CN106508060B - 一种压水堆核电燃料组件管座模具及其铸造方法 - Google Patents
一种压水堆核电燃料组件管座模具及其铸造方法Info
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Abstract
本发明属于压水堆核电燃料元件制造技术领域，具体涉及一种压水堆核电燃料组件管座模具及其铸造方法。铸造方法包括以下步骤：(1)选取裙边和支腿模具、底板模具、浇铸系统和补缩系统模具；(2)焙烧模具；(3)熔炼原材料；(4)真空浇铸，待熔炼后的原材料液温度降至1600℃～1620℃时，将步骤(2)最终得到的模具放入真空浇铸系统中的真空罐；浇铸前控制真空罐内真空度达到40kPa以上；然后封闭真空罐，进行快速抽真空之后开始浇铸，完成后立即消除真空罐内真空；当真空罐内真空完全消失时，开启真空罐，取出模具。通过采用真空浇注，并采用合理的补缩工艺，做到充型完整，避免了毛坯缺肉、缩孔、缩松等缺陷，获得了完整的薄壁铸造毛坯。
Description
技术领域
本发明属于压水堆核电燃料元件制造技术领域，具体涉及一种压水堆核电燃料组件管座模具及其铸造方法。
背景技术
现阶段，国内外现役压水堆核电站所用核电燃料包括AFA2G、AFA3G、VVER等组件的上下管座，均采用分体式机械加工方法制造，并利用焊接工艺连接组合。但这种机械加工-焊接工艺存在以下不足之处：由于管座结构复杂，有些部位无法直接通过机械加工方法实现，只能采用分体加工后进行焊接，之后经热处理后再加工的方法来完成，生产周期长，生产效率低。材料利用率低，刀具消耗量大，生产成本较高。
因此，亟需研制一种压水堆核电燃料组件管座的铸造方法，代替压水堆管座分体式机械加工-焊接组合工艺，并取代传统的机械加工工艺，取消焊接工序，有效提高材料利用率，缩短生产周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种压水堆核电燃料组件管座的铸造方法，以解决无法直接通过机械加工方法实现的技术难题，有效提高材料利用率，降低刀具消耗，缩短生产周期。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造模具，根据压水堆核电燃料组件管座结构，采取中分对置式方式设计模具，共包括三套模具：
(1)裙边和支腿模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的裙边和支腿对应，模具由裙边和支腿上模、裙边和支腿下模和裙边和支腿蜡模压板组成；其中裙边和支腿上模和裙边和支腿下模配合定位，裙边和支腿蜡模压板在起模时对蜡模起保护作用；
(2)底板模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的底板对应，模具由底板上模、底板上蜡模压框、底板下蜡模压框和底板下模组成；其中，分别在底板上模和底板上蜡模压框、底板下模和底板下蜡模压框之间形成分型面，形成中分对置式结构；底板上模和底板下模采用分解式结构，各分解为n个部分，n≥4，从而有利于起模操作；底板上蜡模压框、底板下蜡模压框在起模时对蜡模起保护作用；
(3)浇铸系统和补缩系统模具，模具由浇铸和补缩系统上模、浇铸和补缩系统下模组成；在浇铸和补缩系统上模中心位置设置直浇道，与外部的浇口杯连通；在浇铸和补缩系统上模上设置从中心发射形成辐射状的8条补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应裙边位置的四条边框的中心位置设置4个专项补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应组件管座的25个导向孔位置处设置25个雨淋式补缩通道，形成雨淋式补缩系统。
进一步的，采用如上所述的一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造模具的压水堆核电燃料组件管座精密铸造方法，包括以下步骤：
(1)选取裙边和支腿模具、底板模具、浇铸系统和补缩系统模具；
(2)焙烧模具
将步骤(1)中选择的模具风干，用多晶保温棉将产品部位和浇杯及补缩体分别进行包裹，捆扎牢固，放入高温焙烧炉进行焙烧至1200～1300℃，并分别在550～650℃、750～850℃、950～1050℃三个温度区间时保温半小时，焙烧至设定的1200～1300℃后在此温度区间保温两小时以上，待浇铸时出炉，直接放入真空浇铸系统进行浇铸；
(3)熔炼原材料
将原材料放到真空浇铸系统中熔炼炉的坩埚里进行熔炼，熔炼在常压下进行；
(4)真空浇铸
待熔炼后的原材料液温度降至1600℃～1620℃时，将步骤(2)最终得到的模具放入真空浇铸系统中的真空罐；浇铸前控制真空罐内真空度达到40kPa以上；然后封闭真空罐，进行快速抽真空之后开始浇铸，完成后立即消除真空罐内真空；当真空罐内真空完全消失时，开启真空罐，取出模具。
进一步的，如上所述的一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造方法，步骤(3)中的原材料选自以下材料中的一种：不锈钢304L、不锈钢304；钢液熔炼时在1650℃～1680℃温度区间进行除渣除气处理。
进一步的，如上所述的一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造方法，步骤(4)中浇铸前快速抽真空指的是将真空浇铸系统的真空度在4～5秒之内抽成15-20kPa。
本发明技术方案通过采用铸造方法制造管座，具有如下有益技术效果：
1)通过使用铸造方法制造管座毛坯，极大地减小了加工量，有效提高了材料利用率；
2)由于管座结构复杂，加工难度很大，个别部位无法直接进行加工，只有采用焊接-加工方法来实现。采用铸造方法，有效解决了这些技术难题。
3)采用真空浇注，并采用合理的补缩工艺，可做到充型完整，避免了毛坯缺肉、缩孔、缩松等缺陷，获得了完整的薄壁铸造毛坯。
附图说明
图1是裙边和支腿模具结构示意图；
图2是底板模具结构示意图；
图3是浇铸和补缩系统上模仰视示意图；
图4是浇铸和补缩系统上模剖视图；
图5是浇铸和补缩系统下模俯视示意图。
图中：1-上模，2-蜡模压板，3-下模，4-底板上模一，5-底板上模二，6-底板上模三，7-底板上模四，8-底板下模一，9-底板下模二，10-底板下模三，11-底板下模四，12-底板上蜡模压框，13-底板下蜡模压框，14-补缩通道，15-浇铸和补缩系统上模，16-浇铸和补缩系统下模，17-直浇道，18-补缩通道，19-专项补缩通道，20-雨淋式补缩通道。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行进一步详细说明。
本发明一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造模具，根据压水堆核电燃料组件管座结构，采取中分对置式方式设计模具，共包括三套模具：
(1)裙边和支腿模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的裙边和支腿对应，模具由裙边和支腿上模、裙边和支腿下模和裙边和支腿蜡模压板组成；其中裙边和支腿上模和裙边和支腿下模配合定位，裙边和支腿蜡模压板在起模时对蜡模起保护作用；
(2)底板模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的底板对应，模具由底板上模、底板上蜡模压框、底板下蜡模压框和底板下模组成；其中，分别在底板上模和底板上蜡模压框、底板下模和底板下蜡模压框之间形成分型面，形成中分对置式结构；底板上模和底板下模采用分解式结构，各分解为n个部分，n≥4，从而有利于起模操作；底板上蜡模压框、底板下蜡模压框在起模时对蜡模起保护作用；
(3)浇铸系统和补缩系统模具，模具由浇铸和补缩系统上模、浇铸和补缩系统下模组成；在浇铸和补缩系统上模中心位置设置直浇道，与外部的浇口杯连通；在浇铸和补缩系统上模上设置从中心发射形成辐射状的8条补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应裙边位置的四条边框的中心位置设置4个专项补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应组件管座的25个导向孔位置处设置25个雨淋式补缩通道，形成雨淋式补缩系统。
采用如上所述的一种压水堆核电燃料组件管座精密铸造模具的压水堆核电燃料组件管座精密铸造方法，包括以下步骤：
(1)选取裙边和支腿模具、底板模具、浇铸系统和补缩系统模具；
(2)焙烧模具
将步骤(1)中选择的模具风干，用多晶保温棉将产品部位和浇杯及补缩体分别进行包裹，捆扎牢固，放入高温焙烧炉进行焙烧至1200～1300℃，并分别在550～650℃、750～850℃、950～1050℃三个温度区间时保温半小时，焙烧至设定的1200～1300℃后在此温度区间保温两小时以上，待浇铸时出炉，直接放入真空浇铸系统进行浇铸；
(3)熔炼原材料
将原材料放到真空浇铸系统中熔炼炉的坩埚里进行熔炼，熔炼在常压下进行；原材料选自以下材料中的一种：不锈钢304L、不锈钢304；钢液熔炼时在1650℃～1680℃温度区间进行除渣除气处理。
(4)真空浇铸
待熔炼后的原材料液温度降至1600℃～1620℃时，将步骤(2)最终得到的模具放入真空浇铸系统中的真空罐；浇铸前控制真空罐内真空度达到40kPa以上；然后封闭真空罐，进行快速抽真空，将真空浇铸系统的真空度在4～5秒之内抽成15-20kPa，之后开始浇铸，完成后立即消除真空罐内真空；当真空罐内真空完全消失时，开启真空罐，取出模具。
Claims (4)
1.一种压水堆核电燃料组件管座模具，其特征在于：
根据压水堆核电燃料组件管座结构，采取中分对置式方式设计模具，共包括三套模具：
(1)裙边和支腿模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的裙边和支腿对应，模具由裙边和支腿上模、裙边和支腿下模和裙边和支腿蜡模压板组成；其中裙边和支腿上模和裙边和支腿下模配合定位，裙边和支腿蜡模压板在起模时对蜡模起保护作用；
(2)底板模具，结构与压水堆核电燃料组件管座的底板对应，模具由底板上模、底板上蜡模压框、底板下蜡模压框和底板下模组成；其中，分别在底板上模和底板上蜡模压框、底板下模和底板下蜡模压框之间形成分型面，形成中分对置式结构；底板上模和底板下模采用分解式结构，各分解为n个部分，n≥4，从而有利于起模操作；底板上蜡模压框、底板下蜡模压框在起模时对蜡模起保护作用；
(3)浇铸系统和补缩系统模具，模具由浇铸和补缩系统上模、浇铸和补缩系统下模组成；在浇铸和补缩系统上模中心位置设置直浇道，与外部的浇口杯连通；在浇铸和补缩系统上模上设置从中心发射形成辐射状的8条补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应裙边位置的四条边框的中心位置设置4个专项补缩通道；在浇铸和补缩系统下模上对应组件管座的25个导向孔位置处设置25个雨淋式补缩通道，形成雨淋式补缩系统。
2.采用如权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件管座模具的压水堆核电燃料组件管座铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取裙边和支腿模具、底板模具、浇铸系统和补缩系统模具；
(2)焙烧模具
将步骤(1)中选择的模具风干，用多晶保温棉将产品部位和浇杯及补缩体分别进行包裹，捆扎牢固，放入高温焙烧炉进行焙烧至1200～1300℃，并分别在550～650℃、750～850℃、950～1050℃三个温度区间时保温半小时，焙烧至设定的1200～1300℃后在此温度区间保温两小时以上，待浇铸时出炉，直接放入真空浇铸系统进行浇铸；
(3)熔炼原材料
将原材料放到真空浇铸系统中熔炼炉的坩埚里进行熔炼，熔炼在常压下进行；
(4)真空浇铸
待熔炼后的原材料液温度降至1600℃～1620℃时，将步骤(2)最终得到的模具放入真空浇铸系统中的真空罐；浇铸前控制真空罐内真空度达到40kPa以上；然后封闭真空罐，进行快速抽真空之后开始浇铸，完成后立即消除真空罐内真空；当真空罐内真空完全消失时，开启真空罐，取出模具。
3.如权利要求2所述的一种压水堆核电燃料组件管座铸造方法，其特征在于：步骤(3)中的原材料选自以下材料中的一种：不锈钢304L、不锈钢304；钢液熔炼时在1650℃～1680℃温度区间进行除渣除气处理。
4.如权利要求2所述的一种压水堆核电燃料组件管座铸造方法，其特征在于：步骤(4)中浇铸前快速抽真空指的是将真空浇铸系统的真空度在4～5秒之内抽成15-20kPa。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111001757A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种高表面质量的多孔类不锈钢管座铸件的快速生产方法 |
| CN112808936A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种cf4核燃料管座的成型制造方法 |
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