本發(fā)明涉及風(fēng)電主軸鍛造工藝，具體涉及一種大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝。

背景技術(shù)：

風(fēng)電主軸是風(fēng)能發(fā)電機(jī)關(guān)鍵零件部位之一。海上風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)。隨著風(fēng)電技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和機(jī)組制造成本的不斷降低，海上風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力將逐漸提升，其發(fā)展前景廣闊。

大型風(fēng)電主軸主要用于海上風(fēng)電機(jī)組，海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)必須主要考慮的問題是海洋的氣候條件，其中臺(tái)風(fēng)為海上風(fēng)電的第一殺手。如何提高風(fēng)電主軸抗臺(tái)風(fēng)能力是重中之重。通過提高主軸的機(jī)械性能，從而提高風(fēng)機(jī)組在沿海的負(fù)載載荷能力和抗沖擊能力，提高風(fēng)機(jī)組的使用壽命，增加機(jī)組的發(fā)電量總量，降低能耗，提高能源的利用率，擴(kuò)大沿海地區(qū)的風(fēng)能采集率。

目前3.0MW的風(fēng)電主軸適用于海上風(fēng)電機(jī)組，但3.0MW的風(fēng)電主軸采用3150T自由鍛油壓機(jī)不能采用實(shí)心鍛造，對(duì)于已具備加工2.3MW以下的風(fēng)電主軸的企業(yè)來(lái)說(shuō)，很多沒有更大規(guī)格的自由鍛油壓機(jī)，雖然通過購(gòu)買新的機(jī)器能夠解決這一問題，但新的設(shè)備成本巨大，如何解決在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上也能加工3.0MW的大型風(fēng)電主軸是個(gè)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題在于，提供一種大型風(fēng)電主軸尤其是3.0MW以上的風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝，通過該法能夠使用3150T的自由鍛油壓機(jī)即能實(shí)現(xiàn)大型風(fēng)電主軸的加工。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝，包括如下步驟：第一火：切除冒口和錠底；第二火：鐓粗及沖孔；第三火：拔長(zhǎng)；第四火：局部鐓粗及拔長(zhǎng)成型。鍛造的風(fēng)電主軸，主要規(guī)格是法蘭外徑φ2260毫米，臺(tái)階以此為φ1150、φ1060、φ1000、φ860、φ740，鍛件通孔為φ350，鍛件長(zhǎng)3100；此規(guī)格的主軸如果采用實(shí)心鍛造法，用3150T自由鍛油壓機(jī)不能鍛造，采用空心鍛造法則可以鍛造。并且可以節(jié)省材料—以此風(fēng)電主軸規(guī)格為例，實(shí)心鍛造每件消耗鋼錠33.5T，采用空心鍛造法，每件只消耗鋼錠30T。相應(yīng)地，鍛件重量比實(shí)心鍛造法鍛造的重量輕。并且可以減少孔粗加工的工時(shí)（實(shí)心鍛件，要先鉆孔，然后再一步一步鏜孔至鍛件內(nèi)孔尺寸，而空心鍛件內(nèi)孔就是350，到鍛件內(nèi)孔加工尺寸430，單邊只有40的量，減少工時(shí)），提高效率。另外，空心鍛造的風(fēng)電主軸由于先沖孔后拔長(zhǎng)，所以其纖維組織是連續(xù)的，而實(shí)心鍛造的纖維組織在加工孔（鉆孔是最后一步）時(shí)被切斷了（纖維組織連續(xù)能夠提高風(fēng)電主軸的抗疲勞強(qiáng)度，歐美等國(guó)多年來(lái)對(duì)風(fēng)電的研究表明，造成風(fēng)機(jī)主軸損壞的主要因素，不是短時(shí)載荷的強(qiáng)大，而是長(zhǎng)期疲勞應(yīng)力所致）。調(diào)質(zhì)熱處理的鍛件重量輕，減少加熱能耗。成本低，利潤(rùn)高，銷售價(jià)低于實(shí)心鍛造的風(fēng)電主軸，用戶滿意。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，在第四火的步驟中，采用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行局部鐓粗及拔長(zhǎng)成型；所述轉(zhuǎn)盤包括圓形的轉(zhuǎn)盤座和與轉(zhuǎn)盤座固定連接的轉(zhuǎn)盤體，轉(zhuǎn)盤體開有和待加工風(fēng)電主軸的下端形狀匹配的圓孔，所述轉(zhuǎn)盤座的中部設(shè)有一個(gè)具有錐度的孔，配合相同錐度的芯棒能夠保證開孔后的風(fēng)電主軸的外圓和內(nèi)孔均不偏心。這樣通過此轉(zhuǎn)盤特殊的結(jié)構(gòu)能夠保證內(nèi)孔和外圓都不偏心。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，芯棒整體為圓錐筒形，芯棒頭部為圓柱形，芯棒尾部的圓角R為30至50mm，芯棒的錐度為1:100。芯棒頭部圓柱形的設(shè)置可以防止芯棒進(jìn)一步往下掉，起到限位的作用。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，在第三火的步驟中，采用拔長(zhǎng)芯棒進(jìn)行拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)芯棒整體呈“十”字形，構(gòu)成“十”字形的那一橫的芯棒主體在拔長(zhǎng)過程中抵靠風(fēng)電主軸法蘭盤盤面用于防止在拔長(zhǎng)時(shí)從風(fēng)電主軸中心通孔漏料。拔長(zhǎng)過程中有芯棒的存在能夠防止內(nèi)孔孔徑在拔長(zhǎng)過程中變得小于目標(biāo)尺寸。芯棒材料用報(bào)廢鍛件改制，降低成本。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，在第二火的步驟中，采用沖頭進(jìn)行沖孔，沖頭的高度大于鐓粗后沖孔的深度加上吊鉗把串在沖頭上的毛坯拉下來(lái)的允許活動(dòng)的必要高度。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，沖頭和轉(zhuǎn)盤采用5CrMnMo制造。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，轉(zhuǎn)盤體的外周繞設(shè)有一圈外齒圈，與外齒圈嚙合設(shè)置有齒輪，齒輪軸與驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)后由于外齒圈和齒輪嚙合，轉(zhuǎn)盤體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)鐓粗。轉(zhuǎn)盤也可采用液壓傳動(dòng)。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，在第一火的步驟之前還有鋼錠加熱的步驟：將600℃以上的紅送鋼錠直接進(jìn)爐加熱，加熱至850℃士20℃，保溫7小時(shí)，再加熱至1250℃士10℃，保溫15小時(shí)；

所述紅送鋼錠，就是澆注脫模后不久、鋼錠表面溫度在650℃以上的鋼錠，將其放置于保溫桶內(nèi)，放置4-5小時(shí)，所述保溫桶外層為鋼板焊接而成，保溫桶內(nèi)襯一層保溫棉，保溫桶頂部加一上蓋；

在第一火的步驟中，鍛造溫度為1200℃至1220℃，用剁刀切除冒口和錠底，保溫5小時(shí)；第二火，鐓粗：采用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行回轉(zhuǎn)鐓粗并采用沖頭沖孔，鐓粗到位并沖孔完成后，采用吊鉗把串在沖頭上的毛坯拉下來(lái)，回加熱爐重新加熱，加熱至1250℃±20℃，保溫8至10小時(shí)；第三火，拔長(zhǎng)：拔八方、號(hào)印，開中間坯，桿部成型后，剁除T端棄料，鍛造溫度1230℃~850℃，鍛造結(jié)束后回加熱爐重新加熱，加熱至1240℃士20℃，保溫6-7小時(shí)；第四火，局部鐓粗、拔長(zhǎng)成型：鍛造溫度1230℃~900℃，將開好的中間坯料，立起插入由數(shù)個(gè)疊起的墊圈組合的墊圈組內(nèi)，疊起的墊圈組放置于活動(dòng)轉(zhuǎn)盤上，所述活動(dòng)轉(zhuǎn)盤，由下部轉(zhuǎn)盤和上部墊圈兩部分組成，局部墩粗時(shí)，將固定在墩粗板上的上連接板和上砧卸下，直接用活動(dòng)橫梁上的墩粗板進(jìn)行墩粗，墩下200 mm后，裝上連接板和上砧，減小墩粗接觸面積，采取回轉(zhuǎn)墩粗、逐步碾壓的方法，墩粗到規(guī)定尺寸，墩粗結(jié)束后回加熱爐重新加熱，加熱至1230℃±20℃，保溫5小時(shí)。

作為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，風(fēng)電主軸的材質(zhì)為34CrNiMo6。

本發(fā)明選用的鍛造設(shè)備可以小一些，解決了在現(xiàn)有設(shè)備的情況下也能加工大型風(fēng)電主軸尤其是3.0MW以上的風(fēng)電主軸；本鍛造工藝可以節(jié)省材料、鍛件重量比實(shí)心鍛造法鍛造的重量輕。并且可以減少孔粗加工的工時(shí)，提高效率。另外，空心鍛造的風(fēng)電主軸其纖維組織是連續(xù)的，提高了風(fēng)電主軸的抗疲勞強(qiáng)度。調(diào)質(zhì)熱處理的鍛件重量輕，減少加熱能耗。成本低，利潤(rùn)高，銷售價(jià)低于實(shí)心鍛造的風(fēng)電主軸，用戶滿意。本鍛造工藝還充分考慮了連孔鍛造的高鍛造要求，加工時(shí)不僅保證了外圓不偏心，還保證了內(nèi)孔不偏心。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝中第四火所涉及的轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1鐓粗風(fēng)電主軸的狀態(tài)示意圖的剖面圖；

圖3為圖2中芯棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為第三火步驟中拔長(zhǎng)芯棒還未插入風(fēng)電主軸中心通孔時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖中：1、轉(zhuǎn)盤座 2、轉(zhuǎn)盤體 3、圓孔 4、孔 5、芯棒 6、風(fēng)電主軸 7、拔長(zhǎng)芯棒 8、外齒圈 9、齒輪。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的以及效果有更加清楚地了解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

大型風(fēng)電主軸的空心鍛造工藝，包括如下步驟：第一火：切除冒口和錠底；第二火：鐓粗及沖孔；第三火：拔長(zhǎng)；第四火：局部鐓粗及拔長(zhǎng)成型。在第四火的步驟中，采用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行局部鐓粗及拔長(zhǎng)成型；所述轉(zhuǎn)盤如圖1至圖4所示包括圓形的轉(zhuǎn)盤座1和與轉(zhuǎn)盤座1固定連接的轉(zhuǎn)盤體2，轉(zhuǎn)盤體2開有和待加工風(fēng)電主軸6的下端形狀匹配的圓孔3，所述轉(zhuǎn)盤座1的中部設(shè)有一個(gè)具有錐度的孔4，配合相同錐度的芯棒5能夠保證開孔后的風(fēng)電主軸6的外圓和內(nèi)孔均不偏心。芯棒5整體為圓錐筒形，芯棒5頭部為圓柱形，芯棒5尾部的圓角R為30至50mm，芯棒5的錐度為1:100。在第三火的步驟中，采用拔長(zhǎng)芯棒7進(jìn)行拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)芯棒7整體呈“十”字形，構(gòu)成“十”字形的那一橫的芯棒主體在拔長(zhǎng)過程中抵靠風(fēng)電主軸6法蘭盤盤面用于防止在拔長(zhǎng)時(shí)從風(fēng)電主軸6中心通孔漏料。在第二火的步驟中，采用沖頭進(jìn)行沖孔，沖頭的高度大于鐓粗后沖孔的深度加上吊鉗把串在沖頭上的毛坯拉下來(lái)的允許活動(dòng)的必要高度。沖頭和轉(zhuǎn)盤采用5CrMnMo制造。轉(zhuǎn)盤體2的外周繞設(shè)有一圈外齒圈8，與外齒圈8嚙合設(shè)置有齒輪9，齒輪軸與驅(qū)動(dòng)齒輪9旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪9旋轉(zhuǎn)后由于外齒圈8和齒輪9嚙合，轉(zhuǎn)盤體2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)鐓粗。在第一火的步驟之前還有鋼錠加熱的步驟：將600℃以上的紅送鋼錠直接進(jìn)爐加熱，加熱至850℃士20℃，保溫7小時(shí)，再加熱至1250℃士10℃，保溫15小時(shí)；

所述紅送鋼錠，就是澆注脫模后不久、鋼錠表面溫度在650℃以上的鋼錠，將其放置于保溫桶內(nèi)，放置4-5小時(shí)，所述保溫桶外層為鋼板焊接而成，保溫桶內(nèi)襯一層保溫棉，保溫桶頂部加一上蓋；

在第一火的步驟中，鍛造溫度為1200℃至1220℃，用剁刀切除冒口和錠底，保溫5小時(shí)；第二火，鐓粗：采用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行回轉(zhuǎn)鐓粗并采用沖頭沖孔，鐓粗到位并沖孔完成后，采用吊鉗把串在沖頭上的毛坯拉下來(lái)，回加熱爐重新加熱，加熱至1250℃±20℃，保溫8至10小時(shí)；第三火，拔長(zhǎng)：拔八方、號(hào)印，開中間坯，桿部成型后，剁除T端棄料，鍛造溫度1230℃~850℃，鍛造結(jié)束后回加熱爐重新加熱，加熱至1240℃士20℃，保溫6-7小時(shí)；第四火，局部鐓粗、拔長(zhǎng)成型：鍛造溫度1230℃~900℃，將開好的中間坯料，立起插入由數(shù)個(gè)疊起的墊圈組合的墊圈組內(nèi)，疊起的墊圈組放置于活動(dòng)轉(zhuǎn)盤上，所述活動(dòng)轉(zhuǎn)盤，由下部轉(zhuǎn)盤和上部墊圈兩部分組成，局部墩粗時(shí)，將固定在墩粗板上的上連接板和上砧卸下，直接用活動(dòng)橫梁上的墩粗板進(jìn)行墩粗，墩下200 mm后，裝上連接板和上砧，減小墩粗接觸面積，采取回轉(zhuǎn)墩粗、逐步碾壓的方法，墩粗到規(guī)定尺寸，墩粗結(jié)束后回加熱爐重新加熱，加熱至1230℃±20℃，保溫5小時(shí)。風(fēng)電主軸的材質(zhì)為34CrNiMo6。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。