CN116197283B - 一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及弯曲技术领域，提供一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，该方法将Ag2MoO4悬浮液混合在电解液中，将弯曲模置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘的作用下对电解液中的弯曲模进行氧化，使得弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层；将管材依次推送进行加热和进入弯曲模内部，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模与加热后管材之间持续保持润滑。本发明可大大减小管材与弯曲模之间的摩擦系数，减少弯曲过程中管材与弯曲模之间的磨损，实现在提高成形质量的同时降低弯曲模的损耗，延长弯曲模使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及弯曲技术领域，更具体地说，涉及一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法。
背景技术
三维自由弯曲成形技术是基于三维轨迹控制柔性成形技术的重要创新，通过控制弯曲模的运动，并结合管材的轴向推进，能够实现复杂轴线以及复杂界面的空心构建一次整体精确成形。在弯曲设备中，加入其他结构，可实现难弯曲管材的一次成形，以钛合金为例，通过设置加热装置，降低弯曲过程中管材强度，可避免室温弯曲时出现的破裂、起皱和过度减薄等问题。
在三维自由弯曲由过程中，管材在弯曲模的挤压作用下在径向平面内发生变形，但是由于轴向推进机构的作用，管壁与弯曲模内壁之间还会发生摩擦，如果在弯曲过程中不对摩擦作用加以限制，最终会损伤成形构件外壁，降低成形质量。目前最常用的减少摩擦的方法是在管材外壁涂抹润滑介质，但在钛合金管材弯曲过程中，高温会加速润滑介质的失效过程，因此需要寻求一种可在高温条件下实现减少摩擦效果的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，该方法可大大减小管材与弯曲模之间的摩擦系数，减少弯曲过程中管材与弯曲模之间的磨损，实现了在提高成形质量的同时降低弯曲模的损耗，延长弯曲模的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：将Ag2MoO4悬浮液混合在电解液中，将弯曲模置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘的作用下对电解液中的弯曲模进行氧化，使得弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层；
将管材依次推送进行加热和进入弯曲模内部，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模与加热后管材之间持续保持润滑。
所述将Ag2MoO4悬浮液混合在电解液中，将弯曲模置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘的作用下对电解液中的弯曲模进行氧化，使得弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层是指：包括以下步骤：
步骤1，按比例配置电解液，在电解液中加入钼酸钠与硝酸银溶液混合而成的Ag2MoO4悬浮液，将需要加工的弯曲模置于电解液中，连接电源阳极；
步骤2，设定微弧氧化参数，打开气盘对电解液中的弯曲模进行氧化，待氧化完成之后断开电源，取出弯曲模，此时，弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，对陶瓷涂层表面进行打磨抛光。
Ag2MoO4悬浮液由钼酸钠与硝酸银溶液混合而成。
含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层的厚度是通过微弧氧化时间和电解液配比进行调整的。
步骤1中，电解液配置比例为Na2SiO3:6g/L、(NaPO3)6:5g/L、NaAlO2:1.5g/L。
步骤1中，Ag2MoO4悬浮液的浓度范围为2g/L-6g/L。
步骤2中，微弧氧化的电源为脉冲电源，微弧氧化采用恒压氧化，微弧氧化的正向电压范围为：300V-600V，微弧氧化的负向电压范围为50V-100V，微弧氧化的脉冲频率范围为：500Hz-2000Hz，微弧氧化的占空比范围为10%-50%。
步骤2中，气盘气流量范围为10L/min-50L/min。这样可以保证Ag2MoO4在加工过程中能够均匀分布在涂层中。
步骤1中，置于电解液中的弯曲模除内壁之外的其余位置采用绝缘胶带掩盖。
在步骤1之前，还包括选取管材和对选取的管材进行预处理步骤：
第一步，根据成形构件要求，选用合适半径和壁厚的空心钛合金管材作为弯曲材料；其中，管材直径范围为10mm-20mm，管材的管壁厚范围为0.8mm-1.4mm；
第二步，根据管材半径和壁厚制作钛合金弯曲模，用240#、400#和600#的砂纸依次打磨弯曲模内壁，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用。
本发明中，提出的基于自润滑作用的弯曲模表面处理技术的方法可以应用于铝、镁、钛合金材料部件的表面加工。钼酸钠与硝酸银混合而成的钼酸银悬浮液，在气盘的作用下混合在电解液中，并最终均匀分布在涂层内部。具有层片状晶体结构的钼酸银其摩擦系数比氧化形成的锐钛矿和金红石低得多，且其摩擦系数会随温度升高而降低，在600℃时可降至0.1左右。因此制备出来的含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，不仅具有较高的硬度和耐磨损性能优，同时在发生高温摩擦时，可以通过自润滑作用降低摩擦系数，有效提升钛合金自由弯曲管材的加工质量。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1）本发明在弯曲模内壁表面制备形成的含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，其主要成分为具有极高硬度且致密的锐钛矿和金红石，提高了弯曲模的耐磨损性能，同时由于Ag2MoO4的存在，高温弯曲过程中又可大大减小管材与弯曲模之间的摩擦系数，减少弯曲过程中管材与弯曲模之间的磨损，实现了在提高成形质量的同时降低弯曲模的损耗，延长弯曲模的使用寿命，具有一定的经济效益。
2）本发明在弯曲模内壁表面制备形成的含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，其厚度可通过微弧氧化时间和电解液配比进行调整，从而适应不同成形过程的需要。且在涂层发生较大损伤后，可使用相同的微弧氧化技术进行涂层的再制备，大大减小了弯曲模的报废率。
3）本发明基于自润滑作用提出的钛合金管材热弯曲方法，可以大大减小钛合金管材热弯过程中带来的润滑介质失效过快的问题，提高单根管材长时间弯曲成形的质量，允许单根管材更为复杂的弯曲工艺，拓宽了三维自由弯曲技术的适用范围。
附图说明
图1是本发明基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法采用的三维自由弯曲成形装置的示意图；
图2是本发明中弯曲模内壁微弧氧化加工示意图；
图3是本发明中弯曲模的示意图；
图4是图3中A处弯曲模内壁表面涂层的SEM图；
图中，1-导向机构，2-推进机构，3-管材，4-球面轴承，5-弯曲模，6-压紧机构，7-加热装置，8-微弧氧化电源，9-微弧氧化电解槽，10-气盘。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1至图4所示，本发明基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法是这样的：将由钼酸钠与硝酸银溶液混合而成的Ag2MoO4悬浮液混合在微弧氧化电解槽9的电解液中，将弯曲模5置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘10的作用下对电解液中的弯曲模5进行氧化，使得弯曲模5内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层；其中，含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层的厚度是通过微弧氧化时间和电解液配比进行调整的。
将管材3依次推送进行加热和进入弯曲模5内部，通过推送管材3和弯曲模5内壁引导的双重作用下使得加热后的管材3发生形变；在管材3发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模5与加热后管材3之间持续保持润滑。
本发明基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法采用的三维自由弯曲成形装置如图1所示，本发明三维自由弯曲成形装置包括弯曲模5、球面轴承4、导向机构1、压紧机构6、推进机构2和加热装置7，其中，压紧机构6、导向机构1、推进机构2和加热装置7都为独立部件，弯曲模5固定在球面轴承4内部，在弯曲过程中共同运动，推动管材3发生变形。管材3在推进机构2的连续作用下，依次通过压紧机构6、导向机构1、加热装置7和弯曲模5，在管材3通过加热装置7时，管材3被加热到预设温度，随后运动通过弯曲模5内部，弯曲模5在球面轴承4的带动下挤压管材，管材3在弯曲模5的引导下开始发生变形，在弯曲部位产生偏心距，进而实现弯曲成形。
本实施例基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法的具体步骤为：
第一步，选取壁厚为1 mm、管径为Φ14mm的TC4钛合金作为自由弯曲的管材3材料；
第二步，选用TC4钛合金制作的弯曲模5，用240#、400#和600#的砂纸依次打磨弯曲模5内壁，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用；用抛光机抛光至在金相显微镜下无明显划痕位置，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用；
第三步，依照Na2SiO3:6g/L、(NaPO3)6:5g/L、NaAlO2:1.5g/L的比例配置电解液，在电解液中加入2g/L的Ag2MoO4悬浮液，将需要加工的弯曲模5置于电解液中，连接微弧氧化电源8的阳极，除需要加工的表面外，即弯曲模5的内壁，其余位置用绝缘胶带掩盖；
第四步，设定微弧氧化参数为：正向电压300V、负向电压50V、脉冲频率500Hz，占空比20%，打开气盘10，控制气流量为30L/min，对电解液中的弯曲模5开始氧化加工，待氧化完成之后断开微弧氧化电源8，取出弯曲模5，此时，弯曲模5内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，对陶瓷涂层表面进行打磨抛光；
第五步，将弯曲模5清洁干净并装入如附图1所示的三维自由弯曲成形装置中，装好需要进行弯曲的管材3，将成形参数输入到控制系统中，设定加热温度为600℃；
第六步，启动设备，管材3在推进机构2的作用下，开始管材3弯曲成形过程：将管材3依次推送进行加热和进入弯曲模5内部，通过推送管材3和弯曲模5内壁引导的双重作用下使得加热后的管材3发生形变；在管材3发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模5与加热后管材3之间持续保持润滑。
实施例二
本实施例基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法的具体步骤为：
第一步，选取壁厚为1.2mm、管径为Φ16mm的TA2钛合金作为自由弯曲的管件材料；
第二步，选用TC4钛合金制作的弯曲模，用240#、400#和600#的砂纸依次打磨弯曲模内壁，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用；用抛光机抛光至在金相显微镜下无明显划痕位置，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用；
第三步，依照Na2SiO3:6g/L、(NaPO3)6:5g/L、NaAlO2:1.5g/L的比例配置电解液，在电解液中加入4g/L的Ag2MoO4悬浮液，将需要加工的弯曲模置于电解液中，连接微弧氧化电源的阳极，除需要加工的表面外，即弯曲模的内壁，其余位置用绝缘胶带掩盖；
第四步，设定微弧氧化参数为：正向电压400V、负向电压50V、脉冲频率1000Hz，占空比50%，打开气盘，控制气流量为10L/min，对电解液中的弯曲模开始氧化加工，待氧化完成之后断开微弧氧化电源，取出弯曲模，此时，弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，对陶瓷涂层表面进行打磨抛光；
第五步，将弯曲模清洁干净并装入三维自由弯曲成形装置中，装好需要进行弯曲的管材，将成形参数输入到控制系统中，设定加热温度为500℃；
第六步，启动设备，管材在推进机构的作用下，开始弯曲成形过程：将管材依次推送进行加热和进入弯曲模内部，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模与加热后管材之间持续保持润滑。
本实施例的三维自由弯曲成形装置与实施例一的三维自由弯曲成形装置一致。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：将Ag2MoO4悬浮液混合在电解液中，将弯曲模置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘的作用下对电解液中的弯曲模进行氧化，使得弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层；
将管材依次推送进行加热和进入弯曲模内部，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，弯曲模内壁表面含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层作为润滑介质，实现弯曲模与加热后管材之间持续保持润滑。
2.根据权利要求1所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：所述将Ag2MoO4悬浮液混合在电解液中，将弯曲模置于电解液中；采用微弧氧化方式在气盘的作用下对电解液中的弯曲模进行氧化，使得弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层是指：包括以下步骤：
步骤1，按比例配置电解液，在电解液中加入钼酸钠与硝酸银溶液混合而成的Ag2MoO4悬浮液，将需要加工的弯曲模置于电解液中，连接电源阳极；
步骤2，设定微弧氧化参数，打开气盘对电解液中的弯曲模进行氧化，待氧化完成之后断开电源，取出弯曲模，此时，弯曲模内壁表面制备形成含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层，对陶瓷涂层表面进行打磨抛光。
3.根据权利要求1所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：Ag2MoO4悬浮液由钼酸钠与硝酸银溶液混合而成。
4.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：含有Ag2MoO4的原位致密陶瓷涂层的厚度是通过微弧氧化时间和电解液配比进行调整的。
5.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：步骤1中，电解液配置比例为Na2SiO3:6g/L、(NaPO3)6:5g/L、NaAlO2:1.5g/L。
6.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：步骤1中，Ag2MoO4悬浮液的浓度范围为2g/L-6g/L。
7.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：步骤2中，微弧氧化的电源为脉冲电源，微弧氧化采用恒压氧化，微弧氧化的正向电压范围为：300V-600V，微弧氧化的负向电压范围为50V-100V，微弧氧化的脉冲频率范围为：500Hz-2000Hz，微弧氧化的占空比范围为10%-50%。
8.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：步骤2中，气盘气流量范围为10L/min-50L/min。
9.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：步骤1中，置于电解液中的弯曲模除内壁之外的其余位置采用绝缘胶带掩盖。
10.根据权利要求2所述的基于自润滑作用的钛合金管材热弯曲方法，其特征在于：在步骤1之前，还包括选取管材和对选取的管材进行预处理步骤：
第一步，根据成形构件要求，选用合适半径和壁厚的空心钛合金管材作为弯曲材料；其中，管材直径范围为10mm-20mm，管材的管壁厚范围为0.8mm-1.4mm；
第二步，根据管材半径和壁厚制作钛合金弯曲模，用240#、400#和600#的砂纸依次打磨弯曲模内壁，然后使用去离子水、丙酮和无水乙醇依次清洗灰尘和油渍，吹干后待用。
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