塑性变形区，提出了圆柱体镦粗时刚塑性力学模型的拉应力理论，否定了传统上占统治地位近百年的学说。
这新理论普遍被其他学者接受。
随着计算机技术的发展，材料塑性成形过程产生了新的实验方法。
以有限元为代表的数值模拟方法，在金属材料塑性成形的理论研究和生产实际中已显示出其作用。
通过数值模拟试验，能有效的验证理论认识，能为实际生产工艺的制造提供参考，对优化工艺过程提高产品质量缩短研发周期降低生产成本以及提高生产效率等方面都具有十分重要的意义。
大型汽轮机转子的制造概况自从年德国首次采用整体锻法生产出第根额定功率为重的发电机转子以来，随着发电机组特别是核电机组容量的大型化，目前锻造用钢锭已重达。
我国转子锻件生产与工业发达国家比，晚了半个多世纪，起步较晚，工业基础差，技术底子薄，生产中曾经遇到各种困难。
从八十年代以来，由于引进国外先进技术，几个转子锻件生产厂，经过技术改造后，冶炼铸锭锻造热处理以及毛坯粗加工等工艺理论及装备有了很大改进。
国内外大型汽轮机转子生产研究状况年代以来，随着电子工业的发展，转子锻造技术突飞猛进地发展。
我国在年代初期与美国西屋电器公司签订协议，花费亿元引进了火电机组技术及设备年代中期，又引进了日本宝兰的先进工艺，经过几年的消化吸收，目前我国转子的生产和检验基本上采用引进的工艺和标准。
我国众多生产企业和高等院校参与研究，清华大学东北重型机械学院现为燕山大学等研究单位提出了系列锻造新工艺理论与新技术，如法法对称或型砧锻造法法，成功开发出钢锭凝固模拟软件锻件热处理模拟软件锻造高温密栅云纹模拟方法，使我国大锻件水平上了个新台阶。
目前我国生产转子的最大直径从年的增大到，转子所用钢锭的重量由年的增大到。
然而，同国外大锻件制造业相比，我国大锻件行业仍存在着生产厂点过多低水平配套效率低设备老化重复建设较严重机械化生产水平低等主要问题。
如韩国重工，铸锻事业部约人，年产锻件万吨而我国重二重铸锻方面约多人，年产锻件约万吨。
日本大锻件生产厂家家，年产量达万吨。
德国家，美国家，产量达万吨。
如国外以上水压机多数配备有主锻造操作机和的配套操作机，并有计算机联动控制，激光测量尺寸装置，锻件尺寸误差。
加热炉热处理炉多数也实现了计算机控制。
而我国台以上水压机仅有台配有锻造操作机，加热炉与热处理炉全为人工控制。
国外能生产的超临界机组及的超临界机组锻件，钢高压复合转子，大型超导发电机转子锻件，各种特殊轧辊锻件等我国目前尚不能生产。
因此，为了改进并提高我国大锻件行业的制造水平与竞争能力，不仅要在硬件设备大型压力机，操作机上加大研究力度，跟上先进国家的发展步伐而且要将大锻件的生产过程与先进制造工艺相结合，将实际生产与计算机辅助模拟相结合，提高生产效率，缩短制造周期，改进产品质量，使我国大锻件的工艺水平达到新的突破。
转子生产过程重要工序图是重锻造的汽轮机低压转子锻件图。
图汽轮机低压转子锻件图转子制造是个系统工程，包括冶炼铸锭锻造热处理以及毛坯粗加工等过程。
转子质量主要表现在纯净性均匀性和致密性三个方面，要求锻件整个截面晶粒细而均，从而具有较高的强度塑性韧性等各种常温高温力学性能指标。
在实际生产过程，需要重点注意下面几个环节冶炼保证转子质量，关键在提高钢水和钢锭的质量。
气体和非金属夹杂物是影响钢材质量最为不利的因素，因此在冶炼过程中要尽量降低刚体中气体和非金属夹杂物的含量。
近代发展起来的真空碳脱氧生产工艺，显著地达到这个目的，改善了钢锭的质量。
由生产实践证明，采用生产工艺，由于脱氧物不溶于钢中的气体，可更好地提高钢的纯净渡，减少钢中氢含量，显著地减少钢锭中的形和倒形宏观偏析，使整个转子锻件机械性能的均匀性和各向同性得到改善，瞬间高温性能断裂韧性疲劳强度等性能得到提高。
图凌角普通锻造用钢锭锭型和钢锭质量图是大型锻件普通锻造用钢锭图。
钢锭件主要有三个工艺参数高径比钢锭棱边数量钢锭锥度。
根据高径比的大小，可将钢锭件分为细长钢锭和短粗钢锭。
经过长期的生产实践和科学分析证明，细长钢锭高径比大，锥度小，钢锭沿横向凝固，不可能保持向冒口凝固的有效方向性，这种钢锭的心部，在从横壁四周不等速生长起来的树枝状晶梢部衔接处，容易产生疏松。
钢锭因补缩关系也容易产生二次缩孔，轴向致密度差。
短粗型钢锭，高径比小，由于增大了钢锭模的锥度，容易造成钢水由底部向冒口部位的有向结晶，有利于补缩和减少疏松，使偏析区移向冒口部位，最后作为料头切除。
短粗型钢锭不仅提高了锭心质量，有时不墩粗只拔长也能满足锻造比。
多年的生产实践证明，短粗锭型加真空浇注的锻件质量属性。
混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。
凹面板漏盘圆柱体镦粗的数值模拟基于有限元软件的数值模拟，流程般为建立锻件毛坯模具三维几何模型前处理生成数据文件运行数据文件进行计算后处理。
由于不能直接建立三维几何模型，本次研究首先基于软件建模并保存为文件，再导入到中。
建立锻件毛坯镦粗板几何模型建立锻件毛坯镦粗板几何模型过程，由下面两个步骤组成锻件和坯料的计算。
锻件算料的基本原则是体积不变定律，即锻造变形前的坯料体积和锻造变形后的锻件体积相等，锻造过程中金属内部的气孔疏松等被压实，体积会微微缩小，可忽略不计。
式中，为坯料体积为锻件体积为烧损火耗体积为工艺损耗体积。
由图，参考实用锻压技术手册表，汽轮机转子钢锭采用多棱角短粗型钢锭，钢锭重量。
钢锭尺寸简图如图所示，单位为。
图多角短粗型钢锭简图经过压钳口割钳口割肩部割底部倒凌操作后，毛坯尺寸如图所示。
高径比符合生产实践中选用钢锭高径比范围。
图第次镦粗前毛坯尺寸图基于建立转子毛坯镦粗板的几何模型。
由图公式，采用参数化建模，建立毛坯镦粗板三维几何模型。
本文对不同的几何参数进行数值模拟，在中，仅需修改文本的尺寸，便可实现模型动态改变。
模型如图所示。
转子毛坯几何模型上镦粗板几何模型下镦粗板几何模型整体有限元模型图转子毛坯镦粗板模型前处理及数据准备本文的有限元模拟仅仅进行等温塑性成形分析，不考虑热传递影响。
锻件毛坯材料设置为刚粘塑性材料，镦粗板变形量很小，设置为刚体。
在中，按照毛坯上模具下模具的顺序导入几何模型，系统自动默认毛坯材料为，模具材料为对于非刚性材料和考虑热传影响的刚体材料，需要划分有限元网格。
可根据网格的绝对尺寸相对尺寸等选项来划分毛坯的网格，本文选用中默认四面体网格对于非刚性材料和考虑热传影响的刚体材料，需要设置材料的属性。
由图可知转子材料为合金结构钢，选取系统自带材料。
其不同温度下随应变率变化的应力应变曲线如图所示在生产实践中，大型汽轮机转子常加热到，再进行锻造，模具常加温至图号钢应力应变曲线应力单位毛坯与镦粗板的接触摩擦方式为，摩擦系数为常数下镦粗板固定，上镦粗板向下运动，速度范围为由镦粗后高径比毛坯初始高度毛坯直径，可知镦粗压下量。
本文设置模拟步数为，每步行程，即压下量为流动应力是关于温度应变和应变率的函数，即镦粗用水压机的最高负载能力为万吨。
初始有限元模型材料参数如表所示。
表初始有限元模型材料参数锻件材料锻件初始温度上下镦粗板温度摩擦系数后处理及数据分析普通平板圆柱体镦粗数值模拟设置压下量为，上镦粗板压下速度为，镦粗后高径比约为。
镦粗板的负载曲线如图所示，在锻件毛坯对称面上取点，如图所示。
图镦粗板负载曲线图对称面上采集数据点示意图由图可知，用的压下速度将毛坯压下时，所需的负载不超过许用负载，因此采用该参数的普通平板圆柱体镦粗可行。
在不同压下量时，图所示点应变应力曲线如图所示。
图普通平板圆柱体镦粗应变应力曲线图由图可知，随着压下量增大，毛坯内部的应变增大，且内部变形越不均匀，这对不同区域的组织与性能的改善是不样的在变形过程，当镦粗体高径比时，毛坯的被动塑性变形区存在两拉压的应力状态，这对焊合毛坯内部缺陷是不利的当高径比左右时，被动塑性变形区出现三向压应力当高径比时，毛坯中心区产生强力的三向压应力，而且随着压下量的增大，应力增大强烈。
以上数值模拟的结果，与刘助柏的普通平板圆柱体镦粗理论相符。
凹面板漏盘圆柱体镦粗数值模拟镦粗速度凹面板球半径的选择镦粗过程中，为了较好的锻合内部缺陷，获得较高的拔长比，实际生产时常常将毛坯镦粗至高径比，使用较高的镦粗速度。
但是镦粗水压机的负载随着镦粗速度的增加而增加，镦粗后高径比的减少而增加。
本节取镦粗后高径比约为，即压下量为，漏盘孔与钳把的间隙量为，漏盘孔口倒圆角为。
分别取中心角，镦粗压下速度为，负载曲线如图所示。
由图可知，当时，实际负载超过许可负载，该速度参数不可行。
分别取中心角，镦粗压下速度，负载曲线如图所示。
分别取中心角，镦粗压下速度，负载曲线如图所示。
图时负载曲线图图时负载曲线图图时负载曲线图由图可知，镦粗压下速度，中心角时的实际负载没有超过许可负载由图可知，镦粗压下速度，中心角时的实际负载没有超过许可负载。
将上述四种参数的毛坯沿点剖开，如图所示，在毛坯对称面横向取七个数据点，如图所示。
图剖视点图数据点在不同压下量时的应变应力曲线分别如图所示。
在各曲线上，将点在压下量时的值取平均值，定义为主动塑性变形区应变应力值将点在压下量时值取平均值，定义为中心区应变应力值。
其应变应力值如表所示。
应变应力值比较如图所示。
其中应变负值表示被压，正值表示被压，应力值负值表示压应力，正值表示拉应力，单位为。
图时应变应力曲线图时应变应力曲线图时应变应力曲线图时应变应力曲线表压下量时应变应力值中心区主动塑性变形区中心区主动塑性变形区中心区主动塑性变形区中心区主动塑性变形区注如所示，应变应力比较图柱形示意图从左往右分别表示，，，，时，中心区和主动塑性变形区的应变或者应力值。
下面的图示相同。
图应变应力值比较图根据毛坯内部较高的应变应变均匀以及较小的应力值三个评价标准，比较图中各应变应力值，参数时毛坯镦粗后内部有较好的综合性能，即凹面板球半径。
其心部应变应力云图如图所示。
目录摘要，绪论概述大型汽轮机转子的制造
毕业论文：300MW大型汽轮机转子数值模拟
