行星架鑄造工藝的研究

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1、行星架鑄造工藝的研究 行星架鑄造工藝的研究 摘 要：隨著國家對新能源開發(fā)的重視，風電行業(yè)得到了大力開展，行星架是風電機組齒輪箱的核心部件，其鍛造工藝直接決定著風電機組的正常運轉(zhuǎn)的事故率，本文主要是對風電機組行星架的鑄件結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求，鑄造工藝進行了分析，以供同仁參考！ 關(guān)鍵詞：風電機組，齒輪箱，行星架 中圖分類號：TG233 風能作為一種可再生的清潔能源，被廣泛的開發(fā)和利用著，特別是我國風資源豐富，風電技術(shù)也日益成熟，風力發(fā)電將得到更好的開展。風電齒輪箱是風電機組的重要核心部件，對可靠性的要求也極為苛刻。大型風電齒輪箱均采用行星傳動，通過行星架輸入風輪葉片傳來的轉(zhuǎn)矩，行星架是典型的低速、重載、

2、變轉(zhuǎn)矩和增速傳動件。在齒輪箱的故障率中行星傳動的故障率約占40%。行星架質(zhì)量的可靠性對機組的平安運行具有重要影響。以下針對1.5MW 機組用鑄鋼行星架為研究對象，以MAGMA-soft軟件為模擬手段，對行星架鑄件的成套生產(chǎn)工藝進行研究。 1、鑄件結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求 行星架是齒輪箱的核心部件，工作時，其支撐主軸、承受縱向力。因風電機組必須滿足長期工作免維護的要求，故系統(tǒng)對行星架有很高的可靠性要求。行星架選用的材料是G32NiCrMo8-5-4，有良好的強韌性、較高的屈強比。鑒于行星架在齒輪箱中的重要性，行星架鑄件不得有影響強度的缺陷，輪轂處及各孔處等主受力部位應經(jīng)超聲波探傷，質(zhì)量要求不低于JB/T5

3、000.141998 技術(shù)條件中的2級。鑄件外外表及內(nèi)外表經(jīng)濕法熒光磁粉探傷檢查，不應有裂紋。 2、行星架的工藝設(shè)計 2.1 行星架的鑄造工藝 為確保鑄件內(nèi)、外質(zhì)量，決定采用透氣性和潰散性均較優(yōu)的酯硬化水玻璃砂造型，局部砂芯和圓角處采用水玻璃鉻鐵礦砂-CO2 硬化。采用底注式澆注系統(tǒng)，以使鋼液平穩(wěn)進入鑄型。直澆道直徑尷80mm，橫澆道2道，直徑為尷60mm，內(nèi)澆道4道，直徑為尷60mm。形成開放式澆注系統(tǒng)，各截面的比例為：F 直F 橫F 內(nèi)=11.1252.25。開放式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點是鋼液平穩(wěn)進入鑄型，能防止鋼液飛濺產(chǎn)生鐵豆。為了提高冒口的補縮效率，采用階梯式澆注系統(tǒng)，在接近冒口根部設(shè)置階梯內(nèi)

4、澆道，直徑為尷80mm。當澆注鋼液到達冒口根部高度時，階梯澆口開始進鋼液，冒口進入高溫鋼液，以提高冒口的補縮效率。鑄件設(shè)置一個頂冒口，直徑尷940mm，高度550mm。鋼液澆注完畢后在冒口液面覆蓋冒口發(fā)熱劑，以減緩冒口的冷卻速度，提高冒口的補縮效率。鑄件澆注溫度為15501560，漏包澆注，澆注口直徑尷60mm，單件澆注7200kg，每包澆2 件。 2.2 化學成分優(yōu)化 為提高G32NiCrMo8-5-4 鋼的鑄造工藝性能和焊修性能，在保證滿足力學性能的前提下，決定將C 及Ni、Mo、Cr 等合金元素控制在3 試制中出現(xiàn)的問題及其解決措施 3.1 試制中出現(xiàn)的問題 用上述工藝試制了94 版和0

5、3 版兩個規(guī)格的鑄鋼行星架，鑄件力學性能、內(nèi)在質(zhì)量和外表質(zhì)量等雖然根本到達了用戶要求，但存在鑄件外表和內(nèi)部缺陷較多，焊修工作量大、本錢和廢品率較高等缺點。經(jīng)對缺陷進行技術(shù)分析，主要有以下幾類：二次夾渣。鑄件外表局部有大量的毛細裂紋狀缺陷，形成夾渣。氣孔。在澆注結(jié)束后可以在冒口中看到不斷有氣泡冒出，說明鋼液中產(chǎn)生了氣體，在凝固過程中析出。行星架上下法蘭間的3 個三角立柱跟部裂紋。 3.2 解決措施 針對行星架鑄件的缺陷，鑄造工藝上采取了以下措施。 提高鋼液冶煉質(zhì)量 嚴格控制鋼液冶煉過程，減少鋼液氣體含量和夾渣物含量，有利于較少鑄件夾渣和降低產(chǎn)生氣孔的可能性。 改良澆注系統(tǒng) 將開放式澆注系統(tǒng)改成半

6、封閉式澆注系統(tǒng)，較少澆注過程中鋼液的氧化吸氣。直澆道由尷80mm 改為尷100mm，橫澆道和內(nèi)澆道保持不變，那么澆注系統(tǒng)各截面的比例為：F 直F 橫F 內(nèi)=10.721.44。由于澆注系統(tǒng)采用了半封閉結(jié)構(gòu)，階梯式澆口必須進行相應的修改或去除。如去除階梯澆口，那么澆注完畢后必須補澆冒口，提高冒口鋼液的溫度，以提高冒口的補縮效率。補澆冒口完畢后在冒口鋼液液面覆蓋發(fā)熱劑。 內(nèi)澆道與鑄件結(jié)構(gòu)呈對稱布置，提高溫度場徑向分布均勻性；局部提高砂芯的退讓性，防止鑄件圓角處產(chǎn)生裂紋。 行星架上下法蘭間砂芯近外表布置尷10mm 通氣繩，使造型材料產(chǎn)生的氣體盡可能通過通氣道排出，防止氣體進入鑄件。 行星架上下法蘭間

7、砂芯近3個三角立柱跟部處填埋秸稈等易燃材料，鑄件澆注后這些填埋材料被燒毀，改善砂芯的退讓性，防止鑄造裂紋的產(chǎn)生。按以上改良后的工藝及流程開始了小批量生產(chǎn)行星架，經(jīng)探傷、熱處理、加工，生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品。從探傷結(jié)果看，鑄件外表合格率到達了97%，內(nèi)部質(zhì)量合格率到達了95%，證明通過本項研究所確定的鑄件工藝合理、完善，且根據(jù)目前資料看還具備一定的先進性。同時，由于保證了成品率，使鑄件的生產(chǎn)有較好的經(jīng)濟性，具備了批量工業(yè)化生產(chǎn)的根底。 4 結(jié)論 通過對風力發(fā)電機組行星架結(jié)構(gòu)工藝性研究，以及鑄造用合金鋼化學成分的優(yōu)化的研究，形成了行星架鑄件的成套生產(chǎn)工藝；冶煉出了化學成份和各項性能均合格、且燒注性能較優(yōu)的G32NiCrMo8-5-4 鋼液；通過對鑄鋼行星架鑄造工藝的優(yōu)化設(shè)計，生產(chǎn)出的行星架合格率高、生產(chǎn)經(jīng)濟性好，具備了批量工業(yè)化生產(chǎn)的根底。此外，所研制的工藝具有參數(shù)選擇合理、布局流暢、經(jīng)濟性好、系統(tǒng)性強等優(yōu)點，具有一定的先進性。 參考文獻： 【1】劉文川，賴小平，祝舉章，等. 適用范圍寬的鑄件有效澆注時間計算公式J. 鑄造技術(shù)，2000，：3-7. 【2】劉忠明，段守敏，王長路.風力發(fā)電齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的開展與展望J.機械傳動，2006，30：l6. 【3】尋孝荃. 高大機床鑄鐵件澆注系統(tǒng)的分層處理J. 鑄造，1991，：34-36.