大型球鐵件風電調速器行星架造型工藝方案優(yōu)化

大型球鐵件風電調速器行星架造型工藝方案優(yōu)化

大型彩墨鑄造磁頭的砂漿壓力是長期以來鑄造工作者的研究主題之一。本文討論了近幾年來國內外鑄造生產量較大的大型球鐵件風電調速器行星架的造型工藝優(yōu)化(亦即其模具方案的優(yōu)化)。為方便討論,本文以圖1所示的一種近十多年來生產量較大、鑄造難度較大的2000MW級風電行星架作為典型代表件。該行星架的結構特點為:鑄件最大輪廓尺寸為:準1444mm×1402mm、主要壁厚δ=55~160mm、材質為QT700-2、鑄件質量G件=4500kg。目前國內外已有較多工廠生產該類風電行星架,但據筆者了解、掌握的情況看,尚有較多的鑄造廠在生產該類球鐵件時易出現(xiàn)了造型工藝不盡合理的情況。筆者研究了該類行星架的多種造型工藝方案,歸納起來可以將其分為“大砂芯造型工藝方案”和“實樣模造型工藝方案”兩種類型。在此,對這兩類造型工藝方案的優(yōu)缺點作一對照分析,旨在為該類鑄件造型工藝的優(yōu)化設計積累一些資料,供同行參考。1外模鑄型工藝圖2所示風電行星架(與圖1的尺寸稍有差異,但結構相同)大砂芯造型工藝方案在某廠的鑄造生產方式是:采用樹脂自硬砂造型、制芯(1#、3#大砂芯)、鉻鐵礦砂制作2#小砂芯;1箱1件;大量設置冷鐵;采用階梯進液的澆注生產方式。大砂芯造型工藝方案主要特點如下:(1)兩箱造型-外模結構簡單大砂芯造型工藝方案,實際上就是普通鑄鐵件通常采用的傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝方案,其外模分為上、下模樣,鑄型只有上、下型。因此,其外模結構簡單、造型工序也較為簡化,這也是大砂芯造型工藝方案的最大優(yōu)點。(2)大砂芯-制芯工藝復雜大砂芯造型工藝方案,雖然具有兩箱造型,外模結構簡單的優(yōu)點,但其采用了3#“大砂芯”結構,使得制芯工藝復雜;不僅如此、3#“大砂芯”還使得芯盒結構復雜、整套鑄造模具(工裝)用料多、模具的制作成本較高。(3)下芯難度大-砂芯定位精度低大砂芯造型工藝方案,其嚴重的不足點是下型深度偏高,使得1#砂芯下芯難度大、砂芯定位精度低;其3#“大砂芯”的定位準確性也難以達到較理想的精度。(4)砂鐵比高大砂芯造型工藝方案與實樣模造型工藝方案相比,因采用了3#“大砂芯”結構方案,使得其砂箱尺寸相應要增大20%左右(僅在長、寬尺寸),由此其鑄件的砂鐵比也相應增大了20%。(5)生產效率低-鑄件尺寸穩(wěn)定性低大砂芯造型工藝方案,由于其1#、2#、3#砂芯的下芯難度都較大、定位準確性低,尤其是3#砂芯制芯工藝復雜,致使行星架總體的造型效率低,鑄件尺寸穩(wěn)定性差。2實際模型優(yōu)化方案圖3所示風電行星架實樣模造型工藝方案在某廠的鑄造生產方式是:采用水玻璃砂造型、制芯(1#、3#、4#砂芯)、鉻鐵礦砂制作2#砂芯;1箱1件;大量設置冷鐵;采用階梯進液的澆注生產方式。根據筆者多年的工廠實踐經驗和對圖2、3所示方案比較分析認為:圖3所示方案比之于圖2所示方案,雖然采用的是三箱造型,外模結構稍微復雜,外型“造型”也稍復雜,但其可以較好地克服圖2所示工藝方案存在的諸多不足。圖3所示方案在樹脂自硬砂和水玻璃砂的鑄造生產條件下比圖2所示方案是更為優(yōu)化的方案。要使圖1所示的行星架類大型球墨鑄鐵件順利實現(xiàn)圖3所示實樣模造型工藝的優(yōu)化方案,必須要合理、正確地設計模具方案:其一,要有對適宜的產品結構的正確解析,亦即要有較為豐富的生產實踐經驗,能對其合理地、正確地分模;其二,模塊之間的定位要正確、可靠;其三,砂芯結構要正確、合理地設計;其四,芯盒的結構及其制作要正確合理;其五,重要工藝參數的確定亦要合理正確。2.1實樣模造型工藝方案圖1所示的行星架類大型球鐵件要順利實現(xiàn)實樣模造型工藝的優(yōu)化方案,應按圖3所示的三箱造型工藝方案的上/中分型面、中/下分型(模)面、及中箱內的一個分模面,將模樣設計、制作成上/中下三段“實樣模”結構(只是名義上的“實樣?！?實際上要除去1#~4#砂芯的實心結構):下(箱)模樣為鑄件的下法蘭帶長軸頸結構;中(箱)模樣為三個腿腳結構;上(箱)模樣為鑄件的上法蘭帶短軸頸結構。圖3所示行星架類大型球鐵件實樣模造型工藝方案的造型主要流程是:下模樣上置放冷鐵、造下箱—下箱翻轉—置放中(箱)模樣、中(箱)模樣(3個腿腳)各三側置放冷鐵、造中箱、砂型造至3個腿腳的上平面—置放上模樣(置放冷鐵)、造上箱(為簡化文字:省去了鑄件澆注系統(tǒng)及冒口系統(tǒng)的相應闡述)。需要說明的一點是:圖3所示行星架類實樣模造型工藝方案的中(箱)模樣(3個腿腳)諸多鑄造圓角,須要造型操作者手工打磨做出。2.2下箱模具的定位要順利實施圖3所示方案,其模具的關鍵結構之一是:各模塊之間的定位結構要合理、準確和可靠。各模塊之間的定位主要體現(xiàn)在以下兩個方面:其一是中(箱)模樣的3個腿腳模塊與下(箱)模樣的定位,每個腿腳模塊與下模樣之間的定位可用兩個方鍵結構定位,如圖4(a)所示的A區(qū)結構,也可用直徑較大(準20~40mm)的兩個以上的圓柱銷結構定位,如圖4(a)所示的B區(qū)結構;另一方面是中(箱)模樣的3個腿腳模塊與上(箱)模樣的定位,其每個腿腳模塊與上模樣之間的定位可用一個直徑較大(準20~30mm)的圓柱銷結構定位,即上模樣(上法蘭帶其短軸頸結構)上3個腿腳“中心”的共3個圓柱銷與中(箱)模樣—3個腿腳的各一個圓柱銷套形成成套的定位結構和關系、如圖4(b)所示B區(qū)結構。2.3結構方案優(yōu)化要優(yōu)化實施圖3所示方案3個腿腳的模塊方案,還可在圖4(a)所示腿腳實樣模模塊結構方案的基礎上將其腿腳模塊設計制作成圖4(b)所示腿腳實樣模模塊的結構方案。圖4(b)所示腿腳實樣模模塊的結構與圖4(a)所示的結構方案主要的不同點是:圖4(b)的腿腳為“兩段式”結構模塊;而圖4(a)的腿腳為“整體式”結構模塊。因此,圖4(b)結構比圖4(a)結構的相應模塊在其同樣拔模斜度的條件下既簡化了起模難度、又減小了鑄件的質量。要優(yōu)化實現(xiàn)圖4(b)所示行星架3個腿腳的模塊方案,關鍵是其腿腳的“兩段”模塊之間亦要設計(制作)出結構合理和可靠的定位機構。其腿腳的“兩段”模塊之間亦可用兩個直徑較大(準30~35mm)的圓柱銷結構定位,如圖4(b)所示的C區(qū)結構;同時還可加大圖4(b)B區(qū)結構的定位銷(套)的直徑(至準45~50mm),以利用其銷套孔作為其下半段模的起?？臻g。2.4砂芯方案80mm要優(yōu)化實施圖3所示方案,其重要的配套工藝措施還有如圖3中所示的砂芯結構的優(yōu)化設計。圖3方案與圖2方案比較,砂芯結構的優(yōu)化設計要點是1#~4#砂芯的“短芯頭”結構:1#與2#砂芯的芯頭長度為40~50mm(而圖2方案的相應砂芯芯頭長度為100~200mm),并取消了2#砂芯的上部芯頭結構;3#與4#砂芯的芯頭長度僅為5~8mm。在樹脂自硬砂或水玻璃砂造型和制芯的生產條件下,圖3所示的40~50mm長度之短芯頭的1#與2#砂芯,其既能很好地滿足相應砂芯可靠地與相應芯頭座配合,又能更簡化和更順利地將其砂芯下入型腔;而取消了2#砂芯的上部芯頭結構,生產實踐證明:2#砂芯完全可以準確地定位和保證其鑄件相應結構的尺寸穩(wěn)定性,從而進一步地簡化了其下芯、合箱的操作難度。此外,還需值得注意的一點是:2#砂芯的圖3所示芯頭結構在水平方向仍須要設計(制作)成加大的芯頭結構,以保證該砂芯能可靠和準確地下入型腔。2.5砂芯的制作流程要優(yōu)化實施圖3所示方案,其重要的配套工藝措施還有如圖3中所示的3#、4#砂芯的芯盒結構的合理的設計(制作)。其要點是:將3#與4#砂芯芯盒(設計)制作成“補砂芯盒”結構。所謂“補砂芯盒”:則是將該砂芯的制作與下芯工序合二為一。其具體過程是:將其芯盒(能)直接置放于相應的芯頭座處,在其相應的芯頭座處直接制作該類砂芯。這對于在樹脂自硬砂或水玻璃砂造型和制芯的生產條件下是完全可行和十分方便的。2.6模型分型數值要順利實施圖3所示方案,其技術要點還有分型負數、芯頭間隙等重要工藝參數的合理確定。對于在粘土砂造型生產條件下,其鑄件模型(樣)的分型負數、芯頭間隙等重要工藝參數的介紹或研究的資料較為多見,而對于在樹脂自硬砂或水玻璃砂造型生產大型球鐵件的條件下,其鑄件模型(樣)的分型負數、芯頭間隙等重要工藝參數的相應介紹或研究的資料并不多見。生產實踐表明:外型是濕型粘土砂、而砂芯為樹脂自硬砂(或水玻璃砂)的相應芯頭座的配合、與外型和砂芯都同是樹脂自硬砂或水玻璃砂的砂芯芯頭與其相應芯頭座的配合有著本質的不同:前者通常是采用較小尺寸的芯頭配合間隙;對于同檔之名義(或輪廓)尺寸的鑄件,后者采用前者1.5~2.0倍的芯頭配合間隙尺寸則較為適宜。同理,其在樹脂自硬砂或水玻璃砂造型生產的條件下,其模型(樣)的分型負數也要采用濕型粘土砂造型狀態(tài)下的同檔之名義(或輪廓)尺寸的1.5~2.0倍的分型負數尺寸。在圖3所示方案中,其合理的、(下轉第55頁)(上接第52頁)成功的分型負數是:下箱與中箱的分型負數和中箱與上箱的分型負數均為2.5mm(在實踐中也可以簡化為中箱模樣、3個