大管径钛金属波纹管制造设备及其制造方法
【专利摘要】一种钛合金应用【技术领域】的大管径钛金属波纹管制造设备及其制造方法，该装置包括：轴向拉压成形机构和径向定位机构，待加工管材设置于径向定位机构内且与轴向拉压成形机构相连，轴向拉压成形机构和径向定位机构内部设有压缩空气通路；本发明能够在大管径的钛金属管上制出波纹沟槽，满足飞行器等高要求波纹管，制备得到的大管径钛金属波纹管为工业纯钛管TA1退火态材质，管径175～325mm，壁厚2.5mm，符合GB/T3624-1995国家标准。
【专利说明】大管径钛金属波纹管制造设备及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是ー种钛合金应用【技术领域】的装置及方法，具体是ー种大管径钛金属波纹管制造设备及其制造方法。
【背景技术】
[0002]对大管径钛金属波纹管目前的制造エ艺，是使用两块冲好沟槽板坯铣出纵向接ロ，然后焊接而成。这样的制造エ艺很费力，而且由于存在焊缝增加应カ腐蚀机会，降低了零件的质量。在一些管子中，一些相对深的沟槽在成形区域顶端材料会增厚(到10%)，更大的在切向增厚达到15%。由于这个缘故，在沟槽表面形成橘子皮状，有时还会出现裂纹。这对于飞行器等高要求零件是难以容忍的。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101418878，
【公开日】2009_04_29，公开了ー种钛及钛合金波纹管制造方法，其按下述步骤进行:a.将钛或钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气ロ ；b.将管坯装入多层模结构的模具中；c.将管坯加热至纯钛或钛合金的热成形温度；d.向管坯内充入气体，充入气体的压カ为I?1.5MPa，使管坯向外胀形；e.在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；f.继续向管坯内增加气压，使其压カ达到2.5?5.0MPa，使管坯完全充满模具成形，最后经冷却脱模即制成成品。但该技术的缺陷和不足在于:1.エ件上留有焊缝，容易引起应カ腐蚀，因此，对要求高的场合难以满足使用要求。2.手工作业单件生产，不是机械化生产，因而生产率低，成本高，难以保证制造精度。
[0004]中国专利文献号CN1383943，
【公开日】2002_12_11，公开了ー种“钛合金波纹管超塑成形的方法”，包括:a.制作管坯，将钛合金无缝管或焊管制成一密封的管坯，并在一端留有充气ロ ；b.加热过程，将管坯装入多层模结构的模具中，随后将管坯加热至钛合金的超塑成形温度650?1000°C ;c.胀形过程，向管坯内充入气体，充入气体的压カ为0.1?IMPa，使管坯向外胀形；d.合模过程，在模具轴向施加压缩载荷，使各模块压合；e.成形过程，继续向管坯内增加气压，使其压カ达到1.5?3.0MPa，使管坯完全充模，最后经冷却脱模即制成成品。
[0005]上述两个技术方案均在多层模具中将焊坯加热后，通入压カ气体胀出波纹沟槽。只解决了钛合金波形膨胀节制造难题，但生产效率极低，单件生产至少需要I?2天；由于采用多个波节同时整体成形，模具尺寸大、形状复杂、制造成本高、加热能量损耗大；气胀时，还要做好模具、接缝处的密封工作。该专利除了上述不足外，还必须在昂贵的超塑成形专用设备上进行；还要在胀形前进行超塑性处理，エ艺繁杂。
[0006]中国专利文献号CN101856687A，
【公开日】2010-10-13，公开了ー种波纹管单波连续成形装置及成形方法，该技术通过两个推模上对应开有第一通孔和第二通孔，每个第一通孔和第二通孔内对应安装有ー个绝缘套；通过压カ机施压，使推模克服弹簧的阻力，沿着导向杆向右移动，使初波的高度方向増加，宽度方向縮小，继续充入惰性气体，直至波形达到设计尺寸为止。但该技术结构较为复杂，其涉及的磁力作用是由线圈中通过脉冲电流实现。磁脉冲成形原理由充电回路和放电回路組成。要根据エ件变形部位的需要来确定电磁力的分布并设计与之相适应的线圈，使得该装置的配合要求较高，较难生产出精度要求高的零部件。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出ー种大管径钛金属波纹管制造设备及其制造方法，能够在大管径的钛金属管上制出波纹沟槽，满足飞行器等高要求波纹管。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]本发明涉及ー种大管径钛金属波纹管制造装置，包括:轴向拉压成形机构和径向定位机构，其中:待加工管材设置于径向定位机构内且与轴向拉压成形机构相连，轴向拉压成形机构由液压缸提供动カ和径向定位机构内部设有压缩空气通路。
[0010]所述的径向压紧机构包括:设置于待加工管材外部的可分凹模机构以及与之相连的直立气缸和水平气缸，通过直立气缸和水平气缸内压缩空气的充放实现可分凹模机构对待加工管材的定位。
[0011]所述的轴向拉压成形机构包括:支撑管、活塞杆和液压缸，其中:活塞杆的ー侧末端与液压缸活塞相连，支撑管套接于活塞杆的外部。
[0012]所述的可分凹模机构包括:设置于待加工管材内部的弾性体、分别位于待加工管材外侧的半凹模以及依次设置于半凹模外部的支撑杆和锥形衬套，弾性体的内表面通过中间钢衬套与活塞杆相接触。
[0013]所述的弾性体与活塞杆之间设有管状结构的中间钢衬套，该弾性体垫片直径的一半为成形沟槽深度的2~3倍以上，以保证该弾性体垫片具有足够的磨损寿命。
[0014]所述的半凹模的内径通过以下方式确定:
【权利要求】
1.ー种大管径钛金属波纹管制造装置，其特征在于，包括:轴向拉压成形机构和径向定位机构，其中:待加工管材设置于径向定位机构内且与轴向拉压成形机构相连，轴向拉压成形机构和径向定位机构内部设有压缩空气通路； 所述的径向压紧机构包括:设置于待加工管材外部的可分凹模机构以及与之相连的直立气缸和水平气缸，通过直立气缸和水平气缸内压缩空气的充放实现可分凹模机构对待加エ管材的定位； 所述的轴向拉压成形机构包括:支撑管、活塞杆和液压缸，其中:活塞杆的ー侧末端与液压缸相连，支撑管套接于活塞杆的外部。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的可分凹模机构包括:设置于待加工管材内部的弾性体、分别位于待加工管材外侧的半凹模以及依次设置于半凹模外部的支撑杆和锥形衬套，弾性体的内表面与活塞杆相接触。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的弾性体与活塞杆之间设有管状结构的中间钢衬套，该中间钢衬套的直径的一半为成形沟槽深度的2~3倍以上，以保证垫片具有足够的磨损寿命。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的半凹模的内径通过以下方式确定:
5.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的半凹模的工作表面的粗糙度Ra=0.63~2.5 ii m,该半凹模沿着两个方向由销钉定中心,在一个分模面上ー个半模压入一个销钉，另ー个半模有对应孔。
6.根据权利要求2或4或5所述的装置，其特征是，所述的半凹模的外侧设有导向块用于对半凹模进行导向，在上下两个直立气缸和左右两个水平气缸的作用下压向待加工管材，借助于锥形衬套和支撑杆上的锥形凸台在两个直立气缸作用下保持工作压カ状态。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的径向压紧机构内部设有限位器，该限位器包括:依次贯穿设置于活塞杆末端的螺帽、切分锥形套和压紧垫片，其中:压紧垫片的顶面与底面分别与切分锥形套和径向定位机构内的弾性体实现面接触，压紧垫片的侧面与待加工管材的内壁实现面接触。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的压紧垫片与所述弾性体之间设有供料套，该供料套的轴向两端面分别与压紧垫片与弾性体面接触，径向表面与待加工管材的内壁实现面接触。通过该供料套能够进ー步提供轴向拉压成形所需要的摩擦力。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的活塞杆的上设有强制供坯器，该强制供坯器的一侧与待加工管材的末端相接触；所述的强制供坯器包括:依次贯穿设置于活塞杆上的供坯内垫片、成形套筒、供坯外垫片和切分垫片，其中:供坯内垫片的两侧分别与成形套筒和待加工管材的末端紧密贴合；通过该强制供坯器可以实现在管材强度可靠的情况下大幅度增加轴向拉压成形所需要的拉力。
10.一种根据上述任ー权利要求所述装置的大管径钛金属波纹管制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I)沟槽成形:在打开的两个半凹模中置入待加工管材，再向管内套上弾性体； 步骤2)向液压缸所供油量实现压カ加载:液压缸从液压站获得压カ20MPa液压油，液压缸作用到活塞杆上的力不超过1000kN;在液压油的压カ下，活塞杆向右移动并压缩垫片，活塞行程350mm，其他螺母由支撑管和液压缸压紧，压缩垫圈和活塞杆、衬套和螺母。 步骤3)直立气缸从外接管线获得压カ为0.5MPa压缩空气并驱动由导向块导向的半凹模向活塞杆压紧，借助于锥形衬套和支撑凹模上的锥形凸台在两个直立汽缸作用下保持エ作压カ状态I~2分钟；在弾性体的弾性力作用下，胀压待加工管材并迫使其在模具的内腔变形。 步骤4)在液压缸供给回程压カ条件下，活塞杆进行复位运动，弾性体亦恢复到套筒初始状态；通过向直立气缸及水平气缸的回程腔供给回程压缩空气使得半凹模被打开，并离开带有第一个成形沟槽的待加工管材；这时液压缸泄压回程，弾性体恢复到初始状态。为成形待加工管材下ー个沟槽，将限位器轴向移到下ー个待处理位置并重复步骤I的处理直至完成待加工管材上的全部沟槽。
11.一种根据上述任ー权利要求中所述的装置制备得到的大管径钛金属波纹管，其特征在于，其直径为150~400mm,壁厚小于等于3mm。
12.根据权利要求11所述的大管径钛金属波纹管，其特征是，该大管径钛金属波纹管为エ业纯钛管TAl退火态材质，管径175~325mm，壁厚2.5mm,符合GB/T36`24-1995国家标准。
【文档编号】F16S3/00GK103521576SQ201310422915
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】张骥伟, 阎东辉, 林健, 许守贵, 王以华 申请人:上海桦厦实业有限公司