[发明专利]一种带直肋包壳管多道次拉拔成形工艺及包壳管

说明书

本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域，提供了一种带直肋包壳管多道次拉拔成形工艺，将圆形截面管材作为初始坯料，依次通过第一异型模具、第二异型模具和第三异型模具，在芯棒和模具的共同作用下将圆形截面管坯拉拔成具有一定特征截面的异型管，所对应的成形阶段分别为预成形阶段、过渡成形阶段和成品成形阶段。不同成形阶段之间采用光亮退火以消除残余应力，改善加工硬化并进一步恢复其塑性。本发明减少了单道次拉拔成形中肋填充高度受限以及肋槽填充过程中肋对应位置内表面凹陷产生缺陷的问题，采用该工艺成形后的各道次间管材截面逐渐过渡，可以成形大于成品管材壁厚的带肋管材，并且成形后管材截面精度高，误差小，具有较高强度和刚性。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域，特别涉及一种带直肋包壳管多道次拉拔成形工艺及包壳管。

背景技术

包壳管是堆芯的重要结构组成部分，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。带肋管因其外表面具有凸出于管材的肋，能够增强冷却剂的传热性能，促进流体搅混，是目前应用的一种新型的核燃料包壳管。由于外表面肋的尺寸较小，传统的带肋管生产工艺为在薄壁管外表面缠绕铁丝并通过电焊的方式进行固定。但这种方式无法做到一体成型、生产效率低、表面尺寸差，导致在后续的高温高压服役过程中容易因肋条脱离产生包壳管隔离失效现象。为了改善这种情况，提高包壳管的安全服役性能，目前急需对带肋管进行一体化成型。与此同时，由于带肋管外表面肋条的高度大于或等于成品管的壁厚，成形过程中会产生肋条填充高度不足、由于管材外表面肋填充导致对应位置内表面产生肋槽缺陷等问题，因此其一体化成形过程中如何同时保证管材外表面肋条高度并消除内表面肋槽缺陷是一项技术难题。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种带直肋包壳管多道次拉拔成形工艺及包壳管，该工艺减少了单道次拉拔成形中成品管材截面误差大，容易产生缺陷进而无法满足要求的缺陷，采用该工艺成形后的管材截面精度高，误差小，具有较高强度和刚性，保证了核燃料用包壳管安全服役的要求。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种带直肋包壳管多道次拉拔成形工艺，包括：将圆形截面管材作为初始管坯，所述初始管坯在模具和芯棒的共同作用下，依次经过第一异型模具所对应的预成形阶段、第二异型模具所对应的过渡成形阶段及第三异型模具所对应的成品成形阶段，最终成形为具有一定特征截面的带直肋包壳管成品管材；所述芯棒用于控制对应道次成形后异型截面管的内径尺寸，所述第一异型模具、第二异型模具、第三异型模具分别用于控制对应道次成形后异型截面管的外径尺寸及直肋尺寸。

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，所述预成形阶段、过渡成形阶段、成品成形阶段各个成形阶段之间均采用光亮退火消除残余应力，改善加工硬化并进一步恢复其塑性。

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，所述第一异型模具、第三异型模具的数量均为一个，所述第二异型模具的数量为一个或若干个；

所述第一异型模具、第二异型模具、第三异型模具均包括依次相接的圆锥形的入口段和圆柱形的定径段；

所述入口段的锥度为α，所述入口段上设置有一个或若干个锥度为β的斜槽；α＝5～15°，β＝2～10°；α、β太小或太大都会导致肋填充效果差以及导致拉拔过程中管材断裂；

所述定径段的内壁上设置一个或若干个具有一定宽度、高度和填充角度的异形槽，异形槽的底部倒圆角，圆角半径为R；

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，在预成形阶段，第一异型模具的定径段上具有宽度为W1、高度为H1、圆角半径为R1和填充角度ω1的异型槽，工艺参数选择范围为：W1＝(1～1.5)W3，H1＝(0.2～0.5)H3，R1＝(1～20)R3，ω1＝90～150°；W3、H3、R3、ω3分别为第三异型模具(成品成形阶段)的模具参数：定径段异形槽宽度、高度、圆角半径和填充角度，由成品管材决定，与成品管材尺寸相同。