CN116765332A - 一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机转动轴的消失模技术领域，具体涉及一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法，包括铸件模型，所述铸件模型的两侧均设置有直浇道和横浇道，所述直浇道与横浇道垂直连接，所述横浇道与铸件模型之间设置有内浇口，所述铸件模型的顶部安装有六组缩颈冒口，且铸件模型的轴心处安装有多个隔砂冷铁，铸件模型的上下部安装有直接随形冷铁模型，直接随形冷铁模型包括多个随形冷铁，铸件模型的轴心处外侧环绕分布有多组随形补强支撑块。通过消失模铸造的方法中冒口、直接随形冷铁和隔砂冷铁的配合使用，避免缩孔缩松缺陷和夹杂，降低风电件生产的模具成本和开发周期，从而提供满足验收标准的风力发电机转动轴铸件。

Description

一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法

技术领域

本发明涉及发电机转动轴的消失模技术领域，尤其涉及一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法。

背景技术

海上风力发电机转动轴的直径达到4m，单件质量达到14吨，装机使用寿命一般大于25年，对铸件可靠性要求非常高，传统大型风力发电件生产基本是通过木模树脂砂造型，现有技术201310152907.5中的消失模，由具有凹部的金属基体部、以及与所述金属基体部一体浇注成型且填充在所述凹部的工作层部构成，所述工作层部均匀分布有增强颗粒，所述增强颗粒通过在所述一体浇注时流入所述增强颗粒周围的金属液包裹凝固而固定在所述工作层部，上述结构主要解决在铸件取出时，型砂脱落，几乎免除清砂的工作。

而目前前期模具开发周期长、成本高，木制模具在使用寿命短，后期保存过程易开裂、变形，在造型过程中大型砂芯组芯容易出现尺寸偏差造成铸件偏差，为弥补尺寸偏差毛坯件贴量较大，造成后续加工余量大，同时铸件易出现夹渣、缩孔缩松缺陷，为保证铸件致密，一般会使用较多冒口用于排渣和补缩，成本浪费较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法，以解决造型过程中大型砂芯组芯容易出现尺寸偏差造成铸件偏差，铸件易出现夹渣、缩孔缩松缺陷的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种风力发电机转动轴的消失模及其铸造方法，包括铸件模型，所述铸件模型的两侧均设置有直浇道和横浇道，所述直浇道与横浇道垂直连接，所述横浇道与铸件模型之间设置有内浇口，所述铸件模型的顶部安装有六组缩颈冒口，且铸件模型的轴心处安装有多个隔砂冷铁，铸件模型的上下部安装有直接随形冷铁模型，直接随形冷铁模型包括多个随形冷铁，铸件模型的轴心处外侧环绕分布有多组随形补强支撑块。

本说明书实施例还提供上述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，包括如下步骤：

通过铸造CAE模拟设计：首先设计铸件的浇注系统、冒口系统、冷铁系统，反复在铸造CAE软件上模拟，直到显示的缺陷全部消除，精确定位铸件可能发生缩孔缩松的位置，通过底部及轴桶周围布置直接随形冷铁、缩颈冒口、直浇道、横浇道、内浇口；

制作泡沫模型：在制作泡沫模型时使用密度小于20KG/m³低密度共聚料泡沫板板材，通过数控加工，加工面按照上表面30mm贴量，侧面、底面10mm贴量直接将模型加工出来，同时将设计好的直接随形冷铁模型和随形补强支撑块一同加工出来；

淋涂涂料：将直接随形冷铁模型与铸件模型进行匹配定位，修磨冷铁模型，使之与产品模型间隙不超过3mm，并在产品模型上将冷铁与产品接触位置全部黏贴布基胶带，产品模型处理好之后，将产品模型和随形冷铁淋涂涂料，控制淋涂两遍后烘干模型涂层；

补强模型、造型：造型前，将模型摆放在造型平台上，先按照工艺方案中缩颈冒口位置将冒口安放在模型上，将测温热电偶粘贴在铸件厚大位置，之后将模型表面上标记随形冷铁位置的布基胶带撕掉，将直接随形冷铁与模型接触面涂刷上醇基涂料，待随形冷铁表面涂层干燥后，将其摆放在标记位置，并将随形冷铁与模型之间的间隙补刷上醇基涂料，待补刷涂料干透后，开始埋砂造型，边埋砂边捣实，按照工艺方案上指定位置放置隔砂冷铁，下箱埋砂完成后，等待型砂固化起强度，约5-6小时后翻箱，翻箱后将底面的随形补强支撑块取出，将表面浮砂用吸尘器清理干净后继续埋砂造型，造型完成后将上下型砂箱用卡子固定，完全固化后吊运至待浇注区；

浇注：浇注前在砂箱表面摆放压铁，以抵御铁水浇注的压力、泡沫气化后形成的压力和球铁在石墨化膨胀过程的膨胀力，保持砂型的强度使铸件内部自膨胀，进行内部补缩；

冷却、取出铸件：浇注完成后每隔12小时通过造型时粘贴的热电偶测量并记录铸件在砂型内的温度，待温度降至300℃左右时落砂将铸件吊出，冷却至常温后将浇注系统、缩颈冒口等去除打磨平整，进行探伤检测。

优选的，六组所述缩颈冒口以铸件模型顶部中心对称设置，缩颈冒口型号为S300，所述直浇道的直径为170mm，所述直浇道与横浇道的连接处截面为边长150mm的正方形，所述横浇道下设置有十二个直径为50mm的内浇口，所述两个内浇口中心间距为200mm，且沿着圆周对称分布。

优选的，水基涂料的波美度为55-65，控制淋涂两遍后烘干模型涂层最小厚度不小于1.3mm。

优选的，醇基涂料涂层厚度为1.5-2.5mm。

优选的，型砂的树脂添加比率为1.0%，且保证型砂强度大于1.5MPa。

优选的，浇注温度为1375℃，压铁的重量为浇注重量的7倍。

本发明的有益效果：通过消失模铸造的方法中冒口、直接随形冷铁和隔砂冷铁的配合使用，避免缩孔缩松缺陷和夹杂，同时利用模型补强防止模型在造型过程中被砂、随形冷铁和人捣砂等作用力压变形，使用随形补强支撑块将模型下型面补平整，避免模型受压变形，降低风电件生产的模具成本和开发周期，从而提供满足验收标准的风力发电机转动轴铸件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体的立体图结构示意图；

图2为本发明铸件模型的仰视结构示意图；

图3为本发明铸件模型与随形补强支撑块的装配式结构示意图；

图4为本发明随形补强支撑块的立体结构示意图。

图中标记为：1、直浇道；2、横浇道；3、内浇口；4、缩颈冒口；5、隔砂冷铁；6、直接随形冷铁模型；7、补强随形支撑块；8、铸件模型。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例

如图1-图4所示，一种风力发电机转动轴的消失模，包括铸件模型8，铸件模型8的两侧均设置有直浇道1和横浇道2，直浇道1与横浇道2垂直连接，横浇道2与铸件模型8之间设置有内浇口3，铸件模型8的顶部安装有六组缩颈冒口4，且铸件模型8的轴心处安装有多个隔砂冷铁5，铸件模型8的上下部安装有直接随形冷铁模型6，直接随形冷铁模型6包括多个随形冷铁，铸件模型8的轴心处外侧环绕分布有多组随形补强支撑块7。

本实施例，提前通过铸件模型8的底部及轴桶周围布置直接随形冷铁、缩颈冒口4、直浇道1、横浇道2、内浇口3，再铸件模型8放置在铸砂中，将熔化的金属通过直浇道1倒入，直浇道1进入后，金属经过直浇道1进入横浇道2的内部，通过横浇道2与铸件模型8之间的内浇口3，金属液快速平稳进入铸件模型8的内部。

在金属液的持续浇注中，缩颈冒口4补偿金属液在型腔中的液态收缩和铸件凝固过程中的收缩，以及轴心处设置的隔砂冷铁5，来加快铸件的凝固速度，避免缩孔、缩松、集渣。

当金属液的浮力过大时，会使铸型上部型砂容易变形，在砂箱顶部布置压铁，提高砂型强度、砂箱刚度，在铸件模型8中加入的随形补强支撑块7为了防止模型在造型过程中被砂、随形冷铁和人捣砂等作用力压变形，使用随形补强支撑块7将模型下型面补平整，避免模型受压变形，增强下型面的抗压强度。

其中，六组缩颈冒口4以铸件模型1顶部中心对称设置，缩颈冒口4型号为S300，直浇道1的直径为170mm，直浇道1与横浇道2的连接处截面为边长150mm的正方形，横浇道2下设置有十二个直径为50mm的内浇口3，两个内浇口3中心间距为200mm，沿着圆周对称分布。

通过缩颈冒口4、直接随形冷铁模型6和隔砂冷铁5的配合使用，避免缩孔缩松缺陷和夹杂，保证铁水快速平稳成型。

实施例

本说明书实施例还提供上述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，包括如下步骤：

通过铸造CAE模拟设计：首先设计铸件的浇注系统、冒口系统、冷铁系统，反复在铸造CAE软件上模拟，直到显示的缺陷全部消除，精确定位铸件可能发生缩孔缩松的位置，通过底部及轴桶周围布置直接随形冷铁、缩颈冒口4、直浇道1、横浇道2、内浇口3；

制作泡沫模型：在制作泡沫模型时使用密度小于20KG/m³低密度共聚料泡沫板板材，通过数控加工，加工面按照上表面30mm贴量，侧面、底面10mm贴量直接将模型加工出来，同时将设计好的直接随形冷铁模型6和随形补强支撑块7一同加工出来；

淋涂涂料：将直接随形冷铁模型6与铸件模型8进行匹配定位，修磨冷铁模型，使之与产品模型间隙不超过3mm，并在产品模型上将冷铁与产品接触位置全部黏贴布基胶带，产品模型处理好之后，将产品模型和随形冷铁淋涂涂料，控制淋涂两遍后烘干模型涂层；

补强模型、造型：造型前，将模型摆放在造型平台上，先按照工艺方案中缩颈冒口4位置将冒口安放在模型上，将测温热电偶粘贴在铸件厚大位置，之后将模型表面上标记随形冷铁位置的布基胶带撕掉，将直接随形冷铁与模型接触面涂刷上醇基涂料，待随形冷铁表面涂层干燥后，将其摆放在标记位置，并将随形冷铁与模型之间的间隙补刷上醇基涂料，待补刷涂料干透后，开始埋砂造型，边埋砂边捣实，按照工艺方案上指定位置放置隔砂冷铁5，下箱埋砂完成后，等待型砂固化起强度，约5-6小时后翻箱，翻箱后将底面的随形补强支撑块7取出，将表面浮砂用吸尘器清理干净后继续埋砂造型，造型完成后将上下型砂箱用卡子固定，完全固化后吊运至待浇注区；

浇注：浇注前在砂箱表面摆放压铁，以抵御铁水浇注的压力、泡沫气化后形成的压力和球铁在石墨化膨胀过程的膨胀力，保持砂型的强度使铸件内部自膨胀，进行内部补缩；

冷却、取出铸件：浇注完成后每隔12小时通过造型时粘贴的热电偶测量并记录铸件在砂型内的温度，待温度降至300℃左右时落砂将铸件吊出，冷却至常温后将浇注系统、缩颈冒口4等去除打磨平整，进行探伤检测。

其中，水基涂料的波美度为55-65，控制淋涂两遍后烘干模型涂层最小厚度不小于1.3mm。

其中，醇基涂料涂层厚度为1.5-2.5mm。

通过铸造过程中将醇基涂料覆盖在型芯表面以改善表面耐火性，化学稳定性，抗金属液冲刷性，抗粘砂性，将金属液和砂隔开，防止粘砂。

其中，型砂的树脂添加比率为1.0%，且保证型砂强度大于1.5MPa，提高砂型强度以及外部砂箱刚度、加大合箱时的压箱力或紧固力，防止胀砂。

其中，浇注温度为1375℃，压铁的重量为浇注重量的7倍。

当浇注温度高时，通过浇注温度与材料相匹配，以避免因温度高或底而产生的其他铸造缺陷，避免模样的热解不充分，液相残留物会堵塞涂料层，液体附近的气渣能够浮集到冒口内，生成气孔的机率减小，而亚铁的重量防止铸件模型8上部型砂变形。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风力发电机转动轴的消失模，包括铸件模型（8），其特征在于，所述铸件模型（8）的两侧均设置有直浇道（1）和横浇道（2），所述直浇道（1）与横浇道（2）垂直连接，所述横浇道（2）与铸件模型（8）之间设置有内浇口（3），所述铸件模型（8）的顶部安装有六组缩颈冒口（4），且铸件模型（8）的轴心处安装有多个隔砂冷铁（5），铸件模型（8）的上下部安装有直接随形冷铁模型（6），直接随形冷铁模型（6）包括多个随形冷铁，铸件模型（8）的轴心处外侧环绕分布有多组随形补强支撑块（7）。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过铸造CAE模拟设计：首先设计铸件的浇注系统、冒口系统、冷铁系统，反复在铸造CAE软件上模拟，直到显示的缺陷全部消除，精确定位铸件可能发生缩孔缩松的位置，通过底部及轴桶周围布置直接随形冷铁、缩颈冒口（4）、直浇道（1）、横浇道（2）、内浇口（3）；

制作泡沫模型：在制作泡沫模型时使用密度小于20KG/m³低密度共聚料泡沫板板材，通过数控加工，加工面按照上表面30mm贴量，侧面、底面10mm贴量直接将模型加工出来，同时将设计好的直接随形冷铁模型（6）和随形补强支撑块（7）一同加工出来；

淋涂涂料：将直接随形冷铁模型（6）与铸件模型（8）进行匹配定位，修磨冷铁模型，使之与产品模型间隙不超过3mm，并在产品模型上将随形冷铁与产品接触位置全部黏贴布基胶带，产品模型处理好之后，将产品模型和随形冷铁淋涂涂料，控制淋涂两遍后烘干模型涂层；

补强模型、造型：造型前，将模型摆放在造型平台上，先按照工艺方案中缩颈冒口（4）位置将冒口安放在模型上，将测温热电偶粘贴在铸件厚大位置，之后将模型表面上标记随形冷铁位置的布基胶带撕掉，将直接随形冷铁与模型接触面涂刷上醇基涂料，待随形冷铁表面涂层干燥后，将其摆放在标记位置，并将随形冷铁与模型之间的间隙补刷上醇基涂料，待补刷涂料干透后，开始埋砂造型，边埋砂边捣实，按照工艺方案上指定位置放置隔砂冷铁（5），下箱埋砂完成后，等待型砂固化起强度，约5-6小时后翻箱，翻箱后将底面的随形补强支撑块（7）取出，将表面浮砂用吸尘器清理干净后继续埋砂造型，造型完成后将上下型砂箱用卡子固定，完全固化后吊运至待浇注区；

浇注：浇注前在砂箱表面摆放压铁，以抵御铁水浇注的压力、泡沫气化后形成的压力和球铁在石墨化膨胀过程的膨胀力，保持砂型的强度使铸件内部自膨胀，进行内部补缩；

冷却、取出铸件：浇注完成后每隔12小时通过造型时粘贴的热电偶测量并记录铸件在砂型内的温度，待温度降至300℃左右时落砂将铸件吊出，冷却至常温后将浇注系统、缩颈冒口（4）等去除打磨平整，进行探伤检测。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机转动轴的消失模，其特征在于，六组所述缩颈冒口（4）以铸件模型（1）顶部中心对称设置，缩颈冒口（4）型号为S300，所述直浇道（1）的直径为170mm，所述直浇道（1）与横浇道（2）的连接处截面为边长150mm的正方形，所述横浇道（2）下设置有十二个直径为50mm的内浇口（3），两个所述内浇口（3）中心间距为200mm，且沿着圆周对称分布。

4.根据权利要求2所述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，其特征在于，水基涂料的波美度为55-65，控制淋涂两遍后烘干模型涂层最小厚度不小于1.3mm。

5.根据权利要求2所述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，其特征在于，醇基涂料涂层厚度为1.5-2.5mm。

6.根据权利要求2所述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，其特征在于，型砂的树脂添加比率为1.0%，且保证型砂强度大于1.5MPa。

7.根据权利要求2所述的一种风力发电机转动轴的消失模的铸造方法，其特征在于，浇注温度为1375℃，压铁的重量为浇注重量的7倍。