大型风电轮毂铸造工艺设计|铸造厂

发布日期:2020-07-02

          为了提高大型铸件试制成功率,确保 件鉴定 次合格,在分析风电铸件2.0MW轮毂结构特点和技术要求的基础上,结合制约大型铸件表面质量、材质性能的因素,严格依据铸造工艺设计流程,探究并完成大型风电轮毂的铸造工艺设计,确保铸件质量稳定、可靠,验证其可行性。 后固化工艺方案,从而进行大批量生产。

 

目前,随着社会生产力的高速发展及经济效益的不断追求,全球能源消耗过大,不可再生资源已趋近枯竭o在这种形势下,发展风能、水能、太阳能等洁净能源已成为时代潮流,尤其风力发电已达到了空前的普及,较好的缓解了能源危机,带来了客观的经济效益。风力发电设备是将风的动能转变为旋转机械能,从而带动发电机发电。风轮由3个叶片和1个轮毂组成,风电铸件轮毂是风电设备关键的部件,连接叶片与主轴,其作用是承受风力在叶片上的推力、扭矩、弯矩及陀螺力矩,然后将风轮的力矩传递到机构中去。可见轮毂是风轮至发电设备的重要零件,其结构特殊、形状复杂、体积大、加工难度大,加工质量风险特别高。

 

风电铸件轮毂 般为球墨铸铁件,材质QT400-18AL,在力学性能、金相组织,化学成分方面都有严格要求, 必须经过超声波、磁粉探伤,不允许存在缩松、裂纹、裂纹、气孔、夹渣类缺陷。本文针对3.0MW轮毂,按照传统铸造工艺设计流程,结合产品图纸及球墨铸铁件技术条件,先进行了工艺性分析,评估了实际生产过程原材料、设备、工装、人员操作技能等环境要素,完善铸造工艺设计方案,并试制成功,实现了满足各项技术要求的铸件批量化生产。

 

、铸件结构及技术要求

风电铸件轮毂为3MW 轮毂,具体结构如图1所示。风电铸件轮廓尺寸为 3425mm x 3158mm x 3111mm;毛重为21.2t;主要壁厚95mm; 小壁厚47 mm; 大壁厚150 mm。材料为QT400-18AL,铸件的机械性能、金相组织要求及相关 验收标准如下。

3MW轮毂.png 

机械性能:抗拉强 σb350MPa ;屈服强度σs220MPa;断后伸长率 A12% ;硬度:120-175HBW;三个试样-40C°平均冲击功AKV10J,个别≥7J。金相组织:石墨球化率V+AI90%;石墨大小5-7 ;基体组织铁素体≥90%;本体表层球化金相组织:石墨球化率V+AI90%;石墨大小5-7 ;基体组织铁素体≥90%;本体表层球化率等 ≥3 验收标准:100%超声波探伤,参照EN12680-l-23 EN12680-2-1 执行;微观组织参照GB 9441执行;着色渗透及磁粉探伤参照EN1369执行。

 

二、 铸件工艺性分析及风险点识别

 

风电铸件3MW轮毂轮廓尺寸及壁厚较大,主轴孔端面为厚大区域,且为铸件 高点,铁水在型腔上升过程冷却时间 长,流动性逐渐降低,充型能力减弱,造成铁水补缩效果变差,极易产生缩松缺陷;三面筋板方形凸台较厚,且为钻孔区域,对超声、磁粉要求极高;导流孔端面及轮毂腰线部位凸台为 大壁厚处 ,缩松风险 较高该铸件按0.8%缩尺进行铸造工艺设计,得毛重21.71t;按80%~85%工艺出品率计算,所需液重26t。在浇注充型过程,铁水与砂型、芯接触面积较大,充型时间较长,大大增加了铸件浮砂、夹砂、氧化夹渣、夹杂类风险,影响表面质量。铁水吨位大,浇注过程需保证大出流、无紊流、平稳充型。由于铁水纯净度是影响铸件质量的重要因素,因此,对原辅材料、炉前扒渣质量及浇注过滤系统的可靠性要求极高。该轮毂从原辅材料准备、造型过程、原铁水质量及熔化浇注过程必须严守工艺纪律,提高成品率。

综上所述,该轮毂生产过程存在如下风险:

1风电铸件体积、吨位较大。对砂箱尺寸、强度要求较高,需配套专用随形砂箱,便于操作,同时可以减少填砂量;对起吊天车核载要求较高,且需配套专人操作。

2、铸件表面厚大区域及加工凸台处缩松、裂纹、冷隔风险较高。

3 型、芯制作过程,必须严格监控型砂强度、水分等质量指标,提高铸件表面质量。

4、浇注系统设计要合理规范,尤其铁水过滤系统可靠性要高,降低夹杂类缺陷。

 

三、工艺方案设计

1、该风电铸件轮毂采用两箱造型,主轴孔端面竖直朝上,分型面平行于主轴孔端面,且位于轮毂中心与三变浆法兰面圆心所在平面的之间。在轮毂主轴孔/导流孔端面、筋板方形凸台 及内侧圆台、变浆法兰端面、球壳腰部 布置面冷铁。具体见图2示。 

风电铸件轮毂铸造2.png

2、浇注系统全部采陶瓷管浇道,采用底注式。直 道选φ100mm厚壁瓷管(1道),并在分型面 置“S”缓冲弯头; 设计专用砂芯横浇道,采用“丁”字型组合过滤器(10组,通过率10ppi);内浇道"φ160mm瓷管(20道),内浇口为专用异形陶瓷管。A:A:A=0.130.31;在主轴孔端面布置6个顶冒口,并在盖箱顶面对应位置反扣6个保温冒口,从而 铁水补缩效果,具体见图3所示。

3、采用中频感应热,低硫优质废钢,优质生铁,艾肯球化/孕育剂,回炉料按30%比例加入。

风电铸件轮毂铸造3.png 

四、工艺方案实施结果

根据上述风电铸件工艺方案连续投产了 1#5#共计5风电铸件轮毂,机械性能、化学、金相组织均符合球磨铸铁件技术要求$清理抛丸后进行VT)UT)MT检测,结果良好。对铸件进行了全尺寸3D扫描,形状、尺寸比较精确,质量稳定,如图4所示。

风电铸件轮毂铸造4.png 

五、结语

按照以上风电铸件3MW轮毂铸造工艺设计方案,并严格执行过程质量控制,顺利完成了试生产,质量稳定可靠,固化该工艺后可进行批量化生产。

      以上是河南省化工机械铸造厂的小编为大家整理的关于风电铸件轮毂铸造加工的工艺方案,仅供参考,侵权必删!

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