CN108339945B - 一种大型盘类复杂结构零件的铸型和铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型盘类复杂结构零件的铸型，其包括铸型，所述铸型设有盘形零件型腔、若干冒口型腔、若干出气口及浇铸系统；所述浇铸系统包括至少两个进铁口、至少两条铁水主流道、中心分流腔、若干铁水分流道以及若干过滤器，所述铁水主流道和所述铁水分流道设于所述铸型底部，所述中心分流腔设于所述铸型底部中心位置。所述浇注系统分布合理，可大大缩短浇注时间，保证进铁平稳。所述冒口型腔和所述出气口的针对性设置，可保证型腔的发气量及冒口补缩。本发明还公开了一种铸造方法，使用该铸型，结合使用石墨冷铁和压铁，可有效解决在铸造过程中易产生的缩松、夹渣、冷隔、变形等铸造问题。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种大型盘类复杂结构零件的铸型和铸造方法。
背景技术
风电机组用的大兆瓦风电转子属于大型盘类零件，尺寸较大且结构复杂。比如图1所示的GE6MW转子，基本参数为：直径高度1018mm，毛坯重量47T左右，浇注重量将近60T；其由外到内以此包括外圈法兰1、环形筋板2和内圈法兰3，外圈法兰1和环形筋板2之间还连有18根竖筋，环形筋板2和内圈法兰3之间连有6板筋。其他型号的风电转子结构与GE6MW转子类似，结构均较为复杂，该类零件原为焊接件，基本可以满足陆地环境风电机组的使用要求。而海上风电是未来一段时期风电项目的重点，大兆瓦风电转子的开发势在必行，但是在海上，风电机组所处的环境与陆地条件截然不同，海上风电技术远比陆地风电复杂，在建设海上风场过程中，不得不考虑盐雾腐蚀、海浪载荷、海冰冲撞、台风破坏等恶劣自然条件和环境条件对风机的影响。在整机中，风电转子所承载的应力尤其突出，焊接而成的风电转子往往难以达到要求，因此急需开发强度和耐候性更佳的风电转子的铸件。但是目前铸造技术中，盘类零件铸造难点大，往往存在缩松、夹渣等铸造缺陷，这些铸造缺陷难以控制，而风电转子不仅尺寸较大，而且结构复杂，其铸造更是难点中的难点，缩松、夹渣等铸造缺陷更加难以控制，急需开发新的方案以解决铸造过程中的这些缺陷。
发明内容
因此，针对现有技术中风电转子等大型盘类复杂机构零件铸造过程中易出现缩松、夹渣等缺陷的技术问题，本发明的目的在于提供一种大型盘类复杂机构零件的铸型。
本发明的大型盘类复杂结构零件的铸型设有盘形零件型腔、若干冒口型腔、若干出气口及浇铸系统；所述浇铸系统包括至少两个进铁口、至少两条铁水主流道、中心分流腔、若干铁水分流道以及若干过滤器，所述铁水主流道和所述铁水分流道设于所述铸型底部，所述中心分流腔设于所述铸型底部中心位置；所述铁水主流道上游与所述进铁口接通，下游与所述中心分流腔接通；若干所述铁水分流道呈发散状均匀分布，且上游与所述中心分流腔接通，下游末端通入所述零件型腔，若干所述过滤器分别设于若干所述铁水分流道上。
本发明的铸型制作时，和普通铸型制造过程相同，同样可分为上模和下模，分别通过向砂箱中落砂成型。
本发明的一些较佳实施例中，所述大型盘类复杂结构零件为风电转子，所述风电转子包括外圈法兰、环形筋板和内圈法兰，所述外圈法兰和所述环形筋板之间连有若干根竖筋，所述环形筋板和所述内圈法兰之间连有若干板筋，所述零件型腔形状拟合与所述风电转子的外形；所述冒口型腔包括若干外压边冒口型腔和若干内压边冒口型腔，若干所述外压边冒口型腔均匀分布在所述零件型腔的外围上方，若干所述内压边冒口型腔均匀分布在所述零件型腔的内侧上方；所述出气口均匀分布在所述零件型腔与所述环形筋板对应位置的上方。
较佳的，所述进铁口数量为2，两个所述进铁口分别设于所述铸型两侧，所述铁水主流道数量为4，每个所述进铁口对应连通两条所述铁水主流道。
较佳的，若干所述外压边冒口型腔的位置与若干所述竖筋的位置对应，若干所述内压边冒口型腔的位置与若干所述板筋的位置对应。
较佳的，各所述外压边冒口型腔和各所述内压边冒口型腔的下部为方框体，上部为柱形体。
较佳的，各所述出气口为上大下小的扁口，所述出气口的截面积为所述进铁口截面积的1～2倍。
较佳的，所述浇注系统内壁采用粘土耐火砖；所述过滤器为耐火材料制成的长条形盒子，盒子内部放置泡沫陶瓷过滤片。
本发明的另一目的在于提供一种大型盘类复杂结构零件的铸造方法，其特征在于，其使用所述的铸型进行铸造。
较佳的，铸造过程中，在易产生缩松缺陷位置放置石墨冷铁防止铸件产生缩松；合箱后在铸型上放置压铁防止球墨铸铁在凝固过程中石墨化膨胀造成抬箱，压铁总重量是铸件重量的4.5～6.0倍。
对于所述风电转子，易产生缩松缺陷位置为所述外圈法兰的外侧、所述内圈法兰的内侧以及所述钣金的两侧。
本发明的有益效果在于：
本发明的铸型中，所述浇注系统分布合理，多条铁水分流道可大大缩短浇注时间，保证进铁平稳，结合所述过滤器的使用，可有效避免铸件出现冷隔及夹渣缺陷。所述冒口型腔和所述出气口的针对性设置，冒口布置于自补缩能力较差的铸件顶部及大平面位置，可保证型腔的发气量及冒口补缩。而本发明的铸造方法中，使用该铸型，同时结合使用石墨冷铁和压铁，有效防止铸件缩松和抬箱现象。综上本发明铸型各部件以及石墨冷铁和压铁相互配合，可有效解决在铸造过程中易产生的缩松、夹渣、冷隔、变形等铸造问题。
附图说明
图1为风电转子的示意图；
图2为本发明大型盘类复杂结构零件的铸型的空腔结构的仰视示意图；
图3为MAGMA模拟本发明方法试制该铸件的热节区域分布图；
图4为MAGMA模拟本发明方法铸造过程的缩松示意图；
附图标记
外圈法兰11、环形筋板12、内圈法兰13；
零件型腔21、进铁口22、铁水主流道23、中心分流腔24、铁水分流道25、过滤器 26。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1GE6MW转子的铸型
本发明较佳实施例的大型盘类复杂结构零件(GE6MW转子)的铸型包括上模和下模，上模和下模的制作可参照普通铸型制造方法，向砂箱落砂成型。合模组成的空腔结构如图2所示，包括零件型腔21、冒口型腔、出气口及浇铸系统。零件型腔21形状拟合与风电转子(具体结构见背景技术)的外形，浇铸系统包括2个进铁口22、4条铁水主流道23、中心分流腔24和18条铁水分流道25。两个进铁口分别设于铸型两侧，每个进铁口对应连通两条铁水主流道23。铁水主流道23和铁水分流道25设于铸型底部，中心分流腔24设于铸型底部中心位置；铁水主流道23上游与进铁口接通，下游与中心分流腔24接通；18条铁水分流道25呈发散状均匀分布，且上游与中心分流腔24接通，下游末端通入零件型腔21，18条铁水分流道上分别设有过滤器26。
冒口型腔包括18个外压边冒口型腔和6个内压边冒口型腔。18个外压边冒口型腔均匀分布在零件型腔21的外围上方，位置与铸件的竖筋的位置对应。6个内压边冒口型腔均匀分布在零件型腔21的内侧上方，位置与铸件的板筋的位置对应。各外压边冒口型腔和各内压边冒口型腔的下部为方框体，上部为柱形体。18个出气口均匀分布在零件型腔与环形筋板对应位置的上方，各出气口为上大下小的扁口，出气口的截面积为进铁口截面积的1.5倍。
实施例2使用实施例1的铸型铸造GE6MW转子
使用实施例1的铸型，通过进铁口向铸型中浇注铁液，铸件浇注重量60T左右，200S左右浇注完成。铸造过程在易产生缩松缺陷位置放置石墨冷铁，石墨冷铁放置位置包括外圈法兰的外侧、内圈法兰的内侧以及所述钣金的两侧。铸件合箱后在砂箱面上放置了 18块15T压铁，压铁总重量是铸件重量的5.7倍左右。
仿真模拟试验，步骤为：运用三维绘图软件将浇注系统、冷铁、冒口、出气等绘制在铸件上，导入仿真模拟软件MAGMA中，根据铸件的材质，设定化学成分，浇注温度等参数，模拟铁水充型后铸件的凝固过程及凝固过程中会产生哪些问题(如缩松等)。图 3为铸件的热节区域分布，热节区域易产生缩松缺陷；图4为软件分析出的该工艺方法形成的缩松位置及体积大小。由图3和图4可知，本发明的方法铸造过程中易产生的缩松位置放置冷铁，结合使用实施例1的铸型进行风电转子的铸造，松缩位置和体积得到有效控制。
该方法优点：
1、铁液流经浇注系统，经18条铁水分流道分流和18个过滤器过滤然后进入零件型腔，可保证铁水的纯净度和进铁充型均匀平稳且缩短浇注时间，可尽量避免铸件出现冷隔及夹渣缺陷。
2、该工艺在铸件外圈法兰对应18根竖筋位置各放置一个外压边冒口，内圈法兰6个压边冒口均布，中间环形筋板上放置18个扁出气，保证出气畅通，出气截面积为进铁口截面积的1.5倍左右，防止铸件型腔排气不畅，产生憋气及夹渣类缺陷。
3、在易产生缩松缺陷位置放置石墨冷铁，该工艺在铸件外圈、内圈及六个窗口内侧放置了石墨冷铁，并经过Magma凝固模拟，缩松判定情况良好。
4、压铁总重量是铸件重量的5.7倍左右，防止球墨铸铁在凝固过程中石墨化膨胀造成抬箱，避免铸件尺寸偏差及形状变形等问题。
对比例1使用普通铸型铸造GE6MW转子
普通铸型：浇注系统：两个进铁口，未设置过滤系统，内浇口数量一圈设置6个左右，该浇注系统内浇口流速快，进铁不平稳，铁水横向的流动距离长，铁水降温速度快，且起不到过滤铁水中杂质的能力，易形成冷隔及夹渣等缺陷。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种大型盘类复杂结构零件的铸型，其特征在于，所述铸型设有盘形零件型腔、若干冒口型腔、若干出气口及浇铸系统；所述浇铸系统包括至少两个进铁口、至少两条铁水主流道、中心分流腔、若干铁水分流道以及若干过滤器，所述铁水主流道和所述铁水分流道设于所述铸型底部，所述中心分流腔设于所述铸型底部中心位置；所述铁水主流道上游与所述进铁口接通，下游与所述中心分流腔接通；若干所述铁水分流道呈发散状均匀分布，且上游与所述中心分流腔接通，下游末端通入所述零件型腔，若干所述过滤器分别设于若干所述铁水分流道上；
所述大型盘类复杂结构零件为风电转子，所述风电转子包括外圈法兰、环形筋板和内圈法兰，所述外圈法兰和所述环形筋板之间连有若干根竖筋，所述环形筋板和所述内圈法兰之间连有若干板筋，所述零件型腔形状拟合与所述风电转子的外形；所述冒口型腔包括若干外压边冒口型腔和若干内压边冒口型腔，若干所述外压边冒口型腔均匀分布在所述零件型腔的外围上方，若干所述内压边冒口型腔均匀分布在所述零件型腔的内侧上方；所述出气口均匀分布在所述零件型腔与所述环形筋板对应位置的上方；
所述进铁口数量为2，两个所述进铁口分别设于所述铸型两侧，所述铁水主流道数量为4，每个所述进铁口对应连通两条所述铁水主流道；
若干所述外压边冒口型腔的位置与若干所述竖筋的位置对应，若干所述内压边冒口型腔的位置与若干所述板筋的位置对应。
2.如权利要求1所述的大型盘类复杂结构零件的铸型，其特征在于，各所述外压边冒口型腔和各所述内压边冒口型腔的下部为方框体，上部为柱形体。
3.如权利要求1所述的大型盘类复杂结构零件的铸型，其特征在于，各所述出气口为上大下小的扁口，所述出气口的截面积为所述进铁口截面积的1～2倍。
4.如权利要求1所述的大型盘类复杂结构零件的铸型，其特征在于，所述浇铸系统内壁采用粘土耐火砖；所述过滤器为耐火材料制成的长条形盒子，盒子内部放置泡沫陶瓷过滤片。
5.一种大型盘类复杂结构零件的铸造方法，其特征在于，其使用如权利要求1～4任一项所述的铸型进行铸造。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，铸造过程中，在易产生缩松缺陷位置放置石墨冷铁防止铸件产生缩松；合箱后在铸型上放置压铁防止球墨铸铁在凝固过程中石墨化膨胀造成抬箱，压铁总重量是铸件重量的4.5～6.0倍。
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