1.3 有限元软件DEFORM-3D简介

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[14]，是一款专门用于各类金属成形工艺的模拟仿真分析软件。它可用于模拟自由锻、模锻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的模拟分析[14]。适用于刚性、塑性金属材料等的成形过程，软件操作简单方便，具有高度模块化、集成化的有限元模拟系统[14]。

DEFORM软件的成形分析功能包括热、温、冷锻的成形和热传导偶合分析；刚性、弹性和热粘塑性材料模型；各种钢、铝合金、钛合金等材料数据库；网格画线和质点跟踪可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布[15]。

1.4 本课题研究内容

本课题采用DEFORM-3D有限元分析软件对大型风电主轴倒棱滚圆、平板镦粗、平板拔长、模锻等锻造工艺过程进行模拟分析，主要研究内容如下：

(1) 分析大型风电主轴锻造工艺特点，进行有限元建模；

(2) 分析使用平砧倒棱滚圆的过程中的应力应变、温度分布和锻件滚圆后的精度；

(3) 分析平板镦粗及拔长过程的应力、应变、温度分布规律；

(4) 通过设定不同的接砧量，分析拔长过程中接砧量对锻件表面的影响；

(5) 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来!自~751论-文|网www.751com.cn

DEFORM软件支持stl格式实体图形导入，先将每一步所需的锻件、砧板、模具等工具在制图软件中完成。锻件和各类工具的尺寸均严格按照工艺卡要求完成。在每一步骤模拟结束时，利用软件前处理模块，手动设置下一步工序的上下砧与锻件的位置及速度、角度等工艺参数，重新划分网格，分别设定锻件温度、砧板速度和摩擦系数热传导参数，生成接触条件。接着再次进行下一工步的模拟，完成整个大型风电主轴锻造工艺过程。

2.1  大型风电主轴锻件锻造过程模拟参数

本文选取2MW风电主轴，如图2.1。锻件材料为（德国牌号）R34CrNiMo6A号钢（中国牌号40CrNiMoA，美国牌号4340）。本文使用的坯料形状为矩形，坯料截面的尺寸为1200×1200mm，最终应锻成符合客户要求的大型风电主轴锻件。上下砧在锻造过程中变形量很小，可以在DEFORM中设置为刚体，上砧板下压速度为5mm/s。