CN109128698B - 一种薄壁小管径高温合金管材的加工方法及便携工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁小管径高温合金管材的加工方法及便携工装，加工方法包括零件加工、密封、低温合金填充、常温冷却、弯管、冲洗、热处理等步骤。本发明提供了一种针对直径小，壁薄的高温合金管材的大角度弯曲的方法及便携工装，解决了现有加工方法及工装加工管材时存在的容易变形、加工时间长、废品率高等问题。

Description

一种薄壁小管径高温合金管材的加工方法及便携工装

技术领域

本发明属于高温合金弯管加工技术领域，具体涉及一种弯曲小管径且壁薄的高温合金管材的加工方法及采用的便携工装。

背景技术

高温合金在各种高温领域的应用越来越广泛，对材料的形状要求越来越复杂。就现有的弯管方法中，其采用的是不加填充材料进行弯管，弯管后在拐角处管材壁厚发生较大变化，变形也较大。对高温合金管材需要连续弯曲的加工方法领域研究不足，无法提供一种高效快速的加工方法。

目前小管径且壁薄高温合金管材弯曲时通常存在以下3个问题：

1、小管径弯曲时不加填充材料，导致弯曲处管材不是圆滑过渡；

2、小管径弯曲时，弯曲处壁厚变化大，过渡强烈，易导致管材在弯曲处断裂；

3、小管径弯曲时，无法实现管材连续弯曲，造成加工时间较长；

综上所述，现有小管径且壁薄高温合金管材弯曲缺陷较多，导致加工后管材达不到使用要求。

发明内容

本发明旨在提供一种薄壁小管径高温合金管材的加工方法和便携工装，以解决现有弯曲小管径且壁薄的高温合金管材时存在的容易变形、加工时间长、废品率高等问题。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种薄壁小管径高温合金管材的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：零件加工，按照设计要求把高温合金管材切割成长度为定长的短管；

步骤二：密封，将短管的一端密闭；

步骤三：低温合金填充，将低温合金加热到熔点以上，将熔化的低温合金液体填充到高温合金管材中；

步骤四：冷却，将填充完的高温合金管，保持密封的一端处在低处，未密封的一端不作处理，放在低于低温合金熔点的环境下冷却；

步骤五：弯管，待管材冷却，将其放置到弯曲工装上进行弯管；

步骤六：清洗，将弯曲后的管材取下，放到循环水中加热到低温合金熔点以上，并用齿轮泵将管内的低温合金冲洗干净，再用高压风将管内的水吹干；

步骤七：热处理，将冲洗干净的高温合金管材进行去应力和时效处理。

优选的，所述步骤一中，还包括去除短管端部存在的锐边毛刺，以及并去除短管内残存的残余物。

优选的，所述步骤二中，通过压扁并弯折短管的一端使其一端密闭。

优选的，所述低温合金为熔点高于45℃且在低于熔点以下为固态的金属。

优选的，所述步骤三中，将熔点为47℃的铋铅锡镉低温合金先加热到熔点以上，再将合金液体填充到高温合金管材中；

所述步骤四中，将填充完的高温合金管放在低于47℃的环境下冷却；

所述步骤六中，将弯曲后的管材取下并放到循环水中加热到47℃以上。

优选的，所述步骤七中，高温合金管材的去应力处理温度区间为1025℃～1050℃，去应力处理时间为8min；去应力处理后，高温合金管材加热到900℃，保持16h，空冷至室温进行时效处理。

一种用于前述薄壁小管径高温合金管材加工方法的工装，包括第一夹具，第二夹具，第三夹具，第四夹具，定位销，第六夹具和固定轴；

所述第一夹具和第六夹具呈长条形，且在其一端开有第一销轴孔，第一夹具和第六夹具的侧面上均有一凸起以及一条经过长条形三个侧表面且未闭合的第一弯曲成型槽，第一弯曲成型槽穿过凸起的端面并向其内部延伸；

所述第三夹具包括立方体状的第一基体，第一基体上端面两端各开有一个第二销轴孔，第一基体侧面开有贯通的第一连接孔，第一基体侧面上端有一条经过第一基体四个侧表面且闭合的第二弯曲成型槽；

所述第二夹具和第四夹具包括立方体状的第二基体，第二基体上端面一端开有第三销轴孔，另一端有一与第一夹具和第六夹具一端形状匹配的缺口，且缺口的深度等于第一夹具和第六夹具的厚度，第二基体侧面开有贯通的第二连接孔，第二基体侧面上端有一条经过第二基体三个侧表面且未闭合的第三弯曲成型槽；

所述固定轴包括基座，基座下端面连接有一对圆柱销。

一种采用前述便携工装的薄壁小管径高温合金管材弯曲方法，包括以下步骤：将直的高温合金管材放置在第三夹具和第四夹具之间，此时第二夹具还未装入，第三夹具和第四夹具用定位销来固定，此时第一夹具和第六夹具分别在第三夹具和第四夹具两端，用两个固定轴分别将第一夹具和第三夹具，第四夹具和第六夹具进行固定，然后将第一夹具和第六夹具分别绕固定轴进行旋转180°弯管；再将第二夹具加到第一夹具和第三夹具之间，并用定位销固定，采用固定轴固定第一夹具和第二夹具，旋转第一夹具绕固定轴旋转180°，完成第三个弯曲。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种弯曲小管径且壁薄的高温合金管材的加工方法及便携工装，从根本上解决了弯曲小管径且壁薄的高温合金管材存在的容易发生变形、过渡不圆滑、废品率高和加工时间长等问题，采用本发明的方案后，高温合金管材弯曲废品率由原来的60%降低到10%，加工时间缩短了20%，有效提高了弯管的合格率。

附图说明

图1是本发明方法弯曲后高温合金管材的成形图；

图2，图3和图4分别是弯曲高温合金管材的便携工装的主视图，俯视图和左视图；

图5和图6分别是第二夹具体和第四夹具体的俯视图和主视图；

图7和图8分别是第三夹具体的俯视图和主视图；

图9，图10和图11分别是第一夹具体和第六夹具体的主视图，俯视图和左视图；

图12和图13分别是固定轴的平面和立体示意图；

图14是采用夹具将直管弯折第一和第二个弯曲段时的工作状态图；

图15是图14中第六夹具一端从第四夹具的缺口处旋转时的状态示意图；

图16是图14中第一夹具一端相对第三夹具一端旋转时的状态示意图；

图中：1-第一夹具、2-第二夹具、3-第三夹具、4-第四夹具、5-定位销、6-第六夹具、7-固定轴。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的布置形式，但要求保护的范围并不局限于所述。

小管径且壁薄的高温合金管材弯曲处变形是否大，过渡是否圆滑是决定管材能否达到技术条件的因素。本发明采用填充低温合金的方法，保证弯曲处变形小，壁厚过渡圆滑，废品率得到降低。目前采用的方法易造成管材变形、断裂和废品率低的问题。由此本发明提供了一种弯曲小管径且壁薄的高温合金管材的加工方法及便携工装来解决上述问题。

如图2～图13，一种用于薄壁小管径高温合金管材加工方法的便携工装，包括第一夹具1，第二夹具2，第三夹具3，第四夹具4，定位销5，第六夹具6和固定轴7；如图9～图11，第一夹具1和第六夹具6呈长条形，且在其一端（圆柱形端）的上端面上开有第一销轴孔9，第一夹具1和第六夹具6的侧面上均有一凸起8（呈立方体状，与长条形等厚）以及一条经过长条形三个侧表面（即一对平行的侧表面以及连接这一对侧表面的圆弧过渡面）且未闭合（即该成型槽的两端没有连通）的第一弯曲成型槽10，第一弯曲成型槽10穿过凸起8的端面（即垂直于长条形侧表面的端面）并向其内部延伸，同时，该端面上还有一个与第一弯曲成型槽10同心且直径大于等于第一弯曲成型槽的弧形孔，该弧形孔与第一弯曲成型槽10一起形成对管材的夹持孔，在弯曲过程中起到固定夹持管材一端的作用；第三夹具3包括立方体状的第一基体，第一基体上端面两端呈半圆柱体状，上端面两端各开有一个与半圆柱体同心的第二销轴孔11，第一基体侧面开有两个贯通的第一连接孔13，第一基体侧面上端有一条经过第一基体四个侧表面且闭合（即形成连通的成型槽）的第二弯曲成型槽12；第二夹具2和第四夹具4包括立方体状的第二基体，第二基体上端面一端开有第三销轴孔16，另一端有一与第一夹具1和第六夹具6一端形状匹配的缺口17（即缺口17为半圆柱体缺口，与第一夹具1和第六夹具6的圆柱形端匹配，当弯曲旋转时缺口17可容纳第一夹具1和第六夹具6的圆柱形端，如图15），且缺口17的深度等于第一夹具1和第六夹具6的厚度，第二基体侧面开有贯通的第二连接孔14，第二基体侧面上端有一条经过第二基体三个侧表面且未闭合的第三弯曲成型槽15；固定轴7包括基座，基座下端面连接有一对圆柱销，作为双旋转轴；定位销5为一对圆柱棒材。

薄壁小管径高温合金管材的加工方法按照下述步骤执行：

零件加工：按照设计要求把高温合金管材切割成长度为40mm的短管，去除端部存在的锐边毛刺并去除管内残存的残余物；

密封：将管子一侧用钳子压扁并弯折，使一端形成密闭效果；

低温合金填充：任何低温合金满足其熔点高于45℃，在低于熔点以下为固态的金属都都适合于做填充金属，本方案选择了熔点为47℃的铋铅锡镉低温合金。将熔点为47℃的铋铅锡镉低温合金先加热到熔点以上，再将合金液体填充到高温合金管材中；

冷却：将填充完的高温合金管，保持密封的一端处在低处，未密封的一端不作处理，放在低于47℃的环境下冷却；

弯管：待管材冷却，将其放置到如图2～图4所示的工装上进行弯管，如图14～图16，将直的高温合金管材放置在第三夹具3和第四夹具4之间，此时第二夹具2还未装入，第三夹具3和第四夹具4用两根定位销5来固定，此时第一夹具1和第六夹具6分别在第三夹具3和第四夹具4两端（图14中的第一夹具1和第六夹具6已旋转了一定角度），用两个固定轴7分别将第一夹具1和第三夹具3，第四夹具4和第六夹具6进行固定，然后将第一夹具1和第六夹具6分别绕固定轴7进行旋转180°弯管（由于固定轴7下端有两个平行的圆柱销作为转轴，因此旋转过程中既有相对其中一根的自转，也有相对另一个的旋转，这里的180°最终要求第一夹具1和第六夹具6分别与第三夹具3和第四夹具4的侧面贴合）；再将第二夹具2加到第一夹具1和第三夹具3之间，并用定位销5固定，采用固定轴7固定第一夹具1和第二夹具2，旋转第一夹具1绕固定轴7旋转180°，完成第三个弯曲，如图1所示；

清洗：将弯曲后的管材取下，放到循环水中加热到47℃以上，并用齿轮泵将管内的低温合金冲洗干净，最后用高压风将管内的水吹干；

热处理：将冲洗干净的高温合金管材进行去应力和时效处理，在温度为1025℃～1050℃，时间为8min条件下进行去应力处理；管材加热到900℃，保持16h，然后空冷至室温的条件下进行去应力后进行时效处理。

上述实施例并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于薄壁小管径高温合金管材加工的便携工装，其特征在于：包括第一夹具（1），第二夹具（2），第三夹具（3），第四夹具（4），定位销（5），第六夹具（6）和固定轴（7）；

所述第一夹具（1）和第六夹具（6）呈长条形，且在其一端开有第一销轴孔（9），第一夹具（1）和第六夹具（6）的侧面上均有一凸起（8）以及一条经过长条形三个侧表面且未闭合的第一弯曲成型槽（10），第一弯曲成型槽（10）穿过凸起（8）的端面并向其内部延伸；

所述第三夹具（3）包括立方体状的第一基体，第一基体上端面两端各开有一个第二销轴孔（11），第一基体侧面开有贯通的第一连接孔（13），第一基体侧面上端有一条经过第一基体四个侧表面且闭合的第二弯曲成型槽（12）；

所述第二夹具（2）和第四夹具（4）包括立方体状的第二基体，第二基体上端面一端开有第三销轴孔（16），另一端有一与第一夹具（1）和第六夹具（6）一端形状匹配的缺口（17），且缺口（17）的深度等于第一夹具（1）和第六夹具（6）的厚度，第二基体侧面开有贯通的第二连接孔（14），第二基体侧面上端有一条经过第二基体三个侧表面且未闭合的第三弯曲成型槽（15）；

所述固定轴（7）包括基座，基座下端面连接有一对圆柱销。

2.一种采用权利要求1所述便携工装的薄壁小管径高温合金管材弯曲方法，其特征在于，包括以下步骤：将直的高温合金管材放置在第三夹具（3）和第四夹具（4）之间，此时第二夹具（2）还未装入，第三夹具（3）和第四夹具（4）用定位销（5）来固定，此时第一夹具（1）和第六夹具（6）分别在第三夹具（3）和第四夹具（4）两端，用两个固定轴（7）分别将第一夹具（1）和第三夹具（3），第四夹具（4）和第六夹具（6）进行固定，然后将第一夹具（1）和第六夹具（6）分别绕固定轴（7）进行旋转180°弯管；再将第二夹具（2）加到第一夹具（1）和第三夹具（3）之间，并用定位销（5）固定，采用固定轴（7）固定第一夹具（1）和第二夹具（2），旋转第一夹具（1）绕固定轴（7）旋转180°，完成第三个弯曲。

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