風(fēng)電齒輪箱內(nèi)齒圈加工工藝研究與優(yōu)化

龐曉麗

(太原重型機(jī)械集團(tuán)，山西 太原 030024)

0 引言

隨著我國風(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，市場競爭也更加激烈，特別是大容量的兆瓦級大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，更是獲得了市場的熱烈追捧。而兆瓦級風(fēng)電齒輪箱大多采用的是多級行星結(jié)構(gòu)，內(nèi)齒圈的數(shù)量相對較多，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)品才能具有市場競爭力。本文研究了3 MW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

3 MW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≥0.65 mm，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。

表1 內(nèi)齒圈參數(shù)

對圖紙及技術(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)力退火對齒部的影響，針對該零件，此次采用NILES磨齒機(jī)對齒圈去應(yīng)力退火前、后齒部進(jìn)行余量分配(每隔4齒，檢測齒部余量)，分析齒面余量情況。

2.1 齒圈半精銑齒后檢測數(shù)據(jù)分析

用磨齒機(jī)對3 MW內(nèi)齒圈半精銑齒后，在去應(yīng)力退火前對齒部進(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結(jié)果，右半部分為右齒面余量檢測結(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)將檢測的最大余量與最小余量以數(shù)據(jù)形式顯示出來。

圖1 去應(yīng)力退火前齒部余量分配圖

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1.089 mm,最大余量為1.375 mm；右齒面最小余量為1.125 mm，最大余量為1.431 mm。由此可見，左齒面余量極差為0.286 mm,右齒面余量極差為0.306 mm，要將零件齒面加工見亮，公法線磨削至少0.60 mm。

表2 去應(yīng)力退火前左齒面余量分配數(shù)值表

表3 去應(yīng)力退火前右齒面余量分配數(shù)值表

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2 h，再升溫至530 ℃～540 ℃，保溫6 h，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)，以齒部兩端節(jié)圓棒找正，對角找正允差≤0.03 mm，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。

表4 去應(yīng)力退火后左齒面余量分配數(shù)值表

表5 去應(yīng)力退火后右齒面余量分配數(shù)值表

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1.116 mm,最大余量為1.410 mm；右齒面最小余量為1.052 mm，最大余量為1.427 mm。由此可見，左齒面余量極差為0.294 mm,右齒面余量極差為0.375 mm，要將零件齒面加工見亮，公法線磨削需要約0.80 mm。

3 總結(jié)及應(yīng)用

3 MW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，檢測齒部變形情況，得出一系列數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，最終可以得出去應(yīng)力退火對內(nèi)齒圈齒部變形影響較小?；谠撗芯拷Y(jié)果，對內(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，為大兆瓦級齒輪箱多級齒圈的批量加工奠定了基礎(chǔ)。