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，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意义。在大型汽轮机转子生产工艺过程中，合金钢材料经过冶炼铸锭工序形成钢锭，再直接开坯锻造而成为转子。钢锭内部不可避免地存在着偏析疏松缩孔及微裂纹等冶金缺陷。而且钢锭尺寸越大，这些缺陷越严重。转子的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拟图根部应力云图由图可获得根部应力值，如表所示。表根部应力值根部破坏值如表所示。表根部破坏值在破坏值为零的前提下，为了避免应力集中，应力值应尽量小，因此选取漏盘孔口倒圆角半径。由图可知，所模拟的四个不同倒圆角半径值，毛坯镦粗后根部表面形状的差异不大，其影响可忽略。漏盘孔与钳把间隙量的选择在镦粗过程，毛坯钳把与漏盘孔的配合关系是间隙配合，若间隙较小，则装配时困难，若间隙较大，则毛坯与下镦粗板接触面积小，金属横向流动较多，可使得毛坯鼓形上下不对称。选取凹面板球半径，镦粗板压下速度压下量为，漏盘孔口倒圆角半径为。再分别选取漏盘孔与钳把的间隙量为进行模拟比较。毛坯镦粗后根部剖视图及应力云图如图所示。图根部应力云图由图可知，间隙量时毛坯的根部形状相似，没有明显的不同，随着间隙量增大，难变形区面积稍微减少，这对提高毛坯内部综合性能有利。钳把应力值如表所示，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，对其镦粗工艺过我的老师,感谢在大型件锻造工艺理论研究方面的各位学者,参考文献谢懿主编实用锻压技术手册北京机械工业出版社，王占学主编塑性加工金属学北京冶金工业出版社，吕炎主编锻件缺陷分析与对策北京机械工业出版社，李尚健金属塑性成形过程模拟北京机械工业出版社，汪大年金属塑性成形原理北京机械工业出版社，吕炎等编锻压成形理论与工艺北京机械工业出版社，刘助柏塑性成形新技术及其力学原理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