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如何鍛造風機主軸鍛件圓角成形

更新時間：2021-07-10 12:07:02

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風機主軸是風電設備的核心部件。針對風機主軸批量大、截面變化大的特點，尤其是法蘭過渡圓角比較大，需設計出科學合理的工裝模具，研究出合理、可行的工藝方案，以保證各截面的鍛比和心部組織的致密，確保后期無損檢測合格。對大型鍛件單一的進行物理模擬存在許多困難。本文通過FORGE有限元模擬軟件，研究法蘭過渡圓角處成形過程中的等效應力、等效應變分布，為以后的工藝改進提供合理的科學依據。
生產流程
該鍛件的生產流程為：冶煉一鍛造一鍛后熱處理一粗加工一檢測一調質一性能試驗一粗加工一檢測一交貨。風機軸鍛件尺寸。法蘭尺寸較大，(直徑1525mm ×160mm ，采用旋轉加壓成形。圓角半徑為R =250mm ，須放在專用漏盤內進行胎膜鍛造。
由于風力發(fā)電機存在使用的地域環(huán)境不同，緯度相差懸殊，野外風口使用無法進行大規(guī)模的維修等特點，使風機主軸的材料選擇尤為重要。根據服役地點，如沿海、溫帶、準寒帶、寒帶的不同，材料選擇應滿足不同地域的求，如20℃、0℃ 、一20℃ 、一40℃工作環(huán)境的材料，并保證各個溫度期間的力學性能和使用壽命。 a.34CrNiMo6成為我們的首選材料。
對坯料、上砧、漏盤進行實體建模，在U G6.0中進行三維圖形的繪制，將圖形轉化為st1格式，導人FORGE中，網格劃分是元模擬前的重要環(huán)節(jié)。合理的網格劃分能夠保證計算結果的準確性,網格數垃的多少將會影響到計算結果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來說，網格數量增加，邊界擬合共建形狀越精確,計算精度就會有所提高，但同時計算規(guī)模也會大大增加，所以在確定網格數量時應權衡考慮。FORGE具有強大的網格自動劃分功能，還具有局部網格細劃分功能I,因法蘭外緣處、圓角成形處應變較大，網格畸變較嚴重，在此區(qū)域網格應細劃分。
b. 風機軸圓角成形模擬結果分析
借助于FORGE軟件對風機軸圓角成形的模擬模型進行了有限元分析計算并進行后處理，獲得其成形效果圖、應力場、應變場及溫度場等數據?？傮w模擬效果較好，法蘭外表面平整，其外緣處壁變薄，導致法蘭厚度不均，這與現實情況比較吻合。圓角部分成形較好,無折疊。風機軸圓角成形過程，因對稱，現只分析坯料一半時的成形過程。將加熱好的風機軸坯料放入漏盤中，上砧接觸風機軸法蘭部分，為上砧開始施加壓力，與上砧接觸部分金屬開始運動，金屬一部分流向法蘭，另一部分流向圓角處。隨著上砧的旋轉加壓，法蘭表面變?yōu)槠秸?，圓角處的金屬受三向壓應力作用，最終完成法蘭及圓角成形。
圓角成形最后階段時的應力分布圖。應力分布總體上均勻對稱。與上砧接觸位置受力較大,符合應力分布規(guī)律，等效應力值最大能達到90MPa。法蘭圓角處，金屬流動劇烈，受力較大。圓角成形最后階段時等效應變分布，應變最終集中在法蘭處、圓角處，應變最大值為0.3。應特別注意，圓角處應變大時金屬容易出現折疊現象?？梢钥闯鰷囟葓龅淖罱K分布情況與等效應變的分布一致，即應變大的部分溫度高。鍛件表面最高溫度約為1100℃ ，最低溫度約為1000℃ ，總體分布比較均勻，約為1030℃ 。實際生產的風機主軸鍛件，表面無裂紋，法蘭表面平整，圓角處飽滿成形,金屬流動較好，與模擬結果相比,總體比較吻合。

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