本發(fā)明屬于機械制造領(lǐng)域，尤其涉及一種風電用錐形主軸及其制備方法。

背景技術(shù)：

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國已經(jīng)具備大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電的資源條件。到2005年底，我國風力發(fā)電累計裝機容量達到126萬千瓦，我省是風能資源豐富的省區(qū)之一，風能資源理論儲量為2.37億千瓦，可開發(fā)利用的風能儲量為2600萬千瓦，主要集中在河西走廊和省內(nèi)部分山口地區(qū),氣候條件非常適合于風電機組全年運行，具有開發(fā)建設(shè)大中型風力發(fā)電項目的良好條件，根據(jù)甘肅省發(fā)展和改革委員會有關(guān)精神，我省加大了風電前期工作力度，先后完成了風能資源評價、風電場選址、風電場工程規(guī)劃，提出了建設(shè)“戈壁三峽”的宏偉藍圖。根據(jù)所處的地理環(huán)境，嘉峪關(guān)和酒泉地區(qū)風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間位居國內(nèi)前列，有很強的資源優(yōu)勢，前景非常廣闊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于生產(chǎn)出的錐形主軸能夠滿足設(shè)備規(guī)格書的探傷要求、低溫性能、金相組織、使用壽命等要求，使錐形主軸產(chǎn)品能夠批量生產(chǎn)，提供了一種風電用錐形主軸的制備方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種風電用錐形主軸，按質(zhì)量百分比計：錐形主軸化學(xué)成分為c：3.65-3.95%；si：1.70-2.40%；mn：≤0.2%；s：≤0.02%；p：≤0.03%；mg：0.04-0.06%，余量為鐵。

上述錐形主軸的制備方法，采用砂型鑄造，砂型由上砂型和下砂型、型芯組成；具體包括以下步驟：

步驟1、型砂、芯砂準備：將石英砂、呋喃樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比計：呋喃樹脂加入量占石英砂量的1.0%～1.4%,固化劑加入量占呋喃樹脂量的40%～50%，開動自動混砂機，測試型砂的使用時間控制在8-15min，要求試樣抗拉強度≥0.8mpa的配方即可使用；

步驟2、造型

a.造上砂型：在模板上放置壓邊冒口、出氣片和上層冷鐵圈后放置砂箱，然后開動混砂機開始造上型砂，砂層厚度達到200mm，用搗砂棒緊實，混砂機旋轉(zhuǎn)一周用時控制在5-10分鐘；

b.造下砂型：放置澆注系統(tǒng)和中、下層冷鐵后再放置砂箱，然后開動混砂機開始造型，砂層厚度達到200mm，砂層緊實，混砂機旋轉(zhuǎn)一周用時控制在5-10分鐘；

c.制砂芯：在芯盒內(nèi)放置好芯骨和冷鐵后，開動混砂機開始制芯，用搗砂棒緊實；

步驟3、起模：砂型4-6小時后起模、取芯，將上、下砂型從模板上吊起后翻箱，將硬化后的砂芯從芯盒中吊出，起模后2小時開始涂刷砂型表面，涂料總厚度0.8-1.2mm；

步驟4：烘烤砂型：將砂芯置入砂型進行烘烤，每遍烘烤2～3分鐘，烘烤結(jié)束后扣箱；

步驟5：熔煉：將q10生鐵、廢鋼加入中頻爐，爐料分2批次加入，第一批加入60%，待第一批爐料熔化后加入sic粉，sic粉按照生鐵、廢鋼總質(zhì)量的0.2%加入，待第一批爐料熔化后加入剩余部分爐料；

步驟6：澆鑄：處理好的鐵水從澆口杯進入直澆道、橫澆到并經(jīng)過濾片過濾后經(jīng)內(nèi)澆道均勻進入進行澆鑄、成型后落砂，即形成錐形主軸，澆注后保溫96小時以上打箱，取出成型的錐形主軸。

本發(fā)明上述澆包烘烤溫度400-600℃，座包烘烤溫度：200-300℃，待中頻爐爐內(nèi)溫度達到1460-1470℃時出爐，出爐前扒凈熔渣，加入預(yù)留0.15%的生鐵，扒完渣后撒聚渣劑覆蓋鐵水表面；采取一次出鐵至澆包進行球化、孕育處理，鐵水出至2/3時開始均勻加入高鈣鋇孕育劑，球化處理后將澆包內(nèi)的鐵水倒入座包開始澆注，澆注溫度：1340-1360℃，澆注時間140-160s，球化處理完畢至澆注時間控制在15分鐘以內(nèi)；其中，放入澆注包內(nèi)的球化劑其上面覆蓋高鈣鋇孕育劑、增c劑后覆蓋一層生鐵在球化劑的表面，最后在縫隙處撒sic粉充滿，預(yù)處理劑在出鐵水前加入澆包鐵水沖入的一側(cè)。

優(yōu)選的，步驟3中的涂料總厚度0.8-1.2mm；其中，第一遍涂料波美度45～50，第二遍涂料波美度40～45，第三遍涂料波美度20～30，砂芯每遍涂刷1/3面積后點火燃燒，涂刷完后及時清除砂芯表面雜物，等砂型（芯）表面溫度冷至常溫、冷鐵上沒有水分后再涂刷下一遍涂料。

分型面距鑄件300mm范圍，芯頭大平面、芯頭部位及芯子分型面邊緣150mm范圍只涂刷第一遍涂料，涂刷結(jié)束后及時清除鐵水進入砂型通道中的雜物。

所述的上層冷鐵圈位于φ2800法蘭上端且與其適配；下層冷鐵圈位于下砂型底端，且與其適配，中層冷鐵圈位于下砂型法蘭下端面。

本發(fā)明的另一目的在于提供了一種制備上述風電用錐形主軸的澆注系統(tǒng)，該澆注系統(tǒng)采用陶管分別制成一直澆道、及多個橫澆道和內(nèi)澆道，直澆道末端位于下砂型中心處的下方，直澆道末端通入圓盤式空腔，圓盤式空腔均勻連接橫澆道，每一橫澆道上設(shè)有對鐵水進行過濾的硅膠過濾片網(wǎng)，每一橫澆道末端連接一內(nèi)澆道，所有內(nèi)澆道沿下砂型本體底端的圓周呈均勻通入。

優(yōu)選的，澆注系統(tǒng)直澆道采用φ100陶管，橫澆道與內(nèi)澆道共設(shè)置8道，每道采用φ60的陶管；8道直澆道。

進一步的，上砂型的頂端采用與其適配的φ2800法蘭，沿法蘭圈內(nèi)側(cè)均勻設(shè)有6個壓邊冒口，每一壓邊冒口上安裝一出氣棒。

所述法蘭圈內(nèi)均勻布置有6-10個出氣片。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明錐形主軸鑄造通過設(shè)計成分、采用壓邊冒口和出氣片、及局部使用冷鐵、硅膠過濾器鐵水、嚴格控制開箱時間等鑄造的錐形主軸，按照標準檢驗后達到使用要求，滿足批量生產(chǎn)條件，提高了錐形主軸工藝成品率。生產(chǎn)的錐形主軸穩(wěn)定性強，能夠滿足錐形主軸設(shè)備規(guī)格書要求，-40℃沖擊性能合格、二級探傷和1級磁粉檢測的要求，錐形主軸能夠在惡劣環(huán)境條件下工作，使錐形主軸在使用中具有抗激冷激熱，減少錐形主軸本體開裂的概率，提高了使用壽命。

2.本發(fā)明通過設(shè)置過濾的硅膠過濾片網(wǎng)對鐵水進行過濾出渣，實踐證明，錐形主軸澆注重量9500kg，采用125mm*125mm*25mm過濾片16片放置在橫澆道上對鐵水進行過濾除渣保證錐形主軸表面質(zhì)量探傷要求，過濾球鐵鐵水的最大能力達到4kg/cm²。

3.本發(fā)明通過均勻設(shè)置8道內(nèi)澆道，且沿下砂型底圓周面均勻分布，每一內(nèi)澆道尺寸為φ60陶管，從而保證了澆注系統(tǒng)為全開放式，防止了注入時鐵水出現(xiàn)紊流。

4.本發(fā)明通過沿法蘭內(nèi)圓周面均勻布置6個壓邊冒口，每一壓邊冒口上安裝一出氣棒，壓邊冒口的尺寸為φ160mm*180mm*400mm，出氣棒的尺寸為上160*40、下100*15mm、高度800mm，從而保證了鑄件充型所需的壓頭和鑄件組織的致密性。

5.通過在法蘭圈內(nèi)布置6-10個出氣片，保證了鑄件澆注過程中型內(nèi)氣體的順利排出。

6.本發(fā)明在上、下及厚大部位放置冷鐵圈，即：上層冷鐵圈，在錐形主軸φ2800法蘭上平面設(shè)置120mm*120*100mm的1圈冷鐵；在下砂型上、下端分別設(shè)置1圈冷鐵，達到滿足鑄造過程中鑄造錐形主軸的各處液體同時凝固的條件，進一步保證了鑄件組織的致密性。

7.本發(fā)明澆注溫度在1340-1360℃，澆注溫度過低易造成瞬時孕育劑溶解不充分，易形成夾渣缺陷；澆注溫度過高易造成基體組織石墨球徑大。澆注速度為140s-160s之間，避免了澆注速度過慢，鑄件上、下溫差大，不利于同時凝固的現(xiàn)象發(fā)生，防止了澆注速度過快，夾渣物及氣體排出困難，易造成鑄件夾渣或氣孔。

8.本發(fā)明開箱時間控制在大于96小時，避免了開箱過早鑄件冷卻速度快，基體組織中珠光體及滲碳體的含量增加，造成低溫沖擊不合格。

附圖說明

圖1.本發(fā)明的球墨鑄鐵件錐形主軸鑄造工藝圖；

圖2.本發(fā)明的壓邊冒口位置示意圖；

圖3.本發(fā)明的澆注系統(tǒng)示意圖。

圖中：1-上砂型；2-下砂型；3-上層冷鐵圈；4-中層冷鐵圈；5-下層冷鐵圈；6-直澆道；7-圓盤式空腔；8-硅膠過濾片；9-橫澆道；10-壓邊冒口；11-出氣棒；12-出氣片；13-法蘭；14-內(nèi)澆道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。

一種風電用錐形主軸，按質(zhì)量百分比計：錐形主軸化學(xué)成分為c：3.65-3.95%；si：1.70-2.40%；mn：≤0.2%；s：≤0.02%；p：≤0.03%；mg：0.04-0.06%，余量為鐵。

如圖1所示，本發(fā)明錐形主軸鑄造圖，采用模具整體鑄造，制作木模外皮和芯盒，鑄上、下砂型、及砂芯：按工藝要求用陶管制造上述錐形主軸的澆注系統(tǒng)：其包括直澆道6，直澆道6始端為注入口，直澆道6與砂型分型面垂直，直澆道6末端位于下砂型中心處的下方，直澆道末端通入圓盤式空腔7內(nèi)，圓盤式空腔7的圓周上均勻連接8個橫澆道9，每一橫澆道9上設(shè)有對鐵水進行過濾的硅膠過濾片網(wǎng)8（規(guī)格125-125*25mm，16個），每一橫澆道9末端連接一內(nèi)澆道6，8個內(nèi)澆道沿下砂型2本體底端呈均勻通入。直澆道6采用φ100陶管，內(nèi)澆道14每道采用φ60的陶管；上砂型1的頂端采用與其適配的φ2800法蘭13，沿法蘭13圈上平面內(nèi)側(cè)均勻設(shè)有6個壓邊冒口10，規(guī)格為ф180mm*160mm*400mm，每一壓邊冒口10上安裝一出氣棒11。

φ2800法蘭13上端有與其適配的一上層冷鐵圈3；下砂型2的上端有一中層冷鐵圈4位于下砂型法蘭下端面；下砂型2底端有一下層冷鐵圈5，與下砂型2底端適配。

按照工藝卡要求擺放6-10個出氣片，造型4-6小時后起模、取芯，起模后2小時開始涂刷砂型，涂料厚度0.8-1.2mm。涂料勾兌要求：第一遍涂料波美度45～50，第二遍涂料波美度40～45，第三遍涂料波美度20～30，在涂料使用前攪拌均勻，每遍砂型涂刷完后點火燃燒。涂刷結(jié)束后及時清除澆注系統(tǒng)中雜物，上、下砂型、及砂芯合箱后通過澆注系統(tǒng)澆注，澆注時間控制在140s-160s。澆注溫度1340-1360℃。澆注后保溫96小時以上打箱，取出成型的錐形主軸。

一種風電用錐形主軸的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1、型砂、芯砂準備：將石英砂、呋喃樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比計：呋喃樹脂加入量占石英砂量的1.0%～1.4%,固化劑加入量占呋喃樹脂量的40%～50%，開動自動混砂機，測試型砂的使用時間控制在8-15min，要求試樣抗拉強度≥0.8mpa的配方即可使用；

步驟2、造型

a.造上砂型：在模板上放置壓邊冒口、出氣片和上層冷鐵圈后放置砂箱，然后開動混砂機開始造上型砂，砂層厚度達到200mm，用搗砂棒緊實，混砂機旋轉(zhuǎn)一周用時控制在5-10分鐘；

b.造下砂型：放置澆注系統(tǒng)和中、下層冷鐵后再放置砂箱，然后開動混砂機開始造型，砂層厚度達到200mm，砂層緊實，混砂機旋轉(zhuǎn)一周用時控制在5-10分鐘；

c.制砂芯：在芯盒內(nèi)放置好芯骨和冷鐵后，開動混砂機開始制芯，用搗砂棒緊實；

步驟3、起模：砂型4-6小時后起模、取芯，將上、下砂型從模板上吊起后翻箱，將硬化后的砂芯從芯盒中吊出，起模后2小時開始涂刷砂型表面，涂料總厚度0.8-1.2mm；

步驟4：烘烤砂型：將砂芯置入砂型進行烘烤，每遍烘烤2～3分鐘，烘烤結(jié)束后扣箱；

步驟5：熔煉：將q10生鐵、廢鋼加入中頻爐，爐料分2批次加入，第一批加入60%，待第一批爐料熔化后加入sic粉，sic粉按照生鐵、廢鋼總質(zhì)量的0.2%加入，待第一批爐料熔化后加入剩余部分爐料；

步驟6：澆鑄：處理好的鐵水從澆口杯進入直澆道、橫澆到并經(jīng)過濾片過濾后經(jīng)內(nèi)澆道均勻進入進行澆鑄、成型后落砂，即形成錐形主軸，澆注后保溫96小時以上打箱，取出成型的錐形主軸。

澆包烘烤溫度400-600℃，座包烘烤溫度：200-300℃，待中頻爐爐內(nèi)溫度達到1460-1470℃時出爐，出爐前扒凈熔渣，加入預(yù)留0.15%的生鐵，扒完渣后撒聚渣劑覆蓋鐵水表面；采取一次出鐵至澆包進行球化、孕育處理，鐵水出至2/3時開始均勻加入高鈣鋇孕育劑，球化處理后將澆包內(nèi)的鐵水倒入座包開始澆注，澆注溫度：1340-1360℃，澆注時間140-160s，球化處理完畢至澆注時間控制在15分鐘以內(nèi)；

其中，放入澆注包內(nèi)的球化劑應(yīng)適當搗緊，上面覆蓋高鈣鋇孕育劑、增c劑，然后覆蓋一層生鐵在球化劑的表面，生鐵之間的縫隙處撒sic粉充滿（8-9kg），烘烤時火苗不應(yīng)正對球化劑的位置，預(yù)處理劑在出鐵水前加入澆包鐵水沖入的一側(cè)。

實施例

一種風電用錐形主軸的制備方法，將處理好的鐵水從直澆道進入圓盤式空腔，再從圓盤式空腔進入8個橫澆道，通過橫澆道中設(shè)置的過濾片過濾后進入到8個內(nèi)澆道均勻通至砂型本體內(nèi)，澆包烘烤溫度500℃，座包烘烤溫度：250℃，爐內(nèi)溫度達到1460-1470℃時出爐，出爐前扒凈熔渣，加入預(yù)留的生鐵160kg，扒完渣撒聚渣劑覆蓋鐵水表面。采取一次出鐵進行球化、孕育處理，鐵水出至2/3時開始加入孕育劑，加入方式用鐵鍬均勻撒入。澆注溫度：1350℃。澆注時間150s。球化處理完畢至澆注時間控制在15分鐘以內(nèi)，即形成錐形主軸。