·128. 工程科学学报，第41卷，第1期 1Ns1·mm1.℃-1.坯料与芯轴以及挤压凹模接触 为分析双管嘴关键部分的晶粒分布情况，在建 的部位做润滑处理，摩擦系数近似为0.05[1].除此 立有限元模型时开启Deform-3D软件的微观组织演 之外的其他接触面均不作润滑处理，摩擦系数近似 化模拟的模块，并依据316LN材料原始组织的金相 为0.4.上顶杆向下的运动速度为20mms-1,为了 分析，将坯料初始晶粒尺寸设为100m.微观组织 保证两个相同尺寸的管嘴能同时挤压成形，由公式 演变过程的模拟需要考虑材料的动态再结晶、亚动 (6)可知挤压筒的速度为10mm·s1.坯料温度为 态再结晶、静态再结晶和晶粒长大过程，相关的材料 1150℃，模具预热温度为400℃. 模型参考文献[6,12] 中330×1150 上顶杆 ◆200x2800 -0326x2500 芯轴 970x2030 挤压简 ®670x2700- 中230 挤压凹模 下顶杆 中330x1150 图5主要构件尺寸及有限元模型（单位：mm) Fig.5 Finite element model and main dimensions(unit:mm) 2.2双管嘴成形的同时性验证 形效果来看，同一时刻管嘴的成形高度很相近，两 图6是模拟得到的核电主管道1：3缩比件的挤 个管嘴成形的同步性得以实现.为进一步量化验 压效果，从主视图可以看出采用以上提出的挤压方 证两个管嘴同时填充成形的可行性，在上管嘴中 法能得到所需的主管道形状，金属填充饱满，尤其两 部和下管嘴中部分别取点P,和P2,追踪不同时刻 个管嘴处填充完整且转角圆润.从俯视图可以看出 两点的速度大小.由于Deform-3D软件中只能追 挤压得到的主管道中空部分的形状良好.由于芯轴 踪沿坐标轴方向的速度大小，假设上管嘴P,点沿x 和坯料之间、坯料和挤压模具之间预留有缝隙，因此 方向的速度是v。·下管嘴中心轴向与上管嘴中心 挤压成形过程中少许坯料上翻成薄壁飞边（如圈框 轴向呈45°.因此，如果要保证两个管嘴同时挤压 内所示)，这些飞边在后续将随同加工余量一起在 成形，则需要满足P2在x方向的速度e和的关 后续机加工中切除 系为： Upl=v2 (7) 图8是两点沿各自中心轴方向的速度变化情 况.选其中的三个时刻10.81、13.98和20.76s的 速度分别进行分析，发现三种情况的速度近似满足 以上关系，从而可以说明P,和P,在各自填充方向上 位移接近，更加准确地验证了两个管嘴成形的同 时性 图6模拟得到的主管道形状 2.3同时挤压成形工艺的优势分析 Fig.6 Simulated primary pipe 在传统成形方案中上管嘴优先填充完整，下管 图7是提出的双管嘴同时挤压成形方案对应的 嘴部分充填，由于金属需要继续填充尚未成形完全 不同阶段的速度场.从整体上来看，在同一时刻上 的下管嘴，因此上管嘴以上的金属仍在向下流动，而 下管嘴处的流速基本一致，且在整体流动趋势上表 管嘴处和管身处金属的流速差异会造成管嘴处撕裂 现为三个区间，与图3的预期分析一致，验证了提出 的风险.如图9所示，在管身和上管嘴处分别取9 的双管嘴同时挤压成形方案的合理性.从管嘴的成 至q5五个点，分别提取它们在竖直方向的速度变化工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 1 N·s - 1·mm - 1·益 - 1 . 坯料与芯轴以及挤压凹模接触 的部位做润滑处理,摩擦系数近似为 0郾 05 [13] . 除此 之外的其他接触面均不作润滑处理,摩擦系数近似 为 0郾 4. 上顶杆向下的运动速度为 20 mm·s - 1 ,为了 保证两个相同尺寸的管嘴能同时挤压成形,由公式 (6)可知挤压筒的速度为 10 mm·s - 1 . 坯料温度为 1150 益 ,模具预热温度为 400 益 . 为分析双管嘴关键部分的晶粒分布情况,在建 立有限元模型时开启 Deform鄄3D 软件的微观组织演 化模拟的模块,并依据 316LN 材料原始组织的金相 分析,将坯料初始晶粒尺寸设为 100 滋m. 微观组织 演变过程的模拟需要考虑材料的动态再结晶、亚动 态再结晶、静态再结晶和晶粒长大过程,相关的材料 模型参考文献[6,12]. 图 5 主要构件尺寸及有限元模型(单位:mm) Fig. 5 Finite element model and main dimensions(unit:mm) 2郾 2 双管嘴成形的同时性验证 图 6 是模拟得到的核电主管道 1颐 3缩比件的挤 压效果,从主视图可以看出采用以上提出的挤压方 法能得到所需的主管道形状,金属填充饱满,尤其两 个管嘴处填充完整且转角圆润. 从俯视图可以看出 挤压得到的主管道中空部分的形状良好. 由于芯轴 和坯料之间、坯料和挤压模具之间预留有缝隙,因此 挤压成形过程中少许坯料上翻成薄壁飞边(如圈框 内所示),这些飞边在后续将随同加工余量一起在 后续机加工中切除. 图 6 模拟得到的主管道形状 Fig. 6 Simulated primary pipe 图 7 是提出的双管嘴同时挤压成形方案对应的 不同阶段的速度场. 从整体上来看,在同一时刻上 下管嘴处的流速基本一致,且在整体流动趋势上表 现为三个区间,与图 3 的预期分析一致,验证了提出 的双管嘴同时挤压成形方案的合理性. 从管嘴的成 形效果来看,同一时刻管嘴的成形高度很相近,两 个管嘴成形的同步性得以实现. 为进一步量化验 证两个管嘴同时填充成形的可行性,在上管嘴中 部和下管嘴中部分别取点 P1和 P2 ,追踪不同时刻 两点的速度大小. 由于 Deform鄄3D 软件中只能追 踪沿坐标轴方向的速度大小,假设上管嘴 P1点沿 x 方向的速度是 vp1 . 下管嘴中心轴向与上管嘴中心 轴向呈 45毅. 因此,如果要保证两个管嘴同时挤压 成形,则需要满足 P2在 x 方向的速度 vp2和 vp1的关 系为: vp1 = 2vp2 (7) 图 8 是两点沿各自中心轴方向的速度变化情 况. 选其中的三个时刻 10郾 81、13郾 98 和 20郾 76 s 的 速度分别进行分析,发现三种情况的速度近似满足 以上关系,从而可以说明 P1和 P2在各自填充方向上 位移接近,更加准确地验证了两个管嘴成形的同 时性. 2郾 3 同时挤压成形工艺的优势分析 在传统成形方案中上管嘴优先填充完整,下管 嘴部分充填,由于金属需要继续填充尚未成形完全 的下管嘴,因此上管嘴以上的金属仍在向下流动,而 管嘴处和管身处金属的流速差异会造成管嘴处撕裂 的风险. 如图 9 所示,在管身和上管嘴处分别取 q1 至 q5五个点,分别提取它们在竖直方向的速度变化 ·128·