Dans le domaine des équipements d'énergie éolienne, l'arbre principal de diamètre 300-500 mm, en tant que composant central de la transmission de l'éolienne, détermine directement la fiabilité du cycle de service de 20 ans de l'unité en fonction de la circularité du manchon d'arbre (requise ≤ 0,02 mm) et de la cylindricité de la position du palier (≤ 0,015 mm). Lorsqu'une entreprise leader dans les équipements éoliens usine ce type de broche en acier 42CrMo trempé et revenu, elle fait face à un goulot d'étranglement du procédé traditionnel : elle doit passer par trois étapes : « tournage brut sur tour horizontal → tournage semi-fin sur fraiseuse à table → rectification précise sur rectifieuse cylindrique externe ». Les multiples serrages entraînent une coaxialité de la position du palier dépassant 0,05-0,08 mm, et la montée en température du palier pendant le fonctionnement de l'unité dépasse 45 °C (valeur acceptable ≤ 40 °C), avec un cycle d'usinage unitaire pouvant atteindre 16 heures. Par ailleurs, l'acier trempé et revenu (dureté 280-320 HB) présente une forte résistance à l'usinage, et la durée de vie des outils de coupe ordinaires est limitée à 3-4 pièces par arête. Le coût des outils de coupe par broche dépasse 3000 yuans.
Pour surmonter ce dilemme, l'entreprise a introduit le tour vertical CNC VTC70, machine-outil lourde de Wuhan, afin de mettre en place un système de fabrication exclusif pour les broches basé sur « l'usinage rigide lourd + processus complet en serrage unique ». L'équipement adopte un bâti en fonte au sable de résine monobloc (poids de la pièce moulée : 80 tonnes), ayant subi un double relâchement des contraintes par « vieillissement naturel de 24 mois + vieillissement vibratoire de 120 heures », combiné à des guidages hydrostatiques (capacité de charge ≥ 300 kN), et une rigidité structurelle optimisée grâce à l'analyse par éléments finis. La raideur radiale à l'usinage atteint 55 kN/mm, permettant de supporter stablement une force radiale de 35 kN lors de l'usinage de l'acier 42CrMo ; Équipé du système CNC Fanuc 31i-B5 et d'une compensation dynamique par interféromètre laser (précision de positionnement corrigée à ± 0,005 mm), associé à un bras de mesure intégré à la machine (précision de mesure ± 0,002 mm), il assure un contrôle précis de la cylindricité de la portée des paliers ≤ 0,01 mm. En réponse aux caractéristiques d'usinage de l'acier à haute résistance, l'équipement est doté d'une broche haute puissance de 18,5 kW (vitesse maximale de 1000 tr/min) et d'un système de refroidissement interne haute pression (pression de refroidissement de 1,5 MPa), combinés à des outils de coupe CBN à grains ultrafins (dureté HV3500), permettant ainsi de supprimer efficacement l'usure des outils.
Scénarios d'utilisation client
En matière d'innovation technologique, l'équipement a réalisé une double percée en « intégration des procédés + contrôle continu de précision » dans le domaine de l'usinage des arbres : intégrant un mandrin hydraulique à quatre mors de Φ 800 mm (avec une force de serrage de 300 kN), une tourelle à 8 postes (avec un temps de changement d'outil de 1,5 seconde) et une tête de fraisage pour surface frontale, il permet d'effectuer en une seule opération le tournage de précision du collet de l'arbre (rondité ≤ 0,015 mm), le alésage de précision des sièges de roulement (cylindricité ≤ 0,01 mm), le fraisage de la surface de bride (planéité ≤ 0,03 mm) ainsi que le perçage et le taraudage de 12 à 16 trous de fixation (précision de positionnement ≤ 0,15 mm). Face au problème du contrôle de la flèche des arbres ultra-longs (longueur de 3 à 5 m), un procédé innovant dit « support multiple adaptatif » est adopté : grâce à trois jeux de supports auxiliaires réglables, une compensation en temps réel de la déformation due au poids propre de la pièce (précision de compensation de 0,005 mm) est réalisée, garantissant un contrôle stable de la rectitude sur toute la longueur de l'axe à ≤ 0,05 mm/m. Pour l'usinage de précision des sièges de roulement, une méthode combinant « environnement d'usinage à température constante + coupe en couches » est utilisée, avec une température ambiante maintenue à 20 ± 0,5 °C et une profondeur de coupe par passe limitée à 0,2-0,5 mm. Associée à un usinage à vitesse linéaire constante (80-120 m/min), cette méthode assure une rugosité de surface atteignant Ra 0,8 μm.
Processus de serrage
Les résultats de la mise en œuvre sont entièrement conformes aux normes de l'industrie éolienne : le cycle de traitement par pièce a été réduit de 16 heures à 9 heures, et la capacité de production journalière est passée de 6 pièces à 11 pièces ; la cylindricité de la portée du palier d'arbre principal est ≤ 0,01 mm, et la coaxialité de l'ensemble de l'arbre est ≤ 0,03 mm, satisfaisant pleinement aux exigences de la norme GB/T 19073-2018 « Boîte de vitesses pour éoliennes » et à la certification GL ; la température des paliers pendant le fonctionnement de l'unité a augmenté de 36 °C, et l'intensité des vibrations est passée de 1,2 mm/s à 0,6 mm/s ; la durée de vie des outils a été prolongée de 150 % (jusqu'à 8 à 10 pièces/outil) grâce à l'adéquation des matériaux, et le coût des outils par broche a été réduit à 1200 yuans ; le système d'Internet industriel des objets intégré à l'équipement permet de collecter en temps réel l'effort de coupe (fréquence d'échantillonnage 1 kHz) et la température du brochage. Combiné au modèle de prédiction de durée de vie résiduelle, cela a permis d'augmenter le taux d'utilisation global de l'équipement de 70 % à 92 %, et de réduire les arrêts annuels de 650 heures.
Le CKX52100 résout la contradiction industrielle entre l'usinage lourd et la précision au niveau du micromètre des arbres de turbines éoliennes. Le directeur de production de l'entreprise a déclaré : « Désormais, notre arbre de turbine éolienne de 3 MW a non seulement passé la vérification technologique de Goldwind et de Mingyang Intelligence, mais répond également aux exigences extrêmes de « résistance au brouillard salin et longue durée de vie » pour l'énergie éolienne offshore, ce qui nous a permis d'établir une barrière technologique dans le secteur des équipements éoliens. ». Ce cas confirme que les tours verticaux à commande numérique ont become l'équipement central permettant de surmonter les goulots d'étranglement de performance dans la fabrication de composants éoliens de grande taille grâce à l'intégration approfondie de la « conception ultra-rigide + boucle fermée de précision des procédés + système intelligent de fonctionnement et de maintenance ».
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