CN105945117B - 一种高温合金变径管强力旋压成形方法及装置 - Google Patents

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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning

Abstract

本发明公开了一种高温合金变径管强力旋压成形方法及装置，该方法为：首先将高温合金管材固定在主轴，测量轴向跳动，控制管材平稳的安装在主轴上，继而在尾顶上安装芯棒，将芯棒插入管坯中,然后选择合适的旋压成形工艺，并利用尾顶的运动对管坯施加拉力，控制旋压成形中管材的成形长度及厚度，此时高温合金材料在旋轮的进给作用下和尾顶的拉力下，实现高温合金变径管旋压成形，最终得到壁厚均匀的多段变径管。

Description

一种高温合金变径管强力旋压成形方法及装置
技术领域
本发明属于金属复杂空心构件先进制造技术领域，特别涉及高温合金旋压成形方法及装置。
背景技术
高温合金变径管因具有良好的高温性能广泛应用于核能工程、航空航天等重要工程领域。高温合金材料如GH625由于具有优异的高温强度、良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能，在航空航天、军事国防等领域应用越来越广泛。
现有的变径管成形方式主要是通过将不同直径的管坯拼焊而成。拼焊成形易出现多种缺陷如：焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等。这些缺陷会减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹。在实际生产过程中需要花费大量的时间和成本对焊缝进行检测，进而提高了生产成本。
旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。作为塑性成形的一个分支，具有金属变形条件好、材料利用率高、柔性好及成本低等特点。适合加工多种金属材料，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的优选方法。不仅在轻工业中占有重要地位，而且在航空、航天中应用较广的轻合金材料成形也得到了广泛应用。
由于现有的旋压技术无法满足尾顶运动速度或尾顶力可控的要求，故制备高温合金变径管主要是在普通旋压机上成形，即普通旋压成形，而采用这种传统的方法，就会存在以下缺点：
(1)由于高温合金变径管轴向长度值较大，故在普通旋压机上成形，其轴向跳动大，所成形的变径管易产生弯曲，平直度较差，这就导致高温合金变径管成形长度有限，无法满足市场要求。
(2)高温合金变径管在旋压成形过程中，由于材料轴向流动困难，材料或向厚度方向流动，或者是局部整体弯曲变形。这就导致成形件的质量和使用性能大大降低，限制了高温合金变径管的使用。
发明内容
本发明针对现有制备方法的弊端，提出了新的成形方法。采用旋压尾顶运动速度或尾顶力可控的方法制备壁厚均匀、性能优良的高温合金变径管，有效地解决了实际应用中高温合金变径管,旋压成形过程中轴向跳动大、壁厚难控制以及轴线容易弯曲的问题。
一种高温合金变径管强力旋压成形装置，包括：装夹装置、旋轮以及尾顶，装夹装置用于将管坯装夹固定在主轴上，成形过程中，管坯跟随主轴旋转；所述旋轮沿管坯轴向往复运动对管坯进行旋压成形，旋轮沿管坯轴向运动一个往复为一个道次；所述尾顶装有芯棒，所述芯棒插入管坯内部，旋压成形过程中，所述芯棒和管坯的内径形成过盈配合，所述尾顶至少在第二个道次开始沿轴向为管坯提供拉力，其开始提供拉力的道次、以及其轴向运动速度拉力大小预先设置，通过尾顶的拉力将管坯轴向拉长，控制尾顶的运动速度达到控制壁厚的效果。
根据所述的装置进行高温合金变径管旋压成形的方法，通过下列综合成形步骤加以实现：
第一步，将高温合金管装夹到主轴上，控制管材平稳的安装在主轴上；
第二步，在管坯尾端安装尾顶，尾顶上安有芯棒，用尾顶控制管坯在成形过程中的轴向跳动；
第三步，选择合适的旋轮、旋压路径及尾顶拉力或速度，对高温合金管进行多道次的旋压成形，在至少第二个道次，尾顶开始对管坯施加轴向拉力，控制材料的轴向流动；在成形位置添加润滑油，减小摩擦和降低成形温度；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的零件；
第五步，将所得到的零件用线切割切除余料，最终得到高温合金变径管。
所述的方法，第三步中，尾顶轴向速度可控，对管坯施加轴向拉力，控制材料的轴向流动。
所述的方法，尾顶运动方向与材料流动方向一致。
所述的方法，通过尾顶对管坯施加轴向拉力，改善材料在流动时的应力状态，从而避免材料过度增厚或轴线弯曲。
所述的方法，最终成形件壁厚均匀且与原始母材壁厚的误差在±5％以内。
有益效果：
1、本发明为高温合金变径管提供了一种新的成形方法及装置；
2、本发明有效地解决了高温合金变径管旋压成形轴向跳动大、壁厚难控制的问题，同时对于提高了高温合金成形性能、提高成形质量等具有重要指导意义；
3、本发明方法简单可行，生产效率高，在航空、航天、军工等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
附图说明
图1、高温合金两段变径管旋压成形原理示意图。
1、卡盘，2、套筒，3、螺母，4、旋轮，5、管坯，6、芯棒，7、尾顶，8、尾顶套；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明以下实施例采用的高温合金变径管强力旋压成形装置，包括：卡盘1、套筒2、螺母3、旋轮4以及尾顶，卡盘1、套筒2、螺母3用于将管坯装夹固定在主轴上，管坯在卡盘带动下跟随主轴旋转；所述旋轮沿管坯轴向往复运动对管坯进行旋压成型，所述尾顶装有芯棒，所述芯棒插入管坯内部，旋压成形过程中，所述芯棒和管坯的内径会形成过盈配合，所述尾顶可以沿轴向为管坯提供拉力，其轴向运动速度及拉力大小可以预先设置，通过尾顶的拉力将管坯轴向拉长，控制尾顶的运动速度可以达到控制壁厚的效果。
实施例1
第一步，将长260mm、直径12mm、壁厚1mm的GH625高温合金管通过卡盘、套筒装夹到主轴上，测量轴向跳动，控制管材平稳的安装在主轴上；
第二步，安装尾顶固定装置，限制高温合金管的轴向跳动，设置主轴转速为600n/min；尾顶芯棒插入管坯内部。
第三步，选择合适的旋轮、旋压路径及尾顶拉力和尾顶运动速度，对高温合金管进行五道次的旋压成形，主轴带动管坯高速运动，旋轮轴向往复运动，旋轮沿管坯轴向运动一个往复为一个道次；旋轮轴向运动速度依次为600mm/min、580mm/min、560mm/min、530mm/min、480mm/min，每道次旋轮单边压下量为0.25mm，尾顶从第三道次开对管坯施加轴向拉力(旋压成形两个道次后，尾顶芯棒和管坯的内径会形成过盈配合，尾顶跟随管坯一起旋转)，可以理解的是，尾顶运动可以根据成形件壁厚及长度选择在第几道次施加的，尾顶运动后，将管坯轴向拉长，控制尾顶的运动速度达到控制壁厚的效果，管坯从直径Φ12mm缩旋到Φ10mm，厚度仍为1mm。
注意在成形过程中不断的在旋压成形位置添加拉伸油，减小摩擦和降低成形温度；
第四步，退出旋轮、卸下尾顶，取出成形的零件；
第五步，将所得到的零件用线切割切除余料，最终得到高温合金变径管。
实施例2
第一步，将长260mm、直径12mm、壁厚1mm的GH625高温合金管装夹到主轴上，测量轴向跳动，控制管材平稳的安装在主轴上；
第二步，安装尾顶固定装置，限制高温合金管的轴向跳动，设置主轴转速为600n/min；
第三步，选择合适的旋轮、旋压路径及尾顶压力或速度，对高温合金管进行多道次的旋压成形，旋轮轴向运动速度依次为580mm/min、560mm/min、530mm/min、480mm/min，每道次旋轮单边压下量为0.25mm，尾顶从第三道次开对管坯施加轴向拉力，管坯从直径Φ12mm缩旋到Φ10mm。旋轮轴向运动速度依次变为为360mm/min、360mm/min、400mm/min、300mm/min，每道次旋轮单边压下量为0.25mm，直径变为Φ8mm，厚度仍为1mm；
注意在成形过程中不断的在成形位置添加拉伸油，减小摩擦和降低成形温度；
第四步，退出旋轮、卸下尾顶，取出成形的零件；
第五步，将所得到的零件用线切割切除余料，最终得到高温合金变径管。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高温合金变径管强力旋压成形装置，其特征在于，包括：装夹装置、旋轮以及尾顶，装夹装置用于将管坯装夹固定在主轴上，成形过程中，管坯跟随主轴旋转；所述旋轮沿管坯轴向往复运动对管坯进行旋压成形，旋轮沿管坯轴向运动一个往复为一个道次；所述尾顶装有芯棒，所述芯棒插入管坯内部，旋压成形过程中，所述芯棒和管坯的内径形成过盈配合，所述尾顶至少在第二个道次开始沿轴向为管坯提供拉力，其开始提供拉力的道次、以及其轴向运动速度、拉力大小预先设置，通过尾顶的拉力将管坯轴向拉长，控制尾顶的运动速度达到控制壁厚的效果。
2.根据权利要求1所述的装置进行高温合金变径管旋压成形的方法，其特征在于，通过下列综合成形步骤加以实现：
第一步，将管坯装夹到主轴上，控制管坯平稳的安装在主轴上；
第二步，在管坯尾端安装尾顶，尾顶上安有芯棒，用尾顶控制管坯在成形过程中的轴向跳动；
第三步，选择合适的旋轮、旋压路径及尾顶拉力和尾顶轴向运动速度，对管坯进行多道次的旋压成形，在至少第二个道次，尾顶开始对管坯施加轴向拉力，控制材料的轴向流动；在成形位置添加润滑油，减小摩擦和降低成形温度；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的零件；
第五步，将所得到的零件用线切割切除余料，最终得到高温合金变径管。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：第三步中，尾顶轴向速度可控，对管坯施加轴向拉力，控制材料的轴向流动。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：尾顶运动方向与材料流动方向一致。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：通过尾顶对管坯施加轴向拉力，改善材料在流动时的应力状态，从而避免材料过度增厚或轴线弯曲。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：最终成形件壁厚均匀且与原始母材壁厚的误差在±5％以内。
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