1-3MW风电轮毂铁塑模具的制备方法 【技术领域】
本发明涉及球铁铸件的制造工艺，尤其是铸造1-3MW风电轮毂等铸件的铁塑模具的制备方法。
背景技术
风能是一种永不枯竭的清洁能源，在石油、煤炭等矿藏能源日渐减少，环境气候越来越恶劣的情形下，世界各国都在大力推进风力发电场的建设速度。2008年全球风力发电规模比上年增长了30％，新增风力发电规模约2700万千瓦，其中美国占31％居首位，中国占23％居第2位，根据我国″可再生能源’十一五’发展纲要″提出的具体规划，到2010年我国的风电装机容量将达到1000万千瓦，年发电量为210亿千瓦时。截至2008年底，我国风电实际完成装机容量约为894万千瓦，比上年增加了111.48％。风力发电机组离不开关键零件---低温、高韧、大型球铁件，据测算，每1MW风力发电机组，就需要20吨的高性能球铁件，因此风力发电铸件的需求量也正在与日俱增。
风电机组用轮毂、底座等铸件是风力发电机组的关键零部件，是若干零件的载体，承受沉重、复杂的载荷，并要在-40℃-40℃的环境下长期连续可靠地工作，保证20年不更换。因此对MW级轮毂、底座等铸件质量要求极近苛刻，并由于轮毂、底座结构较复杂，壁厚不均，重量达10T以上，轮廓尺寸达到3-6米，尺寸精度要达到CT11-13级，出现一点尺寸偏差就会对整机造成重大影响。所以对铸造行业来讲，并非易事，其中主要原因之一是：没有一种适合大批大量生产大型、极高要求的风电铸件的模具。
在铸件生产中所使用的传统模具，大体可分为三大类：木模、金属模、塑料(树脂)模。其三种模具的特点及表1；从表1可知由于此三种模具的各自局限性，不能适合大型、大批量、高要求的风电铸件的生产，因此研发出适合风电铸件使用的模具，是风电铸件行业快速发展的关键。
【发明内容】
本发明目的是：克服现有模具不足，提出一种铁塑模具的制备，以此铁塑模具制造大型、大批量、高要求的风电铸件。尤其是1-3MW风电轮毂零件的铁塑模具。
本发明的技术方案是：1-3MW风电轮毂铁塑模具的制备方法，其特征是以钢材制成模具的钢结构外壳，钢结构外壳的中央置有芯模，在钢结构外壳与芯模形成的空腔中以重力浇注方式浇注树脂，当树脂硬化后，脱去芯模，树脂与钢结构外壳一体化构成铁塑模具。
其中树脂的选择、配比；树脂和钢结构外壳的结合；浇注充型的方法；是本发明的关键。
本发明的有益效果是：本发明制造的是以金属(钢材)、塑料(树脂)为主材的铁塑模具；750KW、1.25MW、1.5MW、2.1MW、2.5MW系列轮毂、底座、箱体铁塑模具。采用钢结构的外壳，可使模具的整体强度达到金属模的标准，在大批量生产过程中保证了模具不变形，采用内部树脂结构，可使模具的尺寸精度达到金属模具的标准，而且避免了塑料模的易开裂、不能生产大型模样的缺点。
铁塑模具在实际生产、应用中的各项数据与木模相比表明：制作周期大体相等或略长，虽造价费用增加约一倍，但使用寿命达五倍以上，甚至有些模具的使用寿命达到十至二十倍，且不易变形。
与金属模相比表明：制作周期比金属模短一倍时间，造价费用节约一倍，但使用寿命少三分之一，但其导热性能比金属模低，而更适用于风电铸件树脂砂造型；并且如需对模具进行修改，铁塑模具远优于金属模，总体性价比优于金属模；本发明还能省却复制后的首件验证过程。达到模具使用时的各项指标要求。
本发明模具经测试和实际应用，模具的质量指标和各项性能完全符合生产需要。铁塑模具是风电铸件产品的发展方向。
【附图说明】
图1是本发明加工制备的芯模结构示意图
图2是本发明加工制备的钢模外壳结构示意图
图3是本发明加工制备的模具结构示意图
【具体实施方式】
本发明的制备如下述：依据产品图和铸造工艺图，设计钢结构骨架和外壳。使用10mm-30mm钢板焊接制作钢结构骨架和外壳，焊缝必须牢固。为防止钢结构骨架和外壳变形，对其进行回火处理，芯模采用木模或发泡材料制作。骨架和外壳钢板的内表面要清洁无油，为保证树脂与钢板的牢固结合，在外壳的内表面涂刷偶联剂(常用的钛酸酯等)。并涂敷高粘结性树脂，树脂采用双组份树脂，刷涂厚度为0.5-1mm。如聚氨酯或环氧等，以10∶1配制，刷涂厚度为0.5-1mm。
将芯模1放置在水平板中央，芯模表面均匀涂覆0.5mm厚的脱模剂，将钢结构骨架外壳2翻转，置于芯模之上方。外壳水平边缘与水平板密闭(可采用先以粘接剂密封缝处)并以固定栓将水平板与钢模具的骨架紧密固定，模具地骨架上设有树脂浇注口和出气口。树脂可采用进口高强度双组份，如多组份环氧不饱和树脂或不饱和树脂，为提高强度和耐磨性，添加3-15％的石英粉和/或铁粉，石英粉和铁粉的颗粒粒径小于0.2mm。调制好后在1小时之内必须浇注完毕；为保证树脂浇注的流动性，达到充型完整，必须在15-25℃的环境温度条件下进行制备。在浇注树脂前钢模具的骨架和外壳钢板加热至25-35℃。外壳与芯模形成的空腔以重力浇注方式浇注树脂3，当树脂硬化后，脱去芯模，树脂与骨架和外壳一体化构成铁塑模具。
实施例：
采用此种方法，首次试制印度SUZLON 1.25MW轮毂即获成功。此套模具到目前已生产1500件铸件。比以前使用木模相比：综合废品率降低10％，生产效率提高25％，每件节省铁水500公斤，达到了大批量、大型、高要求的风电铸件的要求、这项技术方案创造了巨大效益。
表1
名称 优点 缺点 适用范围 否适合大批量、大型、极高要 求的风电铸件 木模样 质轻、易加工、价 廉，尺寸、结构更改 容易 强度低、易吸潮变形和损 伤，尺寸精度低 用于单件、小批量 的各种模样 不适合 金属 模样 表面光滑，强度硬 度高、尺寸精度高耐 用 价格极昂贵，不易加工， 尺寸、结构更改困难 用于大量生产的模 样 不适合 塑料 模样 重量轻、制造工艺 简单、表面光滑、尺 寸精度较高，强度及 硬度较高 易复制、成本低，但较脆 易开裂 用于成批大量生 产的小型模样不 适用大型模样 不适合