PART01

水輪機(jī)軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

水輪機(jī)軸作為水力發(fā)電設(shè)備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)性的基石。其設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)水平直接決定著機(jī)組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風(fēng)險(xiǎn)能力。在鍛造工藝方面，水輪機(jī)軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達(dá)1.5米，長(zhǎng)度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大，端部鍛造流動(dòng)缺陷可能導(dǎo)致材料去除量增加，影響材料利用率，同時(shí)鍛后熱處理的淬透性控制也至關(guān)重要。傳統(tǒng)的試錯(cuò)法制定工藝不僅研發(fā)周期長(zhǎng)，試制成本也較高，因此需要在材料性能、成型精度、缺陷控制及后續(xù)處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合優(yōu)化。

PART02

Simufact Forming：

鍛造工藝的“數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”

海克斯康Simufact Forming鍛造工藝仿真包括鐓粗、模鍛、拉伸、拔長(zhǎng)、自由鍛、擠壓、輥鍛、線割、熱處理等工藝，能夠幫助用戶通過仿真的方式實(shí)現(xiàn)鍛造成形工藝虛擬試錯(cuò)，通過對(duì)成形過程中材料流動(dòng)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、折疊缺陷、設(shè)備噸位、微觀晶粒等分析，幫助優(yōu)化鍛造工藝。

PART03

水輪機(jī)軸優(yōu)化材料利用率的挑戰(zhàn)

在水輪機(jī)軸的制造過程中，提高材料利用率對(duì)控制成本至關(guān)重要。材料損耗主要來自底部廢料、過渡區(qū)域切除、端部鼓包修整以及其他工藝性損耗。

該團(tuán)隊(duì)熱衷于優(yōu)化大型直徑水輪機(jī)軸鑄錠的重量，對(duì)材料利用效率提出了極高要求，這需要在整個(gè)鍛造工藝中采取系統(tǒng)性優(yōu)化措施。其中，解決端部膨脹導(dǎo)致的材料損失尤為關(guān)鍵——膨脹不僅會(huì)增加鍛件重量，還會(huì)影響最終成型精度。

傳統(tǒng)工藝通常在開槽后對(duì)底部廢料進(jìn)行熱切割，但將其整合到最終產(chǎn)品中存在技術(shù)難點(diǎn)。若將底部廢料保留作為軸體的一部分，雖可提高材料利用率，卻會(huì)加劇鍛造過程的復(fù)雜性：金屬流動(dòng)的不可預(yù)測(cè)性可能直接影響鍛件質(zhì)量。因此，如何在提升材料利用率與控制工藝風(fēng)險(xiǎn)之間取得平衡，成為一項(xiàng)需要綜合解決方案的多維度挑戰(zhàn)。

PART04

利用?？怂箍?/strong>

Simufact Forming優(yōu)化鍛造工藝過程

該公司采用了?？怂箍档?Simufact Forming軟件對(duì)該工藝流程進(jìn)行全流程仿真模擬。其主要目的是研究在多次鍛造操作過程中底部廢料的流動(dòng)情況，并分析底部廢料的流動(dòng)對(duì)主要部件質(zhì)量的影響。

通過Simufact Forming軟件的模擬分析，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了鐓粗、拉伸及多次鍛造等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的熱鍛過程，重點(diǎn)觀察了開坯鍛造階段的材料流動(dòng)特性。模擬結(jié)果清晰揭示了軸底部廢料中不合格材料的流動(dòng)規(guī)律，為工藝優(yōu)化提供了依據(jù)。

基于這些發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)對(duì)鍛造工藝進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)：優(yōu)化后的鐓粗輪廓有效阻止了材料在鐓粗和拉伸過程中向主體流動(dòng)，新增的設(shè)計(jì)曲率則通過阻流作用減少了材料內(nèi)滲造成的凸起效應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)了底部廢料與合格材料的有效分離，確保廢料始終保留在端部區(qū)域。

PART05 成效：材料利用率提升5%的突破

通過Simufact Forming鍛造模擬：該公司成功優(yōu)化了鍛造工藝，在確保底部廢料完整性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了顯著效益。工藝改進(jìn)后材料利用率提升超過5%，不僅有效降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，優(yōu)化的工藝還帶來了尺寸精度的提升，大幅減少了車間試驗(yàn)次數(shù)，在保證質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)一步節(jié)約了時(shí)間和成本

（?？怂箍倒I(yè)軟件）

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