钛合金圆筒形零件旋压的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及钛合金圆筒形零件旋压的装置，包括旋压模具1、旋轮装置4、齿盘装置7及旋压机床，旋压模具1主要用于装卡圆筒形旋压零件10，并在旋压加工中限制材料流动的作用。齿盘装置7是在旋压加工中固定圆筒零件，防止圆筒形旋压零件10与旋压模具1发生相对转动的装置。旋轮装置4是在旋压加工中对圆筒形旋压零件10施加旋压力，使钛合金旋压毛坯发生塑性变形，以使达到所需要形状和尺寸的装置。圆筒形旋压零件10的制备，旋压前，将旋压模具1和圆筒形旋压零件10加热至一定的温度，完成装模过程，之后进行旋压操作，待旋压模具1和圆筒形旋压零件10冷却后，实施拆卸，最终获得高精度、高质量的圆筒形旋压零件10。
【专利说明】钛合金圆筒形零件旋压的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及圆筒形零件旋压的装置与方法，特别涉及大型钛合金圆筒形零件的旋压装置与加工工艺方法。
【背景技术】
[0002]钛合金由于其优异的耐腐蚀性能，在冶金、海水淡化、化工设备方面有着非常广泛的应用，如湿法冶金中的阴极辊筒，海水淡化用的蒸发器，化工设备中用的反应容器、换热器等。这些产品大都对零件的耐腐蚀有较高要求，多采用耐腐蚀性较强的钛合金进行制造，形状以圆筒形为主。钛合金圆筒的传统加工方法多为板料卷焊技术，采用卷焊技术虽然能够完成此类圆筒的成形，但是存在较多不足。首先，焊缝区域的化学成分与本体会存在一定的差异，杂质元素相对较多，这会降低焊接区域的耐腐蚀性；其次，焊缝区域由于热变形的不均匀，会存在一定的残余应力，残余应力的存在容易引起应力腐蚀，进一步降低钛合金圆筒的耐腐蚀性；再次，焊接圆筒的尺寸精度较差，特别是圆度和直径尺寸难以控制，会对钛合金圆筒的后续加工产生一定的影响。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供钛合金圆筒形零件旋压的装置，以解决钛合金类圆筒形零件的无缝成形，同时能够提高材料晶粒度，满足工业生产对于钛合金圆筒高质量、高精度的要求。
[0004]为解决存在的技术问题，本发明所采用的技术方案:钛合金圆筒形零件旋压的装置，包括旋压模具1、旋轮装置4、齿盘装置7及旋压机床，
[0005]所述旋压模具I由机床连接部件2和圆筒形毛坯安装配合部件3组成，机床连接部件2与旋压机床主轴连接，将旋压模具I安装于旋压机床上，旋压模具I在旋压加工中作回转运动；圆筒形毛坯安装配合部件3用于安装圆筒形旋压零件10 ；
[0006]所述旋轮装置4由旋轮5和旋转机构6组成，旋轮5安装在旋转机构6的旋转轴上，旋转机构6安装在旋压机床的滑座上，并由旋压机床带动作进给运动；
[0007]所述齿盘装置7由齿钉8和齿盘体9组成，安装于旋压模具I靠近旋压机床主轴一侧，齿钉8安装在齿盘体9内侧，用于在旋压时固定卡紧圆筒形旋压零件10，防止圆筒形旋压零件10与旋压模具I的相对转动；
[0008]所述旋压模具I安装上加热好的圆筒形旋压零件10，并使圆筒形旋压零件10与齿盘装置7贴合，旋压时，旋压机床主轴旋转带动旋压模具I旋转，旋压模具I带动齿盘装置7和圆筒形旋压零件10旋转，旋轮装置4由旋压机床带动作进给运动，当旋轮5接触圆筒形旋压零件10时，便会在摩擦力的作用下被带动作回转运动，此时轴向旋压力会使圆筒形旋压零件10与齿盘装置7紧密贴合，在旋压中不会出现相对转动。
[0009]旋压模具I主要用于装卡圆筒形旋压零件10的毛坯，并在旋压加工中限制材料流动的作用，旋压模具I最好采用热做模具钢制造，其线胀系数约为钛合金材料的2倍左右。旋压模具I主要由两部分组成，分别是与旋压机床连接部件2的部分和与圆筒形毛坯安装配合部件3的部分，与旋压机床连接部件2的部分用于将模具I安装于旋压机床，与圆筒形毛坯安装配合部件3的部分与旋轮5共同作用于圆筒形旋压零件10的毛坯，使其发生塑性变形。
[0010]齿盘装置7是在旋压加工中固定圆筒形旋压零件10，防止其与旋压模具I发生相对转动的装置，齿盘装置7主要由齿盘体9和齿钉8组成，旋压前，将齿盘装置7安装于旋压模具I靠近旋压机床主轴一侧，并通过螺钉将齿盘装置7与旋压模具I进行连接，旋压时齿钉8会深深嵌入圆筒形旋压零件10的毛坯内部，将圆筒形旋压零件10的毛坯卡紧，防止毛坯与旋压模具I的相对转动。
[0011]旋轮装置4是在旋压加工中对圆筒形旋压零件10毛坯施加旋压力，使圆筒形旋压零件10的毛坯发生塑性变形，以使达到所需要形状和尺寸的装置，旋轮装置4主要由旋轮5和旋转机构6组成，旋轮装置4安装于旋压机床的滑座上，旋压机床滑座带动旋轮装置I运动，并通过旋轮5碾压随旋压模具I 一同旋转的旋压圆筒形旋压零件10的毛坯，使毛坯发生逐点变形。
[0012]钛合金圆筒形零件旋压的方法，其步骤为:
[0013]步骤一，制备圆筒形旋压零件10的毛坯，车削加工圆筒形旋压零件10的毛坯，达到旋压要求；
[0014]步骤二，将旋压模具I加热至300°C以上，并采用加热炉将圆筒形旋压零件10的毛坯加热至旋压模具I温度的2倍左右，保温2小时以上，圆筒形旋压零件10的毛坯的内径尺寸应略大于旋压模具I的外径尺寸，完成旋压装模工作；
[0015]步骤三，安装圆筒形旋压零件10的毛坯，在热态下将圆筒形旋压零件10的毛坯安装于旋压模具I上；
[0016]步骤四，旋压加工，采用旋压机床对圆筒形旋压零件10的毛坯进行旋压加工，旋压加工各道次减薄率应在20%以上，总减薄率在70%以上；
[0017]步骤五，拆卸圆筒形旋压零件10，待旋压模具I和圆筒形旋压零件10冷却至常温后，将圆筒形旋压零件10拆卸下。
[0018]本发明与其他装置、方法相比有以下优点:
[0019]1、旋压模具采用空心结构，减轻了模具重量，减小了由于模具自重过大对旋压机主轴精度的影响，适用于立式和卧式旋压设备，非常适合于大型钛合金圆筒形零件的加工。
[0020]2、齿盘与模具的连接可靠稳定，齿盘可以自动实现对零件的卡紧操作，不需要附加装置或方法，旋压加工过程简单，特别适合于大型零件的旋压加工。
[0021]3、产品组织和性能得以提高，旋压加工中，材料发生塑性变形，晶粒细化并形成纤维状组织，并且随着减薄率的增加晶粒细化程度和纤维组织会得以提高，产品的晶粒度较旋压毛坯可以提高4级以上，同时纤维组织的形成能够有效提高产品的强队水平。
[0022]4、适用性广，本发明装置和方法非常适于冶金、化工、电力、航天等许多【技术领域】。
【专利附图】
【附图说明】:
[0023]图1:旋压模具示意图；
[0024]图2:旋轮装置示意图；[0025]图3:齿盘装置图示意图；
[0026]图4:旋压原理图。
[0027]图5:拆卸过程示意图。
[0028]图中，I为旋压模具，2为机床连接部件，3为圆筒形毛坯安装配合部件，4为旋轮装置，5为旋轮，6为旋转机构，7为齿盘装置，8为齿钉，9为齿盘体，10为圆筒形旋压零件。
【具体实施方式】:
[0029]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0030]本发明实施实例:钛合金圆筒形旋压零件10的毛坯内径尺寸1500?2500mm，毛坯壁厚尺寸45皿1，有效长度700mm。
[0031]如附图1-4所示，将加热好的钛合金圆筒形旋压零件10安装于旋压模具1，并且使圆筒形旋压零件10与齿盘装置7贴合。
[0032]旋压模具I与旋压机床主轴直接连接，旋压模具I在旋压加工中作回转运动，是旋压加工中的主运动，旋轮装置4与旋压机床的滑座相连，在旋压加工中作进给运动。旋压时，旋压机床的主轴旋转带动旋压模具I旋转，旋压模具I带动齿盘装置7和圆筒形旋压零件10旋转。
[0033]旋轮装置4由旋压机床带动作进给运动，当旋轮5接触圆筒形旋压零件10时，便会在摩擦力的作用下被带动作回转运动，此时轴向旋压力会使圆筒形旋压零件10与齿盘装置7紧密贴合，在旋压中不会出现相对转动。旋轮5与旋压模具I之间的间隙小于圆筒形旋压零件10的壁厚，圆筒形旋压零件10会受到旋轮5和旋压模具I的挤压而发生逐点变形，材料变形区域受到三向压应力的作用，变形过程稳定，同时由于钛合金圆筒形旋压零件10变形过程受到旋压模具I的限制，变形主要发生在轴向和径向，这就导致钛合金圆筒形旋压零件10壁厚的减薄和长度的增加，钛合金圆筒形旋压零件10的最终壁厚可以通过调整旋轮5与旋压模具I之间的间隙来进行调整，以达到圆筒形旋压零件10所需要的最终尺寸。
[0034]完成旋压后，需要对旋压完成的钛合金圆筒形旋压零件10进行拆卸，拆卸过程如附图5所示。待旋压模具I与钛合金圆筒形旋压零件10冷却至常温后，旋压模具I与钛合金圆筒形旋压零件10将存在一定间隙，将齿盘装置7与旋压模具I之间的连接去除，用旋轮5的反面带动齿盘装置7可将钛合金圆筒形旋压零件10卸下。
[0035]本发明的主要工艺过程包括以下步骤:
[0036]步骤一:制备圆筒形旋压零件10的毛坯:车削加工圆筒形旋压零件10的毛坯，达到旋压要求，圆筒形旋压零件10的毛坯内径要求比旋压模具I直径大2mm。
[0037]步骤二:将旋压模具I加热至300°C以上，并采用加热炉将圆筒形旋压零件10的毛坯加热至旋压模具I的温度的2倍左右，保温2小时以上，此时圆筒形旋压零件10的毛坯的内径尺寸将略大于旋压模具I的外径尺寸，可以完成旋压装模工作。
[0038]步骤三:安装圆筒形旋压零件10的毛坯，在热态下将圆筒形旋压零件10的毛坯安装于旋压模具I上，此时圆筒形旋压零件10的毛坯的内径尺寸略大于旋压模具I的外径尺寸，必须快速完成圆筒形旋压零件10的毛坯的装模过程，否则由于零件降温、直径收缩，将无法完成装模。[0039]步骤四:旋压加工，采用旋压机床对圆筒形旋压零件10的毛坯进行旋压加工，旋压过程中由于旋压模具1、圆筒形旋压零件10的毛坯的不断散热，旋压温度会越来越低，所以旋压加工各道次减薄率要大，一般都在20 %以上，总减薄率在70 %以上，可以保证加工完成后，钛合金圆筒形旋压零件10的晶粒度提高4级以上。
[0040]步骤五:拆卸钛合金圆筒形旋压零件10，待旋压模具I和钛合金圆筒形旋压零件10冷却至常温后，由于旋压模具I直径收缩量大，钛合金圆筒形旋压零件10收缩量小，所以旋压模具I和钛合金圆筒形旋压零件10之间会有一定间隙，此时可以将筒形旋压零件10顺利拆卸。
【权利要求】
1.一种钛合金圆筒形零件旋压的装置，包括旋压模具(I)、旋轮装置(4)、齿盘装置(7)及旋压机床，其特征在于: 所述旋压模具(I)由机床连接部件(2)和圆筒形毛坯安装配合部件(3)组成，机床连接部件(2)与旋压机床主轴连接，将旋压模具(I)安装于旋压机床上，旋压模具(I)在旋压加工中作回转运动；圆筒形毛坯安装配合部件(3)用于安装圆筒形旋压零件(10)； 所述旋轮装置(4)由旋轮(5)和旋转机构(6)组成，旋轮(5)安装在旋转机构(6)的旋转轴上，旋转机构(6)安装在旋压机床的滑座上，并由旋压机床带动作进给运动； 所述齿盘装置(7)由齿钉(8)和齿盘体(9)组成，安装于旋压模具(I)靠近旋压机床主轴一侧，齿钉(8)安装在齿盘体(9)内侧，用于在旋压时固定卡紧圆筒形旋压零件(10)，防止圆筒形旋压零件(10)与旋压模具(I)的相对转动。
2.根据权利要求1所述的钛合金圆筒形零件旋压的装置，其特征在于:所述旋压模具(I)是采用热做模具钢制造的。
【文档编号】B21D22/14GK203599337SQ201320618526
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】李晓东, 杨睿智, 马超 申请人:内蒙古航天红岗机械有限公司