1.5兆瓦风电转动轴关键部件精加工

项目编号:131100001761
1.5兆瓦风电转动轴关键部件精加工
所属行业:
机械,技术装备
所处阶段:
中试阶段
总投资(万元):
4500.0万元
新增利润(万元):
400.0万元
技术成果来源:
自主研发
合作方式:
其它
设备投资(万元):
3500.0万元
节省成本(万元):
0.0万元
技术先进性说明:
通过此项目研究,探索出车加工后,利用滚压方法保证加工表面粗糙度Ra1.6的工艺技巧。 同时探索出解决非恒温条件下控制IT5至IT6级精度尺寸的方式。此精度轴类加工方法已经申请专利并受理。
主要技术参数:
兆瓦转动轴在一次装夹中,分别加工两端轴承安装孔,保证两端轴承安装孔同轴度要求φ0.05mm;兆瓦风电转动轴轴承安装孔及轴承安装外径,加工表面的粗糙度要求为Ra1.6。

一、项目意义

经过这几年来的努力,我国风电设备制造技术得到飞速发展,兆瓦级以下风电技术基本实现了国产化,1.5-2兆瓦的风电机组也相继研制成功并进入批量生产,国产化率达到了85%,3兆瓦风电机组也研制成功。但是不管从整机制造水平还是关键零部件得制造水平与国外的先进技术仍然存在较大差距,特别是大型风电机组的研发水平和自主创新能力较弱,缺乏自主知识产权的产品和应用技术。

随着金融危机的爆发和集团公司对产品结构的调整,2010年共享集团公司将风电关键铸件精加工作为公司长远发展战略,需要进行规模化批量生产。确定了风电关键部件批量加工项目计划。

集团公司投资 1.25亿元,2011年初建成共享模具精加工工厂,购进18 台设备。开始实施《1000套大型风电关键部件精加工项目》。该项目被自治区经济和信息化委员会确定为《2011年自治区重点技术创新项目计划》及《2011年度自治区重点新产品试产项目计划》项目。成功开展风电精加工量产直接关系到公司的发展战略,意义深远,关系重大。而1.5兆瓦风电转动轴精加工是集团公司风电关键部件批量加工项目的主要内容之一,也是项目中精加工精度要求最高、加工难度最大的两个件之一, 1.5兆瓦风电动轴精加工研发成功与否,直接影响着风电关键部件批量加工项目的进展和结果。

二、项目目标。

1、技术指标

首套铸件经检测,机械性能、几何尺寸、无损检测等各项质量指标均达到顾客标准和规范要求。

同轴度技术要求

自主设计、采用同轴度芯轴夹具,使1.5兆瓦转动轴在一次装夹中,分别加工两端轴承安装孔,保证两端轴承安装孔同轴度要求φ0.05mm。

由于加工1.5兆瓦风电转动轴为新采购的数控卧车,机床精度经检测符合精度要求。经过认真研究,对1.5兆瓦风电转动轴确定采用串同轴度芯轴的工艺方法,必须保证同轴度芯轴定位准确可靠。

1.5兆瓦风电转动轴精加工工艺及工装设计科学合理,工装制作精度达到设计及技术要求,为1.5兆瓦风电转动轴通过顾客首件、小批量、批量的质量认证奠定坚实的基础。

2)恒温标定件技术要求

1.5兆瓦风电转动轴精加工需要解决的另一个关键问题是在非恒温条件下,怎样尽可能避免或补偿因温度变化引起的温度误差,以及测量误差。

1000mm的金属圆棒,温度变化10℃时,圆棒的尺寸变化为0.11—0.13mm。这是由于金属热胀冷缩的特性,受温度影响造成的尺寸变化,称之为温度误差。而1.5兆瓦风电转动轴加工精度IT5至IT6级的外圆、内孔公称尺寸在655mm至870mm之间,公差均小于0.06mm。由此可见,环境温度变化6℃至10℃,精加工合格的尺寸会变为不合格尺寸。

所谓温度误差就是工件或者量具的温度偏离20℃的尺寸误差。在温度差值相同,尺寸越大,温度误差越大。也就是说:尺寸越大,对温度的变化就越敏感。

3)粗糙度技术要求

1.5兆瓦风电转动轴轴承安装孔及轴承安装外径,加工表面的粗糙度要求为Ra1.6。为保证车加工Ra1.6表面粗糙度,工艺设计采用滚压的工艺方法达到Ra1.6--Ra0.8的解决方案。

4)应力消除技术要求

加工分粗、精加工序,粗加工后,应尽可能减少铸件内残余应力的存在,减少残余应力对加工精度的影响。

2、技术的科学性、创新性和先进性

1)自主设计、采用三个扇形楔块定心结构的同轴度芯轴夹具,使1.5兆瓦转动轴在一次装夹中,分别加工两端轴承安装孔,保证两端轴承安装孔同轴度要求φ0.05mm。

2)1.5兆瓦风电转动轴增加4个φ17.5mmd的工艺通孔,将动轴内腔两端筋板内孔的自由公差尺寸修改为H7级精度工艺尺寸,保证芯轴安装定位准确可靠。

3)探索出车加工后,利用滚压方法保证加工表面粗糙度Ra1.6的工艺技巧。

4)探索出采用20℃温度条件下标定标准样件,常温条件下加工以标定标准样件为尺寸参考基准,解决非恒温条件下控制IT5至IT6级精度尺寸的方式。

5)此精度轴类加工方法已经申请专利并受理。

3、对社会经济发展和科技进步的作用、意义

截至目前,本项目研发的1.5兆瓦风电转动轴已经成功通过了顾客首件、小批量、批量件的加工质量认证,已经产生25.28 万元销售收入。通过本项目的实施,公司突破中空式轴类产品制造方法,尤其适合两端轴内孔或外径同轴度要求较高轴类加工制造。探索出采用20℃温度条件下标定标准样件,常温条件下加工以标定标准样件为尺寸参考基准,克服非恒温条件下温度变化对加工尺寸的影响。确保了《1000套大型风电关键部件精加工项目》成功实施,促进了公司大型风电关键部件精加工事业的发展,提高了国产铸锻件质量水平,解决重大装备制造业发展的瓶颈,是国内铸造企业的责任和使命。同时,与顾客达成战略合作,预计2013年订单为120件,创造150万元收入。项目持续效益非常显著。

三、主要任务。

成果转化主要任务为:投资基础设施,加工机床刀具和工装,实现成果的产业化,形成批量生产的能力。产业化完成之后年生产风电关键轴类部件200件套,实现良好的产业配套能力,实现成果、专利等技术投产并向向产业化的转化。

1、通过对科技成果的应用转化实现创收:

2013年订单为120件,创造150万元收入。项目持续效益非常显著。

2、增加就业:

成果转化过程中,对于工厂设备进行了扩建,预计增加就业20人左右。

四、已有技术基础。

目前公司现有员工350名,平均年龄26岁。其中大专以上学历189人,占比54%;从事与技术相关的技术研发和管理工作人员55人,占比15.7%,中高级技术人员和技师25人,占比7.14%。公司高度重视人才培养,持续对员工进行新技术培训,不断提高员工的技术和职业道德水平;自2010年起,公司在共享集团统一安排下与中科院金属研究所合作培养工程硕士,目前第一期4名工程硕士已经开课,员工学习效果良好。同时引进机械加工、自动化控制、数控编程等各种专业技术人才、从高校招聘本科/硕士毕业生,培养技术骨干,保证实现可持续发展的人才需要。

共享模具的研究开发工作依托于共享集团国家级企业技术中心和检测中心,由中心下属的模具工艺研究室、机械加工工艺研究室来组织开展日常研发工作。公司采用以TERMCENTER为平台、以三维设计/模拟/制造CAD/CAE/CAM为支撑的虚拟制造技术(VM),数控机床、自动化智能装备/设备作为保障(IM),具有较强的技术研发能力和质量保证。

五、配套条件及资金筹措。

1、政策层面

《宁夏回族自治区装备制造业发展“十二五”规划》保障措施提出“十二五”期间,自治区继续加大对装备制造业发展专项资金的支持力度,对创新研发、技术改造、新产品开发、科技成果转化和协作配套等项目予以重点扶持,装备制造企业享受西部大开发各项优惠政策。

本项目建设符合国家产业政策和发展战略,符合宁夏装备制造业发展规划,符合相关行业发展的战略需要,可获得政策方面的扶持。

2、资金筹措

项目总投资300万元,其中自有资金270万元,申请资助30万元。公司拥有多元化的融资渠道,可以及时保障投资项目和企业后续发展的资金供给,为本项目的实施奠定了良好的物质基础。

3、场地及配套设施

技改项目利用现有加工厂房。厂区地理位置优越,交通便利;厂区内电力、给水、排水等配套设施比较完善,电力有一定的富余,可以满足项目建设需要。

4、机制优势

2012年公司通过ISO9001、ISO14001、OHSAS18001三大管理体系认证,建立适合企业自身的一体化管理体系。公司在共享集团总体规划下,推行全面集成数字化企业(TIDE)建设,以ERP、HR、CRM、OA等资金流、物流、信息流、经营管理为重点的全面数字化管理(TDM)。公司秉承“推进顾客成功”理念,拥有融合中西方理念的先进企业文化,超前的战略规划,良好的市场信誉,不但有着激励和约束相结合的现代人才机制和高效、灵活、面向市场的经营机制,而且拥有完善的企业法人治理结构,形成了决策民主、管理科学、运作规范的现代企业运作模式。

因此,本项目建设具备政策、经济、技术、场地和人员队伍、机制等诸多优势条件。

六、技术、经济效益、推广应用及产业化前景。

1、经济效益

截至目前,本项目研发的1.5兆瓦转动轴已经成功通过了顾客首件、小批量、批量的加工质量认证。2011年由于订单限制,加工14套1.5兆瓦风电转动轴、定轴,创造 25.28 万元销售收入。与顾客达成战略合作,预计2013年订单为120件,创造150万元收入。项目持续效益非常显著。

2、社会效益

1)本项目的成功研发,支持了中国风电制造业的发展。

2)本项目的经济效益显著,带动周边地区的经济增长。

3)本项目需要技术操作人员20人以上,并提供持续的技术培训,为社会提供了更多就业岗位。

3、项目成果的应用前景

1)风电1.5兆瓦风电转动轴加工工艺及同轴度芯轴夹具成功研发,成为同类零件的精加工的典范,可以广泛推广应用于同类铸件的精加工。

2)表面滚压的工艺方法,可以广泛推广应用于铸件车加工表面粗糙度处理过程。

3)非恒温条件下加工高精度尺寸,控制精度尺寸的方法,具有非常强的实际应用价值。

4、风险分析

在企业生产经营过程中,会有一些不确定因素,对产品价格、销售量、经营成本、建设投资等四项不确定性因素进行敏感性分析,结果表明经营成本和产品价格是最敏感性因素,因此公司在控制产品成本与制定产品价格的决策时,应采用科学、严谨、务实的态度进行。

七、计划实施年限。包括年度计划、阶段目标等。

2012.10——2012.12,完成工艺方案策划,专用工装、卡具设计制造,刀具配置方案的制定,设备的选型,设备安装调试;为前期准备工作。

2013.1——2013.3,正式进行产品研发试制和小批量生产。

2013.4——2013.6,使用形成的技术成果进行加工验证。

2013.7——2013.10,完成批量兆瓦级关键件的精加工,完成与顾客的共检,实现成功交货。

2013.11——2014.2分阶段补充专用工装和刀具,实现产品中批量生产, 实现产品大批量批量生产。

2014.3——2014.6, 成果转化项目的跟踪与记录,不多的完善工艺,提高效率。

2014.7——2014.10,实现成果转化总结验收,以及经验交流。

八、组织措施及实施方案。

项目以项目组的方式开展:

1、项目研发组:

产品尺寸要求严格,两端轴承孔同轴度要求φ0.05mm,表面粗糙度Ra1.6,两端轴承孔形位公差要求高。而且精加工尺寸精度易受温度变化影响,基于以上技术难点,科学合理的工艺方案是产品合格保证和前提。确定采用数控卧车进行加工,钻床加工法兰孔。

1)夹具设计,精巧合理的工装夹具是保证产品精度与加工质量稳定的基本保障,公司自主设计同轴度芯轴夹具,一次装夹中,分别加工两端轴承安装孔,使两端孔同轴度满足图纸要求

2)环境温度对尺寸精度影响:由于产品在非恒温条件下加工,环境温度对精加工尺寸影响很大,解决这一问题是重中之重。公司探索出采用20℃温度条件下标定标准样件,常温条件下加工以标定标准样件为尺寸参考基准,解决非恒温条件下控制IT5至IT6级精度尺寸的方式;

3)车削粗糙度要求:车床加工Ra1.6表面粗糙度为车工艺的极限粗糙度,公司的数控卧式车床是2米直径车床,机床主轴设计最高转速较于100r/min,车加工Ra1.6表面粗糙度困难。公司为了克服此项难题,积极探索,不断试验,最后采用滚压的工艺方法达到Ra1.6--Ra0.8很好地解决了此问题,克服了关键件无法加工的困难,为公司争取了很高的利润。

2、生产、过程控制组:

本研发项目需要做大量的生产试验,批量生产需要生产协助。且生产周期十分紧张,因此过程控制及计划协调尤为重要,如何实现各关键过程的优良控制,

以达到首件的成功研发是本组的重要职责。由各岗位骨干技术人员成立项目组,分工明确,职责清晰,保证研发过程有序进行。

九、其它说明

十、科技行政主管部门(地方)意见(并加盖公章)

 

十一、附件

1项目技术情况的证明文件(包括科技成果鉴定、验收证书,专利证书或其他技术权益证明等)。

 

 

名称:一种风电产品及水轮机叶片模具的制造方
类型:发明专利
申请号(登记号):zl 201010612791.5
申请人:撖俊虎
授权日期:2012-12-03
分类号:02
所有权人:共享模具公司
技术名称:1.5兆瓦风电转动轴关键部件精加工
所有人:宁夏共享模具有限公司
获奖名称和级别:省级
颁奖单位:宁夏回族自治区科学技术厅
获奖时间:2012-12-03
技术名称:1.5兆瓦风电转动轴关键部件精加工
所有人:宁夏共享模具有限公司
鉴定结果:通过
鉴定单位:宁夏回族自治区科学技术厅
鉴定时间:2012-12-03
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