大型轴类锻件锻造过程的数值模拟研究

摘要

大型轴类锻件主要包括大型轧辊、传动轴、汽轮机转子等，一般用于机器设备的关键和核心部位，对质量要求十分严格。然而，同一般锻件相比，大型锻件内部往往存在着更严重的冶金缺陷：如疏松、偏析、空洞、夹杂等，且其表面质量及尺寸精度也更加难以控制。因此，大型锻件必须通过合理的锻造工艺来改善或消除这些缺陷，并达到所需的零件形状，从而最终获得尺寸精度和内部质量均满足要求的成形锻件。 本文选取典型的大型轴类锻件——300MW 汽轮机转子为研究对象，将其完整的锻造工艺分成了三大锻造步骤，并运用有限元软件DEFORM，对不同的锻造步骤分别进行了数值模拟。在模拟过程中分析了不同的工艺参数对锻件内部质量和尺寸精度的影响，并根据模拟结果优化得到了大型轴类锻件的锻造工艺路线。具体的研究内容和所得结论如下： （1）对初始圆截面坯料拔长成矩形截面锻件的过程进行了模拟，研究了该过程中不同的工艺参数对锻件表面质量的影响，优化得到了最佳的上下砧圆角弧线、锻造过程中的进给量及圆截面坯料拔长过程中的压下工序。 （2）对上下宽平砧拔长矩形截面锻件的过程进行了模拟，研究了该过程中不同的工艺参数对锻件内部孔洞闭合效果及等效应变分布状态的影响，优化得到了最佳的上下砧宽、矩形截面锻件拔长过程中的压下工序及每一趟工序中的错砧方案。 （3）对大型轴类锻件倒棱滚圆的过程进行了模拟，研究了该过程中不同砧形对最终成形锻件尺寸精度及内部应力应变状态的影响，优化得到了倒棱滚圆过程中的最佳砧形及其工艺路线。