CN1193839C - 钛合金波纹管超塑成形的方法 - Google Patents

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钛合金波纹管超塑成形的方法，它涉及一种波纹管和波形膨胀节的制造方法。它是按下述步骤进行的：a.制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气口；b.加热过程，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650～1000℃；c.胀形过程，向管坯内充入气体，充入气体的压力为0.1～1MPa，使管坯向外胀形；d.合模过程，在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；e.成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压力达到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。该方法所加工的波纹管和波形膨胀节能承受较大的内压，成形精度高。

Description

钛合金波纹管超塑成形的方法
技术领域：本发明型涉及一种波纹管和波形膨胀节的制造方法。
背景技术：钛合金是一种天然的超塑性材料，许多钛合金在工业供货状态就有稳定的等轴细晶组织。就目前的研究结果而言，α钛合金、β钛合金和α+β钛合金均不同程度地可以实现超塑性，其中尤以α+β钛合金为最佳，Ti-6Al-4V的延伸率可以达到1000％以上，但是钛合金的冷加工性能却很差。目前，波纹管和波形膨胀节的制作方法有液压成形、滚压成形、机械胀形、焊接成形和沉积成形等方法。沉积成形法只能生产镍材；焊接成形的波纹管和波形膨胀节不能承受内压，因而不适合用于压力容器上使用；由于钛的冷变形抗力大、回弹严重、塑性不高，冷加工性能差，因而不适合液压成形、滚压成形和机械胀形的加工方法。
发明内容：本发明提供一种钛合金波纹管超塑成形的方法。该方法适合于对钛合金波形管和波形膨胀节进行加工，所加工的波纹管和波形膨胀节能承受较大的内压，而且成形精度高。本发明的成形方法是按下述步骤进行的：a、制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气口；b、加热过程，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650～1000℃；c、胀形过程，向管坯内充入气体，充入气体的压力为0.1～1MPa，使管坯向外胀形；d、合模过程，在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；e、成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压力达到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。在胀形过程中向管坯内充入的气体为惰性气体或氮气。在上述胀形过程中向管坯内充入气体后，需保压10～60分钟。在上述成形过程中，向管坯内加压后，需保压5～30分钟。上述成形方法中还可使胀形过程和合模过程同时进行。本发明的目的在于利用钛合金在高温下具有超塑性这一性质，采用超塑气胀和轴向加载的复合超塑成形的方法生产钛合金波纹管和波形膨胀节，从而为钛合金波纹管和波形膨胀节的成形提供了一种经济、有效、实用的生产技术。本发明适于制造具有超塑性的钛合金U形波纹管和波型膨胀节，其公称压力小于2.5MPa，其直径不受限制。本发明特别适于加工波深参数大的膨胀节。本发明的成形方法与焊接成形相比，能承受较大内压，而且成形精度高；与滚压成形和机械胀形相比，设备更简单、成品率高、成本低。本发明的加工过程中，由于加压胀形过程的压力一般大于工作压力的几倍，因此成形件不需进行压力检测，且不存在残余应力；由于成形时的压力较小，因此模具的使用寿命长。
附图说明：图1是具体实施方式一中加热过程的结构示意图，图2是具体实施方式一中胀形过程的结构示意图，图3是具体实施方式一中合模过程和成形过程的结构示意图，图4是波纹管的截面图，图5是图1的A-A剖视图。
具体实施方式一：本实施方式的管坯是采用1.28mm厚的Ti-6Al-4V退火态薄板制成上下密封的管坯6，在管坯6下端有充气口6-1。加热过程是在超塑成形机中进行(参阅图1)，超塑成形机由炉体2、设在炉体2上方的压头1、与压头1相连接的上盖板8、设在炉体2内部的支撑架11以及连接在支撑架11上面的底板9组成。成型模具采用多层模结构的模具，其模块数量为波纹数加1，下模5位于底板9上，上模3安装在上盖8下，中模4采用分瓣式结构，以便于脱模(参见图5)。在装模前，将管坯6外表面涂上高温抗氧化剂，以保护钛合金在高温下不被氧化，并在模具上与波纹管接触处喷涂石墨粉，其目的一是降低模具与管坯的磨擦，改善壁厚均匀性；二是便于成形件脱模。然后将管坯6装机，首先将下模5与底板9焊接在一起，将通气管10与管坯6的充气口6-1焊接在一起，并通过底板间沟槽引出。再将分瓣式结构的中模4装配在一起，并套装在管坯6的外面，最后安装上模3，并用拉杆12将上模3、中模4和下模5相连接。将装配后的管坯6送入超塑成形机中。下一步是将管坯6加热至钛合金的超塑成形温度927℃，并保温1小时。胀形过程中向管坯6内充入的气体为氩气，其压力为0.2MPa，并保压30分钟，使管坯6产生合适的塑性变形，此时管坯6的单波母线长略小于所加工波纹管的单波母线长(参阅图2)。胀形阶段筒体内部成形压力的大小和加压时间之间要协调，如成形压力低，加压时间短，则在模具压合后，波尖部分远离模具，继续胀形造成局部壁厚减薄量过大，波纹管壁厚不均匀，反之当成形压力高、加压时间长，这样引起筒体变形量过大以致不能合模。在合模过程使超塑成形机的压头1缓慢向下压，使上模3、中模4、下模5压合。在成形过程中，继续向管坯6内加气压至3MPa，并保压10分钟，使管坯完全充模(参阅图3)，最后成形阶段气压要合适，如气压过大，易使上、中、下模合不严，影响成形件的精度，如气压过小，则导致强度高焊缝处充模不足。最后的步骤是放出成形的波纹管7内的氩气，抬起压力机，使炉体1内冷却至室温，并出炉脱模。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式—不同的是，它是按下述步骤进行的：a、制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气口；b、加热过程，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650～1000℃；c、胀形合模过程，向管坯内充入气体，充入气体的压力为0.1～1MPa，使管坯向外胀形，并同时在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；d、成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压力达到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。其它方法及参数与具体实施方式一相同。
上述模具内部的尺寸和形状与波纹管的尺寸和形状相同，各模块的分模面处位于波纹管各波的波峰处。各模块之间的距离L按下式确定：L＝π(r1+r2+t)+2a-2w；管坯的尺寸按如下公式确定：管坯的高度H＝nf[π(r1+r2+t)+2a]+2L4+C，管坯的壁厚t0＝mt；式中w-波纹管波距，n-波纺管波数，t-波纹管壁厚，r1-波纹管波峰半径，r2-波纹管波谷半径，a-波纹管波峰、波谷过渡区直壁部分长度，L4-波纹管直边段长度，C-因去除管坯的端盖所留的加工余量(取10～20mm)，m-系数(取1.1～1.25)，f-系数(取0.95～0.98)。

Claims (5)

1、钛合金波纹管超塑成形的方法，其特征在于它是按下述步骤进行的：a、制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气口；b、加热过程，在装模前，将管坯6外表面涂上高温抗氧化剂，并在模具上与波纹管接触处喷涂石墨粉，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650～1000℃；c、胀形过程，向管坯内充入气体，所述气体为惰性气体或氮气，充入气体的压力为0.1～1MPa，使管坯向外胀形；d、合模过程，在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；e、成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压力达到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。
2、根据权利要求1所述的钛合金波纹管超塑成形的方法，其特征在于在上述胀形过程中向管坯内充入气体后，需保压10～60分钟。
3、根据权利要求1所述的钛合金波纹管超塑成形的方法，其特征在于在上述成形过程中，向管坯内加压后，需保压5～30分钟。
4、根据权利要求1所述的钛合金波纹管超塑成形的方法，其特征在于中模(4)采用分瓣式结构。
5、钛合金波纹管超塑成形的方法，其特征在于它是按下述步骤进行的：a、制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气口；b、加热过程，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650～1000℃；c、胀形合模过程，向管坯内充入气体，充入气体的压力为0.1～1MPa，使管坯向外胀形，并同时在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；d、成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压力达到1.5～3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。
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