改进加工工艺和加工设备 提高风电齿轮加工质量

    风力发电机组主传动齿轮箱位于风轮和发电机之间，是一种在无规律变向载荷和瞬间强冲击载荷作用下工作的重载齿轮增速传动装置。

    风电机组机舱内不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，这个环节常常是机组中的齿轮箱。当然，最理想的情况是让齿轮箱完成传递扭矩和增速的任务而不承受其他附加载荷。实际上这不仅不能实现，而且还会由于风况的多变和机组的复杂变形避免不了许多附加负荷的作用，增添了不少不确定的因素。

    风电齿轮箱是各种工业传动装置中要求最高的产品之一，除了可靠的设计外，必须在制造环节把好关。从原材料、毛坯、检验、加工、装配、试验等一系列程序入手，环环相扣、层层把关，不放过任何细节。

齿轮加工的特点及要求

    在制造工艺方面应加强材料、热处理及加工的研究。目前我国在齿轮用材料的纯净度和和淬透性带宽的控制方面与国外相比还有较大差距。齿轮的承载能力是由外部载荷条件和内部制造条件如材料质量和工艺过程决定的，因此，必须适应我国的现有条件，对齿轮的设计计算和制造工艺适当放些裕度，再逐步向国际水平靠拢，通过累积经验，精心组织齿轮箱的结构与工艺设计，采取严格的质量控制措施来达到预订的要求。

    齿轮箱失效的主要形式是轮齿折断和齿面点蚀、剥落等。除了自身的结构和设计制造因素外，机组的动力学结构和特殊的使用条件也会加速齿轮的失效进程。由于运转中齿轮箱是变工况的，在齿轮受风载频繁变化冲击时，齿轮的微动磨损超过了一般设计的预期，往往使用2～3 年就出现齿轮点蚀，这种失效与接触精度和硬化表层物理冶金因素有关。对付点蚀，要保证齿轮的疲劳强度和加工精度，所有能用的上的措施都采用也不为过，这包括用材料控制、热处理和机加工的衔接、提高齿面精度和粗糙度、烧伤的控制等。

    另外，应充分注意增速传动与减速传动的区别，变位系数的选择应有利于降低滑差率，应根据载荷情况作必要的齿形和齿向修形，齿轮均采用优质低碳crni合金钢材料制作、热后磨齿工艺，渗碳齿轮热处理按iso 6336-5(gb/t3480-5)《齿轮强度和材料质量》最高级别me的要求来控制热处理质量，外齿轮精度不低于5级gb/t10095。内齿轮采用相同材料的工艺或中碳合金钢氮化工艺，精度也不应低于6级gb/t10095。要采取一切措施减小热处理变形，防止磨削烧伤、裂纹等缺陷。

    在齿轮切削工艺方面，滚齿所占份额较大，采用高速滚齿意义重大。为了实现高速滚齿，要从机床和刀具入手，创造必要的条件。滚齿机必须提高刚性，提高滚刀头的驱动功率，提高数控、伺服功能，实现温度补偿等。重庆机床厂近年来开发的高速重切削系列滚齿机已能在风电齿轮行业发挥作用。

齿轮加工工艺及刀具设备选择

    目前生产中应用的高速钢滚刀多采用涂层处理，刀具材料镀敷tin涂层后，其基体韧性好，涂层耐热、耐磨，防止崩刃，切削速度可提高至120～150m/min。硬质合金镶块滚刀或整体粉末冶金硬质合金滚刀也得到广泛的应用。利用粉末冶金烧结成形法制造的整体硬质合金滚刀经过涂层处理，切削速度可提高到250m/min以上，轴向进给量可达到3～6mm/r。而且只要设备条件允许，可实现干切。采用干切可以减少原来使用切削冷却液所带来的油雾对环境的污染，而且大幅度地提高效率。除了提高切削和进给速度以外，应尽可能采用多头滚刀。增加头数能明显提高切削速度，减少切削刃切削次数，有利于滚刀的切入，减少磨损，提高刀具寿命。

    在现代化的大型滚齿机或专用铣齿机上，可以配置内齿轮铣头，采用盘形铣刀，以铣代插，逐齿分度将内齿圈齿形加工余量切除，后续再用内齿磨削方法获取最终齿形。与采用插齿工艺相比，效率提高了数倍。随着加工中心功能日益强大，其4轴以上联动以及高精度定位、分度的功能可以用于齿轮的切削加工并且效果良好，已有的应用实例是使用指状铣刀数轴联动加工圆柱齿轮、人字齿轮甚至螺旋伞齿轮，最具特色的是所加工的人字齿轮可以没有退刀槽，使用超细晶粒涂层刀具尚可进行硬齿面加工。

    风电齿轮精度要求高，目前磨齿加工仍然依赖进口设备，近年来我国引进的为数众多的高精度成形磨齿机群足以满足行业的需求。为了提高承载能力，几乎所有的齿轮都要求齿形齿向修形，而在先进的磨齿机上配备了精确的砂轮修整装置和在线检测仪器，在机载软件的支持下能够实现3～5级齿轮的修形磨削要求。

    齿轮喷丸强化技术对齿面，特别是齿根表层的金属组织结构、残余应力以及疲劳强度的影响是十分明显的，风电齿轮特别要求进行这样的处理，许多企业已进行尝试，但在喷丸工艺及其设备的研究方面，有待进一步验证。

    目前国内风电齿轮的生产水平与国外相比，如果不考虑齿坯材料的因素，工艺差距并不大。这主要是风电齿轮行业在设备的投入比较到位，国内设备和刀具厂家积极的参与和更加注重质量的管理和控制。只要持之以恒，加强现场管理和精益生产，我国风电齿轮行业会很快踏上一层台阶，迈入国际先进行业。