风力发电机轴承是风力发电机的核心部件之一。由于其使用环境恶劣，维护成本高，一般需要20年以上的使用寿命。因此，轴承钢球等附件的质量标准也很高。钢球坯以优质轴承钢为原料，采用热锻工艺，锻造后控制冷却和球化退火工艺，确保球坯芯和表面的网状、带状和液体分析组织符合质量标准，全面提高成品钢球的可靠性，为保证风电轴承的使用寿命打下坚实的基础。

　　高速镦锻机生产钢球毛坯

　　直径范围为45~70mm，适用于高速镦锻机的生产。AMP50XL高速热镦机是瑞士哈特贝尔开发的一种先进的自动化多工位精密热锻设备。如图1所示，总成型吨数为80000kN，整合切割下料模块和4个成形工位，生产速度为每分钟60~100件，最大直径为104件mm，特别适合批量生产精密锻件。基于风电轴承的钢球坯AMP50XL进行工艺开发，实现批量生产。

　　工艺流程

　　钢球坯的原材料为优质轴承钢，一般需要根据原材料质量协议进行定制、检验，检验合格后进入仓库。在锻造过程中，圆棒材料自动进料，通过中频感应加热炉加热，然后由切割机构进行材料。铸造工艺如图2所示，先进行硬化，去除氧化皮，然后进行预锻造，两侧形成球形，然后最终锻造成球形。

　　模具装配图如图3所示。热切割和材料切割后，材料部分被夹紧到第一个工作位置，以去除氧化皮。镦粗成型完成后，由四点接触机械手将镦粗后的工件送至第二工位进行预锻，第三工位由半球形凸腔锁模最终锻造。高速镦粗机模具采用组合结构设计，在满足模具使用寿命要求的前提下，尽量减小参与成型的易损件模具尺寸，这将大大降低模具的材料成本。生产速度快，工件与模具的接触时间很短。在生产过程中，成型模具直接用水冷却，大大降低了模具的表面工作温度，提高了模具的使用寿命。

　　钢球坯锻造后需要快速控制冷却，然后进行球化退火，然后在出厂前检测球坯的外观缺陷和内部合金成分。

　　核心技术

　　锻造温度控制

　　考虑到钢球的锻后组织，钢球毛坯的初始锻温范围为1050~1080℃，终锻温度一般为950~980℃。棒材加热后，通过固定双温度测量枪进行实时温度监测，并将相关信息传输到高速硬件锻造机的控制系统。对于不在设定温度范围内的棒材，切割机构将材料扔，防止不合格的锻件。

　　改善球坯出料

　　AMP50XL四个工作站为水平水平布，第四工位型腔下方有一个出料口。球坯从第三工位凹模腔顶出后，有时球坯会滚动。目前，机械手通过四点触摸(图4)夹紧。球面与机械手钳之间有点接触，接触面积小。传输过程中夹紧可能不稳定，影响工艺稳定性。因此，自行设计了球坯接收槽，通过接收槽将第三工位形成的球坯顺利移动到出料口。通过生产验证，球坯出料稳定，生产稳定性好。

　　控制冷却锻后

　　在热锻形成的冷却过程中，随着碳在马氏体中的溶解度降低，过饱和碳沿着马氏体的晶体边界从马氏体中分离出来，产生渗碳网状组织，这在随后的球形退火中无法去除。网状碳化物的存在严重影响了轴承钢的性能，并将直接影响成品轴承钢球的使用寿命。因此，网状碳化物水平的控制是钢球锻件的关键指标之一。一般来说，锻件可以控制输送带上的冷却。然而，钢球空白的实心锻件表面冷却速度快，芯部分冷却速度慢，容易沉淀网状碳化物，导致质量缺陷。因此，为了优化和改进钢球锻造后的控制冷却过程，选择了分段冷却方式。各段控制的钢球空白表面温度变化趋势如图5所示，先进行水冷却，然后进行风冷却，然后进行喷雾冷却，最后进行空冷至室温。

　　经过多次实验和工艺验证，球化退火后的钢球毛坯网状组织可达到2级以下，锻造流线连续，分布合理，如图6所示，符合质量标准。

　　结语

　　通过以上技术，风电钢球毛坯最终实现AMP50XL图7显示了粗机的批量生产，图7显示了一些钢球坯。现在，8小时的平均每班可以生产20000~30000件。通过测试，该工艺制造的钢球坯大大提高了轴承质量，满足了使用寿命要求。

　　工艺工程师，主要从事高速镦粗和热模锻设备的科学研究和开发。“减小齿套，毛边”获得浙江省机械行业优秀质量管理团队一等奖;“提升国产HUB零件生产效率”荣获绍兴市QC活动成果二等奖;拥有两项专利。