甄立軍 劉建勇 李志強 岳 明 羅 超 劉 鵬

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000）

1 改進(jìn)前的輪轂、主軸承架工藝情況

改進(jìn)前輪轂、主軸承架生產(chǎn)工藝存在的主要問題：

（1）生產(chǎn)過程繁雜，準(zhǔn)備時間長。由于原工藝使用的冷鐵比較大，造型過程對冷鐵固定比較困難，需要將冷鐵焊接固定在模型表面，人員多、時間長、嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度，給提高產(chǎn)量，滿足配套帶來很大困難。

（2）生產(chǎn)成本高。原來工藝?yán)滂F比較多，需要焊接固定，增加焊條、鋼筋、冷鐵的消耗，增加了成本；另外冷鐵比較厚大，焊接裝配冷鐵時對模型損壞比較大，模型的返修率比較高，增加了模型的生產(chǎn)成本。

2 國內(nèi)無冷鐵鑄造生產(chǎn)現(xiàn)狀情況

輪轂無冷鐵鑄造在國內(nèi)有過報道，國內(nèi)一流的鑄造企業(yè)先后實現(xiàn)了1.5MW輪轂、主軸承架的無冷鐵鑄造，但也出現(xiàn)采用無冷鐵鑄造以后有些部位探傷不合格，局部恢復(fù)了冷鐵工藝，同時近年來也有風(fēng)場出現(xiàn)輪轂主軸連接法蘭因為強度不夠發(fā)生斷裂的質(zhì)量事故，以下是傳統(tǒng)的風(fēng)電鑄件生產(chǎn)工藝案例。

案例一

國內(nèi)外目前最大的風(fēng)電鑄件生產(chǎn)企業(yè)，全球主要風(fēng)電企業(yè)的鑄件基本上都能生產(chǎn)。其輪轂的生產(chǎn)工藝為上部取消冒口，實現(xiàn)無冒口鑄造，澆注系統(tǒng)采用底部縫隙式澆口，澆鑄時間長達(dá)6min，分析認(rèn)為他們在鐵水球化處理方面采取了特殊的措施，砂型強度比較高，型砂粒度比較細(xì)。三個葉片管口取消了冷鐵，主軸連接法蘭面使用了冷鐵。

案例二

采用的方案比較多，澆注系統(tǒng)也是采用了縫隙式，澆注位置變化比較多，上下法蘭管口放置冷鐵變化比較多，有在葉片管口放置冷鐵的，也有沒有放置冷鐵的，鑄件的表面缺陷比較多，說明前期做了很多探索，走過的彎路比較多。

案例三

質(zhì)量比較穩(wěn)定，全部采用有冷鐵鑄造，但冷鐵的重量比較小，在模型上標(biāo)注了冷鐵的位置，操作過程不用將冷鐵焊接在芯骨上，大大簡化了操作，澆口也采用了底面縫隙式澆注，澆注時間比較長。

圖1 案例一底部縫隙式澆注

圖2 案例一輪轂實現(xiàn)無冒口澆注

圖3 案例一葉片管口無冷鐵

圖4 案例二底部縫隙澆口 冷鐵

圖5 案例二葉片管口有冷鐵

圖6 案例二葉片管口無冷鐵

3 輪轂、主軸軸承架工藝改進(jìn)試驗方案

根據(jù)前期對風(fēng)電鑄件的鑄造工藝分析，在輪轂、主軸軸承架原有鑄造工藝的基礎(chǔ)上將冷鐵尺寸減小，同時在模型上標(biāo)注出放置位置，經(jīng)過試驗生產(chǎn)以及對輪轂、主軸軸承架試驗件進(jìn)行探傷，發(fā)現(xiàn)全部合格，方案是可行的。

3.1 主軸軸承架的工藝改進(jìn)方案

在以上成功的基礎(chǔ)上，大膽進(jìn)行了無冷鐵試驗，首先在主軸承架上做試驗，取消主要孔內(nèi)圈的冷鐵，如圖8為改進(jìn)后的工藝圖。

圖7 改進(jìn)前1.5MW主軸承架的工藝簡圖

從圖7、圖8中可以看出，工藝改進(jìn)前在主軸軸承架內(nèi)圈放置了一整圈1#冷鐵，給操作帶來很大不便，改進(jìn)后內(nèi)圈冷鐵取消了，簡化了操作，降低了成本。對主軸軸承架試驗件進(jìn)行了探傷，結(jié)果見表1，探傷全部合格。

圖8 改進(jìn)后1.5MW主軸承架的工藝簡圖

表1 FD70B-130210A001主軸軸承架試驗結(jié)果

3.2 輪轂的工藝改進(jìn)方案

在主軸軸承架試驗成功后，對輪轂的工藝進(jìn)行無冷鐵凝固過程模擬，發(fā)現(xiàn)取消冷鐵以后也能獲得無缺陷的鑄件。圖9～圖11是利用計算機模擬以后解剖圖，從圖中可以看出沒有任何缺陷。

圖9 輪轂表面缺陷模擬圖

圖10 輪轂葉片管口缺陷模擬圖

圖11 輪轂主軸連接法蘭缺陷模擬圖

在發(fā)現(xiàn)輪轂?zāi)M沒有缺陷以后，我們認(rèn)真分析了輪轂的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為底部與主軸連接法蘭要求很高，屬于重要面，可以將冷鐵的尺寸減小，同時考慮到其他輪轂生產(chǎn)單位的經(jīng)驗，決定不取消底部的冷鐵，圖12、圖13為改進(jìn)前后的輪轂工藝圖。

圖12 改進(jìn)前的1.5MW輪轂工藝簡圖

圖13 改進(jìn)后1.5MW輪轂的工藝簡圖

按照改進(jìn)后的工藝，先做一件試驗，并進(jìn)行跟 蹤探傷，之后再進(jìn)行重復(fù)試驗，表2為實驗結(jié)果。

表2 FD70B-130210A001輪轂試驗明細(xì)

首件粗加工后探傷發(fā)現(xiàn)，底部法蘭、葉片管口法蘭全部合格，但輪轂頂部有小缺陷顯示。第二次試驗了三件，考慮到第一次試驗的小缺陷，我們的方案進(jìn)行了調(diào)整，在頂部增加了小冷鐵，進(jìn)行試驗，粗加工后進(jìn)行全面探傷，發(fā)現(xiàn)在各個法蘭上沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，頂部的缺陷也消失了。第三次我們試驗了10件，工藝不變，粗加工探傷全部合格。

改進(jìn)后，根據(jù)輪轂精加工的情況以及在加工現(xiàn)場核對輪轂加工情況的說明，證實葉片管口法蘭鉆孔并進(jìn)行攻絲時，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，改進(jìn)取得了成功。

4 冷鐵應(yīng)用分析

在通常的球墨鑄件凝固中，由于厚大部位熱量多，散熱慢，一般都是最后凝固，這時候沒有鐵水補縮，在最后凝固時容易產(chǎn)生縮松 （孔）缺陷，另外最后凝固時有可能鐵水球化已經(jīng)衰退，造成局部球化不良，材質(zhì)的抗拉強度下降。在輪轂中使用冷鐵的目的是加快鑄件厚大部位的冷卻速度，使厚大部位與其它部位同時凝固，在凝固時有鐵水補縮，保證獲得致密的鑄件。這是放置冷鐵的基本目的，從多年的生產(chǎn)來看，基本上達(dá)到了目的。

這次采用無冷鐵鑄造，首先在鐵水球化方面采取了隨流孕育，選用了長效球化劑，延長了鐵水的衰退時間，保證在凝固期間鐵水不衰退。在鑄造工藝方面，重新測算了在沒有冷鐵狀態(tài)下的冷卻速度，通過模擬可以看出即使沒有冷鐵也有足夠的冷卻速度。在工藝上要求降低鐵水的澆注溫度，減少鐵水的液態(tài)收縮量。另外我們提高了砂型強度，原來的砂型強度為0.6～0.7MPa，現(xiàn)在提高到0.8～1.2MPa，減少了砂型的退讓性，使得鐵水的石墨膨脹得以充分利用。采取以上措施以后，取消冷鐵的實驗得以成功。

5 結(jié)論

改進(jìn)后取消了三個葉片法蘭管口的冷鐵，大大降低了輪轂冷鐵的使用量，既簡化了操作，又降低了成本，達(dá)到了預(yù)期的目的，使產(chǎn)品在質(zhì)量和工藝水平上向前邁進(jìn)了一大步，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，2010年10月份開始進(jìn)行大量生產(chǎn)。

[1]陸文華，李隆盛，黃良余.鑄造合金及其熔煉.北京：機械工業(yè)出版社，2006,7

[2]中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2007,10