CN106077219B - 一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法，该方法采用钛合金无缝管经收口段加热、瓶肩及瓶口成型、精整旋压制作而成，采用旋压成型技术，直接将钛合金管材旋压成型，筒体与封头为一整体，克服了有缝气瓶的缺陷；通过旋压道次、主轴转速、旋轮转角、各道次旋轮进给量的调节配合，确保钛合金气瓶封头成型优良，表面不会产生菊皮和皱折现象；工艺易于监测控制，成品率高，接近100%，坯料能够完全得到利用，不产生浪费；本发明成型制造方法的对象是直径大于400mm的钛合金无缝气瓶，瓶体材料为屈服强度大于700MPa的高强度钛合金。

Description

一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法
技术领域
本发明涉及无缝气瓶的成型制造技术领域，具体的说是一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法。
背景技术
近年来气瓶广泛应用于航空、航天、航海等领域，对气瓶的重量、强度、韧性等提出了更高的要求，钛合金由于具有高强度、高弹性模量、低密度、耐高温等优点，成为一种新型的气瓶用材料。现有钛合金气瓶的制造工艺一般是通过粗加工成型分别制得筒体、封头，再经过筒体、封头的精密加工成型，最后采用电子束组对焊接的方法制得。这种工艺方法的缺点有：机械加工难度大，坯料利用率低，生产周期长，制造成本高，而且存在多处焊缝，焊缝处容易出现缺陷，质量控制难度大，一般制得的是小口径钛合金气瓶。将传统的旋压方法应用与钛合金气瓶的成型，封头处容易产生菊皮和皱折现象，带来安全隐患。
发明内容
针对上述现有的钛合金气瓶焊缝处容易出现缺陷，且存在机械加工难度大，坯料利用率低，生产周期长，制造成本高，口径较小，储存量有限；将传统的旋压方法应用与钛合金气瓶的成型，封头处容易产生菊皮和皱折等缺点，本发明提供一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法，该方法采用钛合金无缝管经收口段加热、瓶肩及瓶口成型、精整旋压制作而成，收口段加热长度L与钛管外径φ的关系为：L=φ+（30~60mm），收口段加热温度为900℃~1050℃，补热温度为930℃~1100℃，瓶肩及瓶口成型旋压道次为15~20，旋压机主轴转速为150~300r/min，第一道次旋轮向内轴向进给量为110~150mm，旋轮转角为25~28°，其后各道次旋轮向内轴向进给量为5~30mm，旋轮转角依次递增1~5°，最后一道次旋轮保持角度不变沿轴向移动5~10mm，每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到钛合金无缝管收口段外表面，直至完成半椭球形段、瓶口段的热旋压成型，最后旋轮从钛管收口段外表面以4r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部，保证整个瓶肩和端部瓶口表面光滑，最终得到半椭球形封头，封头与筒体无缝连接。
所述钛合金无缝管由屈服强度大于700MPa的高强度钛合金制成，钛合金无缝管中各成分所占百分比为Al 2.99%，Mo 1.98%，Zr 2.10%，Si 0.02%，Fe 0.06%，C 0.017%，N0.009%，H 0.001%，O 0.05%，余量为Ti。
采用火焰喷枪对钛管的收口段进行补热。
本发明的有益效果：
本发明提供的钛合金无缝气瓶旋压成型方法，采用旋压成型技术，直接将钛合金管材旋压成型，筒体与封头为一整体，克服了有缝气瓶的缺陷；通过旋压道次、主轴转速、旋轮转角、各道次旋轮进给量的调节配合，确保钛合金气瓶封头成型优良，表面不会产生菊皮和皱折现象；工艺易于监测控制，成品率高，接近100%，坯料能够完全得到利用，不产生浪费；
本发明提供的钛合金无缝气瓶旋压成型制造方法，该成型制造方法的对象是直径大于400mm的钛合金无缝气瓶，瓶体材料为屈服强度大于700MPa的高强度钛合金。
附图说明
图1为旋压过程结构示意图；
图2为旋轮结构示意图；
图3为钛管旋压加工成型最终状态示意图；
附图标记：1、旋压机，2、主轴卡爪，3、钛管，4、旋轮，B表示旋轮宽度，R表示旋轮圆角。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法，该方法采用钛合金无缝管经收口段加热、瓶肩及瓶口成型、精整旋压制作而成，收口段加热长度L与钛管外径φ的关系为：L=φ+（30~60mm），收口段加热温度为900℃~1050℃，补热温度为930℃~1100℃，瓶肩及瓶口成型旋压道次为15~20，旋压机主轴转速为150~300r/min，第一道次旋轮向内轴向进给量为110~150mm，旋轮转角为25~28°，其后各道次旋轮向内轴向进给量为5~30mm，旋轮转角依次递增1~5°，最后一道次旋轮保持角度不变沿轴向移动5~10mm，每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到钛合金无缝管收口段外表面，直至完成半椭球形段、瓶口段的热旋压成型，最后旋轮从钛管收口段外表面以4r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部，保证整个瓶肩和端部瓶口表面光滑，最终得到半椭球形封头，封头与筒体无缝连接；所述钛合金无缝管由屈服强度大于700MPa的高强度钛合金制成，钛合金无缝管中各成分所占百分比为Al 2.99%，Mo 1.98%，Zr 2.10%，Si 0.02%，Fe 0.06%，C 0.017%，N 0.009%，H0.001%，O 0.05%，余量为Ti。
实施例1
如图所示：以水容积为400L的40MPa级钛合金无缝气瓶为例，采用直径φ=480mm的高强度钛合金无缝管；旋轮参数为B=140mm，R=35mm；采用CTA-660热旋压收口机，旋压收口的工艺过程如下：
1）钛管收口段加热：将钛管送入到中频感应炉内加热到1000℃，收口加热段长度L为：L=510mm；
2）瓶肩成型：启动自动火焰喷枪对收口段进行补热，补热温度为1100℃，用旋压机1的主轴卡爪2卡紧钛管3，使其以270r/min的转速旋转，将旋轮4的工作面靠近钛管3收口段外表面，对其进行17道次半球形收口旋压，第一道次旋轮向内轴向进给量为-130mm，旋轮转角为26°，其后各道次旋轮向内轴向进给量为-20mm，-20mm，-20mm，-20mm，-20mm，-15mm，-20mm，-15mm，-7mm，-9mm，-9mm，-9mm，8mm，8mm，5mm；旋轮转角依次递增4°，4°，4°，5°，4°，5°，5°，4°，5°，1.7°，1.3°，1.3°，1.0°，1.1°，1.2°；最后一道次旋轮保持角度不变沿轴向移动5mm，每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到钛合金无缝管收口段外表面。（ - 表示沿轴向向内进给）；
3）自动旋压：按照以上参数，完成半椭球形段、瓶口段的热旋压成型，最后旋轮从钛管收口段外表面沿设定的轨迹，以4r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部，保证整个半球形瓶肩和端部瓶口表面光滑，最终得到半椭球形封头，封头与筒体无缝连接。
本发明制得的钛合金无缝气瓶封头为半椭球形，圆弧过渡平缓，降低了过渡段的应力集中，安全性更高；封头与筒体无缝连接，克服了有缝气瓶的缺陷；同时确保钛合金气瓶封头成型优良，表面不会产生菊皮和皱折现象；
本发明的自动化程度高、工艺稳定，成品率接近100%，坯料能够完全得到利用，不产生浪费。
对旋压收口得到的气瓶瓶肩和瓶口解剖后发现，气瓶瓶肩和瓶口内外表面整洁无缺陷，从钛管外壁到瓶口根部壁厚逐渐增加，瓶口内径、外径和壁厚满足使用要求。

Claims (1)

1.一种钛合金无缝气瓶旋压成型方法，该方法采用钛合金无缝管经收口段加热、瓶肩及瓶口成型、精整旋压制作而成，收口段加热长度L与钛管外径φ的关系为：L=φ+（30~60mm），其特征在于：收口段加热温度为900℃~1050℃，补热温度为930℃~1100℃，瓶肩及瓶口成型旋压道次为15~20，旋压机主轴转速为150~300r/min，第一道次旋轮向内轴向进给量为110~150mm，旋轮转角为25~28°，其后各道次旋轮向内轴向进给量为5~30mm，旋轮转角依次递增1~5°，最后一道次旋轮保持角度不变沿轴向移动5~10mm，每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到钛合金无缝管收口段外表面，直至完成半椭球形段、瓶口段的热旋压成型，最后旋轮从钛管收口段外表面以4r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部，保证整个瓶肩和端部瓶口表面光滑，最终得到半椭球形封头，封头与筒体无缝连接；所述钛合金无缝管由屈服强度大于700MPa的高强度钛合金制成，钛合金无缝管中各成分所占百分比为Al 2.99%，Mo 1.98%，Zr 2.10%，Si 0.02%，Fe 0.06%，C 0.017%，N0.009%，H 0.001%，O 0.05%，余量为Ti；采用火焰喷枪对钛管的收口段进行补热。
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