创新刀具技术提升风电制造

作者:吴江 文章来源:伊斯卡中国 发布时间:2012-09-25
分享到

作为制造清洁能源的风力发电机,有着性能、品质和成本等多方的市场诉求,使得制造企业一方面最大限度地提高产品质量和生产效率,另一方面又最大可能地压缩制造成本。

面对多重压力,作为刀具供应商的伊斯卡,不断地提高刀具的切削性能,提高客户的生产效率,使客户获得高回报,以金属切削加工理念引领高性能刀具产品的研发和完全解决方案的提供。伊斯卡已把最新的研发成果应用于风电零部件加工刀具上:在超细颗粒的硬质合金基体加上SUMO-TEC涂层,不仅提高了刀具的韧性及抗崩性,降低了刀具的摩擦系数,也提高了刀具的耐磨性和可靠性,结合锋利和强度兼顾的刀片TANG几何形式和刀具SUMO结构,使刀具即使在极端的加工条件下也能保证稳定可靠的高生产率。

束魔车刀(SUMOTURN),从重车到精细超精车和硬车削;立装螺旋蝴蝶铣刀(HELITANG),切削轻快平稳高效;双面螺旋刃铣刀(HELIDO),增强的结构可以有更高的切削参数,很好地增加刀片的寿命,螺旋刃双面化更成倍降低了刀具的成本;束魔变色龙钻(SUMOCHAM),通过提升夹持刚性和强度,不仅提高了加工效率也提高了刀具的寿命,缩短了换刀时间。

现代风电机组的叶轮叶片、叶片轴承、轮毂、偏航系统、变速箱、风轮和塔架等均为大型构件,有些结构复杂,而有些则对精度要求高。要提高加工效率,降低加工成本,先进的复合加工是很好的方向。一次装夹就能完成各种加工,这可以要求刀具的功能复合如车铣复合。如主轴孔的端面销孔和螺纹孔,用立式车削复合钻铣削功能。在要求一次走刀就能完成同向加工的单向复合,这就要求刀具提供这样的可能:最简单的复合孔加工钻孔-倒角,即轮毂台阶孔加倒角钻,螺纹底孔钻削和攻螺纹的复合,齿轮铣削的粗铣和精铣的复合等,这些既提高了生产效率,也增加了刀具的灵活性及多用性,降低了刀具的成本和库存。

完整的加工方案更能兼顾成本和效率

作为整体加工方案的提供商,伊斯卡已为包括叶轮叶片、叶片连杆、叶片轴承、轮毂、轴销、主轴、主轴承座、齿轮、齿轮箱、偏航系统、和行星架、支架底座和塔架法兰等风力发电机零件提供完整的切削解决方案。

主轴的加工以车削量为最大,需去除成吨的毛坯余量,且加工主轴毛坯锻件表面需要有很高的可靠性和很高的金属去除能力,这种高效的车削不仅要考虑重车、粗车,也需在精车时得到体现。主轴外圆的重车属于极端的车削,锻件硬的氧化皮、很大的毛坯余量,采用了:(1)伊斯卡重型车削系统——LNMX42,其最大切除余量30mm,fn=1~2.5mm/r,Vc=80m/min;(2)对于余量较小的粗车采用束魔车刀,SUMOTURN-CNMM19大正前角的粗车,切削力小,ap=3~10mm,fn=0.35~1.2mm/r,Vc=80~120m/min;(3)精车用螺旋刃立装车刀HELITURN TG带修光刃刀片ap=1~6mm,fn=0.3~0.8mm/r,Vc=120~200m/min独特的螺旋切削刃并带修光作用可实现高效率的精车;粗车刀片材质SUMOTEC8250,精车刀片材质SUMOTEC8150,精加工表面粗糙Ra0.8~0.4μm;(4)霸王刀外圆车削-切槽,多向切削加工,且有高加工质量;(5)深孔钻削,STS单管钻系统,直径范围D14.5~245,一次钻削加工精度IT9;(6)浅孔钻削,DR螺旋钻,螺旋内冷,加强的大螺旋排屑槽,钻杆强固抗扭转载荷更佳。(7)攻螺纹。整个方案提高效率30%~100%。

采用了伊斯卡最新的HELITANG T490,包括面铣和螺旋插补铣替代大孔粗镗,刀片立装结构承载能力强切削效率高,正前角的螺旋刃切削平稳轻快且切削力小,双面刀片高精度90˚方肩铣台阶和内孔面,螺旋插补铣时进给高达800~1000mm/min; 工序3型腔的粗铣可用快进给的飞蝶铣刀,fz=3.5mm/z,极高的金属切除率,且刀片双面6刃经济性好;45˚HELIDO面铣,可在同一刀体上安装正方形双面刀片和八边形双面刀片,切削轻快,有效刃数翻倍为8和16,经济性进一步提高,同一刀体上采用修光刀片可作精加工;模块式硬质合金束魔变色龙钻和变形金刚立铣刀,不仅夹持强度提高,生产效率高,刀具寿命也进一步增加;蝴蝶三面刃铣刀TANGSLOT背铣和硬质合金螺纹铣,先进的加工方式灵活方便高效;模块式镗削系统ISTBORE,铝质镗刀头大孔镗削。

刀具技术针对关键零部件优化整合

风电的车削具有“极端”的状况,切削余量大,切削时间长,要求车刀要有很高的强度和抗冲击的能力,又要能长时间稳定的工作且要求寿命高,伊斯卡束魔车刀SUMOTURN的概念,在风电这特定的条件为高效重车发挥了巨大作用。

SUMOTURN重型可转位硬质合金刀片基体通过颗粒细化和优化合金配比提高韧性,表面MTCVD和a-TEC加SUMOTEC涂层技术,即在优化的PVD和CVD涂层的基础上,再加上一层氧化铝和氮化钛,并进行后处理,使刃口表面更平滑,减少积屑瘤的形成,延长刀具寿命,再结合强化的刀片几何截形和槽形确保最佳的切削性能和顺畅的断屑,能在高进给和干切削条件下获得高的金属去除率。

风电设备制造,一边是风电升级发展的迫切需求,另一边却是风电设备市场激烈的扩张,产品要上新台阶,装备制造要迈上新台阶,效率和成本的追求变得没有止境。针对风电设备制造行业对低成本的要求,伊斯卡风电刀具所采用的刀具产品有一个HeliDo的升级,简单来说是螺旋刃刀片的双面化,直接的结果是在一个高切削性能的螺旋刃刀片上能够得到两倍的切削刃口数,当然这种升级不仅在double刃口数,在刀片的几何结构和几何参数上也优化了与之匹配的其他部件,如通过燕尾型刀片定位槽,更大的切削前角,刃口有针对性的处理,极大地提升了切削参数,很好地增加刀片的可靠性和寿命。

如伊斯卡的束魔涂层SUMOTEC刀具IC8000和IC800系列与伊斯卡自身老产品对比,寿命延长20%~50%,但伊斯卡并没有止步,而是正越来越多地生产用于风电制造的新IC6000等级刀片,具有更细的基体晶粒和梯度合成,MT-TiCN+AlphaAl2O3+SUMO等高性能涂层技术,可获得更高的加工效率和刀具寿命。

针对风电设备制造行业对新产品的要求,伊斯卡中国整合了IMC集团的其他著名品牌共同服务于中国的风电制造,如为应对风电设备齿轮构件的高效加工,伊斯卡中国与专业硬质合金可转位齿轮刀具的卓越领导者英格索尔(INGERSOLL)强强结合,不断升级其产品,硬质合金可转位齿轮铣刀,硬质合金可转位齿轮滚刀和硬质合金可转位插齿刀的加工范围向一大一小两方向发展,模数范围m6~m80。除高效粗铣和精铣齿轮外,直接粗精合一切齿,加工精度可稳定达GB8级。

除金属加工外,风电刀具还需应对非金属材质,如玻璃纤维、碳纤维及合成树脂等复合材料,伊斯卡的聚晶金刚石刀具PCDLine,以及细小波形刃刀具和菠萝刀具在国外的实践中已成功用于风机叶轮叶片的高速切削加工,并被证明可以有效防止起鳞、破损、粉碎,相信在中国也会得到良好的应用。

收藏
赞一下
0