拉拔是金屬加工的一種方法。自進入21世紀以來，隨著我國製造業的發展，使用拉拔設備進行管材、棒材、型材及線材加工的企業越來越多。然而我國的拉拔設備研製工作起步較晚，總擁有的臺數與我國的經濟發展狀況不相稱，存在低端拉拔設備用於製造軍工級產品的情況，因此加速新型拉拔技術的開發和研製，對實現彎道超車、縮小與國際先進拉拔技術的差距具有重要意義。
特種拉拔設備的研製意義
核燃料元件是核反應堆的核心部件，其性能直接影響核電站的可靠性、安全性和經濟性，燃料元件在製造過程中需要將芯棒穿入特製的金屬管套，並進行縮徑拉伸。而普通的拉拔設備，在燃料棒拉伸過程中會出現芯棒斷裂及微小裂痕的現象，導致芯棒損壞。研製出能實現大長徑比、薄壁的拉拔，並通過軋制減徑的方法，減輕拉拔機負荷，從而提高拉拔產品表面質量，且能同時適用於塑形較差材料生產的特種拉拔設備迫在眉睫，它對促進我國先進堆芯核燃料棒材的生產具有示範意義。
圖1 核燃料棒材組件
特種拉拔設備的結構
特種拉拔壓緊設備主要由輸送支架、自動送料機構、高頻傳感器、高頻加熱爐、保溫管、輥軋機、縮頭機、改進型拉拔機及軟體電控系統組成，整機智能化程度高，能自動實現芯棒和金屬套管的自動送料、自動定位、保溫、套管壓緊、縮頭及拉拔成型下料等燃料棒生產工序。
圖2 特種拉拔壓緊設備整線示意圖
特種拉拔設備的工藝流程
首先由前端上料設備將待加工的工件平放於感應加熱爐入口端，自動推進器將零件平穩送入加熱爐中，推進器收回；加熱爐自動加溫工件至1000℃，隨後斷電，推進器再將工件推至第一組輥輪上，對工件進行第一次縮徑，隨後多次縮徑、拉拔直至滿足要求為止。
圖3 拉拔設備運行工藝流程圖
智能化控制系統
特種拉拔壓緊設備採用了國內目前最先進的PLC控制系統。無需人工幹預生產，可完成整套生產工藝流程，並有故障報警（聲光報警）、自行分段停機功能，保證局部工藝段出現問題不影響整線生產節拍。同時整線配有溫度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器等各類感應裝置，控制屏幕上能實時顯示拉拔力、拉拔速度、溫度等參數。
特種拉拔設備的先進性
1、高頻加熱爐+保溫管，為燃料棒提供高溫保溫條件。
設備保溫段採用陶瓷保溫棉為金屬管套提供700-800℃的保溫環境，控制器顯示屏可實時顯示棒材溫度；保溫段兩端各配置一套高頻加熱爐，可實現15m/min的運行速度下棒材自700℃升高至1000℃的升溫效率，為後續燃料棒的輥軋、拉伸工序提供最佳操作溫度，提高燃料棒拉伸質量。
表1 拉拔設備關鍵參數一覽表
2、壓力傳感器設置拉伸閾值，防止芯棒拉伸斷裂。
設備拉伸段的拉拔小車，前端由氣缸控制夾具夾取縮頭後的燃料棒端頭，拉拔小車上配置壓力傳感器，當拉力達到預設拉伸閾值則運行小車自動降低拉伸速度，從而使拉力降至許可拉力範圍內，確保芯棒內部完好。作為一家軍工裝備定製企業，北鋼聯所研製的特種拉拔設備首臺樣機已順利交付，這標誌著我國先進核燃料組件關鍵結構材料的生產模式將由半自動化轉向智能化。該設備將在未來進行批量化定製生產，在形成規模效應後，對保障我國核電產業安全發展，促進國產先進核燃料組件「走出去」戰略，推進核電產業軍民融合發展具有重要意義。