大型回轉支承機加工工藝及刀具在回轉支承風電軸承的應用

大型回轉支承機加工工藝及刀具在回轉支承風電軸承的應用

大型回轉支承又稱轉盤軸承或特大型軸承，是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩，轉盤軸承廣泛用于起重運輸機械、港口機械、船舶機具以及其它方面的大型回轉裝置上。

  由于大型回轉支承體積大，零件截面積小，加工精度高，工序長，易變形，因此加工的難度增大，我們對回轉支承的各部支承環、外圈采取了相應的工藝措施，并按照設計要求加工出來，經裝配試車和一年多的使用檢驗，完全滿足了原設計要求，有些方面甚至高于原設計要求。

1，  毛坯鍛制的選擇

回轉支承的大型加工件有三件支承環、外圈、固定環。由于支撐環和固定環屬薄壁的環形零件，若單件毛片鍛制是需要毛坯余量較大，同時為防止熱處理變形，調制余量也需增大。由于固定環和支撐環內外圓尺寸比較近似，經過反復分析，鍛制大型鍛件比較容易，將固定環與支撐環鍛打為一體，這樣一套回轉支承其毛坯鍛件為兩件，一件外圈，另一件為固定環和支撐環的合鍛件。

2，  淬火處理

由于固定環、支承環要求淬硬層為3-5mm 表面淬火后硬度達到HRC55-60.該零件直徑尺寸較大，但截面積尺寸較小，精車到量后再表面淬火，變形量如果超差，那就只能報廢，損失大。如先淬火，則淬硬層厚度應為留量加上3-5mm，如留量小于變形量，則造成廢品，若留量大于變形量，則難加工。經過計算確定，半精加工時，淬火面滾道面留量2mm，淬硬層厚為5-7mm，如果在淬火時多點支承，則變形量小與1.5mm.

精加工

在車削過程中，由于其硬度基本為HRC59-60 所以先用我們研制的特種合金刀具并采取低速小進給進行車削，待留量為0.02mm時，再用砂輪進行磨削至尺寸要求時，以達到尺寸粗糙度要求與圖紙技術要求，為制造優質的回轉支承奠定了基礎。

華菱BN-S20立方氮化硼刀片在回轉支承、風電轉盤軸承行業的應用    

     回轉支承/風電轉盤軸承套圈表面淬火后硬度達到HRC55～62，淬硬層一般為3～5mm, 50Mn或42CrMo材質回轉支承、風電轉盤軸承套圈以車代磨常用立車進行干式切削加工；回轉支承環硬車削工序因為加工余量大而且滾道和軸承面在淬火后加工(硬車)時加工精度要求嚴格，對硬車刀片的韌性和耐磨性提出了很大的挑戰。超硬硬車刀片的性能平衡成為回轉支承、風電轉盤軸承以車代磨工藝的關鍵步驟。立方氮化硼刀片是目前黑色金屬加工用刀具中最硬的刀具材質，作為熱后硬車刀片已經廣為熟知，由于脆性的限制，一般限于淬火后小余量以車代磨使用；根據回轉支承、風電轉盤軸承行業硬車加工余量大的特性，探討此行業以車代磨工藝以及硬車用超硬刀具的發展。

     回轉支承、風電轉盤軸承硬車加工對刀具性能的要求

     回轉支承、風電轉盤軸承的熱后硬車工序的加工余量是根據此前的熱處理工藝及淬火變形量預留的，一般回轉回轉支承、風電轉盤軸承淬火后硬車余量為2—6mm；硬車刀片在大余量加工淬火后的回轉支承、風電轉盤軸承內外圈時需要優異抗沖擊韌性；可見回轉支承內外環淬火后硬車難點在立方氮化硼刀片韌性要求高，而回轉支承滾道熱后精車光潔度要求及尺寸穩定性要求立方氮化硼刀片耐磨性能和熱穩定性優異。所以回轉支承轉盤軸承行業要么抱怨立方氮化硼刀片硬度低不耐磨造成加工光潔度差，要么是刀片太脆易崩刀，特別是斷續面切削部位。

     針對回轉支承、風電轉盤軸承硬車加工對立方氮化硼刀片的性能要求，華菱超硬研制出非金屬粘合劑立方氮化硼刀片BN-S20牌號， 作為國內唯一一家非金屬基結合劑超硬刀具，BN-S20牌號保證了立方氮化硼刀具韌性的同時，避免了因加入金屬結合劑而導致CBN刀具受熱后金屬結合劑過早軟化造成的刀片壽命降低， BN-S20牌號適合對大型淬火后高硬度工件進行中高速粗精車，其硬度為HRC98.5；可加工熱處理后硬度范圍：HRC45--HRC79。適合長時間大余量硬態車削或以車代磨。

     以車代磨工藝在回轉支承/風電轉盤軸承行業的可行性及新牌號CBN刀具的使用案例：   

     案例一：以BN-S20牌號超硬刀片加工風電轉盤軸承套圈為例，淬火后精車余量5mm；線速度90-150m/min淬火后精車粗糙度溝道表面粗糙度達到Ra0.3μm，滿足以車代磨工藝要求；熱后硬車雙桃形溝道的溝底跳動全部＜0.005mm，從加工效率和成本考慮，以車代磨優勢明顯，以軸承行業加工風電1.5MW機組用變漿軸承內外圈（尺寸：外徑φ1900mm，厚130mm）為例，如果淬火后加工余量全部采用磨削加工，磨時間是18小時以上，采用以車代磨工藝，時間只需4.5小時。在同樣加工精度的要求下，采用車加工效率是磨加工的4倍；從刀具耐用度來講，BN-S20牌號立方氮化硼刀片車削1900風電變漿軸承套圈為例，可精車30多件套圈；所消耗的電能及人工，物料耗材卻只有磨削的1/5；刀具耐用度高，使用成本更低。

     案例二：淬火后硬車50Mn材質大型回轉支承外環，熱處理后硬度HRC55，單邊加工余量2.5mm。因50Mn環件淬火后的變形，內孔呈不規整圓形，原用超硬刀片經常出現崩刃現象，為了降低刀具的崩損損耗，只能采用多次走刀加工完成，導致加工效率低，設備占有率高，電費、輔助材料費用等綜合加工成本增加。采用非金屬粘合劑BN-S20牌號超硬刀片，切削深度2.5mm左右，不規整處達到3mm；采用一次走刀加工完成，減少走刀次數加工效率提高3倍，刀片并不是令人擔心的崩刀、碎裂；且因非金屬粘合劑熱導率高，在相同轉速下，比原常見金屬粘合劑整體超硬刀片壽命高出50%。 BN-S20材質C超硬刀片相比普通超硬刀片，制造成本只增加了10%，但換來的是3倍的加工效率提升和1.5倍的刀具壽命，用戶的刀具使用成本大幅度降低。

     用以車代磨工藝對熱后回轉支承、風電轉盤軸承內外圈硬車加工時，與磨削相比，避免了磨削燒傷，而且，硬車削大型軸承可選擇干式切削方式，經濟環保；而且相比磨削加工，硬車削下來的鐵屑可以很方便處理，作為資源回收利用成本低，減少對環境污染。

     以車代磨工藝的風險及控制

     硬車所用機床間隙和剛性決定了震刀、讓刀問題的發生幾率，亦會影響加工工件的尺寸精度和表面粗糙度，所以需要根據自身工件的要求及現用設備狀況針對性的選擇刀片的幾何形狀包括立方氮化硼刀片刃口的微觀處理，以最大程度降低以車代磨工藝風險。

     針對回轉支承、風電轉盤軸承行業以車代磨，常用刀片幾何尺寸型號根據轉盤軸承型號和工藝選擇；一般內外圈部位加工常用立方氮化硼刀片材質牌號BN-S20；它不但適合大直徑回轉支承和風電轉盤軸承，也適合非標軸承以車代磨，直徑500mm以下整體淬火硬度HRC60以上軸承套圈的大余量一次走刀代替粗磨工序；對于淬火后加工余量小于0.3mm的小尺寸軸承套圈可選用BN-H20牌號立方氮化硼.

     需要注意的是對淬火后軸承套圈硬車削余量較大或有斷續加工時刀片需刃口處理0.2*20度負倒棱，且配套車刀桿設計出裝卡負前角6-7度為佳；小余量熱后精車時刀片刃口處理一般取0.1mm負倒棱；刀片刀尖圓弧半徑根據軸承套圈車加工所用工裝夾具進行選擇，以確保整個以車代磨加工過程不振刀，不讓刀。

大型回轉支承機加工工藝及刀具在回轉支承風電軸承的應用