[发明专利]一种带螺旋肋包壳管的冷拔成形装置及成形方法

说明书

本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域，提供了一种带螺旋肋包壳管的冷拔成形装置及成形方法，所述成形装置包括芯杆单元、模具、冷拔单元和机架；芯杆单元包括芯棒和丝杠；芯棒用于带螺旋肋包壳管内径的精确成形；芯棒安装在丝杠上，丝杠固定在所述机架上；模具整体为中空结构，包括依次邻接的咬入段、减径段和成形段；咬入段引导管坯进入模具，减径段用于管坯外径的逐渐减小，成形段用于螺旋肋包壳管的截面成形；冷拔单元用于对管坯进行冷拔，管坯在冷拔过程中能沿径向自由旋转。所述成形方法包括管坯准备、润滑处理、冷拔成形和成品管处理。本发明装置整体结构简单，生产成本低，所用工艺生产效率高，成品质量好、精度高、综合性能优异。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域，特别涉及一种带螺旋肋包壳管的冷拔成形装置及成形方法。

背景技术

燃料元件包壳材料是堆芯的重要结构材料，其主要作用是保护燃料芯块不受冷却剂的腐蚀；避免包壳中裂变物质的外泄，使冷却剂免受污染；保持燃料元件的几何形状并使之有足够的强度和刚性。包壳在服役过程中，在包壳管的外壁存在大量冷却剂，使之受到较大的压力和腐蚀的影响。在包壳服役期间要保证燃料元件没有破损及包壳的完整性，是保证反应堆正常经济和高效运行的重要前提和主要限制因素。

授权公告号为CN 203055470 U的中国实用新型专利公开了一种燃料棒径向定位的带肋包壳管，包括包壳管本体，包壳管本体整体呈圆筒状，其内部为空腔结构，在所述包壳管本体的外部侧壁上至少设置一条凸出于其外表面的肋条，所述肋条和包壳管本体为一体结构。上述实用新型专利指出的带螺旋肋包壳管能够增强结构稳定性、节省结构材料、提高燃料体积所占份额、促进流体搅混、增强冷却剂的传热性能。但未提及如何设计制造满足该性能要求的带螺旋肋包壳管。

目前，现有的核燃料用包壳管的成形方式是通过点焊将不锈钢丝螺旋缠于管坯外侧，而该方式缠绕的不锈钢丝，首先无法做到一体成型、生产效率低、表面尺寸差，其次无法满足在高温高压下正常工作的条件，使用寿命低，隔离失效后重新更换成本较高，产生的污染严重。

发明内容

本发明的目的就是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种带螺旋肋包壳管的冷拔成形装置及成形方法，该成形装置结构简单，提高加工制造过程中的材料利用率，降低加工成本，提高生产效率，提高使用寿命。

本发明采用如下技术方案：

一种带螺旋肋包壳管的冷拔成形装置，包括芯杆单元、模具、冷拔单元和机架；

所述芯杆单元，包括芯棒和丝杠；所述芯棒用于带螺旋肋包壳管内径的精确成形；所述芯棒安装在所述丝杠上，所述丝杠固定在所述机架上；

所述模具，整体为中空结构，包括依次邻接的咬入段、减径段和成形段；所述咬入段引导管坯进入所述模具，所述减径段用于管坯外径的逐渐减小，所述成形段用于螺旋肋包壳管的截面成形；

所述冷拔单元，用于对管坯进行冷拔；管坯在冷拔过程中能沿径向自由旋转；

所述芯杆单元、模具、冷拔单元均由机架承载。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述模具安装在法兰内，采用平键限制模具的径向转动，用于对带螺旋肋包壳管进行减径与异形截面成形；法兰安装在机架上，通过端盖限制模具与法兰的轴向位移。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述咬入段和减径段均设置有用于引导管坯沿其轴线方向移动的斜槽，所述成形段设置带有设定螺距的导程。咬入段和减径段带有斜槽，可引导管坯外径逐渐减小，直至与成形段入口处的轮廓吻合；成形段带有一定螺距的导程，控制管坯外径处金属向螺旋导程处流动，促使管坯外侧出现螺旋肋。