CN103151086A - 一种用于压制uo2燃料芯块的整体硬质合金冲头 - Google Patents

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王友良
丁建波
姚广起
朱奎
杨晓东
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Abstract

本发明涉及核电站用核燃料元件制造技术领域，具体公开了一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头。该硬质合金冲头包括一体成型的冲头工作端部、冲头中杆以及冲头定位部，其中，冲头定位部为圆柱体结构，冲头工作端部通过圆柱棒状的冲头中杆固定在冲头定位部的中心轴线上，冲头工作端部为直径略大于冲头中杆的圆柱体结构，冲头工作端部的端面包括中心球面结构的端面蝶形、沿端面蝶形边沿设置的环形平面结构的端面平台，以及冲头工作端部边沿设置的端面倒角。该硬质合金冲头具有非常良好的耐磨性，该硬质合金冲头的使用寿命可达150万次，相比钢制冲头使用寿命提高15倍。

Description

一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头
技术领域
本发明属于核电站用核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头。 
背景技术
UO2燃料芯块是通过粉末冶金制造工艺生产，UO2粉末必须经过压机压成生坯块后再经烧结、磨削生产成成品芯块。芯块的压制模具非常重要，它具有制造精度高、产量大的特点。压制UO2燃料芯块旋转压机的每一个冲头每天需要承受7500次的压制。目前所用的上、下冲头都是采用模具钢和轴承钢制造，UO2燃料芯块冲头的主要磨损方式是端面轮廓在粉末压制过程中的受压后产生的点腐蚀磨损。钢制冲头端面从开始使用就呈现一个逐步磨损的过程，每一个钢制的冲头在压制10万次后冲头端面轮廓就因为严重磨损而必须更换，而且每压制10万次后就更换冲头的做法一方面增加设备停机、检修的频次，不利于现场环境卫生；另一方面也增加生产成本。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，解决现有模具钢和轴承钢制造冲头的端面易磨损及使用寿命太短的问题。 
本发明的技术方案如下：一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，包括一体成型的冲头工作端部、冲头中杆以及冲头定位部，其中，冲头定位部为圆柱体结构，冲头工作端部通过圆柱棒状的冲头中杆固定在冲头定位部的中心轴线上，冲头工作端部为直径略大于冲头中杆的圆柱体结构，冲头工作端部的端面包括中心球面结构的端面蝶形、沿端面蝶形边沿设置的环形平面结构的端面平台，以及冲头工作端部边沿设置的端面倒角。 
所述的冲头工作端面部端面中心的端面蝶形的球面半径SR为17.9mm～19.6mm；端面蝶形的直径为7.425mm～7.575mm；端面蝶形的端面与端面平台的高度差为0.37mm～0.39mm。 
所述的冲头工作端面部的直径为10.055mm～10.065mm。 
所述的冲头工作端面部端面上边沿的端面倒角在端面平面的宽度为0.76mm～0.78mm；端面倒角的高度为0.26mm～0.28mm。 
所述的冲头工作端面部的端面表面粗糙度为Ra0.025um。 
所述的冲头工作端面部顶端距冲头定位部底端的高度为33.994mm～34.006mm。 
所述的整体硬质合金冲头以碳化钨为基体的硬质合金材料制成，包括重量含量为84％～92％的碳化钨和6％～16％的金属钴。 
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头具有非常良好的耐磨性，该硬质合金冲头的使用寿命可达150万次，相比钢制冲头使用寿命提高15倍；同时，改善了UO2燃料芯块的表面质量。 
附图说明
图1为本发明所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头结构示意图； 
图2为图1的局部放大图； 
图3为图2的俯视图； 
图中：1、冲头工作端部；2、冲头中杆；3、冲头定位部；4、端面蝶形；5、端面平台；6、端面倒角。 
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。 
实施例1 
如图1～3所示，一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头包括一体成型的冲头工作端部1、冲头中杆2以及冲头定位部3，其中，冲头定位部3为直径较大的圆柱体结构，并可以通过固定螺母将冲头定位部3固定在冲头夹具上，实现对整个冲头的固定定位；冲头工作端部1通过圆柱棒状的冲头中杆2固定在冲头定位部3的中心轴线上，其中，冲头工作端部1整体为直径略大于冲头中杆2的圆柱体结构，冲头工作端部1的端面包括中心球面结构的端面蝶形4、沿端面蝶形4边沿设置的环形平面结构的端面平台5，以及冲头工作端部1边沿设置的端面倒角6，其中，冲头工作端部1端面中心的端面蝶形4的球面半径SR＝17.9mm，端面蝶形4的直径为7.425mm，端面蝶形4顶端与端面平台5的高度差为0.37mm；端面倒角6在端面平面的宽度为0.76mm，端面倒角6的高度为0.26mm；冲头工作端部1的直径为10.055mm；冲头工作端部1端面的表面粗糙度为Ra0.025um；冲头工作端部1顶端距冲头定位部3底端的高度为 33.994mm。 
本发明所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头以碳化钨为基体的硬质合金材料制成，包括重量含量为84％的碳化钨和16％的金属钴。 
实施例2 
如图1～3所示，一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头包括一体成型的冲头工作端部1、冲头中杆2以及冲头定位部3，其中，冲头定位部3为直径较大的圆柱体结构，并可以通过固定螺母将冲头定位部3固定在冲头夹具上，实现对整个冲头的固定定位；冲头工作端部1通过圆柱棒状的冲头中杆2固定在冲头定位部3的中心轴线上，其中，冲头工作端部1整体为直径略大于冲头中杆2的圆柱体结构，冲头工作端部1的端面包括中心球面结构的端面蝶形4、沿端面蝶形4边沿设置的环形平面结构的端面平台5，以及冲头工作端部1边沿设置的端面倒角6，其中，冲头工作端部1端面中心的端面蝶形4的球面半径SR＝18.8mm，端面蝶形4的直径为7.5mm，端面蝶形4顶端与端面平台5的高度差为0.38mm；端面倒角6在端面平面的宽度为0.77mm，端面倒角6的高度为0.27mm；冲头工作端部1的直径为10.06mm；冲头工作端部1端面的表面粗糙度为Ra0.025um；冲头工作端部1顶端距冲头定位部3底端的高度为34mm。 
本发明所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头以碳化钨为基体的硬质合金材料制成，包括重量含量为88％的碳化钨和12％的金属钴。 
实施例3 
如图1～3所示，一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头包括一体成型的冲头工作端部1、冲头中杆2以及冲头定位部3，其中，冲头定位部3为直径较大的圆柱体结构，并可以通过固定螺母将冲头定位部3固定在冲头夹具上，实现对整个冲头的固定定位；冲头工作端部1通过圆柱棒状的冲头中杆2固定在冲头定位部3的中心轴线上，其中，冲头工作端部1整体为直径略大于冲头中杆2的圆柱体结构，冲头工作端部1的端面包括中心球面结构的端面蝶形4、沿端面蝶形4边沿设置的环形平面结构的端面平台5，以及冲头工作端部1边沿设置的端面倒角6，其中，冲头工作端部1端面中心的端面蝶形4的球面半径SR＝19.6mm，端面蝶形4的直径为7.575mm，端面蝶形4顶端与端面平台5的高度差为0.39mm；端面倒角6在端面平面的宽度为0.78mm，端面倒角6 的高度为0.28mm；冲头工作端部1的直径为10.065mm；冲头工作端部1端面的表面粗糙度为Ra0.025um；冲头工作端部1顶端距冲头定位部3底端的高度为34.006mm。 
本发明所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头以碳化钨为基体的硬质合金材料制成，包括重量含量为92％的碳化钨和8％的金属钴。 

Claims (7)

1.一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：包括一体成型的冲头工作端部(1)、冲头中杆(2)以及冲头定位部(3)，其中，冲头定位部(3)为圆柱体结构，冲头工作端部(1)通过圆柱棒状的冲头中杆(2)固定在冲头定位部(3)的中心轴线上，冲头工作端部(1)为直径略大于冲头中杆(2)的圆柱体结构，冲头工作端部(1)的端面包括中心球面结构的端面蝶形(4)、沿端面蝶形(4)边沿设置的环形平面结构的端面平台(5)，以及冲头工作端部(1)边沿设置的端面倒角(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的冲头工作端面部(1)端面中心的端面蝶形(4)的球面半径SR为17.9mm～19.6mm；端面蝶形(4)的直径为7.425mm～7.575mm；端面蝶形(4)的端面与端面平台(5)的高度差为0.37mm～0.39mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的冲头工作端面部(1)的直径为10.055mm～10.065mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的冲头工作端面部(1)端面上边沿的端面倒角(6)在端面平面的宽度为0.76mm～0.78mm；端面倒角(6)的高度为0.26mm～0.28mm。
5.根据权利要求1～4所述的任意一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的冲头工作端面部(1)的端面表面粗糙度为Ra0.025um。
6.根据权利要求1所述的一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的冲头工作端面部(1)顶端距冲头定位部(3)底端的高度为33.994mm～34.006mm。
7.根据权利要求1～4所述的任意一种用于压制UO2燃料芯块的整体硬质合金冲头，其特征在于：所述的整体硬质合金冲头以碳化钨为基体的硬质合金材料制成，包括重量含量为84％～92％的碳化钨和6％～16％的金属钴。
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