[发明专利]利用铸造技术生产风力发电机主轴的方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电机主轴的生产方法技术领域，具体涉及一种利用重力铸造和离心铸造相结合的技术生产风力发电机主轴的方法。

背景技术

目前，随着全球能源短缺和环境污染等问题日益严峻，寻找和选择绿色环保和可再生性的能源已成为世界各国面临的重大课题。而自然界存在风能与其它能源相比，不仅蕴藏量大，分布广泛，永不枯竭，是水能的10倍，而且还具有上马快、建设周期短、比水电站建设的基础投入少、灵活性强，并能有效遏制温室效应和沙尘暴灾害，绿色环保等特点。因此，利用风能发电作为新能源开发已成为全球未来能源发展战略的重要组成部分而受到了各国的高度重视和大力支持。但是，由于目前制造风电设备的技术不够成熟，导致风力发电设备昂贵，风力发电成本较高，风电电价高于煤电电价，从而制约了风电的快速发展。

风力发电机组的关键设备之一是发电机的主轴。目前，国内外制造风力发电机主轴的方法全部都是采用锻造法。其制作过程为：将特种钢冶炼后锻造成毛坯，然后再进行热处理及机械加工。但利用锻造方法生产时，首先要求必须提供高质量电炉精炼的钢锭以满足产品的高性能需要，其次需采用特殊的成型方式(锻造)来细化晶粒以便获得性能更为优良的毛坯。如内蒙古北方重工业集团有限公司与四川德阳九益锻造有限公司等单位采用锻造方法生产风机主轴的工艺过程大致为：合金熔炼→钢锭→锻造→退火→粗车→调质→半精车→精车。因此，采用锻造法不仅生产工艺复杂，产品成型困难且成型率不高，后续加工困难，且材料消耗大，导致生产成本高，生产效率较低，一些特钢企业及锻机小的机械行业很难进行生产，致使生产的风机主轴远远不能满足市场需求，国内相当一部分风机主轴需要进口且价格昂贵。

在制造铸件方法的技术领域中，除了锻造法外，还有常用的离心铸造法和重力铸造法。离心铸造(《离心铸造》，张伯明，机械工业出版社，2004年6月)法就是将合金液浇入铸型中，然后将铸型固定在离心铸造机上旋转并逐渐达到额定转速，以使合金液在离心力的作用下充型。当合金液充型凝固后利用拔管钳或推管机将铸管从铸型中取出，部分铸件再进行后续处理。离心铸造按照旋转轴的方位分为水平离心铸造和垂直离心铸造两种，水平离心铸造主要用于长径比在一倍以上的薄壁管件的生产，而长径比小于一的厚度较大的管件常采用垂直离心铸造的方法生产。但传统的离心铸造方法主要用于生产薄壁管件、气缸套、轧辊等管套类铸件，而用离心铸造法生产风机主轴既未见相关报道也未有厂家生产。究其原因主要是风机主轴是厚大铸件，长径比远远大于一，与传统的采用水平离心铸造的方法生产长径比在一倍以上的细长薄壁管件和采用垂直离心铸造的方法生产长径比小于一的矮小厚大铸件的原则均不符合。因为若采用传统的水平离心铸造，由于风机主轴的中心孔小而无法进行浇注；若采用传统的垂直离心铸造，由于风机主轴铸件长、中心孔小、厚度大，且由于离心力的影响，容易出现成型困难和成分偏析等问题。

重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。重力铸造通常包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造、泥模铸造等。虽然传统的重力铸造法可以制造厚大铸件，但在生产厚大铸件时，由于铸型中液态金属的冷却速度缓慢、不平衡结晶以及补缩不充分等因素的影响而容易出现晶粒粗大、成分偏析(即成分不均匀)和缩孔缩松等问题，使铸件的强度和韧性较低。很显然，若采用传统的重力铸造法生产厚大的风机主轴，必然会因风机主轴的抗拉强度、延伸率和冲击韧性较低而导致其不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是针对目前已有技术存在的问题，提供一种利用铸造技术生产风力发电机主轴的方法，具体的说是提供一种利用重力铸造和离心铸造相结合的铸造方法来生产风力发电机主轴。

本发明提供的利用铸造技术生产风力发电机主轴的方法是先将按重量百分比计含碳量为0.1-0.6％的低、中合金钢在熔炼炉内进行熔炼，然后在浇铸前向液态金属合金液中撒入按低、中合金钢的重量计为0.001～0.2％的孕育剂并进行充分搅拌，再后浇注到金属铸型内，同时对金属铸型施加强度为1.5-10T的磁场，待合金液冷却至开始结晶时在垂直离心铸造机带动下，于转速50-300rpm内不停地进行变速旋转，并使合金液在浇冒口液态金属的补缩和离心力的共同作用下充型、凝固形成铸件，铸件冷却至650～750℃时取出，最后进行退火处理。

本发明所用的金属铸型优选用ML20钢制成的金属铸型，其内表面事先涂有并经充分干燥的硅藻土水溶液耐火涂料；对浇冒口液态金属的补缩是通过预先数值模拟后来进行。