钱凌云等：核电主管道非对称双管嘴同时挤压成形工艺 ·127· 为该部分的金属速度为0（区间Ⅲ），如图3所示. 时间t内上下管嘴之间的坯料下降位移为2t, 从金属流动角度分析来看，以上的工艺方案是通过 对下管嘴处的体积充填速率Q下为： 双向差速进给实现两个双管的同时挤压成形，金属 Q下=π/4(D-D) (2) “分块”流入两个管嘴，互不交汇，避免了传统挤压 按照图4所示，对管嘴可以近似看成上面为圆 工艺在成形下管嘴时对上管嘴根部的剪切撕裂 柱体和下面为圆台，因此上管嘴体积V,近似为 现象 y=h,+z(h-h)(G+G+4) (3) 其中，d,和h1为上管嘴直径和高度，d2和h2为上管嘴 加底部倒角部分的直径和高度 类似地，下管嘴体积V下近似为 Vrd+(hh)(++dda) 1 (4) 其中，d和h为下管嘴直径和高度，d,和h,为下管嘴 加底部倒角部分的直径和高度. 为保证双管嘴的同时成形，在t时刻需满足： 图3双管嘴同时挤压成形的速度分布图 Fig.3 Velocity profile of simultaneous formation of two branches VE_VE (5) Q上Qx 主管道内外径、管身的分段尺寸及两个管嘴的 联立公式(1)~(5)可得： 尺寸分别见图4.依据上面提出的双管嘴同时挤压 色_A+A 成形的原理，时间t内上顶杆相对于坯料的位移为 (6) 2A (1-2)t,对上管嘴处的体积充填速率Q上为 Q上=T/4(D号-D)(U1-2) (1) 其中，A=子弘，+(a,-么)(d+G+4d), 其中，D,和D,分别为主管道的内直径和外直径. Aa=+(hh(dd). 图4主管道尺寸示意图及管嘴体积的近似计算 Fig.4 Schematic diagram of primary pipe with different dimensions and volume approximations for two branches 通过以上的推导得到了保证双管嘴同时挤压成 2.1主管道挤压成形的有限元模型 形的上顶杆速度和提升油缸速度与管道各部分尺寸 为简化分析过程，本文仅考虑和挤压过程相关 之间的关系公式，下面将验证公式的适用性. 的主要零件，装配图见图5，具体包括上顶杆、挤压 2同时挤压成形工艺可行性及优势分析 筒、挤压凹模、芯轴、下定杆和坯料.其中，坯料为塑 性体，材料为不锈钢316LN,其流动应力曲线参考文 为验证以上提出的双管嘴同时挤压成形方案的 献[6].上下顶杆及挤压凹模设置为弹性体，材料为 可行性并证明其相对于传统单向挤压成形的优势， 模具钢H13.其余零件设置为仅能传热而不变形的 本文对1：3核电主管道的挤压成形过程在Deform- 刚体.坯料和挤压凹模之间的换热系数为5N·s1. 3D平台上进行建模分析. mm1.℃-1.挤压凹模和挤压筒预热至相同温度， 二者之间的热交换相对较少，换热系数设置为钱凌云等: 核电主管道非对称双管嘴同时挤压成形工艺 为该部分的金属速度为 0 (区间芋),如图 3 所示. 从金属流动角度分析来看,以上的工艺方案是通过 双向差速进给实现两个双管的同时挤压成形,金属 “分块冶流入两个管嘴,互不交汇,避免了传统挤压 工艺在成形下管嘴时对上管嘴根部的剪切撕裂 现象. 图 3 双管嘴同时挤压成形的速度分布图 Fig. 3 Velocity profile of simultaneous formation of two branches 主管道内外径、管身的分段尺寸及两个管嘴的 尺寸分别见图 4. 依据上面提出的双管嘴同时挤压 成形的原理,时间 t 内上顶杆相对于坯料的位移为 (v1 - v2 )t,对上管嘴处的体积充填速率 Q上 为 Q上 = 仔/ 4(D 2 2 - D 2 1 )(v1 - v2 ) (1) 其中,D1和 D2分别为主管道的内直径和外直径. 时间 t 内上下管嘴之间的坯料下降位移为 v2 t, 对下管嘴处的体积充填速率 Q下 为: Q下 = 仔/ 4(D 2 2 - D 2 1 )v2 (2) 按照图 4 所示,对管嘴可以近似看成上面为圆 柱体和下面为圆台,因此上管嘴体积 V上 近似为 V上 = 1 4 仔d 2 1 h1 + 1 12 仔(h2 - h1 )(d 2 2 + d 2 1 + d1 d2 ) (3) 其中,d1和 h1为上管嘴直径和高度,d2和 h2为上管嘴 加底部倒角部分的直径和高度. 类似地,下管嘴体积 V下 近似为 V下 = 1 4 仔d 2 3 h3 + 1 12 仔(h4 - h3 )(d 2 4 + d 2 3 + d3 d4 ) (4) 其中,d3和 h3为下管嘴直径和高度,d4和 h4为下管嘴 加底部倒角部分的直径和高度. 为保证双管嘴的同时成形,在 t 时刻需满足: V上 Q上 = V下 Q下 (5) 联立公式(1) ~ (5)可得: v1 v2 = A2 + A1 A1 (6) 其中,A1 = 1 4 仔d 2 3 h3 + 1 12 仔(h4 - h3 )(d 2 4 + d 2 3 + d3 d4 ), A2 = 1 4 仔d 2 1 h1 + 1 12 仔(h2 - h1 )(d 2 2 + d 2 1 + d1 d2 ). 图 4 主管道尺寸示意图及管嘴体积的近似计算 Fig. 4 Schematic diagram of primary pipe with different dimensions and volume approximations for two branches 通过以上的推导得到了保证双管嘴同时挤压成 形的上顶杆速度和提升油缸速度与管道各部分尺寸 之间的关系公式,下面将验证公式的适用性. 2 同时挤压成形工艺可行性及优势分析 为验证以上提出的双管嘴同时挤压成形方案的 可行性并证明其相对于传统单向挤压成形的优势, 本文对 1颐 3核电主管道的挤压成形过程在 Deform鄄 3D 平台上进行建模分析. 2郾 1 主管道挤压成形的有限元模型 为简化分析过程,本文仅考虑和挤压过程相关 的主要零件,装配图见图 5,具体包括上顶杆、挤压 筒、挤压凹模、芯轴、下定杆和坯料. 其中,坯料为塑 性体,材料为不锈钢 316LN,其流动应力曲线参考文 献[6]. 上下顶杆及挤压凹模设置为弹性体,材料为 模具钢 H13. 其余零件设置为仅能传热而不变形的 刚体. 坯料和挤压凹模之间的换热系数为 5 N·s - 1· mm - 1·益 - 1 . 挤压凹模和挤压筒预热至相同温度, 二者之间的热交换相对较少, 换热系数设置为 ·127·