兆瓦级风力发电机主轴铸造工艺模拟

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6兆瓦级风力发电机主机架的铸造工艺

ｑｕａｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎａｆｌｌｙｍａｎｕｆａｃｕｒｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙｓｅｃｔｉｏｎｄｕｃｔｉｌｅｉｒｏｎｃａｓｔｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａ１ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌＯＷｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ
摘要：从铸造工艺和熔炼工艺的设计两方面，介绍了６兆瓦级风力发电机主机架的铸造生产中的关键技术，具体包
括浇注系统的设计、排气冒口设计、数值模拟、化学成分控制、熔炼原材料的选择、球化及孕育方法等。通过对这些关键技术进行控制，最终生产出质量符合要求的铸件。
关键词：厚大断面球墨铸铁；数值模拟；低温冲击韧性中图分类号：ＴＧ２５５文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ４９７７（２０１３）０９ — ０８２７ — ０４
ＣａｓｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＭａｉｎＦｒａｍｅｆｏｒ６ＭＷＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ
２铸造工艺
２．１工艺分析
１主机架的结构与技术要求
６兆瓦主机架基本参数见表１。根据ＥＮ１５６３．１９９７，６兆瓦风力发电机主机架选择附铸试块力学性能要求见表２。附铸试块金相组织要求按照ＩＳＯ９４５．１９７５执行，球化率均不低于９０％，石墨球大ｓｂ５．６级。要求基体珠

先进铸造技术生产风电机组超大型铸造主轴

先进铸造技术生产风电机组超大型铸造主轴先进铸造技术生产风电机组超大型铸造主轴铸造工艺一直是制造行业中不可或缺的重要环节。

随着技术的不断进步，先进铸造技术在生产领域扮演着越来越重要的角色。

风电机组的超大型铸造主轴作为其中重要的组成部分，其生产技术也在不断创新和发展。

本文将探讨先进铸造技术在生产风电机组超大型铸造主轴中的应用，并探讨其对于提高产品质量、提高生产效率以及保护环境的重要作用。

一、先进铸造技术在风电机组超大型铸造主轴生产中的应用1. 数字化设计与模拟在风电机组超大型铸造主轴的生产过程中，数字化设计和模拟是先进铸造技术的重要组成部分。

通过利用计算机辅助设计（CAD）软件进行产品设计，并运用计算流体力学仿真（CFD）等软件进行流体力学仿真，可以在设计阶段就对产品进行全面分析和评估，提前发现潜在的问题并进行改进，从而提高产品的质量和性能。

2. 高精度铸造模具制造在超大型铸造主轴的生产中，高精度铸造模具的制造对于保证产品的尺寸精度和表面质量至关重要。

先进铸造技术可以采用3D打印技术、激光雕刻技术等先进制造技术，制造出高精度的铸造模具，确保产品的铸造精度和一致性。

3. 精密铸造工艺先进铸造技术在风电机组超大型铸造主轴的生产中采用了多种精密铸造工艺，如低压铸造、真空铸造、等静压铸造等。

这些工艺可以有效减少气孔、夹杂物等缺陷的产生，提高产品的致密度和表面质量，保证产品的使用寿命和可靠性。

4. 热处理技术风电机组超大型铸造主轴在生产中需要经过多道热处理工艺，以提高产品的强度和硬度。

先进铸造技术可以通过优化热处理工艺参数，控制热处理过程中的温度和保温时间，确保产品在热处理过程中获得良好的组织结构和性能分布。

二、先进铸造技术在风电机组超大型铸造主轴生产中的优势1. 提高产品质量先进铸造技术可以减少气孔、夹杂物等缺陷的产生，提高产品的致密度和表面质量，从而提高产品的使用寿命和可靠性。

2. 提高生产效率采用先进铸造技术可以提高生产效率，缩短生产周期。

超大功率风电机组低温球铁主轴的铸造工艺

超大功率风电机组低温球铁主轴的铸造工艺随着可再生能源的快速发展，风能作为一种清洁、可持续的能源形式，受到了广泛关注。

超大功率风电机组作为风能发电的核心设备之一，其关键部件之一——低温球铁主轴的铸造工艺备受关注。

低温球铁主轴是风电机组的核心组成部分之一，承载着风轮叶片的转动力矩，并将其传递给发电机。

由于风电机组的工作环境恶劣，主轴需要具备高强度、高耐磨、高抗腐蚀等特点。

而低温球铁作为一种优质铸造材料，具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，因此成为了主轴铸造的理想选择。

低温球铁主轴的铸造工艺主要包括模具制作、熔炼、浇注、冷却和后处理等环节。

首先，根据主轴的设计要求，制作适应形状和尺寸的模具。

模具的制作需要考虑到主轴的复杂形状和内部结构，确保铸件的精度和质量。

接下来，进行熔炼工艺，将合适比例的生铁、废钢和合金料加入到高炉中进行熔炼，得到符合要求的铁水。

在浇注环节，需要将熔融的铁水倒入模具中，确保铁水充分填充模具的每个角落，避免产生气孔和缺陷。

为了提高铸件的质量，可以采用真空浇注或压力浇注等先进工艺。

浇注完成后，需要进行冷却处理，使铸件逐渐冷却固化，保证其内部结构的致密性和稳定性。

进行后处理工艺，包括去除模具、修整铸件表面、热处理和机械加工等。

去除模具时需要小心操作，避免对铸件造成损伤。

修整铸件表面可以采用机械加工或化学处理的方式，使其表面光滑平整。

热处理可以通过淬火、回火等方式，提高铸件的硬度和强度。

超大功率风电机组低温球铁主轴的铸造工艺是一个复杂而关键的过程。

通过合理的工艺流程和严格的质量控制，可以保证主轴的质量和性能，提高风电机组的工作效率和可靠性。

未来，随着技术的不断进步和创新，相信低温球铁主轴的铸造工艺将会得到进一步的优化和提升，为风能发电行业的发展做出更大的贡献。

1.5MW风力发电设备用轮毂铸造工艺优化设计

（）１
式中：ｆ为有效浇注时间，伪材质系数，Ｇ为铸件重件
量，６为铸件壁厚。经计算，轮毂铸件的有效浇注时间为１５Ｓ０。采用济南圣泉集团公司生产的呋喃树脂和配套的固化剂来保证获得高强度砂型，并采用相关工艺措施保证砂型紧实度和硬度。
￡（件 ‘ ０２ｘ￣）】［Ｇ）（．Ｇ帕６
．
１技风力发电机组中一个最为重要５
的大型铸件，其形状属于球形壳体类，主要壁厚
６－０ｍｉ，轮廓尺寸为２０ｍ２０ｍ２３ｉｌ，０－０ｌ１ｌ０ｍｘ０ｍｘ２０ｒｎ１１ｌ铸件重ｌ０ｔ左右。铸件材质为ＥＧＪ４０１Ａ相当于ＮＳ０．８Ｉ（
（ｘＬｇａＭａｈｎｒｎｆｃｕｅＣ．Ｌｄ，ｕｉ１１５Ｊｎｓ，ｈｎ）ＷｕｉｉｋｉｃｉｅｙＭａｕａｔｒｏ，ｔ．Ｗｘ２４，ｉｇｕＣｉｎ０ａａ
ＡｂｔａｔＡｓａｆｃｉｅｔｏｏａｔｇｐｏｅｓｄｓｇｎｐｉｉａｉｎｔｅｃｓｉｇｓｌｉｃｔｎｓｒｃ：ｎｅｅｔｏｌｒｓｉｒｃｓｅｉｎａｄｏｔｚｔ，ｈａｔｏｉｆａｉｖｆｃｎｍｏｎｄｉｏｓｍｕａｉｎｓｆｉｌｔｏｔｒａｅｎｗｉｅｙｕｅｎｆｕｄｙｉｄｓ￣．Ｉｈｓｐｐｒｏｗａｅｈｓｂｅｄｌｓｄｉｏｎｒｎｕｔｎｔｉａｅ。Ｐｒ，Ｄｍｏｅｉｇ０Ｅ３ｄｌｎｓｆｒｎａｔｇＣＡＥｓｆｒｒｓｄｔｏｐｅｅｔｅｃｍｐｔｒｎｍｅｉａｉｕａｉｎｏｏｔｗａｅａｄｃｓｉｎｏｔｅｗｅｅｕｅｏｃｍｌｔｈｏｗａｕｅｕｒＩｍｌｔｆｃｓｏａ１５ＭＷｎｅｌａｔｇｐｏｅｓａｄｂｓｄｏｈｉｕａｉｎｒｓｌ，ｈａｔｇｐｏｅｓｗａ．ｗｊｄｗｈｅｓｉｒｃｓ，ｎａｅｎｔｅｓｍｌｔｅｕｔｔｅｃｓｉｒｃｓｓｃｎｏｓｎｏｔｉｅｎｈｒｆｒｕｄｅａｔａｒｄｃｉｎｏａｔｇ．ｐｉｚｄａｄｔｅｅｏｅｔｇｉｅｔｃｕＩｏｕｔｆｓｉｓｍｏｈｐｏｃｎＫｙＷＯｄｅｒｓ：ｃｓｉｇｔｃｎｏｏｙｗｉｄｗｈｅ；ｕｅｉａｉｕａｉｎａｔｈｉｌｇ；ｎｅｌｎｍｒＩｍｌｔｎｅｃｓｏ

5.0mw风机主轴锻造成型方法

5.0mw风机主轴锻造成型方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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F OU N DRY T ECH NO LO GY
V ol. 32 N o. 3 M ar . 2011
由下向上显现递增的分布趋势 , 冒口处的温度最高 , 整个铸件的温度场分布完全符合顺序凝固所需要的温度场的要求。这样的温度场分布有利于冒口对铸件的补缩, 消除缩孔、缩松的产生。
图 1 网格模型 Fig. 1 M o del of mesh
2
), 冷
图 3 铸件温度场示意图 Fig . 3 T emperature distributing
)。
通过观察铸件的凝固过程 , 可以很好地判断铸件的凝固顺序和最后凝固的区域 , 从而预测缺陷的位置。图 4 中 , 深色的表示没有凝固 , 即固相率为 0, 浅色的表示已经凝固 , 固相分数为 1 。其余颜色表示正在凝固过程中。由图 4a、 b 可知, 液态金属前期和中期的凝固过程呈 V 形向上移动 , 同时没有液相补缩通道的断开 , 铸件主体部分没有产生孤立的液相区。图 5 为铸件的凝固时间图 , 该图很直观的表达出铸件的凝固次序 , 铸件由下自上凝固 , 并且冒口部分是最后凝固的地方 , 这满足顺序凝固的基本原则。
参考文献 [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] 陈国桢 , 肖柯则 , 姜不居 . 铸件缺陷和对策手册 [ M ] , 北京 : 机械出版社 , 1996. 陈琦 , 彭兆弟 . 铸造技术问题对策 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 2008. 郭善海 . 基于数值模拟的铸钢件工艺分析与优化设计 [ D] . 杭州 : 浙江大学 , 2006. 胡红军 . Pro CAST 软件的特点及其在铸件成形过程中的应用 [ J] . 热加工工艺 , 2005, ( 1) : 70 71. 王寿彭 . 铸件形成理论及工艺基础 [ M ] . 西安 : 西北工业大学出版社 , 1994.
Fig . 8 图 8 9 级晶粒度标准评级图 Standard P ictur e of g rade 9 g rain size
4 结语 ( 1) 利用有限元软件 pr oCA ST , 对以铸代锻风机主轴件进行了充型、凝固模拟分析 , 预测出了铸件可能产生的缺陷及缺陷部位。采用底浇、开放式浇注系统, 并结合设置保温冒口和加冷铁的铸造工艺 , 可以生产出满足高致密度要求的铸造风机主轴。 ( 2) 以铸代锻风机主轴件的成功生产, 大大缩减了生产周期, 降低了生产成本 , 将有利于风力发电事业的快速发展。
图5 凝固时间图 F ig. 5 So lidificat ion time
[ 5]
铸造技术 3/ 2011
陈德平等 : 兆瓦级风力发电机主轴铸造工艺模拟
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2. 3
缩孔缩松预测 ProCAST 可以确认封闭液体的位置, 使用特殊的
求, 进一步说明所选择的材质、制定的铸造工艺方案、实施的热处理工艺是基本可行的。
/ M P a / M Pa ( % ) 887 685 650 540 16. 1
(%) HB
AK 68 39
/ 7. 87 7. 84
/ J ( g/ cm 2 )
16. 1 43. 4 240 35 228
图6
缩孔缩松的预测
F ig. 6 Shr inkag e of the cast ing
收稿日期 : 2010 10 21; 作者简介 : 陈德平 ( 1986 工工艺 . Email : chendeping scu@ yahoo. cn 修订日期 : 2010 11 28 ) , 女 , 四川宜宾人 , 硕士生 . 研究方向 : 材料加
在热节部位产生缩孔缩松和裂纹等缺陷, 采用顺序凝固原则生产, 结合适当的冒口来消除缩孔、缩松。在铸件冷却过程中 , 保持补缩通道畅通, 得到致密铸件[ 1~ 3] 。根据风机主轴的要求和结构特点, 铸造工艺设计时采用底注、开放式的浇注系统, 设置保温冒口、底部加冷铁进行激冷的补缩工艺, 保证冒口最后凝固。 1. 2 建立模型及网格划分利用 UG 对铸件、浇注系统等建立三维模型, 再将三维模型由_x t 格式导入 P roCAST , ProCAST 可以模拟铸件充型、凝固和冷却过程中的流场、温度场、应力场和微观结构
摘要 : 设计了兆瓦级风力发电机主轴的铸造工艺 , 利用 U G 进行三维造型 , 应用有限元软件 Pro CAST 进行充型模拟、凝固模拟、温度场模拟 , 预测了铸件缩孔、缩松缺陷产生的部位。模拟结果表明 , 采用底注式、保温冒口、底部加冷铁等浇注和补缩工艺 , 可以保证铸件的顺序凝固。试生产了 1 件兆瓦级风力发电机主轴 , 符合性能要求。关键词 : 铸钢件 ; 主轴 ; 数值模拟 ; P ro CA ST
图2 Fig . 2
充型过程图 Filling pro cessing
图 4 凝固过程固相率示意图 Fig. 4 Solidification Pr ocess
2. 2
凝固过程模拟凝固过程中铸件所处的状态直接取决于温度, 由
铸件温度场决定铸件状态变化规律, 如凝固前沿位置及推进情况, 凝固区域大小及变化 , 凝固时间 , 缩孔、缩松的部位等。图 3 中 a、 b、 c 对应的是凝固前期、中期、后期的温度场。铸件底部由于冷铁的激冷作用 , 温度较低。由图 3b 可以看出, 凝固中期时 , 温度场梯度分布趋势显著, 由四周向中心、由底部向冒口部位温度逐渐升高。由图 3c, 铸件完全凝固时 , 铸件中的温度
表 1 主轴性能测试对比 T ab. 1 Contr ast o f propert y test 性能制造方法铸造测试值锻造标准值
b s
判据 , 例如温度梯度法、固相率梯度法、凝固时间梯度法、 Niy am a 判据法等来确定缩孔缩松的位置。 View cast 可显示缩孔、缩松位置, 模拟结果见图 6。图 6 显示, 只在冒口和内浇口处 ( 圈选的地方) 有缩孔、缩松的缺陷 , 本体上无缺陷产生 , 工艺设计符合预期的效果。
中图分类号 : TG 24; T P391 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 8365( 2011) 03 0297 03
Simulation of Casting Process for MW Wind Generator Shaft
CHEN De ping1 , XU Jian2 , YANG Gang1 , YANG Yi1 , ZHANG Ze lei1 ( 1. School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan Universi ty, Chengdu 610065, China; 2. Changzhou Kaida Roll Group, Co. , Ltd. , Changzhou 213155, China)
基金项目 : 四川省应用基础研究项目 ( 2010JY 0021)
初始条件。金属模具材料为 H 13 钢 , 冒口处保温层材料为 insulat ion sheeve, 铸件和模具之间有 15 m m 的硅砂。铸型和金属模具浇注前温度为 25 温度为 1 530 , 铸件浇注 , 浇注时间为 80 s, 模具的冷却条件是
[ 4]
, 利用该软件有限元网格划分功能划
分三维网格, 网格的大小要合适, 网格太小导致计算速度慢 , 并且占取电脑空间大; 太大又不能保证精度, 最后的网格模型如图 1。该铸件网格共有节点数 32 999 个, 单元数 154 404 个, 保证了模拟的精确性。 1. 3 参数设置在 Pro CAST 前处理中设置材料参数、边界条件、
Abstract: The foundry process of MW wind generator shaft was designed by UG modeling and finite element software ProCAST. The filling and solidification and temperature field were simulated and the shrinkage defect distribution was predicted. The simulation results show that the casting process that filling from the bottom, the heat riser and the chills located to the bottom can ensure the directional solidification of casting, then a MW wind generator shaft produced by casting can meet the required performance. Key words: Cast steel; Shaft; Numerical simulation; ProCAST
目前 , 风力发电机的主轴均是采用锻造的方法生产。锻造生产工艺复杂, 产品成型率不高, 后续加工材料消耗大 , 使风力发电机主轴的生产不能满足目前大的市场需求 , 阻碍了风力发电的发展。重力铸造作为一种传统的铸造工艺, 具有设备投入少、工艺出品率高、产品质量稳定、适宜大批量生产的特点。本文采用以铸代锻的方法生产风电发电机主轴, 基于计算机仿真数值模拟, 预测重力铸造风机主轴过程中的缺陷 , 并生产出性能符合使用要求的铸件。 1 主轴的铸造工艺模拟 1. 1 铸件的特征及工艺分析风力发电机主轴法兰盘长 2 700 mm, 最大直径 1 300 mm, 其余部分平均直径 800 mm 。风力发电机主轴长期工作在户外, 承受温度、压力的变化, 要求无缩孔、缩松等缺陷, 有高的致密度。风力发电机主轴选用 34CrNiMo6 铸造成型, 铸钢的结晶温度范围较大, 容易