专利名称：一种异形截面法兰的热变形工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风电塔筒连接法兰件的加工工艺，具体涉及一种异形截面法兰的热变形工艺。
背景技术：
风电塔筒在风力发电机组中主要起支撑作用，同时用于吸收机组的震动，一般的风电塔筒由四节组成，风电法兰是焊接在塔筒两端起上下件连接作用。目前风电塔筒法兰的生产工艺为，选用速铸坯或钢锭作为原料，然后经加热、镦粗、冲孔后上碾环机，将坯料碾成矩形截面的法兰毛皮环。然而风电法兰在使用过程中的截面形状一般为L形或为T形， 这样就需要通过机加工，将矩形截面的法兰毛皮环加工成L形或T形截面的法兰环，采用这种加工工艺既费时费力，消耗掉大量的能源，又要浪费掉大量的材料，同时也会破坏金属内部的纤维组织结构，还会降低环件的强度。再有在现有的冲孔工艺中一般只能在坯料上冲出小孔，若直接冲大孔将会造成坯料上端面的塌陷，而只冲出小孔，若要轧制出异形截面的环形件，又无法在轧制过程中将装有芯模的轧辊芯一次安装到位。因此，有必要对现有的法兰毛皮环加工工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种异形截面法兰的热变形工艺，该工艺可以通过简单的工艺步骤，一次性地将环形件加工成异形截面，既可以减少机加工的工作量，又可以节省大量的原材料。为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，所述热变形工艺包括如下工艺步骤Si、将钢坯加热后镦粗；S2、用直径小于等于300mm的实心冲子，在镦粗后钢坯的中心，从单面冲出通孔；S3、然后将定位模放置在所述通孔上，再压机压定位模；定位模包括依次连接的大圆柱段、圆台段和设在圆台下端与所述通孔配合的阶梯轴段，定位模的高度大于等于冲通孔后钢坯的厚度；S4、然后将定位模取出，再用与大圆柱段直径相等的实心冲子，将所述通孔冲压成阶梯孔；S5、将冲出阶梯孔的坯料经二次加热后放入到碾环机上进行碾环加工；所述的碾环机设有主轧辊和芯辊，在所述芯辊上设有芯模段，所述碾环机通过主轧辊、芯辊和芯辊上的芯模段将钢坯轧制成具有异形截面的法兰。优选的技术方案是，所述S3步骤中在定位模放置之前，在定位模的承压面上涂抹鳞片石墨和柴油的混合液，同时在钢坯的承压面上撒上干石墨粉。进一步优选的技术方案是，所述S5的轧制工艺开始在所述钢坯的阶梯孔的台阶与所述芯模下端面之间设有3 5mm的间隙。
进一步优选的技术方案是，在所述芯辊的上端设有定位锁紧机构。进一步优选的技术方案是，所述碾环机在所述上下端面分别设有可移动的上托辊和下托辊。优选的技术方案是，在所述S5的轧制步骤中用冷却水冷却芯辊、芯模和主轧辊。本发明的优点和有益效果在于由于在本发明中采用了在钢坯上进行了两次冲孔，首先冲出小孔，使钢坯的上表面不易出现塌陷，然后再通过定位模压出冲大孔的压痕， 由于在钢坯上事先冲出了小孔，再用定位模呀钢坯时，被压坯料的金属会向小孔处，因此在用定位模压钢坯和用大直径冲子冲大孔时，不会出现钢坯上表面塌陷的问题。再由于在钢坯上冲出了阶梯孔，因此在碾压轧制工艺中，就可以一次性地将芯辊与芯模辊安装好，然后通过主轧辊、芯辊和安装在芯辊上的芯模辊以及上托辊与下托辊，将冲有阶梯孔的钢坯轧制成异形截面的毛坯环。通过上述工艺加工的毛坯环既可以节省原材料，又可减少机加工的工作量，同时还可以减少能源的浪费。
图1是用本发明加工的毛坯环的L形截面示意图；图2是本发明的热变形工艺流程图；图3是本发明中冲孔工艺的流程图；图4是本发明中碾环工艺初始状态的示意图；图5是本发明中碾环中间工艺或终止状态的示意图；图6是本发明中定位模的结构示意图。图1中1、环形件；图2中2、加热钢坯；3、镦粗；4、冲孔；5、二次加热后轧环；图 3中6、冲小通孔的实心冲子；6’、冲大通孔的实心冲子；7、小通孔；7’、大通孔；8、定位模； 图4中9、主轧辊；10、芯辊；11、芯模辊；12、上托辊；13、下托辊
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如附图2、3、4、5所示，本发明是一种异形截面法兰的热变形工艺，该热变形工艺包括如下工艺步骤第一步、将钢坯加热后镦粗；第二步、用直径小于等于300mm的实心冲子，在镦粗后钢坯的中心，从单面冲出通孔；第三步、然后将定位模放置在所述通孔上，再压机压定位模；定位模包括依次连接的大圆柱段、圆台段和设在圆台下端与所述通孔配合的阶梯轴段，定位模的高度大于等于冲通孔后钢坯的厚度；第四步、然后将定位模取出，再用与大圆柱段直径相等直径为400mm的实心冲子， 将所述通孔冲压成阶梯孔；第五步、将冲出阶梯孔的坯料经二次加热后放入到碾环机上进行碾环加工；所述的碾环机设有主轧辊和芯辊，在所述芯辊上设有芯模段，所述碾环机通过主轧辊、芯辊和芯辊上的芯模段将钢坯轧制成具有L形截面的法兰。为了防止定位模取出时的困难，在本发明中优选的实施方案是，所述第三步骤中在定位模放置之前，在定位模的承压面上涂抹鳞片石墨和柴油的混合液，同时在钢坯的承压面上撒上干石墨粉。为了减小轧制启动状态时的驱动力，在本发明中进一步优选的实施方案是，所述第五步的轧制工艺开始前在所述钢坯的阶梯孔的台阶与所述芯模下端面之间可设有3 5mm的间隙。为了防止被轧制环件的向上窜动，在本发明中进一步优选的技术方案还有，在所述芯辊的上端设有定位锁紧机构。为了有效地控制被轧制环件的高度尺寸，进一步优选的技术方案是，所述碾环机在所述上下端面分别设有可移动的上托辊和下托辊。为了防止各轧辊受热后变软，优选的技术方案还有，在所述第五步的轧制步骤中用冷却水冷却芯辊、芯模和主轧辊。实施例1例如轧制截面呈L形的塔顶型风塔法兰重量约2 10吨外经达4 7m，其截面尺寸稍有变化，坯料重量就相差很大。截面呈L形塔顶型风塔法兰的设计原则操作简单、实用、安装；制坯形状规整、定位准确、环坯成性良好，更换模具简洁、方便。热变形工艺包括将钢锭加热后用4000镦油压机镦粗钢坯，然后先用直径为 300mm的实心冲子在钢坯的中心冲出小的通孔，然后再用定位模将小孔压成大的阶梯孔，再用直径为400mm的实心冲子在钢坯的中心冲出大的通孔，在大通孔的上端还留有一段用定位模压出的比大通孔直径更大的阶梯孔；在完成上述冲孔工艺后再将钢坯进行二次加热， 再将加热后的钢坯放入碾环机上，将其轧制成截面呈L形的毛坯环。冲小孔的目的是防止钢坯上端面的过度塌陷变形。在定位模向下压钢坯时，应控制下压的高度h;h等于钢坯的厚度减去定位模压入钢坯的深度。由于定位模在向下压钢坯时，被挤压的金属将流向小的通孔内，因此钢坯上端面的塌陷变形会很小。由于在定位模的下端设置了大通孔直径为 400mm的台阶，将定位模由钢坯中取出后，用直径为400mm的实心冲子先在平模台上压实， 然后再将钢坯转到冲孔台上冲大通孔。其中大通孔的直径应依据碾环机的心辊直径而设定，为防止定位模取出时困难，可在定位模的承压面上涂抹鳞片石墨和废机油的混合液，并在钢坯的承压面上撒上干石墨粉。在本发明中轧制环形件的过程是在碾环机上进行的，如图3、4所示，依据碾环机的特点，芯辊上的芯模段应落在成型冲孔后钢坯的阶梯孔内，并且在阶梯孔与芯辊和芯辊的芯模段之间要留有40mm 50mm的间隙。钢坯在安装的初始状态，芯辊的芯模段底端应与阶梯孔的台阶之间留有3mm 5mm的间隙。在碾环机启动时先使钢坯件慢速转动几圈， 用以消除钢坯件的椭圆度，随后的轧制方法与操作矩形截面的环形件相似，在轧制中用冷却水冷却主轧辊、芯辊和芯辊上的芯模段。截面呈L形塔顶型风塔法兰在轧制过程中是平稳的，由于芯辊在向下进给直至到位都有一个锁紧力控制，固芯模段的下端面对钢坯件有一个防止钢坯件上窜的压力，在主轧辊压力的作用下，不停转动的主轧辊带动钢坯件和芯辊旋转，随着芯辊与主轧辊之间间
5隙的不断减小，环件的直径越来越大，碾环机上的下锥辊起着称重的作用，下锥辊除了自传还要配合不断向下移动并自转的上锥辊完成环形件厚度方向的控制。在本发明中风塔法兰可选用Q345E钢材作为原料，该钢材的热塑性非常好，更有利于L形截面环的成型。本发明在制坯过程中所使用的定位模包括有三段，第一段为大直径圆柱段，第二段为圆台段，第三段为阶梯轴段。定位模的结构尺寸的设计为φ模=φ芯轴+ 2Β + (40 50)安放间隙；H模=H-h+(300 350)夹钳夹持高度；α =6° 8°式中φ模定位模的定位直径；φ芯猫:碾环机中芯辊直径；B:钢坯设计尺寸，允许根据环件断面形状予以设计，但要考虑压机的吨位，更要防范钢坯的变形；Hts 定位模的高度；H 钢坯厚度；h 钢坯被定位模下压后剩余厚度；α 定位模的拔模角。芯辊上的芯模段的设计
φ芯模=φ芯描+ 2ΒH芯模依据芯模段的装配尺寸和h值确定。式中φ芯模:芯模段的直径；B 钢坯设计尺寸；H κ模芯模段的直径高度。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，所述热变形工艺包括如下工艺步骤51、将钢坯加热后镦粗；52、用直径小于等于300mm的实心冲子，在镦粗后钢坯的中心，从单面冲出通孔；53、然后将定位模放置在所述通孔上，再压机压定位模；定位模包括依次连接的大圆柱段、圆台段和设在圆台下端与所述通孔配合的阶梯轴段，定位模的高度大于等于冲通孔后钢坯的厚度；54、然后将定位模取出，再用直径大于等于400mm的实心冲子，将所述通孔冲压成阶梯孔；55、将冲出阶梯孔的坯料经二次加热后放入到碾环机上进行碾环加工；所述的碾环机设有主轧辊和芯辊，在所述芯辊上设有芯模段，所述碾环机通过主轧辊、芯辊和芯辊上的芯模段将钢坯轧制成具有异形截面的法兰。
2.如权利要求1所述的异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，所述S3步骤中在定位模放置之前，在定位模的承压面上涂抹鳞片石墨和柴油的混合液，同时在钢坯的承压面上撒上干石墨粉。
3.如权利要求2所述的异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，所述S5的轧制工艺开始在所述钢坯的阶梯孔的台阶与所述芯模下端面之间设有3 5mm的间隙。
4.如权利要求3所述的异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，在所述芯辊的上端设有定位锁紧机构。
5.如权利要求4所述的异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，所述碾环机在所述上下端面分别设有可移动的上托辊和下托辊。
6.如权利要求1所述的异形截面法兰的热变形工艺，其特征在于，在所述S5的轧制步骤中用冷却水冷却芯辊、芯模和主轧辊。
全文摘要
本发明公开了一种异形截面法兰的热变形工艺，该工艺包括如下工艺步骤将钢坯加热后镦粗；用小直径的实心冲子，在镦粗后钢坯的中心，从单面冲出通孔；然后将定位模放置在所述通孔上，再压机压定位模；然后将定位模取出，再用大直径的实心冲子将通孔冲压成阶梯孔；将冲出阶梯孔的坯料经二次加热后放入到碾环机上进行碾环加工；所述的碾环机设有主轧辊和芯辊，在所述芯辊上设有芯模段，所述碾环机通过主轧辊、芯辊和芯辊上的芯模段将钢坯轧制成具有异形截面的法兰。该工艺可以通过简单的工艺步骤，一次性地将环形件加工成异形截面，既可以减少机加工的工作量，又可以节省大量的原材料。
文档编号B23P15/00GK102430897SQ20111033180
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者周洪亮, 承立新, 是润春, 杨家灼, 缪惠民 申请人:江阴市恒润环锻有限公司