【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核燃料压制成型，具体而言，涉及一种用于核燃料环形芯块压制成型模具及方法。
技术介绍
1、在核燃料芯块研制技术中，压制成形是关键工序之一，它对烧结后获得较高合格率的燃料芯块有着非常重要的影响，尤其是芯块的外观形貌、几何形状、密度、强度等方面。目前，传统的核燃料芯块采用的形状主要包括圆柱状、环状和球状等。由于环形薄壁芯块具有透气性能好，具有更大得空腔体积来容纳裂变反应气体以及降低燃料的中心温度等优点，是一种非常有发展前景的新型燃料元件。此外，麻省理工学院(mit)的研究结果表明，环形燃料可在保持或增进现有反应堆安全性能的前提下，提升堆芯密度20％～50％，显著提高了核电厂的安全性和经济性。同时，模具中心杆的设置有利于平衡压制过程中摩擦力的分布，使得压制生坯的整体及局部密度分布更加均匀，从而确保了烧结芯块的外观尺寸精度，降低了烧结后芯块缺陷的产生。因此，开展环形核燃料芯块制备工艺、设备及工装等研究，对于丰富公司芯块制备工艺、累积相关产品生产经验有着重要的意义。
2、在环形核燃料芯块制备过程中，mox燃料、uo2燃料、mgo基嬗变燃料、npo2及amo2靶件燃料等芯块均可以采用圆柱环形工艺制备，其配套压制模具主要由阴模、上冲头、下冲头、中芯杆等部分组成。由现场经验可知，在环形芯块制备过程中，模具很容易引起疲劳失效问题，主要表现为阴模内腔体表面产生划痕、中芯杆断裂，冲头崩碎等问题，这极大地缩短了其使用寿命，无法满足现场使用要求，并且新加工的模具采购周期较长，价格昂贵，很难保证后续批量化生产任务。由于模具安装、拆卸
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了克服了现有技术中阴模使用寿命较短、中芯杆频繁断裂及冲头崩碎、模具更换困难以及结构不合理等缺点，提供了一种结构简单、更换方便、使用寿命较长的环形芯块压制成型模具，该模具能够保证生坯尺寸精度，减少生坯分层、裂纹等缺陷，可以提高产品的合格率。
2、本专利技术的技术方案如下：一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，包括中芯杆、下冲头、上冲头、阴模，中芯杆包括中芯杆长杆、中芯杆基座，中芯杆基座位于中芯杆长杆底部；下冲头包括下冲硬质合金杆、下冲头连接基座，下冲硬质合金杆位于下冲头连接基座顶部；上冲头包括上冲硬质合金杆、上冲头排气孔、上冲头连接基座，上冲硬质合金杆位于上冲头连接基座顶部，而上冲头连接基座内部有上冲头排气孔，阴模包括工具钢外套、硬质合金内套，硬质合金内套位于工具钢外套内。
3、中心杆直径＜4mm，则中心杆材料选择工具钢。
4、中心杆直径≥4mm，则中心杆材料选择超细晶硬质合金钢，晶粒大小0.2～0.5um，硬度范围为hrc65～85。
5、中芯杆加工采用整体切削。
6、下冲头、上冲头均有倒角，且倒角为30～60℃。
7、一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，包括以下步骤：
8、s1：中芯杆安装在下冲头中，且中芯杆基座与下冲头底部卡合，下冲头的下冲硬质合金杆和中芯杆长杆伸入阴模的硬质合金内套中；
9、s2：使料粉由上方进入阴模，到设定的填料深度时停止，阴模空腔内填满物料，停止加料；
10、s3：上冲头的上冲硬质合金杆由阴模的上方伸入硬质合金内套中，下冲头开始上升，上冲头继续下降，上冲头和下冲头同时压制，形成生坯；
11、s4：当保压到一定时间后，调整上冲头和下冲头的压力，使上冲头和下冲头3开始上升并对生坯保持一定的压力；
12、s5：当生坯上表面开始离开阴模孔时，上冲头的上冲硬质合金杆快速离开生坯回到原点。
13、所述s1中，中芯杆基座与下冲头通过快捷方式底部卡合
14、所述s2中，刮平料粉与阴模的上表面。
15、所述s3中，压力达到设定值时开始保压。
16、所述s5中，当生坯被下冲硬质合金杆完全推出阴模时，将料粉推至阴模上方，准备下一次加料。
17、本专利技术的显著效果在于：该压制成型模具在实际应用中，便于生坯脱模过程进行，能够确保产品的尺寸精度，可以有效地避免生坯产生分层及裂纹缺陷。同时，经过现场试验验证，模具可以满足30000～50000次以上压制要求，模具抗疲劳失效及使用寿命得到大幅度提高，有效的减少了放射性废物产生、储存及处理等问题。
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1.一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：包括中芯杆(1)、下冲头(2)、上冲头(3)、阴模(4)，中芯杆(1)包括中芯杆长杆(1-1)、中芯杆基座(1-2)，中芯杆基座(1-2)位于中芯杆长杆(1-1)底部；下冲头(2)包括下冲硬质合金杆(2-1)、下冲头连接基座(2-2)，下冲硬质合金杆(2-1)位于下冲头连接基座(2-2)顶部；上冲头(3)包括上冲硬质合金杆(3-1)、上冲头排气孔(3-2)、上冲头连接基座(3-3)，上冲硬质合金杆(3-1)位于上冲头连接基座(3-3)顶部，而上冲头连接基座(3-3)内部有上冲头排气孔(3-2)，阴模(4)包括工具钢外套(4-1)、硬质合金内套(4-2)，硬质合金内套(4-2)位于工具钢外套(4-1)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：中心杆(1)直径＜4mm，则中心杆1材料选择工具钢。
3.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：中心杆(1)直径≥4mm，则中心杆1材料选择超细晶硬质合金钢，晶粒大小0.2～0.5um，硬度范围为HRC6
4.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：中芯杆(1)加工采用整体切削。
5.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：下冲头(2)、上冲头(3)均有倒角，且倒角为30～60℃。
6.一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，应用权利要求1-5任一所述的用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，其特征在于：所述S1中，中芯杆基座(1-2)与下冲头(2)通过快捷方式底部卡合。
8.根据权利要求6所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，其特征在于：所述S2中，刮平料粉与阴模(4)的上表面。
9.根据权利要求6所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，其特征在于：所述S3中，压力达到设定值时开始保压。
10.根据权利要求6所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型方法，其特征在于：所述S5中，当生坯被下冲硬质合金杆(2-1)完全推出阴模(4)时，将料粉推至阴模上方，准备下一次加料。
...【技术特征摘要】
1.一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：包括中芯杆(1)、下冲头(2)、上冲头(3)、阴模(4)，中芯杆(1)包括中芯杆长杆(1-1)、中芯杆基座(1-2)，中芯杆基座(1-2)位于中芯杆长杆(1-1)底部；下冲头(2)包括下冲硬质合金杆(2-1)、下冲头连接基座(2-2)，下冲硬质合金杆(2-1)位于下冲头连接基座(2-2)顶部；上冲头(3)包括上冲硬质合金杆(3-1)、上冲头排气孔(3-2)、上冲头连接基座(3-3)，上冲硬质合金杆(3-1)位于上冲头连接基座(3-3)顶部，而上冲头连接基座(3-3)内部有上冲头排气孔(3-2)，阴模(4)包括工具钢外套(4-1)、硬质合金内套(4-2)，硬质合金内套(4-2)位于工具钢外套(4-1)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：中心杆(1)直径＜4mm，则中心杆1材料选择工具钢。
3.根据权利要求1所述的一种用于核燃料环形芯块压制成型模具，其特征在于：中心杆(1)直径≥4mm，则中心杆1材料选择超细晶硬质合金钢，晶粒大小0.2～0.5um，硬度范围为hrc65～8...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱桐宇，张彦龙，艾利君，郭亮，屠振华，王军平，刘鹏，杨廷贵，张顺孝，张寒，蒲小斌，谷磊，石磊，杨欢欢，
申请(专利权)人：中核四零四有限公司，
类型：发明
国别省市：
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