简介：介绍了一种新型大型风电主轴锻造工艺，可锻造风电主轴内孔，锻件更接近主轴终成品尺寸，减少加工余量，更好地保护主轴纤维流线，提高主轴性能和使用寿命，大大提高原材料利用率，减少原材料浪费，经济性高。

引言

近年来，风力发电行业发展迅速，各种型号层出不穷。随着行业的发展，风扇的MW级越来越高，内部相关配件也越来越大。本文主要研究了风扇内部主要部件风电主轴的锻造。风电主轴是风扇内部连接在轮毂和齿轮箱之间的重要部件。有些人会使用铸件，但大多数都是锻件。随着风电设备的大型化，主轴的规格也越来越大。为了减轻主轴的整体重量，在保证强度等使用要求的前提下，主轴的内孔尺寸越来越大。一般生产工艺为主轴锻造后的二次加工，锻造得到实心主轴，中间内孔在后续工艺中由深孔设备加工而成。但随着主轴内孔尺寸的不断增大，内孔处理的余料越来越大，这部分余料对风机轴本身毫无意义。如果内孔在锻造过程中能直接锻造成型，生产出空心主轴，那么在原材料上就会节省很大的成本。而且，随着市场的发展，主轴内孔越来越大，锻造空心主轴必将成为一种趋势。

本文介绍的空心主轴材料为42crmo，经计算，锻件毛坯重18吨，采用24吨LF+VD钢锭锻造，锻件图如图1所示。

图1空心主轴锻件图

空心主轴锻造方法

钢锭加热

钢锭严格按照图2曲线加热。图2曲线主要用于冷钢锭。对于热钢锭，前两步不能执行，直接加热至1240±20℃执行的阶段。热送钢锭心温700～800℃以上，塑性好，无论是组织应力还是热应力都能很好地释放，不会造成钢锭的加热缺陷。冷钢锭应区别对待，特别是大钢锭必须严格按照以下加热曲线加热，前两个低温台阶是为了避免加热工程中钢锭热应力和组织应力过大，其中600±20℃保温是为了避免加热温度过高、心脏和表面温差过大、热应力过大，850±20℃台阶保温是为了避免组织奥氏体化和热应力的双重叠加对钢锭的双重影响，降低钢锭开裂的风险。在850±20℃保温后，材料具有足够的塑性，可提高加热速度，节约时间和能源。

图2钢锭加热曲线

锻造过程

⑴火：按加热曲线1240加热±20℃保温8小时后即可出炉锻造。

锻造工艺为：压钳把→切底部→倒棱→镦粗到φ1900mm→拔圆至φ1200mm→去掉钳子。本次火灾倒棱时，应控制压下量，使单侧小于50mm，并保证与钢锭中心线垂直，防止弯曲。为了保证锻件的质量，不折叠，采用WHF锻造法拉长。切除钳子后，锻件的角落要清理干净，然后才能回炉加热，为第二火做好准备。

⑵第二火：火完成后回炉，1240±20℃保温4～5小时后出炉锻造。

锻造工艺为：头到φ1900mm→冲孔φ450mm→用芯棒拉长成如图3所示的形状。在此次火灾中，应确保垂直于坯料中心线，防止弯曲；冲孔应对中，必要时可制作对中设备，防止偏心；芯棒拉长时，按先拉长头尾，拉长中间的顺序锻造，旋转角度为45°～60°压下率控制在10%之间～15%之间。第二火回炉的加热保温时间要求大于等于6小时。由于第三火二次煅烧法兰过程中锻件变形大，对设备的压力要求高，需要均匀、充分的保温加热。

图3芯棒拉长后的锻件

⑶第三火：第二火完成后回炉，1240±20℃保温4～5小时后出炉锻造。

锻造工艺为：煅烧法兰→拔轴身。将坯料竖立，放置在已放置的底筒和胎膜内部，放置后将芯棒插入内孔，放置空心盘，然后将法兰形成，如图4所示。这一步对压机设备的压力和开口行程有很大的要求。对于压力不足的问题，可以通过顶盘预成法兰，然后用砧板局部成形来解决。用芯棒拔出轴体的每一步。法兰形成后，将坯料和芯棒一起取出。如图5所示，取出芯棒，即锻件下线。火灾主要是法兰成型，整体锻造时间不长，锻造后终锻造温度较高，基本在900℃以上。锻造完成后，锻件应放置在通风位置，加快冷却速度，避免终锻造温度过高造成颗粒粗大，必要时可采用喷雾冷却。为了保证锻造后有足够的再结晶和组织转化过程，需要冷却到500℃以下。同时，为了避免工件因应力过大而开裂，温度不应低于400℃。在此前提下，锻造后的热处理过程可以安装在炉子上。以上温度均为测温枪测量的锻件表面温度。

图4法兰成形示意图

图5空心主轴锻造成形

锻造后的热处理、粗加工和检测

锻造后热处理采用正火和高温回火工艺，旨在充分消除锻造过程中产生的内部应力，细化颗粒，提高主轴内化学成分和组织的均匀性，为后续调质热处理做好组织准备。同时，锻造后的热处理可以降低锻件的硬度，方便下一道工序的粗加工。粗加工完成后，对锻件进行超声波检测，各部位检测合格，无异常，符合要求。

结论

⑴利用这种空心锻造方法，减少了风电主轴各部位的加工余量，更好地保持了锻造过程中的纤维流向，提高了主轴的整体性能和使用寿命。

⑵这种空心锻造方法大大节省了原材料的利用率，避免了对原材料的大量浪费，缩短了后处理时间。

⑶该工艺对设备要求较高，配备1万吨以上的自由锻压机，同时生产所需的工装配件较多，适用于批量生产模式。