一种风电铸件低补贴量铸造工艺
阅读说明：本技术 一种风电铸件低补贴量铸造工艺 (Low-allowance casting process for wind power casting ) 是由 缪亚兵 吕飞 赵栋 许强威 陈宇 于 2021-01-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种风电铸件低补贴量铸造工艺,属于铁水铸造技术领域。涉及(1)直驱型底座铸件的补贴量设计：将球面前后两侧自下而上依次划分为下过渡区域、侧面分型面区域、上过渡区域和顶部区域,对应的补贴量分别为+2mm～0mm渐变、0、+3mm～0渐变和0～5mm；(2)双馈型半封闭底座铸件的补贴量设计：竖立铸造时将肚皮区域中心位置的补贴量放置为-3～0mm,顶端和底端的铸造补贴量放置为0mm,自中心位置向顶端或底端的补贴量均匀过渡；(3)轮毂铸件的补贴量设计：盖箱法兰端面及电机孔的补贴量为+14～16mm,底箱法兰端面和叶片法兰端面的补贴量为+11～+13mm,球面以及筋板面壁厚若取正负公差则不放补贴量即补贴量为0,若取正公差则补贴量为公差带的1/3。(The invention relates to a low-subsiding-amount casting process for a wind power casting, and belongs to the technical field of molten iron casting. Relating to (1) the design of the patching quantity of a direct-drive base casting: sequentially dividing the front side and the rear side of the spherical surface into a lower transition area, a side parting surface area, an upper transition area and a top area from bottom to top, wherein the corresponding patching amounts are respectively +2 mm-0 mm gradual change, 0, +3 mm-0 gradual change and 0-5 mm; (2) and (3) patching quantity design of the double-fed semi-closed base casting: when the casting is vertically carried out, the patching quantity of the center position of the belly area is set to be-3-0 mm, the casting patching quantity of the top end and the bottom end is set to be 0mm, and the patching quantity is uniformly transited from the center position to the top end or the bottom end; (3) and (3) patch amount design of the hub casting: the patching quantity of the flange end face of the cover box and the motor hole is + 14-16 mm, the patching quantity of the flange end face of the bottom box and the flange end face of the blade is + 11-13 mm, if the wall thickness of the spherical surface and the rib plate surface is within a positive tolerance, the patching quantity is not released, namely the patching quantity is 0, and if the wall thickness is within a positive tolerance, the patching quantity is 1/3 of a tolerance zone.)
技术领域
本发明属于风电铸件铸造领域，尤其涉及一种风电轮毂、底座铸件的铸造工艺。
背景技术
风电铸件生产铸造过程以手工制造为主，设备为辅，生产过程中铸件尺寸会存在轻微偏差，为铸件放置补贴量能够避免此偏差造成壁厚不足，为加工留有加工余量，目前为风电铸件放置补贴量还没有明确的工艺，传统的做法是为铸件所有区域均匀的放置补贴，这造成铸件壁厚尺寸超差以及铸件超重，且增加了铁水的用量，甚至会增加加工的难度和复杂性。
因此，有必要为风电铸件设计适合的补贴量，实现风电铸件低补贴量铸造工艺，提高铁水利用率，简化后序铸件的加工。
发明内容
本发明针对上述现有技术，本申请发明人通过对各种机型结构进行分析及数据收集，提供一种合理的放置补贴量的方法，补贴量针对铸件结构进行放置，最终使得铸件尺寸及重量可以得到把控，用于指导风电铸件的铸造补贴量设置，实现风电铸件低补贴量铸造，所述的补贴量是指面上加厚。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种风电铸件低补贴量铸造工艺，涉及
(1)直驱型底座铸件的补贴量设计：直驱型底座铸件包括球面，所述球面上设置底部法兰端面、斜面法兰端面和侧面法兰端面，所述斜面法兰端面和侧面法兰端面分别位于球面的左右两侧，将球面前后两侧自下而上分别依次划分为下过渡区域、侧面分型面区域、上过渡区域和顶部区域，所述侧面分型面区域对应于球面上铸造壁厚涨6％-10％的中段球面区域，所述侧面分型面区域对应的补贴量为0，所述下过渡区域的补贴量自上而下在+2mm～0的范围内逐渐减小，所述上过渡区域的补贴量自上而下在+3mm～0的范围内逐渐减小，所述顶部区域的补贴量为0～5mm；
或(2)双馈型半封闭底座铸件的补贴量设计：双馈型半封闭底座包括底部法兰和顶部法兰，自所述顶部法兰端面向下向内形成弧面即肚皮区域，双馈型半封闭底座在铸造时采用竖立状态让顶部法兰和底部法兰成左右方位布置使肚皮区域立起来，此时所述肚皮区域中心位置的铸造补贴量放置为-3～0mm，顶端的铸造补贴量放置为0mm，底端的铸造补贴量放置为0mm，自中心位置向上一直到顶端的补贴量均匀过渡，自中心位置向下一直到底端的补贴量均匀过渡；
或(3)轮毂铸件的补贴量设计：轮毂包括顶部的盖箱法兰、底部的底箱法兰、三个互成120°的叶片法兰以及连接这五个法兰的球面，各叶片法兰的端口都具有筋板面，在所述筋板面上设置电机孔和若干搭子，所述盖箱法兰端面及电机孔的补贴量为+14～+16mm，底箱法兰端面和叶片法兰端面的补贴量为+11～+13mm，球面以及筋板面壁厚若取正负公差则不放补贴量即补贴量为0，若取正公差则补贴量为公差带的1/3，需要钳工完成的搭子的搭子端面补贴量为8～10mm，搭子上的螺孔偏向搭子边缘的搭子端面补贴量为2～3mm，非前述两种情况的搭子端面补贴量为0。
进一步地，所述侧面法兰端面的顶部起始于球面顶部，底部趋近于达到球面底部，侧面法兰端面趋近于竖直状态。
优选地，球面前后两侧的任一侧上，所述顶部区域在所述侧面法兰端面的圆形截面上的圆心角为30°，所述上过渡区域在所述侧面法兰端面的圆形截面上的圆心角为35°，所述侧面分型面区域在所述侧面法兰端面的圆形截面上的圆心角为50°，所述下过渡区域在所述侧面法兰端面的圆形截面上的圆心角为65°。
优选地，所述直驱型底座铸件的补贴量设计适用于功率：1.5MW-6MW、吨位：6T-50T的直驱型底座铸件的球面补贴量放置。
优选地，双馈型半封闭底座的所述肚皮区域的中心部位壁厚涨趋势最大，越往上下两侧涨的趋势逐渐减小，在铸造时壁厚涨7％-12％。
优选地，双馈型半封闭底座的补贴量设计适用于功率：1.5MW-5MW、吨位：10T-40T的双馈型半封闭底座的肚皮区域的铸造补贴量放置，所述肚皮区域属于非加工面区域。
优选地，考虑到底箱法兰的上端面易产生铸造缺陷，需要进行打磨，所以轮毂铸件的补贴量设计中，所述底箱法兰的上平面的放置补贴量+5mm，并与底箱法兰周围的球面做好过渡。
优选地，轮毂铸件的补贴量设计适用于功率：1.5MW-5MW，吨位：10T-50T的风电轮毂。
优选地，对于直驱型底座铸件和或双馈型半封闭底座铸件，在铸造时还要考虑提高铸型刚性，将砂箱置于地坑内，所述砂箱内装有型砂，所述砂箱与地坑墙体之间通过钢管顶撑，多个所述钢管对称的顶撑在砂箱周围。
优选地，对于直驱型底座铸件和或双馈型半封闭底座铸件，在铸造时还要考虑提高铸型刚性，将砂箱置于地坑内，所述砂箱内装有型砂，所述砂箱上设置拉紧杆，所述拉紧杆两端分别与砂箱锁紧连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本申请提供了一种风电铸件低补贴量铸造工艺，产品涉及直驱型底座、双馈型半封闭底座和轮毂，补贴量的优化可有效控制铸件的尺寸超过尺寸公差范围，补贴量减小后加工余量也减少了，有助于提高加工效率，并有助于提高铁水的铸造利用率。
附图说明
图1为本发明实施例1的直驱型底座铸件的正视图；
图2为本发明实施例1的直驱型底座铸件的俯视图；
图3为本发明实施例1的直驱型底座铸件的仰视图；
图4为本发明实施例1的直驱型底座铸件的竖剖视图；
图5为图1的剖视图；
图6为本发明实施例2的双馈型半封闭底座正视图；
图7为本发明实施例2的双馈型半封闭底座仰视图；
图8为本发明实施例2的双馈型半封闭底座左视图；
图9为本发明实施例2的双馈型半封闭底座右视图；
图10为图6的剖面图；
图11为本发明实施例2双馈型半封闭底座的铸造结构图；
图12为本发明实施例2双馈型半封闭底座的另一铸造结构图；
图13为本发明实施例3轮毂的正视图；
图14为本发明实施例3轮毂的左视图；
图15为本发明实施例3轮毂的右视图；
图16为本发明实施例3轮毂的立体图；
图17为本发明实施例3轮毂的剖视图；
图18为图18中的AB剖面图；
图19为图18中的AZ放大图；
图中，1底部法兰端面、2斜面法兰端面、3侧面法兰端面、4肚皮区域、5砂箱、6型砂、7铸件、8地面、9地坑、10钢管、11地坑墙面、12长螺杆、13叶片法兰、14盖箱法兰、15底箱法兰、16筋板面、17搭子、18电机孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本发明保护范围的限制。
实施例1
直驱型底座铸件，其结构特点加工面较少，铸件大部分为毛坯结构，侧面球面区域范围大，铸件内腔空间大，且铸件高度较高。此类结构铸件极易在铁水充型后，凝固过程中受石墨化膨胀影响，导致铸件肚皮区域即侧面分型面区域涨箱，从而造成壁厚超差；解决侧面胀箱的思路由单纯提高铸型刚性，转变为增加模具反变形量结合提高铸型刚性的方式进行。需要收集模具侧面尺寸数据(使用3D扫描系统对模具尺寸进行检测，收集生产前后模具的尺寸变化情况，就是模具本身的尺寸变化)、砂型数据(型砂是形成铸型的材料，型砂硬化后形成外模和砂芯，通过对型砂进行取样，实验室进行试验，检测抗弯强度，型砂的抗弯强度是影响铸型刚性的一个主要因素)、铸件数据(生产出来的铸件使用3D扫描系统对进行进行尺寸检测)，通过多件产品的数据跟踪，总结出铸件变形量规律：结合模具尺寸，在相同型砂强度的情况下，直驱型底座铸件中段球面区域即侧面分型面区域壁厚涨6％-10％左右，根据此变形规律，对直驱型底座铸件的补贴量进行设计。
如图1-5所示，直驱型底座铸件包括球面，球面上设置底部法兰端面1、斜面法兰端面2和侧面法兰端面3，斜面法兰端面2和侧面法兰端面3分别位于球面的左右两侧，将球面前后两侧自下而上分别依次划分为下过渡区域、侧面分型面区域、上过渡区域和顶部区域，其中，侧面分型面区域对应于球面上铸造壁厚涨6％-10％的中段球面区域，如图所示，侧面法兰端面3的顶部起始于球面顶部，底部趋近于达到球面底部。球面前后两侧的任一侧上，顶部区域在侧面法兰端面3的圆形截面上的圆心角为30°，上过渡区域在侧面法兰端面的圆形截面上的圆心角为35°，侧面分型面区域在侧面法兰端面3的圆形截面上的圆心角为50°，下过渡区域在所述侧面法兰端面3的圆形截面上的圆心角为65°。
侧面分型面区域对应的补贴量为0，下过渡区域的补贴量自上而下在+2～0的范围内逐渐减小，上过渡区域的补贴量自上而下在+3～0的范围内逐渐减小，顶部区域的补贴量为3mm。
底座一般为三箱造型，合箱后顶部壁厚同样容易超差，现工艺设计顶部区域补正量预放顶部区域3mm，由于顶部区域有存在铸造缺陷的不确定性，制作模具时放置补正量区域会一体成型做出来，若后续修模将补正量去除工作量很大，现在就是制作模具时补正量先不做出来，单独贴上去，方便后续去除，看铸件出来后壁厚情况是否考虑去除。
上述补贴量方案适应的直驱型底座的规格范围：1.5MW-6MW之间，吨位：6T-50T之间。
实施例2
如图6-10所示，双馈型半封闭底座的典型铸件其结构特点为铸件加工面较少，铸件除偏航孔及几个通孔外，整体均由平整的腹板包裹，包括底部法兰和顶部法兰，自顶部法兰端面向下向内形成弧面即肚皮区域4，此类底座铸造工艺设计时考虑到铸造成本，浇注系统设计均较为简单，出现夹渣风险较大，为便于排渣，防止渣在平面聚集，一般设计成竖做，即将底座竖起来，即让底部法兰和顶部法兰位于横向方位上的左右侧。竖做除了降低成本、减少夹渣外还能有效提高场地使用率，但竖做底座存在坭芯数量多，且肚皮区域(弧面)受石墨化膨胀影响，壁厚极易超差等问题；解决侧面胀箱的思路除了单纯提高铸型刚性外，还要增加模具反变形量的方式进行铸造。因此，收集模具侧面尺寸数据(使用3D扫描系统对模具尺寸进行检测，收集生产前后模具的尺寸变化情况，就是模具本身的尺寸变化)、砂型数据(型砂是形成铸型的材料，型砂硬化后形成外模和砂芯，通过对型砂进行取样，实验室进行试验，检测抗弯强度，型砂的抗弯强度是影响铸型刚性的一个主要因素)、铸件数据(生产出来的铸件使用3D扫描系统对进行进行尺寸检测)，通过多件产品的数据跟踪，总结出铸件变形量规律：在相同型砂强度的情况下，双馈型半封闭底座铸件非加工面区域即肚皮区域的壁厚涨7％-12％左右，结合此变形规律，非加工面区域补正量做虚3mm，即将肚皮区域4中心位置的补正量设置为-3mm，肚皮区域顶端的铸造补贴量放置为0mm，底端的铸造补贴量放置为0mm，自中心位置向上一直到顶端的补贴量均匀过渡，自中心位置向下一直到底端的补贴量均匀过渡。
上述补贴量设计方案适应的双馈型底座的规格：1.5MW-5MW之间，吨位：10T-40T之间。
提高铸型刚性的做法可以钢管顶推法：将砂箱置于地坑内，砂箱内装有型砂，砂箱两侧通过钢管与地坑墙体之间顶撑，由此确保浇注时，砂箱的刚性，如图11所示。或者在砂箱上通过长螺杆支撑砂箱，将长螺杆横向设置，两端分别与砂箱的左右侧壁锁紧，如图12所示。
实施例3
风电类轮毂结构均比较类似，一般包括顶部的盖箱法兰、底部的底箱法兰、三个互成120°的叶片法兰以及连接这五个法兰的球面，各叶片法兰的端口具有筋板面，在筋板面上设置电机孔和若干搭子。球面涨箱倾向小于风电底座铸件，降低毛净比工作主要从减少加工余量方面着手，轮毂类铸件加工面主要为三个叶片法兰及盖箱法兰、底箱法兰，随着这么多年的摸索，模具精度提高、各型芯定位设计合理、操作手法提高、各种尺寸控制方法增加大定位、预配、各种专用卡板等来保证铸件的尺寸精度，过度的加工余量变的多余，且造成铁水的利用率降低。对轮毂补贴量进行优化，除盖箱法兰端面及电机孔的补贴量控制在15mm外，其余加工面区域的补贴量均控制在12mm左右，经验证该补贴量未带来技术问题。球面壁厚及筋板面若可以取正负公差，则不放补正量；若为正公差，则补正量为公差带的1/3，按此方法执行，本申请球面壁厚的补贴量为+2mm，筋板面内侧壁厚的补贴量为+2mm，另外，底箱法兰的上端面易产生铸造缺陷，需要进行打磨，因此将底箱法兰的上平面补贴量设置为+5mm，并与周边球面做好过渡。另外，对于筋板面上的搭子，所述搭子是指高于铸件本体的独立的凸台，搭子端面的补贴量酌情放置需钳工完成的放置8～10mm左右，螺孔中心靠近搭子边缘的放置2-3mm的补正量，其余不放。
上述补贴量设计方案适应的风电轮毂类铸件的规格范围：1.5MW-5MW之间，吨位：10T-50T之间。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
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