随着核能发电成本的提高,作为清洁能源的核电近些年发展逐渐变缓,新建核电厂的成本高的令人望而却步。为了降低核电成本,推进清洁能源的发展,在现有核工厂的基础上显著提高轻水堆发热的功率密度具有重要意义。近年来俄罗斯、美国MIT和加拿大Mc Master University等高校积极开展十字螺旋燃料棒应用于商用压水堆的基础研究工作。经研究表明,十字螺旋燃料棒相较于传统圆形燃料棒具有明显的优点:相同外切圆尺寸下,十字螺旋燃料棒的换热面积增加约35%;相同外切圆尺寸下,最大导热距离缩短40%。该形状异形管具有空心薄壁、轴向螺旋、十字花形截面、大长径比的结构特点,成形难度大。美国和俄罗斯对外封锁其关键技术,鲜有公开资料。为此,本文基于拉拔-扭拧有限元模拟及工艺实验开展了316L不锈钢异形管精密成形工艺研究,以期突破不锈钢薄壁十字螺旋管的制造技术。首先基于Abaqus软件,采用弹塑性有限元法进行了316L不锈钢异形管拉拔过程的模拟分析。拉拔过程中,坯料三向应力沿横截面和厚度方向都呈不均匀分布特点,45°截面坯料在拉拔过程中其内外表面均承受较大径向压应力,0°截面坯料径向应力较小;正曲率的45°截面内表面和0°截面外表面承受较大轴向拉应力和周向拉应力,这两处容易产生横纵裂纹。拉拔变形过程中坯料径向和周向产生压缩变形,轴向伸长。轴向伸长量沿横截面呈不均匀分布,45°截面附近坯料具有最大的轴向伸长量,使得拉拔后成形件端部不齐。当模具过渡区入口锥角α由20°增加值25°时,拉拔阻力的变化趋势为先增加后减小,在入口锥角为23°时达到最大值。随后,利用异形管专用拉拔设备开展了316L不锈钢异形管拉拔工艺实验。针对异形管空心薄壁、十字花形截面、大长径比的结构特点,开展了异形管拉拔工艺参数优化的研究,解决了拉拔阻力大问题以及失稳起皱和薄壁回弹的成形缺陷。经多次拉拔实验改进并重复实验验证,确定优化的拉拔工艺参数如下:周边压缩系数为1.06;芯头间隙与坯料间隙在0.02 mm至0.035 mm范围之间;模具过渡区锥角23°、过渡区长度10 mm、定径带外径7.00-7.02 mm。最后,针对异形管轴向螺旋特征成形进行了多种扭拧工艺探索,分析了各成形工艺的优缺点。两端对拧工艺的成形件横截面承受较小载荷,且载荷沿横截面分布均匀,成形时横截面几乎不产生塑性变形;但其扭矩沿轴向传递困难,成形件螺距分布极不均匀。多段扭拧可以在保证成形件横截面形状的同时使螺距沿轴向分布均匀,但是点接触模具与坯料接触面积很小,接触区域产生严重变形;柔性模具与模具接触面积大,接触区域不发生变形,但接触区域不能传递力矩,造成该区域仍为直段。螺旋模扭拧工艺可以保证成形件螺距沿轴向分布的均匀性,经多次实验,最终确定采用负差为0.05-0.08 mm的螺旋模,基于螺旋模固定、拉拔头边拉边拧（0.85°/mm）的加载方式可以成形截面对称性良好、螺距沿轴向分布均匀的零件。