一种大直径钛合金筒形件的冷旋压成形方法与流程

1.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冷旋压成形方法。


背景技术：

2.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。
3.目前，钛合金的旋压主要采用的是热旋压技术，然而采用热旋压所获得的零件的晶粒度等级较小。近几年，随着电解铜箔行业的迅猛发展，高端锂电铜箔的国产化也进展迅速，作为电解铜箔设备核心部件的钛合金阴极辊的晶粒度等级也要求越来越高，而采用热旋压技术获得的钛筒形件的晶粒度等级较小，难以满足高端锂电铜箔的生产需要。因此，如何通过调整旋压工艺获得高晶粒度等级的钛筒形件显得尤为重要。


技术实现要素：

4.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冷旋压成形方法，所获得的筒形件晶粒细小，组织均匀，可满足大直径高端生箔阴极辊表面的钛筒使用要求。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.这种大直径钛合金筒形件的冷旋压成形方法，在旋压过程中利用喷枪对旋轮和坯料的接触点喷射冷却液，所述冷旋压成形方法，具体包括以下步骤：
7.步骤1、将芯模安装到旋压机工作台上；
8.步骤2、启动气动顶缸，使其回到工作位置；
9.步骤3、将坯料套装在芯模上，使坯料的下端卡在气动顶缸的凹槽内；
10.步骤4、开始旋压，在旋压过程中，旋轮向下移动，喷枪对着旋轮和坯料的接触点喷射冷却液；
11.步骤5、根据旋压道次的不同，每增加一道次，重复一次步骤4；
12.步骤6、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。
13.进一步，所述芯模的转速为15～40rad/min，进给比为3～7mm/rad，每道次的下压量为4～8mm。
14.进一步，所述坯料的外径不小于3m。
15.进一步，所述钛合金筒形件的晶粒度等级为astm e112要求的12级。
16.进一步，旋压过程在室温下进行，芯模、坯料和旋轮均不需要提前预热，旋轮的数量为两个，且左右对称分布于旋压机工作台上。
17.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。
18.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0.8mm。
19.进一步，所述芯模表面涂覆一层二硫化钼油剂或水基石墨。
20.进一步，所述芯模的顶端设有方便安装和拆卸的吊环。
21.进一步，所述芯模的材料为h13热作模具钢、k403高温合金或4cr5mosiv1。
22.进一步，所述旋轮的材料为h13热作模具钢、w18cr4v高速钢或4cr5mosiv1。
23.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：采用室温进行旋压，坯料、芯模和旋轮无需预热，坯料的强度较高而塑性较差，旋轮挤压坯料表面时的旋压力较大；采用大的旋压力和大的进给比，会使旋轮与坯料之间的接触压力非常大，巨大的压力致使接触表面的晶粒被充分破碎，从而获得细小的晶粒；为避免旋压过程中坯料表面的温度逐渐升高，旋压过程中用冷却液进行强制冷却；同时采用多道次的旋压工艺，使坯料的晶粒分布更加均匀；采用立式旋压机进行旋压，芯模更换方便，筒形件装拆简单。
附图说明
24.图1为本发明提供的旋压成形工作台的结构示意图；
25.图2为本发明提供的大直径钛合金筒形旋压件的结构图。
26.其中：1、吊环；2、芯模；3、坯料；4、喷枪；5、旋轮；6、气动顶缸；7、旋压机工作台。
具体实施方式
27.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。
28.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。
29.本实施例提供了一种大直径钛合金筒形件的冷旋压成形方法，具体包括以下步骤：
30.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7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。
31.步骤2、启动气动顶缸6，使其回到工作位置。
32.步骤3、采用吊装的方式，将坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸6的凹槽内，坯料3和芯模2之间为过渡配合，坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.6mm，坯料3的材质为ta1，外径为2770mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
33.步骤4、开始旋压，旋压过程中，旋轮5向下移动，喷枪4对着旋轮5和坯料3的接触点喷射冷却液，旋轮5的材料为4cr5mosiv1，芯模2的转速为25rad/min。
34.步骤5、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤4；其中，第一道次的下压量为8mm，进给量为75mm/min，进给比为3mm/rad；第二道次的下压量为6.5mm，进给量为100mm/min，进给比为4mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为125mm/min，进给比为
5mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为150mm/min，进给比为6mm/rad；第五道次的下压量为4mm，进给量为125mm/min，进给比为7mm/rad。
35.步骤6、旋压结束，气动顶缸6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，晶粒度等级为12级。
36.实施例2
37.本实施例提供了又一种大直径钛合金筒形件的冷旋压成形方法，具体包括以下步骤：
38.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7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。
39.步骤2、启动气动顶缸6，使其回到工作位置。
40.步骤3、采用吊装的方式，将坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸6的凹槽内，坯料3和芯模2之间为过渡配合，坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.8mm，坯料3的材质为ta1，外径为2770mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
41.步骤4、开始旋压，在旋压过程中，旋轮5向下移动，喷枪4对着旋轮5和坯料3的接触点喷射冷却液，旋轮5的材料为4cr5mosiv1，芯模2的转速为15rad/min。
42.步骤5、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤4；其中，第一道次的下压量为7.5mm，进给量为45mm/min，进给比为3mm/rad；第二道次的下压量为7mm，进给量为60mm/min，进给比为4mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为67.5mm/min，进给比为4.5mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为75mm/min，进给比为5mm/rad；第五道次的下压量为4mm，进给量为90mm/min，进给比为6mm/rad。
43.步骤6、旋压结束，气动顶缸6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，晶粒度等级为12级。
44.实施例3
45.本实施例提供了另一种大直径钛合金筒形件的冷旋压成形方法，具体包括以下步骤：
46.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7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。
47.步骤2、启动气动顶缸6，使其回到工作位置。
48.步骤3、采用吊装的方式，将坯料3套装在芯模2上，坯料3的下端卡在气动顶缸6的凹槽内，坯料3和芯模2之间为过渡配合，坯料3和芯模2之间的最大间隙为0.8mm，坯料3的材质为ta1，外径为3010mm，壁厚为60mm，高度为1000mm。
49.步骤4、开始旋压，旋压过程中，旋轮5向下移动，喷枪4对着旋轮5和坯料3的接触点喷射冷却液，旋轮5的材料为4cr5mosiv1，芯模2的转速为30rad/min。
50.步骤5、采用5道次的旋压工艺，每增加一道次，重复一次步骤4；第一道次的下压量为7.5mm，进给量为90mm/min，进给比为3mm/rad；第二道次的下压量为6.5mm，进给量为
120mm/min，进给比为4mm/rad；第三道次的下压量为6mm，进给量为150mm/min，进给比为5mm/rad；第四道次的下压量为5.5mm，进给量为180mm/min，进给比为6mm/rad；第五道次的下压量为4.5mm，进给量为210mm/min，进给比为7mm/rad。
51.步骤6、旋压结束，气动顶缸6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，晶粒度等级为12级。
52.综上，本发明提供的这种冷旋压成形方法，可用于外径3m以上的钛合金筒形件的旋压成形，且获得的筒形件具有晶粒细小，组织均匀的特点；同时，使用本发明所获得的钛合金筒形件的晶粒度等级可以达到astm e112要求的12级，满足大直径高端生箔阴极辊表面的钛筒使用要求。
53.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。
54.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。