MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种新型的MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，为电渣熔铸方法生产该类铸件提供核心设备。利用该结晶器生产的风电扭转轴毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求，该结晶器具有制作方便，省工、省料优点，同时实现了熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优点。另外，该结晶器在使用中采用了退让装置，温度监测装置，定位装置，实用后各项指标均经受住生产考验，未出现漏渣、漏水，焊缝开裂变形等常见结晶器损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种铸造用模具，特别是涉及一种电渣熔铸整体制造丽级风电扭转轴毛坯的模具——MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器。
技术介绍
电渣熔铸作为一项先进铸造技术，将钢水精炼与铸造成型两道工序结合在一起，所生产的铸件结晶组织均匀致密、纯度高、硫和磷含量低、非金属夹杂物少、具有良好的力学性能和抗疲劳性能。既能达到锻件的质量标准，又可实现铸件近净成型，实现周期和成本的双赢，已被现代铸造企业广泛应用。产品涉及航空、造船、电力、化工以及重型机械等现代化工业。风电是目前十分提倡的绿色能源，但风力发电机运行环境恶劣(_45°C至+45°C)，部件质量要求很苛刻(力学性能高，抗疲劳性好，耐蚀性好)。随着MW级风力发电机(未来市场主打产品)的开发建设，风力发电向高效率、大型化方向发展，对风力发电的重要零部件的质量要求愈来愈高。MW级风电扭转轴质量好坏直接影响MW级风电机组的质量。结晶器是电渣炉的重要部件，属于炉体部分，在熔铸时，它一方面起着熔化、精炼的熔炼室作用；另一方面又起着铸件模具形成铸件的作用，熔化与成型均在结晶器内进行，所以结晶器工作环境恶劣，对于风电扭转轴结晶器更是如此，结晶器结构复杂，熔铸中受力复杂，为此，结晶器必须具有导热强、抗变形强、易制造等特点。众所周知，MW级风电扭转轴结构复杂(见图1)，各曲拐沿空间分布，形状复杂。因此，MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器的结构更加复杂，按照常规方法无法制作和使用，很长时间以来一直制约我国电渣熔铸该类铸件的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，为电渣熔铸方法生产该类铸件提供核心设备。利用该结晶器生产的风电扭转轴毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求，该结晶器具有制作方便，省工、省料优点，同时实现了熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优点。另外，该结晶器在使用中采用了退让装置，温度监测装置，定位装置，实用后各项指标均经受住生产考验，未出现漏渣、漏水，焊缝开裂变形等常见结晶器损伤。I、设计方案制定 思路电渣熔铸整体一次成型方式制造MW级风电扭转轴，是利用自耗电极沿结晶器贯通的主轴颈孔腔熔铸。设计MW级风电扭转轴(曲柄臂很厚的大型铸件)电渣熔铸用结晶器，必须解决如下棘手问题。(I)常规电渣熔铸结晶器，铸件脱模困难很大。 (2)在常规轴位置结晶器的填充系数最大(0.55)，在曲柄最厚处结晶器的填充系数最小(0. 12-0. 18)，倘若填充系数由0. 55直接突变到0. 15，曲柄处无法实现良好充型。(3)解决常规方案无法实现曲柄位置监测与曲柄饱满充型； (4)对于这种曲柄间距很大的铸件(约2. 5米)，曲柄凝固时轴向通常收缩在IOmm左右，巨大应力很难释放，通过在结晶器上增设退让设施，以避免铸件裂纹和结晶器过早损坏。(5)对于这种轴很长(近4米)轴柄很粗的铸件，避免因轴向应力释放不当而产生大变形。 (6)对于轴很长的中空模具来说，定位时同心度和型腔缝隙都不易控制。为了克服以上困难，通过分析丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器结构和熔铸时的受力，最终确定出如下设计方案 Ca)综合考虑分型位置(图2飞中19代表分型位置)，实现铸件能够顺利脱模。(b)在曲柄结晶器上增加与常规轴结晶器的过渡型腔，以便实现曲柄处良好充型。对于电渣熔铸结晶器，增加型腔，就等同于增加毛坯重量。如果过渡型腔增加过大，会造成风电扭转轴毛坯增量过多，降低金属利用率，使加工量增大；反之，结晶器过渡型腔增加过小，无法满足正常熔铸需要而失去意义。通过理论计算电渣熔铸填充比与熔铸功率的关系再加上铸造所多年生产实践总结，最终确定出了一个相对最小的结晶器过渡型腔增加量。在毛坯上出现的增量可通过机械加工切取下来，作为本体试块供作成份和性能检测。(c)曲柄位置监测与曲柄饱满充型是息息相关的；曲柄位置检测准确，则相应功率可控性增强，功率跟踪及时，则铸件曲柄位置充型良好；同时只有曲柄位置检测准确，才能控制曲柄后段的收弧工艺，保证铸件无缩松等缺陷。(d)通过在结晶器上增设退让辅助装置U型槽、千斤顶和L板，按照两种退让方式，能实现轴向退让距离大于12_的功能，能有效避免铸件裂纹和结晶器过早损坏。(e)通过在结晶器上增设退让辅助设施，有轴向退让距离大于12mm的功能，应力得到良好释放，这就完全可以避免铸件轴向凝固应力释放不当产生大变形或结晶器产生大变形，延长结晶器使用寿命。(f)通过在结晶器上下法兰间增设定位销定位，能保证结晶器良好定位，实现轴向同心度不超过2mm，型腔缝隙不超过4mm。本专利技术具体提供了丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于 所述结晶器分为曲柄结晶器和常规轴结晶器两部分，曲柄结晶器部分由节I 21、节II22、节III 23、节IV 24构成，常规轴结晶器部分为节V 25 ； 结晶器是由与曲柄形状相适应的内腔型板5、水缝板11、水套板12及在曲柄最厚位置处增设的过渡型腔15构成，水缝板11设置在内腔型板5的外侧、水套板12的内侧，在水缝板11与水套板12之间为水套14，水套14下部固设有多个进水管4、上部固设有多个出水管3;进出水管分别在贴近上下法兰位置并与法兰板成角5° -15° ;内腔型板5、水缝板11、水套板12和水套14通过上法兰I、下法兰2和立法兰13密封连接；在曲柄结晶器上增加在曲柄最厚位置与常规轴位置的过渡型腔15，过渡型腔15高度为150-300_，采用圆角过渡。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于所述结晶器具有退让辅助设施，即温度监测装置，所述温度监测装置由插入结晶器内腔的热电偶16以及热电偶16外接的连接数据采集器组成。温度监测装置的热电偶槽预先在结晶器上加工好，热电偶槽打入结晶器铜内腔深度2-10_，热电偶16可自由拆组连接数据采集器以便于测温。在扭转轴熔铸过程中，采用结晶器 水温控制系统，对铸件不同部位熔铸过程进行温度控制，随时调整工艺参数，保证铸件内部和表面质量。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于在内腔型板5及水缝板11之间设置型板加强筋10，并与内腔型板5及水缝板11焊接成一整体，将内腔型板5外侧分隔成四个区域，每个区域形成独立水循环，内腔型板5与水缝板11之间的水缝宽度为15-45mm，均匀过渡。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于在型板加强筋10上加工出长20-100mm、宽15_45mm的槽8，使内腔型板5外侧的四个区域中相临的两区域连通。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于水套14装设在水缝板11外50-1OOmm处。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于，采用定位销定位装置上法兰I与下法兰2间采用定位销17定位(定位图如图12所示)。定位销17可根据实际精度要求在各层结晶器间设置(通常对角线位置各设置I个和4个角都设置)，定位销17与销控之间间隙可根据精度要求设置。通过定位销定位装置能实现分体结晶器配合后，型腔缝隙不超过4mm,轴向同心度不超过2mm。本专利技术提供的丽级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，其特征在于所述曲柄结晶器有如图14、15所示的两种退让方式，在结晶器上设置退让辅助装置，该装置由U型槽a 6、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：娄延春，王安国，弥尚林，唐骥，王大威，蒋国森，马洪波，王云霞，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所，
类型：发明
国别省市：