CN101618425A - 风力发电机转动轴铸件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机转动轴铸件的铸造方法，它包括：a.模具制造；b.砂型制造；c.浇铸成型；步骤b砂型制造时，将位置最高的直浇道(1)作为铁液入口，将直浇道(1)和横浇道交替连通，将位置最低的横浇道和内浇道连通，将内浇道和铸件型腔连通，将横浇道设计成第一横浇道(3)、第二横浇道(4)和环形浇道(5)，将内浇道设计成多条连通环形浇道(5)与铸件型腔的径向浇道(6)，在第一横浇道(3)、第二横浇道(4)上设置过滤装置，在每根径向浇道(6)与环形浇道(5)之间均设置过滤装置；步骤c浇铸成型时，浇铸温度控制在1310℃～1350℃，最后得到铸件(2)。该铸造方法挡渣效果好、生产成本较低。

Description

风力发电机转动轴铸件的铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体讲是一种风力发电机转动轴铸件的铸造方法。

背景技术

风能是非常重要并储量巨大的能源，它安全、清洁、充裕，能提供源源不绝、稳定的能源。目前，风力发电已经成为风能利用的主要形式，因而受到世界各国的高度重视，而且发展速度很快。随着风力发电技术的开发利用，对风力发电机产品质量的要求也越来越高，尤其是转动轴零件，该零件一般铸造而成。对于大型的风力发电机，转动轴铸件的重量就达到5000kg，外形尺寸就达到1950mm×Φ1380mm×Φ800mm。

对于这种大型的轴类零件，传统的铸造方法的浇铸系统中铁液里的渣类物质难免会沉积在铸件内，这样就容易产生铸造缺陷，即产生夹渣现象，同时也会增加缩孔、缩松形成的机率，最终导致铸件报废，铸件成品率低。为降低夹渣对铸件质量的影响，一般在铸件顶部加设一个300mm～1000mm长的本体冒口，这样，浇铸时铸件内的渣质上浮，在本体冒口内集中，浇铸完成后将本体冒口从铸件上截断，使得铸件内的渣质减少，但采取该方法增大了铸件成品的生产成本，而且除渣的效果却仍不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种挡渣效果好、生产成本较低的风力发电机转动轴铸件的铸造方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种风力发电机转动轴铸件的铸造方法，它包括以下步骤：a、模具制造；b、砂型制造；c、浇铸成型；

所述的步骤b砂型制造时，将位置最高的直浇道作为铁液入口，将直浇道和横浇道交替连通，将位置最低的横浇道和内浇道连通，将内浇道和铸件型腔连通，

将横浇道设计成位置最高的第一横浇道、中间的第二横浇道和位置最低的环形浇道，将所述的内浇道设计成多条呈放射状分布并连通环形浇道与铸件型腔的径向浇道，将每条径向浇道的内浇口设置在铸件型腔下端的圆周上，在第一横浇道上设置过滤装置，在第二横浇道上设置过滤装置，在每根径向浇道与环形浇道之间均设置过滤装置；

所述的步骤c浇铸成型时，铁液的化学成分是：含碳量为3.55％～4.05％；含硅量为1.55％～2％；含锰量为0.050％～0.130％；含硫量为0.005％～0.02％；碳当量为4.2％～4.5％；浇铸温度控制在1310℃～1350℃，浇铸时间控制在40秒～80秒，最后得到铸件。

采用以上步骤后，本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法与现有技术相比，具有以下优点：

由于步骤b砂型制造时，将横浇道设计成位置最高的第一横浇道、中间的第二横浇道和位置最低的环形浇道，将所述的内浇道设计成多条呈放射状分布并连通环形浇道与铸件型腔的径向浇道，将每条径向浇道的内浇口设置在铸件型腔下端的圆周上，在第一横浇道上设置过滤装置，在第二横浇道上设置过滤装置，在每根径向浇道与环形浇道的之间均设置过滤装置，故该方法具备了较好的挡渣效果，这样，浇铸系统中铁液里的渣类物质基本被多组过滤装置过滤、从而避免沉积在铸型内产生夹渣铸造缺陷，同时也很大程度降低了缩孔、缩松形成的机率，最终提高了铸件的成品率。而且，由于该方法具备了较好的挡渣效果，故不再需要在铸件顶部加设大型的本体冒口，而是仅仅采用200mm长的小型的本体冒口就能满足进一步除渣的需要，相比采用大型本体冒口，本发明的铸造方法大量降低了铸件成品的生产成本。且由于步骤c浇铸成型时，铁液的化学成分为：含碳量为3.55％～4.05％；含硅量为1.55％～2％；含锰量为0.050％～0.130％；含硫量为0.005％～0.02％；碳当量为4.2％～4.5％，浇铸温度控制在1310℃～1350℃，浇铸时间控制在40秒～80秒，上述化学成分、浇铸温度及浇铸时间均是针对风力发电机转动轴铸件的特点进行设计，有利于铸件的成型，故能提高铸件质量。

作为改进，将第一横浇道的横截面设计成以其高度中心线对称的两个梯形、高度中心线为两个梯形的下底，这样，根据常识可知，横截面面积与流速成反比，这样，流经第一横浇道的铁水经过一个减速再加速的过程，而经过第一过滤砖层时铁水流速最慢，加强了过滤效果，通过第一过滤砖层后铁水逐渐加速，在横浇道出口铁水回复到第一横浇道入口时的速度，避免了在浇铸系统初段改变流速对整个浇铸过程的影响，故进一步增大了过滤除渣效果，进一步提高了铸件成品率，进一步减小了本体冒口，进一步降低了生产成本。

作为再改进，将第二横浇道的纵剖面设计成中间的一个矩形和两侧的沿矩形对称的两个梯形、每个梯形的下底均为矩形的长边，同理，流经第二横浇道的铁水经过一个减速再加速的过程，而经过中间段的两层过滤布时铁水流速最慢，加强了过滤效果，通过中间段的两层过滤布后铁水逐渐加速，在第二横浇道出口铁水回复到第二横浇道入口时的速度，避免了在浇铸系统中段改变流速对整个浇铸过程的影响；故更进一步增大了过滤除渣效果，更进一步提高了铸件成品率，更进一步减小了本体冒口，更进一步降低了生产成本。

作为进一步改进，将环形浇道的横截面设计成梯形且梯形的下底在下，将每条径向浇道设计成内段、中段和外段，将外段设置在环形浇道下方并与环形浇道连通，将内段、中段和外段的底面设计成依次下降的阶梯状，将第二过滤砖层设置在外段与环形浇道的连接处，这样，铁水在进入环形浇道后不断减速，在流经第二过滤砖层时铁水流速达到流经环形浇道内时的最低流速，故加强了过滤除渣效果；而且，径向浇道的底面从外向内依次提升，这样，可以递减铁水流速，降低内浇口处铁水对铸件的冲击，避免铁水紊流，提高铸件质量。

作为再进一步改进，将内段的俯视形状设计成喇叭口状且内段的截面积最大处位于内浇口处，这样，铁水在径向通道内段的流速进一步降低，进一步降低内浇口处铁水对铸件的冲击，进一步避免铁水紊流，进一步提高铸件质量。

作为又一步改进，在铸件型腔的各个热节圆处摆放冷铁，其中在铸件型腔底部的热节圆下方摆放一圈冷铁，在铸件型腔中部轴肩处的热节圆下方摆放一圈冷铁，在铸件型腔上部的热节圆处设置两圈冷铁，这样，能加快铸件热节圆处(即铸件壁厚最大处)的冷却速度，避免局部过热造成的缩孔、缩松，提高铸件质量。

作为又进一步改进，所述的步骤c浇铸成型时，在铁液浇铸前先进行球化处理工艺，球化等级为2级，在保证球化的条件下，铁液的残余镁含量应控制在0.03％～0.05％，残余稀土量应控制在0.01％～0.03％；球化剂的加入量应控制在1.3％～1.5％范围内，上述过程和工艺参数能提高铸件的抗拉强度、抗压强度、硬度等力学性能，提高铸件的质量。

附图说明

图1是本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法的浇铸装置的结构示意图。

图2是本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法的浇铸装置的局部侧剖视结构示意图。

图3是本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法的浇铸装置中的径向浇道和环形浇道的局部侧剖视结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法的冷铁摆放状态示意图。

图中所示1、直浇道，2、铸件，3、第一横浇道，4、第二横浇道，5、环形浇道，6、径向浇道，6.1、内段，6.2、中段，6.3、外段，7、内浇口，8、第一过滤砖层，9、过滤布，10、第二过滤砖层，11、冷铁，12、本体冒口，13、压边冒口，14、出气管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明风力发电机转动轴铸件的铸造方法，它包括以下步骤：a、模具制造；b、砂型制造；c、浇铸成型；

所述的步骤b砂型制造时，将位置最高的直浇道1作为铁液入口，将直浇道1和横浇道交替连通，将位置最低的横浇道和内浇道连通，将内浇道和铸件型腔连通。

将横浇道设计成位置最高的第一横浇道3、中间的第二横浇道4和位置最低的环形浇道5。将所述的内浇道设计成多条呈放射状分布并连通环形浇道5与铸件型腔的径向浇道6，将每条径向浇道6的内浇口7设置在铸件型腔下端的圆周上。

在第一横浇道3上设置过滤装置，即在第一横浇道3的高度中心线上设置一层水平的第一过滤砖层8。将第一横浇道3的横截面设计成以其高度中心线对称的两个梯形、高度中心线为两个梯形的下底。

在第二横浇道4上设置过滤装置，即在第二横浇道4的中间段设置两层竖直的过滤布9、在第二横浇道4入口端设置一层竖直的过滤布9。将第二横浇道4的纵剖面设计成中间的一个矩形和两侧的沿矩形对称的两个梯形、每个梯形的下底均为矩形的长边。

在每根径向浇道6与环形浇道5的之间均设置过滤装置，即在每根径向浇道6与环形浇道5的之间均设置一层第二过滤砖层10。

将环形浇道5的横截面设计成梯形且梯形的下底在下，将每条径向浇道6设计成内段6.1、中段6.2和外段6.3，将外段6.3设置在环形浇道5下方并与环形浇道5连通，将内段6.1、中段6.2和外段6.3的底面设计成依次下降的阶梯状，将第二过滤砖层10设置在外段6.3与环形浇道5的连接处。将内段6.1的俯视形状设计成喇叭口状且内段6.1的截面积最大处位于内浇口7处。

将200mm长的本体冒口12设计在铸件型腔的上平面上。将压边冒口13和多个出气管道14设计在本体冒口12的上面，本实施例采用两个直径均为Φ100mm的压边冒口13。

在铸件型腔的各个热节圆处摆放冷铁11，其中在铸件型腔底部的热节圆下方摆放一圈冷铁11，在铸件型腔中部轴肩处的热节圆下方摆放一圈冷铁11，在铸件型腔上部的热节圆处设置两圈冷铁11。

所述的步骤c浇铸成型时，铁液的化学成分是：含碳量为3.74％；含硅量为1.90％；含锰量为0.090％；含硫量为0.011％；碳当量为4.37％；在铁液浇铸前先进行球化处理工艺，球化等级为2级。在保证球化的条件下，铁液的残余镁含量应控制在0.03％～0.05％，残余稀土量应控制在0.01％～0.03％；球化剂的加入量应控制在1.3％～1.5％范围内。浇铸温度为1330℃，浇铸时间为45秒，最后得到铸件2。

Claims (10)

1、一种风力发电机转动轴铸件的铸造方法，它包括以下步骤：a、模具制造；b、砂型制造；c、浇铸成型；

所述的步骤b砂型制造时，将位置最高的直浇道(1)作为铁液入口，将直浇道(1)和横浇道交替连通，将位置最低的横浇道和内浇道连通，将内浇道和铸件型腔连通，

其特征在于：所述的步骤b砂型制造时，将横浇道设计成位置最高的第一横浇道(3)、中间的第二横浇道(4)和位置最低的环形浇道(5)，将所述的内浇道设计成多条呈放射状分布并连通环形浇道(5)与铸件型腔的径向浇道(6)，将每条径向浇道(6)的内浇口(7)设置在铸件型腔下端的圆周上，在第一横浇道(3)上设置过滤装置，在第二横浇道(4)上设置过滤装置，在每根径向浇道(6)与环形浇道(5)之间均设置过滤装置；

所述的步骤c浇铸成型时，铁液的化学成分是：含碳量为3.55％～4.05％；含硅量为1.55％～2％；含锰量为0.050％～0.130％；含硫量为0.005％～0.02％；碳当量为4.2％～4.5％；浇铸温度控制在1310℃～1350℃，浇铸时间控制在40秒～80秒，最后得到铸件(2)。

2、根据权利要求1所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：所述的在第一横浇道(3)上设置过滤装置是指，在第一横浇道(3)的高度中心线上设置一层水平的第一过滤砖层(8)。

3、根据权利要求2所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：将第一横浇道(3)的横截面设计成以其高度中心线对称的两个梯形、高度中心线为两个梯形的下底。

4、根据权利要求1所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：所述的在第二横浇道(4)上设置过滤装置是指，在第二横浇道(4)的中间段设置两层竖直的过滤布(9)、在第二横浇道(4)入口端设置一层竖直的过滤布(9)。

5、根据权利要求4所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：将第二横浇道(4)的纵剖面设计成中间的一个矩形和两侧的沿矩形对称的两个梯形、每个梯形的下底均为矩形的长边。

6、根据权利要求1所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：所述的在每根径向浇道(6)与环形浇道(5)之间均设置过滤装置是指，在每根径向浇道(6)与环形浇道(5)之间均设置一层第二过滤砖层(10)。

7、根据权利要求6所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：将环形浇道(5)的横截面设计成梯形且梯形的下底在下，将每条径向浇道(6)设计成内段(6.1)、中段(6.2)和外段(6.3)，将外段(6.3)设置在环形浇道(5)下方并与环形浇道(5)连通，将内段(6.1)、中段(6.2)和外段(6.3)的底面设计成依次下降的阶梯状，将第二过滤砖层(10)设置在外段(6.3)与环形浇道(5)的连接处。

8、根据权利要求7所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：将内段(6.1)的俯视形状设计成喇叭口状且内段(6.1)的截面积最大处位于内浇口(7)处。

9、根据权利要求1所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：所述的步骤b砂型制造时，在铸件型腔的各个热节圆处摆放冷铁(11)，其中在铸件型腔底部的热节圆下方摆放一圈冷铁(11)，在铸件型腔中部轴肩处的热节圆下方摆放一圈冷铁(11)，在铸件型腔上部的热节圆处设置两圈冷铁(11)。

10、根据权利要求1所述的风力发电机转动轴铸件的铸造方法，其特征在于：所述的步骤c浇铸成型时，在铁液浇铸前先进行球化处理工艺，球化等级为2级，在保证球化的条件下，铁液的残余镁含量应控制在0.03％～0.05％，残余稀土量应控制在0.01％～0.03％；球化剂的加入量应控制在1.3％～1.5％范围内。

Images