高压电机用高强度转子轴锻件及热处理加工方法技术

本发明专利技术涉及一种在高压电机转子轴转子直径达1040mm的前提下，能够满足高压机转子轴运行平稳性要求的高压电机用高强度转子轴加工方法，转子轴加工：a.轴承档圆度要求需控制在0.006mm，数控车床加工时，将中心架支撑滚轮工装改进为巴氏合金材质的平面托瓦，摩擦方式由滚动摩擦更改为滑动摩擦；工序转入磨床精磨后，当待磨量磨至0.3mm后，静置时效处理1周，按要求尺寸加工到位；b.在轴要求最高的轴承档区域，即平面度0.012mm，垂直度相对于轴承挡0.012mm，轴瓦端面粗糙度0.63以下时，采用平面、端面一体联合加工，采用砂轮定位精确控制，使用金刚石砂轮刀将砂轮平面修整为倒锥的小块接触面，在加工时以进给方式磨削轴瓦平面，保证平面度控制在0.008mm，垂直度控制在0.005mm；c.转子轴大外圆表面共计144个带倒角的螺纹孔，采用复合钻一次加工成型技术，预定位、钻倒角、钻螺纹底孔一步完成。

High strength rotor shaft forgings and heat treatment methods for high voltage motors

The invention relates to a high strength rotor shaft machining method for high voltage motor with the rotor shaft diameter of high voltage motor with the diameter of 1040mm, which can meet the requirements of the rotor shaft running stability of the high voltage machine. The rotor shaft is machined: the requirement of A. bearing gear roundness needs to be controlled in 0.006mm. The friction mode is changed from rolling friction to sliding friction, and the process is transferred into the grinding machine after grinding to the grinding machine. After the grinding amount is grinded to 0.3mm, the static aging treatment is 1 weeks, and the B. is required for the highest bearing gear area, the plane degree 0.012mm, the perpendicularity relative to the axis. Bearing 0.012mm, when the surface roughness of the axle bush is less than 0.63, the plane and the end face are combined to process, and the grinding wheel is used for precise control. The diamond wheel cutter is used to trim the surface of the grinding wheel into the small contact surface of the inverted cone. The plane of the bearing is grind with the feed mode in the process of processing, and the plane degree is controlled in the control of the perpendicularity of the plane at the verticality. On the 0.005mm; the large outer surface of the rotor shaft of the C. rotor is made up of 144 chamfered thread holes, and the combined drill is used for one time processing and forming technology.

【技术实现步骤摘要】
高压电机用高强度转子轴锻件及热处理加工方法
本专利技术涉及一种在高压电机转子轴转子直径达1040mm的前提下，能够满足高压机转子轴运行平稳性要求的高压电机用高强度转子轴加工方法，属高压电机轴制造领域。
技术介绍
随着目前全球海洋经济的不断建设，船舶制造业的精益求精，传统的低压电机已不能胜任船舶用电力的需求，而逐步被高压及超高压电机所取代，高压电机的高端制造已逐渐体现出其重要性。目前国内对于大型高压电机制造仍存在技术瓶颈，如高速运转时，整体电机的稳定性，内部各关键零部件间的兼容性等，均需进一步研究分析。转子轴是高压电机最核心的组成部分，其质量优劣直接影响整台电机的运转作业，目前该类高强度大型转子轴加工不仅存在材质上的瓶颈，依靠进口，而且加工难度非常大，要求轴承档圆度要求需控制在0.006mm，在轴要求最高的轴承档区域(平面度0.012mm，垂直度相对于轴承挡0.012mm，轴瓦端面粗糙度0.63以下，保证平面度控制在0.008mm，垂直度控制在0.005mm，并且需要一次性完成转子轴大外圆表面共计144个带倒角的螺纹孔且孔位位置度精准。
技术实现思路
设计目的：在国内材料的基础上，根据高压电机的技术参数，设计一种高压电机转子轴转子直径达1040mm的前提下，能够满足高压机转子轴运行平稳性要求的高压电机用高强度转子轴加工方法。设计方案：为了实现上述设计目的。1、高压电机用高强度转子轴锻件成分优化设计：材料的机械性能是由其金相组织决定的，而金相组织又与材料的化学成分和热处理方式密切相关。所以选择合适的化学成分对本申请的研发有极其主要作用。根据电机转子轴的强度、冲击韧性要求高，尺寸大等特点，在选择材料时就要选择淬透性好的材料，而在所有的结构钢材料中，铬镍钼钢就有此特征。下表是两种常用的铬镍钼钢的化学成分标准。34CrNiMo6和40CrNiMoA的化学成分从这两种材料的使用情况来看，34CrNiMo6的冲击性能很好，但是抗拉强度有所不足，40CrNiMoA则相反，因此本申请结合各元素之间的作用和这两种材料的特点，经过多次反复试验、检测，优化选出能够满足本专利技术设计目的材料：C：0.30-0.36％；Si：0.17-0.37％；Mn:0.25-0.50％；P、S≤0.020％；Cr:1.30-1.60％；Mo；0.20-0.35％；Ni；1.30-1.60％。另外，考虑到转子轴的直径很大，生产中容易出现粗晶现象，所以添加0.04-0.10％的钒来细化晶粒。2、经优化后的铬镍钼钢钢锭，由于该材料Cr、Ni含量较高，钢的热加工塑性及材料导热性能相对较差，常规的生产工艺无法保证其产品的内在高质量要求。因此，需要通过材料锭型的选择、钢锭加热要求、锻造变形工艺的优化及锻造始、终锻温度的控制几个环节的把控来加以实现。首先在材料的锭型选择上，为保证锻件有足够大的锻造变形量，锻件锻造生产所选用的钢锭锭型必须为材料截面高径比大于2的瘦长型钢锭；其次，钢锭的加热必须采用分段加热，保证钢锭的内、外部受热均匀且内部组织完全奥氏体化；再次，转子轴锻件因轴身直径截面较大，为保证其有锻造比，锻造过程采用平板大压下量两次镦拔的变形新工艺技术，消除钢锭内部可能存在的铸态偏析及疏松缺陷，成形过程采用小压下量快速拔长锻造技术来保证锻件的锻造圆整度；最后，转子轴锻件的整个锻造过程分两火次完成，始锻温度控制在1230℃；锻件最终成形前的精整过程，待温度自然冷却至850℃后锻造，避免毛坯晶粒过大的现象，锻造最终完工温度不低于800℃。3、锻后热处理：毛坯锻造结束后，结合材料本身特性设计一种新型热处理工艺，该新型热处理工艺包括第一热处理工艺和第二热处理(调质)工艺，从而取代传统扩氢工艺技术(附图4)。该新型热处理工艺的理论依据：材料本身经优化后，Cr、Ni、Mo的含量相对偏高，材料本身对白点产生的敏感性增加，产品报废概率提高，这需要通过热处理科学控制；材料本身导热性及塑性较差，经大压下量镦拔后，锻造应力极大，若锻后直接空冷，内部应力若自然时效释放，会使表面可能出现锻造应力造成的裂纹缺陷等；产品调质处理时，要达到内外部高强度的要求，淬火时必须先进行水淬、后油冷的淬火工艺，要保证淬火时表面无缺陷产生，必须在淬火前拥有稳定的组织状态。(1)新型第一热处理较传统工艺相比，具有以下优点：a.第一热处理炉先空炉加热至650℃保温，毛坯锻造结束后，工件温度约800℃，静置空冷至650℃后直接装炉保温，可避免因材料本身导热性差而使内外温差过大的弊端，使工件内外部温度一致，保证组织均匀性；b.650℃保温6h消除锻造应力后，以≤35℃/h的速率炉冷至300℃，300℃保温6h，使奥氏体充分转变，后以≤80℃/h的温度升温至880℃，并保温8h，使内部组织完全奥氏体化，晶界重新排列，使组织均匀细致；c.炉冷至300℃后再次保温后升温至650℃，保温15h,然后以≤30℃/h炉冷至≤100℃出炉空冷，基本消除内部可能存在的氢气，最终组织状态为稳定的铁素体+珠光体组织。(2)第二热处理(调质处理)的优化：a.分段加热保证受热均匀，基于第一热处理稳定组织的基础上，采用水淬油冷工艺，回火前先进行250℃x6h保温，以获得尽可能多的马氏体组织；b.回火后以≤30℃/h炉冷至300℃后出炉空冷，避免第二类回火脆性的发生，使产品在具备高强度低残余应力的同时能具备稳定的耐冲击韧性。技术方案：一种高压电机用高强度转子轴加工方法，(1)转子轴材质制作质量百分数：C0.30-0.36％、Si0.17-0.37％、Mn0.25-0.50％、P和S≤0.020％、Cr1.30-1.60％、Mo0.20-0.35％、Ni1.30-1.60％、V0.04-0.10％；(2)锻后热处理及调质：a.锻后热处理：锻件锻造结束后，先静置空冷至锻件表面为650℃的待料退火炉中，在650℃保温6小时，以消除锻造时产生的应力，然后以小于35℃/h的冷速冷至300℃，并在300℃保温6小时，使锻件的奥氏体组织充分转变；300℃保温结束后以不大于80℃/h的速度加热到880℃，并保温8小时，使工件内部完全奥氏体化后以不大于35℃/h的冷却速度炉冷至300℃并保温6小时，使奥氏体组织充分转变为铁素体和珠光体；再以不大于80℃/h的速度加热至650℃并保温15小时，进行回火扩氢处理，最后以不大于30℃/h的冷却速度炉冷至100℃以下出炉空冷；b.调质处理：分段加热保证受热均匀，基于第一热处理稳定组织的基础上，采用水淬油冷工艺，回火前先进行250℃x6h保温，以获得尽可能多的马氏体组织；淬火加热时650℃保温5h是为了防止加热时由于工件内外温差过大造成工件变形甚至开裂，淬火时采用水冷40分钟再油冷140分钟，淬火后250℃保温：(3)转子轴加工：a.轴承档圆度要求需控制在0.006mm，数控车床加工时，将中心架支撑滚轮工装改进为巴氏合金材质的平面托瓦，摩擦方式由滚动摩擦更改为滑动摩擦；工序转入磨床精磨后，当待磨量磨至0.3mm后，静置时效处理1周后，按要求尺寸加工到位；b.在轴要求最高的轴承档区域，即平面度0.012mm，垂直度相对于轴承挡0.012mm，轴瓦端面粗糙度0.63以下时，采用平面、端面一体联合加工，采用砂轮定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电机用高强度转子轴加工方法，其特征是：(1)转子轴材质制作质量百分数：C 0.30‑0.36％、Si0.17‑0.37％、Mn0.25‑0.50％、P和S≤0.020％、Cr1.30‑1.60％、Mo0.20‑0.35％、Ni1.30‑1.60％、V0.04‑0.10％；(2)锻后热处理及调质：a.锻后热处理：锻件锻造结束后，先静置空冷至锻件表面为650℃的待料退火炉中，在650℃保温6小时，以消除锻造时产生的应力，然后以小于35℃/h的冷速冷至300℃，并在300℃保温6小时，使锻件的奥氏体组织充分转变；300℃保温结束后以不大于80℃/h的速度加热到880℃，并保温8小时，使工件内部完全奥氏体化后以不大于35℃/h的冷却速度炉冷至300℃并保温6小时，使奥氏体组织充分转变为铁素体和珠光体；再以不大于80℃/h的速度加热至650℃并保温15小时，进行回火扩氢处理，最后以不大于30℃/h的冷却速度炉冷至100℃以下出炉空冷；b.调质处理：分段加热保证受热均匀，基于第一热处理稳定组织的基础上，采用水淬油冷工艺，回火前先进行250℃x6h保温，以获得尽可能多的马氏体组织；淬火加热时650℃保温5h是为了防止加热时由于工件内外温差过大造成工件变形甚至开裂，淬火时采用水冷40分钟再油冷140分钟，淬火后250℃保温：(3)转子轴加工：a.轴承档圆度要求需控制在0.006mm，数控车床加工时，将中心架支撑滚轮工装改进为巴氏合金材质的平面托瓦，摩擦方式由滚动摩擦更改为滑动摩擦；工序转入磨床精磨后，当待磨量磨至0.3mm后，静置时效处理1周后，按要求尺寸加工到位；b.在轴要求最高的轴承档区域，即平面度0.012mm，垂直度相对于轴承挡0.012mm，轴瓦端面粗糙度0.63以下时，采用平面、端面一体联合加工，采用砂轮定位精确控制，使用金刚石砂轮刀将砂轮平面修整为倒锥的小块接触面，在加工时以进给方式磨削轴瓦平面，保证平面度控制在0.008mm，垂直度控制在0.005mm；c.转子轴大外圆表面共计144个带倒角的螺纹孔，采用复合钻一次加工成型技术，预定位、钻倒角、钻螺纹底孔一步完成。...

【技术特征摘要】
1.一种高压电机用高强度转子轴加工方法，其特征是：(1)转子轴材质制作质量百分数：C0.30-0.36％、Si0.17-0.37％、Mn0.25-0.50％、P和S≤0.020％、Cr1.30-1.60％、Mo0.20-0.35％、Ni1.30-1.60％、V0.04-0.10％；(2)锻后热处理及调质：a.锻后热处理：锻件锻造结束后，先静置空冷至锻件表面为650℃的待料退火炉中，在650℃保温6小时，以消除锻造时产生的应力，然后以小于35℃/h的冷速冷至300℃，并在300℃保温6小时，使锻件的奥氏体组织充分转变；300℃保温结束后以不大于80℃/h的速度加热到880℃，并保温8小时，使工件内部完全奥氏体化后以不大于35℃/h的冷却速度炉冷至300℃并保温6小时，使奥氏体组织充分转变为铁素体和珠光体；再以不大于80℃/h的速度加热至650℃并保温15小时，进行回火扩氢处理，最后以不大于30℃/h的冷却速度炉冷至100℃以下出炉空冷；b.调质处理：分段加热保证受热均匀，基于第一热处理稳定组织的基础上，采用水淬油冷工艺，回火前先进行250℃x6h保温，以获得尽可能多的马氏体组织；淬火加热时65...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱奇锋，张林洲，吕斌杰，冷怡恺，
申请(专利权)人：宝鼎科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33