鑄造風機軸分析研究

在整個風電產業鏈中，風能發電設備的制造是關鍵，其中重要零部件，如主軸、葉片等傳動部件占據成本的 70%左右。因此，降低成本，提高零部件的性能是實 現風電高速發展的前提。而從現階段看，風機主軸的毛坯都是用鍛造生產的，其工藝復雜，操作困難，質量要求苛刻，導致材料消耗大，成品率不高；同時又與世界市場巨大的需求形成尖銳的矛盾，使得大量的資源得不到合理的利用。為此，設想如果能將鍛造工藝改為鑄造，勢必會降低生產成本，簡化生產工藝，緩解供需矛盾，充分利用資源。

將廢舊的低碳鋼板材或線材投人20 t中頻感應爐，通過Ni板加人合金元素Ni，采用原材料控制S、P等有害元素，利用包底加人鋁塊的方式對鋼液脫氧，再經過變質處理和吹氬鎮定后，在合金液液相線以上40 °C 時澆注到金屬型中。澆注后對冒口電加熱，以提高冒口的補縮能力，內澆道外側設有冷鐵，通過CAE技術實現順序凝固。開箱后的風機主軸毛坯照片。毛坯開箱后直接進行正火+回火處理，最后在水中調質。

將上述毛坯的冒口和內澆道切去，即為研究的鑄件。為了能精確、全面的評估鑄造生產的風機主軸的性能，對風機主軸所切取11塊試樣，并按切取位置進行編號，后文均按此編號進行闡述；從11塊試樣中切取3個020 mmx210 mm的圓柱形 試樣和15個55 mmxlO mmxlO mm的長方體試樣；再從圓柱形試樣中機械切削出1個標準的拉伸試樣、3個 (P20 mmxl5 mm和3個少20 mmxlO mm的小圓柱體試樣，這里3個02O_xl5 mm的試樣分別用于做夾雜物 測定（不腐蝕）、晶粒度測定（腐蝕）和備用件；3個 $20 mmxlO mm的試樣分別用作密度測試、硬度測試和備用件；通過線切割將15個長方體試樣加工成標準的U型缺口夏比沖擊試樣。

按照金屬材料室溫力學性能測試標準分別對以上試樣進行力學性能測試，并將實驗結果及結果的平均值。由于本文在一開始就提出了風機主軸以鑄代鍛工藝的設想，因此，在比較相關力學性能的時候，采用與鍛件相同成分的合金鋼材料，不僅橫向比較各個不同位置的性能優劣，而且縱向比較與鍛件性能的高低，所以，加人了相應的鍛件標準。

從測試結果可以發現：任意部位試樣的抗拉強度和屈服強度都高于鍛造標準要求；除A1-3和A3-2處試樣的伸長率高于鍛造標準外，其余各處試樣的伸長率均未達到鍛造標準；除A1-3和A3-2處試樣的斷面收縮率高于鍛造標準外，其余各部分斷面收縮率均未達到鍛造標準；除Al-l和A4-1處試樣的沖擊吸收功低于鍛造標準外，其余各部分沖擊吸收功均高于鍛造標準; 任意部位試樣的布氏硬度值均高于鍛造標準。所以, 用本文所述的鑄造工藝制備的風機主軸在強度、硬度方面達到了并超過了相應的鍛件標準。

通過對鑄造成形的風力發電機主軸的前期設計、 模擬以及對試生產鑄件性能測試的結果發現：風機主軸以鑄代鍛的成形工藝是可行的。這一新的制造工藝將會對資源的合理利用、風力發電的普及及推廣、緩解風機市場的矛盾等起到巨大的推動作用。利用金屬 型重力鑄造的成形工藝生產出來的風機主軸，主要存在著塑性、韌性不足的缺點，其他方面的性能都能達。

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