的状态示意图。

图4是旋压成型的状态示意图。

图5是轴身成型的状态示意图

图中，1、冲孔冲头；11、成形部一；12、成形部二；2、凹模；3、异形芯棒。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，包括以下步骤：

步骤S1、坯料进行第一火镦粗，将坯料制成扁方，坯料制成扁方的尺寸为900 mm×1400 mm×3000mm，之后坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃，保温时间为8h。

步骤S2、初步冲压，包括以下工步：

第一工步：坯料经过两次镦粗与拔长，之后坯料进行冲孔和滚圆，如图2所示，坯料的冲孔尺寸为φ700mm，滚圆尺寸为φ1780mm×1800mm。

第二工步：如图3所示，准备冲孔冲头1和漏盘，漏盘的尺寸为φ1750mm×φ750mm×540mm×R150mm。冲孔冲头1包括成形部一11和成形部二12，成形部二12设置在成形部一11下方，冲孔冲头1沿中心轴从上到下半径逐渐变小，成形部一11和成形部二12之间通过曲面过渡。将坯料放置在漏盘，将冲孔冲头1放置在坯料孔内，操作油压机将冲孔冲头1压至与坯料平齐，成形部二12和成形部一11与坯料内孔内壁相接触，在冲头外力作用下，坯料内孔内壁根据，成形部二12和成形部一11的外形发生相应地变化，方可冲孔完毕。

步骤S3、旋压成型：

将坯料加热并保温在850℃，之后将坯料放置在漏盘中，漏盘的尺寸为φ2600mm×φ1375mm×550mm×R320mm，准备凹模2和冲孔冲头1，将油压机换上凹模2，如图4所示，将坯料放置，坯料放置在凹模2的旋转中心中。如图5所示，通过冲孔冲头1插入到坯料内孔中进行法兰镦粗，凹模2对坯料的外侧挤压，冲孔冲头1对坯料内孔进行压制成型，逐步旋压成型。在旋压成型的过程中，凹模2为固定在设备上的异形局部冲模，有效防止镦粗过程中内孔产生错位变形，同时还可以有效地预防和减小偏心问题。

当坯料低于850℃，坯料立刻回炉保温，重复上述过程，直至成型，保证坯料具有足够的塑性变形能力，使坯料能够依据凹模2和冲孔冲头1的外形。

步骤S4、旋压成型：

如图5所示，在坯料内孔中插入异形芯棒33，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，坯料拔长呈四段，每段分别尺寸为φ1170mm×1110mm，φ1090mm×450mm，φ990mm×440mm，φ900mm×890mm。锻造温度为850℃，保证坯料内孔锻造比≥5。分成四阶段分布成型，避免在过渡变形的时候，出现变形过程中的偏心与内孔折叠，保证锻件不同弧度的四段，都受到均匀挤压，确保锻件依照异形芯棒33和模具内腔的外形完成相应的变形过程。成型完毕，转入后续的工序中。

实施例2

与实施例1不同的步骤在于：

步骤S1、坯料进行第一火镦粗，将坯料制成扁方，坯料制成扁方的尺寸为900 mm×1400 mm×3000mm，之后坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃，保温时间为10h。

步骤S4、旋压成型：

如图5所示，在坯料内孔中插入异形芯棒33，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，坯料拔长呈四段，每段分别尺寸为φ1170mm×1110mm，φ1090mm×450mm，φ990mm×440mm，φ900mm×890mm。锻造温度为1140℃，保证坯料内孔锻造比≥5。成型完毕，转入后续的工序中。

实施例3

与实施例1不同的步骤在于：

步骤S1、坯料进行第一火镦粗，将坯料制成扁方，坯料制成扁方的尺寸为900 mm×1400 mm×3000mm，之后坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃，保温时间为12h。

步骤S4、旋压成型：

如图5所示，在坯料内孔中插入异形芯棒33，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，坯料拔长呈四段，每段分别尺寸为φ1170mm×1110mm，φ1090mm×450mm，φ990mm×440mm，φ900mm×890mm。锻造温度为1230℃，保证坯料内孔锻造比≥5。成型完毕，转入后续的工序中。

成品的性能检测：

实施例1~实施例3获得的成品的性能参数见表1。

表1

编号	抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	断后伸长率（%）	<![CDATA[冲击功KU<sub>2</sub>(J)-20℃]]>	硬度HRC
						实施例1	913	770	20.5	150、140、155	280
实施例2	909	737	16.5	94、97、100	273
						实施例3	898	722	16.0	95、90、96	269

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、坯料进行第一火镦粗，将坯料制成扁方，之后坯料回炉保温，回炉保温时间为1250℃；

步骤S2、初步冲压，包括以下工步：

第一工步：坯料经过两次镦粗与拔长，之后坯料进行冲孔和滚圆；

第二工步：准备冲孔冲头和漏盘，所述冲孔冲头包括成型部一和成型部二，所述成型部二设置在成型部一下方，所述冲孔冲头沿中心轴从上到下半径逐渐变小，所述成型部一和成型部二之间通过曲面过渡，将坯料放置在漏盘，将冲孔冲头放置在坯料孔内，操作油压机将冲孔冲头压至与坯料平齐，方可冲孔完毕；

步骤S3、旋压成型：

将坯料加热并保温在850℃，之后将坯料放置在漏盘中，准备凹模和冲孔冲头，将油压机换上凹模，通过冲孔冲头插入到坯料内孔中进行法兰镦粗，逐步旋压成型；

步骤S4、轴身成型锻造：

在坯料内孔中插入异形芯棒，采用v型砧对坯料轴身小端进行预拔，对坯料轴身逐一拔长，锻造温度范围850~1250℃，坯料拔长呈四段，每段分别尺寸为φ1170mm×1110mm，φ1090mm×450mm，φ990mm×440mm，φ900mm×890mm，总锻造比≥5。

2.根据权利要求1所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S1中，坯料制成扁方的尺寸为900 mm×1400 mm×3000mm。

3.根据权利要求2所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S1中，坯料在1250℃下保温8~12h。

4.根据权利要求1所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S2的第一工步中，坯料的冲孔尺寸为φ700mm，滚圆尺寸为φ1780mm×1800mm。

5.根据权利要求4所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S2的第二工步中，漏盘的尺寸为φ1750mm×φ750mm×540mm×R150mm。

6.根据权利要求1所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S3中，在旋压成型过程中，当坯料温度低于850℃时，需要立刻回炉保温，之后重复旋压成型过程。

7.根据权利要求1所述的一种大型风机主轴复合仿型锻造方法，其特征在于：在步骤S3中，漏盘的尺寸为φ2600mm×φ1375mm×550mm×R320mm。

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