[發明專利]一種帶直肋包殼管多道次拉拔成形工藝及包殼管

有效

• 申請號: 202210669397.8
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115069801B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 王寶雨;李偉;劉勝強
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B21C1/24
• 分類號: B21C1/24;B21C3/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 岳野

本發明涉及金屬塑性成形工藝與裝備技術領域，提供了一種帶直肋包殼管多道次拉拔成形工藝，將圓形截面管材作為初始坯料，依次通過第一異型模具、第二異型模具和第三異型模具，在芯棒和模具的共同作用下將圓形截面管坯拉拔成具有一定特征截面的異型管，所對應的成形階段分別為預成形階段、過渡成形階段和成品成形階段。不同成形階段之間采用光亮退火以消除殘余應力，改善加工硬化并進一步恢復其塑性。本發明減少了單道次拉拔成形中肋填充高度受限以及肋槽填充過程中肋對應位置內表面凹陷產生缺陷的問題，采用該工藝成形后的各道次間管材截面逐漸過渡，可以成形大于成品管材壁厚的帶肋管材，并且成形后管材截面精度高，誤差小，具有較高強度和剛性。

技術領域

本發明涉及金屬塑性成形工藝與裝備技術領域，特別涉及一種帶直肋包殼管多道次拉拔成形工藝及包殼管。

背景技術

包殼管是堆芯的重要結構組成部分，其主要作用是保護燃料芯塊不受冷卻劑的腐蝕，避免包殼中裂變物質的外泄。帶肋管因其外表面具有凸出于管材的肋，能夠增強冷卻劑的傳熱性能，促進流體攪混，是目前應用的一種新型的核燃料包殼管。由于外表面肋的尺寸較小，傳統的帶肋管生產工藝為在薄壁管外表面纏繞鐵絲并通過電焊的方式進行固定。但這種方式無法做到一體成型、生產效率低、表面尺寸差，導致在后續的高溫高壓服役過程中容易因肋條脫離產生包殼管隔離失效現象。為了改善這種情況，提高包殼管的安全服役性能，目前急需對帶肋管進行一體化成型。與此同時，由于帶肋管外表面肋條的高度大于或等于成品管的壁厚，成形過程中會產生肋條填充高度不足、由于管材外表面肋填充導致對應位置內表面產生肋槽缺陷等問題，因此其一體化成形過程中如何同時保證管材外表面肋條高度并消除內表面肋槽缺陷是一項技術難題。

發明內容

本發明的目的就是克服現有技術的不足，提供了一種帶直肋包殼管多道次拉拔成形工藝及包殼管，該工藝減少了單道次拉拔成形中成品管材截面誤差大，容易產生缺陷進而無法滿足要求的缺陷，采用該工藝成形后的管材截面精度高，誤差小，具有較高強度和剛性，保證了核燃料用包殼管安全服役的要求。

本發明采用如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種帶直肋包殼管多道次拉拔成形工藝，包括：將圓形截面管材作為初始管坯，所述初始管坯在模具和芯棒的共同作用下，依次經過第一異型模具所對應的預成形階段、第二異型模具所對應的過渡成形階段及第三異型模具所對應的成品成形階段，最終成形為具有一定特征截面的帶直肋包殼管成品管材；所述芯棒用于控制對應道次成形后異型截面管的內徑尺寸，所述第一異型模具、第二異型模具、第三異型模具分別用于控制對應道次成形后異型截面管的外徑尺寸及直肋尺寸。

如上所述的任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述預成形階段、過渡成形階段、成品成形階段各個成形階段之間均采用光亮退火消除殘余應力，改善加工硬化并進一步恢復其塑性。

如上所述的任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第一異型模具、第三異型模具的數量均為一個，所述第二異型模具的數量為一個或若干個；

所述第一異型模具、第二異型模具、第三異型模具均包括依次相接的圓錐形的入口段和圓柱形的定徑段；

所述入口段的錐度為α，所述入口段上設置有一個或若干個錐度為β的斜槽；α＝5～15°，β＝2～10°；α、β太小或太大都會導致肋填充效果差以及導致拉拔過程中管材斷裂；

所述定徑段的內壁上設置一個或若干個具有一定寬度、高度和填充角度的異形槽，異形槽的底部倒圓角，圓角半徑為R；

如上所述的任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，在預成形階段，第一異型模具的定徑段上具有寬度為W1、高度為H1、圓角半徑為R1和填充角度ω1的異型槽，工藝參數選擇范圍為：W1＝(1～1.5)W3，H1＝(0.2～0.5)H3，R1＝(1～20)R3，ω1＝90～150°；W3、H3、R3、ω3分別為第三異型模具(成品成形階段)的模具參數：定徑段異形槽寬度、高度、圓角半徑和填充角度，由成品管材決定，與成品管材尺寸相同。