山高刀具在风能部件加工中的应用

国际金属加工网 2017年01月23日

山高刀具作为风电行业的领先者,不仅能提供出优质的刀具、专业的加工技术,而且始终专注于为金属切削需求提供整体解决方案。在与世界各国的著名风机零部件生产企业的长期合作中,山高积累了丰富的经验,严格地满足了风电零件制造商近乎“苛刻”的加工要求。

在新能源行业发展过程中,风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视,欧州各国、美国、中国都在本国的能源规划中给与大力的扶持和推进。2008年中国风电机组新增装机容量达到719.02万kW,累计装机容量达到1324.22万kW,新增装机容量增长率达到108.4%。在一系列资金和政策支持下,中国风电新增装机容量连续5年实现100%以上的高速增长。据初步统计,2009年中国风电装机容量达到2000万kW,成为全球第三大风电国家。

风电机组工作环境恶劣,对抗疲劳性、可靠性、吸振性等诸多因素均有极高要求。对于风电机组而言,齿轮箱、风电轮毂、风电轴承(回转支承和齿轮)、风机主轴、风电机座都是极为重要的工作部件。同时,它们也是加工难度大、精度要求高、加工量大的零部件。山高为此提供了一系列的工艺解决方案,以帮助风电行业用户在激烈的市场竞争中脱颖而出。

齿轮箱加工

风电齿轮箱是风电机组重要的零部件之一。因为风电机组安装地点的工况复杂、可靠性和使用寿命的要求很高,所以齿轮箱体要具有足够的刚性、合适的支撑结构和壁厚来满足复杂的受力需求。常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。齿轮箱的机械结构复杂且尺寸巨大,需要数百小时的精密加工。零件加工较多采用高精度双工作台卧式镗铣加工中心

风电齿轮箱的机加工类型包括铣削玉米铣刀及三面刃)、钻削(Perfomax系列)和镗削(桥板镗头)。值得一提的是,齿轮箱连接孔的直径超过2m,其公差要求为H7,这个加工存在相当大的难度。山高的Graflex桥板式镗头标准产品覆盖了直径204~2155mm;巨型(JUMBO)桥板镗头,最大直径可达3200mm。它们均采用高强度铝合金(Fortal)与钢件接口所组成,兼顾了灵活性、刀体重量和刚性的需求。在精镗中最高可达IT5、Ra0.6的精度要求,尺寸调整也极为方便,可以在机床上直接完成。同时,模块化设计还能满足大直径外圆套车和背镗等工艺需求。例如:A731001 Jumbo 桥板式镗刀,采用TCMT16T308-F2 TK2000刀片进行粗镗,切削线速度Vc达150 m/min,进给速度Vf达25 mm/min,切深ap达5~6mm。精镗采用CCMT09T304-F2 TK1000刀片,切削线速度Vc达120 m/min,切深ap 0.3 mm。这些高性能切削参数既能保证客户极高的零件精度,又大大降低了客户的生产周期。

轮毂加工

轮毂也是风电机组重要的零部件之一,其结构和受力变形复杂,它将直接影响到风力发电机组的正常运行和使用寿命。因此它具有强度高、可靠性好、疲劳寿命长、吸振性强等特性,以满足–40~–20℃的使用工况。常见的材质为铸态低温高冲击韧性球铁。轮毂的主要机加工类型为铣削和钻削。

风电轮毂体积巨大,一般加工周期很长。某客户曾经遇到这 样的加工难题:尽管其所有机床都在满负荷运转,但却还不能按时完成生产任务。为了帮助客户渡过难关,山高专门为其设计了直径360 mm、R85 mm的非标可转位成形刀具,辅以335.19- 1207EN2R85-D09,F40M刀片,切削线速度Vc达200 m/min,每齿进给量fz 0.14 mm,切削深度ap 1~2 mm,生产效率大大提高,该款轮毂的生产周期由原来的30h缩短至16h以内。客户得以顺利交货,避免了重大损失。

山高的Double Octomill双八面刃R220.48平面铣刀非常适用于轮毂铣削加工。双八面刃铣刀的刀片采用正前角设计,每个刀片有16个切削刃,同一款铣刀能满足粗、精加工的应用场合,具有无可匹敌的经济性和通用性。某客户试用ONMF 090520ANTN-MD16,MK1500刀片后,线速度Vc高达188 m/min,进给速度Vf达2500 mm/min,相当于每齿进给量fz 0.6 mm。值得指出的是,这些参数都是在切深ap达4mm,切削宽度 ae为刀盘直径70% 的切削工况下长期使用,单件加工成本比原先降低50%。

新一代的 Perfomax 可转位刀片钻削系统用于加工轮毂结合面的连接孔。Perfomax钻头的稳定性更好、强度更高,拥有独特的排屑槽设计,能有效控制冷却液流向并改善排屑。在加工轮毂结合面的连接孔时,能获得生产效率和稳定性的大幅提升,并使每个孔的加工成本更低。

轴承加工

风电轴承主要包括:偏航轴承、主轴轴承、变桨轴承、发电机轴承等,其中主轴轴承和变桨轴承技术难度较大。风电轴承一般采用的是42CrMo和42CrMo4材质,经调质后中频淬火提高其表面硬度,保持其心部的韧性。表层硬度一般要求在58HRC以上,淬硬层深度一般控制在3.5~5.0mm。如抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、延伸率、冲击功、硬度等力学性能要求严格。风电轴承的主要机加工类型为车削、钻削和铣削。

山高在风电轴承加工领域具有极为丰富的经验。以下刀具在国内某大型风电轴承生产企业中得到广泛应用。

(1)MDT车刀用于加工直径1600mm轴承的宽5mm、深9mm的端面密封槽。

(2)轴承滚道淬火前的车削采用RCMT1606M0-F2 TP2500刀片。

(3)轴承滚道淬火后的硬车采用CBN刀片RNGN090300S-01525-LF CBN150。

(4)轴承安装孔的孔加工采用各种规格的Perfomax飓风钻。

(5)轴承外齿圈的粗、精加工采用成形齿轮铣刀。

在软车轴承滚道时,保持95m/min线速度、4.5 mm切深,每转进给量1.3 mm相同的切削参数下,由于刀片寿命的优异表现,客户的单件成本比原先降低了20%。客户还非常满意CBN硬车的使用效果,刀片寿命提高及单件成本的降低给客户带来巨大的效益,同时生产效率提升50%,零件的表面质量明显优于原先的加工工艺。

在风电齿轮加工中,目前流行的加工方案是采用定制的机夹式齿轮铣刀,经粗、精铣削两道工序完成齿形的加工。例如:在加工42CrMo材质的大型风电回转支承外齿轮时,使用一种刀具直径380 mm的齿轮铣刀,材质F25M 的成形铣刀片。在加工中使用的切削参数为主轴转速n=120 r/min,进给速度Vf =60 mm/min。齿轮的单件加工时间为13h,明显优于插齿的工艺方案。

风电零部件的加工还有风机主轴、风机机座、连接法兰、风机塔架、行星架、风机叶片等。对于这些零件的加工,山高拥有完整的车削、铣削和孔加工的解决方案。


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