大型球鐵件風(fēng)電調(diào)速器行星架造型工藝方案優(yōu)化

大型球鐵件風(fēng)電調(diào)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(nèi)外鑄造生產(chǎn)量較大的大型球鐵件風(fēng)電調(diào)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(chǎn)量較大、鑄造難度較大的2000MW級風(fēng)電行星架作為典型代表件。該行星架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:鑄件最大輪廓尺寸為:準(zhǔn)1444mm×1402mm、主要壁厚δ=55~160mm、材質(zhì)為QT700-2、鑄件質(zhì)量G件=4500kg。目前國內(nèi)外已有較多工廠生產(chǎn)該類風(fēng)電行星架,但據(jù)筆者了解、掌握的情況看,尚有較多的鑄造廠在生產(chǎn)該類球鐵件時(shí)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(shí)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(diǎn)作一對照分析,旨在為該類鑄件造型工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)積累一些資料,供同行參考。1外模鑄型工藝圖2所示風(fēng)電行星架(與圖1的尺寸稍有差異,但結(jié)構(gòu)相同)大砂芯造型工藝方案在某廠的鑄造生產(chǎn)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(shè)置冷鐵;采用階梯進(jìn)液的澆注生產(chǎn)方式。大砂芯造型工藝方案主要特點(diǎn)如下:(1)兩箱造型-外模結(jié)構(gòu)簡單大砂芯造型工藝方案,實(shí)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(jié)構(gòu)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(diǎn)。(2)大砂芯-制芯工藝復(fù)雜大砂芯造型工藝方案,雖然具有兩箱造型,外模結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn),但其采用了3#“大砂芯”結(jié)構(gòu),使得制芯工藝復(fù)雜;不僅如此、3#“大砂芯”還使得芯盒結(jié)構(gòu)復(fù)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(yán)重的不足點(diǎn)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(zhǔn)確性也難以達(dá)到較理想的精度。(4)砂鐵比高大砂芯造型工藝方案與實(shí)樣模造型工藝方案相比,因采用了3#“大砂芯”結(jié)構(gòu)方案,使得其砂箱尺寸相應(yīng)要增大20%左右(僅在長、寬尺寸),由此其鑄件的砂鐵比也相應(yīng)增大了20%。(5)生產(chǎn)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(zhǔn)確性低,尤其是3#砂芯制芯工藝復(fù)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(shí)際模型優(yōu)化方案圖3所示風(fēng)電行星架實(shí)樣模造型工藝方案在某廠的鑄造生產(chǎn)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(shè)置冷鐵;采用階梯進(jìn)液的澆注生產(chǎn)方式。根據(jù)筆者多年的工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對圖2、3所示方案比較分析認(rèn)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(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜,外型“造型”也稍復(fù)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)圖3所示實(shí)樣模造型工藝的優(yōu)化方案,必須要合理、正確地設(shè)計(jì)模具方案:其一,要有對適宜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的正確解析,亦即要有較為豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),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(jié)構(gòu)要正確、合理地設(shè)計(jì);其四,芯盒的結(jié)構(gòu)及其制作要正確合理;其五,重要工藝參數(shù)的確定亦要合理正確。2.1實(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)樣模造型工藝的優(yōu)化方案,應(yīng)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(nèi)的一個(gè)分模面,將模樣設(shè)計(jì)、制作成上/中下三段“實(shí)樣模”結(jié)構(gòu)(只是名義上的“實(shí)樣?！?實(shí)際上要除去1#~4#砂芯的實(shí)心結(jié)構(gòu)):下(箱)模樣為鑄件的下法蘭帶長軸頸結(jié)構(gòu);中(箱)模樣為三個(gè)腿腳結(jié)構(gòu);上(箱)模樣為鑄件的上法蘭帶短軸頸結(jié)構(gòu)。圖3所示行星架類大型球鐵件實(shí)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(zhuǎn)—置放中(箱)模樣、中(箱)模樣(3個(gè)腿腳)各三側(cè)置放冷鐵、造中箱、砂型造至3個(gè)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(yīng)闡述)。需要說明的一點(diǎn)是:圖3所示行星架類實(shí)樣模造型工藝方案的中(箱)模樣(3個(gè)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(shí)施圖3所示方案,其模具的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一是:各模塊之間的定位結(jié)構(gòu)要合理、準(zhǔn)確和可靠。各模塊之間的定位主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:其一是中(箱)模樣的3個(gè)腿腳模塊與下(箱)模樣的定位,每個(gè)腿腳模塊與下模樣之間的定位可用兩個(gè)方鍵結(jié)構(gòu)定位,如圖4(a)所示的A區(qū)結(jié)構(gòu),也可用直徑較大(準(zhǔn)20~40mm)的兩個(gè)以上的圓柱銷結(jié)構(gòu)定位,如圖4(a)所示的B區(qū)結(jié)構(gòu);另一方面是中(箱)模樣的3個(gè)腿腳模塊與上(箱)模樣的定位,其每個(gè)腿腳模塊與上模樣之間的定位可用一個(gè)直徑較大(準(zhǔn)20~30mm)的圓柱銷結(jié)構(gòu)定位,即上模樣(上法蘭帶其短軸頸結(jié)構(gòu))上3個(gè)腿腳“中心”的共3個(gè)圓柱銷與中(箱)模樣—3個(gè)腿腳的各一個(gè)圓柱銷套形成成套的定位結(jié)構(gòu)和關(guān)系、如圖4(b)所示B區(qū)結(jié)構(gòu)。2.3結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化要優(yōu)化實(shí)施圖3所示方案3個(gè)腿腳的模塊方案,還可在圖4(a)所示腿腳實(shí)樣模模塊結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上將其腿腳模塊設(shè)計(jì)制作成圖4(b)所示腿腳實(shí)樣模模塊的結(jié)構(gòu)方案。圖4(b)所示腿腳實(shí)樣模模塊的結(jié)構(gòu)與圖4(a)所示的結(jié)構(gòu)方案主要的不同點(diǎn)是:圖4(b)的腿腳為“兩段式”結(jié)構(gòu)模塊;而圖4(a)的腿腳為“整體式”結(jié)構(gòu)模塊。因此,圖4(b)結(jié)構(gòu)比圖4(a)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)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(zhì)量。要優(yōu)化實(shí)現(xiàn)圖4(b)所示行星架3個(gè)腿腳的模塊方案,關(guān)鍵是其腿腳的“兩段”模塊之間亦要設(shè)計(jì)(制作)出結(jié)構(gòu)合理和可靠的定位機(jī)構(gòu)。其腿腳的“兩段”模塊之間亦可用兩個(gè)直徑較大(準(zhǔn)30~35mm)的圓柱銷結(jié)構(gòu)定位,如圖4(b)所示的C區(qū)結(jié)構(gòu);同時(shí)還可加大圖4(b)B區(qū)結(jié)構(gòu)的定位銷(套)的直徑(至準(zhǔn)45~50mm),以利用其銷套孔作為其下半段模的起模空間。2.4砂芯方案80mm要優(yōu)化實(shí)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖3方案與圖2方案比較,砂芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)是1#~4#砂芯的“短芯頭”結(jié)構(gòu):1#與2#砂芯的芯頭長度為40~50mm(而圖2方案的相應(yīng)砂芯芯頭長度為100~200mm),并取消了2#砂芯的上部芯頭結(jié)構(gòu);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(chǎn)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(yīng)砂芯可靠地與相應(yīng)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(jié)構(gòu),生產(chǎn)實(shí)踐證明:2#砂芯完全可以準(zhǔn)確地定位和保證其鑄件相應(yīng)結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性,從而進(jìn)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(diǎn)是:2#砂芯的圖3所示芯頭結(jié)構(gòu)在水平方向仍須要設(shè)計(jì)(制作)成加大的芯頭結(jié)構(gòu),以保證該砂芯能可靠和準(zhǔn)確地下入型腔。2.5砂芯的制作流程要優(yōu)化實(shí)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(jié)構(gòu)的合理的設(shè)計(jì)(制作)。其要點(diǎn)是:將3#與4#砂芯芯盒(設(shè)計(jì))制作成“補(bǔ)砂芯盒”結(jié)構(gòu)。所謂“補(bǔ)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(yīng)的芯頭座處,在其相應(yīng)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(chǎn)條件下是完全可行和十分方便的。2.6模型分型數(shù)值要順利實(shí)施圖3所示方案,其技術(shù)要點(diǎn)還有分型負(fù)數(shù)、芯頭間隙等重要工藝參數(shù)的合理確定。對于在粘土砂造型生產(chǎn)條件下,其鑄件模型(樣)的分型負(fù)數(shù)、芯頭間隙等重要工藝參數(shù)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(chǎn)大型球鐵件的條件下,其鑄件模型(樣)的分型負(fù)數(shù)、芯頭間隙等重要工藝參數(shù)的相應(yīng)介紹或研究的資料并不多見。生產(chǎn)實(shí)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(yīng)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(yīng)芯頭座的配合有著本質(zhì)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(chǎn)的條件下,其模型(樣)的分型負(fù)數(shù)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(fù)數(shù)尺寸。在圖3所示方案中,其合理的、(下轉(zhuǎn)第55頁)(上接第52頁)成功的分型負(fù)數(shù)是:下箱與中箱的分型負(fù)數(shù)和中箱與上箱的分型負(fù)數(shù)均為2.5mm(在實(shí)踐中也可以簡化為中箱模樣、3個(gè)