CN117086578B - 一种钛合金筒体及其冷卷成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料加工技术领域，公开了一种钛合金筒体及其冷卷成形的方法，该方法的步骤为：根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号、外径、厚度和高度，确定规格适宜的钛板；制备弓形试板；将钛板长度方向的边缘打磨倒角；在室温条件下使钛板在距其第一端第一距离处和在距其第二端第二距离处分别卷曲形成圆弧，第一与第二距离相等，并通过试板进行检验；将钛板两端未卷曲变形的部分切除；在室温条件下使钛板继续卷曲形成钛合金筒体，并通过试板进行检验；在室温条件下通过试板的检验确保钛合金筒体的内表面各处都与试板的圆弧边贴合，并且使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位在限制范围内。本发明可实时检查钛板内表面的曲率半径。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种将钛合金板材通过在室温条件下卷曲成形加工成钛合金筒体的方法，即涉及一种钛合金筒体及其冷卷成形的方法。
背景技术
钛合金具有高强度、低密度、无磁性、耐腐蚀、线性膨胀率低、生物相容性好等特点，在航空航天、兵器装备、海洋工程、生物医用、石油化工等领域获得了高度重视和广泛应用。钛合金的微观组织一般由密排六方的α相和提心立方的β相组成，这使得钛合金的延展性不及一般的钢铁材料，因此钛合金在塑性变形加工过程中易发生开裂——钛合金是一种典型的难变形材料。
为了减弱塑性变形过程中的开裂，钛合金的塑性加工多采用热成形或温成形的方式。然而钛合金的化学活性高，表面在热成形或温成形过程中易发生氧化，同时易发生吸氢和吸氧，使得钛合金件的使役性能显著下降。筒体构件的截面厚度一般比较小。钛合金筒体构件采用热成形或温成形：一是发生表面氧化或吸氢吸氧后，可用于机械加工的厚度余量小；二是成形过程中温度下降快，变形温度窗口和温度均匀性很难控制。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金筒体冷卷成形的方法，根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号、筒体外径、筒体厚度、筒体高度，选定这种钛合金的规格适宜的板材，采用冷卷成形（在室温条件下卷曲成形），经由“倒角+弯头+切头+卷形+矫圆”的工序，制备钛合金筒体。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一方面，提供一种钛合金筒体冷卷成形的方法，包括以下步骤：
1）根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号、筒体外径、筒体厚度和筒体高度，确定规格适宜的钛板；
2）制备弓形试板；
3）将钛板长度方向的边缘打磨倒角，完成倒角操作；
4）在室温条件下，将完成倒角的钛板置于四辊卷板机上，使钛板在距钛板的第一端第一距离处卷曲形成圆弧和在距钛板的第二端第二距离处卷曲形成圆弧，其中第一距离与第二距离相等，并通过弓形试板的检验确保钛板发生弯曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成弯头操作；
5）将完成弯头的钛板两端长度分别为第一距离和第二距离的未卷曲变形的部分切除，完成切头操作；
6）在室温条件下，将完成切头的钛板置于四辊卷板机上，使钛板继续卷曲形成钛合金筒体，并通过弓形试板的检验确保钛板发生卷曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成卷形操作；
7）在室温条件下，通过弓形试板的检验确保钛合金筒体的内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并且使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位在限制范围内，完成矫圆操作。
在本发明下面的任一实施例中，钛板的规格为：厚度=H、宽度=K、长度=C，J0、H0、G0分别是钛合金筒体设计方案要求的筒体外径、筒体厚度、筒体高度，T是步骤4）中的第一距离或第二距离，A是钛板沿长度方向室温拉伸测试的锻后延伸率。
在本发明的一个实施例中，在步骤1）中，钛板的规格要求H=H0、K≥G0、C=3.14×J0+2×T、H/(J0-H)≤A/5。
在本发明的一个实施例中，在步骤2）中，弓形试板采用轻薄材料制备，直径为J0-2×H。
在本发明的一个实施例中，在步骤3）中，用手持砂轮将钛板的边缘打磨倒角1mm。
在本发明的一个实施例中，在步骤4）中，弯头操作具体包括以下步骤：
4.1）在室温条件下，将钛板放置到四辊卷板机的上主辊和下主辊之间，使钛板的长度方向与上主辊和下主辊的辊轴线垂直；
4.2）调整上主辊和下主辊之间的间距和钛板位置，将钛板在距第一端T处的位置压紧；
4.3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
4.4）转动上主辊和下主辊，带动钛板向第一端方向咬入距离≥（J0-2×H）/2；
4.5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
4.6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板的长边平行；
4.7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
4.8）反向转动上主辊和下主辊，退出钛板至初始压紧位置；
4.9）重复步骤4.2）-4.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第一端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧，然后转动上主辊和下主辊调整钛板位置，在钛板距第二端T处压紧，重复步骤4.2）-4.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第二端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧。
在本发明的一个实施例中，在步骤4.9）中，在重复步骤4.2）-4.8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤4.3）中抬升的角度越小。
在本发明的一个实施例中，在步骤6）中，卷形操作具体包括以下步骤：
6.1）在室温条件下，将完成切头的钛板放置在上主辊与下主辊之间，调整钛板使其长边与辊轴线垂直；
6.2）调整上主辊和下主辊的位置，在钛板的第一端的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧；
6.3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
6.4）转动上主辊和下主辊带动钛板向第一端方向咬入至上主辊和下主辊压紧在钛板的第二端的圆弧与中间平直区域的过渡处；
6.5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
6.6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板长边平行；
6.7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
6.8）反向转动上下主辊退出钛板至初始压紧位置；
6.9）重复步骤6.2）-6.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板卷曲至内径为J0-2×H的钛合金筒体。
在本发明的一个实施例中，在步骤6.9）中，在重复步骤6.2）-6.8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤6.3）中抬升的角度越小。
在本发明的一个实施例中，在步骤7）中，矫圆操作具体包括以下步骤：
7.1）在室温条件下，用弓形试板检查钛合金筒体的内表面某处是否与弓形试板的圆弧边贴合；
7.2）如果钛合金筒体的内表面此处与弓形试板的圆弧边两端接触而与弓形试板的圆弧边中间不接触，则用上主辊和下主辊碾压不接触的位置；
7.3）如果钛合金筒体的内表面此处与弓形试板的圆弧边两端不接触而与弓形试板的圆弧边中间接触，则抬升钛板两端的侧辊，侧辊与钛合金筒体的外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上主辊和下主辊；
7.4）反复采用步骤7.2）-7.3），使钛合金筒体内的内表面此处与弓形试板的圆弧边贴合；
7.5）重复步骤7.1）-7.4）直至钛合金筒体的内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位≤0.005×J0。
此外，本发明还提供一种钛合金筒体，其通过如前所述的钛合金筒体冷卷成形的方法制备得到。
通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
本发明可以有效避免钛板在冷卷成形过程中开裂，可以实时检查钛板内表面的曲率半径，可以简单解决钛板端头区域无法进行卷曲变形的问题，可以准确获得钛合金筒体内径，可以可靠保证钛合金筒体接头的准确对接。
附图说明
图1示出了本发明提供的一种钛合金筒体冷卷成形的方法的流程示意图；
图2示出了本发明中采用的四辊卷板机的结构示意图；
图3示出了本发明中采用的弓形试板的结构示意图，其中图中的实线为弓形试板外形。
附图标记列表
1上主辊、2下主辊、3左侧辊、4右侧辊、5送进辊道、6钛板、7试板、61第一端、62第二端
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
如图1所示，本发明提供一种钛合金筒体冷卷成形的方法，包括以下步骤：
S101：根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号、筒体外径、筒体厚度和筒体高度，确定规格适宜的钛板；
S102：制备弓形试板；
S103：将钛板长度方向的边缘打磨倒角，完成倒角操作；
S104：在室温条件下，将完成倒角的钛板置于四辊卷板机上，使钛板在距钛板的第一端第一距离处卷曲形成圆弧和在距钛板的第二端第二距离处卷曲形成圆弧，其中第一距离与第二距离相等，并通过弓形试板的检验确保钛板发生弯曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成弯头操作；
S105：将完成弯头的钛板两端长度分别为第一距离和第二距离的未卷曲变形的部分切除，完成切头操作；
S106：在室温条件下，将完成切头的钛板置于四辊卷板机上，使钛板继续卷曲形成钛合金筒体，并通过弓形试板的检验确保钛板发生卷曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成卷形操作；
S107：在室温条件下，通过弓形试板的检验确保钛合金筒体的内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并且使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位在限制范围内，完成矫圆操作。
通过本发明的上述技术方案，本发明可以有效避免钛板在冷卷成形过程中开裂，可以实时检查钛板内表面的曲率半径，可以简单解决钛板端头区域无法进行卷曲变形的问题，可以准确获得钛合金筒体内径，可以可靠保证钛合金筒体接头的准确对接。
在下面所述的任一方法中，钛板的规格为：厚度=H、宽度=K、长度=C，J0、H0、G0分别是钛合金筒体设计方案要求的筒体外径、筒体厚度、筒体高度，T是S104中的第一距离或第二距离，A是钛板沿长度方向室温拉伸测试的锻后延伸率。
在上述方法中，在S101中，钛板的规格要求H=H0、K≥G0、C=3.14×J0+2×T、H/(J0-H)≤A/5。
在上述方法中，在S102中，弓形试板采用轻薄材料制备，直径为J0-2×H。
在上述方法中，在S103中，用手持砂轮将钛板的边缘打磨倒角1mm。
在上述方法中，在S104中，弯头操作具体包括以下步骤：
（1）在室温条件下，将钛板放置到四辊卷板机的上主辊和下主辊之间，使钛板的长度方向与上主辊和下主辊的辊轴线垂直；
（2）调整上主辊和下主辊之间的间距和钛板位置，将钛板在距第一端T处的位置压紧；
（3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
（4）转动上主辊和下主辊带动钛板向第一端方向咬入距离≥（J0-2×H）/2；
（5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
（6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板的长边平行；
（7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
（8）反向转动上主辊和下主辊，退出钛板至初始压紧位置；
（9）重复步骤（2）-（8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第一端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧，然后转动上主辊和下主辊调整钛板位置，在钛板距第二端T处压紧，重复步骤（2）-（8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第二端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧，其中在重复步骤（2）-（8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤（3）中抬升的角度越小。
在上述方法中，在步骤S106中，卷形操作具体包括以下步骤：
（1）在室温条件下，将完成切头的钛板放置在上主辊与下主辊之间，调整钛板使其长边与辊轴线垂直；
（2）调整上主辊和下主辊的位置，在钛板的第一端的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧；
（3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
（4）转动上主辊和下主辊带动钛板向第一端方向咬入至上主辊和下主辊压紧在钛板的第二端的圆弧与中间平直区域的过渡处；
（5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
（6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板长边平行；
（7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
（8）反向转动上下主辊退出钛板至初始压紧位置；
（9）重复步骤（2）-（8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板卷曲至内径为J0-2×H的钛合金筒体，其中在重复步骤（2）-（8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤（3）中抬升的角度越小。
在上述方法中，在S107中，矫圆操作具体包括以下步骤：
（1）在室温条件下，用弓形试板检查筒体内表面某处是否与弓形试板的圆弧边贴合；
（2）如果筒体内表面此处与弓形试板的圆弧边两端接触而与弓形试板的圆弧边中间不接触，则用上主辊和下主辊压不接触的位置；
（3）如果筒体内表面此处与弓形试板的圆弧边两端不接触而与弓形试板的圆弧边中间接触，则抬升钛板两端的侧辊，侧辊与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上主辊和下主辊；
（4）反复采用步骤（2）-（3），使筒体内表面此处与弓形试板的圆弧边贴合；
（5）重复步骤（1）-（4）直至钛合金筒体内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并使筒体接缝处钛板端头的错位≤0.005×J0。
此外，本发明还提供一种钛合金筒体，其通过如前所述的钛合金筒体冷卷成形的方法制备得到。
下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细地说明。
如图1-3所示，本发明实施例中的钛合金筒体冷卷成形的方法的具体步骤如下：
（1）根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号P、筒体外径J0、筒体厚度H0、筒体高度G0，选定钛合金P的板材的规格为厚度=H、宽度=K、长度=C，要求H=H0、K≥G0、C=3.14×J0+2×T（T≥50mm）、H/(J0-H)≤A/5（A为钛板6沿长度方向室温拉伸测试的锻后延伸率）。
（2）选用轻薄的材料制备直径为J0-2×H的弓形试板（后文称试板），如图3所示，图中的实线为弓形试板7的外形。
（3）倒角操作：用手持砂轮将钛板6长度方向的边缘打磨倒角约1mm。
（4）弯头操作：
在室温条件下，将钛板6放置到四辊卷板机（如图2所示，其示出了上主辊1、下主辊2、左侧辊3、右侧辊4、送进辊道5、钛板6的上主辊1和下主辊2之间，使钛板6的长度方向与上主辊1和下主辊2的辊轴线垂直。
①调整上主辊1和下主辊2之间的间距和钛板6位置，将钛板6在距第一端61的距离T处的位置压紧。②抬升钛板6的第二端62的右侧辊4，右侧辊4与钛板6接触后继续抬升，使钛板6的第二端62抬升角度15°～60°。③转动上主辊1和下主辊2，带动钛板6向第一端61方向咬入距离≥（J0-2×H）/2。④下降钛板6的第二端62的右侧辊4至初始位置。⑤用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板的弦边与钛板6的长边平行。⑥观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑦反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板至初始压紧位置。重复①～⑦，使钛板6距第一端61的距离T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧。转动上主辊1和下主辊2调整钛板6位置，在钛板6距第二端62的距离T处压紧，重复①～⑦，再将钛板6的第二端62卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧。在重复①～⑦的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7的圆弧边时，②中采用越小的抬升角度。
5）切头操作：将完成弯头的钛板6的两端长度为T的未卷曲变形的部分切除，如果后续需要焊接，可以根据需要加工出两头的焊接坡口。
6）卷形操作：
在室温条件下，将完成切头的钛板6放置在上主辊1和下主辊2之间，调整钛板6使其长边与辊轴线垂直。调整上主辊1和下主辊2的位置，在钛板6的第一端61的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧。
⑴抬升钛板6的第二端62的右侧辊4，右侧辊4与钛板6接触后继续抬升，使钛板6的第二端62抬升角度15°～60°。⑵转动上主辊1和下主辊2带动钛板6向第一端61方向咬入至上主辊1和下主辊2压紧在钛板6的第二端62的圆弧与中间平直区域的过渡处。⑶下降钛板6的第二端62的右侧辊4至初始位置。⑷用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6的长边平行。⑸观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑹反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复⑴～⑹，使钛板6卷曲至内径为J0-2×H的钛合金筒体。在重复⑴～⑹的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7的圆弧边时，⑴中采用越小的抬升角度。
7）矫圆操作：在室温条件下，（I）用试板7检查筒体内表面某处是否与试板7的圆弧边贴合。（II）如果筒体内表面此处与试板7的圆弧边两端接触而与试板7的圆弧边中间不接触，则用上主辊1和下主辊2碾压不接触的位置。（III）如果筒体内表面此处与试板7的圆弧边两端不接触而与试板7的圆弧边中间接触，则抬升两端的左侧辊3和右侧辊4，左侧辊3和右侧辊4与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上主辊1和下主辊2。（IV）反复采用（II）和（III），使筒体内表面此处与试板7的圆弧边贴合。重复（I）～（IV），使钛合金筒体内表面各处都与试板7的圆弧边贴合，同时使筒体接缝处钛板6端头的错位≤0.005×J0。
在上述实施例中，根据钛合金筒体的牌号P、筒体外径J0、筒体厚度H0、筒体高度G0，选定钛板6的厚度=H、宽度=K、长度=C，需满足H=H0、K≥K0、C=3.14×J0+2×T（T≥50mm）、H/(J0-H)≤A/5，可以避免钛板6外表面在冷卷成形过程中开裂。
在上述实施例中，预先制备直径为J0-2×H的弓形试板，用试板7在弯头、卷形、矫圆过程中实时检验钛板6卷曲变形后内表面的曲率半径是否达到（J0-2×H）/2，可以使钛板6在室温条件下卷曲成形的筒体的内径准确达到J0-2×H。
在上述实施例中，将钛板6长度方向的边缘倒角约1mm，可以防止钛板6的边缘在冷卷变形过程中因应力集中而开裂。
在上述实施例中，选定钛板6长度时，预留了2T的长度，完成弯头后将钛板6两端长度为T的未发生卷曲变形的平直段切除，可以解决钛板6端头无法进行卷曲变形的问题。
在上述实施例中，在弯头和卷形的过程中，每次侧辊抬升压弯钛板6的角度在15°～60°之间逐渐变小，可以克服钛板6冷卷成形过程中回弹量大的问题，保证最终卷曲变形后的钛板6内表面的曲率半径达到（J0-2×H）/2。
在上述实施例中，用试板7检查筒体内表面某处是否与试板7弧边贴合。如果筒体内表面此处与试板7弧边两端接触而与试板7弧边中间不接触，则该处筒体内表面的曲率半径小于（J0-2×H）/2，用上下主辊压不接触的位置。如果筒体内表面此处与试板7弧边两端不接触而与试板7弧边中间接触，则该处筒体内表面的曲率半径大于（J0-2×H）/2，抬升两边侧辊，侧辊与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上下主辊。重复采用在钛板6曲率半径小于（J0-2×H）/2的位置进行上下主辊压开，以及在钛板6曲率半径大于（J0-2×H）/2的位置进行抬升两边侧辊推动钛板6进一步卷曲并正反方向转动上下主辊滚卷的方式，对卷曲变形的钛板6进行矫圆，可以精确矫正筒体内径符合（J0-2×H），同时可以使筒体接缝处钛板6端头的错位≤0.005×J0。
实施例1
采用本发明进行牌号P为TC4ELI的钛合金的筒体外径为J0=Φ750mm、筒体高度G0=750mm、筒体厚度H0=20mm的筒体的冷卷成形：
1）选定TC4ELI钛合金钛板6的规格为厚度H=H0=20mm、宽度K=G0=750mm、长度C=3.14×J0+2×T=2555mm（T=100mm），钛板6满足要求H/(J0-H)=2.74%≤A/5=3.60%（A=18.0%）。
2）选用薄铝板制备直径为710mm的弓形试板7。
3）倒角操作：用手持砂轮将钛板6长度方向的边缘打磨倒角约1mm。
4）弯头操作：
在室温条件下，将钛板6放置到四辊卷板机的上主辊1和下主辊2之间，使钛板6的长度方向与上主辊1和下主辊2的辊轴线垂直。
①调整上主辊1和下主辊2之间的间距和钛板6位置，将钛板6在距第一端100mm处的位置压紧。②抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6的第二端62抬升角度15°～60°。③转动上主辊1和下主辊2带动钛板6向第一端61方向咬入距离为355mm。④下降钛板6的第二端62的侧辊至初始位置。⑤用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑥观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑦反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复①～⑦，使钛板6距第一端100mm处卷曲形成一段内径为710mm的圆弧。转动上下主辊调整钛板6位置，在钛板6距第二端100mm处压紧，重复①～⑦，再将钛板6第二端62卷曲形成一段内径为710mm的圆弧。在重复①～⑦的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，②中采用越小的抬升角度。
5）切头操作：将完成弯头的钛板6两端长度为100mm的未卷曲变形的部分切除。
6）卷形操作：
在室温条件下，将完成切头的钛板6放置在上主辊1和下主辊2之间，调整钛板6使其长边与辊轴线垂直。调整上主辊1和下主辊2的位置，在钛板6第一端61的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧。
⑴抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6第二端62抬升角度15°～60°。⑵转动上主辊1和下主辊2，带动钛板6向第一端61方向咬入至上主辊1和下压紧在钛板6第二端62的圆弧与中间平直区域的过渡处。⑶下降钛板6第二端62的侧辊至初始位置。⑷用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑸观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑹反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复⑴～⑹，使钛板6卷曲至内径为710mm的钛合金筒体。在重复⑴～⑹的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，⑴中采用越小的抬升角度。
7）矫圆：在室温条件下，（I）用试板7检查筒体内表面某处是否与试板7弧边贴合。（II）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端接触而与试板7弧边中间不接触，则用上下主辊碾压不接触的位置。（III）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端不接触而与试板7弧边中间接触，则抬升两端的侧辊，侧辊与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上下主辊。（IV）反复采用（II）和（III），使筒体内表面此处与试板7弧边贴合。重复（I）～（IV），使钛合金筒体内表面各处都与试板7弧边贴合，筒体接缝处钛板6端头的错位约为3mm。
实施例2
采用本发明进行牌号P为TC4ELI的钛合金的筒体外径为J0=Φ1600mm、筒体高度G0=1400mm、筒体厚度H0=16mm的筒体的冷卷成形：
1）选定TC4ELI钛合金钛板6的规格为厚度H=H0=16mm、宽度K=G0=1400mm、长度C=3.14×J0+2×T=5324mm（T=150mm），钛板6满足要求H/(J0-H)=1.01%≤A/5=3.00%（A=15.0%）。
2）选用薄铝板制备直径为1568mm的弓形试板7。
3）倒角操作：用手持砂轮将钛板6长度方向的边缘打磨倒角约1mm。
4）弯头操作：
在室温条件下，将钛板6放置到四辊卷板机的上主辊1和下主辊2之间，使钛板6的长度方向与上主辊1和下主辊2的辊轴线垂直。
①调整上主辊1和下主辊2之间的间距和钛板6位置，将钛板6在距第一端150mm处的位置压紧。②抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6的第二端62抬升角度15°～60°。③转动上主辊1和下主辊2带动钛板6向第一端61方向咬入距离为784mm。④下降钛板6的第二端62的侧辊至初始位置。⑤用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑥观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑦反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复①～⑦，使钛板6距第一端150mm处卷曲形成一段内径为1568mm的圆弧。转动上下主辊调整钛板6位置，在钛板6距第二端150mm处压紧，重复①～⑦，再将钛板6第二端62卷曲形成一段内径为1568mm的圆弧。在重复①～⑦的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，②中采用越小的抬升角度。
5）切头操作：将完成弯头的钛板6两端长度为150mm的未卷曲变形的部分切除。
6）卷形操作：
在室温条件下，将完成切头的钛板6放置在上主辊1和下主辊之间，调整钛板6使其长边与辊轴线垂直。调整上主辊1和下主辊的位置，在钛板6第一端61的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧。
⑴抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6第二端62抬升角度15°～60°。⑵转动上主辊1和下主辊，带动钛板6向第一端61方向咬入至上主辊1和下压紧在钛板6第二端62的圆弧与中间平直区域的过渡处。⑶下降钛板6第二端62的侧辊至初始位置。⑷用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑸观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑹反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复⑴～⑹，使钛板6卷曲至内径为1568mm的钛合金筒体。在重复⑴～⑹的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，⑴中采用越小的抬升角度。
7）矫圆：在室温条件下，（I）用试板7检查筒体内表面某处是否与试板7弧边贴合。（II）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端接触而与试板7弧边中间不接触，则用上下主辊碾压不接触的位置。（III）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端不接触而与试板7弧边中间接触，则抬升两端的侧辊，侧辊与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上下主辊。（IV）反复采用（II）和（III），使筒体内表面此处与试板7弧边贴合。重复（I）～（IV），使钛合金筒体内表面各处都与试板7弧边贴合，筒体接缝处钛板6端头的错位约为5mm。
实施例3
采用本发明进行牌号P为TC4ELI的钛合金的筒体外径为J0=Φ1800mm、筒体高度G0=1200mm、筒体厚度H0=30mm的筒体的冷卷成形：
1）选定TC4ELI钛合金钛板6的规格为厚度H=H0=30mm、宽度K=1300＞G0=1200mm、长度C=3.14×J0+2×T=5952mm（T=150mm），钛板6满足要求H/(J0-H)=1.69%≤A/5=3.30%（A=16.5%）。
2）选用薄铝板制备直径为1740mm的弓形试板7。
3）倒角操作：用手持砂轮将钛板6长度方向的边缘打磨倒角约1mm。
4）弯头操作：
在室温条件下，将钛板6放置到四辊卷板机的上主辊1和下主辊2之间，使钛板6的长度方向与上主辊1和下主辊2的辊轴线垂直。
①调整上主辊1和下主辊2之间的间距和钛板6位置，将钛板6在距第一端150mm处的位置压紧。②抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6的第二端62抬升角度15°～60°。③转动上主辊1和下主辊2带动钛板6向第一端61方向咬入距离为870mm。④下降钛板6的第二端62的侧辊至初始位置。⑤用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑥观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑦反向转动上主辊1和下主辊退出钛板6至初始压紧位置。重复①～⑦，使钛板6距第一端150mm处卷曲形成一段内径为1740mm的圆弧。转动上下主辊调整钛板6位置，在钛板6距第二端150mm处压紧，重复①～⑦，再将钛板6第二端62卷曲形成一段内径为1740mm的圆弧。在重复①～⑦的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，②中采用越小的抬升角度。
5）切头操作：将完成弯头的钛板6两端长度为150mm的未卷曲变形的部分切除。
6）卷形操作：
在室温条件下，将完成切头的钛板6放置在上主辊1和下主辊2之间，调整钛板6使其长边与辊轴线垂直。调整上主辊1和下主辊2的位置，在钛板6第一端61的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧。
⑴抬升钛板6的第二端62的侧辊，侧辊与钛板6接触后继续抬升，使钛板6第二端62抬升角度15°～60°。⑵转动上主辊1和下主辊2，带动钛板6向第一端61方向咬入至上主辊1和下压紧在钛板6第二端62的圆弧与中间平直区域的过渡处。⑶下降钛板6第二端62的侧辊至初始位置。⑷用试板7的圆弧边靠在弯曲变形钛板6的内侧，使试板7与钛板6垂直同时试板7的弦边与钛板6长边平行。⑸观察钛板6发生弯曲变形部分是否与试板7的弧边贴合。⑹反向转动上主辊1和下主辊2退出钛板6至初始压紧位置。重复⑴～⑹，使钛板6卷曲至内径为1740mm的钛合金筒体。在重复⑴～⑹的过程中，钛板6的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板7弧边时，⑴中采用越小的抬升角度。
7）矫圆：在室温条件下，（I）用试板7检查筒体内表面某处是否与试板7弧边贴合。（II）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端接触而与试板7弧边中间不接触，则用上下主辊碾压不接触的位置。（III）如果筒体内表面此处与试板7弧边两端不接触而与试板7弧边中间接触，则抬升两端的侧辊，侧辊与筒体外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上下主辊。（IV）反复采用（II）和（III），使筒体内表面此处与试板7弧边贴合。重复（I）～（IV），使钛合金筒体内表面各处都与试板7弧边贴合，筒体接缝处钛板6端头的错位约为5mm。
由上述实施例1-3可以看出，本发明可以有效避免钛板在冷卷成形过程中开裂，可以实时检查钛板内表面的曲率半径，可以简单解决钛板端头区域无法进行卷曲变形的问题，可以准确获得钛合金筒体内径，可以可靠保证钛合金筒体接头的准确对接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (4)
1.一种钛合金筒体冷卷成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据钛合金筒体设计方案要求的钛合金的牌号、筒体外径、筒体厚度和筒体高度，确定规格适宜的钛板；
2）制备弓形试板；
3）将钛板长度方向的边缘打磨倒角，完成倒角操作；
4）在室温条件下，将完成倒角的钛板置于四辊卷板机上，使钛板在距钛板的第一端第一距离处卷曲形成圆弧和在距钛板的第二端第二距离处卷曲形成圆弧，其中第一距离与第二距离相等，并通过弓形试板的检验确保钛板发生弯曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成弯头操作；
5）将完成弯头的钛板两端长度分别为第一距离和第二距离的未卷曲变形的部分切除，完成切头操作；
6）在室温条件下，将完成切头的钛板置于四辊卷板机上，使钛板继续卷曲形成钛合金筒体，并通过弓形试板的检验确保钛板发生卷曲变形的部分与弓形试板的圆弧边贴合，完成卷形操作；
7）在室温条件下，通过弓形试板的检验确保钛合金筒体的内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并且使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位在限制范围内，完成矫圆操作，
其中：
在步骤1）中，钛板的规格为：厚度=H、宽度=K、长度=C，并要求H=H0、K≥G0、C=3.14×J0+2×T、H/(J0-H)≤A/5，其中J0、H0、G0分别是钛合金筒体设计方案要求的筒体外径、筒体厚度、筒体高度，T是步骤4）中的第一距离或第二距离，A是钛板沿长度方向室温拉伸测试的锻后延伸率；
在步骤2）中，弓形试板采用轻薄材料制备，直径为J0-2×H；
在步骤4）中，弯头操作具体包括以下步骤：
4.1）在室温条件下，将钛板放置到四辊卷板机的上主辊和下主辊之间，使钛板的长度方向与上主辊和下主辊的辊轴线垂直；
4.2）调整上主辊和下主辊之间的间距和钛板位置，将钛板在距第一端T处的位置压紧；
4.3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
4.4）转动上主辊和下主辊，带动钛板向第一端方向咬入距离≥（J0-2×H）/2；
4.5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
4.6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板的长边平行；
4.7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
4.8）反向转动上主辊和下主辊，退出钛板至初始压紧位置；
4.9）重复步骤4.2）-4.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第一端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧，然后转动上主辊和下主辊调整钛板位置，在钛板距第二端T处压紧，重复步骤4.2）-4.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板距第二端T处卷曲形成一段内径为J0-2×H的圆弧，并且在重复步骤4.2）-4.8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤4.3）中抬升的角度越小；
在步骤6）中，卷形操作具体包括以下步骤：
6.1）在室温条件下，将完成切头的钛板放置在上主辊与下主辊之间，调整钛板使其长边与辊轴线垂直；
6.2）调整上主辊和下主辊的位置，在钛板的第一端的圆弧与中间平直区域的过渡处压紧；
6.3）抬升钛板的第二端的侧辊，侧辊与钛板接触后继续抬升，使钛板的第二端抬升角度15°-60°；
6.4）转动上主辊和下主辊带动钛板向第一端方向咬入至上主辊和下主辊压紧在钛板的第二端的圆弧与中间平直区域的过渡处；
6.5）下降钛板的第二端的侧辊至初始位置；
6.6）用弓形试板的圆弧边靠在弯曲变形钛板的内侧，使弓形试板与钛板垂直同时弓形试板的弦边与钛板长边平行；
6.7）观察钛板发生弯曲变形部分是否与弓形试板的圆弧边贴合；
6.8）反向转动上下主辊退出钛板至初始压紧位置；
6.9）重复步骤6.2）-6.8）直至钛板发生弯曲变形部分与弓形试板的圆弧边贴合，使钛板卷曲至内径为J0-2×H的钛合金筒体，并且在重复步骤6.2）-6.8）的过程中，当钛板的卷曲圆弧部分的内表面越接近贴合试板的圆弧边时，步骤6.3）中抬升的角度越小。
2. 根据权利要求1所述的钛合金筒体冷卷成形的方法，其特征在于，在步骤3）中，用手持砂轮将钛板的边缘打磨倒角1 mm。
3.根据权利要求1所述的钛合金筒体冷卷成形的方法，其特征在于，在步骤7）中，矫圆操作具体包括以下步骤：
7.1）在室温条件下，用弓形试板检查钛合金筒体的内表面某处是否与弓形试板的圆弧边贴合；
7.2）如果钛合金筒体的内表面此处与弓形试板的圆弧边两端接触而与弓形试板的圆弧边中间不接触，则用上主辊和下主辊碾压不接触的位置；
7.3）如果钛合金筒体的内表面此处与弓形试板的圆弧边两端不接触而与弓形试板的圆弧边中间接触，则抬升钛板两端的侧辊，侧辊与钛合金筒体的外表面接触后再抬升一段距离，正反方向转动上主辊和下主辊；
7.4）反复采用步骤7.2）-7.3），使钛合金筒体内的内表面此处与弓形试板的圆弧边贴合；
7.5）重复步骤7.1）-7.4）直至钛合金筒体的内表面各处都与弓形试板的圆弧边贴合，并使钛合金筒体接缝处钛板端头的错位≤0.005×J0。
4.一种钛合金筒体，其特征在于，通过前述权利要求1-3中任一项所述的钛合金筒体冷卷成形的方法制备得到。
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