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大直径钛质筒体旋压工艺研究 |
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作者：王振生 张顺福 |
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摘要论述了φ1510mm钛质筒体的变薄旋压试验过程。对工艺流程，卷焊坯设计，加热方式与温度，以及旋压工艺参数进行了分析。结果表明，采用本工艺具有成本低、模具简单、材料利用率高等优点，有一定推广意义。
关键词钛质筒体变薄旋压试验
一、引言
图1所示为φ1510mm钛质筒体，其材质为TA2，具有直径大、壁薄、几何尺寸要求高的特点。目前国内难以采用锻压环轧等工艺直接生产。为满足市场急需，我院采用卷焊坯变薄旋压工艺和机加工最终成形的方法制成了该筒体，并已投入使用。 
图1φ1510mm钛质筒体
二、工艺方案的确定和工艺流程
根据零件特点，采用卷焊坯——变薄旋压——机加工外表面的工艺进行了试验，具体工艺流程为：板材下料——刨焊接坡口——卷圆——焊接——焊缝探伤——校圆——检验——变薄旋压——检验——机加工——检验。
三、试验设备和模具
试验在我院自行设计的2m立式旋压机上进行。其主轴功率125kW，3旋轮120°对称分布，侧向推力510kN，径向最大行程320mm，轴向最大行程1600mm，加热设备为液化石油喷枪。
芯模外径设计为1481mm，长度1700mm，采用合金钢表面淬硬制作。经热容量计算，壁厚设计为100mm。
旋轮工作角α＝25°，压下台阶t＝10mm，圆角半径R＝15mm，采用3Cr2W8V热模具钢制作，表面淬硬HRC50。
四、试验过程
1.卷焊坯设计
卷焊坯的质量对成品有直接影响。其设计依据塑性变形的体积不变原理，并加一定工艺留量。几何尺寸如图2所示。焊缝要求达2级以上标准，并进行探伤检验，确保经旋压加工后无任何表面缺陷产生。卷圆外形无鼓肚，束腰、错口等缺陷。
图2卷焊坯图
2.变薄旋压工艺
(1)坯料加热方式与温度
钛具有比强高、耐高温、屈强比接近、弹性模量小的特点。因此，塑性变形和加工硬化阶段很小，回弹值大。特别是焊缝的存在，不宜采用冷变形。其加热方式如图3所示，采用内加热法，将卷焊坯套装在芯模上，使坯料与芯模一起转动，用喷枪加热芯模内壁。当坯料到达旋压温度后即可关闭加热设备，利用芯模贮存的热量给坯料保温，完成旋压全过程。由于钛是化学活性极高的金属，在加热过程中易大量吸收氢气，特别在500℃以上吸氢能力强烈很容易引起氢脆而产生裂纹。因此，综合各种因素合理选择加热温度和加热速度十分重要。试验表明，初旋温度应为390～450℃，终旋温度应不低于350℃，总加热时间应不超过3h。
图3坯料加热方式
(2)旋压工艺参数
旋压分3道次完成。第1道次以较小的变形率和较快进给比对坯料进行整形，以便改善其几何形状误差。第2道次采用较大变形率，加强金相组织的改善。第3道次以精旋提高几何尺寸精度为主要目的。经试验得出较为合理的工艺参数如表1所示。表1旋压工艺参数
 五、试验结果
采用上述工艺，成功地旋制出符合设计要求的旋压产品。表2是部分测量数据，检验结果表明，内径平均尺寸符合原设计要求，达到H13级标准所规定的公差范围，内表面粗糙度达1.6μm，经抛光满足装配要求；外径平均有5mm机加余量；两端工艺留量充足；焊缝经旋压加工后由原铸态粗大晶粒组织(图4)，变为呈现方向一致的纤维状加工组织(图5)，达到筒体整体组织均匀的要求。组装后，经工业试验表明，筒体各处电流密度均匀，耐蚀性能稳定。表2坯料和成品检验数值
  
图4卷焊坯焊缝区金相照片(×500) 图5焊缝区经48%变薄旋压后组织(×500)
六、结论
(1)采用卷焊坯变薄旋压工艺生产大直径、薄壁钛质筒体的工艺参数合理，工艺稳定，产品质量符合设计要求。
(2)该工艺具有模具简单，材料利用率高，成本低的优点。该工艺的成功为开展大规格，薄壁钛质筒形件的生产开辟了新的广阔前景。
作者简介：王振生 高级工程师
作者单位：北京有色金属研究总院(100088)
参考文献
［1］日本塑性加工学会编.压力加工手册.北京：机械工业出版社，1984.
［2］林肇琦编.有色金属材料学.沈阳：东北工学院出版社，1986.锻压技术1999年第1期(end)
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(6/12/2005) |
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