一种风力发电机主轴锻件的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种2MW风力发电机主轴锻件的制备工艺，经过热锻成型、热处理、车削加工、调质热处理、精车和钻孔六个工序，制备出2MW风力发电机主轴锻件；其中，热锻成型时，采用两镦两拔，并且宽砧拔长的锻造技术，充分经过锻造变形，保证锻件探伤要求；调质热处理中，淬火时，采用自来水作为淬火介质，淬火时风力发电机主轴锻件完全浸于自来水下保持20?60min，然后出水空冷120min，装回火炉回火。
【专利说明】
一种风力发电机主轴锻件的制备工艺
技术领域
[0001]本发明属于风力发电机部件的加工技术领域，特别涉及一种风力 发电机主轴锻件的制备工艺。
【背景技术】
[0002] 当今社会，随着全球能源短缺和环境污染等问题日益严峻，寻找可再生能源已成 为世界各国面临的重大课题。而自然界风能与其它能源相比，不仅蕴藏量大，分布广泛，永 不枯竭，而且还具有上马快、建设周期短、比水电站建设的基础投入少、灵活性强，并能有效 遏制温室效应和沙尘暴灾害，绿色环保等特点。因此，利用风能发电作为新能源开发已成为 全球未来能源发展战略的重要组成部分而受到了各国的高度重视和大力支持。但是，由于 目前制造风电设备的技术不够成熟，导致风力发电设备昂贵，风力发电成本较高，风电电价 高于煤电电价，从而制约了风电的快速发展。
[0003] 用于风力发电机设备MW级风电机组风电主轴是风电设备的承重件，需要在较强的 风能、零下四十°C等环境温度下，满足承载负荷等特定使用要求，所以主要用锻造生产。图1 显示现有主轴制造工序的一例示性示意图。
[0004] 通常风力发电用主轴是在加热炉将钢锭（ingot或钢块加热到1200°C以上的高温 再用压力机加压镦粗后，将通过镦粗的所述坯料1置于液压机的上模和下模之间进行沿着 其长度方向（横方向）反复加压的开坯坯料2的外周面用锻模反复加压进行终锻作业，由此 制造主轴中间产品3。
[0005] 由于这样形成的中间产品与要求的最终标准主轴有明显的差异，再通过形成穿孔 的粗加工和细加工的切削工序完成最终产品；该制造工艺简单粗矿，造成产品质量不稳定， 尚难满足较强的风能、较大地温度差异下，安全、稳定地承受负载等特定使用要求。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机主轴锻件的制备工艺，该制备工 艺通过对热锻成型和调质热处理工序进行改进，得到韧性高、耐低温且强度高的风力发电 机主轴锻件。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种风力发电机主轴锻件的制备工 艺，经过热锻成型、热处理、车削加工、调质热处理、精车和钻孔六个工序，制备出2MW风力发 电机主轴锻件，其创新点在于： 所述热锻成型的具体步骤为： (1) 原钢锭切冒口、水口错平烧剥平整形成新钢锭，然后在加热炉中将新钢锭加热到 1200°C以上的高温，再将新钢锭经过一次镦粗、压八方、二次镦粗和拔长四个工序，形成一 圆柱形的钢还，底部直径为1450mm，高度为1550mm; (2) 分料时，原钢锭水口端用于锻制主轴法兰，原钢锭冒口端用于锻制主轴轴身，即以 钢坯底部为起点，量高度为540mm，其剩余的钢坯，先拔至直径为990_的钢坯轴体A，以靠近 钢坯底部的钢坯轴体A为起点，量高度为300mm，再将剩余的钢坯轴体A拔至直径为960mm的 钢坯轴体B，形成一台阶状钢坯； (3) 备好法兰模具，该模具包括模具本体，所述模具本体内镂空形成有模腔，所述模腔 包括自上而下贯通设置的大口径内腔和小口径内腔，所述大口径内腔和小口径内腔呈同轴 心设置，且大口径内腔和小口径内腔之间通过圆环过渡； (4) 清理步骤(2)中台阶状钢坯表面的氧化皮，清理结束后，将台阶状钢坯吊进法兰模 具，调整好，将大面下压，法兰头压至直径在1800-1810mm之间，高度在280_290mm之间，最后 将带有法兰头的台阶状钢坯吊出； (5) 平整法兰头后夹住，按锻件图将轴身拔至要求尺寸，形成风力发电机主轴锻件； 所述调质热处理中，淬火时，采用自来水作为淬火介质，淬火时风力发电机主轴锻件完 全浸于自来水下保持20_60min，水温控制在15-45°C，然后出水空冷120min，装回火炉回火。
[0008] 进一步地，所述热锻成型工序的温度控制在1210-800°c，精整温度大于750°C。
[0009] 本发明的优点在于:本发明风力发电机主轴锻件的制备工艺，该制备工艺通过对 热锻成型和调质热处理工序进行改进，热锻成型工序中，采用两镦两拔，并且宽砧拔长的锻 造技术，充分经过锻造变形，保证锻件探伤要求;且在分料时，原钢锭水口端用于锻制主轴 法兰，原钢锭冒口端用于锻制主轴轴身，能够充分利用钢锭原料，降低制备成本;同时，调质 热处理工序中，淬火时，采用自来水作为淬火介质，与原采用淬火液或者油相比，不会产生 环境污染，环保，且降低成本;通过该制备工艺，制得的风力发电机主轴锻件，具有韧性高、 耐低温及强度高的特点。
【附图说明】
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0011] 图1是现有风力发电机主轴制造工序的一例示性示意图。
[0012] 图2至图11是本发明中实施例2MW风力发电机主轴锻件的制备工艺的过程示意图。
[0013] 图12是热处理过程中温度及时间的关系图。
[0014]图13是调质热处理过程中温度及时间的关系图。
【具体实施方式】
[0015] 下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发 明限制在所述的实施例范围之中。 实施例
[0016] 本实施例2MW风力发电机主轴锻件的制备工艺，该制备工艺具体步骤如下： (1)原钢锭切冒口、水口错平烧剥平整形成新钢锭，然后在加热炉中将新钢锭加热到 12HTC的高温，再将新钢锭经过镦粗，如图1所示，形成一圆柱形的钢坯A，底部直径为 1850mm，高度为950mm;接着将钢还A压八方，如图2所示，形成一下大上小的钢坯B，底部直径 为1300mm，高度为1920mm;然后将钢坯B镦粗，如图3所示，形成一下大上小的钢坯C，底部直 径为1850mm，高度为950mm;最后将钢坯C拔长，如图4所示，形成一下大上小的钢坯D，底部直 径为1450mm，高度为1550mm。
[0017] (2)原钢锭水口端用于锻制主轴法兰，原钢锭冒口端用于锻制主轴轴身，如图5所 示，即以钢坯D底部为起点，量高度为540_，其剩余的钢坯，先拔至直径为990_的钢坯轴体 A;如图6所示，以靠近钢坯底部的钢坯轴体A为起点，量高度为300mm，再将剩余的钢坯轴体A 拔至直径为960mm的钢坯轴体B，形成一台阶状钢坯。
[0018] (3)备好法兰模具，如图7所示，该模具包括模具本体1，该模具本体内镂空形成有 模腔2，模腔2包括自上而下贯通设置的大口径内腔21和小口径内腔22，大口径内腔21和小 口径内腔22呈同轴心设置，且大口径内腔21和小口径内腔21之间通过圆环过渡，大口径的 最大直接为1350mm，且大口径距小口径的高度为150mm，小口径的最大直径为1050mm，最小 口径为 1020mm。
[0019] (4)清理步骤(2)中台阶状钢坯表面的氧化皮，清理结束后，如图8所示，将台阶状 钢坯吊进法兰模具，调整好，将大面下压，如图9所示，法兰头压至直径为1810mm，高度为 290_，最后将带有法兰头的台阶状钢坯吊出。
[0020] (5)平整法兰头后夹住，按锻件图将轴身拔至要求尺寸，如图10所示，形成风力发 电机主轴锻件，该风力发电机主轴锻件依次包括轴身、轴身与法兰头过渡段和法兰头，其 中，轴身包括直径为610mm，高度为854mm的轴身A、直径为650mm，高度为510mm的轴身B、直径 为800mm，高度为1690mm的轴身C和直径为890mm，高度为1690mm的轴身D;轴身与法兰头过渡 段为圆台状，靠近轴身一端的直径为1050mm，靠近法兰一端的直径为1270mm，且轴身与法兰 头过渡段的高度为100mm;法兰头的直径为1810mm，高度为290_。
[0021] (6)热处理:热锻成型后，如图12所示，先空冷至300-350°C，然后将锻件送入热处 理炉中在下保温10小时后，再将炉温以70-80°C/h的速度升温至630-670°C，在此温度下保 温6小时；然后再将炉温以70-80°C/h的速度升温至850-890°C，在此温度下保温20小时；接 着采用风雾冷冷却至280-320°C，在此温度下保温15小时，再将炉温以50-60°C/h的速度升 温至630-670°C，在此温度下保温40小时;最后将锻件出炉，出炉后迅速埋砂，当锻件温度下 降至90-100 °C时，将锻件出砂； (7) 车削加工:在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变风 力发电机主轴锻件毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合产品图纸的要求； (8) 调质热处理:将车削加工后的锻件送入调质热处理炉中，如图13所示，将炉温以60 °C/h的速度升温至350°C，在此温度下保温2小时；接着将炉温以60°C/h的速度升温至650 °C，在此温度下保温3小时;然后将炉温以60°C/h的速度升温至850°C，在此温度下保温19小 时;再将锻件预冷6分钟，淬火时采用自来水作为介质，水冷35分钟后出水;将出水后的锻件 送入回炉炉中回火，将炉温以40°C/h的速度升温至350°C，在此温度下保温3小时;接着将炉 温以40°C/h的速度升温至600°C，在此温度下保温26小时;然后将锻件出炉冷却。
[0022] (9)依据调质热处理的风力发电机主轴锻件毛坯尺寸要求，在常规车床或数控车 床上进行成品精加工，达到成品尺寸公差要求。
[0023] (10)最后，将精加工的风力发电机主轴锻件进行钻孔处理，形成一 2MW风力发电机 主轴锻件成品。
[0024]为了测试风力发电机主轴锻件成品的性能，取几组小样进行测试，其测试结果如 下表：
由上表可以看出，本发明制得的风力发电机主轴锻件，具有韧性高、耐低温及强度高的 特点。
[0025]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明 本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些 变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及 其等效物界定。
【主权项】
1. 一种风力发电机主轴锻件的制备工艺，经过热锻成型、热处理、车削加工、调质热处 理、精车和钻孔六个工序，制备出2MW风力发电机主轴锻件，其特征在于： 所述热锻成型的具体步骤为： (1) 原钢锭切冒口、水口错平烧剥平整形成新钢锭，然后在加热炉中将新钢锭加热到 1200°C以上的高温，再将新钢锭经过一次镦粗、压八方、二次镦粗和拔长四个工序，形成一 圆柱形的钢还，底部直径为1450mm，高度为1550mm; (2) 分料时，原钢锭水口端用于锻制主轴法兰，原钢锭冒口端用于锻制主轴轴身，即以 钢坯底部为起点，量高度为540mm，其剩余的钢坯，先拔至直径为990_的钢坯轴体A，以靠近 钢坯底部的钢坯轴体A为起点，量高度为300mm，再将剩余的钢坯轴体A拔至直径为960mm的 钢坯轴体B，形成一台阶状钢坯； (3) 备好法兰模具，该模具包括模具本体，所述模具本体内镂空形成有模腔，所述模腔 包括自上而下贯通设置的大口径内腔和小口径内腔，所述大口径内腔和小口径内腔呈同轴 心设置，且大口径内腔和小口径内腔之间通过圆环过渡； (4) 清理步骤(2)中台阶状钢坯表面的氧化皮，清理结束后，将台阶状钢坯吊进法兰模 具，调整好，将大面下压，法兰头压至直径在1800-1810mm之间，高度在280_290mm之间，最后 将带有法兰头的台阶状钢坯吊出； (5) 平整法兰头后夹住，按锻件图将轴身拔至要求尺寸，形成风力发电机主轴锻件； 所述调质热处理中，淬火时，采用自来水作为淬火介质，淬火时风力发电机主轴锻件完 全浸于自来水下保持20_60min，水温控制在15-45°C，然后出水空冷120min，装回火炉回火。2. 根据权利要求1所述的风力发电机主轴锻件的制备工艺，其特征在于:所述热锻成型 工序的温度控制在1210_800°C，精整温度大于750°C。
【文档编号】F03D80/00GK105855807SQ201610324111
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】周青春, 徐卫明, 顾金才, 葛建辉, 钱强, 赵博伟, 丁勇, 王小飞, 宋小亮
【申请人】如皋市宏茂重型锻压有限公司