NP501 風電齒輪箱內封環鑄造工藝

李桂玲

（衡水職業技術學院，河北 衡水 053000）

本文研究的風電齒輪箱產品鑄鐵件材料牌號主要以EN-GJS-400-18-LT 為主，其中要求滿足-20℃低溫沖擊要求，NP501 風電齒輪箱內封環為其中一種產品，零件結構如圖1 所示，零件最大外徑尺寸φ906mm，內孔尺寸φ750mm，總高度95mm。

圖1 內封環零件圖

1 鑄造工藝參數的確定

1.1 鑄造收縮率

鑄件在凝固冷卻過程中，體積一般要發生收縮，即體收縮。根據經驗，該鑄件的收縮率選取0.8%。

1.2 機械加工余量

該鑄件所有面都需要加工，φ876mm 和φ825mm 之間形成的凹槽較窄，填加加工量后更窄，如果直接鑄出，造型時該處的砂型強度不夠，很容易碎掉，難于修補，增加造型難度，因此鑄件毛坯將此處凹槽填平。其余直徑方向單面給6mm 加工量，高度方向，因鑄件太大，很容易整體變形引起不平，因此單面給7mm 加工量。鑄件圖如圖2 所示，設置完加工量后鑄件毛坯單重約115kg。

圖2 內封環鑄件圖

1.3 起模斜度

為了在造型和制芯時便于起模而不致損壞砂型和砂芯，應該在模樣或芯盒的起模方向上帶有一定的斜度，即起模斜度。根據經驗，該內封環鑄件取起模斜度為（+）1.5° 。

2 澆注位置確定

鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。

澆注位置是根據零件的結構特點、尺寸、重量、技術要求、鑄造合金特性、鑄造方法以及生產車間的條件決定的。

正確的澆注位置應能保證獲得健全的鑄件、并使造型、造芯和清理方便。

NP501 風電齒輪箱內封環屬回轉體，整體結構簡單，但鑄件整個表面全部加工，不允許加工面有鑄造缺陷。從圖1 零件剖面圖可見，中間位置熱節較大，考慮到整體結構比較有規律，同時整個環直徑較大，在熱處理過程中很容易變形，因此決定澆注位置選在從內部引入，將澆注系統設計對稱樣式，澆注系統在鑄件熱處理后再切除，可以起到拉筋作用，減小整體變形量。

3 分型面的選擇

由該外封環鑄件截面可見，整體較厚，為防止內部產生縮松缺陷，需要借助冷鐵加速液態金屬凝固，考慮到冷鐵盡量放置在下型，因此分型面選在如圖3 所示位置，將鑄件大部分放在下型。

4 鑄件數量及砂箱的選擇

該鑄件尺寸較大，根據鑄造廠現有砂型只能按照每型一件布置，選用1140× 1140× 250/250 尺寸的砂箱。

5 澆注系統的設計

澆注系統是鑄型中引導液態金屬流入型腔的通道。一般鑄件的澆注系統由四部分組成：澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道和內澆道。

5.1 外澆口

為使澆注時液體流動通暢，根據理論測得的鑄件重量，選用φ40mm 澆口箱。

5.2 直澆道

根據內封環鑄件理論重量，結合實踐和鑄造工程師手冊，選取直澆道直徑為φ40mm，截面積A直=12.56cm2。另外，為防止外部雜質通過直澆道充入型腔，在直澆道處設置100mm×100mm 的過濾裝置。

5.3 橫澆道

為防止熱處理時鑄件變形，設計成四道橫澆道，將整個澆道作為拉筋使用，每道截面積選24mm× 20mm=4.8cm2,四道橫澆道總截面積為A橫=19.2cm2。

5.4 內澆道

整個澆注系統采用半封閉式，將阻流截面設在內澆道上，這樣既具有一定的擋渣作用，同時又可以保證充型平穩。因此將內交口總截面選A內=12cm2，對應橫澆道分四個內澆道。

澆注系統（不含外澆道）結構見圖4。

圖4 澆注系統

6 砂芯設計

因直澆道位置設計了過濾裝置，為便于造型需要設計砂芯，該鑄件模具制造采用的是多層板，因此，中間下芯也便于模具的制作。砂芯上型出芯頭，下型做倆圓形定位，來保證合箱時內澆道和冒口相對位置不發生變化。

圖5 砂芯圖

7 冒口的設計

冒口是在鑄型內人為設置的貯存金屬液的結構體，用以補償鑄件形成過程中可能產生的收縮，起防止鑄件產生縮孔、縮松并兼有排氣、集渣、引導充型的作用。冒口尺寸設計一定要保證冒口頸的凝固晚于鑄件的凝固，否則會引起液體倒抽現象，在冒口根部形成縮松。

針對該內封環鑄件整體結構，結合冷鐵的激冷效果，將冒口設置在鑄件最頂面，保證足夠的補縮距離，設置四個圓的明頂冒口，冒口頸直徑選φ35mm，冒口體直徑選φ80mm，每個冒口放在兩內澆口之間，均布擺放。這樣也保證了液體充入型腔后的整體溫度趨于平衡，使得鑄件凝固過程時能夠達到同時凝固。冒口和鑄件裝配見圖6。

8 冷鐵的設計

冷鐵的激冷效果可以加劇鑄件厚大位置的凝固，同時冷鐵與冒口配合使用，擴大冒口補縮距離或范圍，減少冒口數目或體積，可提高鑄件的工藝出品率和鑄件的合格率。針對該內封環鑄件的熱節部位，在下型放置冷鐵，冷鐵放在下型，不會阻礙液體中的氣體排出，避免鑄件因冷鐵導致嗆。為確保鑄件毛坯表面質量，冷鐵制作時與鑄件接觸面一定要完全吻合。為防止冷鐵使用過程中變形，同時減小冷鐵重量，方便操作人員造型使用，冷鐵形狀不能過大，整圈按照十五個均布擺放，冷鐵間留有15mm 的吃砂量。另外，為防止造型脫模時冷鐵從砂型中脫落，冷鐵做好定位。冷鐵與鑄件裝配見圖6。

圖6 工藝裝配圖

9 結論

按照以上方案制作了木模具并進行了試制生產，對首件進行了全尺寸檢測，所有尺寸符合圖紙要求，同時金相組織以及力學性能等均滿足材料EN-GJS-400-18-LT（-20℃低溫沖擊）的要求，試加工未發現鑄造缺陷。表明該鑄造工藝合格，可以進入批量生產。