CN106183220A - 一种双金属复合管热胀形‑冷缩结合生产方法 - Google Patents

一种双金属复合管热胀形‑冷缩结合生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双金属复合管热胀形‑冷缩结合生产方法，本发明利用不同金属热膨胀系数的差异，将热膨胀系数大的金属管作为外管，热膨胀系数小的金属管作为内管，在高温下使两种金属或合金管同时胀形或者使内管单独胀形贴靠外管，冷却时已经贴靠的双金属管同时冷却，由冷缩结合力提供双金属管间的抱紧力，实现双金属复合管的成形与结合。本方法也可用于异型截面双金属复合管和双金属复合管件的生产。本发明采用热胀形‑冷缩结合方法工序简单，能够通过单一工序同时实现双金属复合管的成形与结合。本发明的方法在高温下，管材的变形抗力小，塑性成形性能高，能够实现难变形材料的成形。

Description

一种双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法
技术领域
本发明涉及双金属复合管加工技术领域，尤其涉及一种双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法。
背景技术
双金属复合管是由两种不同性能的金属结合而成的一种复合材料，它兼具 两种组元金属的优良性能，，综合利用了内层管板与外层管的不同性能，发挥不同合金的性能优势，具有高强度、耐腐蚀、电磁屏蔽以及优异的导电、导热等综合性能，因而，越来越多地应用于航空、航天、机械、化工、电力和电子等工业领域。异种合金双层板壳复合结构是由两种不同的材料成形与结合的。
现有技术中，双金属复合管的生产方式有多种，如拉拔、挤压、爆炸、离心铸造、连续铸造、液压胀接等。这些方法都已在生产中得到应用，但还存在着产品能耗高、成本高、质量差、环境污染严重、市场竞争力弱等不足，有些方法还存在工序复杂、结合界面的位置和厚度不能精确控制、壁厚不均匀的不足，而且有些双金属组合的复合管尚不能生产出来。
专利CN 102700223 A提出了一种异种材料热胀形生产复合管的方法，但其是金属管与非金属材料的复合。
发明内容
本发明的目的是提供一种双金属复合管的热胀形-冷缩结合生产方法，其原理是利用不同金属热膨胀系数的差异，将热膨胀系数大的金属管作为外管，热膨胀系数小的金属管作为内管，在高温下使两种金属或合金管同时胀形或者使内管单独胀形贴靠外管，冷却时已经贴靠的双金属管同时冷却，由冷缩结合力提供双金属管间的抱紧力，实现双金属复合管的成形与结合。本方法也可用于异型截面双金属复合管和双金属复合管件的生产。
本发明采用如下技术方案：
本发明的双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法的具体步骤如下：
（1）下料，将热膨胀系数不同的两种管材进行切割，得到成形管坯，并采用清洁剂擦拭金属管表面，保持管材表面清洁；
（2）将热膨胀系数小的金属管插进热膨胀系数高的金属管内，构成一组双金属管，内外管之间的间隙为0.1-10mm, 将双金属管置于成形模具内，外金属管外壁与成形模具内壁之间具有0.1-8mm的间隙，使成形模具、外金属管和内金属管保持同轴以免偏心而导致成形后壁厚不均匀，密封内金属管的两端（固体介质胀形除外），在内金属管的一端预留介质通道，使能够充进成形介质；
（3）将成形模具和双金属管或者仅将双金属管加热到两种金属均被胀形的成形温度100-1100℃；
（4）将成形介质通过介质通道进入密封空间中，为成形提供稳定压力，使双金属管在两种金属同时进行胀形的温度100-1100℃和压力0.5MPa-20MPa下胀形，胀形时间为5-300s,使外金属管外壁全部贴靠成形模具内壁；
（5）胀形结束后，排出成形介质，取出双金属管胀形件，冷却到室温，得到双金属复合管。
步骤（1）中，所述金属管的材质是锌、锌合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金、钢或高温合金。
步骤（2）中，在外金属管两端设置两个支撑环，保持成形模具、外金属管和内金属管同轴。
步骤（2）中，所述成形介质是氩气、氮气、空气、耐热油、钢珠或陶瓷珠。
步骤（3）中，加热方式是电阻炉加热、感应加热、自阻加热或固体介质传导加热。
本发明的积极效果如下：
（1）本发明采用热胀形-冷缩结合方法工序简单，能够通过单一工序同时实现双金属复合管的成形与结合。
（2）在高温下，管材的变形抗力小，塑性成形性能高，能够实现难变形材料的成形。
（3）因复合所需变形量很小，且有模具控制外形尺寸和轮廓，故可采用高应变速率成形，生产效率高。
（4）双金属复合管通过过盈配合实现结合，结合可靠。
（5）可实现热膨胀系数不同的任何两种金属管的复合。
附图说明
图1为具体实施方式一的成形初始状态示意图。
图2为具体实施方式一的成形终了状态示意图；
图中，1-钢管、2-钛管、3-陶瓷模具、4-支撑环、5-保护套管、6-密封头、7-电源、8-电极、9-进气封头。
图3为具体实施方式二的成形初始状态示意图。
图4为具体实施方式二的成形终了状态示意图；
图中，1-钛管、2-铜管、3-陶瓷模具、4-支撑环、5-密封头、6-感应线圈、7-进气封头。
图5为具体实施方式三的成形初始状态示意图。
图6为具体实施方式三的成形终了状态示意图；
图中，1-镁管、2-铝管、3-模具、4-支撑环、5-顶板、6-管端盖、7-底板。
图7为具体实施方式四的成形初始状态示意图。
图8为具体实施方式四的成形终了状态示意图；
图中，1-镁管、2-钢管、3-陶瓷模具、4-支撑环、5-冲头、6-感应线圈、7-钢珠、8-底板。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
具体实施方式一：钢/钛双金属复合管的成形，结合图1-2说明本实施方式。
本施方式的方法包括以下步骤：
步骤一、将钢管 1 套在钛管 2的外部，内层钛管 2 内壁与外层钢管 1 外壁之间通过位于外层管两端的两个支撑环4保持均匀间隙 0.1-10mm，内层钛管2的两端各伸出外层钢管1两端50-100mm；
步骤二、将组合好的双层管放入陶瓷模具3中，并使外层钢管1外壁与陶瓷模具3内壁保持均匀间隙0.1-8mm；
步骤三、加压使密封头6和进气封头9顶靠内层钛管2的两端密封内层钛管2；
步骤四、在内层钛管2两侧露出段加装电极8，并与电源7相连，通电使钛管2和钢管1利用自阻加热到700-950℃；
步骤五、通气加压，使内层钛管2和外层钢管1发生胀形并贴靠模具3的内壁，气体压力为0.5MPa-20MPa,胀形时间为5-300s；
步骤六、胀形结束后，卸除内层钛管2中的气体压力，将工件从模具3中取出空冷，因钢的冷却收缩大于钛的冷却收缩，故钢管和钛管因冷缩结合在一起，得到钢/钛双金属复合管。
具体实施方式二 ：铜/钛双金属复合管的成形，结合图3-4说明本实施方式。
本实施方式的方法包括以下步骤：
步骤一、将铜管 2 套在钛管 1 的外部，内层钛管 2 内壁与外层铜管 1 外壁之间通过位于外层铜管1两端的两个支撑环4保持均匀间隙 0.1-10mm，内层钛管2的两端各伸出外层铜管1两端10-50mm；
步骤二、将组合好的双层管放入已嵌入感应线圈6的陶瓷模具3中，并使外层铜管1与陶瓷模具3内壁保持均匀间隙0.1-8mm；
步骤三、加压使密封头5和进气封头7顶靠内层钛管2的两端密封内层钛管2；
步骤四、使感应线圈6通电将钛管2和铜管1加热到700-930℃；
步骤五、通气加压，使内层钛管2和外层铜管1发生胀形并贴靠模具3的内壁，介质气体压力P为0.5MPa-20MPa,胀形时间为5-300s；
步骤六、胀形结束后，卸除内层钛管2中的气体压力，将工件从模具3中取出空冷，得到需要的铜/钛双金属复合管。
具体实施方式三：镁/铝双金属复合管的成形，结合图5-6说明本实施方式。
本实施方式的方法包括以下步骤：
步骤一、将铝管2的两端用铝片焊接密封，并在一端引出通气管；
步骤二、将镁管 1套在铝管 2的外部，外层镁管 1 内壁与内层铝管 2 外壁之间通过位于外层铝管1两端的两个支撑环4保持均匀间隙 0.1-10mm；
步骤三、将组合好的双层管放入已置于电阻炉中的模具3中，并使镁管1外壁与模具3内壁保持均匀间隙0.1-8mm；
步骤四、电阻炉通电加热到250-500℃，保温5-10分钟；
步骤五、通气加压，使内层铝管2和外层镁管1发生胀形并贴靠模具3的内壁，介质气体的压力P为0.5MPa-20MPa,胀形时间为5-300s；
步骤六、胀形结束后，卸除内层铝管2中的空气压力，将工件从模具3中取出空冷，得到需要的镁/铝双金属复合管。
具体实施方式四：镁/钢双金属复合管的成形，结合图7-8说明本实施方式。
本实施方式的方法包括以下步骤：
步骤一、将外层镁管 1套在内层钢管 2 的外部；
步骤二、外层镁管 1 内壁与内层钢管 2外壁之间通过位于外层镁管1两端的两个支撑环4保持均匀间隙 0.1-10mm ；
步骤三、将组合好的双层管放入模具3中，并使外层镁管1与模具3内壁保持均匀间隙0.1-8mm；
步骤四、将在电阻炉已经加热到300-550℃的直径0.2mm-5mm的小钢珠7放入钢管2中，利用钢珠7的热量热传导加热钢管2和镁管1，持续1-5分钟，使钢管2和镁管1加热到250-450℃之间；
步骤五、在冲头5上施加压力，使内层钢管2和外层镁管1在钢珠7的作用下发生胀形并贴靠模具3的内壁，施加的压力为20MPa-100MPa,胀形时间为5-300s；
步骤六、胀形结束后，清除内层钢管2中的钢珠7，将工件从模具3中取出空冷，得到需要的镁/钢双金属复合管。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
（1）下料，将热膨胀系数不同的两种管材进行切割，得到成形管坯，并采用清洁剂擦拭金属管表面，保持管材表面清洁；
（2）将热膨胀系数小的金属管插进热膨胀系数高的金属管内，构成一组双金属管，内外管之间的间隙为0.1-10mm, 将双金属管置于成形模具内，外金属管外壁与成形模具内壁之间具有0.1-8mm的间隙，使成形模具、外金属管和内金属管保持同轴以免偏心而导致成形后壁厚不均匀，密封内金属管的两端（固体介质胀形除外），在内金属管的一端预留介质通道，使能够充进成形介质；
（3）将成形模具和双金属管或者仅将双金属管加热到两种金属均被胀形的成形温度100-1100℃；
（4）将成形介质通过介质通道进入密封空间中，为成形提供稳定压力，使双金属管在两种金属同时进行胀形的温度100-1100℃和压力0.5MPa-20MPa下胀形，胀形时间为5-300s,使外金属管外壁全部贴靠成形模具内壁；
（5）胀形结束后，排出成形介质，取出双金属管胀形件，冷却到室温，得到双金属复合管。
2.如权利要求1所述的双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述金属管的材质是锌、锌合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金、钢或高温合金。
3.如权利要求1所述的双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法，其特征在于：步骤（2）中，在外金属管两端设置两个支撑环，保持成形模具、外金属管和内金属管同轴。
4.如权利要求1所述的双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法，其特征在于：步骤（2）中，所述成形介质是氩气、氮气、空气、耐热油、钢珠或陶瓷珠。
5.如权利要求1所述的双金属复合管热胀形-冷缩结合生产方法，其特征在于：步骤（3）中，加热方式是电阻炉加热、感应加热、自阻加热或固体介质传导加热。
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