一种齿圈的铸造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及球墨铸铁铸件的铸造领域，具体涉及一种球墨铸铁齿圈的砂型铸造方 法。
【背景技术】
[0002] 海上风能资源丰富，且受环境影响小，海上风电场是目前迅速发展的市场，前景 非常广阔，然而复杂的海上自然条件使风电机组的故障率居高不下，而齿圈的质量问题 是导致故障的原因之一。现目前，齿圈铸件的材质主要是QT400-18L，铸件最大轮廓尺寸 Φ 1800X580,铸件通过上下两端内外齿啮合传递扭矩。该齿圈铸件的工作环境恶劣，工作 温度范围在_45°C - 45°C，且长期暴露于腐蚀性、盐雾、风沙的环境中。因此对齿圈铸件的 质量要求非常苛刻，其本体超声波探伤达欧标2级。
[0003] 如图1所示，现目前，齿圈铸件铸造的最难点在于：两端内外插齿部分以及插齿根 部设置的退刀槽，所述退刀槽为铸件上部内圈退刀槽1，铸件下部外圈退刀槽2,所述退刀 槽的宽度为1〇_、深度为20_，大部分区域加工后不允许存在任何肉眼可见的缺陷，验收 标准详见后文，从铸造而言，球墨铸铁趋于糊状凝固特性，在厚大、热节部位极易产生轴线 疏松，两处退刀槽均已加工到铸件的心部，要保证铸件组织致密，这就几乎是零缺陷技术要 求。而从铸件结构分析，铸件的最小壁厚35mm，最大壁厚85mm，上下两端退刀槽及插齿部位 属于铸件热节区域，其热节区域与其余铸件本体的模数比最大达到1. 6。
[0004] 大多数厂家的铸造工艺通常采用底注反雨淋式浇注系统，顶部设置冒口补缩，力 求采用定向凝固原则使铸件组织致密，然而这种工艺仍然无法有效解决退刀槽部位的疏松 缺陷。原因在于产生缺陷的部位均处于上述热节区域，在凝固后期无法得到足够的液态补 充，尽管采用了顶部的冒口补缩，但冒口的参数、位置设置不合理反而增加了补缩部位的模 数，在冒口根部产生新的疏松，且工艺出品率降低。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本申请提供一种球墨铸铁齿圈铸件的无冒口铸造方法，利用球墨铸铁 凝固收缩和石墨膨胀动态叠加，局部热节则采用冷铁激冷来调节型腔温度场，配合浇注系 统液态补缩相结合，使所述铸件的各部分达到均衡凝固，解决了现有技术中齿圈插齿部位 及退刀槽组织疏松缺陷的问题，使铸件本体符合技术要求，工艺出品率达到85. 5%。
[0006] 为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种齿圈的铸造方法，所述齿圈 铸造的砂型采用上、中、下三箱造型，所述砂型包括直浇道、上层内浇道、下层内浇道、上层 环形横浇道，下层环形横浇道，所述上层环形横浇道与所述上层内浇道的一端连通，所述上 层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通，所述下层环形横浇道与所述下层内浇道的一端连 通，所述下层内浇道的另一端与所述砂型型腔连通，所述直浇道垂直设置于所述砂型外侧 面，所述直浇道与所述砂型的母线平行，所述直浇道分别与所述上层环形横浇道、下层环形 横浇道连通，所述砂型上表面设置有至少1个出气片，所述齿圈的热节区域设置有至少1个 冷铁。
[0007] 本申请采用阶梯式浇注系统，浇注时铁水通过直浇道进入下层浇注系统，铁液在 环形型腔内旋转上升，既保证充型平稳，有利于杂质上浮，又通过快速热交换保证了整个型 腔温度场的均衡；液面在上升到接近型腔上表面时充型压力头减小，铁水不再通过下层浇 注系统，而是通过上层环形横浇道，上层内浇道切线注入型腔。
[0008] 优选的，所述砂型上表面的出气片设置为10个，所述出气片均布于所述砂型上表 面的圆周上，保证了气体的充分排出，提高了工艺出品率。
[0009] 优选的，所述齿圈的热节区域中，位于所述齿圈上部的内齿退刀槽的热节区域上 设置有1个第一冷铁。
[0010] 优选的，所述齿圈的热节区域中，位于所述齿圈下部的外齿退刀槽的热节区域上 分别设置有1个第二冷铁，1个第三冷铁，所述第二冷铁位于所述外齿退刀槽的侧面，所述 第三冷铁位于所述外齿退刀槽的底面。
[0011] 其中，齿圈上部热节区域的第一冷铁的设置，使凝固模数与整体薄壁部位达到一 致；齿圈下部第二冷铁、第三冷铁的设置，使铸型下部热节区域的铁水迅速冷却，先于其他 部位进入凝固收缩阶段，并得到上部高温铁水足够的液态补充，保证了该热节区域组织致tM I_Lj 〇
[0012] 优选的，所述上层环形横浇道、下层环形横浇道为所述砂型外周上的圆弧状浇道， 所述上层环形横浇道、下层环形横浇道圆弧的圆心角为JT 一3/2 31。
[0013] 优选的，所述上层内浇道、下层内浇道分别设置10个，所述上层内浇道、下层内浇 道分别均布与所述上层环形横浇道、下层环形横浇道连通。
[0014] 优选的，所述下层环形横浇道位于所述上层环形横浇道的垂直投影线上。
[0015] 优选的，所述上层环形横浇道、下层环形横浇道的横截面为梯形，所述梯形的上底 为80mm，下底为85mm，高为80mm，该设置可确保具有足够的金属液及压力头对整个铸型的 最后凝固部位提供液态补充。
[0016] 优选的，所述上层内浇道、下层内浇道的横截面为矩形，所述矩形的长为50mm，宽 为8_。所述上层内浇道、下层内浇道在浇注完毕后最先凝固，封闭了铸型与浇注系统的通 道，避免浇注系统的倒缩。
[0017] 优选的，所述齿圈铸造中，所用砂箱为铸铁砂箱，所述型砂的干拉强度为1.2- I. 6MPa，所述砂型的表面硬度为60-80g/mm2。
[0018] 本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本申请提供了一种齿圈的铸造方法， 砂型采用上、中、下三开箱造型，达到上下两层浇注系统的设置。浇注时铁水通过直浇道进 入下层浇注系统，通过下层环形横浇道和下层内浇道切线注入型腔，铁液在环形型腔内旋 转上升，既保证充型平稳，有利于杂质上浮，又通过快速热交换保证了整个型腔温度场的均 衡。齿圈下部冷铁的设置，使铸型下部热节区域的铁水迅速冷却，先于其他部位进入凝固收 缩阶段，并得到上部高温铁水足够的液态补充，保证了该热节区域组织致密。液面在上升到 接近型腔上表面时充型压力头减小，铁水不再通过下层浇注系统，而是通过上层环形横浇 道和上层内浇道切线注入型腔。上部热节区域设置冷铁激冷，使凝固模数与整体薄壁部位 达到一致。随着液面的上升，温度逐渐下降，而上层高温铁水的注入，保证了铁水的流动性 与充型性，上层设置较大模数的环形横浇道，确保具有足够的金属液及压力头对整个铸型 的最后凝固部位提供液态补充。