[01154114]核燃料组件格架条带冲制工艺与模具设计制造关键技术及应用

核能是我国能源发展的中长期国家战略,在西方国家对我国核电技术长期封锁情况下,为了高起点实现核电自主发展的战略目标,我国引进了美国西屋公司AP1000非能动压水核电技术。然而,该公司转让其全套核电技术时,唯独核燃料组件的核心元件格架条带冲制技术对我国严密封锁,导致格架条带一直依赖进口,格架条带冲制成为了核电国产化的“卡脖子”技术。由于格架条带上的微小特征巨多,且冲制精度和一致性要求极高,而条带冲制所用的锆合金带材各向异性强、塑性低且成形裕度小,冲制过程存在强非线性的多源复杂不确定性因素影响,使得锆合金格架条带的形性协同冲制工艺及高精度、高可靠性模具设计制造等存在极大挑战。为此,项目组展开了“核燃料组件格架条带冲制工艺与模具设计制造关键技术及应用”的系统性研究,取得了重要理论突破和技术创新,成功破解了格架条带的冲制工艺、冲制模具及品质检测中的关键技术难点,填补了我国条带自主生产的空白。主要技术发明为： 1)发明了基于计算反求技术的锆合金条带形性协同冲制工艺;开发了条带冲制成形中回弹补偿和减薄控制技术;发明了以特征单元为步距的三维排样优化方法,解决了各向异性强、特征复杂、高精度要求的锆合金条带冲制成形的技术挑战。 2)发明了高精度复杂形状格架条带纵向冲制方法,实现了全锆、全特征一体化条带高速全自动冲制生产;开发了条带模具的模块化柔性设计关键技术,实现了条带一模多型的冲制,模具数量减少了三分之二;发明了尾料回收装置,提高了产品的成品率和材料利用率,降低了生产成本,突破了冲制模具设计与制造的技术瓶颈。 3)发明了格架条带成形尺寸三维区间包络检测方法,研制了互换性强的多成形特征格架条带专用夹具,开发了双重自动检测格架条带缺陷的方法,实现了格架条带尺寸和品质的非接触精准、快速检测。 在上述发明的基础上,开发了锆合金格架条带的冲制生产线及快速检测线,实现了工业化生产,并在核燃料组件上成功应用。取得授权发明专利24项、企业标准及工艺规程等24项、发表论文30余篇,开辟了引领性学术方向,填补了我国锆合金条带冲制相关研究领域的空白。基于该技术成果用户单位完成了相关组件及商品生产,以及该技术拓展至其相关模具、材料等领域,累计创造经济效益近10亿元。相关研究成果取得了显著的经济效益和重要的社会效益。 项目通过了中国机械工程学会组织的科技成果鉴定,鉴定委员会认为：项目技术难度大,创新性强,具有自主知识产权;总体技术、条带尺寸精度、一致性及力学性能均优于代表国际先进水平的美国和韩国;解决了我国自主生产条带的核心技术难题,打破了技术垄断,提升了我国核产业供应链的安全性。