专利名称：一种制造核电站24kW稳压器变断面发热体的辊压模具及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属压力加工领域，特别是涉及一种金属包覆和变断面加工工艺。
背景技术：
24KW稳压器变断面发热元件作为核反应堆稳压器的发热部件，为稳压器提供热 量，其中MkW变断面发热体是发热元件最重要的组成部分，其材料为Cr20M80，两端为 包覆有紫铜芯子的过渡段变断面，长度为670mm士5mm，直径由Φ2. 8mm士0. 015mm过渡到 Φ2. 4mm士0. 015mm，发热体中间段长度为9800mm士5_，直径为Φ2. 4mm士0. 015mm，这样就 构成一个两端粗中间细的电热发热体。这种变断面发热体也可用于其它需要进行高温水 加热领域。目前，国内生产的合金发热体通常是将发热体坯料直接通过拉拔或挤压工艺进 行成型，用这种方法生产出的发热体尺寸均勻，两端没有变断面。目前，国内还没有边断面 发热体制造工艺的报道。因此，我国核电站稳压器所使用的MkW变断面发热元元件均需进 口，且价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种制造核电站MKW稳压器变断面 发热体的辊压模具。本发明的另一个目的是提供一种使用上述辊压模具制造核电站MKW稳压器变断 面发热体的工艺。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种制造核电站MKW稳压器变断面发 热体的辊压模具，包括辊模A、辊模B、盖板、压板、压下手轮、支撑板、轴承套、框架等部件， 其中辊模A和辊模B为多组圆柱体中部开有一圈截面为半圆形或半椭圆形凹槽的辊模，辊 模A和辊模B平行地放置在框架中，其上下两端分别借助于轴承套固定于框架上下两边的 两个盖板之间，在框架左端内侧和辊模A之间设置支撑板，在框架右端内侧和滚轴B之间设 置压板，压板右侧连接压下手轮，压下手轮的轴心与辊模A和辊模B的轴心在同一平面上， 并正对辊模A和辊模B上圆柱体中部的一圈半圆形或椭圆形凹槽。使用时，根据加工对象 的尺寸要求，依次使用半圆形直径或半椭圆形短轴长度逐渐减小的多套辊模A和辊模B，辊 压时通过旋转压下手轮使辊模A和辊模B的两个半圆形或半椭圆形凹槽合并成圆形或椭圆 形，并对圆形或椭圆形中的加工对象进行辊压。进一步，如上所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其 中，上下两个盖板通过螺钉A在辊压模具的垂直方向上把轴承套的两端固定在框架上。进一步，如上所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其 中，压下手轮通过螺钉B固定在压板的右侧。进一步，如上所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其 中，辊模A和辊模B的半椭圆形凹槽的长轴为短轴的1. 6 2. 0倍。
进一步，如上所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其 中，每组辊模A和辊模B的半圆形凹槽直径或椭圆形凹槽的短轴差为0. 1mm。使用上述辊压模具制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺包括以下步骤A坯料加工Al选料根据需要加工的变断面发热体工艺要求，选择直径为8 10mm，长度为 600 1200mm的Cr20Ni80合金棒作为变断面发热体坯料；A2钻孔在步骤Al所选的变断面发热体坯料两端分别沿轴心钻两个直径为 5. Omm 7. 0mm、深度为40mm 80mm的圆孑L ；A3装芯加工和步骤A2所钻孔规格付公差的紫铜芯子，洗净烘干后装入变断面发 热体坯料两端的孔中；A4旋锻在600°C 800°C下用旋锤机经6 10道旋锻将步骤A3得到的变断面 发热体坯料旋锻为直径为3. 0 4. Omm的发热体棒材；A5拉拔在室温下使用拉丝机经过2 8道拉拔将步骤4得到的发热体棒材加 工成直径为2. 8 3. Omm,长度为8000 9000mm的发热体丝材，每道次中间退火温度为 800°C 850°C，保温时间2h。B辊压拉拔Bl组装椭圆辊模选用一组圆柱体中心部分的椭圆形凹槽短轴长度比步骤A5中 制备的发热体丝材直径少0. Imm的椭圆辊模A和椭圆辊模B，组装在辊压模具上；B2开模放料通过旋转压下手轮将辊模A和辊模B分开，将步骤A5制得的发热体 丝材放入辊模A和辊模B之间的圆柱体中心部分椭圆形凹槽中，椭圆辊模A和辊模B的凹 槽夹持点距离发热体丝材一端约50 70mm，并小于步骤1. 3中紫铜芯子的长度，其目的是 为了为了保证变断面发热体的长度尺寸要求；B3椭圆辊模拉拔通过旋转压下手轮向加持在两个椭圆辊模凹槽中的发热体丝 材加压，使辊模A和辊模B的凹槽完全闭合，然后向发热体丝材的另一端方向进行拉拔，拉 拔到发热体总长的2/3左右时结束拉拔；然后在发热体丝材的另一端重复步骤B2和B3 ；B4组装圆形辊模椭圆辊模拉拔结束后，通过旋转压下手轮卸下椭圆辊模，组装 凹槽直径和椭圆辊模的椭圆形凹槽短轴相同规格的圆形辊模A和圆形辊模B ；B5开模放料重复步骤B2，开模放料；B6圆形辊模拉拔将发热体丝材放入辊模A和辊模B之间的圆柱体中心部分的椭 圆形凹槽中，放置位置同步骤B2，将发热体丝材沿轴心方向旋转90°C后进行拉拔，拉拔步 骤同步骤B3 ；B7完成一轮椭圆形辊模拉拔和圆形辊膜拉拔后，进行退火处理，退火温度为 800850°C，保温时间2小时;B8重复步骤Bl B7，区别在于将辊模A和辊模B换成一组圆柱体中心部分凹槽直 径和短轴长度小一个规格的圆形辊模和圆形辊模，进行发热体丝材的下一道次拉拔工序， 不同之处在于步骤B2和B5中发热体丝材的放置位置要向里靠进50mm 70mm，以保证紫铜 芯子填入段有一个渐变过程；B9重复步骤Bl B8，直到加工出的发热体两端的长度为670mm士5mm，直 径由2. 8mm士 0. 015mm过渡到2. 4mm士 0. 015mm,中间段长度为9800mm士 5_，直径为2. 4mm士 0. 015mm时，结束辊压拉拔工序。C酸洗将制备完成的发热体放入25% H2S04+25% ΗΝ03+Η20或；35 50% ΗΝ03+Η20 的溶液中，室温下浸泡1 3分钟后，用水冲洗除掉酸液。D检查对制造的发热体成品进行表面质量、外形尺寸、伸长率和过渡段密合度检查。进一步，如上所述的使用辊压模具制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺， 其中，步骤B8中所述的将辊模A和辊模B换成凹槽半径或短轴小一个规格的圆形辊模和圆 形辊模，是指在下一轮辊压拉拔工艺中，将辊模A和辊模B换成凹槽半径或短轴比上一套辊 模小0. 1 0. 2mm的辊模。进一步，如上所述的使用辊压模具制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺， 其中，步骤B8中所述的将辊模A和辊模B换成凹槽半径或短轴小一个规格的圆形辊模和 圆形辊模，在前几轮辊压拉拔工序中每轮辊模凹槽半径或短轴的缩小幅度可以为0. Imm或 0. 2mm,以节省工艺的时间，在后几轮的辊压拉拔工序中每轮辊模凹槽半径或短轴的缩小幅 度为0. Imm,以更好的控制边断面发热体的加工形状、尺寸和表面质量。本发明具有以下有益效果1.本发明所述的制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具结构简单，使 用方便；2.使用本发明所述的制造核电站MKW稳压器变断面发热体的制造工艺，可以制 造出满足核电站MKw稳压器使用要求的表面质量、尺寸要求、伸长率和过渡段密合度检查 的变断面发热体，完全达到国外同类产品的相关技术要求。
图1为制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具结构示意图。图2为制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具A-A向结构示意图。其中1-辊模A，2-辊模B，3-盖板，4-压板，5-压下手轮，6-支撑板，7-螺钉A， 8-轴承套，9-螺钉B，10-框架。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对用本发明进一步作详细说明。实施例1制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具如图1和图2所示，制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，包括辊 模Al、辊模B2、盖板3、压板4、压下手轮5、支撑板6、螺钉A7、轴承套8、螺钉B9、框架10等 部件，其中辊模Al和辊模B2为多组圆柱体中部开有一圈截面为半圆形或半椭圆形凹槽的 辊模，椭圆形凹槽的长轴为短轴的1.7倍，每组辊磨均包括一对圆形辊模和一对与其同规 格的椭圆形辊模，多组辊磨的半圆形凹槽直径和和椭圆形凹槽的短轴从2. 7mm逐渐减为 2. 4mm,每套辊模的直径或短轴差为0. Imm ；辊模Al和辊模B2总体长度为40mm，其上下两端 凸起部分为长度为10mm、直径12mm的圆柱体，主要作用是固定辊模和保证辊模在轴承套中 的转动，中间辊身部分为长度20mm、直径20mm的圆柱体；辊模Al和辊模B2平行地放置在框 架10中，其上下两端分别借助于轴承套8固定于框架10上下两边的两个盖板3之间，通过螺钉A7将上下两个盖板3和框架10、上下轴承套8和盖板3连接；在框架10左端内侧和辊 模Al之间设置支撑板6，在框架10右端内侧和辊模B2之间设置压板4，压下手轮5通过螺 钉B9固定在压板4的右侧，压下手轮5的轴心与辊模Al和辊模B2的轴心在同一平面上， 并正对辊模Al和辊模B2上圆柱体中部的一圈半圆形或椭圆形凹槽；使用时，根据加工对象 的尺寸要求，依次使用半圆形直径或半椭圆形短轴长度逐渐减小的多组辊模Al和辊模B2， 辊压时通过旋转压下手轮5使辊模Al和辊模B2的两个半圆形或半椭圆形凹槽合并成圆形 或椭圆形，并对圆形或椭圆形中的加工对象进行辊压。实施例2应用实施例1装配的辊压模具制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺的步 骤如下A坯料加工Al选料根据需要加工的变断面发热体工艺要求，选择直径为8mm，长度为1025mm 的Cr20Ni80合金棒作为变断面发热体坯料；A2钻孔在步骤Al所选的变断面发热体坯料两端分别沿轴心钻两个直径为 5. 0mm、深度为71mm的圆孔；A3装芯加工和步骤A2所钻孔规格付公差的紫铜芯子，洗净烘干后装入变断面发 热体坯料两端的孔中；A4旋锻在600°C 800°C下用旋锤机经6 10道旋锻将步骤A3得到的变断面 发热体坯料旋锻为直径为4. Omm的发热体棒材；A5拉拔在室温下使用拉丝机经过2 8道拉拔将步骤4得到的发热体棒材加工 成直径为Φ 2. 8mm,长度为8300mm的发热体丝材，每道次中间退火温度为800°C 850°C，保 温2h。B辊压拉拔Bl组装椭圆辊模选用一组圆柱体中心部分的椭圆形凹槽短轴长度为2. 7mm的椭 圆辊模Al和椭圆辊模B2，组装在辊压模具上；B2开模放料通过旋转压下手轮5将辊模Al和辊模B2分开，将步骤A5制得的发 热体丝材放入辊模Al和辊模B2之间的圆柱体中心部分椭圆形凹槽中，椭圆辊模Al和辊模 B2的凹槽夹持点距离发热体丝材一端约50 70mm，并小于步骤1. 3中紫铜芯子的长度，其 目的是为了为了保证变断面发热体的长度尺寸要求；B3椭圆辊模拉拔通过旋转压下手轮5向加持在两个椭圆辊模凹槽中的发热体丝 材加压，使辊模Al和辊模B2的凹槽完全闭合，然后向发热体丝材的另一端方向进行拉拔， 拉拔到发热体总长的2/3左右时结束拉拔；然后在发热体丝材的另一端重复步骤B2和B3 ；B4组装圆形辊模椭圆辊模拉拔结束后，通过旋转压下手轮5卸下椭圆辊模，组装 凹槽直径和椭圆辊模的椭圆形凹槽短轴相同规格的圆形辊模Al和圆形辊模B2 ；B5开模放料重复步骤B2，开模放料；B6圆形辊模拉拔将发热体丝材放入辊模Al和辊模B2之间的圆柱体中心部分的 椭圆形凹槽中，放置位置同步骤B2，将发热体丝材沿轴心方向旋转90°C后进行拉拔，拉拔 步骤同步骤B3 ；B7完成一轮椭圆形辊模拉拔和圆形辊膜拉拔后，进行退火处理，退火温度为800850°C，保温时间2小时;B8重复步骤Bl B7，区别在于将辊模Al和辊模B2换成一组一组圆柱体中心部 分凹槽直径或短轴长度短0. Imm的圆形辊模和圆形辊模，进行发热体丝材的下一道次拉拔 工序，不同之处在于步骤B2和B5中发热体丝材的放置位置要向里靠进50mm 70mm，以保 证紫铜芯子填入段有一个渐变过程；B9重复步骤Bl B8，直到加工出的发热体两端的长度为670mm士5mm，直 径由2. 8mm士 0. 015mm过渡到2. 4mm士 0. 015mm,中间段长度为9800mm士 5_，直径为 2. 4mm士 0. 015mm时，结束辊压拉拔工序。C酸洗将制备完成的发热体放入25^1^04+25^^(^+40的溶液中，室温下浸泡 3分钟后，用水冲洗除掉酸液。D检查对制造的发热体成品进行表面质量、外形尺寸、伸长率和过渡段密合度检查。实施例3应用实施例1装配的辊压模具制造稳压器变断面发热体的工艺步骤同实施例2， 区别之处在于步骤A4中旋煅后的发热体棒材直径为3mm，步骤Bl选用的椭圆辊模凹槽短轴 长度为2. 9mm，并在随后的辊压拉拔程序中相应的调整其他工序的辊模规格。实施例4应用实施例1装配的辊压模具制造稳压器变断面发热体的工艺步骤同实施例2， 区别之处在于步骤Bl中选定的变断面发热体坯料为直径9. 0mm、长度809mm的Cr20Ni80合 金棒料，步骤A2中在变断面发热体坯料两端钻孔的直径为5. 0mm、深度为56. 5mm,并在步骤 A3中加工相应规格的紫铜芯子。实施例5应用实施例1装配的辊压模具制造稳压器变断面发热体的工艺步骤同实施例2， 区别之处在于步骤Al中选定的变断面发热体坯料为直径10mm、长度656mm的Cr20Ni80合 金棒料，步骤A2中在变断面发热体坯料两端钻孔的直径为5. 0mm、深度为46mm，并在步骤A3 中加工相应规格的紫铜芯子。
权利要求
1.一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其特征在于包括辊模A(I)、 棍模B O)、盖板(3)、压板(4)、压下手轮(5)、支撑板(6)、轴承套(8)和框架(10)等部件， 其中辊模A(I)和辊模B(2)为多组圆柱体中部开有一圈截面为半圆形或半椭圆形凹槽的辊 模，平行地放置在框架(10)中，其上下两端分别借助于轴承套(8)固定于框架(10)上下两 边的的两个盖板C3)之间，在框架(10)左端内侧和辊模A(I)之间设置支撑板(6)，在框架 (10)右端内侧和滚轴BQ)之间设置压板，压板(4)右侧连接压下手轮(5)，压下手轮 (5)的轴心与辊模A(I)和辊模BQ)的轴心在同一平面上，并正对辊模A(I)和辊模B(2)上 圆柱体中部的一圈半圆形或椭圆形凹槽。
2.如权利要求1所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其特征 在于上下两个盖板C3)通过螺钉A(7)在辊压模具的垂直方向上把轴承套(8)的两端固定 在框架(10)上。
3.如权利要求1所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其特征 在于压下手轮( 通过螺钉BQ)固定在压板的右侧。
4.如权利要求1所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其特征 在于辊模A(I)和辊模B(2)的半椭圆形凹槽的长轴为短轴的1.6 2.0倍。
5.如权利要求1所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的辊压模具，其特征 在于每组辊模A(I)和辊模B(2)的半圆形凹槽直径或椭圆形凹槽的短轴差为0. 1mm。
6.一种使用权利要求书1所述的辊压模具制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工 艺，包括以下步骤A坯料加工Al选料根据需要加工的变断面发热体工艺要求，选择直径为8 10mm，长度为600 1200mm的Cr20Ni80合金棒作为变断面发热体坯料；A2钻孔在步骤Al所选的变断面发热体坯料两端分别沿轴心钻两个直径为5. Omm 7. 0mm、深度为40mm 80mm的圆孔；A3装芯加工和步骤A2所钻孔规格付公差的紫铜芯子，洗净烘干后装入变断面发热体 坯料两端的孔中；A4旋锻在600°C 800°C下用旋锤机经6 10道旋锻将步骤A3得到的变断面发热 体坯料旋锻为直径为3. 0 4. Omm的发热体棒材；A5拉拔在室温下使用拉丝机经过2 8道拉拔将步骤4得到的发热体棒材加工成直 径为2. 8 3. 0mm，长度为8000 9000mm的发热体丝材，每道次中间退火温度为800°C 850°C，保温时间2h。B.辊压拉拔Bl组装椭圆辊模选用一组圆柱体中心部分的椭圆形凹槽短轴长度比步骤A5中制备 的发热体丝材直径少0. Imm的椭圆辊模A(I)和椭圆辊模B O)，组装在辊压模具上；B2开模放料通过旋转压下手轮( 将辊模A(I)和辊模BQ)分开，将步骤A5制得 的发热体丝材放入辊模A(I)和辊模B(2)之间的圆柱体中心部分椭圆形凹槽中，椭圆辊模 A(I)和辊模B (2)的凹槽夹持点距离发热体丝材一端约50 70mm，并小于步骤1. 3中紫铜 芯子的长度；B3椭圆辊模拉拔通过旋转压下手轮(5)向加持在两个椭圆辊模凹槽中的发热体丝材加压，使辊模A(I)和辊模BQ)的凹槽完全闭合，然后向发热体丝材的另一端方向进行拉 拔，拉拔到发热体总长的2/3左右时结束拉拔；然后在发热体丝材的另一端重复步骤B2和 B3 ；B4组装圆形辊模椭圆辊模拉拔结束后，通过旋转压下手轮卸下椭圆辊模，组装凹槽 直径和椭圆辊模的椭圆形凹槽短轴相同规格的圆形辊模A(I)和圆形辊模B(2)； B5开模放料重复步骤B2，开模放料；B6圆形辊模拉拔将发热体丝材放入辊模A(I)和辊模BQ)之间的圆柱体中心部分的 椭圆形凹槽中，放置位置同步骤B2，将发热体丝材沿轴心方向旋转90°C后进行拉拔，拉拔 步骤同步骤B3 ；B7完成一轮椭圆形辊模拉拔和圆形辊膜拉拔后，进行退火处理，退火温度为800°C 850°C，保温时间2小时；B8重复步骤Bl B7，区别在于将辊模A(I)和辊模BQ)换成一组圆柱体中心部分凹 槽直径和短轴长度小一个规格的圆形辊模和圆形辊模，进行发热体丝材的下一道次拉拔工 序，不同之处在于步骤B2和B5中发热体丝材的放置位置要向里靠进50mm 70mm ；B9重复步骤Bl B8，直到加工出的发热体两端的长度为670mm士 5mm，直径 由2. 8mm士 0. 015mm过渡到2. 4mm士 0. 015mm,中间段长度为9800mm士 5mm，直径为 2. 4mm士 0. 015mm时，结束辊压拉拔工序。C酸洗将制备完成的发热体放入25% H2S04+25% ΗΝ03+Η20或35 50% ΗΝ03+Η20的 溶液中，室温下浸泡1 3分钟后，用水冲洗除掉酸液。D检查对制造的发热体成品进行表面质量、外形尺寸、伸长率和过渡段密合度检查。
7.如权利要求6所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺，其特征在于 步骤B8中所述的将辊模A(I)和辊模BQ)换成凹槽半径或短轴小一个规格的圆形辊模和 圆形辊模，是指在下一轮的辊压拉拔工艺中将辊模A(I)和辊模BQ)换成凹槽半径或短轴 比上一套辊模小0. 1 0. 2mm的辊模。
8.如权利要求6所述的一种制造核电站MKW稳压器变断面发热体的工艺，其特征在 于在步骤B8中，开始的辊压拉拔工序中每轮辊模凹槽半径或短轴的缩小幅度可以为0. Imm 或0. 2mm,随着拉拔工艺的进行，缩小每轮辊模凹槽半径或短轴的缩小幅度，在后几轮的拉 拔程序中每轮辊模凹槽半径或短轴的缩小幅度为0. 1mm。
全文摘要
一种制造核电站24kW稳压器变断面发热体的辊压模具，包括辊模A(1)、辊模B(2)、盖板(3)、压板(4)、压下手轮(5)、支撑板(6)、轴承套(8)和框架(10)等部件，其中辊模A和辊模B为多组圆柱体中部开有一圈截面为半圆形或半椭圆形凹槽的辊模，使用时根据加工对象的尺寸要求，依次使用半圆形直径或半椭圆形短轴长度逐渐减小的多套辊模A和辊模B辊压。通过本发明可以制造出满足核电站24kW稳压器使用要求的表面质量、尺寸要求、伸长率和过渡段密合度检查的变断面发热体，完全达到国外同类产品的相关技术要求。
文档编号B21D37/10GK102114508SQ20091021698
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘刚, 孙丹琦, 张世恩, 罗强, 赵月伟, 陈勇 申请人:中国核动力研究设计院