一种改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法

摘要

本发明公开了一种改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法，包括以下步骤：一、根据钛合金弯头的外径、壁厚和弯曲半径，利用扩径推弯法原理计算出需选用钛合金管坯的外径、壁厚和长度；二、制备钛合金管坯的内衬；三、将内衬同轴放置于钛合金管坯内部，并确保钛合金管坯的内表面均被内衬包覆；四、将内部装有内衬的钛合金管坯整体扩径推弯成形为带有内衬的钛合金弯头；五、酸洗去除内衬；六、后续处理。本发明方法设计合理且可操作性强，能较好地解决金属弯头坯料和模具芯头之间的粘接问题。

说明书

技术领域

本发明涉及金属管件制造技术领域，尤其是涉及一种改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法。

背景技术

目前，金属弯头最好的成形方法是中频加热扩径推制弯曲法(简称扩径推弯法)，生产效率高，适合于批量化生产，产品规格范围宽，可加工Dn25～Dn1000口径的标准弯头(K＝R/D＝1或1.5)，该方法得到了极其广泛的应用。工业中管件的用量非常大，各国家都制定了管件标准，管件中最为重要的是弯头，弯头的需求量是管件的80％。金属管件中用量占绝对优势的是钢，由于钛、锆合金等稀有金属的耐蚀性能好，钛合金弯头在输送酸性、腐蚀性强的盐、有机酸介质的管道中得到大量应用。

钢弯头的扩径推弯法制造已成为成熟技术，在钢弯头的扩径推弯法过程中，钢坯料和模具之间采用MoS₂或石墨乳润滑，降低了表面摩擦系数，较好地解决了钢弯头的内表面质量问题。但是，由于钛和锆等有色金属在成形过程中，自身化学活性较强，高温下容易发生氧化；并且钛和锆导热系数低，即使在钛管坯和钢模具之间涂覆MoS₂或石墨乳等润滑剂，坯料和模具之间仍存在粘结问题，致使在钛弯头内表面造成多道几乎与弯头同长度、凹陷达1mm左右的划痕，弯头内表面极其粗糙，影响弯头外观，直接影响弯头使用寿命，严重影响了所生产弯头的质量稳定性和产品合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法，其方法设计合理且可操作性强，能较好地解决金属弯头坯料和模具芯头之间的粘接问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、根据所需钛合金弯头的外径D、壁厚T和弯曲半径R，利用扩径推弯法原理计算出需选用钛合金管坯的外径d、壁厚t和长度l；

步骤二、制备所述钛合金管坯的内衬，所述内衬材质的屈服强度比钛合金低且塑性比钛合金高，所述内衬的外径比所述钛合金管坯内径小0.5-2mm且其外部尺寸与所述钛合金管坯的内部尺寸相对应；所述内衬的壁厚X＝AD_i，其中D_i为所述钛弯头的内径，D_i＝D-2T，BT＞X＞CT，其中A、B和C均为恒值系数，A＝0.001～0.01，B＝0.01～0.30，C＝0.02～0.60；

步骤三、将所述内衬同轴放置于所述钛合金管坯内部，并且确保整个钛合金管坯的内表面均被内衬包覆；

步骤四、采用常规扩径推弯法将内部装有内衬的钛合金管坯整体扩径推弯成形为带有内衬的钛合金弯头；

步骤五、酸洗去除内衬：将所述带有内衬的钛合金弯头放入只能与内衬所用材质发生化学反应的酸溶液中进行酸洗，去除内衬；

步骤六、后续处理：将去除内衬的钛合金弯头进行常规后续加工处理，获得最终的钛合金弯头成品。

步骤二中所述的内衬为钢管或钢板材卷焊管；步骤五中所述的酸溶液为体积浓度为10-45％的硝酸。

步骤六中所述的后续处理包括对所述钛合金弯头进行的酸洗抛光处理和端部加工处理，所述酸洗抛光处理中所用的酸液为由体积浓度为10-40％的硝酸和体积浓度为3-20％的氢氟酸组成的混合酸。

所述钢管或钢板材卷焊管的抗拉强度小于450MPa，屈服强度小于275MPa且延伸率大于25％。

所述钢管或钢板材卷焊管由08F-20#优质非合金结构钢或Q195-Q235普通质量非合金结构钢制成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、方法设计合理且可操作性强，实际操作过程中，首先根据钛合金弯头的外径尺寸和壁厚确定内衬的厚度及包覆方法，确保钛合金管坯料与内衬在扩径推弯过程中的变形协调性和一致性，以防止弯头扩径推弯过程中出现内衬破碎、堆积和褶皱的现象，因而能较好地解决管坯料和模具芯头之间的粘接问题，同时也提供了弯头成形后对所使用钢内衬的去除方法，最终获得高质量的符合标准的钛及钛合金弯头。2、实用性强，本发明提供一种钛和钛合金弯头扩径推弯法过程中管坯料和模具芯头之间的润滑方法，改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度，大大提高了现有扩径推弯法生产弯头的质量稳定性和产品合格率，所加工生产的弯头成形精度高、内表面光洁度高、无明显表面缺陷，外形美观且承压能力强。3、适用范围广，不仅适用于钛和钛合金弯头的制造，而且也同样适用于扩径推弯法制造锆和锆合金弯头的制造。综上所述，本方法设计合理且可操作性强，能较好地解决金属弯头坯料和模具芯头之间的粘接问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的改善扩径推弯法成形钛合金弯头内壁光洁度的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据钛合金弯头的外径D、壁厚T和弯曲半径R，利用扩径推弯法原理计算出需选用钛合金管坯的外径d、壁厚t和长度l。

步骤二、制备所述钛合金管坯的内衬，所述内衬为由屈服强度比钛合金低且塑性比钛合金高的材质制成的内衬管，所述内衬的外径比所述钛合金管坯内径小0.5-2mm且其外部尺寸与所述钛合金管坯的内部尺寸相对应；所述内衬的壁厚X＝AD_i，其中D_i为所述钛弯头的内径，D_i＝D-2T，BT＞X＞CT，其中A、B和C均为恒值系数，A＝0.001～0.01，B＝0.01～0.30，C＝0.02～0.60。

本实施例中，所述内衬为钢管或钢板材卷焊管且所述钢管或钢板材卷焊管的抗拉强度小于450MPa，屈服强度小于275MPa且延伸率大于25％。

另外，实际加工制作内衬时，所述钢管或钢板材卷焊管由08F-20#优质非合金结构钢或Q195-Q235普通质量非合金结构钢制成。

步骤三、将所述内衬同轴放置于所述钛合金管坯内部，并且确保整个钛合金管坯的内表面均被内衬包覆。

步骤四、采用常规扩径推弯法将内部装有内衬的钛合金管坯整体扩径推弯成形为带有内衬的钛合金弯头。

本实施例中，扩径推弯所述带有内衬的钛合金弯头具体在专用的弯头推制机上进行，推制之前，先将内部装有内衬的钛合金管坯装入芯杆成形模具即模羊角芯头的芯杆中，再将模羊角芯头加热至合适温度，配合合理的推弯工艺参数，如推弯温度、推弯速度、加热温度、温度分布均匀性、内衬和成形模具之间的润滑等，最终将内部装有内衬的钛合金管坯整体扩径推弯成形为带有内衬的钛合金弯头。

步骤五、酸洗去除内衬：将所述带有内衬的钛合金弯头放入只能与内衬所用材质发生化学反应的酸溶液中进行酸洗，去除内衬。

本实施例中，所述酸溶液为体积浓度为10-45％的硝酸。

步骤六、后续处理：将去除内衬的钛合金弯头进行常规后续加工处理，获得最终的钛合金弯头成品。

本实施例中，所述后续处理包括对所述钛合金弯头进行的酸洗抛光处理和端部加工处理，所述酸洗抛光处理中所用的酸液为由体积浓度为10-40％的硝酸和体积浓度为3-20％的氢氟酸组成的混合酸。也就是说，在将所述钛合金弯头酸洗抛光后，还需进行坡口等端部加工，最终完成成品钛合金弯头的加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。