CN114160652A - 一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛筒形件的塑性成形技术领域，涉及一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，将坯料放置在电阻炉中进行加热，待温度达到600～650℃，保温0.5～1h后取出；坯料内径尺寸因受热后膨胀变大，将坯料热装到芯模后，待坯料与芯模之间的最大间隙小于0.5mm时开始旋压，芯模和旋轮无需预热，采用多道次的旋压工艺，使坯料变形更加均匀。本发明采用立式旋压机进行旋压，具有芯模更换方便、坯料装拆简单的特点，可用于外径3m以上的钛合金筒形件的热旋压成形，所获得的筒形件直线度和圆度较好，可满足大直径高端生箔阴极辊表面的钛筒使用要求。

Description

一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法
技术领域
本发明属于钛筒形件的塑性成形技术领域，涉及一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法。
背景技术
钛合金因其比强度高、耐蚀性好、焊接性能优良等特点被广泛使用在航空、航天、船舶、兵器等领域用作各类筒形零件。旋压成形是一种综合了锻造、拉伸、挤压和滚压等工艺特点的少无切削加工工艺，该成形技术具有材料利用率高、制品性能好等优点，可制成整体无缝的空心回转体零件。
由于钛合金在室温下塑形差、强度高、导热率低、切削性能差，因此采用冷旋压的方式进行加工时零件容易开裂，特别是在大直径筒形件的旋压时越发容易开裂。另外，现有的钛合金筒形件热旋压过程中容易出现翻边、直径超差等缺陷，从而导致旋压出的筒形件的直线度和圆度均较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，以获得直线度和圆度较好的钛合金筒形件。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
这种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，将待加工坯料置于电阻炉中加热至600～650℃，保温0.5～1h后取出；将加热后的坯料套装到芯模上，待坯料与芯模之间的最大间隙小于0.5mm时开始旋压；旋压结束后，气动顶缸抬着坯料进行脱模，当坯料被抬高到指定位置后，将坯料进行彻底脱模，获得钛合金筒形件。
进一步，上述大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将芯模安装到旋压机工作台上；
步骤2、启动气动顶缸，使其回到工作位置；
步骤3、将坯料置于电阻炉中加热，当温度到达600～650℃，保温0.5～1h后取出；
步骤4、将加热出炉的坯料套装在芯模上，坯料的下端卡在气动顶缸的凹槽内；
步骤5、当待加热的坯料收缩到抱紧芯模时开始旋压，旋压过程中，旋轮向下移动；
步骤6、根据旋压道次的不同，每增加一道次，重复一次步骤5；
步骤7、旋压结束，气动顶缸抬着坯料进行脱模，当坯料被抬高到指定位置后，将坯料进行彻底脱模，获得钛合金筒形件。
进一步，所述芯模的转速为20～40rad/min，进给比为2～4mm/rad，每道次的下压量为4～8mm。
进一步，所述坯料的外径不小于3m。
进一步，所述芯模和旋轮不需要提前预热。
进一步，所述坯料和芯模为过渡配合，两者之间的间隙小于或等于0.5mm。
进一步，所述旋轮的数量为两个，且左右对称分布于旋压机工作台上。
可选地，旋轮的数量为4以上的偶数，每两个为一组，每组旋轮对称分布于旋压机工作台上；且相邻组之间、位于同一侧的旋轮上下错距分布。
进一步，所述芯模表面涂覆一层二硫化钼油剂或水基石墨或玻璃润滑保护剂。
进一步，所述芯模的顶端设有方便安装和拆卸的吊环。
进一步，所述芯模的材料为H13热作模具钢、K403高温合金或4Cr5MoSiV1。
进一步，所述旋轮的材料为H13热作模具钢、W18Cr4V高速钢或4Cr5MoSiV1。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：将坯料放置在电阻炉中进行加热，待温度达到600～650℃，保温0.5～1h后取出；坯料内径尺寸因受热后膨胀变大(坯料原本的内径尺寸略小于芯模的外径尺寸)，将坯料热装到芯模后，待坯料与芯模之间的最大间隙小于0.5mm时开始旋压，芯模和旋轮无需预热，采用多道次的旋压工艺，使坯料变形更加均匀。本发明采用立式旋压机进行旋压，具有芯模更换方便、坯料装拆简单的特点，可用于外径3m以上的钛合金筒形件的热旋压成形，所获得的筒形件直线度和圆度较好，且成品率高。
这里，需要说明的是，由于工业纯钛的再结晶温度为550～650℃，为了保证坯料在旋压过程中具有一定的塑性，应当在旋压开始前对坯料进行再结晶退火，以适当降低坯料的强度，防止旋压过程中因坯料强度过高而开裂，故本发明采取的再结晶退火温度为600～650℃，退火时间为0.5～1h(再结晶退火的时间不宜过长，以防止坯料晶粒粗大)。
附图说明
图1为本发明提供的旋压成形工作台的结构示意图；
图2为本发明提供的大直径钛合金筒形旋压件的结构图。
其中：1、吊环；2、芯模；3、坯料；4、旋轮；5、气动顶缸；6、旋压机工作台。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，具体包括以下步骤：
步骤1、采用吊装的方式，通过吊环1将芯模2安装固定到旋压机工作台6上，芯模2安装好之后在其外表面涂覆一层二硫化钼油剂，芯模2的材料为H13热作模具钢，芯模2的直径为2650mm。
步骤2、启动气动顶缸5，使其回到工作位置。
步骤3：将坯料3放置到电阻炉中进行加热，待温度到达650℃后，保温0.5h出炉。
步骤4、采用吊装的方式，将加热出炉的坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸5的凹槽内，坯料3的材质为TA1，外径为2770mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
步骤5、等待坯料3收缩到坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.5mm时开始旋压，旋压过程中，所述旋轮4向下移动，所述旋轮4的材料为4Cr5MoSiV1，芯模2的转速为20rad/min。
步骤6、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤5；其中，第一道次的下压量为8mm，进给量为40mm/min，进给比为2mm/rad；第二道次的下压量为6.5mm，进给量为50mm/min，进给比为2.5mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为60mm/min，进给比为3mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为70mm/min，进给比为3.5mm/rad；第五道次的下压量为4mm，进给量为80mm/min，进给比为4mm/rad。
步骤7、旋压结束，气动顶缸5抬着坯料3进行脱模，当坯料3被抬高到适当位置后，采用吊装的方式将坯料3进行彻底脱模，旋压完成的筒形件的外径为2710mm，壁厚为30mm。
实施例2
本实施例提供了又一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，具体包括以下步骤：
步骤1、采用吊装的方式，通过吊环1将芯模2安装固定到旋压机工作台6上，芯模2安装好之后在其外表面涂覆一层二硫化钼油剂，芯模2的材料为H13热作模具钢，芯模2的直径为2650mm。
步骤2、启动气动顶缸5，使其回到工作位置。
步骤3、将坯料3放置到电阻炉中进行加热，待温度到达600℃后，保温1h出炉。
步骤4、采用吊装的方式，将加热出炉的坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸5的凹槽内，坯料3的材质为TA1，外径为2770mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
步骤5、等待坯料3收缩到坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.5mm时开始旋压，旋压过程中，旋轮4向下移动，所述旋轮4的材料为4Cr5MoSiV1，芯模2的转速为30rad/min。
步骤6、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤5；其中，第一道次的下压量为7.5mm，进给量为45mm/min，进给比为1.5mm/rad；第二道次的下压量为7mm，进给量为60mm/min，进给比为2mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为69mm/min，进给比为2.3mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为75mm/min，进给比为2.5mm/rad；第五道次的下压量为4mm，进给量为90mm/min，进给比为3mm/rad。
步骤7、旋压结束，气动顶缸5抬着坯料3进行脱模，当坯料3被抬高到适当位置后，采用吊装的方式将坯料3进行彻底脱模，旋压完成的筒形件的外径为2710mm，壁厚为30mm。
实施例3
本实施例提供了另一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，具体包括以下步骤：
步骤1、采用吊装的方式，通过吊环1将芯模2安装固定到旋压机工作台6上，芯模2安装好之后在其外表面涂覆一层二硫化钼油剂，芯模2的材料为H13热作模具钢，芯模2的直径为2950mm。
步骤2、启动气动顶缸5，使其回到工作位置。
步骤3、将坯料3放置到电阻炉中进行加热，待温度到达650℃后，保温0.5h出炉。
步骤4、采用吊装的方式，将加热出炉的坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸5的凹槽内，坯料3的材质为TA1，外径为3010mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
步骤5、等待坯料3收缩到坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.5mm时开始旋压，旋压过程中，旋轮4向下移动，所述旋轮4的材料为4Cr5MoSiV1，芯模2的转速为20rad/min。
步骤6、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤5；其中，第一道次的下压量为7.5mm，进给量为40mm/min，进给比为2mm/rad；第二道次的下压量为6.5mm，进给量为50mm/min，进给比为2.5mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为60mm/min，进给比为3mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为70mm/min，进给比为3.5mm/rad；第五道次的下压量为4.5mm，进给量为80mm/min，进给比为4mm/rad。
步骤7：旋压结束，气动顶5抬着坯料3进行脱模，当坯料3被抬高到适当位置后，采用吊装的方式将坯料3进行彻底脱模，旋压完成的筒形件的外径为3000mm，壁厚为30mm。
综上，本发明提供的这种热旋压成形方法，可用于外径3m以上的钛合金筒形件的旋压成形，且获得的筒形件直线度和圆度均较好，且成品率高；同时，本发明采用立式旋压机进行旋压，芯模2更换方便，坯料3装拆简单，可满足大直径高端生箔阴极辊表面的钛筒使用要求。
以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，将待加工坯料(3)置于电阻炉中加热至600～650℃，保温0.5～1h后取出；将加热后的坯料(3)套装到芯模(2)上，待坯料(3)与芯模(2)之间的最大间隙小于0.5mm时开始旋压；旋压结束后，气动顶缸(5)抬着坯料(3)进行脱模，当坯料(3)被抬高到指定位置后，将坯料(3)进行彻底脱模，获得钛合金筒形件。
2.根据权利要求1所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、将芯模(2)安装到旋压机工作台(6)上；
步骤2、启动气动顶缸(5)，使其回到工作位置；
步骤3、将坯料(3)置于电阻炉中加热，当温度到达600～650℃，保温0.5～1h后取出；
步骤4、将加热出炉的坯料(3)套装在芯模(2)上，坯料(3)的下端卡在气动顶缸(5)的凹槽内；
步骤5、当待加热的坯料(3)收缩到抱紧芯模(2)时开始旋压，旋压过程中，旋轮(4)向下移动；
步骤6、根据旋压道次的不同，每增加一道次，重复一次步骤5；
步骤7、旋压结束，气动顶缸(5)抬着坯料(3)进行脱模，当坯料(3)被抬高到指定位置后，将坯料(3)进行彻底脱模，获得钛合金筒形件。
3.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述芯模(2)的转速为20～40rad/min，进给比为2～4mm/rad，每道次的下压量为4～8mm。
4.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述坯料(3)的外径不小于3m。
5.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述坯料(3)和芯模(2)为过渡配合，两者之间的间隙小于或等于0.5mm。
6.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述旋轮(4)的数量为两个，且左右对称分布于旋压机工作台(6)上。
7.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述芯模(2)表面涂覆一层二硫化钼油剂或水基石墨或玻璃润滑保护剂。
8.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述芯模(2)的顶端设有方便安装和拆卸的吊环(1)。
9.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述芯模(2)的材料为H13热作模具钢、K403高温合金或4Cr5MoSiV1。
10.根据权利要求2所述的大直径钛合金筒形件的热旋压成形方法，其特征在于，所述旋轮(4)的材料为H13热作模具钢、W18Cr4V高速钢或4Cr5MoSiV1。
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