风电机组铸钢行星架铸造工艺.pdf

生产技术 Production Techniques
风电机组锛钢行星架铸造工艺
邱桂永,杨智勇2,管遵辉,徐洪德1
(1.南车四方车辆有限公司,山东青岛市266300
2.北京交通大学轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心,北京100044)
摘要:针对1.5MW风电机组行星架铸造成型存在的技术难度进行工艺研究,重点从造型材料、浇注系统设
计、热处理等方面进行优化设计,并结合计算机数值模拟,生产出合格的产品
关键词:风电机组;行星架;铸钢;铸造工艺
中图分类号:TG260;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2011)02-4
近年来,随着我国能源的持续紧缺及生态环境的
行星架
日益恶化,风能作为最有开发利用前景和技术最成熟
的一种可再生的清洁能源,越来越受到重视。我国的风
能资源非常丰富,风电技术也日趋成熟,风力发电的发
展非常迅速。风电齿轮箱是风电机组中的核心部件,对
可靠性的要求也极为苛刻。大型风电齿轮箱均采用行
星传动,通过行星架输入风轮叶片传来的转矩,行星架
是典型的低速、重载、变转矩和增速传动件。在齿轮箱
图11.5MW风电齿轮箱装配示意图
的故障率中行星传动的故障率约占40%,行星架质
量的可靠性对机组的安全运行具有重要影响。1.5MW
级机组用铸钢行星架铸件轮廓尺寸g1200mm×1200
mm,毛坯重约4.4t;:受力很复杂,机组对行星架强度
刚度和内在质量都有很高的要求;材料采用超高强度
等级的C32 Nicrmo8-5-4,该材料合金含量较高,钢液
流动性差,有一定的铸造难度。本文针对1.5MW机组
用铸钢行星架为研究对象,以 MAGMA-so软件为模
拟手段,通过对其凝固过程模拟分析和工艺优化,形成
了行星架铸件的成套生产工艺,生产出的行星架合格
图2铸钢行星架示意图
率高、生产经济性好,具备了批量工业化生产的基础。
的强韧性、较高的屈强比。鉴于行星架在齿轮箱中的重
要性,行星架铸件不得有影响强度的缺陷,轮毂处及各
1铸件结构及质景要求
孔处等主受力部位应经超声波探伤(UT),探伤部位如
1.1行星架简介
图3所示,质量要求不低于JBT500014-1998技术条
由图1可见,行星架是齿轮箱的核心部件,结构如件中的2级。铸件外表面及内表面经湿法荧光磁粉探
图2所示。「作时,其支撑主轴、承受向力。因风电机伤(MT)检査,不应有裂纹。
组必须满足长期工作免维护的要求,故系统对行星架
有很高的可靠性要求。
2铸造工艺设计及其模拟分析
1.2铸造质量要求
2.1行星架的铸造工艺
行星架选用的材料是C32 Nicrmo8-5-4,有良好
为确保铸件内、外质量,决定采用透气性和溃散性
均较优的酯硬化水玻璃砂造型叫,局部砂芯和圆角处采
收稿日期:2010-10-11
用水玻璃铬铁矿砂-CO2硬化。
文章编号:2010-148
作者简介:邱桂永(1968-),男,王程硕土,研究方向:大型铸钢件成型
采用底注式浇注系统,以使钢液平稳进入铸型。直
工艺研究
浇道直径g80mm,横浇道2道,直径为60m,内浇道
cFT中国铸造装备与技术2/2011
ww. xuc L Ill. c: OIT
Production Techniques生产技术
UT探伤部位
UT探伤部位
图3UT探伤位置示意图
4道,直径为o60m。形成开放式浇注系统,各截面的
图4铸件凝固过程75min温度场图
比例为:F立:F横:F内=1:1.125:2.25。开放式浇注系统的
优点是钢液平稳进人铸型,能避免钢液飞溅产生铁豆
3试制中出现的问题及其解决措施
为了提高冒口的补缩效率,采用阶梯式浇注系统,
在接近冒口根部设置阶梯内浇道,直径为80mnm。当
3.1试制中出现的问题
浇注钢液到达冒口根部高度时,阶梯浇口开始进钢液,
用上述工艺试制了94版和03版两个规格的铸钢
冒口进人高温钢液,以提高冒口的补缩效率
行星架,铸件力学性能、内在质量和表面质量等虽然基
铸件设置一个顶冒口,直径40m高度550m。本达到丁了用户要求,但存在簖件表面和内部缺陷较多,
钢液浇注完毕后在冒口液面覆盖冒口发热剂(加入量焊修工作量大、成本和废品率较高等缺点。经对缺陷进
为钢液量的1.5%),以减缓冒口的冷却速度,提高冒口
行技术分析,主要有以下儿类
的补缩效率。
(1)二次夹渣
铸件浇注温度为1550~1560℃,漏包浇注,浇注口
对行星架进行湿法荧光磁粉探伤时,铸件表面局
直径60mm,单件浇注7200kg,每包浇2件。
部有大量的毛细裂纹状缺陷,对这些缺陷进行分析,实
2.,2化学成分优化
际上均是夹渣。图5是行星架铸件缺陷部位的取样。
为提高C32 Nicrmo8-5-4钢的铸造工艺性能和焊
修性能,在保证满足力学性能的前提下,决定将C及
Ni、Mo、Cr等合金元素控制在表1规定值的下限,制定
了治炼时的内控化学成份指标,如表1所示。
表2试样的力学性能
屈服强度/MPa抗拉强度AMPa』断后伸长率/%室温冲击值J
1050-1200
≥12
2.4力学性能要求
随炉砂型单铸试棒力学性能见表2。
表1化学成分控制(质量分数,%)
图5行星架铸件缺陷部位取样
M
图6(a)中试样的表面形貌呈流态状,能谱分析结
0.28~0.30~10.65
≤0.015!≤0.020
160080100果表明成分主要由Fe、Si、Mn、Cr,O等元素组成,表明
0.320.500.80
1.800.401.20
该处是Fe、Si、Mn、Cr的氧化夹渣
2.4铸造工艺模拟
(2)气孔
为确保上述浇注参数选择合理,使用浇注分析软
在浇注结束后可以在冒口中看到不断有气泡冒
件 MAGMA-so[t进行了凝固温度场分析,图4是模拟出,说明钢液中产生了气体,在凝固过程中析出。气体
计算得出的铸件浇注75min后的温度场分布图。由图的来源有三种可能:
示温度分布可知,铸件在凝固过程中形成由下而上到
第一种可能是钢液含气量高,随着钢液温度降低
冒口,温度逐步升高的温度场分布形式,这种温度场分气体从钢液中析出。
布形式有利于铸件的凝固补缩。因此可以认为铸件的
第二种可能是钢液与造型材料(型砂或涂料)发生
浇注参数设计是合理的。
反应产生气体,气体进入钢液形成气泡,气泡不断上升
中国铸造装备与技术2/2011GFMT
25