本发明专利技术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多道次拉拔成形工艺及包壳管，所述工艺包括：将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，最终成形为具一定特征截面的带螺旋肋包壳管成品管材；芯棒用于控制对应道次成形后异型截面管的内径尺寸，异型模具用于控制对应道次成形后异型截面管的外径及螺旋肋尺寸。不同成形阶段之间采用光亮退火以消除残余应力，恢复塑性。本发明专利技术工艺成形后的包壳管成形精度高、质量好，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，大幅度提高螺旋肋包壳管的服役寿命。壳管的服役寿命。壳管的服役寿命。
【技术实现步骤摘要】
带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺及包壳管
[0001]本专利技术涉及金属塑性成形工艺与装备
，特别涉及一种带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺及包壳管。
技术介绍
[0002]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。授权公告号为CN 203055470 U的中国技术专利公开了一种燃料棒径向定位的带肋包壳管，采用与包壳管基体整体成型的螺旋带肋形式进行燃料包壳管隔离，安全性更高，同时能兼顾反应堆单位功率密度大、体积小巧。
[0003]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。由于肋尺寸较小，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。一方面，由于带肋管外表面肋条高度大于或等于成品管壁厚，属于典型的局部大变形问题，成形过程中往往会产生外表面肋条高度不足、内表面对应位置出现肋槽缺陷等问题。另一方面，现有技术人员提出通过拉拔方式生产带螺旋肋包壳管，再通过对螺旋肋管两端施加扭转肋使其成形为带螺旋肋包壳管，此方法需要二次成形且无法保证扭转后带螺旋肋管材的精度。因此，本文提出带螺旋肋包壳管多道次拉拔工艺对其进行精密成形。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，该工艺可以替代采用圆管外表面缠绕铁丝并两端电焊固定作为包壳管的方法，实现了螺旋肋包壳管的一体化精密成形，降低螺旋肋因缠绕不牢而脱离导致包壳管失效的风险。同时相对于现有的拉拔工艺，成形精度高，缺陷少。采用该工艺成形后的包壳管质量好，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，大幅度提高螺旋肋包壳管的服役寿命。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种带螺旋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螺旋肋包壳管成品管材；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螺旋肋尺寸。
[0007]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。
[0008]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；
[0009]所述第一异型模具、第二异型模具、第三异型模具均包括模芯、模套和轴承，所述模芯通过所述轴承安装于所述模套内，所述模芯能在所述模套内沿周向转动；
[0010]所述模芯包括相接的圆锥形入口段和圆柱形定径段；
[0011]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
°
；
[0012]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；
[0013]所述模芯上的斜槽和异形槽均与水平线存在一定的角度偏差θ，用以在拉拔过程中通过所述模芯转动在管材表面形成凸出的螺旋肋。
[0014]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，所述角度偏差θ的计算公式为：S＝πD/tanθ，其中D为当前道次下变形后管材的外圆直径，S为导程。
[0015]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定径段异形槽的宽度、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。
[0016]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，在过渡成形阶段，第二异型模具的定径段上具有宽度为W2、高度为H2、圆角半径为R2和填充角度ω2的异型槽，工艺参数选择范围为：W2＝(1.5～2)W3，H2＝(0.7～0.8)H3，R2＝(1～5)R3，ω2＝90～130
°
；W3、H3、R3、ω3分别为第三异型模具定径段异形槽的宽度、高度、圆角半径和填充角度。
[0017]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，相邻道次拉拔之间工艺参数选择范围为：直径减小率为10％～35％，壁厚减小率为10％～25％。减小率低于所选范围的最小值无法满足肋填充要求，而高于所选范围的最大值会导致变形量过大而拉断。
[0018]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，成品管材的螺旋肋的高度大于或等于成品管材壁厚。
[0019]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，当采用若干个第二异型模具时，过渡成形阶段的管材直径、管材壁厚、螺旋肋的宽度、螺旋肋的高度、螺旋肋的填充角度的变形量由若干个第二异型模具共同实现。
[0020]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，所述芯棒由锥度为γ的圆锥形入口段和外径为Φ2、长度为L2的圆柱形定径段组成。工艺参数选择范围为：L2＝0.1～1mm，γ＝10～30
°
；所述第一异型模具、第二异型模具、第三异型模具的定径段的长度L1的范围为：L1＝0.5～5mm。L1太小会使管材产生回弹导致变形后管材外径比目标值大，L1太大则会使拉拔力过大导致管材拉断；L2太小无法保证变形后管材内表面尺寸精度，L2太大则会使拉拔力过大导致管材拉断。
[0021]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，所述带螺旋肋包壳管的材质为塑性较好的核燃料用不锈钢或锆合金管。
[0022]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，每道次拉拔的具体步骤为：
①
将模具固定在机架上；
②
通过调节芯棒端部的螺母进而调整芯棒定径段与模具定径段的位置，使模具定径段包含芯棒的定径段；
③
将管材一端通过缩头机进行缩径，使管坯外径小于模具内孔尺寸；
④
将管材内外表面均匀涂抹拉拔润滑油；
⑤
将缩经端的管材穿过模具；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，其特征在于，所述成形工艺包括：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螺旋肋包壳管成品管材；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螺旋肋尺寸。2.如权利要求1所述的带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，其特征在于，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，恢复塑性。3.如权利要求1所述的带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，其特征在于，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模芯、模套和轴承，所述模芯通过所述轴承安装于所述模套内，所述模芯能在所述模套内沿周向转动；所述模芯包括相接的圆锥形入口段和圆柱形定径段；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
°
；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；所述模芯上的斜槽和异形槽均与水平线存在一定的角度偏差θ，用以在拉拔过程中在管材表面形成螺旋肋。4.如权利要求3所述的带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，其特征在于，所述角度偏差θ的计算公式为：S＝πD/tanθ，其中D为当前道次下变形后管材的外圆直径，S为导程。5.如权利要求3所述的带螺旋肋包壳管多道次拉拔成形工艺，其特征在于，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...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宝雨，李伟，刘胜强，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。