水室封头热拉深成形规律及工艺研究

摘要

AP1000蒸汽发生器的水室封头是一个整体锻件，毛坯尺寸巨大，结构形状复杂，性能要求苛刻，是核岛组件中制造难度极高的大型锻件之一。本文针对AP1000蒸汽发生器水室封头的整体锻造问题，提出一种液压机热拉深锻造新工艺，并对其变形过程及其成形规律进行有限元数值分析和实验研究。
　　针对水室封头热拉深锻造工艺，采用Gleeble-3800热模拟试验机对SA508-3钢进行了恒应变速率等温压缩实验，测试了SA508-3钢在变形温度950-1250℃、应变速率0.001-0.1s-1条件下的高温流变应力-应变曲线和热成形参数，建立了SA508-3钢的热加工本构模型，确定了水室封头的锻造温度；采用模拟实验对拉深—接管嘴孔口翻边、带无孔接管嘴拉深和带有孔接管嘴与支撑台拉深等三种热拉深锻造工艺方案进行了对比研究，给出了采用带有孔接管嘴与支撑台的预制坯，在液压机上热拉深锻造成形水室封头的新工艺及其工艺流程和工装模具的设计方案。
　　针对接管嘴数量及其分布情况，应用商用有限元软件Forge，分别对带有4个支撑台且接管嘴呈双孔双轴对称分布、三孔双轴对称分布、双孔单轴对称中心分布和双孔单轴对称旁侧分布等四种预制坯的水室封头拉深成形工艺过程进行了模拟，分析了预制坯在拉深成形过程中几何形状和尺寸的变化规律、锻件内部的温度变化规律及应力应变分布规律，揭示了接管嘴的变形特点，给出了封头壁厚的变化规律和拉深成形的载荷曲线。研究结果表明，水室封头的变形情况与接管嘴的数量和位置分布有关，并呈现出明显的不均匀变形特征。坯料中心部位的壁厚减薄和边缘区域的壁厚增厚现象均比较明显；在拉深成形过程中，接管嘴内孔的直母线变为曲线，封头中心部位的接管嘴孔型基本不变，其它位置的接管嘴孔型变为椭圆，且其椭圆中心发生了偏移。
　　本文以接管嘴呈双孔单轴对称旁侧分布的核电 EPR蒸发器水室封头为研究对象，以铝合金为实验材质，对其拉深成形过程进行了1:5.5的物理模拟实验，并用FOCUS3Dx330扫描仪对实验样件进行了检测，得到了相应的扫描图像和点云数据。检测结果表明，锻件主要特征点的厚度值与数值模拟结果吻合较好，验证了本文提出热拉深锻造成形的可行性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 核电设施安全性对装备制造业的影响

1.3 国内外核电大型锻件锻造技术现状及发展趋势

1.4 核电水室封头结构特征及其成形技术

1.5 本文主要研究内容

第2章 水室封头热拉深成形工艺及其数值模拟模型

2.1 引言

2.2 水室封头拉深成形工艺研究简述

2.3 水室封头的数值模拟模型

2.4 本章小结

第3章 热拉深成形工艺数值模拟研究

3.1 原始坯料的简化及离散化模型

3.2 成形过程中的变形演变规律

3.3 拉深成形过程中应力分布及其变化

3.4 拉深成形过程中温度分布及其变化

3.5 成形载荷变化的一般规律

3.6 接管嘴部位的变形特点

3.7 主体结构的形状变化

3.8 壁厚变化特点及其分布规律

3.9 本章小结

第4章 接管嘴在拉深成形中的变化规律研究

4.1 接管嘴的形状、数量及位置

4.2 接管嘴的形状变化分析

4.3 接管嘴的位置变化分析

4.4 接管嘴位置对成形载荷的影响

4.5 本章小结

第5章 水室封头拉深成形实验研究

5.1 模拟实验方案

5.2 实验件数值模拟结果

5.3 实验过程

5.4 实验件检测结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢