CN102921901B - 一种风力发电机组主轴的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造方法，尤其是涉及一种风力发电机组主轴的铸造方法，方法包括如下步骤：设计浇注系统、模具制作、造型、制芯、合箱、配料、熔炼、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理、浇注和落砂清理；本发明方法独特、满足铸件尺寸、性能、内外在质量指标要求的铸造工艺方法、实现动/定轴的批量化生产。

Description

一种风力发电机组主轴的铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，尤其是涉及一种风力发电机组主轴的铸造方法。

背景技术

目前风力发电机1.5MW定子轴主要壁厚为80～150mm，1.5MW转动轴主要壁厚为73～145mm， 2.5MW定子轴主要壁厚为45～243mm，2.5MW转动轴主要壁厚为45～160mm。其中1.5MW定子轴属于细长管形件散热条件最为恶劣，且其关键区域内在质量须达到UT2级。材料要求为QT400-18AL(EN-GJS-400-18U-LT)，性能指标要求为：在-20℃和-30℃的条件下满足抗拉强度≥370MPa，屈服强度≥220 MPa，延伸率≥12%，冲击单值≥7J，平均值≥10J；铸件表面质量要求满足ISO11971-1997 。

目前风力发电机的主轴均是采用锻造的方法生产。锻造生产工艺复杂，产品成型率不高，后续加工材料消耗大，使风力发电机主轴的生产不能满足目前大的市场需求。铸造工艺作为一种传统的工艺方法，具有设备投入少、工艺出品率高，产品质量稳定、适宜大批量生产的特点。

到目前为止，还没有一种适用于1.5MW和2.5MW定子轴的铸造方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种方法独特、满足铸件尺寸、性能、内外在质量指标要求的铸造工艺方法、实现动/定轴的批量化生产的一种风力发电机组主轴的铸造方法。

为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现：

一种风力发电机组主轴的铸造方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

a、设计浇注系统：浇注系统是由直浇道和横浇道组成，直浇道折弯、横浇道之间设有过滤铁液的过滤网、底注开放式浇注；

b、模具制作：采用专用砂箱进行树脂化；

c、造型：采用振动紧实，制作随形凹口砂箱,造型前，将隔砂冷铁放置在热节部位，即铸件壁厚过渡悬殊的位置，一般是铸件的厚大部位；然后使用冷铁的凸台固定，将冷铁上的凸台紧靠模样放置，保证冷铁的三个凸台全部和模样靠近，四个小的发热冒口放置在铸件浇注位置的顶部，同时避开铸件热节部位；

d、制芯：芯子的热节部位放置冷铁，同时在芯子的内部放置芯铁；

e、合箱；

f、配料：原料为机铁、废钢、生铁，具体的炉料配比为：生铁为50%～60%，机铁5%～10%，，废钢为30%～45%；

g、熔炼；

h、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理；

i、浇注：直浇道折弯减速，底注过滤网净化铁液开放式的浇注系统；

j、落砂清理；

所述直浇道、横浇道的截面形状均为长方形，且直浇道薄而宽；

所述直浇道4次折弯。

本发明有如下效果：

1）方法独特：本发明提供的方法包括如下步骤：设计浇注系统、模具制作、造型、制芯、合箱、配料、熔炼、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理、浇注和落砂清理；1.5MW系列的两种铸件根据铸件结构采取平坐立浇注工艺。而2.5MW的两种铸件，依据重要面朝下的工艺原则，重要法兰朝下；1.5MW两种铸件创新性的使用直浇道折弯减速，底注过滤网净化铁液开放式的浇注系统。只有铁水快速平稳的进入型腔，才会避免因铁水飞溅引起的氧化夹杂缺陷；2.5MW两种铸件创新性地采用缝隙式浇注系统工艺设计。内浇道薄而宽，金属液快速而平稳地充型，有利于排气和除渣，各个内浇道中的金属流向一致，防止金属液在型内碰撞，流向混乱而出现过度紊流。所确定的内浇道的位置、方向和个数符合铸件的凝固补缩原则或补缩方法。在规定的浇注时间内充满型腔。保证型内金属液面有足够的上升速度，避免形成夹砂、结疤、皱皮、冷隔等缺陷。使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。

2）使铸件满足ISO11971-1997表面质量铸件表面质量达到顾客要求的ISO11971-1997表面质量开放式浇注系统直浇道折弯减速、底注过滤网净化铁液：由于铸件浇注高度达到4.5M，直浇道铁水速度达到9.4m/s，铁液很容易冲砂、飞溅紊流氧化造成铸件夹砂、夹渣缺陷，甚至跑火直接报废。本发明通过特别的浇注系统即直浇道4次折弯成功将铁液减速到3.5m/s，开放式浇注系统进一步将铁液充型速度减低到1.2m/s，过滤器净化铁液设计，使铸件满足ISO11971-1997表面质量铸件表面质量达到顾客要求的ISO11971-1997表面质量。

3）机械性能和金相组织达到并超过顾客的要求：本发明提供的方法借助多年在球墨铸铁熔炼方面的经验，采用合理的炉料配比、机铁、废钢、生铁，严格控制熔炼过程温度如熔化过程温度、取样温度、过热温度、出铁温度，避免原铁水中形核中心的烧损，采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理工艺使材料性能达到顾客要求，机械性能和金相组织达到并超过顾客的要求。

4）实现稳定生产：由于轴类铸件结构相对简单，但壁厚变化大，最大壁厚243mm，最小壁厚45mm，轴类材料球墨铸铁属于宽结晶温度范围的合金，凝固区域宽度呈糊状凝固方式。在共晶转变时，析出的石墨球长大所产生的体积膨胀完全通过奥氏体的膨胀来发生作用，膨胀的小部分被传递到枝晶间，大部分却作用于相邻的共晶团或初生奥氏体骨架上，导致大的缩前膨胀，在凝固期间没有一个坚实的外壳，如果铸型刚度不足，则不会迫使液体从枝晶间的通道去补缩因液态和凝固收缩在奥氏体枝晶间或共晶团间的小孔洞，铸件容易出现缩孔、缩松缺陷。本发明提供的方法通过合理的计算，结合铸件充型及凝固模拟软件，对铸件的充型过程进行选择和优化，对铸件的凝固方式、凝固顺序予以充分的考虑，对铸造工艺进行优化和试验改进，确定合理的浇注系统，冷铁设计和无冒口自补缩工艺等，确保铸件内外在质量满足顾客规范要求，且在一定的时间内不发生较大波动，实现稳定生产。

5）改善风电轴类铸件内外在质量、提高生产效率：本发明提供的方法采用振实平台的应用，顾客对风电轴类铸件的质量要求较高，通过对铸型进行振动紧实，提高铸型的强度和表面质量，降低现场操作人员的劳动强度，对改善风电轴类铸件内外在质量、提高生产效率具有较大的促进作用。

6）适应批量化生产的需求：本发明提供的方法树脂化模具、制作专用砂箱：对风电轴类铸件模具进行树脂化，提高模具的表面光洁度、尺寸精度，延长模具的使用寿命，制作风电轴类铸件专用砂箱，从而提升铸件的内外在质量，适应批量化生产的需求。

具体实施方式

实施例一： 

一种风力发电机组主轴即1.5MW系列的两种轴类铸件的铸造方法，该方法包括如下步骤：

a、设计浇注系统：浇注系统是由直浇道和横浇道组成，直浇道折弯、横浇道之间设有过滤铁液的过滤网、底注开放式浇注；

b、模具制作：采用专用砂箱进行树脂化，模具采用树脂采用，内部使用木料，表面采用树脂化，模板采用钢木结构，按照设计制作完成后，用树脂砂造型；

c、造型：采用振动紧实，制作随形凹口砂箱,造型前，将隔砂冷铁放置在热节部位，即铸件壁厚过渡悬殊的位置，一般是铸件的厚大部位；然后使用冷铁的凸台固定，将冷铁上的凸台紧靠模样放置，保证冷铁的三个凸台全部和模样靠近，四个小的发热冒口放置在铸件浇注位置的顶部，同时避开铸件热节部位，使用隔砂冷铁，冷铁上凸台紧靠模具，同时采用采用震动平台，使用振动紧实，铸型密度由1.5提高到1.65-1.67kg/cm3，均匀度也得到保证，造型时铸件浇注位置的顶部放置四个发热冒口，并使用尼龙气道连接冒口出气口；

d、制芯：芯子的热节部位放置冷铁，同时在芯子的内部放置芯铁；

e、合箱：合箱后，翻转箱立起来后，使用卡紧装置对砂箱进行紧固。抵消浇注时石墨膨胀产生的力；

f、配料：原料为机铁、废钢、生铁，具体的炉料配比为：生铁为50%～60%，机铁5%～10%，，废钢为30%～45%。；

g、熔炼：炉料方面的选择主要倾向于使用含硅、锰、磷量低的原材料，其中生铁的加入量不能低于50%，否则铁液的核心会太少；废钢的加入比例适当的要高一些，因为实践表明同样成分的铁水，废钢比例越高，铁水的力学性能越好；剩下的比例加入机铁。铁水处理工艺方面提出了“预处理”的概念，并搭配多次孕育以及实现完全球化和完全孕育来对铁水进行处理，实现低温球铁的生产；

h、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理；

i、浇注：直浇道折弯减速，底注过滤网净化铁液开放式的浇注系统

j、落砂清理。

上述直浇道、横浇道的截面形状均为长方形，且直浇道薄而宽。

上述直浇道4次折弯。

实施例二：

1．一种风力发电机组主轴即2.5MW系列的两种轴类铸件的铸造方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

a、设计浇注系统：浇注系统是由直浇道和横浇道组成，直浇道折弯、横浇道之间设有过滤铁液的过滤网、底注开放式浇注；

b、模具制作：采用专用砂箱进行树脂化，模具采用树脂采用，内部使用木料，表面采用树脂化。模板采用钢木结构。按照设计制作完成后，用树脂砂造型；

c、造型：采用振动紧实，制作随形凹口砂箱,造型前，将隔砂冷铁放置在热节部位，即铸件壁厚过渡悬殊的位置，一般是铸件的厚大部位；然后使用冷铁的凸台固定，将冷铁上的凸台紧靠模样放置，保证冷铁的三个凸台全部和模样靠近，四个小的发热冒口放置在铸件浇注位置的顶部，同时避开铸件热节部位，造型时采用震动平台，使用振动紧实，铸型密度由1.5提高到1.65-1.67kg/cm3，均匀度也得到保证，造型时铸件浇注位置的顶部，使用小冒口技术，放置8~10直径70的陶瓷管道以此来代替发热冒口；

d、制芯：芯子的热节部位放置冷铁，同时在芯子的内部放置芯铁；

e、合箱：合箱后压箱重锤重量必须大于8~10倍的浇注重量；

f、配料：原料为机铁、废钢、生铁，具体的炉料配比为：生铁为50%～60%，机铁5%～10%，，废钢为30%～45%。；

g、熔炼：炉料方面的选择主要倾向于使用含硅、锰、磷量低的原材料，其中生铁的加入量不能低于50%，否则铁液的核心会太少；废钢的加入比例适当的要高一些，因为实践表明同样成分的铁水，废钢比例越高，铁水的力学性能越好；剩下的比例加入机铁。铁水处理工艺方面提出了“预处理”的概念，并搭配多次孕育以及实现完全球化和完全孕育来对铁水进行处理，实现低温球铁的生产；

h、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理；

i、浇注：直浇道折弯减速，底注过滤网净化铁液开放式的浇注系统

j、落砂清理。

上述直浇道、横浇道的截面形状均为长方形，且直浇道薄而宽。

上述直浇道4次折弯。

Claims (2)

1.一种风力发电机组主轴的铸造方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

a、设计浇注系统：浇注系统是由直浇道和横浇道组成，直浇道折弯、横浇道之间设有过滤铁液的过滤网、底注开放式浇注；

b、模具制作：采用专用砂箱进行树脂化；

c、造型：采用振动紧实，制作随形凹口砂箱,造型前，将隔砂冷铁放置在热节部位，即铸件壁厚过渡悬殊的位置，一般是铸件的厚大部位；然后使用冷铁的凸台固定，将冷铁上的凸台紧靠模样放置，保证冷铁的三个凸台全部和模样靠近，四个小的发热冒口放置在铸件浇注位置的顶部，同时避开铸件热节部位；

d、制芯：芯子的热节部位放置冷铁，同时在芯子的内部放置芯铁；

e、合箱；

f、配料：原料为机铁、废钢、生铁，具体的炉料配比为：生铁为50%～60%，机铁5%～10%，废钢为30%～45%；

g、熔炼；

h、采用炉前球化处理工艺和多级孕育处理；

i、浇注：直浇道折弯减速，底注过滤网净化铁液开放式的浇注系统；

j、落砂清理，所述直浇道4次折弯。

2.如权利要求1所述的一种风力发电机组主轴的铸造方法，其特征是：所述直浇道、横浇道的截面形状均为长方形，且直浇道薄而宽。