[发明专利]风力发电塔筒法兰锻辗成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及环形件锻辗成形工艺技术，具体的说是一种风力发电塔筒法兰锻辗成形方法。

背景技术

大型环形件广泛用于石油、化工、冶金等工业中，目前，对于大型环形件的制造成形技术主要还是采用自由锻造成饼片、冲孔、马架扩孔、轧制辗扩，再由机械加工最终形成。

马架扩孔是将毛坯套在芯轴上，在液压机或用锻锤上砧锤打毛坯，产生沿圆周方向的拔长，使锻件壁厚减薄，内外径同时增加，从而达到直径尺寸要求。其缺点是直径尺寸偏大，环形件壁厚不均匀，机械加工余量大等。

轧制辗扩是首先采用马架扩孔或其他锻造方式进行环形件制坯，然后，在辗轧机上采用旋转模具对毛坯局部连续施压成形，使环形件整体壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成形，使其成为具有简单形状和尺寸的环形件毛坯，然后再通过大型立车进行截面形状的机械加工，常见的零件有轴承环、齿轮坯、环轨、轮箍等。如专利号为031113012.7和03128489.2所记载的工艺。

风力发电塔筒法兰是一种大型环形件，随着风力发电机组容量发展750～5000千瓦，塔筒直径不断增大1.9～10米，塔筒法兰也在增大。目前，对于塔筒法兰成形依然采用上述工艺方法，即采用自由锻压片、冲孔、马架扩孔等工艺，以及轧制辗扩矩形截面的毛坯，最终再由机械加工成所需的平板、内外高颈截面的形状。特别是对内外高颈的风力发电塔筒法兰而言，其横截面由盘部和颈部构成。由于直径、截面较大，所以通过机械加工的手段(如销、铣)将毛坯矩形截面改造为高颈形状的截面，所需要机械加工余量大，造成材料消耗和锻造的能耗较大；如果直接用旋转模具对截面为矩形的毛坯局部连续施压成形，由于法兰使用的金属本身的机械特性(如硬度、韧性)，也不可能在比较大的模具压力下塑性变形得到目标产品。定襄地区集中了数百家法兰制造企业，使用的设备是单一的比较简单的夹杆锤，锻造工艺是简单的胎模锻(小件)和自由锻(大件)，对于大型大直径的环件使用自由锻工艺存在耗料多、能耗大、成本高，劳动强度大，关键是质量难以得到保证。所以带有内外高颈的风力发电塔筒法兰毛坯的成形一直以来也是本技术领域内一大技术难题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的针对大型的具有内或外高颈结构的风力发电塔筒法兰成形困难的问题而提供了一种风力发电塔筒法兰锻辗成形方法。

本发明是由以下技术方案实现的，一种风力发电塔筒法兰锻辗成形方法，步骤包括，将已经锻造成型的具有盘部和颈部的法兰毛坯料由加热炉将其加热到1200～1250℃，保持40～50分钟，由装料机出炉；然后用辗环机扩径辗轧，采用辗环机并使用双小挡边模具，精辗制坯。

双小挡边模具包括主辊、芯辊，主辊结构包括下挡边，主模，胎模，中挡边，在辗环机上，主辊的下挡边，主模，胎模，中挡边和芯辊的挡边环构成L型封闭的整形道，法兰毛坯料即穿过L型的整形道并通过主辊、芯辊相对转动而扩径精辗成形。

上述的辗环机扩径辗轧工艺为如下三个阶段：

预辗阶段：由于所制环形件毛坯是自由锻成形，壁厚不均匀，内外圆不同心，所以在辗轧开始时，芯辊径向小进给，使环形件毛坯产生小变形，减少辗环振动，使辗环机进入平稳辗轧状态；

主辗轧阶段：使用双小挡边模，控制进给量及辗轧力，使环形件毛坯截面的中心区域小于临界辗轧力，即使变形滑移线场从力作用面不渗透至变形截面中心，这样环形件毛坯料端面会出现凹槽；截面中心的两面金属流动，从而截面中心区域不产生变形或较小变形，以维持经自由锻后高颈部分，最终将辗轧出带高颈环形件毛坯；

整圆精辗阶段：为保证环形件圆度，在最终成形前，芯辊径向进给要很小，以调整环形件圆度和精度，在抱辊不摆动时，再略加大芯辊径向进给，将使环形件平稳达到最终尺寸。

按照金属塑性变形体积不变的基本原则，变形金属向最小阻力方向流动原理，径向辗环时金属轴向流动很小，所以法兰毛坯料必须设计成为盘部和颈部，盘部和颈部的体积比例根据法兰的种类确定。辗环工艺是按照金属变形时体积不变的原理，通过径向压缩变形(芯辊向连续旋转的主模连续给进)和沿圆周方向延伸变形(使内外径增大)的组合来制造所需要的产品，这种组合变形是一个不稳定的过程状态，法兰毛坯每旋转一周的变形量不大，其总变形量是通过多次小变形的连续循环积累所得。这样得到的高颈法兰各方参数均满足精确成形要求，下步只需要对其做表面处理即可成为合格产品。