锻造风机主轴锻件工艺过程

    风机主轴是风电设备的核心部件。针对风机主轴批量大、截面变化大的特点 ，尤其是法兰过渡圆角比较大 ，需设计出科学合理的工装模具 ，研究出合理 、可行的工艺方案 ，以保证各截面的锻比和心部组织的致密 ，确保后期无损检测合格。对大型锻件单一的进行物理模拟存在许多困难。本文通过FORGE有限元模拟软件 ，研究法兰过渡圆角处成形过程中的等效应力 、等效应变分布 ，为以后的工艺改进提供合理的科学依据。

1 生产流程

   该锻件的生产流程为 ：冶炼一锻造一锻后热处理一粗加工一检测一调质一性能试验一粗加工一检测一交货。风机轴锻件尺寸。法兰尺寸较大 ，(直径1525mm ×160mm ，采用旋转加压成形 。圆角半径为R=250mm ，须放在专用漏盘内进行胎膜锻造。

由于风力发电机存在使用 的地域环境不同，纬度相差悬殊 ，野外风口使用无法进行大规模的维修等特点，使风机主轴的材料选择尤为重要。根据服役地点 ，如沿海、温带 、准寒带 、寒带的不同 ，材料选择应满足不同地域的求 ，如20℃、0℃ 、一2O℃ 、一40℃工作环境的材料 ，并保证各个温度期间的力学性能和使用寿命。 a.34CrNiMo6成为我们的首选材料。

   对坯料 、上砧 、漏盘进行实体建模 ，在U G6.0中进行三维图形的绘制 ，将图形转化为st1格式 ，导人FORGE中，网格划分是元模拟前的重要环节。合理的网格划分能够保证计算结果的准确性,网格数垃的多少将会影响到计算结果的精度和计算规模的大小。一般来说，网格数量增加，边界拟合共建形状越精确,计算精度就会有所提高，但同时 计算规模也会大大增加，所以在确定网格数量时应权衡考虑。FORGE具有强大的网格自动划分功能，还具有局部网格细划分功能I,因法兰外缘处、圆角成形处应变较大，网格畸变较严重，在此区域网格应细划分。

 风机轴圆角成形模拟结果分析

   借助于FORGE软件对风机轴圆角成形的模 拟模型进行了有限元分析计算并进行后处理，获得其成形效果图、应力场、应变场及温度场等数据。总体模拟效果较好，法兰外表面平整，其外缘处壁变薄，导致法兰厚度不均，这与现实情况比较吻合。圆角部分成形较好,无折叠。风机轴圆角成形过程，因对称，现只分析坯料一半时的成形过程。将加热好的风机轴坯料放入漏盘中，上砧接触风机轴法兰部分，为上砧开始施加压力，与上砧接触部分金属开始运动，金属一部分流向法 兰，另一部分流向圆角处。随着上砧的旋转加压，法兰表面变为平整，圆角处的金属受三向压应力作用，最终完成法兰及圆角成形。

   圆角成形最后阶段时的应力分布图。应力分布总体上均匀对称。与上砧接触位置受力较大,符合应力分布规律，等效应力值最大能达到90MPa。法兰圆角处，金属流动剧烈，受力较大。圆角成形最后阶段时等效应变分布，应变最终集中在法兰处、圆角处，应变最大值为0.3。应特别注意，圆角处应变 大时金属容易出现折叠现象。可以看出温度场的最终分布情况与等效应变的分布一致，即应变大的部分温度高。锻件表面最高温度约为1100℃ ，最低温度约为1OOO℃ ，总体分布比较均匀，约为1030℃ 。实际生产的风机主轴锻件，表面无裂纹，法兰表面平整，圆角处饱满成形,金属流动较好，与模拟结果相比,总体比较吻合。