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一种中心开孔核燃料芯块的成型模具.pdf

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一种 中心 核燃料 成型 模具
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摘要
申请专利号:

CN201611236808.5

申请日:

2016.12.28

公开号:

CN106683726A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G21C 21/10申请日:20161228|||公开
IPC分类号: G21C21/10 主分类号: G21C21/10
申请人: 中核北方核燃料元件有限公司; 中核包头核燃料元件股份有限公司
发明人: 张宾; 冯继东; 潘彬; 于?#24230;? 王强; 曹明明; 王海霖; ?#21697;?#26041;; 张学东; 宋海波
地址: 014035 内蒙古自治区包头市青山区456信箱科技处
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 核工业专利中心 11007 代理人: 张雅丁
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611236808.5

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明属于核燃料制造技术领域,具体涉及一种中心开孔核燃料芯块的成型模具。包含阴模、上冲头、下冲头和芯杆;阴模采用双层架构,包含外圈和内圈;外圈采用中碳?#31181;?#25104;,内圈采用硬质合金制成,在300Mpa~500MPa的压力下将内圈压入到外圈中,整个装配保证过盈配合;加工后的阴模保证内圈与外圈上、下表面平齐。目前中心开孔芯块成型模具已经应用在了AP1000燃料组件芯块制造过程中,大量的产品已经被制造,并且通过了产品设?#21697;?#21644;核电站用户的认可。

权利要求书

1.一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:包含阴模、上冲头、下冲头和芯
杆;
阴模采用双层架构,包含外圈(1)和内圈(3);外圈(1)采用中碳?#31181;?#25104;,内圈(3)采用硬
质合金制成,在300Mpa~500MPa的压力下将内圈(3)压入到外圈(1)中,整个装配保证过盈
配合;加工后的阴模保证内圈(3)与外圈(1)上、下表面平齐;
外圈(1)内径和内圈(3)外径相同,上冲头冲杆(5)和下冲头冲杆(11)的外径相同,上冲
头冲尖(8)和下冲头冲尖(14)的外径与内圈(3)内径相同;
上冲头下中心孔(7)和下冲头下中心孔(13)是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D1;
上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D2,D2<D1,
芯杆工作区域(18)的外径与上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)?#26412;?#30456;同;
上冲头和下冲头采用两种材料钎焊的方式加工;上冲头底座(4)、下冲头底座(10)、上
冲头冲杆(5)、下冲头冲杆(11)采用中碳钢整体车削成型;
在上冲头冲杆的上端面(6)上加工上冲头下中心孔(7),在下冲头冲杆的上端面(12)上
加工下冲头下中心孔(13);
通过钎焊将上冲头上中心孔(9)、下冲头上中心孔(15)?#38468;?#22312;上冲头冲杆(5)、下冲头
冲杆(11)的端面上,钎焊过程保证上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)的中心孔分
别与上冲头下中心孔(7)、下冲头下中心孔(13)的同轴度;
芯杆底座(16)、芯杆的杆(17)及芯杆工作区域(18)采用模具钢整体成型。
2.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:芯杆整体高
度<上冲头整体高度+下冲头整体高度+产品高度。
3.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:内圈(3)硬
度保持在HRC45~HRC50之间,内圈中心孔(2)壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。
4.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:D1=D2+
0.5mm。
5.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:芯杆的杆
(17)的?#26412;?#27604;芯杆工作区域(18)?#26412;?#22823;0.5mm。
6.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:上冲头冲尖
(8)和下冲头冲尖(14)采用硬质合金成型,硬度在HRC60~HRC63之间。
7.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:上冲头上中
心孔(9)和下冲头上中心孔(15)的内壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。
8.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:芯杆工作区
域(18)采用渗碳处理,硬度在HRC60~HRC64之间。
9.如权利要求1所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,其特征在于:芯杆整体高
度<上冲头整体高度+下冲头整体高度+产品高度;内圈(3)硬度保持在HRC45~HRC50之间,
内圈中心孔(2)壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm;D1=D2+0.5mm;芯杆的杆(17)的
?#26412;?#27604;芯杆工作区域(18)?#26412;?#22823;0.5mm;上冲头冲尖(8)和下冲头冲尖(14)采用硬质合金成
型,硬度在HRC60~HRC63之间;上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)的内壁进?#20449;?#20809;
处理,抛光后粗糙度小于0.1μm;芯杆工作区域(18)采用渗碳处理,硬度在HRC60~HRC64之
间。

说明书

一种中心开孔核燃料芯块的成型模具

技术领域

本发明属于核燃料制造技术领域,具体涉及一种中心开孔核燃料芯块的成型模
具。

背景技术

在国内核燃料制造领域,核燃料芯块成型用的模具主要由上、下模和阴模组成。模
具整体为?#31181;?#27169;具,采用整体加工方式加工而成。

由于金属铀和铀的氧化物是一种硬脆性粉末,在核燃料芯块成型过程中,会对模
具各部件接触面产生很大的磨损,造成模具使用寿命?#26723;汀?#27492;外中心开孔芯块成型?#20445;?#23610;寸
非常小的中心孔对成型模具的整体强度要求更高,需要保证批量生产上百万次不磨损。而
现?#24515;?#20855;由于整体成型,在保证耐磨性的同?#20445;?#24448;往其韧性和强度较差,而在保证强度的同
?#20445;?#21448;往往难以兼顾耐磨性。为了使模具获得良好的综合性能,一种新的模具结构和模具加
工方法被发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,从而解决
上述技术问题。

为了实现这一目的,本发明采取的技术方案是:

一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,包含阴模、上冲头、下冲头和芯杆;

阴模采用双层架构,包含外圈和内圈;外圈采用中碳?#31181;?#25104;,内圈采用硬质合金制
成,在300Mpa~500MPa的压力下将内圈压入到外圈中,整个装配保证过盈配合;加工后的阴
模保证内圈与外圈上、下表面平齐;

外圈内径和内圈外径相同,上冲头冲杆和下冲头冲杆的外径相同,上冲头冲尖和
下冲头冲尖的外径与内圈内径相同;

上冲头下中心孔和下冲头下中心孔是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D1;

上冲头上中心孔和下冲头上中心孔是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D2,D2<D1,

芯杆工作区域的外径与上冲头上中心孔和下冲头上中心孔?#26412;?#30456;同;

上冲头和下冲头采用两种材料钎焊的方式加工;上冲头底座、下冲头底座、上冲头
冲杆、下冲头冲杆采用中碳钢整体车削成型;

在上冲头冲杆的上端面上加工上冲头下中心孔,在下冲头冲杆的上端面上加工下
冲头下中心孔;

通过钎焊将上冲头上中心孔、下冲头上中心孔?#38468;?#22312;上冲头冲杆、下冲头冲杆的
端面上,钎焊过程保证上冲头上中心孔和下冲头上中心孔的中心孔分别与上冲头下中心
孔、下冲头下中心孔的同轴度;

芯杆底座、芯杆的杆及芯杆工作区域采用模具钢整体成型。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,芯杆整体高度<上
冲头整体高度+下冲头整体高度+产品高度。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,内圈硬度保持在
HRC45~HRC50之间,内圈中心孔壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,D1=D2+0.5mm。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,芯杆的杆的?#26412;?#27604;
芯杆工作区域?#26412;?#22823;0.5mm。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,上冲头冲尖和下冲
头冲尖采用硬质合金成型,硬度在HRC60~HRC63之间。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,上冲头上中心孔和
下冲头上中心孔的内壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。

进一步的,如上所述的一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,芯杆工作区域采用
渗碳处理,硬度在HRC60~HRC64之间。

本发明技术方案的有益效果在于:

本发明采用不同性能材料组合加工的方式设计、加工核燃料芯块成型模具。这种
模具加工方式可以使其获得良好的综合性能,保证其耐磨性的同时增加其韧性和抗冲击
性,同时提高了模具的使用寿命。

附图说明

图1为阴模结构示意图;

图2为上冲头结构示意图;

图3为下冲结构示意图;

图4为芯杆结构示意图;

图5为阴模示意图;

图6为上冲头示意图;

图7为下冲示意图;

图8为芯杆示意图。

图中?#21644;?#22280;1、内圈中心孔2、内圈3、上冲头底座4、上冲头冲杆5、上冲头冲杆的上端
面6上冲头下中心孔7上冲头冲尖8、上冲头上中心孔9、下冲头底座10、下冲头冲杆11、下冲
头冲杆的上端面12下冲头下中心孔13、下冲头冲尖14、下冲头上中心孔15、芯杆底座16、芯
杆的杆17、芯杆工作区域18。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明技术方?#38468;?#34892;进一步详?#26438;?#26126;。

如图1-8所示,本发明一种中心开孔核燃料芯块的成型模具,包含阴模、上冲头、下
冲头和芯杆;

阴模采用双层架构,包含外圈1和内圈3;外圈1采用中碳?#31181;?#25104;,内圈3采用硬质合
金制成,在300Mpa~500MPa的压力下将内圈3压入到外圈1中,整个装配保证过盈配合;加工
后的阴模保证内圈3与外圈1上、下表面平齐;内圈3硬度保持在HRC45~HRC50之间,内圈中
心孔2壁进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。

外圈1内径和内圈3外径相同,上冲头冲杆5和下冲头冲杆11的外径相同,上冲头冲
尖8和下冲头冲尖14的外径与内圈3内径相同;上冲头冲尖8和下冲头冲尖14采用硬质合金
成型,硬度在HRC60~HRC63之间。

上冲头下中心孔7和下冲头下中心孔13是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D1;

上冲头上中心孔9和下冲头上中心孔15是?#26412;?#30456;同的通孔,?#26412;?#37117;是D2,D2<D1,
D1=D2+0.5mm。

芯杆工作区域18的外径与上冲头上中心孔9和下冲头上中心孔15?#26412;?#30456;同;芯杆
的杆17的?#26412;?#27604;芯杆工作区域18?#26412;?#22823;0.5mm。

上冲头和下冲头采用两种材料钎焊的方式加工;上冲头底座4、下冲头底座10、上
冲头冲杆5、下冲头冲杆11采用中碳钢整体车削成型;

在上冲头冲杆的上端面6上加工上冲头下中心孔7,在下冲头冲杆的上端面12上加
工下冲头下中心孔13;

通过钎焊将上冲头上中心孔9、下冲头上中心孔15?#38468;?#22312;上冲头冲杆5、下冲头冲
杆11的端面上,钎焊过程保证上冲头上中心孔9和下冲头上中心孔15的中心孔分别与上冲
头下中心孔7、下冲头下中心孔13的同轴度;上冲头上中心孔9和下冲头上中心孔15的内壁
进?#20449;?#20809;处理,抛光后粗糙度小于0.1μm。

芯杆底座16、芯杆的杆17及芯杆工作区域18采用模具钢整体成型。芯杆工作区域
18采用渗碳处理,硬度在HRC60~HRC64之间。芯杆整体高度<上冲头整体高度+下冲头整体
高度+产品高度。

目前中心开孔芯块成型模具已经应用在了AP1000燃料组件芯块制造过程中,大量
的产品已经被制造,并且通过了产品设?#21697;?#21644;核电站用户的认可。

同时中心开孔芯块成型模具已在国家科技重大专项—CAP1400自主化燃料组件研
制第一阶段,即定型组件研制过程中得到应用,并在其后续研制及工业化规模生产中进一
?#38477;?#21040;应用。

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