UO₂芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪的製作方法

2023-07-10 12:59:16 1

專利名稱：UO2芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種反應堆核燃料元件製造用的核純級陶瓷uo2芯塊磨削裝置，具體涉及一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪。
背景技術：
壓水反應堆和重水反應堆是目前國際核電站發展比較成熟且採用最多的 核反應堆型，並以壓水堆型核電站居多。這兩種核電站反應堆型均採用陶瓷型燃料元件，即用核純級陶瓷U02芯塊作為芯體製成的一種燃料元件。核純級陶瓷uo2芯塊主要採用核純級U02粉末作為原材料，經過粉末壓製成型、燒結製成的一種圓柱狀陶瓷芯塊。由於核電燃料元件要入堆使用，為了保證 反應堆的運行安全和經濟性，核燃料元件設計和製造質量要求比較嚴格，且 每年入堆使用的核燃料元件量比較大，為了滿足核燃料元件工業化生產需要，經過成型、燒結出來的U02芯塊還必須進行磨削加工，以保證芯塊的尺寸精度要求，滿足燃料元件批量生產需要。目前，國內外均採用的是兩臺或三臺磨床分粗磨、精磨、拋光磨等多道工序來完成對U02芯塊的磨削加工，而磨床用的磨具是選用價格較貴、耐用 度不佳的碳化矽樹脂結合劑砂輪。此U02芯塊磨削工藝的缺點在於工藝複雜，設備採購費用高，設備操作難度大，uo2芯塊磨削質量不穩定，並且產生的磨削渣泥回收利用成本高。雖然近些年，國外和國內也採用了金剛石砂輪替 換了碳化矽樹脂結合劑砂輪，但是磨削工藝仍然要分為粗磨、精磨兩道工序，工藝流程比較長，影響生產成本和經濟效益。圖1和圖2為目前採用的U02 芯塊磨削裝置結構示意圖，該U02芯塊磨削裝置包括砂輪1、導輪2、託板4 和導板5等四部分組成，其中砂輪1為碳化矽樹脂結合劑砂輪。 發明內容本發明的目的在於提供一種能夠將現有的U02芯塊粗磨、精磨、拋光磨 整合起來，通過一臺磨削裝置一道工序實現U02芯塊磨削加工，並且加工質量穩定、成本低的U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪。實現本發明目的的技術方案 一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石 砂輪，其包括砂輪基體，沿砂輪基體圓周從內至外依次設有粘合劑層和金剛 石層；所述的金剛石層沿複合金剛石砂輪軸向按金剛石粒度的不同分為粗磨 區和精磨區，粗磨區的長度和精磨區的長度之比為1: (2 4)，粗磨區的金剛石粒度在80/100 170/200，精磨區的金剛石粒度在170/200 270/325。如上所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪，其所述的復 合粒度金剛石砂輪外圓直徑在* 400mm 6 700mm，內孔直徑在4> 280mm d)320mm;其中粘合劑層厚度為2mm 8mm，金剛石層厚度為3mm 10mm。如上所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪，其所述的復 合粒度金剛石砂輪軸向長度為150mm 250mm，金剛石層粗磨區的長度為 50mm 80mm，精磨區的長度為100mm 200mm。如上所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪，其所述的金 剛石層採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為75% 150%;所述的粘 合劑層採用的粘合劑為金屬結合劑。本發明的效果在於本發明所提供的U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛 石砂輪，其與現有技術相比，主要是用複合粒度金剛石砂輪替換了原有的碳 化矽樹脂結合劑砂輪或一種粒度分布的金剛石砂輪，將原有的uo2芯塊粗磨、精磨、拋光磨整合起來，通過一臺磨削裝置一道工序完成U02芯塊磨削加工。由於將本發明的複合粒度金剛石砂輪安裝到U02芯塊磨削裝置後，在對uo2 芯塊進行磨削時，成功實現了一道工序(粗磨和精磨一起進行) 一臺磨床完 成U02芯塊磨削作業，將原來需三道工序(粗磨、精磨、拋光磨)三臺磨床 完成磨削作業的設備採購費用從120餘萬元降低到40餘萬元，節約了大量設 備採購資金，同時縮短了原有的磨削加工工序，減少了操作人員，提高了生 產效率，降低了產品的加工成本，取得了很好的經濟效益。由於磨床磨具採 用本發明所述的複合粒度金剛石砂輪，磨削精度高，質量穩定(粗糙度Ra《 0.8nm，圓度《0.003 mm，圓柱度《0.003 mm),生產效率高(每分鐘可以磨削 芯塊70 120塊)，砂輪經久耐用，耗損小，產生的磨削渣泥能直接回收利用，解決了以前磨削渣泥回收利用成本高的問題。


圖1為現有技術中U02芯塊磨削裝置結構示意圖； 圖2為現有技術中U02芯塊磨削裝置側視圖； 圖3為本發明所述的複合粒度金剛石砂輪結構示意圖； 圖4為本發明所述的複合粒度金剛石砂輪尺寸示意圖；圖中l.砂輪；2.導輪；3.工件；4.託板；5.導板；6.金剛石層；7.砂輪粘 合劑層；8.砂輪基體；I.粗磨區；II.精磨區。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明所述的uo2芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪作進一步描述。 實施例1如圖3和圖4所示，本發明所述的U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石 砂輪，包括砂輪基體8，沿砂輪基體8圓周從內至外依次設有粘合劑層7和 金剛石層6。金剛石層6沿複合金剛石砂輪軸向按金剛石粒度的不同分為粗 磨區I和精磨區II。粗磨區I的長度L1和精磨區II的長度L2之比為1: 2， 粗磨區I的金剛石粒度在80/100，精磨區II的金剛石粒度在170/200。複合粒 度金剛石砂輪外圓直徑D在4)400mm，內孔直徑在4>280mm。粘合劑層7厚 度為2mm;金剛石層6厚度為3mm。複合粒度金剛石砂輪軸向長度L為 150mm，金剛石層粗磨區I的長度Ll為50mm，精磨區II的長度L2為100mm。 金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為75%;所述的粘合 劑層7採用的粘合劑為金屬結合劑，金屬粘合劑中不含Si、 Ag、 B三種元素 及滷族元素(本領域通用的技術)；砂輪基體10採用鋁基(可根據用戶需求， 可以採用其他材質的基體)。上述複合粒度金剛石砂輪1的外圓直徑D、內孔直徑以及長度L選擇， 可以根據所採用的無心外圓磨床主軸大小、芯塊直徑等來選擇。將圖1和圖2中所示的U02芯塊磨削裝置中砂輪1替換為上述複合粒度 金剛石砂輪，然後磨削裝置安裝到無心外圓磨床上(標準設備，可以選擇型號規格為MG10100型、M10100型)，複合粒度金剛石砂輪與磨床主軸連接， 通過磨床主軸帶動產生驅動力，導輪2與磨床導輪主軸連接，託板4和導板 5均按照到磨床機架上或專門的託架裝置上；為了實現磨床自動上下料，可 以配有一條自動上、下料裝置，可以使工件3實現自動磨削，提高磨削工作 效率，如果U02芯塊加工批量不大，也可使用手動上料裝置。導輪2、託板4 和導板5均採用現有部件。工件3為陶瓷體，主要成分為U02。
在上述磨削裝置磨削時，工件3利用導板5的導向作用進入複合粒度砂 輪、託板4和導輪2三者形成的磨削區。導輪2首先帶動工件3在複合粒度 金剛石砂輪的粗磨區I進行磨削，粗磨區磨削後工件3尺寸基本達到技術要 求；進入精磨區II後工件3的磨削量已經非常小，它主要對工件表面進行精 加工以提高工件3表觀質量(光潔度)。磨削過程中，磨削冷卻液採用澆注法， 衝洗加工件表面以便帶走磨削時產生的熱量和磨削屑，防止磨削屑飄散到空 氣中汙染工作環境。
實施例2
其與實施例1不同之處在於粗磨區I的長度Ll和精磨區II的長度L2 之比為1: 3，粗磨區I的金剛石粒度在100/120，精磨區II的金剛石粒度在 200/230。複合粒度金剛石砂輪外圓直徑D在d> 500mm，內孔直徑在* 2卯mm。 粘合劑層7厚度為4mm;金剛石層6厚度為5mm。複合粒度金剛石砂輪軸向 長度L為240mm，金剛石層粗磨區I的長度Ll為60mm，精磨區II的長度 L2為180mm。金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為100 %。
實施例3
其與實施例1不同之處在於粗磨區I的長度Ll和精磨區II的長度L2 之比為1: 4，粗磨區I的金剛石粒度在140/170，精磨區II的金剛石粒度在 230/270。複合粒度金剛石砂輪外圓直徑D在600mm，內孔直徑在4> 300mm。 粘合劑層7厚度為6mm;金剛石層6厚度為7mm。複合粒度金剛石砂輪軸向 長度L為250mm，金剛石層粗磨區I的長度Ll為50mm，精磨區II的長度 L2為200mm。金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為120實施例4
其與實施例1不同之處在於粗磨區I的長度Ll和精磨區II的長度L2 之比為1: 3，粗磨區I的金剛石粒度在170/200，精磨區II的金剛石粒度在 270/325。複合粒度金剛石砂輪外圓直徑D在700mrn，內孔直徑在4>320mm。 粘合劑層7厚度為8mm;金剛石層6厚度為10mm。複合粒度金剛石砂輪軸 向長度L為200mm，金剛石層粗磨區I的長度Ll為50mm，精磨區II的長 度L2為150mm。金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為 150%。
實施例5
其與實施例1不同之處在於粗磨區I的長度Ll和精磨區II的長度L2 之比為1: 2，粗磨區I的金剛石粒度在170/200，精磨區II的金剛石粒度在 270/325。複合粒度金剛石砂輪外圓直徑D在4> 500mm，內孔直徑在4 280rnrn。 粘合劑層7厚度為3mm;金剛石層6厚度為4mm。複合粒度金剛石砂輪軸向 長度L為210mm，金剛石層粗磨區I的長度Ll為70mm，精磨區II的長度 L2為140mm。金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為100 %。
實施例6
其與實施例1不同之處在於粗磨區I的長度Ll和精磨區II的長度L2 之比為1: 2，粗磨區I的金剛石粒度在80/100，精磨區II的金剛石粒度在 170/200。複合粒度金剛石砂輪外圓直徑D在4> 450mrn，內孔直徑在4> 300mm。 粘合劑層7厚度為2mm;金剛石層6厚度為3mm。複合粒度金剛石砂輪軸向 長度L為240mm,金剛石層粗磨區I的長度Ll為80mm，精磨區II的長度 L2為160mm。金剛石層6採用的金剛石為MBD型人造金剛石，濃度為90 %。
上面結合附圖對本發明的實施例作了詳細說明，但是本發明並不限於上 述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可在不脫離本發 明宗旨的前提下作出各種變化。
權利要求
1.一種UO2芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪，其特徵在於該複合金剛石砂輪包括砂輪基體(8)，沿砂輪基體(8)圓周從內至外依次設有粘合劑層(7)和金剛石層(6)；所述的金剛石層(6)沿複合金剛石砂輪軸向按金剛石粒度的不同分為粗磨區(I)和精磨區(II)，粗磨區(I)的長度(L1)和精磨區(II)的長度(L2)之比為1∶(2～4)，粗磨區(I)的金剛石粒度在80/100～170/200，精磨區(II)的金剛石粒度在170/200～270/325。
2. 根據權利要求1所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂 輪，其特徵在於所述的複合粒度金剛石砂輪外圓直徑(D)在4)400mm 小700mm，內孔直徑在$ 280mm 4> 320mm;其中粘合劑層(7)厚度為 2mm 8mm，金剛石層(6)厚度為3mm 10mm。
3. 根據權利要求1或2所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛 石砂輪，其特徵在於所述的複合粒度金剛石砂輪軸向長度(L)為150mm 250mm，金剛石層粗磨區(I)的長度(Ll)為50mm 80mm，精磨區(II) 的長度(L2)為100mm 200mm。
4. 根據權利要求1或2所述的一種U02芯塊磨削裝置用複合粒度金剛 石砂輪，其特徵在於所述的金剛石層(6)採用的金剛石為MBD型人造金 剛石，濃度為75% 150%;所述的粘合劑層(7)採用的粘合劑為金屬結合 劑。
全文摘要
本發明涉及一種UO2芯塊磨削裝置用複合粒度金剛石砂輪，其包括砂輪基體，沿砂輪基體圓周從內至外依次設有粘合劑層和金剛石層；所述的金剛石層沿複合金剛石砂輪軸向按金剛石粒度的不同分為粗磨區和精磨區，粗磨區的長度和精磨區的長度之比為1∶(2～4)，粗磨區的金剛石粒度在80/100～170/200，精磨區的金剛石粒度在170/200～270/325。採用本發明所述的複合粒度金剛石砂輪能夠將現有的UO2芯塊粗磨、精磨、拋光磨整合起來，通過一臺磨削裝置一道工序實現UO2芯塊磨削加工，並且加工質量穩定、成本低。
文檔編號B24D5/14GK101513728SQ200910119388
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月25日 優先權日2009年3月25日
發明者傑 張, 軍 王, 王世波, 王文濤, 江 蘇, 範春生, 賀建成 申請人:中核北方核燃料元件有限公司