CN107245640B - 一种风电用锥形主轴的制备方法和浇注系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电用锥形主轴及其制备方法和浇注系统，适用于低温球墨铸铁件锥形主轴的铸造过程。该锥形主轴的制备方法包括以下步骤：设计成分、制定铸造工艺、采用压边冒口、硅胶陶瓷片铁水过滤；严格控制浇注温度和开箱时间，按照检验标准；工艺定型后批量生产。本发明能够满足锥形主轴设备技术要求，能够满足‑40℃冲击性能合格、二级探伤和1级磁粉检测的要求，使锥形主轴能够满足在恶劣环境条件下工作，减少锥形主轴在低温条件使用过程中开裂，满足设计使用寿命的要求。

Description

一种风电用锥形主轴的制备方法和浇注系统

技术领域

本发明属于机械制造领域，尤其涉及一种风电用锥形主轴及其制备方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。随着我国经济技术的迅猛发展，我国已经具备大规模发展风力发电的资源条件。到2005年底，我国风力发电累计装机容量达到126万千瓦，我省是风能资源丰富的省区之一，风能资源理论储量为2.37亿千瓦，可开发利用的风能储量为2600万千瓦，主要集中在河西走廊和省内部分山口地区,气候条件非常适合于风电机组全年运行，具有开发建设大中型风力发电项目的良好条件，根据甘肃省发展和改革委员会有关精神，我省加大了风电前期工作力度，先后完成了风能资源评价、风电场选址、风电场工程规划，提出了建设“戈壁三峡”的宏伟蓝图。根据所处的地理环境，嘉峪关和酒泉地区风力发电产业的发展空间位居国内前列，有很强的资源优势，前景非常广阔。

发明内容

本发明的目的在于生产出的锥形主轴能够满足设备规格书的探伤要求、低温性能、金相组织、使用寿命等要求，使锥形主轴产品能够批量生产，提供了一种风电用锥形主轴的制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种风电用锥形主轴，按质量百分比计：锥形主轴化学成分为C：3.65-3.95%； Si：1.70-2.40%； Mn：≤0.2%； S：≤0.02%；P：≤0.03%；Mg：0.04-0.06%，余量为铁。

上述锥形主轴的制备方法，采用砂型铸造，砂型由上砂型和下砂型、型芯组成；具体包括以下步骤：

步骤1、型砂、芯砂准备：将石英砂、呋喃树脂、固化剂按质量百分比计：呋喃树脂加入量占石英砂量的1.0%～1.4 %,固化剂加入量占呋喃树脂量的40 %～50 %，开动自动混砂机，测试型砂的使用时间控制在8-15min，要求试样抗拉强度≥0.8 MPa的配方即可使用；

步骤2、造型

a.造上砂型：在模板上放置压边冒口、出气片和上层冷铁圈后放置砂箱，然后开动混砂机开始造上型砂，砂层厚度达到200mm，用捣砂棒紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

b.造下砂型：放置浇注系统和中、下层冷铁后再放置砂箱，然后开动混砂机开始造型，砂层厚度达到200mm，砂层紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

c.制砂芯：在芯盒内放置好芯骨和冷铁后，开动混砂机开始制芯，用捣砂棒紧实；

步骤3、起模：砂型4-6小时后起模、取芯，将上、下砂型从模板上吊起后翻箱，将硬化后的砂芯从芯盒中吊出，起模后2小时开始涂刷砂型表面，涂料总厚度0.8-1.2mm；

步骤4：烘烤砂型：将砂芯置入砂型进行烘烤，每遍烘烤2～3分钟，烘烤结束后扣箱；

步骤5：熔炼：将Q10生铁、废钢加入中频炉，炉料分2批次加入，第一批加入60%，待第一批炉料熔化后加入SiC粉，SiC粉按照生铁、废钢总质量的0.2%加入，待第一批炉料熔化后加入剩余部分炉料；

步骤6：浇铸：处理好的铁水从浇口杯进入直浇道、横浇到并经过滤片过滤后经内浇道均匀进入进行浇铸、成型后落砂，即形成锥形主轴，浇注后保温96小时以上打箱，取出成型的锥形主轴。

本发明上述浇包烘烤温度400-600℃，座包烘烤温度：200-300℃，待中频炉炉内温度达到1460-1470℃时出炉，出炉前扒净熔渣，加入预留0.15%的生铁，扒完渣后撒聚渣剂覆盖铁水表面；采取一次出铁至浇包进行球化、孕育处理，铁水出至2/3时开始均匀加入高钙钡孕育剂，球化处理后将浇包内的铁水倒入座包开始浇注，浇注温度：1340-1360℃，浇注时间140-160S，球化处理完毕至浇注时间控制在15分钟以内；其中，放入浇注包内的球化剂其上面覆盖高钙钡孕育剂、增C剂后覆盖一层生铁在球化剂的表面，最后在缝隙处撒SiC粉充满，预处理剂在出铁水前加入浇包铁水冲入的一侧。

优选的，步骤3中的涂料总厚度0.8-1.2mm；其中，第一遍涂料波美度45～50，第二遍涂料波美度40～45，第三遍涂料波美度20～30，砂芯每遍涂刷1/3面积后点火燃烧，涂刷完后及时清除砂芯表面杂物，等砂芯表面温度冷至常温、冷铁上没有水分后再涂刷下一遍涂料。

分型面距铸件300mm范围，芯头大平面、芯头部位及芯子分型面边缘150mm范围只涂刷第一遍涂料，涂刷结束后及时清除铁水进入砂型通道中的杂物。

所述的上层冷铁圈位于φ2800法兰上端且与其适配；下层冷铁圈位于下砂型底端，且与其适配，中层冷铁圈位于下砂型法兰下端面。

本发明的另一目的在于提供了一种制备上述风电用锥形主轴的浇注系统，该浇注系统采用陶管分别制成一直浇道、及多个横浇道和内浇道，直浇道末端位于下砂型中心处的下方，直浇道末端通入圆盘式空腔，圆盘式空腔均匀连接横浇道，每一横浇道上设有对铁水进行过滤的硅胶过滤片网，每一横浇道末端连接一内浇道，所有内浇道沿下砂型本体底端的圆周呈均匀通入。

优选的，浇注系统直浇道采用φ100陶管，横浇道与内浇道共设置8道，每道采用φ60的陶管；8道直浇道。

进一步的，上砂型的顶端采用与其适配的φ2800法兰，沿法兰圈内侧均匀设有6个压边冒口，每一压边冒口上安装一出气棒。

所述法兰圈内均匀布置有6-10个出气片。

本发明的有益效果是：

1.本发明锥形主轴铸造通过设计成分、采用压边冒口和出气片、及局部使用冷铁、硅胶过滤器铁水、严格控制开箱时间等铸造的锥形主轴，按照标准检验后达到使用要求，满足批量生产条件，提高了锥形主轴工艺成品率。生产的锥形主轴稳定性强，能够满足锥形主轴设备规格书要求，-40℃冲击性能合格、二级探伤和1级磁粉检测的要求，锥形主轴能够在恶劣环境条件下工作，使锥形主轴在使用中具有抗激冷激热，减少锥形主轴本体开裂的概率，提高了使用寿命。

2.本发明通过设置过滤的硅胶过滤片网对铁水进行过滤出渣，实践证明，锥形主轴浇注重量9500kg，采用125mm*125mm*25mm过滤片16片放置在横浇道上对铁水进行过滤除渣保证锥形主轴表面质量探伤要求，过滤球铁铁水的最大能力达到4kg/cm²。

3.本发明通过均匀设置8道内浇道，且沿下砂型底圆周面均匀分布，每一内浇道尺寸为φ60陶管，从而保证了浇注系统为全开放式，防止了注入时铁水出现紊流。

4.本发明通过沿法兰内圆周面均匀布置6个压边冒口，每一压边冒口上安装一出气棒，压边冒口的尺寸为φ160mm*180mm*400mm，出气棒的尺寸为上160*40、下100*15mm、高度800mm，从而保证了铸件充型所需的压头和铸件组织的致密性。

5.通过在法兰圈内布置6-10个出气片，保证了铸件浇注过程中型内气体的顺利排出。

6.本发明在上、下及厚大部位放置冷铁圈，即：上层冷铁圈，在锥形主轴φ2800法兰上平面设置120mm*120*100mm的1圈冷铁；在下砂型上、下端分别设置1圈冷铁，达到满足铸造过程中铸造锥形主轴的各处液体同时凝固的条件，进一步保证了铸件组织的致密性。

7.本发明浇注温度在1340-1360℃，浇注温度过低易造成瞬时孕育剂溶解不充分，易形成夹渣缺陷；浇注温度过高易造成基体组织石墨球径大。浇注速度为140S-160S之间，避免了浇注速度过慢，铸件上、下温差大，不利于同时凝固的现象发生，防止了浇注速度过快，夹渣物及气体排出困难，易造成铸件夹渣或气孔。

8.本发明开箱时间控制在大于96小时，避免了开箱过早铸件冷却速度快，基体组织中珠光体及渗碳体的含量增加，造成低温冲击不合格。

附图说明

图1.本发明的球墨铸铁件锥形主轴铸造工艺图；

图2.本发明的压边冒口位置示意图；

图3.本发明的浇注系统示意图。

图中：1-上砂型；2-下砂型；3-上层冷铁圈；4-中层冷铁圈；5-下层冷铁圈；6-直浇道；7-圆盘式空腔；8-硅胶过滤片；9-横浇道；10-压边冒口；11-出气棒；12-出气片；13-法兰；14-内浇道。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本发明。

一种风电用锥形主轴，按质量百分比计：锥形主轴化学成分为C：3.65-3.95%； Si：1.70-2.40%； Mn：≤0.2%； S：≤0.02%；P：≤0.03%；Mg：0.04-0.06%，余量为铁。

如图1所示，本发明锥形主轴铸造图，采用模具整体铸造，制作木模外皮和芯盒，铸上、下砂型、及砂芯：按工艺要求用陶管制造上述锥形主轴的浇注系统：其包括直浇道6，直浇道6始端为注入口，直浇道6与砂型分型面垂直，直浇道6末端位于下砂型中心处的下方，直浇道末端通入圆盘式空腔7内，圆盘式空腔7的圆周上均匀连接8个横浇道9，每一横浇道9上设有对铁水进行过滤的硅胶过滤片网8（规格125-125*25mm，16个），每一横浇道9末端连接一内浇道6，8个内浇道沿下砂型2本体底端呈均匀通入。直浇道6采用φ100陶管，内浇道14每道采用φ60的陶管；上砂型1的顶端采用与其适配的φ2800法兰13，沿法兰13圈上平面内侧均匀设有6个压边冒口10，规格为Ф180mm*160mm*400mm，每一压边冒口10上安装一出气棒11。

φ2800法兰13上端有与其适配的一上层冷铁圈3；下砂型2的上端有一中层冷铁圈4位于下砂型法兰下端面；下砂型2底端有一下层冷铁圈5，与下砂型2底端适配。

按照工艺卡要求摆放6-10个出气片，造型4-6小时后起模、取芯，起模后2小时开始涂刷砂型，涂料厚度0.8-1.2mm。涂料勾兑要求：第一遍涂料波美度45～50，第二遍涂料波美度40～45，第三遍涂料波美度20～30，在涂料使用前搅拌均匀，每遍砂型涂刷完后点火燃烧。涂刷结束后及时清除浇注系统中杂物，上、下砂型、及砂芯合箱后通过浇注系统浇注，浇注时间控制在140s-160s。浇注温度1340-1360℃。浇注后保温96小时以上打箱，取出成型的锥形主轴。

一种风电用锥形主轴的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、型砂、芯砂准备：将石英砂、呋喃树脂、固化剂按质量百分比计：呋喃树脂加入量占石英砂量的1.0%～1.4 %,固化剂加入量占呋喃树脂量的40 %～50 %，开动自动混砂机，测试型砂的使用时间控制在8-15min，要求试样抗拉强度≥0.8 MPa的配方即可使用；

步骤2、造型

a.造上砂型：在模板上放置压边冒口、出气片和上层冷铁圈后放置砂箱，然后开动混砂机开始造上型砂，砂层厚度达到200mm，用捣砂棒紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

b.造下砂型：放置浇注系统和中、下层冷铁后再放置砂箱，然后开动混砂机开始造型，砂层厚度达到200mm，砂层紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

c.制砂芯：在芯盒内放置好芯骨和冷铁后，开动混砂机开始制芯，用捣砂棒紧实；

步骤3、起模：砂型4-6小时后起模、取芯，将上、下砂型从模板上吊起后翻箱，将硬化后的砂芯从芯盒中吊出，起模后2小时开始涂刷砂型表面，涂料总厚度0.8-1.2mm；

步骤4：烘烤砂型：将砂芯置入砂型进行烘烤，每遍烘烤2～3分钟，烘烤结束后扣箱；

步骤5：熔炼：将Q10生铁、废钢加入中频炉，炉料分2批次加入，第一批加入60%，待第一批炉料熔化后加入SiC粉，SiC粉按照生铁、废钢总质量的0.2%加入，待第一批炉料熔化后加入剩余部分炉料；

步骤6：浇铸：处理好的铁水从浇口杯进入直浇道、横浇到并经过滤片过滤后经内浇道均匀进入进行浇铸、成型后落砂，即形成锥形主轴，浇注后保温96小时以上打箱，取出成型的锥形主轴。

浇包烘烤温度400-600℃，座包烘烤温度：200-300℃，待中频炉炉内温度达到1460-1470℃时出炉，出炉前扒净熔渣，加入预留0.15%的生铁，扒完渣后撒聚渣剂覆盖铁水表面；采取一次出铁至浇包进行球化、孕育处理，铁水出至2/3时开始均匀加入高钙钡孕育剂，球化处理后将浇包内的铁水倒入座包开始浇注，浇注温度：1340-1360℃，浇注时间140-160S，球化处理完毕至浇注时间控制在15分钟以内；

其中，放入浇注包内的球化剂应适当捣紧，上面覆盖高钙钡孕育剂、增C剂，然后覆盖一层生铁在球化剂的表面，生铁之间的缝隙处撒SiC粉充满（8-9kg），烘烤时火苗不应正对球化剂的位置，预处理剂在出铁水前加入浇包铁水冲入的一侧。

实施例

一种风电用锥形主轴的制备方法，将处理好的铁水从直浇道进入圆盘式空腔，再从圆盘式空腔进入8个横浇道，通过横浇道中设置的过滤片过滤后进入到8个内浇道均匀通至砂型本体内，浇包烘烤温度500℃，座包烘烤温度：250℃，炉内温度达到1460-1470℃时出炉，出炉前扒净熔渣，加入预留的生铁160kg，扒完渣撒聚渣剂覆盖铁水表面。采取一次出铁进行球化、孕育处理，铁水出至2/3时开始加入孕育剂，加入方式用铁锹均匀撒入。浇注温度：1350℃。浇注时间150S。球化处理完毕至浇注时间控制在15分钟以内，即形成锥形主轴。

Claims (9)

1.一种风电锥形主轴的制备方法，采用砂型铸造，砂型由上砂型和下砂型、型芯组成；其特征在于：按质量百分比计：锥形主轴化学成分为C：3.65-3.95%； Si：1.70-2.40%； Mn：≤0.2%； S：≤0.02%；P：≤0.03%；Mg：0.04-0.06%，余量为铁，具体制备过程包括以下步骤：

步骤1、型砂、芯砂准备：将石英砂、呋喃树脂、固化剂按质量百分比计：呋喃树脂加入量占石英砂量的1.0%～1.4 %,固化剂加入量占呋喃树脂量的40 %～50 %，开动自动混砂机，测试型砂的使用时间控制在8-15min，要求试样抗拉强度≥0.8 MPa的配方即可使用；

步骤2、造型

a.造上砂型：在模板上放置压边冒口、出气片和上层冷铁圈后放置砂箱，然后开动混砂机开始造上型砂，砂层厚度达到200mm，用捣砂棒紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

b.造下砂型：放置浇注系统和中、下层冷铁后再放置砂箱，然后开动混砂机开始造型，砂层厚度达到200mm，砂层紧实，混砂机旋转一周用时控制在5-10分钟；

c.制砂芯：在芯盒内放置好芯骨和冷铁后，开动混砂机开始制芯，用捣砂棒紧实；

步骤3、起模：砂型4-6小时后起模、取芯，将上、下砂型从模板上吊起后翻箱，将硬化后的砂芯从芯盒中吊出，起模后2小时开始涂刷砂型表面，涂料总厚度0.8-1.2mm；

步骤4：烘烤砂型：将砂芯置入砂型进行烘烤，每遍烘烤2～3分钟，烘烤结束后扣箱；

步骤5：熔炼：将Q10生铁、废钢加入中频炉，炉料分2批次加入，第一批加入60%，待第一批炉料熔化后加入SiC粉，SiC粉按照生铁、废钢总质量的0.2%加入，待第一批炉料熔化后加入剩余部分炉料；

步骤6：浇铸：处理好的铁水从浇口杯进入直浇道、横浇道并经过滤片过滤后经内浇道均匀进入进行浇铸、成型后落砂，即形成锥形主轴，浇注后保温96小时以上打箱，取出成型的锥形主轴。

2.如权利要求1所述的风电锥形主轴的制备方法，其特征在于：浇包烘烤温度400-600℃，座包烘烤温度：200-300℃，待中频炉炉内温度达到1460-1470℃时出炉，出炉前扒净熔渣，加入预留0.15%的生铁，扒完渣后撒聚渣剂覆盖铁水表面；采取一次出铁至浇包进行球化、孕育处理，铁水出至2/3时开始均匀加入高钙钡孕育剂，球化处理后将浇包内的铁水倒入座包开始浇注，浇注温度：1340-1360℃，浇注时间140-160S，球化处理完毕至浇注时间控制在15分钟以内；其中，放入浇注包内的球化剂其上面覆盖高钙钡孕育剂、增C剂后覆盖一层生铁在球化剂的表面，最后在缝隙处撒SiC粉充满，预处理剂在出铁水前加入浇包铁水冲入的一侧。

3.如权利要求1所述的一种风电锥形主轴的制备方法，其特征在于：步骤3中的涂料总厚度0.8-1.2mm；其中，第一遍涂料波美度45～50，第二遍涂料波美度40～45，第三遍涂料波美度20～30，砂芯每遍涂刷1/3面积后点火燃烧，涂刷完后及时清除砂芯表面杂物，等砂芯表面温度冷至常温、冷铁上没有水分后再涂刷下一遍涂料。

4.如权利要求1所述的一种风电锥形主轴的制备方法，其特征在于：分型面距铸件300mm范围，芯头大平面、芯头部位及芯子分型面边缘150mm范围只涂刷第一遍涂料，涂刷结束后及时清除铁水进入砂型通道中的杂物。

5.如权利要求1所述的一种风电锥形主轴的制备方法，其特征在于：上层冷铁圈位于φ2800法兰上端且与其适配；下层冷铁圈位于下砂型底端，且与其适配，中层冷铁圈位于下砂型法兰下端面。

6.一种用于如权利要求1所述的风电用锥形主轴制备方法的浇注系统，其特征在于：浇注系统采用陶管分别制成横浇道、直浇道、内浇道，直浇道末端位于下砂型中心处的下方，直浇道末端通入圆盘式空腔，圆盘式空腔均匀连接横浇道，每一横浇道上设有对铁水进行过滤的硅胶过滤片网，每一横浇道末端连接一内浇道，所有内浇道沿下砂型本体底端的圆周呈均匀通入。

7.如权利要求6所述的浇注系统，其特征在于：浇注系统直浇道采用φ100陶管，横浇道与内浇道共设置8道，每道采用φ60的陶管。

8.如权利要求7所述的浇注系统，其特征在于：上砂型的顶端采用与其适配的φ2800法兰，沿法兰圈内侧均匀设有6个压边冒口，每一压边冒口上安装一出气棒。

9.如权利要求8所述的浇注系统，其特征在于：法兰圈内均匀布置有6-10个出气片。