铸钢相关的案例分享

摘要：随着近几年清洁能源政策加持，以风能为代表的的非化石能源行业得到了大力发展，市场对风力发电类铸件需求量不断攀升。产能需求的增加的同时，也对制造质量、成本和开发周期提出了新的要求。本文借助一个风力发电机偏航变桨系统用行星架，利用MAGMASOFT^®的DoE功能，运用不同的冷铁搭配和冷铁材料的选择，选择出满足客户要求的最佳搭配方案，使铸件可以在短时间完成开发，顺利量产。

关键词：风机偏航变桨行星架；数值模拟；DoE分析；

为了应对全球气候变化，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，分布广，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风力发电，通过分推动叶片旋转，带动发电机组运行，将风能转化为我们常见的电能。但风力的方向和大小会随时发生变化，这就需要偏航变桨系统来随着调整机舱和桨叶的角度，使风机运行在最佳状态。如下图，偏航变桨系统示意图。

1.偏航变桨系统行星架要求及问题分析

偏航变桨系统所需要的行星架通常并不大，多为50Kg以下球墨铸铁铸件，牌号为QT500-7居多，但因需要输出扭矩，其内在质量要求满足EN12680-3关键区域达到2级以上。如下图行星架产品结构。

通过MAGMASOFT^®，对铸件的结构进行凝固分析，铸件长轴根部关键取样存在较大潜在缩松风险，该区域又需要进行加工，加工位置正好穿过潜在缩松区域，如下图所示:

由于该铸件结构等因素，不适应采用冒口补缩的方法消除缩松。而传统工艺方案，采用冷铁包裹长轴，或是包裹长轴的同时长轴内孔也采用冷铁，这样做法，缩松仍然存在，铸件的清理也带来了很大的困难，如下图。因此，我们需要寻找一种减轻长轴位置缩松；减轻清理负担，同时可以利用到类似产品中。

2.简化方案

由于该铸件为小件，充型造成的温度场分布对铸件的凝固结果影响较大，为了简化方案对铸件进行了充型+凝固，不带冷铁的模拟计算，又进行了纯凝固无冷铁计算，将初始温度设定为铸件关键区域带充型方案充型结束时的温度。发现充型对铸件温度场分布虽有影响，但对长轴的温度场分布影响不大，为节省时间，故对下面的DoE只进行纯凝固计算。

3.利用DoE进行模拟分析

将长轴通常使用的7块冷铁的“开”、“关”都设计为变量，同时增加石墨、钢、铸铁材质作为变量，以寻找最近的组合方案。利用Sobol算法共进行了32个方案的计算，用时41分钟。

通过测量方案4和方案21都能满足加工要求，缩松位置在加工区域之外。通过计算方案4，采用了石墨冷铁并只在三个连接柱间隙位置放置冷铁为最佳方案，而传统的方案21，采用钢冷铁，长轴全部包裹冷铁的方案为最差方案，该方案下铸件的连接柱出现了缩松。如下图。