CN109396240B - 一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，该方法采用立式滚珠旋压机对钛管进行多道次旋压，得到无缝钛管，该无缝钛管的外径为100mm～300mm，壁厚与外径之比不超过0.001，外径尺寸公差为±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度小于0.5mm/m，无缝钛管的内外表面粗糙度Ra小于0.2μm。本发明通过控制立式滚珠旋压机的芯棒外径与旋压管坯内径的偏差，并根据旋压管坯厚度合理设计滚珠咬入角，再通过控制旋压过程的减薄率和进给量进行多道次旋压，提高了无缝钛管的尺寸精度和表面质量，得到表面质量好、尺寸精度高、塑性好的无缝钛管，适合各种具有冷旋变形能力的极薄壁钛管的生产。

Description

一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法
技术领域
本发明属于钛及钛合金管材的制备技术领域，具体涉及一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法。
背景技术
随着我国航天、航空、舰船、核工业等领域的快速发展，作为现代各类仪器仪表设备中的重要测量元件、密封隔离元件，以及各类弹性元件中的管道连接补偿用件，金属波纹管也朝着大直径、轻质、高强、耐蚀、耐久方向发展。钛及钛合金薄壁管材因比强度高、耐蚀性好、线膨胀系数小、弹性稳定等优点，是替代钢管制作各工业领域的波纹管类测量及弹性元件的良好原料。然而钛合金的冷变形抗力大、回弹严重，冷加工难度高，制备高质量、塑性优、尺寸精度好的大直径(外径大于100mm)极薄壁(径厚比大于1000)无缝管材难度非常大。
现有的制备壁厚小于0.2mm金属管材冷加工方法仅有“管坯-机加”、“管坯-多辊精轧”、“管坯-强力旋压”、“管坯-滚珠旋压”四种方法。对于大直径管材来说，“管坯-机加”方法仅适用于制备长度较短的极薄壁管材，且真空热处理道次多、工序长、成本高、成材率极低，尤其是材料未经过冷加工塑性变形，无法获得良好的力学性能及工艺性能，不利于后续成形波纹管。采用“管坯-多辊精轧”法制备壁厚小于0.2mm的管材过程中必然出现头尾插管、松紧困难、壁厚偏差大、开裂、涨径等工艺缺陷，导致成品率低，加工难度大。“管坯-强力旋压”是一种能够制备极薄壁金属管材的方法，但钛在常温下为密排六方结构(HCP)，能够参与变形的滑移系少、变形抗力大，无法实现较大变形量的减壁旋压，且旋压时易失稳；尤其是对于大直径的极薄壁管材，壁厚小于0.2mm管材的壁厚公差仅为±0.01mm，采用大变形量加工时极易产生堆积、拉裂、鼓包和局部减薄等缺陷，但如若采用小变形量则会使管材发生壁厚不均匀、尺寸精度差、表面质量差、性能不合格，导致成品率极低。“管坯-滚珠旋压”是加工中小直径管材最高效的方法之一，其加工管材壁厚最小可达到0.04mm，若超出滚珠旋压适宜加工的范围，生产的管材尺寸和直线度易超差。目前国内已经获得了不锈钢和高温合金的大直径薄壁无缝管材生产工艺，但是国内外对HCP结构金属的大直径无缝管材的加工工艺及产品并未见报道。
目前国内虽已研发获得了外径小于80mm、壁厚小于0.3mm的超薄壁无缝钛管材的剥皮旋压制备方法(专利授权公告号为CN 102962294B)，但是加工过程中的剥皮损耗量高达60％以上，材料使用率极低。基于各行业各类元件日益增大的管材尺寸需求，尤其是外径大于80mm、壁厚小于0.2mm的薄壁钛及钛合金管材，并无现有工艺可借鉴适用，若采用上述专利所述的剥皮旋压方法进行制造则会产生高达80％以上的剥皮损耗，成品率过低。中国发明专利(授权公告号为CN104708269B)公开了一种难变形材料大直径超薄壁管材的加工方法，采用扩径拉拔方式能够制备出直径300mm～1000mm、壁厚0.1mm～1mm、径厚比大于1000的镍基合金管材，但该方法热处理道次多、火次间变形道次多，工序流程长，生产效率较低；尽管该发明的权利要求2中表明该方法也适用于钛合金，但随后并未举出任何采用该方法进行钛合金制备管材的实施例，也未针对密排六方结构金属冷难度大、易粘模、缺陷敏感度高、真空热处理窗口窄等特点进行工艺调整及说明，该方法采用热加工工艺无法获得高精度、优异表面粗糙度的管材，不适合制备大直径极薄壁的钛及钛合金管材。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法。该方法通过控制立式滚珠旋压机的芯棒外径与旋压管坯内径的偏差，并根据旋压管坯厚度合理设计滚珠咬入角，再通过合理控制旋压过程的减薄率和进给量等工艺参数进行多道次旋压，提高了无缝钛管的尺寸精度和表面质量，得到表面质量好、尺寸精度高、塑性好的无缝钛管，适合各种具有冷旋变形能力的极薄壁钛管的生产。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，该方法采用立式滚珠旋压机对钛管进行多道次旋压，得到无缝钛管；所述多道次旋压采用的立式滚珠旋压机的芯棒外径比旋压管坯的内径小0.08mm～0.10mm；所述多道次旋压的过程中每道次立式滚珠旋压机的滚珠轴向咬入角α由该道次的旋压管坯的壁厚t0决定：当t0≥1.0mm时，18°＜α≤28°，当0.5mm≤t0＜1.0mm时，14°＜α≤18°，当0.2mm≤t0＜0.5mm时，10°≤α≤14°，当t0<0.2mm时，8°≤α＜10°；所述多道次旋压的终道次减薄率ψ终＝30％～40％，其余道次减薄率ψ＝23％～30％，每火次的总减薄率ψ总≤70％，所述多道次旋压的每道次旋压进给量f＝0.08mm/r～0.13mm/r；所述无缝钛管的外径为100mm～300mm，壁厚与外径之比不超过0.001，外径公差为±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度小于0.5mm/m，无缝钛管的内外表面粗糙度Ra小于0.2μm。
本发明采用滚珠旋压的方法，通过控制立式滚珠旋压机的芯棒外径与旋压管坯内径的偏差，避免了旋压管坯在旋压过程中的位移偏差，改善了壁厚不均匀的缺陷，并根据旋压管坯厚度合理设计滚珠咬入角来控制钛管的加工精度，再通过合理控制旋压过程的减薄率和进给量等工艺参数进行多道次旋压，提高了无缝钛管的尺寸精度和表面质量，从而提高了无缝钛管的壁厚与外径之比，最终获得了密排六方结构金属钛的有效加工，实现高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备。
上述的一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，所述多道次旋压采用的初始原料管坯的壁厚偏差不超过±0.01mm。通过限定原始管坯的壁厚尺寸偏差，减小了由坯料壁厚不均带来的尺寸精度影响，同时保证了管材变形率和应力的均匀分布，提高了极薄壁无缝钛管的尺寸精度。
上述的一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，所述多道次旋压的过程中在旋压管坯的自由端吊装质量为该旋压管坯质量30％～35％的环形配重物。环形配重结构增加了管材在旋压过程中与芯棒的同心度，同时借助重力作用使旋压管坯在旋压过程中均匀受力且保持相对稳定，不易发生滑动和错位，减少了堆积、鼓包的加工缺陷；上述质量的环形配重物能够在极薄壁管旋压过程变形的同时实现张力矫直效果，进一步提高了无缝钛管的直线度和尺寸精度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用滚珠旋压的方法，通过控制立式滚珠旋压机的芯棒外径与旋压管坯内径的偏差，避免了旋压管坯在旋压过程中的位移偏差，改善了壁厚不均匀的缺陷，并根据旋压管坯厚度合理设计滚珠咬入角来控制钛管的加工精度，再通过合理控制旋压过程的减薄率和进给量等工艺参数进行多道次旋压，提高了无缝钛管的尺寸精度和表面质量，从而提高了无缝钛管的壁厚与外径之比，最终获得了密排六方结构金属钛的有效加工，实现高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备。
2、本发明通过控制初始原料管坯的壁厚尺寸偏差，并在旋压管坯的自由端吊装合适质量的环形配重物，进一步减少了旋压管坯的加工缺陷，提高了无缝钛管的尺寸精度和表面质量，从而提高了无缝钛管的壁厚与外径之比。
3、本发明制备的无缝钛管的外径为100mm～300mm，壁厚与外径之比不超过0.001，外径公差为±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度小于0.5mm/m，无缝钛管的内外表面粗糙度Ra小于0.2μm，满足了大型截止阀、仪表元件或其他类型单层或多层金属波纹管制备所需的壁厚不大于0.1mm无缝极薄壁管材的使用要求。
4、本发明的加工设备结构合理，生产工艺简单、流程短、生产成本低、成材率高，且配重设计合理，制备的极薄壁管材尺寸公差、直线度高，加工过程基本不产生废料，适合各种具有冷变形能力的钛合金极薄壁管材的生产。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明采用的立式滚珠旋压机的旋压机构的结构示意图。
图2是图1中凹模与滚珠的装配结构示意图。
附图标记说明
1-卡盘；2-旋压管坯；3-芯棒；
4—滚珠；5—凹模；6—配重物。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的立式滚珠旋压机的旋压机构中包括卡盘1和固定在卡盘1上的芯棒3，所述芯棒3的周围布设有环形的凹模5，所述凹模5中装配有对套装在芯棒3上的旋压管坯2进行旋压的滚珠4，旋压管坯2的自由端吊装有配重物6；图1中的箭头方向表示旋压过程中滚珠4的直线进给方向，图2中的箭头方向表示旋压过程中滚珠4的旋压方向；本发明的立式滚珠旋压机可适用于外径大于200mm的管材。
实施例1
本实施例的制备方法包括以下步骤：
本实施例选用外径尺寸为101.8mm±0.05mm，壁厚为1mm±0.02mm，长度为250mm的TA1钛管作为旋压管坯，采用立式滚珠旋压机对旋压管坯进行7道次旋压，得到无缝TA1钛管；所述TA1钛管的化学成分满足GB/T3520.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》的要求；所述7道次旋压的具体过程如下：
第1道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第1道次旋压TA1钛管；所述芯棒3的外径为99.70mm，所述旋压管坯2为TA1钛管，所述滚珠4的直径为13mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为18.1°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述第1道次旋压TA1钛管的直径为101.2mm，壁厚为0.68mm；
第2道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第2道次旋压TA1钛管，然后对第2道次旋压TA1钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行600℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为第1道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为15.5°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝26.5％，所述经真空热处理后的第2道次旋压TA1钛管的直径为100.85mm，壁厚为0.5mm；
第3道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第3道次旋压TA1钛管；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第2道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.1°，旋压的进给量f＝0.10mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述第3道次旋压TA1钛管的直径为100.55mm，壁厚为0.35mm；
第4道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第4道次旋压TA1钛管，对第4道次旋压TA1钛管依次进行除油、酸洗、切头和中分后再在真空条件下进行600℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为第3道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为11.5°，旋压的进给量f＝0.10mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述经真空热处理后的第4道次旋压TA1钛管的直径为100.35mm，壁厚为0.25mm；
第5道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第5道次旋压TA1钛管；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第4道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为8mm，所述配重物6为70g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为10.7°，旋压的进给量f＝0.10mm/r，道次减薄率ψ＝28％，所述第5道次旋压TA1钛管的直径为100.2mm，壁厚为0.18mm；
第6道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第6道次旋压TA1钛管，对第6道次旋压TA1钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行600℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为第5道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为8mm，所述配重物6为70g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为9.1°，旋压的进给量f＝0.10mm/r，道次减薄率ψ＝27.8％，所述第6道次旋压TA1钛管的直径为100.1mm，壁厚为0.13mm；
第7道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第7道次旋压TA1钛管，对第7道次旋压TA1钛管依次进行除油、酸洗、真空条件下的600℃、保温0.5h的热处理和切头尾，得到无缝TA1钛管；所述芯棒3的外径为99.75mm，所述旋压管坯2为第6道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为70g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为8.1°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝38.5％，所述无缝TA1钛管的外径为100mm，壁厚为0.08mm，长度大于1000mm。
经检测，本实施例得到的无缝TA1钛管的外径尺寸公差不大于±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度为0.2mm/m，无缝TA1钛管内外表面粗糙度Ra为0.10μm～0.16μm。
实施例2
本实施例的制备方法包括以下步骤：
本实施例选用外径尺寸为161.1mm±0.04mm，壁厚为1.2mm±0.02mm，长度为200mm的TA2钛管作为旋压管坯，采用立式滚珠旋压机对旋压管坯进行6道次旋压，得到无缝TA2钛管；所述TA2钛管的化学成分满足GB/T3520.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》的要求；所述6道次旋压的具体过程如下：
第1道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第1道次旋压TA1钛管；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为TA2钛管，所述滚珠4的直径为14mm，所述配重物6为200g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为18.2°，旋压的进给量f＝0.12mm/r，道次减薄率ψ＝29.2％，所述第1道次旋压TA2钛管的直径为160.4mm，壁厚为0.85mm；
第2道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第2道次旋压TA2钛管，对第2道次旋压TA2钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行600℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为第1道次旋压TA2钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为200g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.8°，旋压的进给量f＝0.12mm/r，道次减薄率ψ＝23.5％，所述经真空热处理后的第2道次旋压TA2钛管的直径为160mm，壁厚为0.65mm；
第3道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第3道次旋压TA2钛管；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第2道次旋压TA2钛管，所述滚珠4的直径为9mm，所述配重物6为200g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.8°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝23.1％，所述第3道次旋压TA2钛管的直径为159.7mm，壁厚为0.5mm；
第4道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第4道次旋压TA2钛管，对第4道次旋压TA2钛管依次进行除油、酸洗、切头和中分后再在真空条件下进行600℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为第3道次旋压TA2钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为200g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.1°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述经真空热处理后的第4道次旋压TA2钛管的直径为159.4mm，壁厚为0.35mm；
第5道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第5道次旋压TA2钛管2；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第4道次旋压TA2钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为100g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为11.5°，旋压的进给量f＝0.10mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述第5道次旋压TA2钛管的直径为159.2mm，壁厚为0.25mm；
第6道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第6道次旋压TA2钛管，对第6道次旋压TA2钛管依次进行除油、酸洗、真空条件下的600℃、保温0.5h的热处理和切头尾，得到无缝TA2钛管；所述芯棒3的外径为158.60mm，所述旋压管坯2为第5道次旋压TA1钛管，所述滚珠4的直径为13mm，所述配重物6为100g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为10.0°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝40％；所述无缝TA2钛管的外径为159mm，壁厚为0.15mm，长度大于1000mm。
经检测，本实施例得到的无缝TA2钛管的外径尺寸公差不大于±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度为0.2mm/m，无缝TA2钛管内外表面粗糙度Ra为0.12μm～0.15μm。
实施例3
本实施例的制备方法包括以下步骤：
本实施例选用外径尺寸为203.5mm±0.05mm，壁厚为1.9mm±0.02mm，长度为200mm的TA16钛管作为旋压管坯，采用立式滚珠旋压机对旋压管坯进行7道次旋压，得到无缝TA16钛管；所述TA16钛管的化学成分满足GB/T3520.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》的要求；所述7道次旋压的具体过程如下：
第1道次旋压的过程中将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第1道次旋压TA16钛管；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为TA16钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为300g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为25.8°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝26.3％，所述第1道次旋压TA16钛管的直径为202.5mm，壁厚为1.4mm；
第2道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第2道次旋压TA16钛管，对第2道次旋压TA16钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行700℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为第1道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为300g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为23.1°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述经真空热处理后的第2道次旋压TA16钛管的直径为201.7mm，壁厚为1.0mm；
第3道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第3道次旋压TA16钛管；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第2道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为300g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为18.2°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述第3道次旋压TA16钛管的直径为201.1mm，壁厚为0.7mm；
第4道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第4道次旋压TA16钛管，对第4道次旋压TA16钛管依次进行除油、酸洗、切头和中分后再在真空条件下进行700℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为第3道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为300g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为16.3°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述经真空热处理后的第4道次旋压TA16钛管的直径为200.7mm，壁厚为0.5mm；
第5道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第5道次旋压TA16钛管；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第4道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.1°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述第5道次旋压TA16钛管的直径为200.4mm，壁厚为0.35mm；
第6道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第6道次旋压TA16钛管，对第6道次旋压TA16钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行700℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为第5道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为10.5°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述经真空热处理后的第6道次旋压TA16钛管的直径为200.2mm，壁厚为0.25mm；
第7道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第7道次旋压TA16钛管，对第7道次旋压TA16钛管依次进行除油、酸洗、真空条件下的700℃、保温0.5h的热处理和切头尾，得到无缝TA16钛管；所述芯棒3的外径为199.60mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第6道次旋压TA16钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为150g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为10.5°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝40％；所述无缝TA16钛管的外径为200mm，壁厚为0.15mm，长度大于1000mm。
经检测，本实施例得到的无缝TA16钛管的外径尺寸公差不大于±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度为0.3mm/m，无缝TA16钛管内外表面粗糙度Ra为0.13μm～0.18μm。
实施例4
本实施例的制备方法包括以下步骤：
本实施例选用外径尺寸为278mm±0.05mm，壁厚为2.75mm±0.02mm，长度为200mm的TA24钛管作为旋压管坯，采用立式滚珠旋压机对旋压管坯进行7道次旋压，得到无缝TA24钛管；所述TA24钛管的化学成分满足GB/T3520.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》的要求；所述7道次旋压的具体过程如下：
第1道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第1道次旋压TA24钛管；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为TA24钛管，所述滚珠4的直径为14mm，所述配重物6为750g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为27.7°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝29.1％，所述第1道次旋压TA24钛管的直径为276.4mm，壁厚为1.95mm；
第2道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第2道次旋压TA24钛管，对第2道次旋压TA24钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行750℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为第1道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为13mm，所述配重物6为750g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为23.7°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝28.2％，所述经真空热处理后的第2道次旋压TA24钛管的直径为275.3mm，壁厚为1.4mm；
第3道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第3道次旋压TA24钛管；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第2道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为750g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为21°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述第3道次旋压TA24钛管的直径为274.5mm，壁厚为1.0mm；
第4道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第4道次旋压TA24钛管，对第4道次旋压TA24钛管依次进行除油、酸洗、切头和中分后再在真空条件下进行750℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为第3道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为19.9°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝30％，所述经真空热处理后的第4道次旋压TA24钛管的直径为273.9mm，壁厚为0.7mm；
第5道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第5道次旋压TA24钛管；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第4道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为16.3°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝28.6％，所述第5道次旋压TA24钛管的直径为273.5mm，壁厚为0.5mm；
第6道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第6道次旋压TA24钛管，对第6道次旋压TA24钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行750℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为第5道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为9mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.3°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝28％，所述经真空热处理后的第6道次旋压TA16钛管的直径为273.2mm，壁厚为0.36mm；
第7道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第7道次旋压TA16钛管，对第6道次旋压TA16钛管依次进行除油、酸洗、真空条件下的600℃、保温0.5h的热处理和切头尾，得到无缝TA24钛管；所述芯棒3的外径为272.40mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第6道次旋压TA24钛管，所述滚珠4的直径为13mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为10.6°，旋压的进给量f＝0.08mm/r，道次减薄率ψ＝30.6％；所述无缝TA24钛管的外径为273mm，壁厚为0.25mm，长度大于1000mm。
经检测，本实施例得到的无缝TA24钛管的外径尺寸公差不大于±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度为0.4mm/m，无缝TA24钛管内外表面粗糙度Ra为0.10μm～0.14μm。
实施例5
本实施例的制备方法包括以下步骤：
本实施例选用外径尺寸为304mm±0.05mm，壁厚为2.3mm±0.02mm，长度为200mm的TA3钛管作为旋压管坯，采用立式滚珠旋压机对旋压管坯进行6道次旋压，得到无缝TA3钛管；所述TA3钛管的化学成分满足GB/T3520.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》的要求；所述6道次旋压的具体过程如下：
第1道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第1道次旋压TA3钛管；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为TA3钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为700g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为28.4°，旋压的进给量f＝0.13mm/r，道次减薄率ψ＝26.1％，所述第1道次旋压TA3钛管的直径为302.8mm，壁厚为1.7mm；
第2道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第2道次旋压TA3钛管，对第2道次旋压TA3钛管依次进行除油、酸洗和切头后再在真空条件下进行650℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为第1道次旋压TA3钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为700g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为23.6°，旋压的进给量f＝0.12mm/r，道次减薄率ψ＝29.4％，所述经真空热处理后的第2道次旋压TA3钛管的直径为301.8mm，壁厚为1.2mm；
第3道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第3道次旋压TA3钛管；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第2道次旋压TA3钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为700g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为18.2°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝25％，所述第3道次旋压TA3钛管的直径为301.2mm，壁厚为0.9mm；
第4道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第4道次旋压TA3钛管，对第4道次旋压TA3钛管依次进行除油、酸洗、切头和中分后再在真空条件下进行650℃、保温0.5h的热处理；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为第3道次旋压TA3钛管，所述滚珠4的直径为9mm，所述配重物6为700g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为18.0°，旋压的进给量f＝0.11mm/r，道次减薄率ψ＝24.4％，所述经真空热处理后的第3道次旋压TA3钛管的直径为300.76mm，壁厚为0.68mm；
第5道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第5道次旋压TA3钛管；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为经真空热处理后的第4道次旋压TA3钛管，所述滚珠4的直径为10mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为16.3°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝29.4％，所述第5道次旋压TA3钛管的直径为300.36mm，壁厚为0.48mm；
第6道次旋压的过程中先将芯棒3固定安装在卡盘1上，然后将旋压管坯2套装在芯棒3上，再将装配有滚珠4的凹模5环套在芯棒3上，在旋压管坯2的自由端吊装配重物6进行旋压，得到第6道次旋压TA3钛管，对第6道次旋压TA3钛管依次进行除油、酸洗、真空条件下的650℃、保温0.5h的热处理和切头尾，得到无缝TA3钛管；所述芯棒3的外径为299.30mm，所述旋压管坯2为第5道次旋压TA3钛管，所述滚珠4的直径为12mm，所述配重物6为350g环形配重物，所述旋压过程中滚珠4的轴向咬入角α为14.1°，旋压的进给量f＝0.09mm/r，道次减薄率ψ＝37.5％；所述无缝TA3钛管的外径为300mm，壁厚为0.3mm，长度大于1000mm。
经检测，本实施例得到的无缝TA3钛管的外径尺寸公差不大于±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度为0.3mm/m，无缝TA3钛管内外表面粗糙度Ra为0.15μm～0.19μm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，该方法采用立式滚珠旋压机对钛管进行多道次旋压，得到无缝钛管；所述多道次旋压采用的立式滚珠旋压机的芯棒外径比旋压管坯的内径小0.08mm～0.10mm；所述多道次旋压的过程中每道次立式滚珠旋压机的滚珠轴向咬入角α由该道次的旋压管坯的壁厚t0决定：当t0≥1.0mm时，18°＜α≤28°，当0.5mm≤t0＜1.0mm时，14°＜α≤18°，当0.2mm≤t0＜0.5mm时，10°≤α≤14°，当t0<0.2mm时，8°≤α＜10°；所述多道次旋压的终道次减薄率ψ终＝30％～40％，其余道次减薄率ψ＝23％～30％，每火次的总减薄率ψ总≤70％，所述多道次旋压的每道次旋压进给量f＝0.08mm/r～0.13mm/r；所述无缝钛管的外径为100mm～300mm，壁厚与外径之比不超过0.001，外径公差为±0.02mm，壁厚公差为±0.01mm，直线度小于0.5mm/m，无缝钛管的内外表面粗糙度Ra小于0.2μm；所述立式滚珠旋压机的滚珠直径为9mm～14mm。
2.根据权利要求1所述的一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，所述多道次旋压采用的初始原料管坯的壁厚偏差不超过±0.01mm。
3.根据权利要求1所述的一种高质量大直径极薄壁无缝钛管的制备方法，其特征在于，所述多道次旋压的过程中在旋压管坯的自由端吊装质量为该旋压管坯质量30％～35％的环形配重物。
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