專利名稱：鈦合金波紋管超塑成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及一種波紋管和波形膨脹節(jié)的制造方法。
背景技術(shù)：
鈦合金是一種天然的超塑性材料，許多鈦合金在工業(yè)供貨狀態(tài)就有穩(wěn)定的等軸細(xì)晶組織。就目前的研究結(jié)果而言，α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金均不同程度地可以實(shí)現(xiàn)超塑性，其中尤以α+β鈦合金為最佳，Ti-6Al-4V的延伸率可以達(dá)到1000％以上，但是鈦合金的冷加工性能卻很差。目前，波紋管和波形膨脹節(jié)的制作方法有液壓成形、滾壓成形、機(jī)械脹形、焊接成形和沉積成形等方法。沉積成形法只能生產(chǎn)鎳材；焊接成形的波紋管和波形膨脹節(jié)不能承受內(nèi)壓，因而不適合用于壓力容器上使用；由于鈦的冷變形抗力大、回彈嚴(yán)重、塑性不高，冷加工性能差，因而不適合液壓成形、滾壓成形和機(jī)械脹形的加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鈦合金波紋管超塑成形的方法。該方法適合于對(duì)鈦合金波形管和波形膨脹節(jié)進(jìn)行加工，所加工的波紋管和波形膨脹節(jié)能承受較大的內(nèi)壓，而且成形精度高。本發(fā)明的成形方法是按下述步驟進(jìn)行的a、制作管坯，將鈦合金無(wú)縫管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充氣口；b、加熱過(guò)程，將管坯裝入多層模結(jié)構(gòu)的模具中，隨后將管坯加熱至鈦合金的超塑成形溫度650～1000℃；c、脹形過(guò)程，向管坯內(nèi)充入氣體，充入氣體的壓力為0.1～1MPa，使管坯向外脹形；d、合模過(guò)程，在模具軸向施加壓縮載荷，使各模塊壓合；e、成形過(guò)程，繼續(xù)向管坯內(nèi)增加氣壓，使其壓力達(dá)到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后經(jīng)冷卻脫模即制成成品。在脹形過(guò)程中向管坯內(nèi)充入的氣體為惰性氣體或氮?dú)狻Ｔ谏鲜雒浶芜^(guò)程中向管坯內(nèi)充入氣體后，需保壓10～60分鐘。在上述成形過(guò)程中，向管坯內(nèi)加壓后，需保壓5～30分鐘。上述成形方法中還可使脹形過(guò)程和合模過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明的目的在于利用鈦合金在高溫下具有超塑性這一性質(zhì)，采用超塑氣脹和軸向加載的復(fù)合超塑成形的方法生產(chǎn)鈦合金波紋管和波形膨脹節(jié)，從而為鈦合金波紋管和波形膨脹節(jié)的成形提供了一種經(jīng)濟(jì)、有效、實(shí)用的生產(chǎn)技術(shù)。本發(fā)明適于制造具有超塑性的鈦合金U形波紋管和波型膨脹節(jié)，其公稱壓力小于2.5MPa，其直徑不受限制。本發(fā)明特別適于加工波深參數(shù)大的膨脹節(jié)。本發(fā)明的成形方法與焊接成形相比，能承受較大內(nèi)壓，而且成形精度高；與滾壓成形和機(jī)械脹形相比，設(shè)備更簡(jiǎn)單、成品率高、成本低。本發(fā)明的加工過(guò)程中，由于加壓脹形過(guò)程的壓力一般大于工作壓力的幾倍，因此成形件不需進(jìn)行壓力檢測(cè)，且不存在殘余應(yīng)力；由于成形時(shí)的壓力較小，因此模具的使用壽命長(zhǎng)。


圖1是具體實(shí)施方式
一中加熱過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
一中脹形過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
一中合模過(guò)程和成形過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是波紋管的截面圖，圖5是圖1的A-A剖視圖。
具體實(shí)施例方式
一本實(shí)施方式的管坯是采用1.28mm厚的Ti-6Al-4V退火態(tài)薄板制成上下密封的管坯6，在管坯6下端有充氣口6-1。加熱過(guò)程是在超塑成形機(jī)中進(jìn)行(參閱圖1)，超塑成形機(jī)由爐體2、設(shè)在爐體2上方的壓頭1、與壓頭1相連接的上蓋板8、設(shè)在爐體2內(nèi)部的支撐架11以及連接在支撐架11上面的底板9組成。成型模具采用多層模結(jié)構(gòu)的模具，其模塊數(shù)量為波紋數(shù)加1，下模5位于底板9上，上模3安裝在上蓋8下，中模4采用分瓣式結(jié)構(gòu)，以便于脫模(參見(jiàn)圖5)。在裝模前，將管坯6外表面涂上高溫抗氧化劑，以保護(hù)鈦合金在高溫下不被氧化，并在模具上與波紋管接觸處噴涂石墨粉，其目的一是降低模具與管坯的磨擦，改善壁厚均勻性；二是便于成形件脫模。然后將管坯6裝機(jī)，首先將下模5與底板9焊接在一起，將通氣管10與管坯6的充氣口6-1焊接在一起，并通過(guò)底板間溝槽引出。再將分瓣式結(jié)構(gòu)的中模4裝配在一起，并套裝在管坯6的外面，最后安裝上模3，并用拉桿12將上模3、中模4和下模6相連接。將裝配后的管坯6送入超塑成形機(jī)中。下一步是將管坯6加熱至鈦合金的超塑成形溫度927℃，并保溫1小時(shí)。脹形過(guò)程中向管坯6內(nèi)充入的氣體為氬氣，其壓力為0.2MPa，并保壓30分鐘，使管坯6產(chǎn)生合適的塑性變形，此時(shí)管坯6的單波母線長(zhǎng)略小于所加工波紋管的單波母線長(zhǎng)(參閱圖2)。脹形階段筒體內(nèi)部成形壓力的大小和加壓時(shí)間之間要協(xié)調(diào)，如成形壓力低，加壓時(shí)間短，則在模具壓合后，波尖部分遠(yuǎn)離模具，繼續(xù)脹形造成局部壁厚減薄量過(guò)大，波紋管壁厚不均勻，反之當(dāng)成形壓力高、加壓時(shí)間長(zhǎng)，這樣引起筒體變形量過(guò)大以致不能合模。在合模過(guò)程使超塑成形機(jī)的壓頭1緩慢向下壓，使上模3、中模4、下模5壓合。在成形過(guò)程中，繼續(xù)向管坯6內(nèi)加氣壓至3MPa，并保壓10分鐘，使管坯完全充模(參閱圖3)，最后成形階段氣壓要合適，如氣壓過(guò)大，易使上、中、下模合不嚴(yán)，影響成形件的精度，如氣壓過(guò)小，則導(dǎo)致強(qiáng)度高焊縫處充模不足。最后的步驟是放出成形的波紋管7內(nèi)的氬氣，抬起壓力機(jī)，使?fàn)t體1內(nèi)冷卻至室溫，并出爐脫模。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是，它是按下述步驟進(jìn)行的a、制作管坯，將鈦合金無(wú)縫管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充氣口；b、加熱過(guò)程，將管坯裝入多層模結(jié)構(gòu)的模具中，隨后將管坯加熱至鈦合金的超塑成形溫度650～1000℃；c、脹形合模過(guò)程，向管坯內(nèi)充入氣體，充入氣體的壓力為0.1～1MPa，使管坯向外脹形，并同時(shí)在模具軸向施加壓縮載荷，使各模塊壓合；d、成形過(guò)程，繼續(xù)向管坯內(nèi)增加氣壓，使其壓力達(dá)到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后經(jīng)冷卻脫模即制成成品。其它方法及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
上述模具內(nèi)部的尺寸和形狀與波紋管的尺寸和形狀相同，各模塊的分模面處位于波紋管各波的波峰處。各模塊之間的距離L按下式確定L＝π(r1+r2+t)+2a-2w；管坯的尺寸按如下公式確定管坯的高度H＝nf[π(r1+r2+t)+2a]+2L4+C，管坯的壁厚t0＝mt；式中w—波紋管波距，n—波紡管波數(shù)，t—波紋管壁厚，r1—波紋管波峰半徑，r2—波紋管波谷半徑，a—波紋管波峰、波谷過(guò)渡區(qū)直壁部分長(zhǎng)度，L4—波紋管直邊段長(zhǎng)度，C—因去除管坯的端蓋所留的加工余量(取10～20mm)，m—系數(shù)(取1.1～1.25)，f—系數(shù)(取0.95～0.98)。
權(quán)利要求
1.鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于它是按下述步驟進(jìn)行的a、制作管坯，將鈦合金無(wú)縫管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充氣口；b、加熱過(guò)程，將管坯裝入多層模結(jié)構(gòu)的模具中，隨后將管坯加熱至鈦合金的超塑成形溫度650～1000℃；c、脹形過(guò)程，向管坯內(nèi)充入氣體，充入氣體的壓力為0.1～1MPa，使管坯向外脹形；d、合模過(guò)程，在模具軸向施加壓縮載荷，使各模塊壓合；e、成形過(guò)程，繼續(xù)向管坯內(nèi)增加氣壓，使其壓力達(dá)到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后經(jīng)冷卻脫模即制成成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于在上述脹形過(guò)程中向管坯內(nèi)充入氣體后，需保壓10～60分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于在上述成形過(guò)程中，向管坯內(nèi)加壓后，需保壓5～30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于中模4采用分瓣式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于在裝模前，將管坯(6)外表面涂上高溫抗氧化劑，并在模具上與波紋管接觸處噴涂石墨粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于脹形過(guò)程中向管坯(6)內(nèi)充入的氣體為惰性氣體或氮?dú)狻?br> 7.鈦合金波紋管超塑成形的方法，其特征在于它是按下述步驟進(jìn)行的a、制作管坯，將鈦合金無(wú)縫管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充氣口；b、加熱過(guò)程，將管坯裝入多層模結(jié)構(gòu)的模具中，隨后將管坯加熱至鈦合金的超塑成形溫度650～1000℃；c、脹形合模過(guò)程，向管坯內(nèi)充入氣體，充入氣體的壓力為0.1～1MPa，使管坯向外脹形，并同時(shí)在模具軸向施加壓縮載荷，使各模塊壓合；d、成形過(guò)程，繼續(xù)向管坯內(nèi)增加氣壓，使其壓力達(dá)到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后經(jīng)冷卻脫模即制成成品。
全文摘要
鈦合金波紋管超塑成形的方法,它涉及一種波紋管和波形膨脹節(jié)的制造方法。它是按下述步驟進(jìn)行的:a.制作管坯,將鈦合金無(wú)縫管或焊管制成一密封的管坯,并在一端留有充氣口;b.加熱過(guò)程,將管坯裝入多層模結(jié)構(gòu)的模具中,隨后將管坯加熱至鈦合金的超塑成形溫度650～1000℃;c.脹形過(guò)程,向管坯內(nèi)充入氣體,充入氣體的壓力為0.1～1MPa,使管坯向外脹形;d.合模過(guò)程,在模具軸向施加壓縮載荷,使各模塊壓合;e.成形過(guò)程,繼續(xù)向管坯內(nèi)增加氣壓,使其壓力達(dá)到1.5～3.0MPa,使管坯完全充模,最后經(jīng)冷卻脫模即制成成品。該方法所加工的波紋管和波形膨脹節(jié)能承受較大的內(nèi)壓,成形精度高。
文檔編號(hào)B21D15/06GK1383943SQ0212132
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者張凱鋒, 吳德忠, 王長(zhǎng)文, 苑世劍, 王剛 申請(qǐng)人:張凱鋒, 吳德忠, 王長(zhǎng)文, 苑世劍, 王剛