CN117000936A - 一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，包括以下步骤：S1：将铸锭胚料沿轴向拔长；S2：将铸锭胚料沿径向镦粗；S3：反复进行步骤S1和步骤S2加工；S4：对铸锭胚料的中心进行打孔加工；S5：采用环轧设备对铸锭胚料进行预轧加工；S6：采用涨形模具进行涨形加工，得到设计尺寸的环形锻件。本发明采用涨形模具进行涨形加工，精简了薄壁环件的余量控制工艺，可以避免薄壁高筒环形锻件的椭圆及大小头等问题，减少了薄壁环件的加工难度，缩短加工周期；其中涨形模具通过驱动轴控制涨形运动，在生产过程中可以精确控制涨形尺寸，提高加工的精度和加工效率。

Description

一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法

技术领域：

本发明属于薄壁高筒钛合金环锻件制备技术领域，特别涉及一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法。

背景技术：

近年来，随着国家对环境保护的持续加力，以电池、核电等为代表的新能源、以风电、太阳能、潮汐能等为代表的可再生能源在国家相关政策的大力扶持下发展迅速，各个细分领域都涌现出了一批具有竞争力的企业，如风电领域的远景能源、金凤科技，如太阳能领域的尚德、隆基，如电池领域的宁德、比亚迪等，尤其是受新能源汽车的刺激，电池领域发展繁荣。铜箔是组成电池的关键原材料，铜箔最常用的制备方法是电解法，目前最常用的电解法制备铜箔设备是电解铜箔成套设备，该成套设备包括锂电箔一体机、生箔机、表面处理机、全自动阴极辊研磨机等，由于采用电解法制备铜箔时电解液具有一定的腐蚀性，阴极辊、生箔机等设备上的筒形环件经常因腐蚀出现一定的凹坑等问题，而钛合金具有良好的耐腐蚀性能，且具有优异的延展性，是铜箔电解成套设备易受腐蚀件较好的替代材料，因此钛合金筒形环件可以大规模应用于阴极辊等产品的制造上。

此外，尽管由于钛合金具有优异的抗腐蚀性能，但由于阴极辊等零部件在铜箔电解成套设备中经常与电解液接触，难免会发生腐蚀破坏，这样的工作环境也就意味着阴极辊等零部件在铜箔电解成套设备中是作为易损件存在的，因此钛合金筒形环件需要能够实现批量化生产。

钛合金筒形环件在生产过程中极易发生椭圆变形和高度推拔导致两端面直径不一的大小头问题，原有的薄壁高筒环锻件生产工艺通常是利用足够多的余量来解决薄壁高筒环锻件在产生过程中出现的椭圆及大小头导致最终加工不出的问题。尽管采用这样的制造工艺能够生产出满足要求的环锻件，但该方法材料利用率较低，锻件加工周期较长，制造稳定性及可控性差，不利于批量化生产。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，包括以下步骤：

S1：将铸锭胚料沿轴向拔长；

S2：将铸锭胚料沿径向镦粗；

S3：反复进行步骤S1和步骤S2加工；

S4：对铸锭胚料的中心进行打孔加工；

S5：采用环轧设备对铸锭胚料进行预轧加工；

S6：采用涨形模具进行涨形加工，得到设计尺寸的环形锻件。

进一步的，作为优选，所述S6涨形加工时将铸锭胚料空冷至80-120℃再进行。

进一步的，作为优选，所述涨形模具包括若干模具托板、若干涨形楔块和驱动轴；所述涨形楔块固定在模具托板上，若干涨形楔块的外壁形成圆周面，内壁形成斜锥面，所述驱动轴的外壁也对应的成斜锥面；所述驱动轴轴向运动时推动若干涨形楔块径向扩张。

进一步的，作为优选，所述每块模具托板对应一块涨形楔块，两者之间采用螺栓连接。

进一步的，作为优选，所述模具托板的长度大于涨形楔块的厚度。

进一步的，作为优选，所述涨形模具进行涨形加工的方法如下：

S61：铸锭胚料完成打孔加工后套在若干涨形楔块上；

S62：驱动轴轴向运动带动涨形楔块径向扩张直至与铸锭胚料内壁完全贴合；

S63：驱动轴继续轴向运动带动涨形楔块径向扩张使得铸锭胚料产生塑性变形得到设计尺寸的环形锻件。

进一步的，作为优选，所述S63涨形楔块扩张到设计尺寸后停留15-60s。

进一步的，作为优选，所述S63涨形楔块扩张到设计尺寸后停留25-40s。

进一步的，作为优选，所述S63步骤后驱动轴进行旋转运动，带动涨形楔块贴紧环形锻件内壁旋转若干圈。

与现有技术相比，本发明的一个方面具有如下有益效果：

(1)本发明采用涨形模具进行涨形加工，精简了薄壁环件的余量控制工艺，可以避免薄壁高筒环形锻件的椭圆及大小头等问题，减少了薄壁环件的加工难度，缩短加工周期；

(2)本发明采用的涨形模具通过驱动轴控制涨形运动，在生产过程中可以精确控制涨形尺寸，提高加工的精度和加工效率。

附图说明：

图1为本发明的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法的流程示意图；

图2为本发明的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法中涨形加工的流程示意图；

图3为本发明的涨形模具的结构示意图；

图4为本发明的涨形模具的主视图；

图5为本发明的涨形模具涨形时的原理示意图；

图6为本发明的涨形楔块和驱动轴连接处的放大示意图；

图7为本发明的驱动轴的运动的原理示意图；

附图标记：1-模具托板、2-涨形楔块、21-卡槽结构、3-驱动轴、31-卡块、4-传动轴、5-电机、6-旋转电机。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

实施例1：

如图1所示，一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，包括以下步骤：

S1：将铸锭胚料沿轴向拔长；

S2：将铸锭胚料沿径向镦粗；

S3：反复两次进行步骤S1和步骤S2加工；

S4：对铸锭胚料的中心进行打孔加工；

S5：采用环轧设备对铸锭胚料进行预轧加工；

S6：采用涨形模具进行涨形加工，得到设计尺寸的环形锻件；

在本实施例中，如图3、图4所示，涨形模具具体包括若干模具托板1、若干涨形楔块2和驱动轴3；其中涨形楔块2用螺栓固定在模具托板1上；若干涨形楔块2的外壁形成圆周面，内壁形成斜锥面，驱动轴3的外壁也对应的成斜锥面；驱动轴3轴向运动时推动若干涨形楔块2径向扩张。

更具体的，每块模具托板1对应一块涨形楔块2，两者之间采用螺栓连接，也可以采用螺钉、胶粘等方式使两者固定，其中模具托板1的长度大于涨形楔块2的厚度，长出的部分用于支撑需涨形加工的铸锭胚料。

涨形加工时，如图2所示，按照如下步骤：

S61：铸锭胚料完成打孔加工后套在若干涨形楔块2上，模具托板1从底部托住铸锭胚料；

S62：驱动轴3轴向运动，也即驱动轴沿涨形楔块2内壁形成的斜锥面上下运动，驱动轴3运动时带动涨形楔块2径向扩张直至与铸锭胚料内壁完全贴合；

S63：驱动轴3继续轴向运动带动涨形楔块2径向扩张使得铸锭胚料产生塑性变形得到设计尺寸的环形锻件，当涨形楔块2扩张到设计尺寸时停留30s左右；

S64：涨形完成后涨形楔块2复位到初始位置；

S65：驱动轴3再进行旋转运动，带动涨形楔块2与环形锻件内壁呈30°-90°角旋转若干圈，以提高环形锻件内壁的平整性。

驱动轴3推动涨形楔块2扩张的原理如图5、图6所示，因为驱动轴3为斜锥面，涨形楔块2的内壁也为斜锥面，在涨形楔块2的内壁上设计有卡槽结构21，驱动轴3的外壁设计有卡块31，驱动轴3轴向运动时卡块31在卡槽结构21内滑动，从而带动涨形楔块2扩张或者收起。

驱动轴3的运动可以通过以下方式实现：如图7所示，在驱动轴3上连接一根传动轴4，传动轴4上连接电机5，电机5带动驱动轴3轴向移动；可以在驱动轴3内部内置旋转电机6，通过旋转电机6可带动驱动轴3旋转；其他可以带动驱动轴3轴向转动及旋转的方式均在本发明的保护范围，如电机5采用液压驱动器等。

其中S65中涨形楔块2与环形锻件内壁呈45°-60°角旋转时最佳，因为该角度下旋转对环形锻件内壁既能施加一定的压力，也不至于压力过大而损坏环形锻件的内壁。

涨形加工时，环形锻件的涨形尺寸＝需涨大尺寸X+弹性变形量Y+热膨胀量Z+铸锭胚料的内孔直径；

需涨大尺寸X：工艺设计直径与铸锭胚料外径的差。

弹性变形量Y：环件会产生的弹性变形量，受材质、温度、尺寸影响，因材质不同加热温度不同尺寸不同，环件的过盈量也不同。

热膨胀量Z：环件受温度影响造成的尺寸变化，温度越高膨胀量越大。

在本实施例中，步骤S5完成后，测得铸锭胚料的内径尺寸为Φ2647mm～Φ2637mm，空冷至100℃左右套到涨形楔块2外，模具托板1托住铸锭胚料，预设涨形尺寸为Φ2654mm，其中需涨大尺寸X＝6mm，弹性变形量Y＝5mm，热膨胀量Z＝1mm，Φ2654mm＝6mm+5mm+1mm+(2647mm+2637mm)/2，涨形后测得环形锻件的内径尺寸为Φ2649mm，无椭圆变形及大小头情况，冷至室温后测得内径尺寸Φ2648，加工余量均匀，探伤满足GB/T5193-2007 A1级要求，未出现裂纹及孔洞等缺陷。

本发明采用涨形模具进行涨形加工，精简了薄壁环件的余量控制工艺，可以避免薄壁高筒环形锻件的椭圆及大小头等问题，减少了薄壁环件的加工难度，缩短加工周期；并且涨形模具通过驱动轴控制涨形运动，在生产过程中可以精确控制涨形尺寸，提高加工的精度和加工效率。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将铸锭胚料沿轴向拔长；

S2：将铸锭胚料沿径向镦粗；

S3：反复进行步骤S1和步骤S2加工；

S4：对铸锭胚料的中心进行打孔加工；

S5：采用环轧设备对铸锭胚料进行预轧加工；

S6：采用涨形模具进行涨形加工，得到设计尺寸的环形锻件。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述S6涨形加工时将铸锭胚料空冷至80-120℃再进行。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述涨形模具包括若干模具托板、若干涨形楔块和驱动轴；所述涨形楔块固定在模具托板上，若干涨形楔块的外壁形成圆周面，内壁形成斜锥面，所述驱动轴的外壁也对应的成斜锥面；所述驱动轴轴向运动时推动若干涨形楔块径向扩张。

4.根据权利要求3所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述每块模具托板对应一块涨形楔块，两者之间采用螺栓连接。

5.根据权利要求3所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述模具托板的长度大于涨形楔块的厚度。

6.根据权利要求3所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述涨形模具进行涨形加工的方法如下：

S61：铸锭胚料完成打孔加工后套在若干涨形楔块上；

S62：驱动轴轴向运动带动涨形楔块径向扩张直至与铸锭胚料内壁完全贴合；

S63：驱动轴继续轴向运动带动涨形楔块径向扩张使得铸锭胚料产生塑性变形得到设计尺寸的环形锻件。

7.根据权利要求6所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述S63涨形楔块扩张到设计尺寸后停留15-60s。

8.根据权利要求6所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述S63涨形楔块扩张到设计尺寸后停留25-40s。

9.根据权利要求6所述的一种薄壁高筒钛合金环锻件的余量控制方法，其特征在于，所述S63步骤后驱动轴进行旋转运动，带动涨形楔块贴紧环形锻件内壁旋转。