一(yī)、風機輪毂目前狀況2009年我(wǒ)國已成爲世界上僅次于美國的第二大(dà)風電大(dà)國，但風電零部件已成爲制約風電發展的一(yī)個瓶頸。項目針對風電核心部件之一(yī)風機輪毂的球墨鑄鐵鑄造工(gōng)藝進行近精量化工(gōng)藝開(kāi)發，精簡風機輪毂澆注設計，改善補縮系統，利用計算機模拟技術模拟鑄造流程，同時采用x-ray技術實時觀測澆注過程，減少設計成本，從而實現球墨鑄鐵風機輪毂的零缺陷與優勢産品開(kāi)發。
二、存在問題：
1）風機輪毂結構特點——尺寸大(dà)、重量大(dà)、壁厚不均勻的殼體(tǐ)型結構，造成其實際鑄造過程中(zhōng)産品合格率低、工(gōng)藝出品率低、材料浪費(fèi)較大(dà)、産品力學性能較差、石墨形态不滿足要求等缺陷；
2）由于風機輪毂采用球墨鑄鐵進行鑄造，在鑄造過程中(zhōng)易産生(shēng)石墨化析出，産生(shēng)體(tǐ)積膨脹，因此導緻鑄件尺寸與實際零件尺寸偏差較大(dà)，容易産生(shēng)後續機械加工(gōng)量大(dà)、生(shēng)産周期長、産品成本提高。
3）由于鑄件尺寸較大(dà)、殼體(tǐ)型結構，而且壁厚極不均勻，易導緻鑄件産品存在較大(dà)的殘餘應力，如何在鑄造過程中(zhōng)調整工(gōng)藝設計減少鑄件的應力與變形時一(yī)個難點。
三、解決方案：
1）采用計算機模拟技術對球墨鑄鐵風機輪毂鑄造全過程進行模拟分(fēn)析，分(fēn)析工(gōng)藝參數對充型凝固過程中(zhōng)的鑄件缺陷預測、分(fēn)析鑄件凝固過程中(zhōng)的應力分(fēn)布的影響，進而通過模拟對工(gōng)藝參數進行優化，降低鑄造風機輪毂的殘餘應力，減少鑄造輪毂的缺陷。
2）針對風機輪毂的球墨鑄鐵鑄造，采用盡可能降低充型溫度，提高鑄件充型速度，減少充型過程熱量損失，實現球墨鑄鐵的無冒口設計，并通過對砂型結構的設計，實現對風機輪毂冷卻速度的控制，避免鑄件産生(shēng)缺陷，和由于局部應力過大(dà)産生(shēng)較大(dà)變形進而影響到鑄件的尺寸。
3）針對充型凝固過程不可觀測，導緻在充型凝固過程産生(shēng)缺陷的不可知(zhī)性，在本方案中(zhōng)将利用中(zhōng)科院金屬所的鑄造過程x-ray實時觀測系統對風機輪毂模型件的鑄造充型凝固過程進行實時觀測，分(fēn)析并改進工(gōng)藝方案，提高産品合格率。
四、通過對風機輪毂球墨鑄鐵的近精量化工(gōng)藝設計，要實現以下(xià)幾個目标：
1）風機輪毂的工(gōng)藝出品率在85%以上，即除少量的澆注系統外(wài)，液體(tǐ)金屬全部進入鑄件型腔内，從而實現材料與能源的節約，同時縮短整個産品的生(shēng)産周期。
2）通過控制輪毂鑄造工(gōng)藝參數，改進澆注系統設計，實現風機輪毂在凝固過程中(zhōng)，冷卻速率保持基本一(yī)緻，從而保證風機輪毂微觀組織中(zhōng)球墨形态均勻，殘餘應力與參與應變較小(xiǎo)，鑄件産品與零件産品尺寸偏差小(xiǎo)于10%。
五、項目創新點：
1）計算機設計與優化鑄造工(gōng)藝，實現鑄件産品的近精量化和零缺陷；
2）通過x-ray射線對澆注過程實時觀測，實現澆注系統和鑄件結構的合理優化；
3）低溫快速充型技術，表面鑄造過程産生(shēng)缺陷，同時保證球墨鑄鐵組織細小(xiǎo)，石墨形态均勻；由于球墨鑄鐵的成本較低和球墨鑄鐵的良好減震性能，目前國内大(dà)型風機輪毂均采用球墨鑄鐵制造。由于風機輪毂結構特點——殼體(tǐ)件、壁厚不均勻，空洞較大(dà)，以及球墨鑄鐵在凝固過程中(zhōng)存在石墨化析出，使其體(tǐ)積膨脹這一(yī)特點，導緻砂鑄風機輪毂産品的合格率低、工(gōng)藝出品率低、後續機械加工(gōng)量大(dà)，加工(gōng)周期長，生(shēng)産成本高。爲了突破傳統砂型鑄造的尺寸精度差、缺陷多、存在應力變形等問題。在大(dà)型風機輪毂的設計上首先采用了計算機模拟進行工(gōng)藝參數優化，利用計算機模拟确定各部位的冷卻速度，進而針對性的改進砂型結構；其次利用x-ray技術實時觀察鑄件充型凝固過程，确定液體(tǐ)進入型腔時間和填充時間，從而确定所設計的工(gōng)藝參數能夠保證鑄件充型完整。 
六、适應範圍及推廣前景的技術性說明及市場分(fēn)析和經濟效益預測2009年全球新增風電裝機37466mw，累計風電裝機157899mw，中(zhōng)國大(dà)陸新增裝機13803.2mw，年同比增長124%；占全球新增裝機總量的34.7%，排名世界第一(yī)。同時累計裝機總量達到25805.3mw，年同比增長114%，僅次于美國位列世界第二。2007年我(wǒ)國兆瓦級風電機組的裝機容量已占到當年新增市場的51%，并且逐年增加，2008年占72.8%，2009年占86.8%。1-2mw的機組中(zhōng)所需鑄件約爲15-35噸，4.5mw風力發電機組中(zhōng)所需鑄件達35-50噸，這些數據僅以陸地風機爲例，海上風機所需鑄件重量更大(dà)，因爲海上風機重量大(dà)于同類型的陸地風機重量，如vestas-3mw(initial)風機僅機艙和轉子總重104噸，而vestas-3mw(current)風機機艙重110噸。輪毂爲例，某鑄鋼公司試制的1.5mw風機的輪毂達12噸，而3mw風機的輪毂一(yī)般重達20噸左右，再加上其它零部件，風機中(zhōng)鑄件的重量應該更大(dà)，我(wǒ)國某個企業生(shēng)産的1.5mw風機，鑄件總重量達50噸。歐洲風力協會等單位預測歐洲每年增加約6000mw風力發電機組，約需鑄件10萬噸/年，2005-2008年全世界約增加40,000mw，每年需鑄件20萬噸。随着節能減排的要求，風電将以超常規的速度發展，目前我(wǒ)國已有注冊的兆瓦級風電企業83家，這些企業正從1.5mw向3mw，4.5mw風機方向發展，這将大(dà)大(dà)推動對風機輪毂的需要，可以說在風電市場上，生(shēng)産高質量球墨鑄鐵的市場前景非常廣闊。

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