CN102211148A

CN102211148A - 风电轮毂无冷铁加工方法

Info

Publication number: CN102211148A
Application number: CN2011101751470A
Authority: CN
Inventors: 赵益锋; 张建中; 柯洪国; 詹善国; 陈国海
Original assignee: NINGBO RIXING CASTING CO Ltd
Current assignee: NINGBO RIXING CASTING CO Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明公开一种风电轮毂无冷铁加工方法，包括：模具制造、砂型制造、浇注成型，砂型制造采用完全开放底注式浇注系统，内浇道设计成圆盘形，上直浇道上的直浇口用定量包拔塞浇注口，各组元比例为F_直：F_横：F_内=1∶1.5~2∶25~28；铸件顶面最高点摆放扁出气，扁出气的总截面积大于内浇道的总截面积；将冒口设在铸件上顶面上，单根冒口高度大于400mm；制造过程未排放冷铁；浇注成型：铁液进入铸型型腔的浇注速度控制在0.5～1.0m/s，浇注时间控制在150～210秒之间，浇注温度设定在1300～1310℃进行浇注成型。本发明具有能适应要求极高的大型风电用低温球铁铸件的规模化生产、工艺简单、生产成本低的优点。

Description

风电轮毂无冷铁加工方法

技术领域

本发明涉及风力发电机机组技术领域，具体涉及一种风力发电机机组中的风电轮毂无冷铁加工方法。

背景技术

轮毂铸件是风力发电机机组中的大型、复杂件（如JF1500轮毂铸件，铸件牌号为：QT400-18AL，铸件重量为：7300kg，铸件外形最大尺寸为： 2600×2300×1710㎜），是若干零部件的载体，是风电机组的关键部件，在运行中要适用复杂、多变的载荷使用。因此，要求极为苛刻，轮毂的质量是制约MW级以上风电发展的瓶颈之一。而传统的加冷铁、加大冒口（冒口很大，一般冒口直径要比热节圆大1.3～1.5倍）的铸造工艺方法极易在轮毂上产生大量的表面缺陷和内部缺陷，如按原工艺方法在实际生产时，需要在轮毂三侧叶片安装面上各摆放一圈200×100×80的冷铁，上平面和筋板圆角过渡处也要摆放一些成形冷，实际放砂操作时需要4个人进行摆放冷铁的操作，而且摆放的冷铁高低不平，不但对铸件的外观质量有很大影响，而且铸件重量也会走上公差，生产效率无法提高、铸件外观质量无法得到有效的控制。而这些缺陷的存在，已不能适应要求极高的大型风电用低温球铁铸件的规模化生产。而且，上述这种传统的加冷铁、加大冒口的铸造工艺方法，还存在加工工艺复杂、生产成本高的不足。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能适应要求极高的大型风电用低温球铁铸件的规模化生产、工艺简单、生产成本低的风电轮毂无冷铁加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种风电轮毂无冷铁加工方法，该方法包括以下步骤：、1）模具制造；2）砂型制造； 3）浇注成型，

所述的步骤2）砂型制造时，采用完全开放底注式浇注系统，其中的内浇道设计成圆盘形，其中的上直浇道上的直浇口采用定量包拔塞浇注口，各组元比例为F_直：F_横：F_内（浇道比）=1∶1.5~2∶25~28；在铸件上顶面的最高点上摆放扁出气（长方形的出气孔，用于将铸型内的气体排出），扁出气的总截面积（即每一个扁出气底部的截面积之和）大于内浇道的总截面积；将冒口设在铸件上顶面上，单根冒口高度大于400㎜；制造过程未排放冷铁；

所述的步骤（3）浇注成型：铁液进入铸型型腔的浇注速度控制在0.5m/s～1.0m/s，浇注时间控制在150秒～210秒之间，浇注温度设定在1300℃～1310℃进行浇注成型。

本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，为了充分利用球墨铸铁石墨膨胀自补缩这一特性，必须防止铸型退让和胀砂问题的出现，采用气动微震技术，提高铸型和泥芯的整体紧实度。

本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，造型型砂采用呋喃树脂砂，砂型上无冷铁，造型完成后进行气动微震紧实方法。

作为优选，本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，在加工过程采用在横浇道内设置了过滤装置，对铁液进行过滤。

所述的过滤装置是用于净化铁水的一种闸门，闸门由泥芯外包裹二氧化硅过滤网布组合而成。

作为优选，本发明上述的各组元比例为F_直：F_横：F_内（F_直上直浇道的总面积 F_横横浇道的总截面积 F_内内浇口的总截面积）=1∶1.8∶27.2。

本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，冒口（冒口设计时一般用的是直径在100～140mm的出气小冒口，与传统的冒口完全不一样，传统的冒口直径是根据放置冒口部位的热节圆来定的、一般冒口直径要比热节圆大1.3～1.5倍）数量及位置确定；根据此产品的结构特点，分析认为在铸件上平面内孔Φ900尺寸放置冒口最为理想，优选采用传统的直径为Φ140的压边冒口，压边冒口压进铸件尺寸控制在20㎜～25㎜之间，单根冒口总高度必须大于400㎜，因为球墨铸铁件液态收缩量大，所以必须用冒口进行液态补缩，还要保证压边冒口有足够的压力头，防止铸件内部产生缩松、缩孔等铸造缺陷，压边冒口也有排气、排渣作用。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明采用完全开放式底注式浇注系统，保证铁液能平稳注入铸型，使高温铁液不会在铸型内出现飞溅(球墨铸铁铁液很容易氧化)、紊流；浇注温度将轮毂铸件的浇注温度设定在1300℃～1310℃之间，温度过高会使铸件液态收缩量增加，造成铸件内部出现缩松、缩孔缺陷，温度过低会造成铁液氧化倾向加重，从而增加铸件出现夹渣、卷气缺陷，严重时使部分渣、气来不及上浮滞留在铸型内，使铸件表面浮渣、气孔缺陷增多，严重时最终导致铸件报废。

2.本发明为了避免铁液在浇注系统内出现紊流而产生的氧化物进入型腔内，在横浇道内设置了过滤系统，对铁液进行过滤，从而提高铁液的纯净度。

3.本发明浇注系统中的内浇道的形式是整个浇注系统中的关键点，从铁水进入型腔的平稳性考虑，内浇道设计成圆盘形，具体为具有一定锥度的、20㎜宽一圈披缝的内浇道，以利于铁液平稳上升；外浇口用定量包拔塞浇注，特点是使铁液倒入定量包后静止时有利于铁液内的浮渣、气体上浮，提高铁水纯净度，减少铸件产生夹渣、气孔等缺陷。

4.为了充分利用球墨铸铁石墨膨胀自补缩这一特性，必须防止铸型退让和胀砂问题的出现，本发明采用气动微震技术，提高了铸型和泥芯的整体紧实度；并且，由原来的人工脚踩紧实转变成气动紧实，提高了生产效率、降低了工人劳动强度，铸型表面质量整体提升一个档次。

5.本发明造型型砂采用呋喃树脂砂，砂型上无冷铁的工艺，造型完成后进行气动微震紧实方法。采用了微震紧实方法后对树脂砂的固化时间有了新的要求，要求延长树脂砂的可使用时间，因此采取适当降低固化剂加入量（固化剂—二甲苯磺酸固化剂，加入量是树脂加入量的30%～50%，树脂加入量是硅砂的1%～1.4%）的方法来得到延长树脂砂的可使用时间，即节约成本又得到预期效果，同时还能有效控制铸型的发气量。

6.本发明通过铸造工艺设计、造型方法的调整以及取消1.5MW轮毂铸件上的冷铁等手段，在造型、熔炼、浇注工艺过程中，完全按先前制定的各项规定进行操作，将人为的不可控因素降到最低；本发明在不使用冷铁、不用冒口或用小冒口的前提下，铸造出大功率风力发电机组用轮毂铸件，大大降低了劳动强度，提高了工艺出品率和生产效率，降低了生产成本，提高了铸件的内在质量和表面质量。

附图说明

图1 本发明风电轮毂无冷铁加工方法的浇注装置俯视图结构示意图。

图2 为图1的A-A向剖视图结构示意图。

图3本发明风电轮毂无冷铁加工方法的浇注装置结构示意图。

如图所示：1.上直浇道，1.1.直浇口，2.孕育系统，3.中直浇道，4.横浇道，5.过滤装置，6.下直浇道，7.内浇道，8.冒口，9.扁出气，10.铸件。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

（1）模具制造：为了达到壁厚符合图纸要求，同时利于浇注时的凝固过程的可控，避免出现缩松、缩孔缺陷的产生，因此，我们的模具全部采用数控加工中心制造，保证铸件壁厚公差在2mm内，不出现人为的制造新热节圆；

（2）砂型制造；采用完全开放式底注式浇注系统，内浇道7设计成倒锥形20㎜宽一圈披缝，上直浇道1上端的直浇口1.1采用定量包拔塞浇注口，在铸件10的最高点上摆放适量的扁出气9（长方形的出气孔，用于将铸型内的气体排出），各组元比例为F_直：F_横：F_内（F_直上直浇道的总面积 F_横横浇道的总截面积 F_内内浇口的总截面积）=1：1.8：27.2；将冒口8设在铸件上顶面的最高点，冒口总高度大于400㎜；造型型砂采用呋喃树脂砂，砂型上无冷铁；为了充分利用球墨铸铁石墨膨胀自补缩这一特性，必须防止铸型退让和胀砂问题的出现，造型完成后进行气动微震紧实方法，提高铸型和泥芯的整体紧实度。

本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，冒口数量及位置确定；根据此产品的结构特点，分析认为在铸件上平面内孔Φ900尺寸放置冒口（图3所示）最为理想，采用传统的直径为Φ140的压边冒口，压边冒口压进铸件尺寸控制在20㎜～25㎜之间，冒口总高度必须大于400㎜，因为球墨铸铁件液态收缩量大，所以必须用冒口进行液态补缩，还要保证压边冒口有足够的压力头，防止铸件内部产生缩松、缩孔等铸造缺陷，压边冒口也有排气、排渣作用。

（3）浇注成型，铁液的化学成分控制：碳 3.80%（碳当量4.50），硅 2.14%，锰 0.14%，磷 0.02%，硫 0.01%，镁 0.040%，锡 0.05%，稀土 0.015%，铁液由直浇口1.1进入上直浇道流经孕育系统2，再经中直浇道3、横浇道4、过滤装置5过滤进入下直浇道6，再进入内浇道7，进入铸型型腔的浇注速度控制在0.8m/s，浇注时间控制在190秒，浇注温度设定在1305℃进行浇注成型。

下表1为本发明实施例制备的样品的性能检测：

表1本发明实施例制备的样品的性能检测

表2本发明实施例制备的样品的外观性能检测

序号	外观检验项目	合格标准	评价	处置	结论
						1	表面平整、圆顺	良	良	合格
2	错箱情况	GB/T6414-1999CT10	无		合格
						3	加工余量	足量	足	合格
4	金属机械切割	良	良		合格
						5	气孔(凹坑)	按上表外观标准	无	合格

6	冷隔、浇不足	不允许	无	合格
					7	砂孔、砂眼、夹砂	不允许	无	合格
8	裂纹	不允许	无	合格
					9	渣孔	不允许	无	合格
10	锁孔	不允许	无	合格
					11	金属镶物	不允许	无	合格
12	补焊	不允许	无	合格

由上表1-2可知，本发明风电轮毂无冷铁加工方法制备的风电轮毂经UT、MT、尺寸检验和各项性能检测均符合要求，铸件表面无裂纹、渣孔、砂孔、砂眼、夹砂等。本发明在不使用冷铁、不用冒口或用小冒口的前提下，铸造出大功率风力发电机组用轮毂铸件，大大降低了劳动强度，提高了工艺出品率和生产效率，降低了生产成本，提高了铸件的内在质量和表面质量。

Claims

1.一种风电轮毂无冷铁加工方法，该方法包括：1）模具制造；2）砂型制造； 3）浇注成型，其特征在于：所述的步骤2）砂型制造时，采用完全开放底注式浇注系统，其中的内浇道设计成圆盘形，其中的上直浇道上的直浇口采用定量包拔塞浇注口，各组元比例为F_直：F_横：F_内=1∶1.5~2∶25~28；在铸件上顶面的最高点上摆放扁出气，扁出气的总截面积大于内浇道的总截面积；将冒口设在铸件上顶面上，单根冒口高度大于400㎜；

2.根据权利要求1所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的各组元比例为F_直：F_横：F_内=1∶1.8∶27.2。

3.根据权利要求1所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述砂型造型采用的型砂为呋喃树脂砂。

4.根据权利要求3所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的呋喃树脂砂中加入呋喃树脂砂重量30%～50%的固化剂，呋喃树脂砂加入量是硅砂重量的1%～1.4%。

5.根据权利要求4所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的固化剂为二甲苯磺酸固化剂。

6.根据权利要求1所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的砂型制造时横浇道内设有过滤装置。

7.根据权利要求6所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的过滤装置为由泥芯外包裹二氧化硅过滤网布组合而成过滤装置。

8.根据权利要求1所述的风电轮毂无冷铁加工方法，其特征在于：所述的冒口为直径100~140㎜的压边冒口，压边冒口压进铸件尺寸为20㎜～25㎜。