風(fēng)機(jī)主軸鍛件是風(fēng)電設(shè)備的核心部件。針對(duì)風(fēng)機(jī)主軸批量大、截面變化大的特點(diǎn)，尤其是法蘭過渡圓角比較大，需設(shè)計(jì)出科學(xué)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(cè)合格。對(duì)大型鍛件單一的進(jìn)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(yīng)力 、等效應(yīng)變分布，為以后的工藝改進(jìn)提供合理的科學(xué)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(cè)一調(diào)質(zhì)一性能試驗(yàn)一粗加工一檢測(cè)一交貨。風(fēng)機(jī)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(jìn)行胎膜鍛造。

  由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在使用的地域環(huán)境不同，緯度相差懸殊，野外風(fēng)口使用無法進(jìn)行大規(guī)模的維修等特點(diǎn)，使風(fēng)機(jī)主軸的材料選擇尤為重要。根據(jù)服役地點(diǎn)，如沿海、溫帶、準(zhǔn)寒帶、寒帶的不同，材料選擇應(yīng)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(gè)溫度期間的力學(xué)性能和使用壽命。對(duì)坯料、上砧、漏盤進(jìn)行實(shí)體建模，在UG6.0中進(jìn)行三維圖形的繪制，將圖形轉(zhuǎn)化為st1格式 ，導(dǎo)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(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,網(wǎng)格數(shù)垃的多少將會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)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(jì)算精度就會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)大大增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮。FORGE具有強(qiáng)大的網(wǎng)格自動(dòng)劃分功能，還具有局部網(wǎng)格細(xì)劃分功能,因法蘭外緣處、圓角成形處應(yīng)變較大，網(wǎng)格畸變較嚴(yán)重，在此區(qū)域網(wǎng)格應(yīng)細(xì)劃分。

  2.風(fēng)機(jī)軸圓角成形模擬結(jié)果分析

  借助于FORGE軟件對(duì)風(fēng)機(jī)軸圓角成形的模擬模型進(jìn)行了有限元分析計(jì)算并進(jìn)行后處理，獲得其成形效果圖、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)及溫度場(chǎng)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(dǎo)致法蘭厚度不均，這與現(xiàn)實(shí)情況比較吻合。圓角部分成形較好,無折疊。風(fēng)機(jī)軸圓角成形過程，因?qū)ΨQ，現(xiàn)只分析坯料一半時(shí)的成形過程。將加熱好的風(fēng)機(jī)軸坯料放入漏盤中，上砧接觸風(fēng)機(jī)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(yùn)動(dòng)，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(yīng)力作用，最終完成法蘭及圓角成形。

  3.圓角成形最后階段時(shí)的應(yīng)力分布圖

應(yīng)力分布總體上均勻?qū)ΨQ。與上砧接觸位置受力較大,符合應(yīng)力分布規(guī)律，等效應(yīng)力值最大能達(dá)到90MPa。法蘭圓角處，金屬流動(dòng)劇烈，受力較大。圓角成形最后階段時(shí)等效應(yīng)變分布，應(yīng)變最終集中在法蘭處、圓角處，應(yīng)變最大值為0.3。應(yīng)特別注意，圓角處應(yīng)變 大時(shí)金屬容易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。可以看出溫度場(chǎng)的最終分布情況與等效應(yīng)變的分布一致，即應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)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(dòng)較好，與模擬結(jié)果相比,總體比較吻合。

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