【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电法兰环件加工领域，具体地说是一种确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法。
技术介绍
1、风电法兰环件通常用于风电塔筒筒节之间的连接，其是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，而作为风力发电设备的重要部件，风电法兰环件具有足够的强度和可靠性是保证风力发电机组正常稳定运行的必要条件，但切削和焊接等传统加工方式生产的风电法兰环件难以满足风力发电设备严格的工作环境和不断增加的负载要求。为解决上述问题，周平镇提出了异形锥辊轧制工艺(周平镇.径轴向轧制大型异形截面环件的有限元数值模拟研究[d].大连:大连理工大学硕士学位论文,2014.)，但在实际轧制过程中，坯料尺寸的确定对法兰环件尺寸精度、轧制过程的稳定性、材料变形行为等具有重要影响，因此对于异形锥辊轧制工艺而言，还需解决坯料设计问题。
2、目前，异形锥辊轧制坯料的设计仍然缺乏科学有效的方法，其主要依赖试错法以及设计者的经验，这容易导致异形锥辊轧制成形的风电法兰环件与目标尺寸误差较大，进而增加生产成本且无法保证成形质量。
3、郭良刚等针对矩形截面环件双向轧制过程，专利技术了一种基于轧比k和径轴向变形量分配比tanα的坯料尺寸确定方法(cn101829686a：一种确定环件径轴向轧制毛坯尺寸的方法)，但该坯料设计方法仅适用于矩形截面环件，由于异形锥辊轧制过程金属流动复杂，对于风电法兰环件这种端面带异形的扁平盘类环件，该方法并不适用。
4、陈孝庆等根据体积不变条件，设计了梯形截面毛坯与矩形截面毛坯，并采用异形主辊对两种不同毛坯的辗
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，在获得风电法兰环件设计尺寸等参数后，可根据异形锥辊轧制各个阶段的环件坯料尺寸变化关系依次逆向推导出各阶段坯料的尺寸值，提高了异型锥辊轧制质量。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，加工过程包括初始毛坯到预制坯、预制坯到轧制坯料、轧制坯料到成型坯料三个阶段，初始毛坯、预制坯、轧制坯料、成型坯料体积相同且均为v0，成型坯料包括台阶环和大环，包括如下步骤：
4、步骤一：结合成型坯料尺寸确定轧制坯料各尺寸的计算公式，轧制坯料尺寸包括内径d0，外径d0，壁厚b0，高度h0，计算公式如下：
5、
6、
7、
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9、上组式中，k0为异形锥辊轧制阶段轧比，tanα0为异形锥辊轧制阶段径轴向变形量分配比，df为成型坯料内径、df为成型坯料外径、bf为成型坯料壁厚、hf为成型坯料高度，b1为成型坯料的台阶环壁厚、h1为成型坯料的台阶环高度；
10、步骤二：分别确定k0和tanα0的取值范围计算公式，其中：
11、
12、
13、上组式中，dm为异形锥辊的芯辊直径；
14、步骤三：确定异形锥辊轧制阶段精确成形的坯料尺寸确定判据hw计算公式：
15、
16、判断条件为：hw＞hm (33)；
17、上式(33)中，hm为异形锥辊的型槽高度；
18、步骤四：确定预制坯各尺寸计算公式，预制坯尺寸包括内径ds、外径ds、壁厚bs和高度hs，计算公式如下：
19、hs＝h0 (35)；
20、ds＝d0-l1-b1 (36)；
21、
22、
23、上组式中，l1异形锥辊(5)为与坯料外径之间的装配距离；
24、步骤五：确定初始毛坯(1)各尺寸计算公式，初始毛坯(1)尺寸包括：内径dr、外径dr、壁厚br和高度hr，计算公式如下：
25、
26、
27、
28、
29、上组式中：kr为预制坯(2)双向轧制阶段的轧比，tanαr为预制坯(2)双向轧制阶段的径轴向变形量分配比；
30、步骤六：分别确定kr和tanαr的取值范围计算公式，其中：
31、
32、tanαr＞0 (57)；
33、步骤七：根据成型坯料(4)尺寸，先由步骤二中的式(20)、(27)确定异形锥辊轧制阶段的轧比k0和径轴向变形量分配比tanα0的取值范围，并在范围内选取确定的k0值和tanα0值，再根据步骤一中的式(4)、(5)、(9)和(10)分别确定异形锥辊轧制坯料的壁厚b0、高度h0、内径d0、外径d0，然后根据步骤三中的式(34)获得坯料尺寸确定判据hw并与hm比较，若hw大于hm，继续计算；
34、步骤八：将步骤七获得的轧制坯料壁厚b0、高度h0、内径d0、外径d0分别代入步骤四中的式(35)、(36)、(38)、(39)中确定预制坯(2)高度hs、外径ds、壁厚bs、内径ds；
35、步骤九：将步骤八中获得预制坯高度hs、外径ds、壁厚bs、内径ds分别代入步骤六中的式(56)、(57)确定预制坯双向轧制阶段的轧比kr和径轴向变形量分配比tanαr的取值范围，并在范围内选择确定的kr值和tanαr值，然后根据步骤五中的式(45)、(46)、(47)和(48)确定初始毛坯的壁厚br、高度hr、外径dr、内径dr。
36、本专利技术的优点与积极效果为：
37、1、与现有技术相比较，本专利技术获得风电法兰环件设计尺寸(即目标成型坯料尺寸)、芯辊直径、坯料体积等参数后，可以根据每阶段的环件尺寸变化关系依次逆向推导出各阶段坯料的尺寸，这不仅提高了异型锥辊轧制质量，对于某一确定的风电法兰环件，本专利技术还能够根据实际情况设计出一系列具有不同尺寸的轧制坯料，从而为风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的设计提供了一种有效的方法，为研究包括环形坯料在内的异形锥辊轧制过程优化设计提供了重要启示。
38、2、本专利技术根据坯料轧制过程中体积不变条件并结合各个阶段坯料形状参数构建了各阶段坯料尺寸、轧比范围、径轴向变形量分配比范围、精确成形坯料尺寸确定判据等计算公式，既方便运算，也规避了异形锥辊轧制过程中金属流动复杂的问题。
39、3、本专利技术在确定精确成形坯料尺寸确定判据时，将其视为半锥辊轧制，该轧制方式不会限制台阶环高度，同时轧制坯料截面按照图2a划分为l形截面和矩形截面两部分，并分别与图2b中的台阶环和大环体积相比较，最终获得坯料尺寸确定判据计算公式，以保证坯料尺寸设计的准确性，进而确保异型锥辊轧制质量。
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1.一种确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：加工过程包括初始毛坯(1)到预制坯(2)、预制坯(2)到轧制坯料(3)、轧制坯料(3)到成型坯料(4)三个阶段，初始毛坯(1)、预制坯(2)、轧制坯料(3)、成型坯料(4)体积相同且均为V0，成型坯料(4)包括台阶环(9)和大环(10)，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤一中，K0计算如下式(1)所示：
3.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤二中，轧制坯料(3)和成型坯料(4)的壁厚与高度关系如下式(11)和(12)所示：
4.根据权利要求3所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤二中，将上式(7)代入式(14)，得到：
5.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤三中，将轧制坯料(3)截面划分为L形截面(7)和矩形截面(8)，其中L形截面(7)体积大于大环(10)体积，得到
6.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤四中，由于预制坯(2)和轧制坯料(3)之间高度不变，得到预制坯(2)高度hs的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤五中，Kr计算如下式(40)所示：
8.根据权利要求7所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤六中，初始毛坯(1)体积V0与内径dr、壁厚br、高度hr关系如下：
...【技术特征摘要】
1.一种确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：加工过程包括初始毛坯(1)到预制坯(2)、预制坯(2)到轧制坯料(3)、轧制坯料(3)到成型坯料(4)三个阶段，初始毛坯(1)、预制坯(2)、轧制坯料(3)、成型坯料(4)体积相同且均为v0，成型坯料(4)包括台阶环(9)和大环(10)，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤一中，k0计算如下式(1)所示：
3.根据权利要求1所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤二中，轧制坯料(3)和成型坯料(4)的壁厚与高度关系如下式(11)和(12)所示：
4.根据权利要求3所述的确定风电法兰环件异形锥辊轧制成形坯料尺寸的方法，其特征在于：步骤二中，将...
【专利技术属性】
技术研发人员：安凤军，杨克振，许强强，李振，孙传金，王竣平，田松，燕海健，孙玉国，
申请(专利权)人：丹东丰能工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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