专利名称：一种风电主轴锻造方法
技术领域：
本发明涉及的一种风电主轴锻造方法，属于锻造生产技术领域。
背景技术：
目前，随着风电行业在我国的飞速发展和成熟，风电主轴的锻件产量在国内得到了非常大的提高。如今大型MW风电主轴的制造发展趋势为向大型化方向发展，其锻件重量越来越重，而锻件质量要求也越来越高，对风电主轴的设计制造和锻造生产方法就提出了更高的要求。
现在主流的风电主轴锻造方法仍采用的是传统的锻造エ艺和锻后热处理工艺。采用这种锻造方式存在以下诸多不足采用传统锻造方法，加热次数多，导致锻件火耗加大，燃气电能消耗量大，锻造时间长，锻造效率低，员エ劳动强度大，锻造精度得不到有效控制，不利于未来节能减排的发展趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风电主轴锻造方法，该方法克服了传统锻造方法中过程繁杂，高耗能低效率，锻造精度不高等问题，有利于未来节能减排的发展趋势。本发明所述的ー种风电主轴锻造方法，其主要包括以下步骤
步骤a，选择采用电炉冶炼+LF (炉外精炼)+VD (真空除气)冶炼的钢锭原材料。步骤b，将钢锭进炉加热到始锻温度1240±10° C，保温10小时以上；
步骤C，第一火出坯预锻制坯
将炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒ロ端压钳ロ，然后将钳ロ放入镦粗漏盘孔内，采用压机上平板强カ镦粗，此时钢锭镦粗锻造比为2. 2±0. 2，取出锻坯，操作机夹持钳ロ，然后采用上压机平面，下平台，采用大平面十字强压镦粗锻造法，对锻坯径向直接采用上下大平面强压镦粗至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸，锻坯旋转90°，继续用上下大平面强压镦粗锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸。此时锻坯的整体锻造比已增加至4. 5 5，能够完全锻合钢锭中心缺陷，完成破碎铸态组织，锻合内部孔隙性缺陷，提高风电主轴轴的锻造质量。然后继续用上平面、下平台，WHF锻造法(宽砧強力压下锻造法)，将坯料锻压拔长至八方，直径尺寸为风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸。然后采用上、下平砧，对锻坯号印，分法兰端料长和轴身端料长。对法兰端料进行滚圆，轴身端料出脚拔长至主轴杆部制坯尺寸，该杆部直径尺寸需小于圆形旋转工作台上模圈内径20 30mm，热切钳ロ，进炉加热至1220° C±10° C，保温3小时以上；
步骤d，第二火终锻成型
把预锻成T型的锻件，用行车吊入空心旋转工作台，采用压机最大锻造压カ用压机上平台直接对法兰端料强压镦粗；然后采用上平砧对法兰端料旋转锻压至锻件尺寸高度，平整；取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上平砧，下平台锻造方法对法兰端外径进行滚圆，平整；然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻制到锻件尺寸；完成锻造。步骤e，空冷，对エ件进行一次热装炉重结晶正回火热处理。步骤f，进行粗加工，锻件见光后对锻件进行100%无损探伤检測。步骤g，调质，机械性能，金相，硬度检测，无损探伤，精车，包装。作为改进，所述的步骤b的钢锭加热方法分为热钢锭加工エ艺和冷钢锭加热エ艺，具体过程为
1)热钢锭加热エ艺对于钢铁厂热送的表面温度大于400°C的钢锭认定为热钢锭，其加热エ艺为经700° C 750° C炉温下保温3小时以上，再按加热炉最大功率升温至始 锻温度，保温；
2)冷钢锭加热エ艺对于表面温度小于400°C的钢锭认定为冷钢锭，其加热エ艺为先装入到最高装炉炉温低于400° C的热炉，在装炉温度下保温4小时以上，然后加热到850±10° C，每小时温度增加量小于60° C，再保温6小时以上，再按加热炉最大功率升温至始锻温度，保温。作为改进，所述的步骤c中的大平面十字强压镦粗锻造法，进行大平面十字强压镦粗锻造吋，此时锻件的高径比(Η/D)小于1，以使锻件心部的σΓ和σ Θ由拉应カ转化为压应力，使锻件心部处于三向压应カ状态，且能够最大限度的增加锻坯的锻造比。能够更好的锻合钢锭中心缺陷，完成破碎铸态组织，锻合内部孔隙性缺陷，提高风电主轴的锻造质量。作为改进,所述步骤d中的空心旋转工作台；旋转台的中心是空心的,所述旋转台由下部为空心旋转台底座，上部由内外径相同的垫圈和顶部的模圈组成，该模圈的倒角R值需大于风电主轴法兰端的倒角R值。因采用大倒角R的模圈，在进行第二火锻造时，压机上平台对法兰端料进行强压锻造时，大倒角R的模圈能够减少压机垂直方向对锻坯中心的切应カ集中，减少坯料在锻压法兰端时垂直方向上向下的位移，因而有效的提高了锻件的锻造精度。作为改进，所述步骤e中的一次热装炉重结晶正回火热处理；将エ件炉外冷却至550° C±20° C，进炉保温3-4小时，再加热升温至930± 10° C，每小时温度增加量小于80°C /小时，保温12小时，然后出炉，用鼓风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至300±20° C，再进炉保温，保温时间不少于6小时，然后加热升温至650±10° C，升温过程中，每小时温度増加量小于80° C/小时，保温15小吋，再随炉冷却，控制锻件每小时温降小于等于40° C，待锻件降到400° C左右，继续控制锻件降温速度小于20° C/小时，当锻件炉冷至150° C以下，锻件可出炉冷却。本发明的有益效果是本发明所述的高效节能型风电主轴锻造方法，第一火预锻制坯便确保了的锻件严格的锻造质量要求，便減少了锻造エ序，节约锻造时间，降低了锻件火耗；第二火采用在大倒角R值模圈上锻压法兰端时，有效的控制了锻坯坯料在垂直方向上向下的位移，提高了锻件的锻造精度；锻后采用的一次重结晶正回火热处理工艺代替以往的需采用两次重结晶正回火的热处理工艺，节约了大量的燃气电能消耗，并提高了工作效率，大大降低了工人的劳动强度和生产成本，提高风电主轴的锻造质量，实现了风电主轴高效节能型的发展道路。
图I是本发明冷钢锭加热エ艺图。图2是本发明热送热钢锭加热エ艺图。图3是本发明锻后进行的一次锻件热装炉重结晶正回火热处理工艺图。图4是本发明锻件第一火锻造时，锻件采用大平面十字强压镦粗锻造法锻后示意图。图5是本发明锻件第二火锻造时，法兰端在大倒角旋转工作台的模圈上锻压变形示意图。 图6是本发明实施例I的锻件成品示意图。图7是本发明实施例2的锻件成品示意图。
具体实施例方式下面结合附图1-7与具体实施方案对本发明进ー步详细描述
实施例I
I.5MW风电主轴的锻造エ艺，包括步骤
a，选用的钢锭必须是采用电炉冶炼+LF (炉外精炼)+VD (真空除气)冶炼エ艺冶炼的钢锭原材料。选用材质为34CrNiMo6，符合DIN EN 10083-3，保证S ^ O. 15%，P ^ O. 20%，其中[H]含2. Oppm ； [O]含25ppm。对原材料钢锭，炼钢厂按“钢锭热运规程”进行热钢锭热送。b，根据图2，采用炼钢厂热送运送来的表面温度大于400° C的热钢锭，其加热エ艺为经700° C 750° C炉温下保温3小时以上，再按加热炉最大功率升温到1240±10° C，保温10小时以上；
C，根据图4，第一火出坯预锻制坯。将炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒ロ端压钳ロ， 650*600mm，然后将钳ロ放入镦粗漏盘孔内，采用压机上平板强カ镦粗，将钢锭有效锭身高度H2140mm镦粗至H900mm，此时镦粗锻造比为2. 2。取出锻坯，操作机夹持钳ロ端，然后采用上压机平板，下平台，采用大平面十字强压镦粗锻造法，对锻件径向直接锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸H1150mm，锻件旋转90°，继续用大平面镦粗锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸H1150mm，经过这两次的大平面十字强压镦粗锻造，锻件的锻造比增加为4. 6。然后继续用上平面、下平台，WHF锻造法(宽砧強力压下锻造法)，锻件锻压至八方#1150*1500mm。此时采用上下平砧，对锻坯号印，分料，法兰端锻件尺寸为八方#1150*540mm和轴身段锻件尺寸#1150*960mm.对法兰端料滚圆至 1150，轴身段料出脚拔长至 750，热切钳ロ。进炉加热至1220° C±10° C，保温3小时以上。d，根据图5，第二火终锻成型。把预锻成T型的锻件，用行车吊入空心旋转工作台。用压机上平台强压镦粗至H350mm，然后采用上平砧对法兰端料旋转锻压、平整法兰端至H280mm。在模具中取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上平砧，下平台锻造方法对法兰端外径进行滚圆，平整，成锻件尺寸1540*280mm。然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻制成锻件尺寸，完成锻造。e，对エ件空冷冷却至550° C左右，进炉保温，只需进行一次热装炉重结晶正回火。根据图3，所述的一次热装炉重结晶正回火热处理；将エ件炉外冷却至550° C±20° C，进炉保温3-4小时，再加热升温至930± 10° C，每小时温度增加量小于80°C /小时，保温12小时，然后出炉，用鼓风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至300±20° C，再进炉保温，保温时间不少于6小时，然后加热升温至650±10° C，升温过程中，每小时温度増加量小于80° C/小时，保温15小时，再随炉冷却，控制锻件每小时温降小于等于40° C，待锻件降到400° C左右，继续控制锻件降温速度小于20° C/小时，当锻件炉冷至150° C以下，锻件可出炉冷却。整个热处理工艺曲线可采用温度记录仪在线绘制温度曲线。f，进行粗加工，锻件见光后对锻件进行100%无损探伤检測。g，进行调质，机械性能，金相，硬度检测，无损探伤，精车，包装。 本发明锻件成品规格如图6所示。实施例2
2MW风电主轴的锻造方法，包括步骤
a，选用的钢锭必须是采用电炉冶炼+LF (炉外精炼)+VD (真空除气)冶炼エ艺冶炼的钢锭原材料。选用材质为42CrMo4，按照标准SEW550-1976的要求，O. 40%彡C彡O. 45%, Si ( O.40%, O. 60% 彡 Mn 彡 O. 80%, S 含 O. 15%, P 含 O. 20%, I. 00% ^ Cr ^ I. 20%, O. 45% 彡 Ni 彡 O. 60%,
O.18% 彡 Mo 彡 O. 30%，其中[H] ^ 2. Oppm ； [O] ^ 25ppm。b，根据图1，对于冷钢锭将采用冷钢锭加热エ艺将表面温度小于400° C的钢锭装入到最高装炉炉温低于400° C的热炉，在装炉温度下保温4小时以上，然后加热到850±10° C，每小时温度增加量小于60° C，再保温6小时以上，再按加热炉最大功率升温至1240±10° C，保温10小时以上。C，第一火出坯预锻制坯。将炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒ロ端压钳ロ， 650*600mm,然后将钳ロ放入镦粗漏盘孔内，采用压机上平板强カ镦粗，将钢锭有效锭身
高度H2380mm镦粗至HlOOOmm，此时镦粗锻造比为2. 4。取出锻坯，操作机夹持钳ロ端，然后采用上压机平板，下平台，采用大平面十字强压镦粗锻造法，对锻件径向直接锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸H1200mm，锻件旋转90°，继续用大平面镦粗锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸H1200mm，经过这两次的大平面十字强压镦粗锻造，锻件的锻造比增加为4. 9。然后继续用上平面、下平台，WHF锻造法(宽砧強力压下锻造法)，锻件锻压至八方#1200*1750mm。然后采用上下平砧，对锻坯号印，分料，法兰端锻件尺寸为#1200*580mm和轴身段锻件尺寸#1200*1170mm.对法兰端料滚圆至1200，轴身段料出脚拔长至900，热切钳ロ。进炉加热至1220° C±10° C，保温3小时以上。d，第二火终锻成型。把预锻成T型的锻件，用行车吊入空心旋转工作台。用压机上平台强压镦粗至H380mm，然后采用上平砧对法兰端料旋转锻压、平整法兰端至H250mm。在模具中取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上平砧，下平台锻造方法对法兰端外径进行滚圆，平整，成锻件尺寸1730*250mm。然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻制成锻件尺寸，完成锻造。e，对エ件空冷冷却至550° C左右，进炉保温，只需进行一次热装炉重结晶正回火。
根据图3，所述的一次热装炉重结晶正回火热处理；将エ件炉外冷却至550° C±20° C，进炉保温3-4小时，再加热升温至930± 10° C，每小时温度增加量小于80°C /小时，保温12小时，然后出炉，用鼓风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至300±20° C，再进炉保温，保温时间不少于6小时，然后加热升温至650±10° C，升温过程中，每小时温度増加量小于80° C/小时，保温15小时，再随炉冷却，控制锻件每小时温降小于等于40° C，待锻件降到400° C左右，继续控制锻件降温速度小于20° C/小时，当锻件炉冷至150° C以下，锻件可出炉冷却。整个热处理工艺曲线可采用温度记录仪在线绘制温度曲线。f，进行粗加工，锻件见光后对锻件进行100%无损探伤检測。g，进行调质，机械性能，金相，硬度检测，无损探伤，精车，包装。本发明锻件成品规格如图7所示。
本实发明提供了一种风电主轴的锻造方法，具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种风电主轴锻造方法，其特征在于有以下步骤 步骤a，采用电炉冶炼+炉外精炼+真空除气冶炼的钢锭作为原材料； 步骤b，将钢锭进炉加热到始锻温度1240±10° C，保温10小时以上； 步骤C，第一火出坯预锻制坯 将炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒口端压钳口，然后将钳口放入镦粗漏盘孔内，采用压机上平板强力镦粗，此时钢锭镦粗锻造比为2. 2±0. 2，取出锻坯，操作机夹持钳口，然后采用上压机平面，下平台，采用大平面十字强压镦粗锻造法，对锻坯径向直接采用上下大平面强压镦粗至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸，锻坯旋转90°，继续用上下大平面强压镦粗锻压至风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸，此时锻坯的整体锻造比已增加至4. 5 5，然后继续用上平面、下平台，宽砧强力压下锻造法，将坯料锻压至八方，直径尺寸为风电主轴法兰端料的直径制坯尺寸，然后采用上、下平砧，对锻坯号印，分法兰端料长和轴身端料长，对法兰端料进行滚圆，轴身端料出脚拔长至主轴杆部制坯尺寸，该杆部直径尺寸需小于圆形旋转工作台上模圈内径20 30mm，热切切口，进炉加热至1220° C±10° C，保温3小时以上； 步骤d，第二火终锻成型 把预锻成T型的锻件，用行车吊入空心旋转工作台，采用压机最大锻造压力用压机上平台直接对法兰端料强压镦粗；然后采用上平砧对法兰端料旋转锻压至锻件尺寸高度，平整；取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上平砧，下平台锻造方法对法兰端外径进行滚圆，平整；然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻制到锻件尺寸；完成锻造； 步骤e，空冷，对工件进行一次热装炉重结晶正回火热处理； 步骤f，进行粗加工，锻件见光后对锻件进行100%无损探伤检测； 步骤g，调质，机械性能，金相，硬度检测，无损探伤，精车，包装。
2.根据权利要求I所诉的风电主轴锻造方法，其特征在于所述的步骤b的钢锭加热方法分为热钢锭加工工艺和冷钢锭加热工艺，具体过程为 1)热钢锭加热工艺对于钢铁厂热送的表面温度大于400°C的钢锭认定为热钢锭，其加热工艺为经700° C 750° C炉温下保温3小时以上，再按加热炉最大功率升温至始锻温度，保温； 2)冷钢锭加热工艺对于表面温度小于400°C的钢锭认定为冷钢锭，其加热工艺为先装入到最高装炉炉温低于400° C的热炉，在装炉温度下保温4小时以上，然后加热到850±10° C，每小时温度增加量小于60° C，再保温6小时以上，再按加热炉最大功率升温至始锻温度，保温； 根据权利要求I所诉的风电主轴锻造方法，其特征在于所述的步骤c中的大平面十字强压镦粗锻造法，此时锻件的高径比(Η/D)小于1，以使锻件心部的01*和σ Θ由拉应力转化为压应力，使锻件心部处于三向压应力状态。
3.根据权利要求I所诉的风电主轴锻造方法，其特征在于所述步骤d中的空心旋转工作台，旋转台的中心是空心的，所述旋转台由下部为空心旋转台底座，上部由内外径相同的垫圈和顶部的模圈组成，该模圈的倒角R值需大于风电主轴法兰端的倒角R值。
4.根据权利要求I所诉的高效节能型风电机主轴锻造方法，其特征在于所述步骤e中一次热装炉重结晶正回火的具体过程为将工件炉外冷却至550° C±20° C，进炉保温3-4小时，再加热升温至930± 10° C，每小时温度增加量小于80°C /小时，保温12小时，然后 出炉，用鼓风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至300±20° C，再进炉保温，保温时间不少于6小时，然后加热升温至650± 10° C，升温过程中，每小时温度增加量小于80° C/小时，保温15小时，再随炉冷却，控制锻件每小时温降小于等于40° C，待锻件降到400° C左右，继续控制锻件降温速度小于20° C/小时，当锻件炉冷至150° C以下，锻件可出炉冷却。
全文摘要
本发明涉及的是一种风电主轴锻造方法。风电主轴的锻造方法包括材料检验；加热；第一火出坯预锻制坯，镦粗，拔长，号印，预锻制坯，下料；第二火终锻成型，在空心旋转工作台上锻制法兰端，然后拔长轴身至锻造尺寸；风电主轴锻后采用一次热装炉重结晶正回火热处理；粗车，超声波探伤；调质，无损探伤和理化检验；精车；包装。本发明的风电主轴锻造方法，具有高效节能，降低成本，提高锻件质量的特点。
文档编号B21K1/06GK102806291SQ20121030436
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者钱飞, 杨晓明, 殷勇锋 申请人:江苏凌飞锻造有限公司