大型轴类锻件锻造工艺过程数值模拟

南京理工大学
毕业设计说明书(论文)
作者: 陈杰学号：0916150209
学院(系):材料科学与工程学院
专业: 材料成型及控制工程
题目: 大型轴类锻件锻造工艺过程数值模拟
黄俊讲师
指导者：
(姓名) (专业技术职务)
评阅者：
(姓名) (专业技术职务)
2021 年 6 月
目次
1 绪论 (1)
1.1 选题背景及意义 (1)
1.2 国内外研究概况 (1)
有限元软件DEFORM-3D简介 (2)
1.4本课题研究内容 (3)
2 大型锻件多工步锻造过程模拟总体方案 (4)
热力耦合刚粘塑性有限元理论根底 (4)
2.2 大型锻件多工步锻造过程在DEFORM软件中的实现 (4)
3大型风电主轴锻件的数值模拟研究 (7)
大型轴类锻件倒棱滚圆过程的数值模拟 (7)
大型轴类锻件镦粗与拔长的数值模拟 (13)
大型轴类锻件号印分料与切除过程的数值模拟 (17)
大型轴类锻件模锻过程的数值模拟 (20)
结论 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
1 绪论
选题背景及意义
大型锻件生产的主要特点是：体重形大，质量要求严格，工艺过程复杂，生产费用高，生产周期长。

其完整的生产流程为：冶炼→铸锭→锻造→粗加工→热处理→精加工。

显然大锻件的质量是炼钢、锻造和热处理等专业综合技术水平的标志，其中锻造环节起着非常重要的作用。

大型锻件锻造的任务，不仅是为了得到一定形状和尺寸的锻件，更重要的是通过锻造破碎钢锭的铸态组织，消除钢锭内部的疏松、裂纹、气孔等缺陷，改善第二相化合物及非金属夹杂物在钢中的分布，以提高锻件性能。

可见，锻造是大型锻件生产的重要工序之一，锻造工艺的好坏以及锻造水平的上下往往会对最终成形产品的质量产生很大的影响，甚至可能造成锻件报废的后果。

然而，目前我国大型锻件锻造工艺过程的制定主要依据人为经验，缺乏对锻造具体工艺规律与实质的认识。

因此，要提高大型锻件的生产水平，就必须从具体的锻造过程入手，研究每一步锻造工艺及其参数对大锻件成形质量的影响，真正了解大锻件锻造的目的与实质，从而制定出有效且可行的锻造工艺[1-3]。

风电装备中采用的大型轴类锻件重数十吨，前期投入大，一旦报废，损失巨大，对锻造工艺设计的合理性提出了更高的要求，针对大型风电主轴锻件制造过程，采用三维有限元方法进行温度场及应力场数值模拟与仿真，分析锻件成形过程中温度及应力应变的分布与变化规律，从而研究锻造温度、加热时间、锻压力等工艺参数与锻件质量的关系，得出工艺参数对锻件质量的影响规律。

国内外研究概况
大型锻件的锻造变形是复杂的大塑性变形，运用经典的金属塑性成形理论很难求出精确解，对内部应力、应变场的分析更是无能为力。

因此，物理模拟和数值模拟便成为了求解锻造过程中应力应变场以及分析金属流动规律的有效方法。

90 年代前，塑性泥法[4-5]、密珊云纹法[6-7]等物理模拟方法得到了广泛的应用，为人们最初认识拔长和评价拔长方法提供了帮助。

然而，由于大型锻件的尺寸过大，物理模拟方法只能采用按比例缩小
的近似模型，这样的近似使得模拟结果产生较大的误差，限制了其应用范围。

近二十年来，随着计算机软硬件水平和数值分析方法理论的不断开展，有限元模拟技术在金属加工领域得到了大量的应用，目前已经成为人们研究拔长技术和理论、优化并标准拔长工艺的最有效工具。

大型轴类锻件的锻造过程包括拔长、倒棱、滚圆等根本工序。

其中拔长是改善锻件性能的主要工序，目前国内外学者针对不同的拔长工艺和特点，已经运用数值模拟技术进行了许多研究[8-12]。

倒棱和滚圆是大型轴类锻件的最后成形工序，对锻件最终的尺寸精度和成形质量同样有着很大影响。

但一直以来，有关倒棱和滚圆的深入研究还很少：燕山大学的王雷刚选取大型锻件横截面建立二维模型，并运用ANSYS软件模拟平砧倒棱，研究了锻件在倒棱过程中的应力应变分布[13]；Choi S K等人针对不同的进给量和翻转角度，运用Deform软件模拟了锻件的滚圆过程[14]。

然而这些研究并未分析型砧形状对锻造成形精度的影响，也没有考虑倒棱与滚圆两道工序之间的相互作用。

上海交通大学付强，崔振山等人通过编写Fortran程序，反复调用Deform软件的前处理模块，实现了包括一次进给屡次翻转的倒棱滚圆过程的自动模拟。

然后根据模拟结果，分析并比拟了不同型砧下锻造工艺路线的拔长效果，以及在给定坯料初始尺寸的情况下成形锻件的尺寸大小、精度和内部应力应变状态[15]。

是否来自同一篇文献？
上海交通大学付强对圆截面坯料拔长至矩形截面的工艺过程进行数值模拟分析，该工艺过程是大型轴类锻件完整拔长工艺的第一步，为后续矩形截面锻件的拔长做好锻件形状及初始内部质量的准备，是大型轴类锻件拔长工艺中的关键步骤[15-16]。

1.3有限元软件DEFORM-3D简介加引用
DEFORM-3D是对在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成型设备特性，并基于工艺模拟系统的有限元仿真分析软件。

它专门用于各种金属成形工艺和热处理工艺的模拟仿真分析，可模拟自由锻、模锻、挤压、拉拔、轧制等多种塑性成形工艺过程，包括冷、温、热塑性成形问题、多工序塑性成形问题、模具应力和弹性变形及破损的模拟分析。

可提供极有价值的工艺分析数据；如材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构的缺陷产生开展情况等。

DEFORM-3D适用于刚性、塑性及弹性金属材料、粉末烧结体材料、玻璃及聚合物材料等的成形过程。

DEFORM-3D 强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中多个关联对象祸合作用的大变形和热特性，系统中集成了在必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。

在精度要求较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低问题的规模，并显著提高计算效率。

DEFORM-3D图形界面，既强大又灵活。

便于输入工艺参数、几何数据、材料性能、热性能、扩散和材料金相组织数据，并为用户观察结果数据提供了有效的工具。

1.3.1 DEFORM软件的主要功能
〔1〕成形分析: ①冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析, 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息; ②丰富的材料数据库, 包括各种钢、铝合金、钛合金等, 用户还可自行输入材料数据; ③刚性、弹性和热粘塑性材料模型, 特别适用于大变形成形分析, 弹塑性材料模型适用于分析剩余应力和回弹问题, 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形; ④完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形; ⑤温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。

〔2〕热处理: ①模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程; ②预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量；③可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布; ④可以分析各种材料晶相, 每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。

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。

DEFORM-3D用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用, 各种现象之间相互耦合。

拥有相应的模块之后, 这些耦合将包括: 由于塑性变形引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等[21-23]。

1.4本课题研究内容
本课题以有限变形理论及传热学理论为根底，运用有限元分析软件DEFORM-3D 对倒棱滚圆、平板镦粗、平板拔长、模锻等锻造过程进行模拟分析，并用DEFORM自带模块对数值模拟的数据进行采集，并做进一步的分析。

本文主要研究内容如下：
(1)分析风电主轴锻造时每一步骤的特点，并根据不同步骤制定相应的研究方法；
(2)通过DEFORM-3D完成每一步的有限元建模；
(3)分析并讨论平砧倒棱滚圆过程的应力、应变、温度分布规律和锻件滚圆后的精度；
(4)分析平板镦粗及拔长过程的应力、应变、温度分布规律；
(5)通过设定不同的接砧量，分析拔长过程中接砧量对锻件外表的影响；
(6)模锻过程中锻件应力分析、温度分布及使用性能的预测。

2大型风电主轴锻件锻造过程有限元模型建立
2.1大型风电主轴锻件锻造过程模拟参数
2.2大型风电主轴锻件锻造过程模拟过程
此节删除采用DEFORM软件对整个锻造过程的数值模拟，需要在每一工步模拟结束时，重新调用DEFORM的前处理模块来手动设置新的上下砧及锻件的位置、角度等工艺参数，然后再进行下一工步的模拟。

2.2.1 锻造工艺模拟数据准备
本文选取2MW及以上风电主轴，如图2.1。

锻件材料为R34CrNiMo6A号钢〔德国牌号〕，对应中国牌号40CrNiMoA，对应美国牌号4340。

初始矩形截面坯料的尺寸为1200×1200mm，最终应锻成符合客户要求的大型轴类锻件。

上下砧由于变形量很小，在DEFORM中设置为刚体，上砧板下压速度为5mm/s。

初始模型的材料参数如表2.1所示。

表2.1 初始有限元模型的材料参数
锻件材料AISI-4340
锻件初始温度〔℃〕1200℃
上下砧初始温度300℃
环境温度
剪切摩擦系数
锻件与上下砧间传热系数20℃5
锻件与环境间传热系数
(a)三维立体图
〔b〕锻件工艺图
图2.1 工件实体图
2.2.2 多工步锻造过程的模拟方案
2MW风电主轴典型的锻造过程包括倒棱滚圆、镦粗拔长、分料切除和模锻四个主要工序。

本文将对所有步骤进行模拟分析，其中倒棱滚圆和模锻是两个主要过程。

锻造数值模拟过程中各阶段的锻件模型及形状变化。

先将初始矩形截面坯料〔图2.2 a，截面边长为1200mm〕经过倒棱工序压成八方形截面坯料〔图 2.2 b〕，最后经过滚圆工序压成所需的圆轴类锻件〔图c，圆截面直径应控制在1200～1250mm之间〕。

然后将圆柱镦粗〔图d〕，再经过拔长工序降低内部应力〔图e，截面直径1300mm〕。

用印刀砧在拔长后的圆柱上压出痕迹〔图f〕，对分料局部再次进行拔长〔图g，拔长局部的截面直径控制在
790~820mm〕，切除拔长局部尾部〔图h〕。

最后将锻件放入模具，锻压出最终零件〔图i〕。

这段内容用自己的话写
〔a〕〔b〕〔c〕
〔d〕〔e〕(f)
(g) (h) (i)
图风电主轴锻件锻造过程图示
根据上图所示的锻造工艺过程，将大型风电主轴锻件的数值模拟分析分为四大步骤，研究不同的锻造工序和锻造过程中的压下量、下压速度、接砧量等锻造参数，，对锻
件的尺寸精度和成形质量的影响，风电主轴锻造的四个主要步骤为：〔1〕初始矩形截面锻件倒棱滚圆的数值模拟。

〔2〕大型圆柱的镦粗拔长的数值模拟。

〔3〕号印分料与切除过程的数值模拟。

〔4〕大型轴类锻件的模锻过程数值模拟。

大型风电主轴锻件锻造过程的数值模拟
2.3大型风电主轴锻件倒棱滚圆过程的数值模拟
倒棱滚圆过程有限元模型建立
锻件材料为R34CrNiMo6A号钢〔德国牌号〕，对应中国牌号40CrNiMoA。

40CrNiMoA 属于合金调制钢，它是在优质碳素钢的根底上，适当的参加合金元素。

具有高的强度，高的韧性和良好的淬透性。

材料性能如表所示。

主要用于高强度、高韧性、截面尺寸较大的锻件：风力发电机锻件，锻压机曲轴等。

表材料主要性能参数参数顺序换一下
物理性能参数值
抗拉强度σb (MPa) ≥980
屈服强度σs (MPa)≥835
(%)≥12
伸长率δ
5
断面收缩率ψ (%)≥55
(J)≥78
冲击功 A
kv
实际生产中，在倒棱滚圆工艺前，需要将大型锻件放到加热炉中加热，保证适宜的锻造温度。

根据生产过程中的实际条件，对模型做出以下处理：
(1)考虑矩形截面毛坯与砧板及周围环境的传热；
(2)考虑到倒棱滚圆的过程中平砧的变形比拟小，将其处理成刚体。

根据以上条件对矩形截面锻件进行建模，截面尺寸为1200×1200mm。

锻件轴向长度为1700mm，初始有限元模型如图3.1所示。

采用相对网格设置，网格单元数量设定为20000，网格比率为2。

图3.1 初始矩形截面有限元建模
3.1.2 平砧倒棱滚圆过程分析
为了提高模拟效率，在模拟过程中，滚圆过程中只模拟一次。

表3.2为本章平砧倒棱滚圆过程有限元模拟过程中所用到的参数符号。

表3.2 物理参数对应符号表
参数物理意义 符号 初始方形截面对边中点距离
倒棱后上下砧间距 滚圆后上下砧间距
d 0
m 0 m 90 m 120 n 0 n 90 n 120
图3.2 平砧倒棱滚圆过程
图3.2为平砧倒棱滚圆工艺过程示意图，其中的单箭头表示上砧压下次序及方向。

平砧倒棱是压对角倒八方的过程，为了保证倒棱后锻件截面为正八边形，理想情况下上下
2
6
砧压下后的距离应与初始方形截面两边中点的距离d0相等。

因此，在倒棱过程中控制上下平砧压下后的间距：
m0=d0 〔3-1〕平砧滚圆是压正八方锻件八条棱边的过程，压下四趟后即能压遍所有棱边。

由于滚圆过程压下量较小，“鼓肚〞现象不明显，因此在滚圆过程中同样控制上下砧压下后间距：
n0=d0 〔3-2〕平砧倒棱滚圆具体工序如表3.3所示。

表3.3 平砧倒棱滚圆工序表〔单位:mm〕
工序翻转角度该方向压前尺寸压后尺寸压下量
1 0 1697 1200 497
2 90 1700 1200 500
3 1273 1200 73
4 4
5 1230 1200 30
5 45 1233 1200 33
6 45 1240 1200 40
3. 模拟结果分析
3.1.3.1 倒棱过程尺寸精度分析
从上述分析可知，通过倒棱过程，平砧将锻件方形截面锻成正八边形。

图3.3为平砧倒棱后的锻件形状。

图3.3 平砧倒棱后锻件形状
从图3.3可以看出，平砧倒棱后，工件外表局部有下凹缺陷，是因为一次下压量过大引起。

选取倒棱后锻件截面各边的中点，对各点到截面中心的距离进行分析和比拟，以此来描述倒棱后锻件的形状精度和变形程度，分析结果如图3.4及表3.4所示。

图3.4 倒棱后截面各边到中心距离表3.4为倒棱后截面上各边上的点到中心的距离统计表。

表3.4 倒棱后截面各边到中心距离分析表〔单位：mm〕
砧型距离均值d距离变化Δd 标准方差
平砧620 3.3%
从表可以看出，平砧倒棱后正八边形截面各边到中心距离平均为d=620mm，与初始方形截面相比d ∆ = +3.3%。

这是由于平砧倒棱时无论如何翻转均是锻压长方体锻件的两条对棱，且压下量较大，这样在锻件不受压的四个侧面上始终会出现“鼓肚〞。

3.1.3.2 滚圆过程尺寸精度分析
为了压遍八棱柱锻件的所有侧棱到达滚圆的效果，平砧需经过四趟翻转压下。

图3.5为平砧倒棱后锻件形状〔一次给进〕。

为了检查滚圆效果和成形锻件的尺寸精度，在锻件截面圆周均匀选取12个点，对滚圆后每一点处的半径值进行分析和比拟。

图3.5 平砧滚圆后锻件形状〔一次给进〕
图3.6 滚圆后截面个点半径
表3.5 滚圆后截面各点半径分析(单位：mm)
砧型最大最小均值标准方差
平砧627 607 617
从表3.5可以看出，平砧倒棱滚圆后锻件截面平均直径值与初始方形锻件边长相比增加%，且成形锻件截面各点半径值方差较大，尺寸精度不佳，需要增加工序进一步滚圆。

倒棱滚圆后成型锻件内部温度变化
图 3.7 锻件内部温度变化
由图可知，锻造过程中，心部温度下降缓慢，而公交外表温度下降较快。

因为外表不仅和环境有热交换，和上下砧板也存在热损耗。

3.1.3.4 成形锻件内部应力应变分析
锻造过程中锻件心部的应力应变状况是决定锻件质量的重要指标。

在锻造过程中应保证锻件内部应变尽量大，且在心部不存在拉应力。

选取距锻件端面200mm的一截面，平砧压下过程中该截面中心点的应力应变状态进行分析。

〔a〕初始压下〔b〕旋转90°压下
图3.8 截面中心一点横向应力比拟
图3.8为倒棱过程中该端面中心点应力情况比拟。

其中，〔a〕为锻件初次压下过程中的中心点横向应力，〔b〕为翻转90°压下过程中该点横向应力。

从图中可以看出，平砧倒棱时锻件心部始终存在横向拉应力，如果压下量过大有可能在锻件心部产生裂纹。

2.4大型轴类锻件镦粗与拔长的数值模拟
.1 大型轴类锻件镦粗与拔长过程有限元模型建立
镦粗开始前，需要再次将大型锻件放到加热炉中重新加热，以保证锻件的锻造温度不至于过低。

因此，在下一步数值模拟中，可以在保证之前倒棱滚圆得到的锻件形状尺寸的根底上，对锻件重新进行有限元建模。

有限元几何模型如图〔a〕所示。

图中，坯料尺寸为φ1234×1234mm，采用相对网格设置，只对初始坯料进行网格划分，网格单元数量设定为20000，网格比率为2。

坯料外表均为自由外表，无边界约束，与环境和砧板之间发生热交换
〔a〕初始几何模型〔b〕初始网格模型
图初始有限元模型
镦粗过程分析
镦粗坯料的高径比一般不超过 2.5～3，最好在2～2.2。

图为墩粗过程示意图，镦粗板直径φ1600，与工件接触面为R3600的圆弧面，压下量500mm，下压速度5mm/s。

墩粗漏盘直径φ1700，漏盘直径φ500，接触面为R5000的圆弧面。

上下砧板均为弧面，可以让工件受力均匀，鼓型饱满。

图 墩粗过程示意图
3.2.3 拔长过程分析
拔长工序紧跟镦粗之后，不需要重新建模，直接调用DEFORM-3D 前处理模块继续对工件模拟。

将墩粗的毛坯圆柱拔长的过程包括两个步骤，首先将圆截面拔长至矩形截面，然后将矩形截面再次倒棱滚圆。

主要分析在圆截面拔长至矩形截面的过程中，前后工序的接砧量对锻件外表下凹缺陷的影响，如图。

接砧量的定义是：上一工序压下时平砧右侧外表到下一工序压下时平砧左侧外表的水平距离。

如图3.12。

图 拔长至矩形截面过程
图3.12 接砧量示意图
拔长工序使用的上下砧宽均为800mm，墩粗工件最粗处直径达1450mm。

本次拔长要求把工件直径控制在1290~1310mm，目的在于中心压实，锻合内部缺陷。

设定每次给进量350mm，接砧量分别为40、60、80、100、90、100mm，观察不同接砧量对锻件外表下凹缺陷的影响。

模拟结果分析
.4.1 镦粗过程应力应变分析
〔a〕内部〔b〕外部
图3.13 墩粗后锻件应变
由图3.13mm/mm左右，两端和外部的应变较低，均在0.1mm/mm以下。

〔a〕内部〔b〕外部
图3.14 墩粗后锻件应力
由图3.14可知，锻件心部所受应力小于两端和外部，与应变相反。

原因在于镦粗过程中，上下外表与镦粗板接触，受力较大，造成局部应力增加。

.4.2 拔长过程接砧量影响
从可以看出，随着前后工序接砧量的减小，锻件外表下凹处距锻件中心的距离有增大的趋势，即缺陷有逐渐减小的趋势。

但这种趋势并不明显，尤其当接砧量在40-100mm 之间时，缺陷处下凹的数值根本保持不变。

当接砧量为120mm时，锻件外表下凹缺陷较大，且此时接砧量过大，会导致大型锻件拔长效率的降低。

而当接砧量为40mm时，锻件外表下凹缺陷有了一定的减小，然而，此时由于前后两次压下工序之间的接砧量过小，会导致接砧处的锻件材料无法被全部压至所需尺寸，造成局部锻件材料凸起的缺陷，如图 3.16。

为了提高拔长效率，一般应选择大的进给量和小的接砧量。

因此，整个拔长过程中的接砧量优化为60mm。

重复太多，挑关键的写。

表接砧量对锻件接砧处下凹缺陷的影响分析结果〔单位：mm〕
接砧量120 100 80 60 40
缺陷处距中心平均距离
图锻件接砧处缺陷下凹值随接砧量的变化曲线〔单位：mm〕
图3.16 接砧量过小时接砧处局部锻件材料凸起图示
2.5 大型轴类锻件号印分料与切除过程的数值模拟
.1 大型轴类锻件号印分料与切除过程有限元模型建立
在号印分料之前，需要对锻件重新加热，所以重新对毛坯建模。

如图3.17所示，有限元几何模型φ1200，采用相对网格设置，网格单元数量设定为20000，网格比率为2。

图 号印分料毛坯网格
模型
.2 号印分料过程分析
分料包括两个过程：号印和锻压。

通过号印确定出进入模具前的径向尺寸，再进行锻压将号印局部尺寸维持在φ790-820mm 。

3.3.2.1 号印过程分析
通过计算，端部预留量为450mm ，号印刀砧压下量为250mm 。

号印刀砧宽为1400mm ， 分8次环绕圆柱压下。

图3.18为号印效果示意图。

图3.18 号印后工件形状
450mm
250mm
锻压过程分析
将毛坯号印后，继续用800宽砧板锻压，实质上是将圆截面毛坯拔长的工艺，本节只讨论将圆截面拔长至矩形截面的过程，矩形截面倒棱滚圆参考第一节。

图3.19为锻压效果示意图。

图3.19 锻压后工件形状
.3 切除过程分析
切除工序在锻压之后，继续调用DEFORM-3D前处理模块，继续对工件处理。

本次模拟过程的产品为不带连体试样，所以增加切把工序。

切除是预成型的最后一步，决定产品的轴向长度。

经计算，刀砧距左侧端面1730mm时开始切除。

为了减少毛坯形变，设置套筒将主体局部包住0所示。

设定压下量为420mm，分上下两次切除。

刀砧
图3.20 切除过程
.4 模拟结果分析
3.3.
4.1 号印分料过程模拟结果分析
印压只是起到标记的作用，没有对工件的性能造成影响。

图3.21为印压后实体模型。

图3.21 经8次号印后工件实体
锻压是分料的主要过程，锻压是对工件又一次进行拔长。

图3.22所示，每次锻压都会造成局部应力变化，图为最后一次压下后，锻件端部应力。

图锻压后残留应力
图3.23 锻压后温度分布图
由图3.23看出，最先锻压的局部和心部温度较高，后锻压的端部温度降低明显。

3.3.
4.2 切除过程模拟结果分析
切除工序结束后，断面不平整，如图3.24所示。

需要进一步精加工。

整体工件在切除之后长度需控制在1710~1750mm。

图3.24 切除后工件模拟图
2.6大型轴类锻件模锻过程的数值模拟
.1 大型轴类锻件模锻过程有限元模型建立
模锻开始前，完整的锻造模型如图〔a〕所示。

图中，初始坯料尺寸顶部为φ1300mm，
顶部为φ800mm，如图3.25〔b〕所示。

采用相对网格设置，为了提高模拟精度，网格单元数量设定为30000，网格比率为2。

模锻用的下模具由三局部组成：风电轴锻造模圈、风电轴锻造模圈垫座和转盘。

转盘带动锻造模圈和模圈垫座转动，上模将工件旋转压平，最终成型。

〔a〕模锻模拟模型〔b〕初始网格模型
图3.25 模锻过程工件模拟图
〔a〕风电轴锻造模圈
〔b〕风电轴锻造模圈垫座
〔c〕转盘
图3.26 模锻过程使用的模具
.2 模锻过程分析
最终模锻工件头部直径为φ1540mm，高为255mm。

模锻前工件顶部直径φ1300mm，高为450mm7。

工件和模具之间的摩擦因数为0.3，上模运动速度为2mm/s，工件从加热炉中取出的温度为1200℃。

用自己的话重新描述非等温热模锻仿真模拟不仅要模拟模锻过程，还要模拟热传导过程。

因此，整个模拟过程分为三个阶段进行：
（1）第一阶段模拟：与环境热传导过程。

工件加热后移动到模具的过程中，在空气中移动时间为30s，该阶段工件与外界环境发生热传导；
（2）第二阶段模拟：与模具热传导过程。

工件移至下模后，在进行锻造之前，停留在下模上的时间为10s，该阶段工件与下模发生热传导；
（3）第三阶段模拟：模锻过程。

工件在上下模作用下被锻压变形。

在第一阶段中，边界条件里设定工件5个外表均与环境发生热交换；第二阶段中采用完整热传导模式，考虑下模热交换和温度梯度，需对下模进行网格划分，软件中设定下模参考温度为20℃，截止温度为300℃。

三个模拟阶段的参数如表3.7所示。

表3.7 热模锻过程使用参数
锻件材料AISI-4340。