内齿磨削问题

zengxiaodong

HRCGEAR 发表于 2022-3-21 15:51
是的，感应淬火+磨齿 是正解。
另外调质到HB400，这只是考虑了齿轮强度，没有考虑加工的可行性和经济性 ...

最好是渗碳钢，渗碳淬火磨齿，这样的齿轮才具有最高的齿面接触疲劳强度！

mwp2022

zengxiaodong 发表于 2021-9-12 17:46
模压淬火，可以参考一下

http://www.gearbbs.net/forum.php?mod=viewthread&tid=264493&extra=page%3D ...

这个设备我们也有。但是综合来说，内齿圈渗碳淬火+磨齿成本还是增加了。当然了，在变形可控的条件下，强度肯定是提高了。

zengxiaodong

mwp2022 发表于 2022-11-18 08:55
这个设备我们也有。但是综合来说，内齿圈渗碳淬火+磨齿成本还是增加了。当然了，在变形可控的条件下，强 ...

成本增加那是肯定的，但是假设成本增加了20%，而强度增加100%的话，那就说明物有所值！


其实，严格来说，渗碳淬火磨齿应该是成本大幅度降低才对，我指的是针对新设计方案的话，渗碳淬火磨齿齿轮可以用更小的模数，大幅度减少齿轮箱的体积和重量，实现综合成本的最小化。

mwp2022

zengxiaodong 发表于 2022-11-18 09:11
成本增加那是肯定的，但是假设成本增加了20%，而强度增加100%的话，那就说明物有所值！

可能主要是内齿磨齿设备还不普及吧，我们家做很多变速器及减速机用内齿圈，基本上都是氮化——

yanta82

讨论问题不要猜想。从风电齿轮箱发展到现在，仅对于内齿圈的工艺有调质（最终磨齿）、氮化（通常调质后磨齿、氮化后结束）、感应淬火（最终磨齿）、渗碳淬火磨齿。
限制：
       1、由于内齿圈外径大，如果渗碳淬火的工艺掌握不好，变形很大，磨齿不经济，国内采用的厂家目前知道的只有天津一家采用，采用淬火专用压床（宣传资料介绍），曾经国内一家专攻两年，淬火工艺解决不了变形，最后作罢认输了。
       2、感应淬火：是淬火裂纹工艺问题，国内采用的厂家目前知道的只有南方的一家采用，国内一些厂家有采购的感应淬火设备，但工艺参数还要摸索，需要花费大量的银子及时间，除非偷艺。
       3、调质工艺： 主要是齿面硬度低，磨损大。5年前，国外一家有名的齿轮箱厂为了打入国内市场，想把氮化的工艺改成调质、节省成本，他们认为调质运行也没问题，不知落实了没有，但到今天，他们的齿轮箱是供货国外，国内很少有供货的，原因太贵。曾经用调质工艺的内齿圈与感应淬火的对拖，当量20年寿命加载测试，时间一样约20多天、受力一样，齿轮箱大小一样，对比下来，感应淬火的没磨损，而调质工艺的内齿圈磨损以mm计（对照手册磨损量是否损坏，判断磨损正常，寿命期内没问题），但那仅是加载测试，实际运行不知，讨论下来为了稳妥，采用了氮化，后期实际运行氮化工艺没磨损。
     4、氮化，氮化后也可磨齿，如果氮化后变形量小到磨齿后有效硬化层符合要求，也未尝不可，一般氮化后不磨齿，精度6-7级，磨齿是没必要，也不经济。对于风电齿轮箱，由于模数很大，采用氮化的工艺是抗磨损而不是提高齿面及齿根的疲劳强度。国外一家齿轮箱厂的氮化的理念就是抗磨损，他们的层深0.3。

zengxiaodong

1、课题来源于背景

高强度大型(直径1米以上)薄壁内齿圈是高精重载传动齿轮箱的关键部件,其齿面抗接触疲劳强度和齿根抗弯曲疲劳强度对整个传动系统的寿命和可靠性起着决定性的作用,是目前制约齿轮箱大功率、轻量化、高可靠性发展的关键因素之一。国际上有成熟经验并得到大规模实际应用验证的只有在坦克、舰艇等军工行业传动箱技术的领导者--德国RENK公司。其关键技术是解决圆度变形小(小于1mm)和硬度梯度平缓的难题,目前国际上很多专业厂家因不能在以上渗碳淬火技术上得到突破而无法广泛应用。 为了满足国内风电齿轮箱长寿命和高可靠性要求,华建天恒独家引进了德国RENK公司的AEROGEAR专利技术。AEROGEAR是RENK公司为满足风电行业对增速箱高可靠性要求从军工齿轮箱推广而来的专利技术,其主力机型MM82共计有1800多台无故障运行十多年,其关键零件内齿圈采用渗碳淬火工艺就是保证高可靠性的优势之一。华建天恒基于国内原材料和工艺水平,在引进消化吸收的基础上,自主创新,实现了高强度大型薄壁内齿圈渗碳淬火技术的国产化。

2、技术原理及性能指标

⑴关键技术
采用锻后高温固溶预处理+多循环变碳势渗碳等组合工艺渗碳,使内部组织更均匀,渗碳层碳浓度梯度更平缓,对后续淬火变形影响更小 采用全自动装置对内齿圈进行限形淬火。整个限形淬火过程,如加热、转移、定位、套模、淬火、清洗、回火及脱模等工步,全部自动完成,基本消除人为因素影响。 特殊设计的淬火模具使淬火油的流向更加合理,产品变形更小。 独特的脱模工艺和全自动脱模机构,使产品与模具自动无损分离,完全消除了加热内齿圈分离模具的缺陷。

⑵主要技术指标(渗碳淬火后) 产品特征
RENK技术要求 实测值 齿顶圆圆度变形≤0.7mm(外径2000mm以内) ≤0.5mm(外径1750mm) 硬度梯度 58-62HRC 59-60HRC

3、技术的创新性与先进性

⑴全新研发并制造了一套内齿圈全自动限形淬火装置,最大淬火直径可达2.2米,单件重量可达3吨。内齿圈限形淬火全过程,如加热、转移、定位、套模、淬火、清洗、回火及脱模等工步,全部自动完成,实现了无人操作,改变了国外采用大型专用压淬机床的传统工艺与装备,而且造价不到国外设备的十分之一。在已生产的产品中,外径1750mm的内齿圈渗碳淬火后的圆度变形小于0.5mm,而行业中处于国际领先地位的德国RENK公司圆度变形为0.7mm,本创新点处于国际领先水平。

⑵创新设计的淬火模具使淬火油的流向更加合理,淬火时内齿圈内外冷却更加均匀,产品变形更小。而且在批量生产时,磨损后的模具修复成本比常规模具低五分之四。本创新点属于国际首创,处于国际领先水平。

⑶自主创新的全自动脱模工艺和设备,使产品与模具自动无损分离,完全消除了感应或火焰加热内齿圈分离模具而有可能过热产品的缺陷,取代了依赖技术工人的经验进行操作的传统工艺,本创新点属于国际首创,处于国际领先水平。

⑷创新应用高温固溶预处理＋多循环变碳势渗碳等组合工艺,使渗碳淬火后硬度梯度平缓,与RENK公司技术水平相当,达到国际先进水平。

4、技术的成熟程度、使用范围和安全性

本项目属于国际先进的制造技术项目,开发的成套设备及工艺技术国产化率达到了100%,研制的设备制造成本远低于国外同类设备,采用渗碳淬火工艺生产的内齿圈的成本也远低于国外同类产品。本公司对整套设备及工艺技术的集成拥有完全知识产权,可将成套设备和工艺技术推向市场,也可将渗碳淬火内齿圈作为单独的产品推向市场。 该技术的成功突破,实现了行星齿轮传动机构所有齿轮传动都是硬齿面传动,实现了我国风电、船舶推进器、海工平台、轨道交通、坦克装甲车和大型电动轮矿车等领域齿轮箱的轻量化和高可靠性,其科学价值和意义重大。本项目属于环境友好型项目,2011年10月通过了天津市宝坻区环境保护局评审(宝环许可证【2011】18号)。

5、应用情况及存在问题
本项目主要经历了三个阶段：
(1)2010年11月至2012年4月,完成设备研制及安装调试;
(2)2012年10月至2013年1月,完成工艺研发与样品试制;
(3)2013年2月-2013年5月,成功验证全自动限形淬火装备和全自动脱模装置及工艺的稳定性和可靠性,并完成产品在整机厂的批量配套应用。

下一步研究方向：
优化内齿圈材料及热处理工艺,如根据内齿圈服役条件,利用本技术淬火变形小的优势,在保证最终有效硬化层深的情况下减少渗碳层深,缩短热处理时间;减少磨齿余量,缩短磨齿时间,提升加工效率,降低成本,使渗碳淬火内齿圈的制造成本与氮化内齿圈,甚至感应淬火内齿圈相当,具有更强的市场竞争力及更广的应用领域。

zengxiaodong

大型淬硬内齿圈加工工艺研究_吕海波.pdf (292.66 KB, 下载次数: 6)

2022-12-2 14:53 上传

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sanweisk

挺好的资料，谢谢分享！

woodykissme

zengxiaodong 发表于 2021-1-27 17:59
我把压箱底的宝贝贡献出来，提供2018版标准如下，供大家下载参考。

专业，值得学习

hyfjy

风电内齿圈是一种要求十分苛刻的机械零件，风电的所有零件原则上都要求终身制，几乎无法承担极高成本的“维修”，故对于风电内齿圈的材质，机械工艺，热处理工艺，是一种貌似简单的高技术含量工艺，不经过数次实践检验是无法体会到其工艺的艰难性的，从理论上，要想达到使用20年以上的寿命，就是相当不简单的，也就是在计算中，必须留有足够的超越的储备强度，无论是接触强度，弯曲强度都是这样的，与普通外齿轮有所不同，加上国内的大型轧钢厂，要么是只能提供材质不清的坯料，到关键热处理后才看到严重的变形（大批量的热处理废品），有是一开始对使用条件的苛刻性理解不足的经验问题，也有的是按常规的设计方法，认为强度已经达到要求的条件而在实际的工作条件中，即使是偶然事件，造成了风电齿轮箱的损坏，直接报废成本，都会产生巨大的损失。大型机械零件的精密加工，对材料质量的超过通常标准的要求，都给中国的“基础研究”上了很好的一课。目前，风电齿轮的批量生产，已经走出了比较成熟的路，回头看去，经验，教训，都是值得的。这类内齿轮的磨齿，与一般通用机械中中小模数内齿轮的磨齿，工作环境不同，技术要求也不一样，内齿轮成型磨床似乎也远不能解决工程机械中许多需要解决的工艺，任重而路远，在中小型，微小型齿轮箱结构中，几乎是没有什么办法的，目前最适用的仍然是氮化工艺，每种工艺都会在实践中不断优化，以适应用户的各种需要。