[发明专利]一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置及其预成型方法

说明书

本发明涉一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置及其成型方法，包括上梁、工作台和多个加压工位，每个加压工位的电缸固定设置在上梁的底部，上压头通过压力传感器与电缸底部伸出的电缸活塞杆连接，模具钢套通过钢套拉杆与上压头连接，下压头固定设置在工作台上，模具放置在下压头上。该装置采用多个加压工位的设计，一次可以预成型多个球形燃料元件燃料区，大大提高产品的生产效率。采用电缸作为加压系统，可有效防止因采用液压系统产生的漏油和噪音问题，简化设备结构，节省空间；电缸的电缸活塞杆直线移动通过上压头对球形燃料元件燃料区施压，移动的距离和施加的压力可以精确控制，因此可以精确控制球形燃料元件燃料区的压制尺寸和压制压力。

技术领域

本发明涉及核燃料制备技术领域，尤其涉及一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置及其预成型方法。

背景技术

球床式高温气冷堆是世界公认、中国有自主知识产权的最先进的核反应堆之一，所采用的燃料直径约为60mm、内部均匀分布一定数量包覆颗粒的球形燃料元件，其中球体中心含有燃料的部位为燃料区，燃料区外围不含燃料的区域称为无燃料区。其成型过程：首先将包覆颗粒与基体石墨粉混合后在一定的压力下进行压制形成具有一定强度的芯球，然后与无燃料区的石墨粉一起再在高压条件下压制成型，经过低温、高温热处理后形成球形燃料元件的燃料区。目前燃料区预成型采用的压制系统为油压系统，预成型工艺为：加压--保压--泄压，整个周期不少于45s；加压过程存在压力上冲现象，保压时间不能调整；泄压时间长且泄压时间不能设置；冲头和冲头上升/回程速度不能调节；设备产能不能满足球形燃料元件规模化生产的需要，存在漏油风险，噪音大，需要配置冷却系统和压空系统，维修、维护困难。

因此，需要提供一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置及其预成型方法，为了提高设备的生产效率和改善产品的成型质量，实现燃料区预成型工艺参数可控和多工位工艺参数的最优化，并简化设备结构、降低设备的噪音和耗能，消除液压设备存在的漏油问题，便于设备的维护维修，营造更好的车间生产环境，以满足球形燃料元件规模化生产和高温气冷堆推广应用的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置及其预成型方法，采用电能驱动电缸的电缸活塞杆对工件施压，代替油压设备的液压系统和液压控制系统，无需液压系统的冷却系统、液压执行元件、液压控制元件和液压辅助元件，设备结构简单，消除漏油问题，大幅度降低噪音，节省设备的安装空间。

为解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于球形燃料元件燃料区的预成型装置，该装置包括上梁、工作台和多个加压工位，每个加压工位包括电缸、压力传感器、上压头、模具钢套、钢套拉杆、下压头和模具，所述电缸固定设置在上梁的底部，所述上压头通过压力传感器与电缸底部伸出的电缸活塞杆连接，所述模具钢套通过钢套拉杆与上压头连接，所述下压头固定设置在工作台上，所述模具放置在下压头上。所述下压头在工作台上的位置可调。

优选地，所述压力传感器与电缸活塞杆之间采用螺纹连接，所述压力传感器与上压头之间采用法兰连接。上压头和压力传感器的作用是给球形燃料元件燃料区加压和压力信号反馈。压力传感器可以通过压力控制球形燃料元件燃料区的成型压力，压力控制精度在0.05MPa。压力传感器也可以由光栅尺来代替，通过测量电缸活塞杆移动的距离精确控制球形燃料元件燃料区的压制尺寸，尺寸偏差控制在0.02mm。

优选地，所述钢套拉杆外套设有弹簧。每个模具钢套用两套钢套拉杆与上压头连接，模具钢套的作用是模具定位和给球形燃料元件燃料区施压。钢套拉杆外的弹簧可以实现模具钢套与上压头之间可以相对移动。

优选地，所述预成型装置还包括框架，所述上梁和工作台分别固定设置在框架上，所述框架的底部固定设有地脚盘。框架起支撑作用，所述框架包括上梁框架、工作台框架和侧框架，所述上梁固定设置在上梁框架上，所述工作台固定设置在工作台框架上，两套侧框架固定连接上梁框架和工作台框架。