真空鑄造在風(fēng)電鑄件生產(chǎn)上的應(yīng)用

1、真空鑄造在風(fēng)電鑄件生產(chǎn)上的應(yīng)用李子龍 1,馬宏偉 2,程宏斌 2(1.Gamesa wind,上海 200050; 2.南昌匯新電力有限公司,江西南昌 330200摘要 : 伴隨著新能源產(chǎn)業(yè)需求的不斷擴(kuò)大,加之近期核能源危機(jī)的爆發(fā),風(fēng)電鑄件的需求勢(shì)必會(huì)日益增 大,且面臨的成本降低與質(zhì)量要求升高的矛盾也將日益突出。突破傳統(tǒng)的樹(shù)脂砂生產(chǎn)方式,尋求新的生產(chǎn)工 藝,成為鑄造行業(yè)的一大新的挑戰(zhàn)。本文將結(jié)合 V 法工藝的特點(diǎn)及生產(chǎn)球鐵件的實(shí)踐,淺述 V 法生產(chǎn)在風(fēng)電球 鐵件生產(chǎn)的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 : 風(fēng)電; 低溫球鐵; V法真空鑄造Application of v-process foundry in p

2、roduction of wind energy castingsLI Zi-Long1, MA Hong-Wei2, CHEN Hong-Bin2(1. Gamesa, Shanghai 200050, China; 2. Huixin Dian Li Co.,Ltd, Nanchang 330200,Jiangxi,China Abstract : Responding to the increasing demand of new energy industry and nuclear crisis in Japan, the demand of wind turbine casting

3、s will definitely leap, what s more, the conflict between lower cost and high quality requirement will also be highlighted. According to the fact above, break the traditional manufacturing method and explore new technology for wind energy castings will be a new coming challenge in foundry field. Thi

4、s article will combine the characters of V-process foundry and the practice of ductile iron with the attempt to share something of V foundry in wind energy castings manufacture.Key words: Wind energy; low temperature ductile ; Vacuum foundry process近幾年我國(guó)采用真空鑄造的企業(yè)不斷增多。但是用 V 法鑄造生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量要 求較高的風(fēng)電鑄件的廠家并不多,

5、采用真空鑄造生產(chǎn)風(fēng)電鑄件可以降低造型材料成 本,突破傳統(tǒng)的樹(shù)脂砂生產(chǎn)方式。本文針對(duì) V 法工藝的特點(diǎn)及生產(chǎn)球鐵件的實(shí) 踐,淺述 V 法生產(chǎn)在風(fēng)電球鐵件的應(yīng)用。1 真空鑄造1.1 真空鑄造的起源真空鑄造正式被應(yīng)用于鑄造實(shí)際生產(chǎn)是在 1971年的日本,隨后這種新穎的鑄造方式 引起了秋田、三菱、新東等公司的重視,并不斷被改進(jìn)和系統(tǒng)化。越來(lái)越多的鑄造廠將其 應(yīng)用在各種金屬制品的生產(chǎn)上,如鋁合金、鑄鐵、鑄鋼等 1。隨后,這種采用純粹的干砂 來(lái)進(jìn)行造型的工藝被不斷的改進(jìn),憑借著成本低廉、表面質(zhì)量好、砂處理簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn) 在鑄造行業(yè)占領(lǐng)了一席之地。但是同樣由于砂型強(qiáng)度低、過(guò)程控制要求嚴(yán)格以及在生產(chǎn)復(fù) 雜性鑄

6、件上的短板造成其在鑄造行業(yè)一直難有大的作為。1.2 真空鑄造特點(diǎn)真空鑄造工藝作為一種新興的鑄造方法,既有其無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì),也有無(wú)法避免的劣 勢(shì)。因此在打算采用這一方式進(jìn)行鑄件生產(chǎn)之前,需詳細(xì)了解并權(quán)衡其特點(diǎn)。關(guān)于真空鑄造的優(yōu)點(diǎn),諸如不需要粘結(jié)劑、有害揮發(fā)物質(zhì)少、落砂簡(jiǎn)單、不需要再生 砂系統(tǒng)、表面質(zhì)量好等等優(yōu)點(diǎn),相信已經(jīng)使用 V 法鑄造和打算使用 V 法鑄造的人都已經(jīng)十分了解了。但是對(duì)于 V 法工藝的劣勢(shì)或者說(shuō)是工藝控制的難點(diǎn),其中很多還不為多數(shù)人 所知。砂型表面硬度 - 對(duì)于很多鑄造廠可能都未必已經(jīng)將這個(gè)數(shù)據(jù)納入過(guò)程要點(diǎn)控制之中, 但這個(gè)數(shù)據(jù)卻是衡量真空負(fù)壓度是否合適的關(guān)鍵因素。本文所涉及的鑄

7、造廠就曾因種種原 因,進(jìn)行過(guò)多次升高或降低表面硬度的嘗試,也從中得到了許多的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于一般鑄件的 生產(chǎn),砂型硬度適宜穩(wěn)定在 80-90之間(SYS 型硬度計(jì)測(cè)量,這個(gè)數(shù)值甚至低于高密度 濕型砂的硬度。但如果一味的追求高硬度,提高負(fù)壓強(qiáng)度則會(huì)造成諸多弊端。諸如,負(fù)壓 過(guò)大,鐵水將克服表面張力浸滲砂型造成表面粗糙甚至是粘砂缺陷。當(dāng)然,這個(gè)硬度值也 不能過(guò)低,過(guò)低鑄件的尺寸精度難以保證,而在正常的 V 法生產(chǎn)中尺寸精度達(dá)到 CT-9還 是比較容易實(shí)現(xiàn)的。砂型負(fù)壓度 -對(duì)于砂型的負(fù)壓度,在不同的工位當(dāng)有不同的要求,設(shè)置可以采用特設(shè) 真空泵以良好的真空系統(tǒng)足夠大的抽氣量來(lái)達(dá)到這樣的目的。因?yàn)樵跐沧r(shí),隨

8、著大量揮 發(fā)物質(zhì)的溢出和空氣受熱產(chǎn)生的體積膨脹的影響以及薄膜燒損造成的密封度降低,需要更 高的壓力差和抽氣量來(lái)平衡。一般造型及轉(zhuǎn)運(yùn)工位 0.04-0.06MPa, 但是在澆注工位盡量保 證控制在 0.06-0.07MPa 。 型砂粒度分布 - V 法中型砂 粒度分布的要求比其他造型工藝 更嚴(yán)格,砂子過(guò)粗會(huì)影響整個(gè)砂 型 的 密 封 度 , 表 面 質(zhì) 量 也 會(huì) 下 降。對(duì)于一般鑄件的生產(chǎn) AFS100左 右 的 砂 子 , 也 就 是 我 們 說(shuō) 的 100-200目硅砂是比較合適的。同 時(shí)對(duì)于微粉含量(270和底盤(pán)也 要多加關(guān)注,如果微粉含量超過(guò) 3%, 則 需 要 對(duì) 除 塵 布 袋 進(jìn)

9、 行 清 理 , 并 加 大 除 塵 機(jī) 功 率 進(jìn) 行 調(diào) 整。一般來(lái)說(shuō) V 法型砂經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使用砂粒會(huì)越來(lái)越細(xì),需要定期補(bǔ)充新砂平衡其粒度分布 2。V 法砂型的高純凈度 - 由于 V 法鑄造,除了干砂,薄膜,以及涂料基本上沒(méi)有其他 有機(jī)物的存在,因此使用 V 法進(jìn)行球鐵件的生產(chǎn)將有效避免由于雜質(zhì)干擾造成的球化不良 等缺陷。同時(shí)為了保證持之有效的高純凈度,最好在落砂時(shí)將型砂和其他工藝生產(chǎn)的芯砂進(jìn) 行 分 離 , 并 監(jiān) 控 灼 燒 減 量 LOI 的 變 化 。 一 般 高 于 新 砂 的 2倍 以 上 , 則 要 進(jìn)行新砂補(bǔ)加或者增加除塵的處理,一般新砂在 0.5%左右,也就是說(shuō) V 法

10、型砂 LOI 高于 1.5%則需要引起注意。V法鑄造的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) -鑒于 V 法鑄造的特點(diǎn)一般采用開(kāi)放式或半開(kāi)放式的澆注系 統(tǒng),合理的澆注系統(tǒng)一方面保證鐵水平穩(wěn)充型防止對(duì)強(qiáng)度較低的 V 法鑄型造成沖擊,另一 方面保證一定的充型速度,防止薄膜燒損過(guò)快造成真空喪失產(chǎn)生其他的缺陷如塌型等。2 風(fēng)電球鐵鑄件的 V 法實(shí)踐2.1 風(fēng)電部件的要求表 1. V法鑄造型砂粒度分布 為了適應(yīng)在惡劣環(huán)境 下工作的要求,風(fēng)電鑄件 不僅對(duì)機(jī)械性能及化學(xué)成 分做出了嚴(yán)格的控制,另 外石墨形態(tài)和 NDT 檢測(cè) 也有相應(yīng)較高的要求,以 我公司的風(fēng)電部件反應(yīng)臂 (Reaction Arm為例, 材質(zhì)為 GJS-400-18

11、U-LT, 鑄件重量 1568Kg, 輪廓尺 寸 1925x1525x328, 平均壁 厚 70mm 最大壁厚240mm 。力學(xué)性能要求三 個(gè)沖擊試樣均值大于 12J ,單個(gè)不小于 9J 。需做解剖測(cè)試,本體取樣,對(duì)于表層按照 ISO945標(biāo)準(zhǔn), V 型與 VI 石墨大于 90%,尺寸 6-7,珠光體含量小于 10%, 碳化物小于 0.5%。另外需做 UT,MT 測(cè)試。中心部位,本體取樣 V和 VI 型石墨大于70%。根據(jù)以往認(rèn)證經(jīng)驗(yàn),許多廠家主要失敗在石墨形態(tài)和本體試樣低溫沖擊這兩方面。2.2 V法工藝的應(yīng)用采用中間分型工藝,弧形橫澆道沿頂部圓形搭建,內(nèi)澆口均布,石墨冷鐵布置在熱節(jié) 區(qū)域。氧

12、化鋯過(guò)濾片置于橫澆 道前過(guò)濾。澆注系統(tǒng)比例 F 直:F 橫:F 內(nèi) =1:2:1.2,確保 內(nèi)澆口壓力不是很大防止砂型 沖壞造成夾砂缺陷。 V 法鑄造 中,盡量應(yīng)使用石墨冷鐵,石 墨冷鐵相比鑄鐵冷鐵輕并且不 容易損傷 V 法鑄造的薄膜。 上型橫澆道下型內(nèi)澆口的工藝 的設(shè)計(jì),可以避免浮渣進(jìn)入型 腔,同時(shí)接口的內(nèi)澆口可以減 少鐵水對(duì) V 法鑄型的沖擊, 避免沖砂。采用乙醇基石墨涂 料 35-40Baume 對(duì) EVA 薄膜 進(jìn)行噴涂。由于 V 法的干砂保溫效果 和真空抽吸作用能提高金屬液 的流動(dòng)性 3,適當(dāng)選較低溫度澆注,延長(zhǎng)鐵水孕育球化的有效時(shí)間。另外對(duì)于有低溫沖擊 要求的球鐵件在配料的時(shí)候 需

13、要掌握高碳低硅原則,因此 此次采用的爐料配比如下。圖 1. 反應(yīng)臂 圖 2. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注重量 1850Kg ,出爐溫度 1480,澆注溫度 1360,澆注時(shí)間 107S 。經(jīng)光譜分析最終成分如下表。 2.3 鑄件檢測(cè)結(jié)果經(jīng)檢測(cè)該樣件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求,而且經(jīng)本體解剖取樣,金相組織結(jié)果符合要 求。這在樹(shù)脂砂生產(chǎn)中如果不采取一些特殊的冶金及涂料應(yīng)用是很難看到的,主要是因?yàn)?V 法鑄造沒(méi)有任何粘結(jié)劑的使用,大大降低了有害雜質(zhì)尤其是 S 的產(chǎn)生。 3 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)使用 V 法鑄造工藝對(duì)風(fēng)電關(guān)鍵部件進(jìn)行的實(shí)踐生產(chǎn)以及最終檢測(cè)結(jié)果來(lái)看, V 法鑄造作為一種較新的鑄造工藝,完全可以依靠自身特點(diǎn)打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)局限,實(shí)現(xiàn)一次新 的突破。表 2. 爐料配比及孕育球化處表 3最終金屬成分圖 3. 表層本體金相(腐蝕后圖 4. 心部本體金相(腐蝕后參考文獻(xiàn) :1 Herman-Sinto V-Process Company. V-Process Technical Know How Book M. North America, 1977 2 夏風(fēng),馬宏偉,