一种中心开孔核燃料芯块的成型模具制造技术

本发明专利技术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；外圈采用中碳钢制成，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，并且通过了产品设计方和核电站用户的认可。

Forming die for central opening core fuel block

The invention belongs to the technical field of nuclear fuel manufacturing, in particular to a forming die for a central opening fuel core block. Including upper and lower die, punch and die core rod; using double-layer structure, comprising an outer ring and an inner ring; the outer ring made by steel, inner ring made of hard alloy in 300Mpa ~ 500MPa under the pressure of the inner ring is pressed into the outer ring, the entire assembly to ensure fit die after processing to ensure; the inner and outer rings of upper and lower surface. At present, the center hole core block mold has been applied in the AP1000 fuel assembly core block manufacturing process, a large number of products have been manufactured, and through the product design and nuclear power plant user recognition.

【技术实现步骤摘要】
一种中心开孔核燃料芯块的成型模具
本专利技术属于核燃料制造
，具体涉及一种中心开孔核燃料芯块的成型模具。
技术介绍
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。模具整体为钢制模具，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，造成模具使用寿命降低。此外中心开孔芯块成型时，尺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。而现有模具由于整体成型，在保证耐磨性的同时，往往其韧性和强度较差，而在保证强度的同时，又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专利技术。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采取的技术方案是：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；外圈采用中碳钢制成，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直径相同的通孔，直径都是D1；上冲头上中心孔和下冲头上中心孔是直径相同的通孔，直径都是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直径相同；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、下冲头上中心孔焊接在上冲头冲杆、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，内圈中心孔壁进行抛光处理，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，芯杆的杆的直径比芯杆工作区域直径大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行抛光处理，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。本专利技术技术方案的有益效果在于：本专利技术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：外圈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专利技术技术方案进行进一步详细说明。如图1-8所示，本专利技术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采用中碳钢制成，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壁进行抛光处理，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是直径相同的通孔，直径都是D1；上冲头上中心孔9和下冲头上中心孔15是直径相同的通孔，直径都是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直径相同；芯杆的杆17的直径比芯杆工作区域18直径大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焊接在上冲头冲杆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的内壁进行抛光处理，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，并且通过了产品设计方和核电站用户的认可。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步得到应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)采用中碳钢制成，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)是直径相同的通孔，直径都是D1；上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)是直径相同的通孔，直径都是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)直径相同；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)焊接在上冲头冲杆(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。...

【技术特征摘要】
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)采用中碳钢制成，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)是直径相同的通孔，直径都是D1；上冲头上中心孔(9)和下冲头上中心孔(15)是直径相同的通孔，直径都是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)直径相同；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)焊接在上冲头冲杆(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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宾，冯继东，潘彬，于露润，王强，曹明明，王海霖，唐方方，张学东，宋海波，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15