大型风电主轴铸造.pdf

2014 重庆市铸造年会论文集 112大型风电主轴铸造工艺探讨 程宏伟 重庆江东金属铸造有限责任公司 摘 要：本文介绍了大型风电主轴的铸造生产工艺从铸造工艺设计，模型制作，熔炼成分控制以及浇注要求等方面阐述了大型风电主轴的生产实践经验 关键词：风电主轴；铸造工艺；质量控制 风能是一种可再生的清洁的绿色能源，随着社会的发展， 科技的进步， 环境要求的越来越高，绿色能源在电力行业所占的比例会越来越大，因而风电行业是一个朝阳行业，对风电铸件需求也越来越大但由于风电产品使用环境一般都比较恶劣，低温高热，温差较大，并且安装的地方一般也比较偏壁交通不便，所以风电产品的安装维修都比较困难，安装维修费用较高因而对风电铸件的机械性能、缺陷控制以及可靠性方面都有很高的要求轮毂、主轴是具有代表性的风电铸件，下面我就把我公司生产过的风电主轴的生产工艺实践作一个简要介绍 1 风电主轴的使用要求 在低温环境下使用，有零下 20 度抗低温冲击韧性要求，全身要求超声波探伤，不允许有缩松、夹渣、砂眼、气孔等缺陷做附铸试块检测，有高强度高延伸率要求 2 风电主轴的材质 QT400- 48AL 3 风电主轴的结构特点 风电主轴一般是一种中空的一端大一端小的喇叭型圆筒形结构。

我们生产的风电主轴长3200，最大直径 1400，壁厚一般在 100- 120铸件浇重 8 吨属于厚大球铁件，有局部热节 4 风电主轴的生产批量和方式 风电主轴一般采用树脂砂小批量手工生产 5 风电主轴的铸造工艺 具体的铸造工艺简图如图 1 所示 5.1 风电主轴的基本工艺 根据主轴的结构点，为了保证厚大部位无缩松缺陷，我们采用的是中间分型，两开箱，然后合箱后平做立浇，通过铁水的重力补缩来避免缩孔、缩松缺陷大头敞开端放在浇注的下面，小头向上，中间砂芯两端伸出芯头，平做下芯时将砂芯固定，合箱锁紧后在立起浇做为了保证主轴的尺寸精度和外观质量，主轴的外模我们采用了金属模实样，中间分型主轴芯盒采用金属芯盒，芯盒分成两个部分对开制作，然后组合在一起立起放砂，内孔砂芯为一个整体砂芯，里面用金属管通做骨架外模在厚大热节部位设置冷铁，冷铁厚一般为 70～100，间距 25为了保证冷铁间距和位置在放砂前将冷铁用铁条焊接固定砂箱采用球铁砂箱，在砂箱设计时要注意砂箱底部箱档的强度，要能承受立浇时铁水的压力，砂箱锁紧时也要注意立浇时的胀箱力，以免跑水涂料采用铝钒土快干涂料，为了提高主轴的外观质量涂料涂刷后要用砂纸砂光，同时要求树脂砂有较高的强度，以防翻箱立浇时砂块脱落，出现砂眼。

5.2 风电主轴的浇冒系统 主轴的浇注系统我们采用的是底雨淋和阶梯浇注相结合的开放式浇注系统底部为主进水，采用多道圆形内浇道进水，在中间和冒口部位分别进一道水 目的是让型腔中的砂眼、 夹渣、气体等能自由上浮，同时又采用阶梯式浇注系统让铁水能保证顺序凝固以提高上方的充型温度，加强补缩直浇道、横浇道和内浇道为了防止冲砂全部采用陶瓷管做成用胶带密封，在放砂时先预埋在砂型里在主轴上方为了加强补缩和排2014 重庆市铸造年会论文集 113渣我们设置了 400 高的冒口，冒口上在设置小的出气孔排气，排气孔直径不能太大，应在浇注后尽快凝固，以便充分发挥球铁石墨的共晶膨胀对缩孔、缩松的补缩作用 图 1 风电主轴的铸造工艺简图 6 风电主轴的熔炼及浇注工艺 6.1 风电铸件对原材料的要求 生产风电铸件要求使用优质低锰生铁，或者使用风电专用生铁，生铁最好为共晶成分，其中Mn 含量要低于 0.2％，P、S 和微量反球化抗干扰元素的含量也要严格控制，如 Ti、Pb 等含量都要求比较低废钢也要求使用纯净低锰碳素钢，如 Q235 边角料等，废钢要求无铁锈、油漆、油污等，最好是用纯净的打包冲压边角料 6.2 风电铸件对熔炼设备的要求 风电铸件对化学成分要求比较高，特别是微量元素要严格控制。

因而风电铸件一般都采用电炉熔炼 6.3 风电铸件的化学成分控制 风电铸件材质一般为 QT400- 18AL、QT350- 22AL我们生产的主轴材质为QT400- 18AL其化学成分一般控制在 C3.4- 3.7％，Si1.8- 2.1％,Mn≤0.2％,S≤0.018％,P≤0.05％其中 Si 含量对低温冲击韧性影响比较大，Si 含量低低温冲击韧性比较高，但抗拉强度却不高，因而 Si 含量要控制在一个合理的范围 有的为提高抗拉强度可加少量 Ni，但 Ni 价格较高，会增加铸件成本，我们生产主轴时没有加 Ni 6.4 风电主轴的球化和孕育 风电主轴壁厚较厚，易球化衰退，我们选用的是风电专用的钇基重稀士球化剂和孕育剂，浇注时还采用了随流瞬时孕育 6.5 风电主轴的处理和浇注 风电主轴我们控制的出炉温度是 1410～1440℃，采用冲入法处理，浇注温度是 1310～1330℃，为了能够满足低温快浇和挡渣的要求，我们采用了囤包浇注 7 风电主轴的冷却和保温 根据我们生产的风电主轴情况我们保温时间控制在 72 小时， 然后大约在 400℃以下开箱除2014 重庆市铸造年会论文集 114砂 8 风电主轴生产中常见的铸造缺陷 及防止措施 8.1 低温冲击韧性和延伸率不合格的防止措施 （1）生铁、废钢等原材料必须按要求严格控制，因为生铁中的微量元素对性能影响较大，所以必须定点采购原材料，同时废钢中的有害杂质必须严格控制。

球化剂和孕育剂也必须按要求购买 （2）严格控制铁水化学成分，强化过程控制，加强炉前化学成分检测，不合要求的必须进行调整， 特别是在满足抗拉强度的前提下 Si 含量尽量控制在下限， Si 含量低有利于提高低温冲击韧性Mn 含量对延伸率影响也比较大，其含量也是尽量往下控制 （3）加强孕育，特别是要采用瞬时随流孕育，增加石墨球数，提高铁水的冶金质量 8.2 风电主轴探伤不合格的防止措施 （1）加强铁水的过滤挡渣，尽量避免渣子、散砂进入型腔，减少浇注系统冲砂浇注系统尽量采用全陶瓷管以杜绝浇注时冲砂铁水浇注时必须过滤或采用囤包浇注,防止铁水中的渣子进入型腔同时配箱操作要仔细，避免散砂残留在型腔 （2）厚大热节部位要采用冷铁激冷，提高冷却速度，避免热节处出现缩孔、缩松缺陷，影响探伤检测冷铁厚度一定要足够，以保证冷铁对热节部位的激冷效果 （3）采用钇基重稀士球化剂，加强球化孕育，低温快浇，尽量避免厚大部位的球化衰退或组织粗大，从而影响探伤检测 9 结束语 风电铸件要求高，稳定生产难度较大，只有不断进行工艺探索，加强生产过程控制，严格工艺纪律，使各个工序都处于受控状态，才能稳定的生产出符合用户要求的合格的产品。