No campo de equipamentos para energia eólica, o eixo principal com diâmetro de 300-500 mm, como componente central da transmissão da turbina eólica, determina diretamente a confiabilidade do ciclo de serviço de 20 anos da unidade com base na circularidade do munhão (exigida ≤ 0,02 mm) e na cilindricidade da posição do mancal (≤ 0,015 mm). Quando uma empresa líder em equipamentos para energia eólica processa esse tipo de eixo feito em aço 42CrMo temperado e revenido, enfrenta um gargalo no processo tradicional: é necessário passar por três etapas: "torno horizontal com torneamento de desbaste → torno de mesa com torneamento semi-preciso → retificadora cilíndrica externa com retificação de precisão". Os múltiplos fixamentos provocam excentricidade da coaxialidade na posição do mancal superior a 0,05-0,08 mm, e a elevação de temperatura do mancal durante a operação da unidade ultrapassa 45 ℃ (valor aceitável ≤ 40 ℃), com um ciclo de processamento por peça de até 16 horas; simultaneamente, o aço temperado e revenido (dureza 280-320 HB) apresenta alta resistência ao corte, e a vida útil das ferramentas de corte convencionais é de apenas 3 a 4 peças por pastilha. O custo das ferramentas de corte por eixo ultrapassa 3000 yuans.
Para superar esse dilema, a empresa introduziu o torno vertical CNC VTC70, máquina-ferramenta de grande porte de Wuhan, para construir um sistema exclusivo de fabricação de eixos com "usinagem rígida pesada + processo completo em uma única fixação". O equipamento adota um corpo da cama em ferro fundido com areia de resina integral (peso da peça fundida de 80 toneladas), que passou por alívio duplo de tensões com "envelhecimento natural por 24 meses + envelhecimento por vibração por 120 horas", combinado com guias hidrostáticas (capacidade de carga ≥ 300 kN), e rigidez estrutural otimizada por meio de análise de elementos finitos. A rigidez radial ao corte atinge 55 kN/mm, podendo suportar com estabilidade uma força radial de 35 kN durante o corte de aço 42CrMo; Equipado com sistema CNC Fanuc 31i-B5 e compensação dinâmica por interferômetro a laser (precisão de posicionamento compensada para ± 0,005 mm), aliado a um braço de medição na máquina (precisão de medição ± 0,002 mm), alcança controle preciso da cilindricidade da posição do mancal ≤ 0,01 mm. Em resposta às características de usinagem de aços de alta resistência, o equipamento possui um eixo-árvore de alta potência de 18,5 kW (velocidade máxima de 1000 rpm) e um sistema de refrigeração interna de alta pressão (pressão de refrigeração de 1,5 MPa), combinado com ferramentas de corte CBN de grão ultrafino (dureza HV3500), suprimindo eficazmente o desgaste da ferramenta.
Cenários de uso do cliente
Em termos de inovação tecnológica, o equipamento alcançou um duplo avanço de "integração de processos + controle contínuo de precisão" na usinagem de eixos: integrando um mandril hidráulico de quatro mordentes com diâmetro Φ 800 mm (com força de fixação de 300 kN), uma torreta de 8 estações (com tempo de troca de ferramenta de 1,5 segundo) e um cabeçote motriz de fresagem de face, capaz de realizar em um único processo a torneamento de precisão do pescoço do eixo (circularidade ≤ 0,015 mm), broqueamento de precisão da posição dos mancais (cilindricidade ≤ 0,01 mm), fresagem da superfície da flange (planicidade ≤ 0,03 mm) e furação e roscamento de 12 a 16 furos de ligação (precisão posicional ≤ 0,15 mm). Em resposta ao problema do controle de deflexão em eixos ultra longos (comprimento de 3-5 m), adota-se um inovador "processo adaptativo de apoio múltiplo": por meio de três conjuntos de apoios auxiliares ajustáveis, consegue-se compensar em tempo real a deformação do peso próprio da peça (precisão de compensação de 0,005 mm), garantindo o controle estável da retidão ao longo de todo o comprimento do eixo dentro de ≤ 0,05 mm/m; para a usinagem de precisão das posições dos mancais, adota-se um "ambiente de usinagem em temperatura constante + método de corte em camadas", mantendo a temperatura ambiente controlada em 20 ± 0,5 °C e a profundidade de corte de cada camada entre 0,2-0,5 mm. Combinado com corte em velocidade linear constante (80-120 m/min), garante-se que a rugosidade superficial alcance Ra 0,8 μm.
Processo de fixação
Os resultados da implementação estão totalmente em conformidade com os padrões da indústria de energia eólica: o ciclo de processamento por peça foi reduzido de 16 horas para 9 horas, e a capacidade diária de produção aumentou de 6 peças para 11 peças; A cilindricidade da posição do mancal do eixo principal é ≤ 0,01 mm, e a coaxialidade de todo o eixo é ≤ 0,03 mm, atendendo plenamente aos requisitos da norma GB/T 19073-2018 "Caixa de Engrenagens para Turbinas Eólicas" e à certificação GL; A temperatura dos mancais durante a operação da unidade aumentou para 36 ℃, e a intensidade de vibração diminuiu de 1,2 mm/s para 0,6 mm/s; A vida útil das ferramentas foi prolongada em 150% (até 8-10 peças/lâmina) devido ao adequado casamento de materiais, e o custo das ferramentas por eixo foi reduzido para 1200 yuans; O sistema de Internet Industrial de Coisas equipado no equipamento pode coletar em tempo real a força de corte (frequência de amostragem 1 kHz) e a temperatura do eixo. Combinado com o modelo de previsão de vida útil remanescente, a taxa de utilização geral do equipamento aumentou de 70% para 92%, e o tempo de inatividade anual foi reduzido em 650 horas.
O CKX52100 resolve a contradição do setor entre usinagem pesada e precisão em nível de micrômetro para eixos de turbinas eólicas. O diretor de produção da empresa afirmou: 'Agora, o nosso eixo para turbinas eólicas de 3MW não apenas passou pela verificação da Goldwind Technology e da Mingyang Intelligence, mas também atende aos requisitos máximos de "resistência à névoa salina e longa vida útil" para energia eólica offshore, o que criou uma barreira tecnológica para nós nesta área de equipamentos para energia eólica'. Este caso confirma que tornos verticais CNC se tornaram equipamentos essenciais para superar gargalos de desempenho na fabricação de componentes grandes para energia eólica, por meio da profunda integração de "design ultra-rígido + malha fechada de precisão de processo + sistema inteligente de operação e manutenção".
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