風機主軸鍛件是風電設(shè)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(shè)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(jù)。

  1.生產(chǎn)流程

  該鍛件的生產(chǎn)流程為：冶煉一鍛造一鍛后熱處理一粗加工一檢測一調(diào)質(zhì)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(zhuǎn)加壓成形。圓角半徑為R =250mm ，須放在專用漏盤內(nèi)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(jù)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要求，如20℃、0℃、一2O℃、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。對坯料、上砧、漏盤進行實體建模，在UG6.0中進行三維圖形的繪制，將圖形轉(zhuǎn)化為st1格式 ，導人FORGE中，網(wǎng)格劃分是元模擬前的重要環(huán)節(jié)。合理的網(wǎng)格劃分能夠保證計算結(jié)果的準確性,網(wǎng)格數(shù)垃的多少將會影響到計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來說，網(wǎng)格數(shù)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(wǎng)格數(shù)量時應權(quán)衡考慮。FORGE具有強大的網(wǎng)格自動劃分功能，還具有局部網(wǎng)格細劃分功能,因法蘭外緣處、圓角成形處應變較大，網(wǎng)格畸變較嚴重，在此區(qū)域網(wǎng)格應細劃分。

  2.風機軸圓角成形模擬結(jié)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(shù)據(jù)。總體模擬效果較好，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(xiàn)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?qū)ΨQ，現(xiàn)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(zhuǎn)加壓，法蘭表面變?yōu)槠秸瑘A角處的金屬受三向壓應力作用，最終完成法蘭及圓角成形。

  3.圓角成形最后階段時的應力分布圖

應力分布總體上均勻?qū)ΨQ。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(xiàn)折疊現(xiàn)象。可以看出溫度場的最終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1OOO℃ ，總體分布比較均勻，約為1030℃ 。實際生產(chǎn)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(jié)果相比,總體比較吻合。

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