自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄造成型模及方法
【專利摘要】本發明涉及一種能夠解決自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架采用分體鍛造后焊接而成所帶來的工作平穩性差、使用壽命短、工作效率低的自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄造成型模，上法蘭區域四個柱銷所在位置有四塊鍥形補貼且與上法蘭一起構成活動塊，活動塊鑲嵌在芯頭圓臺中間上部，四個柱銷、主補縮通道補貼及與上法蘭及下法蘭連接區域且罩在中心芯頭上，芯頭與上下法蘭及中心芯頭為一體組合構成。優點：由于為整體鑄造結構，克服了由鍛造成型后焊接而成帶來的工作過程中易產生破壞性，增加了工作時的平穩性，延長了產品的使用壽命，同時也降低了生產成本，提高了工作效率，提高了產品的可靠性，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄造成型模及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能夠解決自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架采用分體鍛造后焊接而成所帶來的工作平穩性差、使用壽命短、工作效率低的自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄造成型模及成型方法，屬鑄鋼件成型模制造領域。
【背景技術】
[0002]國外在設計上采用將上下兩端法蘭及柱銷三部分分別鍛造成毛坯件，通過機加工后進行焊接，最后精加工成型。具體的制造工序為:廢鋼原材料—鑄錠—鍛造成型—零件毛坯—粗加工—焊接—精加工—最終產品。其不足之處:該的制造工序過程復雜，加工周期長，生產成本較高，材料的利用率較低，同時在柱銷與上下法蘭連接區域受結構制約，很不利于焊接，并且在該區域在使用過程極易產生破壞。
【發明內容】
[0003]設計目的:避免【背景技術】中的不足之處，設計一種采用整體鑄造成型的大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件鑄造成型模，解決采用分體鍛造成型再焊接帶來的工序繁雜，生產成本高，同時柱銷與上下法蘭連接區域使用過程極易產生破壞的自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄造成型模及成型方法。
[0004]設計方案:為了實現上述設計目的。自升式海洋平臺升降齒輪箱包含多級行星齒輪結構，具有大速比、超大扭矩及齒輪超大模數的特點，而大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件作為行星傳動齒輪的傳動載體，產品的綜合性能要求較高，為了滿足行星傳動齒輪的工作載荷及工作環境要求，在產品的機械性能設計要求上必須滿足以下要求:
Rp0.2^ 480MPa，Rm:700 ?850 MPa, A5% 彡 16%, Ψ% 彡 30%，AKv 彡 35J (三個實驗值的平均值，期中單個值不得小于平均值的80%) (_20°C)其中:Rpa2為材料的屈服強度，Rm為材料的抗拉強度，A5為延伸率，AKv為沖擊吸收功，試驗溫度為_20°C。
[0005]1.1技術難點分析:從鑄件柱銷與上下法蘭連接區域存在裂紋缺陷及力學性能試驗延伸率和_20°C的沖擊吸收功值偏低的結果來看，按常規的鑄造工藝無法滿足產品的設計要求。如何防止鑄造過程柱銷與上下法蘭連接區域裂紋的產生和提高鑄件力學性能延伸率和_20°C的沖擊吸收功值為本技術的關鍵。
[0006]從柱銷與上下法蘭連接區域存在裂紋缺陷的顯示特征來看，該裂紋缺陷為鑄造應力過度集中，加上材料組分構成增大了熱裂傾向。對該區域進行應力模擬分析，以下為鑄件柱銷與上下法蘭連接區域應力分析圖:
1.2缺陷原因分析:從柱銷與上下端法蘭連接區域裂紋產生的原因分析:通過對鑄件收縮凝固的應力分析模擬結果色帶分布看出，鑄件的柱銷與上下法蘭連接區域等效應力相對其它區域明顯大很多，等效集中應力超出了金屬本身的強度值。該區域應力集中的主要原因是由于工藝設計為實現“順序凝固”的要求，在柱銷上增加了工藝補貼，并在柱銷與上端法蘭連接區域設置了冒口，工藝補貼和冒口的設置增加了造成了該區域收縮應力，并且應力的迭加矢量總和超出了金屬材料本身的強度極限值，導致了該區域裂紋的產生。
[0007]1.3本申請在結構設計上對柱銷與上下法蘭連接區域采用了圓角平滑過渡設計，提高了該區域的抗破壞能力和產品工作時的平穩性。
[0008]1.4通過改變鑄件的整體凝固次序，改變鑄件的補縮通道鏈來減小柱銷與上下法蘭連接區域的收縮凝固應力矢量總和，使該區域的收縮凝固應力矢量總和低于材料本身的強度。從而達到即保證鑄件凝固的補縮通道的順暢，保證鑄件的致密，同時消除了柱銷與上下法蘭連接區域應力過度集中帶來的裂紋缺陷。
[0009]1.5在結構設計上，上法蘭區域中部設置一個冒口，并在上下法蘭區域軸孔的機加工區域之間設置了一個補縮通道，該補縮通道為鑄件的主補縮通道。該補縮通道在機加工時完全去除，避免了該補縮通道與上下法蘭連接區域缺陷殘留在鑄件本體的可能。同時在上法蘭區域四個柱銷所在位置設置四塊補貼作為副補縮通道。補縮通道鏈由原業的四條變為八條。每個柱銷所在位置分別有一條主補縮通道和一條副補縮通道組成。主補縮通道為下法蘭區域收縮凝固所需的補縮通道，副補縮通道為四個柱銷區域收縮凝固所需的補縮通道。同時本方案從減小柱銷與下法蘭連接區域的收縮應力出發，在每個柱銷與下法蘭連接區域的圓角處和底部都增設了激冷外冷鐵，加劇該區域的冷卻，使該區域成為最先凝固區域。
[0010]2.1鑄造工藝方案調整:從原工藝方案鑄件的凝固特點來看(圖6)，整個鑄件按四個柱銷所在位置可分為四條補縮通道鏈，單條鑄件的補縮通道鏈順序為:冒口區域一一鑄件上法蘭區域一一鑄件柱銷區域一一鑄件下法蘭區域。原工藝方案中，鑄件的下法蘭區域為完全被補縮區域，而柱銷區域既是上法蘭區域的被補縮區，同時又是下法蘭區域的補縮區，取消了工藝補貼勢必會造成補縮通道鏈不通暢，下法蘭區域因晚于柱銷區域凝固得不到補縮而造成該區域縮松、縮孔現象。
[0011]本發明在取消四個柱銷位置的工藝補貼后，必須設置另外的補縮通道來保證鑄件整體凝固能滿足“順序凝固”的要求，尤其是下法蘭區域的補縮。從減小柱銷與上下法蘭連接區域的線收縮來改變該區域的收縮應力，將原工藝的冒口設置進行調整，同時改變補縮通道鏈的設置。圖1至3為調整后的本申請的鑄造工藝方案圖:與原鑄造工藝方案相比，新工藝取消了四個柱銷區域上方的工藝冒口，改為在上法蘭區域中部設置一個工藝冒口，并在上下法蘭區域軸孔的機加工區域之間設置了一個補縮通道，該補縮通道為鑄件的主補縮通道。該補縮通道在機加工時完全去除，避免了該補縮通道與上下法蘭連接區域缺陷殘留在鑄件本體的可能。同時在上法蘭區域四個柱銷所在位置設置四塊工藝補貼作為副補縮通道。補縮通道鏈由原工藝的四條變為八條。每個柱銷所在位置分別有一條主補縮通道和一條副補縮通道組成。主補縮通道為下法蘭區域收縮凝固所需的補縮通道，副補縮通道為四個柱銷區域收縮凝固所需的補縮通道。同時新的工藝方案從減小柱銷與下法蘭連接區域的收縮應力出發，在每個柱銷與下法蘭連接區域的圓角處和底部都增設了激冷外冷鐵，加劇該區域的冷卻，使該區域成為最先凝固區域。
[0012]本發明的工藝方案鑄件的凝固特點來看，整個鑄件按四個柱銷所在位置可分一主一副兩條補縮通道鏈，補縮通道鏈順序為如圖7。
[0013]技術方案1:一種大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，上法蘭區域四個柱銷所在位置有四塊鍥形補貼且與上法蘭一起構成活動塊，活動塊鑲嵌在芯頭圓臺中間上部，四個柱銷、主補縮通道補貼及與上法蘭及下法蘭連接區域且罩在中心芯頭上，芯頭與上下法蘭及中心芯頭為一體組合構成。
[0014]技術方案2:—種大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型方法，上法蘭區域中部設置一個工藝冒口，并在上下法蘭區域軸孔的機加工區域之間設置了一個補縮通道，該補縮通道為鑄件的主補縮通道，該補縮通道在機加工時完全去除，避免了該補縮通道與上下法蘭連接區域缺陷殘留在鑄件本體的可能，同時在上法蘭區域四個柱銷所在位置設置四塊工藝補貼作為副補縮通道，補縮通道鏈由原工藝的四條變為八條，每個柱銷所在位置分別有一條主補縮通道和一條副補縮通道組成，主補縮通道為下法蘭區域收縮凝固所需的補縮通道，副補縮通道為四個柱銷區域收縮凝固所需的補縮通道，同時從減小柱銷與下法蘭連接區域的收縮應力出發，在每個柱銷與下法蘭連接區域的圓角處和底部都增設了激冷外冷鐵，加劇該區域的冷卻，使該區域成為最先凝固區域。
[0015]本發明與【背景技術】相比，一是通過對本申衣的鑄造工藝方案的華鑄CAE模擬(見圖4)及凝固過程應力分析(見圖5)，本申請的鑄造工藝方案改變了整個鑄件凝固次序，通過在柱銷與下法蘭連接區域設置外冷鐵，以及在軸孔機加工區域設置主補縮通道，使柱銷與下法蘭連接區域成為了最先凝固區域，從華鑄CAE模擬圖(見圖4)可以看出:除了澆注系統及冒口區域本存在縮孔、疏松缺陷外，鑄件本體部分及補貼區域均未有缺陷顯示，在實現鑄件整體致密同時，大大減小了柱銷與下法蘭連接區域的收縮應力，同時通過取消柱銷與上法蘭連接區域的冒口設置及柱銷區域的補貼，使得柱銷與上法蘭連接區域的收縮凝固應力矢量總和低于該區域鑄件的強度，避免了該區域裂紋的產生；二是由于為整體鑄造結構，克服了由鍛造成型后焊接而成帶來的工作過程中易產生破壞性，增加了工作時的平穩性，延長了產品的使用壽命，同時也降低了生產成本，提高了工作效率，提高了產品的可靠性，具有廣闊的市場前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是行星架整體鑄造成型模主剖視圖。
[0017]圖2是行星架整體鑄造成型模A向視圖。
[0018]圖3是行星架整體鑄造成型模B向視圖。
[0019]圖4是行星架整體鑄件新鑄造工藝華鑄CAE模擬分析圖。
[0020]圖5是行星架整體鑄件新鑄造工藝應力分析圖。
[0021]圖6是原行星架整體鑄造成型模主剖視圖。
[0022]圖7是補縮通道鏈順序.
【具體實施方式】
[0023]實施例1:參照附圖2。一種大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，上法蘭11區域四個柱銷所在位置有四塊鍥形補貼5且與上法蘭11 一起構成活動塊，活動塊鑲嵌在芯頭9圓臺中間上部，四個柱銷12、主補縮通道補貼10及與上法蘭11及下法蘭13連接區域且罩在中心芯頭8上，芯頭9與上下法蘭及中心芯頭8為一體組合構成。中心芯頭8為上小下大錐形圓柱體。上法蘭11上方為保溫冒口 4。芯頭9側部有內澆道3，內澆道3與豎立直澆道2連通，澆口杯I位與直澆道2上端。芯頭9內外置有外冷鐵6。
[0024]需要理解到的是:上述實施例雖然對本發明的設計思路作了比較詳細的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發明設計思路的簡單文字描述，而不是對本發明設計思路的限制，任何不超出本發明設計思路的組合、增加或修改，均落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，其特征是:上法蘭(11)區域四個柱銷所在位置有四塊鍥形補貼(5)且與上法蘭(11) 一起構成活動塊，活動塊鑲嵌在芯頭(9)圓臺中間上部，四個柱銷(12)、主補縮通道補貼(10)及與上法蘭(11)及下法蘭(13 )連接區域且罩在中心芯頭(8 )上，芯頭(9 )與上下法蘭及中心芯頭(8 )為一體組合構成。
2.根據權利要求1所述的大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，其特征是:中心芯頭(8)為上小下大錐形圓柱體。
3.根據權利要求1所述的大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，其特征是:上法蘭(11)上方為保溫冒口( 4 )。
4.根據權利要求1所述的大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，其特征是:芯頭(9)側部有內澆道(3)，內澆道(3)與豎立直澆道(2)連通，澆口杯(I)位與直澆道(2)上端。
5.根據權利要求1所述的大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型模，其特征是:芯頭(9)內外置有外冷鐵(6)。
6.—種大速比、超大扭矩自升式海洋平臺升降齒輪箱用行星架鑄鋼件成型方法，其特征是:上法蘭區域中部設置一個工藝冒口，并在上下法蘭區域軸孔的機加工區域之間設置了一個補縮通道，該補縮通道為鑄件的主補縮通道，該補縮通道在機加工時完全去除，避免了該補縮通道與上下法蘭連接區域缺陷殘留在鑄件本體的可能，同時在上法蘭區域四個柱銷所在位置設置四塊工藝補貼作為副補縮通道，補縮通道鏈由原工藝的四條變為八條，每個柱銷所在位置分別有一條主補縮通道和一條副補縮通道組成，主補縮通道為下法蘭區域收縮凝固所需的補縮通道，副補縮通道為四個柱銷區域收縮凝固所需的補縮通道，同時從減小柱銷與下法蘭連接區域的收縮應力出發，在每個柱銷與下法蘭連接區域的圓角處和底部都增設了激冷外冷鐵，加劇該區域的冷卻，使該區域成為最先凝固區域。
【文檔編號】C21D9/00GK104439096SQ201410467551
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】陳江忠, 婁彪 申請人:寶鼎重工股份有限公司