CN117900364B - 一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及法兰锻造技术领域，尤其涉及一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，本发明通过将原材料加工为待冲孔的坯料，基于坯料表面若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态，通过在冲孔坯料的顶面图像内确定若干径向向量，根据径向向量计算内应力分布表征系数，以选定对冲孔参数的调整方式，通过对坯料进行碾环、正火以及打磨，以将完成冲孔的坯料加工为目标锻造件，进而，实现了对表面温度分布有差异的坯料的冲孔过程进行数据化监测，量化了坯料在冲孔过程中异常延展的程度，以及适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，避免冲孔位置发生偏离，提高内孔锻造的稳定可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及法兰锻造技术领域，尤其涉及一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法。
背景技术
海上风力发电技术作为一种清洁的发电方式，近些年在我国快速发展以及应用，法兰是海上风电塔筒连接的关键部件，长期处于高应力、高湿度的复杂环境中，恶劣的外部环境需要法兰具有极强的连接固定属性以及各种抗性指标，在法兰的锻造加工过程中，需要严格的工艺流程以及参数把控以保证法兰在海上复杂环境中的长期稳定性，近些年，随着相关领域技术人员对工艺过程的不断优化，用于海上风电塔筒法兰的制备工艺不断得到改善。
例如，公开日期为2023-05-26的中国专利申请：CN116159959A，该发明公开了一种法兰锻造平台及其锻造方法，涉及法兰锻造技术领域，基于法兰的锻造平台及其锻造方法，包括一种法兰锻造平台和一种法兰锻造方法，一种法兰锻造平台，包括底座和工作台，底座的上方固定连接有工作台，工作台的上方两侧固定连接有支架，工作台的上方中部固定连接有锻造台，支架的上方与锻造台相对应的位置处设置有锻压机，架体的两侧设置有夹持机构，一种法兰锻造方法包括下料、预热、拉长、镦粗、冲孔、校圆、再加热和模锻。
现有技术中还存在以下问题：
现有技术未考虑对坯料进行油压冲孔前的墩粗过程中，压力机接触坯料导致坯料热传导引起热量损失，影响坯料的表面温度分布均匀性；现有技术未考虑对表面温度分布有差异的坯料的冲孔过程进行数据化监测，不能量化坯料在冲孔过程中异常延展的程度，且不能适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，导致冲孔位置发生偏离，影响内孔锻造的稳定可靠性。
发明内容
为此，本发明提供一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，用以克服现有技术中不能对表面温度分布有差异的坯料的冲孔过程进行数据化监测，不能量化坯料在冲孔过程中异常延展的程度，以及不能适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，包括：
步骤S1，将原材料加工为待冲孔的坯料；
步骤S2，在所述坯料的表面设置若干温度采集点，基于若干温度采集点的温度差异情况判定所述坯料的变形抗性状态，并采集变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像；
其中，所述顶面图像为以所述坯料的待冲孔平面为顶面的图像；
若干温度采集点的温度差异情况基于公式（1）确定；
（1）
公式（1）中，Ts为若干温度采集点的温度差异标准差，Ti为第i个温度采集点的温度值，Tav为若干温度采集点的温度平均值，i=1,2,3…n，n为所述温度采集点的数量；
步骤S3，对所述坯料进行冲孔，并在所述顶面图像内预设向量起始点以及若干向量终止点，基于所述向量起始点以及若干向量终止点确定若干径向向量，基于冲孔过程中预设时长内所述径向向量的偏差角度以及向量长度变化量计算内应力分布表征系数；
所述内应力分布表征系数基于公式（2）计算；
（2）
公式（2）中，E为所述内应力分布表征系数，Ls为所述向量长度变化量，Ls0为预设的向量长度变化量参考值，ts为所述偏差角度，ts0为预设的偏差角度参考值，α为向量长度变化权重系数，β为偏差角度权重系数；
步骤S4，基于所述内应力分布表征系数选定对冲孔参数的调整方式，包括，调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值，或，基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离；
步骤S5，对所述坯料进行碾环、正火以及打磨，以将完成冲孔的坯料加工为目标锻造件。
进一步地，所述步骤S1中，将原材料加工为待冲孔的坯料的过程包括：
步骤S11，将原材料切割成若干圆坯；
步骤S12，将所述圆坯加热至预设温度值，并保温；
步骤S13，锻制所述圆坯成圆柱状坯料，通过压力机将加热后的所述圆柱状坯料镦粗为待冲孔的坯料。
进一步地，所述步骤S2中，基于若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态的过程为：
将所述温度差异标准差与预设的温度差异阈值进行对比；
若所述温度差异标准差大于所述温度差异阈值，则判定坯料的变形抗性状态为变形抗性不均匀状态。
进一步地，所述步骤S3中，确定若干径向向量的过程为：
获取所述变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像，将所述顶面图像中坯料轮廓的圆心位置点确定为所述向量起始点，将所述顶面图像中坯料轮廓的边缘点确定为所述向量终止点，以所述向量起始点为起点，以所述向量终止点为终点确定所述径向向量；
其中，所述向量终止点的数量为若干个，所述径向向量的数量与所述向量终止点的数量一致。
进一步地，所述步骤S3中，所述径向向量的偏差角度以及所述向量长度变化量的确定过程为：
将所述径向向量在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量夹角确定为所述偏差角度，将所述径向向量在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量长度差值确定为所述向量长度变化量。
进一步地，所述步骤S4中，选定对冲孔参数的调整方式的过程为：
确定各径向向量对应的内应力分布表征系数，筛选内应力分布表征系数最大值，将所述内应力分布表征系数最大值与预设的内应力分布表征系数参考值进行对比；
若所述内应力分布表征系数最大值小于或等于所述内应力分布表征系数参考值，则调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值；
若所述内应力分布表征系数最大值大于所述内应力分布表征系数参考值，则基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离。
进一步地，所述步骤S4中，所述冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值与所述内应力分布表征系数最大值成负相关关系。
进一步地，所述步骤S4中，所述坯料的过度延展方向的确定过程为：
基于若干径向向量的向量长度变化量筛选向量长度变化量最大值对应的径向向量，将所述径向向量的方向确定为所述坯料的过度延展方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过将原材料加工为待冲孔的坯料，基于坯料表面若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态，通过在冲孔坯料的顶面图像内确定若干径向向量，根据径向向量计算内应力分布表征系数，以选定对冲孔参数的调整方式，通过对坯料进行碾环、正火以及打磨，以将完成冲孔的坯料加工为目标锻造件，进而，实现了对表面温度分布有差异的坯料的冲孔过程进行数据化监测，量化了坯料在冲孔过程中异常延展的程度，以及适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，避免冲孔位置发生偏离，提高内孔锻造的稳定可靠性。
尤其，本发明通过在坯料的表面设置若干温度采集点，基于若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态，在实际的法兰锻造过程中油压开孔环节前，对坯料进行墩粗的过程需要压机反复且多次对坯料进行锻压，锻压过程中坯料的上下表面与压机接触，侧面与空气接触，坯料与不同的介质接触以及锻压的过程差异可能导致热传导效果差异，使得坯料的表面温度出现局部的差异，温度不同的坯料在冲孔环节的延展性表现不同，本发明通过采集坯料表面的若干温度采集点的温度差异情况实现了对存在温度差异的坯料进行筛选。
尤其，本发明在坯料的顶面图像中确定若干径向向量，在实际的坯料油压冲孔过程中，由于坯料表面温度分布差异造成坯料局部延展存在差异，在冲孔过程中，坯料不同部位的延展性差异表现在冲孔过程中坯料的边缘延展方向以及延展程度有差异，本发明通过以圆柱状坯料的顶面图像中的圆心为向量起点，以坯料边缘上的点为向量终点，确定若干沿径向方向的径向向量，通过径向向量在延展过程中发生的变化来表征坯料在冲孔过程中沿多个方向的延展过程，实现了将难以直接表征的坯料延展过程进行数据化的表征。
尤其，本发明根据径向向量在冲孔过程中预设时长内的偏差角度以及向量长度变化量计算内应力分布表征系数，在良好的坯料油压冲孔状态下，坯料顶面会向远离顶面圆心的方向进行均匀延展，本发明通过获取冲孔过程中径向向量在预设时间时长的周期内发生偏差的偏差角度，偏差角度越大，表明坯料在冲孔过程中延展方向变化越明显，坯料沿此径向向量所在方向的延展存在局部差异，同样地，本发明通过获取冲孔过程中径向向量在预设时间时长的周期内发生长度变化的向量长度变化量，向量长度变化量越大，表明坯料在冲孔过程中延展长度变化越明显，坯料沿此径向向量所在方向的延展越具有数据表征性，局部的延展差异导致冲孔位置偏离预设的中心位置，本发明将径向向量的偏差角度以及向量长度变化量进行结合，通过特定的公式计算实现了将微小的数据波动得以明显表征，保证了计算结果的科学可靠，直观地量化了坯料在冲孔过程中发生异常延展的程度。
尤其，本发明根据坯料在冲孔过程中发生异常延展的程度调整冲孔参数，在发生异常延展的程度较轻的状态下，坯料的局部延展性差异较小，但是过度地对坯料进行冲压可能导致局部区域的材料被过度冲压，造成过度削薄以及过度冲压的材料发生局部应力的现象，本发明通过调整对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值，可以避免过度冲压，使得坯料整个外表面、内孔及材料内部处于均匀的应力状态，实现了适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，提高内孔锻造的稳定可靠性。
尤其，本发明在发生异常延展的程度较重的状态下，根据径向向量发生长度变化量的大小可以表征坯料在此方向上的延展程度，长度变化量越大则表征坯料沿此径向向量所在方向的延展程度越大，越容易沿此方向发生冲孔位置偏离，本发明根据坯料发生过度延展的特征确定坯料的过度延展方向，使坯料沿过度延展方向微调一定距离以避免当前的冲孔位置对过度延展方向的坯料持续进行过度延展，实现了适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，避免冲孔位置发生偏离，提高内孔锻造的稳定可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法的步骤图；
图2为本发明实施例的坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的示意图；
图3为本发明实施例的将原材料加工为待冲孔的坯料的步骤图；
图4为本发明实施例的若干径向向量的示意图；
图5为本发明实施例的选定对冲孔参数的调整方式的逻辑流程图；
图中，1：向量起始点，2：向量终止点，3：径向向量。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1以及图2所示，图1为本发明实施例的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法的步骤图，图2为本发明实施例的坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的示意图，本发明的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，包括：
步骤S1，将原材料加工为待冲孔的坯料；
步骤S2，在所述坯料的表面设置若干温度采集点，基于若干温度采集点的温度差异情况判定所述坯料的变形抗性状态，并采集变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像；
其中，所述顶面图像为以所述坯料的待冲孔平面为顶面的图像；
若干温度采集点的温度差异情况基于公式（1）确定；
（1）
公式（1）中，Ts为若干温度采集点的温度差异标准差，Ti为第i个温度采集点的温度值，Tav为若干温度采集点的温度平均值，i=1,2,3…n，n为所述温度采集点的数量；
步骤S3，对所述坯料进行冲孔，并在所述顶面图像内预设向量起始点1以及若干向量终止点2，基于所述向量起始点1以及若干向量终止点2确定若干径向向量3，基于冲孔过程中预设时长内所述径向向量的偏差角度以及向量长度变化量计算内应力分布表征系数；
所述内应力分布表征系数基于公式（2）计算；
（2）
公式（2）中，E为所述内应力分布表征系数，Ls为所述向量长度变化量，Ls0为预设的向量长度变化量参考值，ts为所述偏差角度，ts0为预设的偏差角度参考值，α为向量长度变化权重系数，β为偏差角度权重系数，α+β=1;
在本发明实施例中，所述向量长度变化量参考值Ls0基于预先测试所得，预先测试并记录若干次同工况条件下对同规格法兰坯料的冲孔过程中，若干径向向量的向量长度变化量，计算若干径向向量的向量长度变化量的平均值，将所述平均值确定为所述向量长度变化量参考值Ls0，单位为cm；
所述偏差角度参考值ts0基于预先测试所得，预先测试并记录若干次同工况条件下对同规格法兰坯料的冲孔过程中，各径向向量在预定时长的周期内发生偏差的偏差角度，计算若干径向向量对应的偏差角度的平均值，将所述平均值确定为所述偏差角度参考值ts0，单位为s。
步骤S4，基于所述内应力分布表征系数选定对冲孔参数的调整方式，包括，调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度h1与剩余深度h2的比值，或，基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离；
步骤S5，对所述坯料进行碾环、正火以及打磨，以将完成冲孔的坯料加工为目标锻造件。
具体而言，本发明实施例中，步骤S3的冲孔过程中预设时长T’可以由本领域技术人员根据完整的冲孔周期时长Tg确定，T’=λ×Tg，λ为时长确定因子，λ的取值范围为[0.1，0.2]。
具体而言，本发明实施例中，步骤S4中的预设距离S是为了实现坯料位置的微调，其取值根据坯料的顶面图像中坯料轮廓的直径d确定，S=ε×d，ε为时长确定因子，ε的取值范围为[1/50，1/20]。
具体而言，请继续参阅图2所示，其为本发明实施例的坯料进行冲孔的压入深度h1与剩余深度h2的示意图，本发明实施例中的压入深度h1与剩余深度h2的深度数值之和为坯料的总厚度H，H=h1+h2。
具体而言，本发明对采集坯料的表面上若干温度采集点的温度值的方式不做限定，在本发明实施例中，可以通过热成像采集仪对坯料表面的温度进行采集，此为现有技术，此处不再赘述。
具体而言，本发明对采集坯料的顶面图像的实现方式不做限定，在本发明实施例中，可以选用工业CCD相机或者高清摄像机获取坯料顶面的顶面图像，此为现有技术，此处不再赘述。
具体而言，本发明对在顶面图像中构建径向向量3的方式不做限定，优选的，可以选用图像处理器或者专用GPU，通过在顶面图像中的自定义像素点坐标来构建若干径向向量3，此技术在图像处理中的特征提取、目标跟踪以及图像分割中广泛应用，此处不再赘述。
具体而言，本发明对调整冲孔的压入深度与剩余深度的比值的实现方式不做限定，本领域技术人员应当明白，可以通过调整油压机冲头的冲压压力来实现对压入深度与剩余深度的比值的调整，此处不再赘述。
具体而言，本发明对调整坯料移动的实现方式不做限定，本领域技术人员应当明白，可以通过调整油压机的坯料夹紧装置实现坯料位置的微调，此处不再赘述。
具体而言，本发明对坯料的碾环、正火以及打磨过程不做限定，在本发明实施例中，通过碾环机将坯料制成所需的形状和尺寸，通过加热炉将坯料加热到适当的温度，保持一段时间后冷却完成坯料的正火，最后使用砂轮等磨具对坯料进行研磨，去除表面的瑕疵，此为本领域技术人员在法兰制备过程中常用的技术，此处不再赘述。
具体而言，请参阅图3所示，其为本发明实施例的将原材料加工为待冲孔的坯料的步骤图，所述步骤S1中，将原材料加工为待冲孔的坯料的过程包括：
步骤S11，将原材料切割成若干圆坯；
步骤S12，将所述圆坯加热至预设温度值，并保温；
步骤S13，锻制所述圆坯成圆柱状坯料，通过压力机将加热后的所述圆柱状坯料镦粗为待冲孔的坯料。
其中，预设温度值为本领域技术人员基于实际锻造工艺确定，优选的，对于海上风电塔筒法兰的锻造，预设温度值可以为1250℃，保温时长的取值范围为4h-4.5h。
具体而言，所述步骤S2中，基于若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态的过程为：
将所述温度差异标准差Ts与预设的温度差异阈值Ts0进行对比；
若所述温度差异标准差Ts小于或等于所述温度差异阈值Ts0，则判定坯料的变形抗性状态为变形抗性均匀状态；
若所述温度差异标准差Ts大于所述温度差异阈值Ts0，则判定坯料的变形抗性状态为变形抗性不均匀状态。
在本发明实施例中，所述温度差异阈值Ts0需要本领域技术人员根据实际的坯料所需工艺温度进行设定，优选的，在海上风电塔筒法兰的坯料冲孔过程中，坯料所需工艺温度为大于800℃，可以设定所述温度差异阈值Ts0的取值范围为[15,25]，区间单位为℃。
具体而言，本发明通过在坯料的表面设置若干温度采集点，基于若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态，在实际的法兰锻造过程中油压开孔环节前，对坯料进行墩粗的过程需要压机反复且多次对坯料进行锻压，锻压过程中坯料的上下表面与压机接触，侧面与空气接触，坯料与不同的介质接触以及锻压的过程差异可能导致热传导效果差异，使得坯料的表面温度出现局部的差异，温度不同的坯料在冲孔环节的延展性表现不同，本发明通过采集坯料表面的若干温度采集点的温度差异情况实现了对存在温度差异的坯料进行筛选。
具体而言，请参阅图4所示，其为本发明实施例的若干径向向量的示意图，所述步骤S3中，确定若干径向向量的过程为：
获取所述变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像，将所述顶面图像中坯料轮廓的圆心位置点确定为所述向量起始点1，将所述顶面图像中坯料轮廓的边缘点确定为所述向量终止点2，以所述向量起始点1为起点，以所述向量终止点2为终点确定所述径向向量3；
其中，所述向量终止点2的数量为若干个，所述径向向量3的数量与所述向量终止点2的数量一致。
请继续参阅图4所示，其为本发明实施例的若干径向向量的示意图，确定径向向量3的过程为，在顶面图像中确定向量起始点1以及向量终止点2，根据向量起始点1以及向量终止点2确定径向向量3，其中，向量起始点1为坯料轮廓的圆心位置点，其数量只有一个，向量终止点2为坯料轮廓的边缘点，其数量可以有若干个，所以，基于向量起始点以及向量终止点可以确定若干同一向量起始点，但不同向量终止点的径向向量。
具体而言，本发明对顶面图像中坯料轮廓的识别方式不做限定，优选的，可以使用计算机视觉技术以及图像处理算法，通过边缘检测算法Sobel、Canny和Laplacian等检测图像中灰度值的变化，识别顶面图像中的坯料轮廓，此为现有技术，此处不再赘述。
具体而言，本发明在坯料的顶面图像中确定若干径向向量3，在实际的坯料油压冲孔过程中，由于坯料表面温度分布差异造成坯料局部延展存在差异，在冲孔过程中，坯料不同部位的延展性差异表现在冲孔过程中坯料的边缘延展方向以及延展程度有差异，本发明通过以圆柱状坯料的顶面图像中的圆心为向量起点，以坯料边缘上的点为向量终点，确定若干沿径向方向的径向向量3，通过径向向量3在延展过程中发生的变化来表征坯料在冲孔过程中沿多个方向的延展过程，实现了将难以直接表征的坯料延展过程进行数据化的表征。
具体而言，所述步骤S3中，所述径向向量的偏差角度以及所述向量长度变化量的确定过程为：
将所述径向向量3在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量夹角确定为所述偏差角度ts，将所述径向向量3在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量长度差值确定为所述向量长度变化量Ls。
具体而言，请参阅图5所示，其为本发明实施例的选定对冲孔参数的调整方式的逻辑流程图，所述步骤S4中，选定对冲孔参数的调整方式的过程为：
确定各径向向量对应的内应力分布表征系数，筛选内应力分布表征系数最大值Emax，将所述内应力分布表征系数最大值Emax与预设的内应力分布表征系数参考值Em进行对比；
若所述内应力分布表征系数最大值Emax小于或等于所述内应力分布表征系数参考值Em，则调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值；
若所述内应力分布表征系数最大值Emax大于所述内应力分布表征系数参考值Em，则基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离。
优选的，在本发明实施例中，所述内应力分布表征系数参考值Em的取值范围为[3，3.1]。
具体而言，所述步骤S4中，所述冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度h1与剩余深度h2的比值k与所述内应力分布表征系数最大值Emax成负相关关系，其中，k=h1/h2。
优选的，在本实施例中，设定至少三种基于所述内应力分布表征系数最大值Emax确定对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值k的比值调整方式，其中，将所述内应力分布表征系数最大值Emax与预设的第一内应力分布表征系数对比参量E1以及第二内应力分布表征系数对比参量E2进行对比；
若Emax＜E1，则确定采用第一比值调整方式，所述第一比值调整方式为将对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值调整至第一比值k1，设定k1=δ1×k0；
若E1≤Emax≤E2，则确定采用第二比值调整方式，所述第二比值调整方式为将对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值调整至第二比值k2，设定k2=δ2×k0；
若Emax＞E2，则确定采用第三比值调整方式，所述第三比值调整方式为将对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值调整至第三比值k3，设定k3=δ3×k0；
其中，k0表示将对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值初始值，δ1表示第一比值调整因子，δ2表示第二比值调整因子，δ3表示第三比值调整因子，在本实施例中，为使得第一内应力分布表征系数对比参量E1以及第二内应力分布表征系数对比参量E2能够区分坯料在冲孔过程中发生异常延展程度的差异性，在本实施例中设定E1=0.85Em，E2=0.9Em，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.85k0≤δ1＜δ2＜δ3≤0.95k0。
具体而言，本发明根据坯料在冲孔过程中发生异常延展的程度调整冲孔参数，在发生异常延展的程度较轻的状态下，坯料的局部延展性差异较小，但是过度地对坯料进行冲压可能导致局部区域的材料被过度冲压，造成过度削薄以及过度冲压的材料发生局部应力的现象，本发明通过调整对坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值，可以避免过度冲压，使得坯料整个外表面、内孔及材料内部处于均匀的应力状态，实现了适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，提高内孔锻造的稳定可靠性。
具体而言，所述步骤S4中，所述坯料的过度延展方向的确定过程为：
基于若干径向向量的向量长度变化量筛选向量长度变化量最大值对应的径向向量，将所述径向向量的方向确定为所述坯料的过度延展方向。
具体而言，本发明在发生异常延展的程度较重的状态下，根据径向向量发生长度变化量的大小可以表征坯料在此方向上的延展程度，长度变化量越大则表征坯料沿此径向向量所在方向的延展程度越大，越容易沿此方向发生冲孔位置偏离，本发明根据坯料发生过度延展的特征确定坯料的过度延展方向，使坯料沿过度延展方向微调一定距离以避免当前的冲孔位置对过度延展方向的坯料持续进行过度延展，实现了适应性地调整异常延展的坯料的冲孔工艺参数，避免冲孔位置发生偏离，提高内孔锻造的稳定可靠性。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将原材料加工为待冲孔的坯料；
步骤S2，在所述坯料的表面设置若干温度采集点，基于若干温度采集点的温度差异情况判定所述坯料的变形抗性状态，并采集变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像；
其中，所述顶面图像为以所述坯料的待冲孔平面为顶面的图像；
若干温度采集点的温度差异情况基于公式（1）确定；
（1）
公式（1）中，Ts为若干温度采集点的温度差异标准差，Ti为第i个温度采集点的温度值，Tav为若干温度采集点的温度平均值，i=1,2,3…n，n为温度采集点的数量；
步骤S3，对所述坯料进行冲孔，并在所述顶面图像内预设向量起始点以及若干向量终止点，基于所述向量起始点以及若干向量终止点确定若干径向向量，基于冲孔过程中预设时长内所述径向向量的偏差角度以及向量长度变化量计算内应力分布表征系数；
所述内应力分布表征系数基于公式（2）计算；
（2）
公式（2）中，E为所述内应力分布表征系数，Ls为所述向量长度变化量，Ls0为预设的向量长度变化量参考值，ts为所述偏差角度，ts0为预设的偏差角度参考值，α为向量长度变化权重系数，β为偏差角度权重系数；
步骤S4，基于所述内应力分布表征系数选定对冲孔参数的调整方式，包括，调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值，或，基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离；
步骤S5，对所述坯料进行碾环、正火以及打磨，以将完成冲孔的坯料加工为目标锻造件。
2.根据权利要求1所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S1中，将原材料加工为待冲孔的坯料的过程包括：
步骤S11，将原材料切割成若干圆坯；
步骤S12，将所述圆坯加热至预设温度值，并保温；
步骤S13，锻制所述圆坯成圆柱状坯料，通过压力机将加热后的所述圆柱状坯料镦粗为待冲孔的坯料。
3.根据权利要求1所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于若干温度采集点的温度差异情况判定坯料的变形抗性状态的过程为：
将所述温度差异标准差与预设的温度差异阈值进行对比；
若所述温度差异标准差大于所述温度差异阈值，则判定所述坯料的变形抗性状态为变形抗性不均匀状态。
4.根据权利要求3所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定若干径向向量的过程为：
获取所述变形抗性不均匀状态的坯料的顶面图像，将所述顶面图像中坯料轮廓的圆心位置点确定为所述向量起始点，将所述顶面图像中坯料轮廓的边缘点确定为所述向量终止点，以所述向量起始点为起点，以所述向量终止点为终点确定所述径向向量；
其中，所述向量终止点的数量为若干个，所述径向向量的数量与所述向量终止点的数量一致。
5.根据权利要求4所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述径向向量的偏差角度以及所述向量长度变化量的确定过程为：
将所述径向向量在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量夹角确定为所述偏差角度，将所述径向向量在冲孔过程中预设时长的起始时刻与结束时刻的向量长度差值确定为所述向量长度变化量。
6.根据权利要求1所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S4中，选定对冲孔参数的调整方式的过程为：
确定各径向向量对应的内应力分布表征系数，筛选内应力分布表征系数最大值，将所述内应力分布表征系数最大值与预设的内应力分布表征系数参考值进行对比；
若所述内应力分布表征系数最大值小于或等于所述内应力分布表征系数参考值，则调整冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值；
若所述内应力分布表征系数最大值大于所述内应力分布表征系数参考值，则基于所述向量长度变化量确定所述坯料的过度延展方向，以使所述坯料沿所述过度延展方向移动预设距离。
7.根据权利要求6所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述冲头对所述坯料进行冲孔的压入深度与剩余深度的比值与所述内应力分布表征系数最大值成负相关关系。
8.根据权利要求6所述的海上风电塔筒法兰的近净成形锻造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述坯料的过度延展方向的确定过程为：
基于若干径向向量的向量长度变化量筛选向量长度变化量最大值对应的径向向量，将所述径向向量的方向确定为所述坯料的过度延展方向。
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