Výrobní proces kovaných pojistných kroužků pro vysokorychlostní motory

Výrobní proces kovaných pojistných kroužků pro vysokorychlostní motory

Kované pojistné kroužky jsou kritické rotační součásti používané k zajištění koncových vinutí rotorů vysokorychlostních elektromotorů. Během provozu musí pojistný kroužek odolávat značné odstředivé síle při zachování rozměrové stability, nízké magnetické odezvy a spolehlivého mechanického výkonu. Tyto požadavky činí výběr materiálu, kontrolu kování, deformaci za studena a kontrolu obzvláště důležitou.

Reprezentativní aplikace pro vysokorychlostní motory

Reprezentativní 20 MW vysokorychlostní pojistný kroužek motoru pracuje s rychlostí rotoru přibližně 5 200 ot/min. V tomto typu aplikace musí kroužek odolávat odstředivému zatížení generovanému na konci rotoru a pomáhat chránit sestavu koncového vinutí. Pokud projekt vyžaduje vysokou mez kluzu a nízkou magnetickou permeabilitu, může být specifikována vysoce pevná nemagnetická austenitická slitina, jako je 1Mn18Cr18N.

Konečné technické požadavky se musí vždy řídit výkresem zákazníka, specifikací materiálu a dohodou o kontrole. V jednom zveřejněném technickém případě vyžadoval pojistný kroužek mez kluzu nad 1 070 MPa, řízenou magnetickou permeabilitu, nízké zbytkové napětí a ultrazvukovou kontrolu hotové součásti.

Proč konvenční tepelné zpracování nestačí

Při pokojové teplotě je 1Mn18Cr18N austenitický materiál bez fázové transformace, který se běžně používá ke zpevnění mnoha legovaných ocelí. Konvenční tepelné zpracování proto samo o sobě nemůže poskytnout požadované zvýšení mechanické pevnosti. Výrobní postup kombinuje kování za tepla, roztokové zpracování a hydraulické zpevňování za studena.

Typická výrobní cesta

Typická cesta procesu zahrnuje:

Tavení a příprava ingotů

Zahřívání a kování za tepla

Hrubé opracování

Roztokové tepelné zpracování

Přesné obrábění před zpevněním

Hydraulické zpevnění za studena

Tepelné zpracování proti stresu

Mechanické a metalurgické zkoušky

Finální obrábění a nedestruktivní testování

Balení a dodání

Každý projekt vyžaduje své vlastní procesní parametry. Rozměry výkovku, přídavek na obrábění, poměr deformace a křivka tepelného zpracování musí být stanoveny podle materiálu, hotové velikosti a cíle výkonu.

Řízení kování za tepla

Vysoký obsah manganu, chrómu a dusíku 1Mn18Cr18N může způsobit, že materiál bude citlivý na povrchové praskání během kování za tepla. Kovací inženýři musí pečlivě řídit teplotu, redukci na průchod a posuv. Řízené, relativně lehké kroky deformace pomáhají snížit poškození povrchu při vývoji polotovaru zvukového kroužku.

Výchozí materiál lze připravit elektrostruskovým přetavením, když specifikace projektu vyžaduje zlepšenou čistotu a vnitřní kvalitu. Výkovek se následně hrubuje na rozměry potřebné pro následné tepelné zpracování a expanzi za studena.

Roztokové tepelné zpracování

Ošetření roztokem zahřeje slitinu do vysokoteplotní jednofázové oblasti, takže karbidy se rozpustí v austenitické matrici. Rychlé ochlazení pak pomáhá získat jednotnější a stabilnější austenitickou strukturu. Tato úprava podporuje houževnatost, odolnost proti korozi a reakci materiálu na pozdější zpevnění za studena.

Hydraulické posilování za studena

Hydraulická expanze je klíčovou fází posilování. Obrobený prstenec je umístěn s tvářecím nástrojem, aby se vytvořil uzavřený prostor. Voda pod vysokým tlakem se přivádí tak, aby se prstenec řízeně plasticky roztahoval.

Proces musí řídit rychlost deformace, tlak a rozměrovou jednotnost. Dlouhý prstenec s vysokým poměrem výšky k průměru může během expanze vyvinout nerovný profil nebo tvar hrdla. Polohovací a omezovací zařízení mohou pomoci stabilizovat prstenec, zatímco tlakové parametry se upravují tak, aby byla zachována požadovaná geometrie.

V uvedeném případě se průměr kroužku rozšířil z přibližně 660 mm na 810 mm, přičemž kontrola rozměrů byla udržována v úzké toleranci. Tyto hodnoty popisují tento konkrétní případ a neměly by být používány jako univerzální výrobní parametry.

Úleva od stresu a závěrečná kontrola

Studená expanze přináší zbytkové napětí. Následný cyklus uvolnění napětí pomáhá stabilizovat mikrostrukturu a redukovat zbytkové napětí při zachování pevnosti získané deformací.

Finální ověření kvality může zahrnovat tahové zkoušky, rázové zkoušky, metalografické zkoušky, měření magnetické permeability, rozměrovou kontrolu a ultrazvukové zkoušky. Místa odběru vzorků, hodnoty přijatelnosti a kritéria nedestruktivního testování musí odpovídat technické dohodě zákazníka a příslušné normě specifikované pro projekt.

Technická hodnota procesu

Výrobní výzvou není jediná operace kování. Jedná se o řízenou integraci kvality materiálu, kování za tepla, obrábění, roztokové úpravy, hydraulickou expanzi, odlehčení pnutí a kontrolu. Když jsou tyto stupně vyvinuty podle specifikace zákazníka, mohou kované pojistné kroužky dosáhnout pevnosti, rozměrové přesnosti a vnitřní kvality požadované pro vysokorychlostní rotační zařízení.

Jianye Metal Manufacturing Co., Ltd. poskytuje zakázkové prstencové výkovky, velké výkovky, hřídelové výkovky a další řešení kovového kování na základě výkresů zákazníků a technických požadavků. U pojistného kroužku motoru nebo jiné kritické rotující součásti mohou kupující poskytnout jakost materiálu, rozměry, cíle mechanické vlastnosti, požadavky na kontrolu a množství objednávky pro technickou kontrolu a cenovou nabídku.