En el campo de los equipos de energía eólica, el eje principal de diámetro 300-500 mm, como componente central de la transmisión de turbinas eólicas, determina directamente la fiabilidad del ciclo de servicio de 20 años de la unidad en función de la redondez del cuello del eje (requerida ≤ 0,02 mm) y la cilindricidad de la posición del cojinete (≤ 0,015 mm). Cuando una empresa líder en equipos de energía eólica procesa este tipo de husillo fabricado en acero 42CrMo templado y revenido, se enfrenta a un cuello de botella tradicional en el proceso: debe pasar por tres etapas: "torneado en torno horizontal → semiacabado en máquina cepo → rectificado de precisión en rectificadora cilíndrica exterior". El múltiple amarre provoca que la coaxialidad de la posición del cojinete supere entre 0,05 y 0,08 mm, y el aumento de temperatura del cojinete durante el funcionamiento de la unidad supere los 45 ℃ (valor aceptable ≤ 40 ℃), con un ciclo de procesamiento individual de hasta 16 horas; simultáneamente, el acero templado y revenido (dureza 280-320 HB) presenta alta resistencia al corte, y la vida útil de las herramientas de corte convencionales es únicamente de 3-4 piezas por filo. El costo de las herramientas de corte por husillo supera los 3000 yuanes.
Para superar este dilema, la empresa ha introducido el torno vertical CNC VTC70 de herramienta pesada de Wuhan para construir un sistema exclusivo de fabricación de husillos basado en "mecanizado rígido de gran resistencia + proceso completo en una sola sujeción". El equipo adopta un bastidor principal integral de fundición en arena resina (peso de la pieza fundida: 80 toneladas), que ha sido sometido a un doble alivio de tensiones mediante "envejecimiento natural durante 24 meses + envejecimiento por vibración durante 120 horas", combinado con guías hidrostáticas (capacidad de carga ≥ 300 kN), y una rigidez estructural optimizada mediante análisis por elementos finitos. La rigidez radial al corte alcanza los 55 kN/mm, pudiendo soportar establemente una fuerza radial de 35 kN durante el mecanizado del acero 42CrMo; equipado con sistema CNC Fanuc 31i-B5 y compensación dinámica mediante interferómetro láser (precisión de posicionamiento compensada hasta ± 0,005 mm), junto con un brazo de medición integrado en la máquina (precisión de medición ± 0,002 mm), logra un control preciso de la cilindricidad de la posición del cojinete ≤ 0,01 mm. En respuesta a las características de mecanizado del acero de alta resistencia, el equipo incorpora un husillo de alta potencia de 18,5 kW (velocidad máxima de 1000 r/min) y un sistema de refrigeración interna de alta presión (presión de refrigeración de 1,5 MPa), combinado con herramientas de corte CBN de grano ultrafino (dureza HV3500), suprimiendo eficazmente el desgaste de la herramienta.
Escenarios de uso del cliente
En cuanto a la innovación tecnológica, el equipo ha logrado un doble avance de "integración de procesos + control continuo de precisión" en el mecanizado de ejes: integra un mandril hidráulico de cuatro mordazas de Φ 800 mm (con una fuerza de sujeción de 300 kN), una torreta de 8 estaciones (con un tiempo de cambio de herramienta de 1,5 segundos) y una cabeza motriz para fresado de cara frontal, lo que permite realizar en una sola operación el torneado de precisión del cuello del eje (redondez ≤ 0,015 mm), el barrenado de precisión en la posición del cojinete (cilindricidad ≤ 0,01 mm), el fresado de la superficie de la brida (planicidad ≤ 0,03 mm) y el taladrado y roscado de 12-16 orificios de conexión (precisión posicional ≤ 0,15 mm). Para abordar el problema del control de deflexión en ejes ultra largos (longitud de 3-5 m), se adopta un "proceso adaptativo de soporte múltiple": mediante tres conjuntos de soportes auxiliares ajustables, se logra una compensación en tiempo real de la deformación por peso propio de la pieza (precisión de compensación de 0,005 mm), garantizando un control estable de la rectitud en toda la longitud del eje dentro de ≤ 0,05 mm/m; para el mecanizado de precisión de las posiciones de los cojinetes, se aplica un "entorno de mecanizado a temperatura constante + método de corte escalonado", manteniendo la temperatura ambiente en 20 ± 0,5 ℃ y controlando la profundidad de corte de cada capa entre 0,2-0,5 mm. Combinado con un corte a velocidad lineal constante (80-120 m/min), se asegura que la rugosidad superficial alcance Ra0,8 μm.
Proceso de sujeción
Los resultados de la implementación cumplen plenamente con los estándares de la industria eólica: el ciclo de procesamiento por pieza se ha reducido de 16 horas a 9 horas, y la capacidad de producción diaria ha aumentado de 6 a 11 piezas; la cilindricidad en la posición del cojinete del eje principal es ≤ 0,01 mm, y la coaxialidad de todo el eje es ≤ 0,03 mm, cumpliendo completamente con los requisitos de GB/T 19073-2018 "Caja de engranajes para turbinas eólicas" y con la certificación GL; la temperatura de los cojinetes durante el funcionamiento de la unidad aumentó hasta 36 ℃, y la intensidad de vibración disminuyó de 1,2 mm/s a 0,6 mm/s; la vida útil de las herramientas se ha extendido en un 150 % (hasta 8-10 piezas/pala) gracias al adecuado emparejamiento de materiales, y el costo de las herramientas por eje se ha reducido a 1200 yuanes; el sistema de Internet Industrial de las Cosas equipado en el equipo puede recopilar en tiempo real la fuerza de corte (frecuencia de muestreo 1 kHz) y la temperatura del husillo. Combinado con el modelo de predicción de vida útil restante, la tasa de utilización integral del equipo ha aumentado del 70 % al 92 %, y el tiempo de inactividad anual se ha reducido en 650 horas.
CKX52100 resuelve la contradicción industrial entre el mecanizado pesado y la precisión a nivel de micrómetro en los ejes de turbinas eólicas. El director de producción de la empresa dijo: 'Ahora nuestro eje para turbinas eólicas de 3 MW no solo ha superado la verificación de Goldwind Technology y Mingyang Intelligence, sino que también cumple con los requisitos máximos de "resistencia a la niebla salina y larga vida útil" para la energía eólica offshore, lo que nos ha establecido una ventaja técnica en el sector de equipos eólicos'. Este caso confirma que los tornos verticales CNC se han convertido en equipos clave para superar cuellos de botella de rendimiento en la fabricación de componentes grandes para energía eólica, gracias a la profunda integración del "diseño de estructura ultra rígida + bucle cerrado de precisión en procesos + sistema inteligente de operación y mantenimiento".
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