随着环境污染的加重,我国非常重视风电代替火电的建设,所以对风力发电设备的要求也越来越高。大型法兰锻件是风力发电设备的重要连接件件之一,风电设备大都工作环境恶劣,对大型法兰件的抗压和抗腐蚀性能要求很高。除此之外随着航空航天和机械交通等行业的快速发展,对于大法兰件需求量也快速的增加,由于加工配合等方面的原因,不仅需要尺寸精度必须保证在合理的误差范围内,还需要有良好的微观组织结构,确保其性能的稳定。本文在DEFORM软件平台上建立大型法兰件的宏观有限元模型,基于金属塑形变形的体积不变原理,在软件平台上进行镦粗和辗环过程有限元分析的数值模拟。首先分析成形过程中的应力场应变场和温度场的演化规律,然后研究了镦粗过程中的微观组织演变规律,取得了如下研究成果:(1)同一压下率下,高径比越大应力和应变变化越小,同一高径比下,压下率越大应变越明显,在坯料镦粗过程中,应变是由上下模具接触的中间部分向心部越来越大的。(2)高径比,摩擦系数,空洞位置和压下率是影响空洞闭合的主要因素,高径比越接近1时空洞闭合越容易,因为此时上下两端部受到摩擦力的束缚最小;摩擦系数影响摩擦力的大小,所以摩擦系数越大材料流动性越差,空洞闭合越困难;在中心轴线上的空洞位置相比之下最容易闭合的,中心轴线是距离断面最远的,所受断面效应最弱;压下率是影响空洞闭合最重要的因素,接近正比例函数。(3)不同的温度、应变速率、初始晶粒度和摩擦因子对空洞周围的微观组织也产生不同的影响。晶粒再结晶程度随着温度的升高而升高,晶粒度随着应变速率的增大而增大,随着初始晶粒度的降低而减少。(4)空洞闭合程度的大小从微观上来看是空洞周围组织的再结晶程度和晶粒度决定的,再结晶程度越高,晶粒度越小空洞闭合程度越高。本文对辗环过程进行了宏观和微观的研究,宏观上以对应力应变和温度的分布情况为依据,微观上以晶粒尺寸变化和动态再结晶比例为依据,同时在辗环过程中还伴随有静态再结晶的发生。本文研究成形过程中的微观组织是通过动态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸来进行的,取得了如下研究成果:(1)坯料初始温度,高径比和辗扩比以及轧辊的运动速度都是影响应力应变和温度分布不均匀的主要因素。初始温度越高,高径比越大,驱动辊和锥辊转速越大温度和应力应变分布越均匀。(2)镦粗过程的工艺参数如压下率、初始温度、摩擦系数和高径比等,都会辗环过程的动态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸产生显著影响。(3)辗环过程中的轧辊的运动速度、初始温度是影响成品环件组织的重要因素。轧辊的转速越大,动态再结晶分布的越均匀,组织性能也越好。进给速度越大,晶粒度越小,分布也越均匀。初始温度越高动态再结晶程度越高,晶粒度也越小。(4)动态再结晶的过程是从内外经表面向中间部分进行的,从轴向方向考虑是从上下底面向中间区域扩展。