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風(fēng)電齒輪箱內(nèi)齒圈加工工藝探究

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風(fēng)電齒輪箱內(nèi)齒圈加工工藝探究

摘要:敘述了風(fēng)電齒輪箱氮化內(nèi)齒圈加工工藝。對(duì)齒圈去應(yīng)力退火前后進(jìn)行磨齒機(jī)余量分配,檢測(cè)齒部變形情況,為優(yōu)化內(nèi)齒圈的加工工藝提供數(shù)據(jù)支持。通過分析數(shù)據(jù),優(yōu)化了內(nèi)齒圈的加工工藝,并將該工藝成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

關(guān)鍵詞:加工工藝;風(fēng)電齒輪箱;齒圈

0引言隨著我國(guó)風(fēng)電建設(shè)的高速發(fā)展,風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的投資熱情空前高漲,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈,特別是大容量的兆瓦級(jí)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,更是獲得了市場(chǎng)的熱烈追捧。而兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱大多采用的是多級(jí)行星結(jié)構(gòu),內(nèi)齒圈的數(shù)量相對(duì)較多,因此內(nèi)齒圈既要保證滿足設(shè)計(jì)精度要求,又需降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率,這樣產(chǎn)品才能具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文研究了3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組42CrMoA內(nèi)齒圈去應(yīng)力退火后齒部的變形情況[1],并對(duì)內(nèi)齒圈的工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。通過加工工藝的優(yōu)化,達(dá)到了節(jié)約成本、提高效率的目的。

1傳統(tǒng)的加工工藝

3MW內(nèi)齒圈材質(zhì)為42CrMoA,氮化后最終基體硬度為HB290~HB310,齒部氮化層深度≥0.65mm,硬度>600HV,由零件圖分析可知,該零件的關(guān)鍵部位是齒部,齒部精度要求6-6-6,齒部粗糙度要求Ra0.5。內(nèi)齒圈參數(shù)如表1所示。對(duì)圖紙及技術(shù)要求進(jìn)行分析可知,由于內(nèi)齒圈零件尺寸大,半精加工時(shí)需去掉大部分余量,這樣會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)加工應(yīng)力,需進(jìn)行去應(yīng)力退火[2],將加工應(yīng)力釋放出來,再進(jìn)行精銑齒,最后進(jìn)行磨齒,保證零件齒部精度滿足圖紙要求。因此,制定如下加工工藝:毛坯(探傷)—粗銑齒—調(diào)質(zhì)—半精加工—半精銑齒—去應(yīng)力退火—拋丸—精加工—精銑齒—磨齒—氮化。

2工藝研究及數(shù)據(jù)分析為了分析

齒圈銑齒后去應(yīng)力退火對(duì)齒部的影響,針對(duì)該零件,此次采用NILES磨齒機(jī)對(duì)齒圈去應(yīng)力退火前、后齒部進(jìn)行余量分配(每隔4齒,檢測(cè)齒部余量),分析齒面余量情況。

2.1齒圈半精銑齒后檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

用磨齒機(jī)對(duì)3MW內(nèi)齒圈半精銑齒后,在去應(yīng)力退火前對(duì)齒部進(jìn)行余量分配。圖1為利用NILES磨齒機(jī)得到的第1齒、第5齒、第9齒和第13齒的去應(yīng)力退火前齒部余量分配圖,圖中左半部分為左齒面余量檢測(cè)結(jié)果,右半部分為右齒面余量檢測(cè)結(jié)果。圖1可以顯示整個(gè)齒寬方向齒部余量分布情況,同時(shí)將檢測(cè)的最大余量與最小余量以數(shù)據(jù)形式顯示出來。根據(jù)余量分配結(jié)果,匯總得到左齒面余量分配數(shù)值和右齒面余量分配數(shù)值,如表2和表3所示。根據(jù)表2和表3中數(shù)據(jù)可以得出:零件半精銑齒后進(jìn)行余量分配,左齒面最小余量為1.089mm,最大余量為1.375mm;右齒面最小余量為1.125mm,最大余量為1.431mm。由此可見,左齒面余量極差為0.286mm,右齒面余量極差為0.306mm,要將零件齒面加工見亮,公法線磨削至少0.60mm。

2.2去應(yīng)力退火

內(nèi)齒圈在半精車、半精銑齒時(shí),由于切削量大,產(chǎn)生了較大的機(jī)加工應(yīng)力,需進(jìn)行去應(yīng)力退火,制定此零件退火工藝為:以60℃/h的速度升溫至500℃,保溫2h,再升溫至530℃~540℃,保溫6h,最后緩慢冷卻至室溫,以消除殘余應(yīng)力。設(shè)置升溫速度及保溫臺(tái)階的目的是使合金鋼內(nèi)外加熱速度相同,減小升溫時(shí)熱應(yīng)力的影響,防止溫度過沖。2.3內(nèi)齒圈去應(yīng)力退火后檢測(cè)數(shù)據(jù)分析內(nèi)齒圈去應(yīng)力退火后,以齒部為基準(zhǔn),以齒部?jī)啥斯?jié)圓棒找正,對(duì)角找正允差≤0.03mm,精加工外圓與基面找正帶,然后去同一磨齒機(jī)進(jìn)行余量分配(與退火前分配相同的齒數(shù)),根據(jù)余量分配圖匯總數(shù)據(jù),得到左齒面余量分配數(shù)值和右齒面余量分配數(shù)值,如表4和表5所示。從表4和表5中數(shù)據(jù)可知:零件在去應(yīng)力退火后進(jìn)行余量分配,左齒面最小余量為1.116mm,最大余量為1.410mm;右齒面最小余量為1.052mm,最大余量為1.427mm。由此可見,左齒面余量極差為0.294mm,右齒面余量極差為0.375mm,要將零件齒面加工見亮,公法線磨削需要約0.80mm。

3總結(jié)及應(yīng)用

3MW內(nèi)齒圈在去應(yīng)力退火前后,通過磨齒機(jī)進(jìn)行余量分配,檢測(cè)齒部變形情況,得出一系列數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,最終可以得出去應(yīng)力退火對(duì)內(nèi)齒圈齒部變形影響較小?;谠撗芯拷Y(jié)果,對(duì)內(nèi)齒圈的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化,取消了去應(yīng)力退火后齒圈的精銑齒工序,適當(dāng)增加磨齒余量(根據(jù)模數(shù)大小調(diào)整),同時(shí)在半精加工時(shí)對(duì)零件非配合面外圓部位直接加工到位,精加工時(shí)不再進(jìn)行加工,優(yōu)化后工藝如下:毛坯(探傷)—粗銑齒-調(diào)質(zhì)—半精加工—半精銑齒—去應(yīng)力退火—拋丸—精加工(不加工外圓)—磨齒—氮化。該優(yōu)化的加工工藝已經(jīng)在同規(guī)格及更大兆瓦級(jí)齒輪箱內(nèi)齒圈的加工中得到了應(yīng)用,既減少了精加工時(shí)間,節(jié)約了刀具損耗費(fèi)用,又省去了精銑齒裝夾找正工作,減少了機(jī)床占用,降低了內(nèi)齒圈零件的加工成本,提高了加工效率,為大兆瓦級(jí)齒輪箱多級(jí)齒圈的批量加工奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

[1]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè):工藝基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

作者:龐曉麗 單位:太原重型機(jī)械集團(tuán)