CN104827000B - 一种齿圈的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种齿圈的铸造方法,其砂型包括直浇道、上层内浇道、下层内浇道、上层环形横浇道,下层环形横浇道,所述上层环形横浇道与所述上层内浇道的一端连通,所述上层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述下层环形横浇道与所述下层内浇道的一端连通,所述下层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述直浇道垂直设置于所述砂型外侧面,所述直浇道与所述砂型的母线平行,所述直浇道分别与所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通,所述砂型上表面设置有至少1个出气片,所述齿圈的热节区域设置有至少1个冷铁,解决了现有技术中齿圈插齿部位及退刀槽组织疏松缺陷的问题,使铸件本体符合技术要求,工艺出品率达到85.5%。
Description
技术领域
本发明涉及球墨铸铁铸件的铸造领域,具体涉及一种球墨铸铁齿圈的砂型铸造方法。
背景技术
海上风能资源丰富,且受环境影响小,海上风电场是目前迅速发展的市场,前景非常广阔,然而复杂的海上自然条件使风电机组的故障率居高不下,而齿圈的质量问题是导致故障的原因之一。现目前,齿圈铸件的材质主要是QT400-18L,铸件最大轮廓尺寸φ1800×580,铸件通过上下两端内外齿啮合传递扭矩。该齿圈铸件的工作环境恶劣,工作温度范围在-45℃—45℃,且长期暴露于腐蚀性、盐雾、风沙的环境中。因此对齿圈铸件的质量要求非常苛刻,其本体超声波探伤达欧标2级。
如图1所示,现目前,齿圈铸件铸造的最难点在于:两端内外插齿部分以及插齿根部设置的退刀槽,所述退刀槽为铸件上部内圈退刀槽1,铸件下部外圈退刀槽2,所述退刀槽的宽度为10mm、深度为20mm,大部分区域加工后不允许存在任何肉眼可见的缺陷,验收标准详见后文,从铸造而言,球墨铸铁趋于糊状凝固特性,在厚大、热节部位极易产生轴线疏松,两处退刀槽均已加工到铸件的心部,要保证铸件组织致密,这就几乎是零缺陷技术要求。而从铸件结构分析,铸件的最小壁厚35mm,最大壁厚85mm,上下两端退刀槽及插齿部位属于铸件热节区域,其热节区域与其余铸件本体的模数比最大达到1.6。
大多数厂家的铸造工艺通常采用底注反雨淋式浇注系统,顶部设置冒口补缩,力求采用定向凝固原则使铸件组织致密,然而这种工艺仍然无法有效解决退刀槽部位的疏松缺陷。原因在于产生缺陷的部位均处于上述热节区域,在凝固后期无法得到足够的液态补充,尽管采用了顶部的冒口补缩,但冒口的参数、位置设置不合理反而增加了补缩部位的模数,在冒口根部产生新的疏松,且工艺出品率降低。
发明内容
有鉴于此,本申请提供一种球墨铸铁齿圈铸件的无冒口铸造方法,利用球墨铸铁凝固收缩和石墨膨胀动态叠加,局部热节则采用冷铁激冷来调节型腔温度场,配合浇注系统液态补缩相结合,使所述铸件的各部分达到均衡凝固,解决了现有技术中齿圈插齿部位及退刀槽组织疏松缺陷的问题,使铸件本体符合技术要求,工艺出品率达到85.5%。
为解决以上技术问题,本发明提供的技术方案是一种齿圈的铸造方法,所述齿圈铸造的砂型采用上、中、下三箱造型,所述砂型包括直浇道、上层内浇道、下层内浇道、上层环形横浇道,下层环形横浇道,所述上层环形横浇道与所述上层内浇道的一端连通,所述上层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述下层环形横浇道与所述下层内浇道的一端连通,所述下层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述直浇道垂直设置于所述砂型外侧面,所述直浇道与所述砂型的母线平行,所述直浇道分别与所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通,所述砂型上表面设置有至少1个出气片,所述齿圈的热节区域设置有至少1个冷铁。
本申请采用阶梯式浇注系统,浇注时铁水通过直浇道进入下层浇注系统,铁液在环形型腔内旋转上升,既保证充型平稳,有利于杂质上浮,又通过快速热交换保证了整个型腔温度场的均衡;液面在上升到接近型腔上表面时充型压力头减小,铁水不再通过下层浇注系统,而是通过上层环形横浇道,上层内浇道切线注入型腔。
优选的,所述砂型上表面的出气片设置为10个,所述出气片均布于所述砂型上表面的圆周上,保证了气体的充分排出,提高了工艺出品率。
优选的,所述齿圈的热节区域中,位于所述齿圈上部的内齿退刀槽的热节区域上设置有1个第一冷铁。
优选的,所述齿圈的热节区域中,位于所述齿圈下部的外齿退刀槽的热节区域上分别设置有1个第二冷铁,1个第三冷铁,所述第二冷铁位于所述外齿退刀槽的侧面,所述第三冷铁位于所述外齿退刀槽的底面。
其中,齿圈上部热节区域的第一冷铁的设置,使凝固模数与整体薄壁部位达到一致;齿圈下部第二冷铁、第三冷铁的设置,使铸型下部热节区域的铁水迅速冷却,先于其他部位进入凝固收缩阶段,并得到上部高温铁水足够的液态补充,保证了该热节区域组织致密。
优选的,所述上层环形横浇道、下层环形横浇道为所述砂型外周上的圆弧状浇道,所述上层环形横浇道、下层环形横浇道圆弧的圆心角为π—3/2π。
优选的,所述上层内浇道、下层内浇道分别设置10个,所述上层内浇道、下层内浇道分别均布与所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通。
优选的,所述下层环形横浇道位于所述上层环形横浇道的垂直投影线上。
优选的,所述上层环形横浇道、下层环形横浇道的横截面为梯形,所述梯形的上底为80mm,下底为85mm,高为80mm,该设置可确保具有足够的金属液及压力头对整个铸型的最后凝固部位提供液态补充。
优选的,所述上层内浇道、下层内浇道的横截面为矩形,所述矩形的长为50mm,宽为8mm。所述上层内浇道、下层内浇道在浇注完毕后最先凝固,封闭了铸型与浇注系统的通道,避免浇注系统的倒缩。
优选的,所述齿圈铸造中,所用砂箱为铸铁砂箱,所述型砂的干拉强度为1.2—1.6MPa,所述砂型的表面硬度为60—80g/mm2。
本申请与现有技术相比,其详细说明如下:本申请提供了一种齿圈的铸造方法,砂型采用上、中、下三开箱造型,达到上下两层浇注系统的设置。浇注时铁水通过直浇道进入下层浇注系统,通过下层环形横浇道和下层内浇道切线注入型腔,铁液在环形型腔内旋转上升,既保证充型平稳,有利于杂质上浮,又通过快速热交换保证了整个型腔温度场的均衡。齿圈下部冷铁的设置,使铸型下部热节区域的铁水迅速冷却,先于其他部位进入凝固收缩阶段,并得到上部高温铁水足够的液态补充,保证了该热节区域组织致密。液面在上升到接近型腔上表面时充型压力头减小,铁水不再通过下层浇注系统,而是通过上层环形横浇道和上层内浇道切线注入型腔。上部热节区域设置冷铁激冷,使凝固模数与整体薄壁部位达到一致。随着液面的上升,温度逐渐下降,而上层高温铁水的注入,保证了铁水的流动性与充型性,上层设置较大模数的环形横浇道,确保具有足够的金属液及压力头对整个铸型的最后凝固部位提供液态补充。上下两层均布的扁平内浇道,在浇注完毕后最先凝固,封闭了铸型与浇注系统的通道,避免浇注系统的倒缩,为后期的石墨膨胀创造必要条件。从上述凝固过程分析,通过浇注系统的合理设置以及冷铁的激冷作用,上下两处环状热节区域的凝固模数与铸型整体薄壁模数达到一致,即在每一个截面上均达到同时凝固。在石墨的一次结晶和二次结晶析出阶段,其膨胀量完全填充了局部的微观疏松,使铸件组织致密。铸型上表面均布的出气片替代补缩冒口,保证了型芯气体的充分排出,又提高了工艺出品率。
本申请为实现铸件的均衡凝固,采用三开箱造型,阶梯式浇注系统,配合冷铁激冷,出气片取代冒口的方案。采用无冒口铸造工艺,利用球墨铸铁膨胀和收缩动态叠加,局部热节采用冷铁激冷调节型腔温度场,配合浇注系统液态补缩相结合,最终消除上下退刀槽组织疏松缺陷,铸件本体符合技术要求,解决了现有技术中齿圈插齿部位及退刀槽组织疏松缺陷的问题,工艺出品率达到85.5%。
附图说明
图1是齿圈的横截面示意图;
图2是本申请技术方案中所述砂型的仰视图;
图3是图2中A-A处的剖面图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图2、图3所示,一种齿圈的铸造方法,所述齿圈铸造的砂型采用上、中、下三箱造型,所述砂型包括直浇道3、上层内浇道4、下层内浇道5、上层环形横浇道6,下层环形横浇道(图中未示出),所述上层环形横浇道6与所述上层内浇道4的一端连通,所述上层内浇道4的另一端与所述砂型型腔连通,所述下层环形横浇道(图中未示出)与所述下层内浇道5的一端连通,所述下层内浇道5的另一端与所述砂型型腔连通,所述直浇道3垂直设置于所述砂型外侧面,所述直浇道3与所述砂型的母线平行,所述直浇道3分别与所述上层环形横浇道6、下层环形横浇道(图中未示出)连通,所述砂型上表面设置有10个出气片9,所述出气片9均布于所述砂型上表面的圆周上,所述齿圈的热节区域中,位于所述齿圈上部的内齿退刀槽的热节区域上设置有1个第一冷铁10,所述齿圈的热节区域中,位于所述齿圈下部的外齿退刀槽的热节区域上分别设置有1个第二冷铁11,1个第三冷铁12,所述第二冷铁11位于所述外齿退刀槽的侧面,所述第三冷铁12位于所述外齿退刀槽的底面,所用砂箱为铸铁砂箱,所述型砂的干拉强度为1.2—1.6MPa,所述砂型的表面硬度为60—80g/mm2。
所述冷铁的具体规格如表1所示:
表1本申请实施例所述冷铁的规格
数量(个) | 型号(弧长×宽×厚)(mm) | |
第一冷铁 | 19 | 100×60×40 |
第二冷铁 | 20 | 120×60×40 |
第三冷铁 | 19 | 80×80×40 |
其中冷铁的数量为一个铸型中的冷铁总数量。
作为优选,所述上层环形横浇道6、下层环形横浇道(图中未示出)为所述砂型外周上的圆弧状浇道,所述下层环形横浇道(图中未示出)位于所述上层环形横浇道6的垂直投影线上,所述上层环形横浇道6、下层环形横浇道(图中未示出)圆弧的圆心角为π—3/2π;所述上层内浇道4、下层内浇道5分别设置10个,分别均布与所述上层环形横浇道6、下层环形横浇道(图中未示出)连通。
作为优选,所述上层环形横浇道6、下层环形横浇道(图中未示出)的横截面为梯形,所述梯形的上底为80mm,下底为85mm,高为80mm,所述上层内浇道4、下层内浇道5的横截面为矩形,所述矩形的长为50mm,宽为8mm。
参照现有齿圈铸件的验收标准,将本申请实施例所述方案铸造的齿圈铸件进行检验,被测铸件1、2、3为随机选取的采用本申请工艺生产出的成品件。检验结果如表2。
其中,现有齿圈验收标准如下(部分):
在加工表面上(精加工后)允许存在以下的铸造缺陷:
1、内外齿面及退刀槽范围内不允许有任何缺陷;
2、其余部位允许有直径不大于2mm或其周长不大于6mm,深度不大于1mm,间距不小于20mm,离边缘或孔边不小于6mm的光洁气孔,个数不多于5个。
表2本申请工艺生产齿圈铸件的检验结果
此外,采用本申请技术方案生产的齿圈铸件相比于传统工艺,其铸件的缺陷少,成品率高达85.5%。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种齿圈的铸造方法,所述铸造方法中的砂型采用上、中、下三箱造型,其特征在于:所述砂型包括直浇道、上层内浇道、下层内浇道、上层环形横浇道,下层环形横浇道,所述上层环形横浇道与所述上层内浇道的一端连通,所述上层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述下层环形横浇道与所述下层内浇道的一端连通,所述下层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通,所述直浇道垂直设置于所述砂型外侧面,所述直浇道与所述砂型的母线平行,所述直浇道分别与所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通,所述砂型上表面设置有至少1个出气片,位于所述齿圈上部的每个内齿退刀槽的热节区域上均设置有1个第一冷铁,位于所述齿圈下部的每个外齿退刀槽的热节区域上均分别设置有1个第二冷铁,1个第三冷铁,所述第二冷铁位于所述外齿退刀槽的侧面,所述第三冷铁位于所述外齿退刀槽的底面。
2.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述砂型上表面的出气片设置为10个,所述出气片均布于所述砂型上表面的圆周上。
3.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述上层环形横浇道、下层环形横浇道为所述砂型外周上的圆弧状浇道,所述上层环形横浇道、下层环形横浇道圆弧的圆心角为π—3/2π。
4.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述上层内浇道、下层内浇道分别设置10个,所述上层内浇道、下层内浇道分别均布,分别与 所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通。
5.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述下层环形横浇道位于所述上层环形横浇道的垂直投影线上。
6.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述上层环形横浇道、下层环形横浇道的横截面为梯形,所述梯形的上底为80mm,下底为85mm,高为80mm。
7.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述上层内浇道、下层内浇道的横截面为矩形,所述矩形的长为50mm,宽为8mm。
8.根据权利要求1所述的一种齿圈的铸造方法,其特征在于:所述齿圈铸造中,所用砂箱为铸铁砂箱,所用型砂的干拉强度为1.2—1.6MPa,所述砂型的表面硬度为60—80g/mm2。
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