[发明专利]利用球墨铸铁制造风力发电机主轴的金属型覆砂铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电机主轴的生产方法技术领域，具体涉及一种利用球墨铸铁制造风力发电机主轴的金属型覆砂铸造方法。

背景技术

目前，随着全球能源短缺和环境污染等问题日益严峻，寻找和选择绿色环保、具有可再生性的能源已成为世界各国面临的重大课题。而自然界存在的风能与其它能源相比，不仅蕴藏量大、分布广泛、永不枯竭、是水能的10倍，而且还具有上马快、建设周期短、比水电站建设的基础投入少、灵活性强，并能有效遏制温室效应和沙尘暴灾害、绿色环保等特点。因此，利用风能发电作为新能源开发已成为全球未来能源发展战略的重要组成部分并受到了各国的高度重视和大力支持。但是，由于目前制造风电设备的技术不够成熟，导致风力发电设备昂贵，风力发电成本较高，风电电价高于煤电电价，从而制约了风电的快速发展。

风力发电机组的关键设备之一是发电机的主轴。目前，国内外制造风力发电机主轴的方法全部都是采用锻造法，其制作过程为：将特种钢冶炼后锻造成毛坯，然后再进行热处理及机械加工。但利用锻造方法生产时，首先要求必须提供高质量电炉精炼的钢锭以满足产品的高性能需要，其次需采用特殊的成型方式(锻造)来细化晶粒以便获得性能更为优良的毛坯。如内蒙古北方重工业集团有限公司与四川德阳九益锻造有限公司等单位采用锻造方法生产风机主轴的工艺过程大致为：合金熔炼→钢锭→锻造→退火→粗车→调质→半精车→精车。因此，采用锻造法不仅生产工艺复杂，产品成型和后续加工困难，成型率不高，且材料消耗大，因而生产成本高，生产效率较低，一些特钢企业及锻机小的机械行业很难进行生产，致使生产的风机主轴远远不能满足市场需求，国内相当一部分风机主轴需要进口且价格昂贵。同时，用铸钢生产风机主轴时，由于铸钢的熔点高，熔炼时能耗大，对杂质的限制要求严格，冷却时由于收缩较大而容易在铸件中产生缩孔缩松缺陷。

因此，若能使用成本低廉的铸铁并利用工序简单的工艺如传统的砂型铸造方法来生产铸件，必然会使生产成本大大降低，生产效率大大提高。但是传统的砂型铸造方法存在着劳动强度大、原材料消耗多、铸件重量偏重、环境污染严重、机加工工作量大等问题，尤其是容易出现的铸件致密度差、补缩不充分、缩孔缩松多等问题将严重影响铸件的质量，甚至导致铸件报废。针对现有砂型铸造方法中存在的问题，常州柴油机厂发明了一种用金属型覆砂造型工艺生产球墨铸铁曲轴铸件。该厂用热固化酚醛树脂作粘结剂，加入量为1.5％，另加2.5％的糠醇，70/140目硅质天然砂和固化剂混成湿态树脂砂，射覆于金属型背，经热固化后作为一次性铸型。金属型壁厚为20mm，材料为灰铸铁HT20-40。覆砂层厚度平均为4.5±1.5mm。生产的铸件为S195柴油机曲轴，最大直径￠74，毛坯重量为14公斤，浇注系统总重为6公斤的小型铸件。铸件成型脱模后，采用820℃-850℃的余热进行正火处理。试验证明，金属型覆砂铸造方法具有所获铁型刚度好、铸件精度高的特点，其所获铸件内部80％为珠光体组织，力学性能良好，非常适合于制造尺寸要求高的中小型轴类零件。但是，如果直接用该方法制备风机主轴，会出现以下问题：其一，由于风机主轴强度要求高、塑性要求好，尤其是要有良好的冲击韧性，而普通球墨铸铁的综合机械性能略低于铸钢，因此如果直接用普通的球墨铸铁生产方法，在性能上就不能完全达到风机主轴的性能要求；其二，由于该方法生产的是小型铸件。小型铸件由于覆砂层薄、透气性好，因此容易得到气孔缺陷少的铸件。而风机主轴属于大型铸件，如果用同样的工艺生产，由于覆砂层较厚、透气性较差，在铸件中容易出现较多的气孔缺陷，从而影响其性能；其三，由于该方法生产的柴油机曲轴属于小型铸件，在浇注时采用的是顶注式浇注。但用该方法浇注大型件时，由于其对铸型壁的冲刷严重，液态金属的搅拌严重，容易在铸件中形成更多的夹杂，而且也不利于夹杂物的上浮，影响铸件的质量。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有技术存在的问题，提供一种利用球墨铸铁制造风力发电机主轴的金属型覆砂铸造方法。