風力發(fā)電是我國實現(xiàn)“碳中和”“碳達峰”目標的重要能源來源，近年來我國風電制造行業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模不斷壯大，風力發(fā)電機組也在不斷向海上風電、大兆瓦機組發(fā)展，同時對風力發(fā)電機組各零部件的壽命要求也在不斷提高。齒圈作為風力發(fā)電齒輪箱中必不可少的重要零件，其加工精度與表面加工質(zhì)量對于傳動嚙合的平穩(wěn)性、可靠性具有重要影響。磨齒是齒圈精加工中的最后一道工序，目的是修正齒圈在熱處理后的變形，保證齒面精度與光潔度。在磨削加工中，很多因素都對最終的齒面質(zhì)量有影響，為了在風力發(fā)電這種載荷大且載荷不均勻的工況條件下，提高齒輪與齒圈嚙合的可靠性，延長使用壽命，本文對齒圈最后一道精加工工序——磨齒工序進行了研究，并對磨齒工藝進行了試驗，分析了齒圈齒面加工質(zhì)量的影響因素，以有效提高齒面質(zhì)量。
一、磨齒試驗
磨齒試驗參數(shù)選定：磨齒工序是通過安裝在磨齒機上的砂輪，按照輸入的程序和參數(shù)，對齒面進行精密磨削加工的工藝。目前風電行業(yè)為了保證磨齒后齒形與齒向精度，多選用進口品牌磨齒機，如Gleason-PFAUTER、NILES、 HOFLER 等。本次磨齒采用Gleason-PFAUTER P2400G磨齒機進行齒圈的磨齒加工，該磨齒機最大加工零件直徑可達2500mm，適用于大中型風電齒圈加工。在齒圈磨齒時需要輸入的參數(shù)有齒圈模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、公法線或跨棒距、齒形齒向修型參數(shù)、砂輪線速度、砂輪沖程速度及砂輪修整參數(shù)等。其中模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、公法線或跨棒距、齒形齒向修型參數(shù)決定了被磨削零件齒形齒向參數(shù)是否與圖紙相符，并不決定零件磨削后齒面表面質(zhì)量，因此選擇砂輪線速度、砂輪沖程速度兩個參數(shù)作為變量研究其對齒圈齒面表面質(zhì)量的影響，并將砂輪修整參數(shù)調(diào)整為每齒磨削后修整，保證每齒磨削時砂輪的狀態(tài)一致。同時，砂輪的粒度作為砂輪的重要參數(shù)也應被作為影響齒圈齒面表面質(zhì)量的參數(shù)之一。
磨齒試驗方案：根據(jù)實際加工情況，本次試驗的影響因素設(shè)置如下：砂輪線速度v 分別取30m/s、35m/s、40m/s;砂輪沖程速度vf 分別取2500mm/min、3000mm/min、 3500mm/min;砂輪粒度分別取46目、60目、80目。對3個影響因素進行試驗設(shè)計，試驗方案見表1。
將待加工零件裝夾在工作臺上，對每個齒進行編號并做鋼印標記編制程序進行磨齒，磨量設(shè)定為 0.05mm，分為半精磨與精磨，半精磨磨削量為每沖程 0.02mm，精磨磨削量為每沖程0.01mm，每組試驗方案磨削3個齒以減少偶然因素的影響。
零件加工完畢后，為了更好地研究齒面表面質(zhì)量，需要對齒圈進行線切割，制作齒形試樣，切割時應注意齒面保護，并控制切斷點盡可能靠近齒根，制作好的齒形試樣如圖1所示。
二、試驗結(jié)果及分析
對表面粗糙度影響：齒形試樣制備完成后，采用粗糙度測量儀對齒面進行測量，在齒形試樣的左齒面和右齒面沿齒寬方向靠近齒面中間位置選取3個點，測量結(jié)果取6次測量的平均值，結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出：當砂輪粒度和砂輪沖程速度一定時，砂輪線速度v越高，齒面粗糙度值越低，齒面越光滑，這是由于砂輪是由一個個大小基本相同的磨粒粘結(jié)而成的，每個磨粒可被看作一個切削刃，砂輪線速度低，單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒少，切削刃數(shù)量少，單個切削刃吃刀量大，塑性變形嚴重，零件表面會由于塑性變形產(chǎn)生溝槽，表面粗糙度差，當砂輪線速度提高時，單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒增多，切削刃數(shù)量增多，單個切削刃吃刀量減小，塑性變形減小，零件表面形成的溝槽深度較小，表面粗糙度變小，但砂輪線速度也不能無限增大，過大的砂輪線速度會使磨削表面產(chǎn)生大量的磨削熱，有可能導致磨削表面燒傷甚至產(chǎn)生磨削裂紋;當砂輪線速度和砂輪粒度一定時，砂輪沖程速度越低，齒面粗糙度值越低，齒面越光滑，這是由于砂輪沖程速度增大后，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒減少，每個切削刃磨削的范圍變大，磨削力增大，從而加大塑性變形，齒面粗糙度變差，提高砂輪沖程速度在一方面會提高磨削效率，減少磨削時間，另一方面則會加快砂輪磨損，影響零件表面粗糙度，因此在實際生產(chǎn)時需要綜合考慮;當砂輪線速度和砂輪沖程速度一定時，砂輪粒度越高，齒面粗糙度值越低，齒面越光滑，砂輪粒度表明了砂輪磨粒的大小，砂輪粒度越高說明砂輪磨粒越小，單位面積上的磨粒越多，參與磨削的切削刃數(shù)量越多，每個切削刃切削厚度越小，表面粗糙度好，但砂輪粒度越高，越容易發(fā)生堵塞，導致磨削熱量不能及時被冷卻液帶走，易發(fā)生磨削燒傷。
對齒面硬度的影響：使用顯微維氏硬度計對齒形試樣進行硬度測量，每個齒形試樣測量3次，取平均值進行對比。砂輪沖程速度vf=2500mm/min、砂輪粒度為46目時，不同砂輪線速度下齒形試樣的硬度測量結(jié)果如圖2所示。砂輪線速度v=35m/s、砂輪粒度為60目時，不同砂輪沖程速度下齒形試樣的硬度測量結(jié)果如圖3所示。砂輪線速度v=40m/s、砂輪沖程速度vf=3000mm/ min時，不同砂輪粒度下齒形試樣的硬度測量結(jié)果如圖4所示。
由圖 2～ 圖 4 可以看出：齒面硬度在 HV354～ HV398范圍內(nèi)變化，并且隨著與表面距離的變大而減小，與砂輪線速度v、砂輪沖程速度vf、砂輪粒度并無明顯的變化相關(guān)規(guī)律。這是由于磨削加工會使零件表面發(fā)生塑性應變，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，從試驗結(jié)果中可以看出硬化層深度大概在50μm～55μm 左右，硬化層的硬度大于基體的硬度，硬化程度約為11%左右。硬度測試結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)有硬度異常的點，說明該次試驗齒面磨削沒有出現(xiàn)磨削燒傷而導致硬度降低的情況。
三、結(jié)論
通過對齒圈磨齒工藝進行分析，確定了磨齒試驗參數(shù)，以砂輪線速度v、砂輪沖程速度vf 以及砂輪粒度為研究對象，通過不同參數(shù)的試驗，研究其對磨齒表面粗糙度和表面硬度的影響。結(jié)果表明：砂輪線速度v、砂輪沖程速度vf 以及砂輪粒度對表面粗糙度有影響，對表面硬度無明顯影響。本文研究為實際生產(chǎn)中的參數(shù)選擇提供了依據(jù)，對制定合理工藝參數(shù)有重要的參考意義。
參考文獻略.