能虽然受炼钢锻造和热处理等技术水平的综合影响，但锻造环节有着重要的作用。为了获得优质锻件，必须通过锻造工艺来消除或者减少这些缺陷。关于大型锻件锻造工艺中的镦粗工序的理论认识，传统镦粗理论认为普通平板间的圆柱体镦粗，不管毛坯尺寸如何，中心部位都会处于三向压应力状态。但是，燕山大学刘助柏自年以来，在理论研究与实验的基础上，从塑性力学的基本理论出发，把镦粗的变形区分为主动塑性变形区和被动塑性变形区，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目录摘要,绪论概述大型汽轮机转子的制造概况国内外大型汽轮机转子生产研究状况转子生产过程重要工序汽轮机低压转子锻件锻造工艺过程大型锻件镦粗工艺概况镦粗基本概念几种镦粗理论概述本文主要内容镦粗力学分析及镦粗新工艺非均匀镦粗金属流动原理普通平板间镦粗圆柱体的新理论基本假设刚塑性力学模型的拉应力理论静水应力区力学模型的切应力理论结论凹面板漏盘圆柱体镦粗的力学模型提出新力学模型的依据力学模型与分析几何参数的数学关系基于有限元软件的数值模拟基本理论刚粘塑性有限元基本理论刚粘塑性材料的基本假设塑性力学基本方程刚粘塑性有限元的变分原理刚粘塑性有限元求解过程有限元软件简介有限元软件概述系统模块的主要功能凹面板漏盘圆柱体镦粗的数值模拟建立锻件毛坯镦粗板几何模型前处理及数据准备后处理及数据分析普通平板圆柱体镦粗数值模拟凹面板漏盘圆柱体镦粗数值模拟总结与展望本文的结论本文的不足展望致谢参考文献摘要大型汽轮机转子性能虽然受炼钢锻造和热处理等技术水平的综合影响，但锻造环节有着重要的作用。为了获得优质锻件，必须通过锻造工艺来消除或者减少缺陷。镦粗是大型锻件锻造工艺中的重要工序，镦粗拔长可以有效打碎钢锭的铸造树枝晶组织，反复进行镦粗和拔长可以破碎合金工具钢中的碳化物，并使其均匀分布，提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性。关于镦粗工艺理论，刘助柏的普通平板圆柱体镦粗理论存在不足，本文提出凹面板漏盘圆柱体镦粗模型，并进行力学分析。本文以大型汽轮机转子为研究对象，运用有限元软件，对不同的几何工艺参数进行了数值模拟，分析了不同的几何工艺参数对锻件内部应力应变状况的影响，并对相关参数进行了比较优化分析，选取下面较合理的参数凹面板球半径漏盘孔口倒圆角半径漏盘孔与钳，大型汽轮机转子锻件凹面板漏盘镦粗工序研究机械设计制造及其自动化林水雄指导教师倪利勇王贵萧时诚毕业论文绪论概述大型汽轮机转子是大型锻件中具有代表性的技术密集型产品，是火电机组发电设备中的重要部件，件大体重质量要求高冶金缺陷多制造周期长生产难度大。随着我国经济快速发展，对电力能源的需求越来越大，对大型汽轮机转子的需要也将日益增加。因此，对大型汽轮机转子进行研究，提高转子的质量，保证其运行过程中的安全可靠性和提高其使用寿命，具有十分重要的意义。大型汽轮机转子生产具有以下三个主要特点质量要求严格大型汽轮机转子锻件是汽轮机中的关键部件，工作时要承受高温高压，且转速很高通常转数为，超速试验高达，受力复杂，要承受很大的离心力扭转应力。因此，要求转子锻件整个截面晶粒细而均，要求强度塑性韧性等各种常温高温力学性能指标较高，并保持最大可能的均匀性和最小的残余应力。工艺过程复杂大型汽轮机转子生产过程是项系统工程，包括冶炼铸锭加热锻造热处理等。工序多，周期长，生产技术复杂。生产费用高大型汽轮机转子的原料生产设备生产周期等成本高，而且产品报废率高。因此，提高材料利用率，减少废品率，在技术和经济上具有重要的把间隙量上镦粗板压下速度。关键词大型锻件汽轮机转子镦粗数值模拟应力值如表所示，图所示钳把应力值没有明显的变化，当间隙量时，应力值近似相等。因此，选取漏盘孔与钳把间隙量为。表钳把应力值小结根据上面的模拟分析，凹面板漏盘圆柱体镦粗，选取几何锻造参数如表所示。表几何参数锻造参数将上述参数的毛坯镦粗后沿对称面剖视，在向取点如图所示，其应变应力值曲线如图所示。图对称面点示意图凹面板球半径漏盘孔口倒圆角半径漏盘孔与钳把间隙量压下量压下速度应变值曲线应力值曲线图应力应变值曲线由图可知，毛坯镦粗后鼓形上下并不十分严格对称，随着压下速度的增加，不对称度越大，这主要是因为边界摩擦条件不同由图可知，沿方向，中心区应变应力最强烈，向两端面逐渐减少，难变区仍然存在，但是上下端难变区的应变应力状态差别很大，上端难变区应力大，产生微小变形，下端难变区应力很小，应变也几乎为零。这与凹面板漏盘镦粗模型力学分析时的假设结论符合。总结与展望本文对典型的大型轴类锻件汽轮机低压转子的镦粗工序进行研究，在普通平板圆柱体镦粗理论的基础上，尝试提出凹面板漏盘圆柱体镦粗力学模型，运用三维刚粘塑性热力耦合有限元法，对其镦粗工艺过程进行了模拟，研究了锻造过程中不同的几何参数及工艺参数对大型锻件成形质量及内部性质的影响，并根据模拟结果优化分析得到了合理的锻造参数，为实际生产中大型轴类锻件锻造工艺的制定提供了有效的参考。本文的结论凹面板漏盘圆柱体镦粗力学模型与数值模拟的结果相符。运用对普通平板圆柱体间镦粗进行数值模拟，模拟结果与理论相符，证明了该理论正确提出了凹面板漏盘圆柱体镦粗模型，认为钳把对锻件的力学性能影响不可忽略，通过数值模拟证明了该观点正确，这与刘国晖等人的论文圆柱体在平板和漏盘间镦粗时的力学分析中国机械工程，上的学术观点不同。采用凹面板漏盘圆柱体镦粗方法，虽然能解决实际生产过程锻件毛坯带钳把的问题，能有效防止后续工艺拔长时产生凹心的问题，但是仍无法解决刚性区应变小的问题。以锻件内部获得较大应变北京机械工业出版社，邹善藻三十五年来我国的转子锻件制造大型锻造件杨凤汽轮机转子的热应力分析和疲劳寿命研究沈阳沈阳工业大学，刘显惠，林锦棠国内外汽轮机大型转子锻件材料的技术进展国外金属热处理汤健大型汽轮机低压转子锻件的制造技术铸锻热热处理实践刘助柏，倪利勇等大锻件形变新理论新工艺及关键技术研究的回顾与展望大型铸锻件邓冬梅大型锻件锻造新理论与新工艺的数值模拟秦皇岛燕山大学，王雷刚大型汽轮机转子锻造工艺模拟与智能研究秦皇岛燕山大学，倪利勇等大型饼类锻件漏盘镦挤工艺的数值模拟与优化广东海洋大学学报刘助柏，王连东，李纬民，齐作玉镦粗力学分析大型铸锻件刘助柏，王连东，刘国晖，李纬民塑性工程力学镦粗和拔长理论与技术的进展自然科学进展刘助柏大型锻件锻造理论与工艺研究成果中国科学基金李仕华，刘助柏圆柱体在普通平板间镦粗时应力场的定量物理模拟中国机械工程李仕华上下新锻造法含平板镦粗圆柱体定量物理模拟的研究齐齐哈尔东北重型机械学院，张庆，梁辰，刘助柏圆柱体在普通平板间镦粗时应力场的数值模拟机械工程学报梁辰圆柱体镦粗时应力场的数值模拟及物理模拟秦皇岛燕山大学刘国晖，肖文辉，倪利勇，刘助柏圆柱体在平板和漏盘间镦粗时的力学分析中国机械工程，付强大型轴类锻件锻造过程的数值模拟研究上海上海交通大学而且相对均匀应力较小为评价目标，认为几何参数凹面板球半径漏盘孔口倒圆角半径漏盘孔与钳把间隙量锻造参数上镦粗板压下速度是较合理的镦粗参数。本文的不足本文讨论的几何工艺参数是连续量，但本文模拟过程只取有限的离散值进行模拟比较分析。本文对模拟结果的分析方法比较少，采用鼠标捕捉数据的方法，精度相对较低。本文模拟所用的大型锻件材料是软件中自带的材料模型，即，这与实际生产中的锻件材料有定差别。因此，为了使数值模拟结果与实际生产中更接近，就必须通过实验获得其材料属性及本构方程，并输入到有限元软件中。展望为了改善刚性区的应变状态，可以考虑使用凸面板漏盘圆柱体镦粗进行模拟分析，这与刘助柏提出的锥形板镦粗工艺理论相似。大型锻件内部微观组织的变化同样决定着成形锻件的机械性能，在本文模拟分析得到的参数的基础上，应进步考虑锻件内部微观组织的演化规律，从而完善锻造工艺，提高锻件质量。在以后的研究中应该通过具体实验来检验及校正模拟所得的工艺参数，并将其运用到实际生产当中，以指导大型轴类锻件的生产制造。致谢本文是在指导教师倪利勇博士的热情关怀和悉心指导下完成的。从课