專利名稱：電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置及成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波紋管單波連續(xù)成形裝置及利用該裝置進(jìn)行單波連續(xù)成形的方 法。
背景技術(shù)：
波形膨脹節(jié)(即波紋管)作為一種良好的變形補償元件，已在化工、石油、電力、冶 金、造船、核能、字航等工業(yè)部門得到了廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大尺寸、高參數(shù)膨 脹節(jié)在工程上應(yīng)用已屢見不鮮，在工業(yè)部門管道中使用的波形膨脹節(jié)通過的多為含有腐蝕 介質(zhì)成份的流體，根據(jù)調(diào)研我國在煉油、化工、船舶行業(yè)中采用lCrl8M9Ti鋼制造的波形 膨脹節(jié)失效的主要原因是腐蝕穿孔，如大港油田煉油廠，一百多個膨脹節(jié)每年就需更換將 近三分之一，給生產(chǎn)造成了 一定的影響。由于鈦合金具有優(yōu)越的力學(xué)性能、一定的形狀記憶功能和耐腐蝕性能成為制造的 波紋管首選材料，其材料性能如工作溫度、循環(huán)應(yīng)力、耐腐蝕性等均適合制造波形膨脹節(jié)。 利用純鈦生產(chǎn)的波紋管或波形膨脹節(jié)，如美國Jefferson實驗室使用的氦容器，在兩端裝 有純鈦制波紋管，在高能離子加速器上使用的焊接鈦合金波紋管等。采用傳統(tǒng)方法制造波 紋管的難度很大，沉積成形波形膨脹節(jié)只能生產(chǎn)鎳材；液壓成形、滾壓成形和機械脹形的均 是冷加工；采用上述方法廢品率高、成本高。鈦合金波形膨脹節(jié)軸向加載超塑成形復(fù)合工藝 較好的解決了鈦合金波形膨脹節(jié)的制造難題，但是該工藝生產(chǎn)效率低，單件生產(chǎn)至少需要 一至兩天；由于采用多個波同時整體成形，模具尺寸大，形狀復(fù)雜，制造成本高，加熱能量損 耗大；必須在超塑成形專用設(shè)備上進(jìn)行，設(shè)備非常昂貴。綜上，采用現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形裝置成形鈦及鈦合金波紋管存在加熱能量 損耗大；模具尺寸大、制造成本高。采用現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形方法成形鈦及鈦合金波紋管存在廢品率高、單件 生產(chǎn)需要一至兩天，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形裝置成形鈦及鈦合金波紋管存在加 熱能量損耗大，模具尺寸大、制造成本高以及現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形方法成形鈦及鈦 合金波紋管存在廢品率高、生產(chǎn)效率低的問題，進(jìn)而提供了一種電流輔助鈦及鈦合金波紋 管單波連續(xù)成形裝置及成形方法。本發(fā)明的電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置包括兩個推模、電源、氣 源、兩個膜片、兩個彈簧、兩個導(dǎo)向桿和兩個彈簧反力桿，所述成形裝置還包括第一芯軸、第 二芯軸、絕緣層和四個絕緣套，所述第一芯軸和第二芯軸的外徑相同，所述第一芯軸的右端 與第二芯軸的左端固接且二者位于同一軸線上，所述絕緣層位于第一芯軸和第二芯軸之 間，所述兩個膜片上下對應(yīng)豎直設(shè)置在第二芯軸上，且均與第二芯軸的軸向垂直，每個膜片 的左側(cè)分別固接有一個導(dǎo)向桿和一個彈簧反力桿，且導(dǎo)向桿和彈簧反力桿均與第二芯軸平行設(shè)置，兩個推模上對應(yīng)開有第一通孔和第二通孔，每個第一通孔和第二通孔內(nèi)對應(yīng)安裝 有一個絕緣套，兩個推模上下對應(yīng)穿裝在相應(yīng)的導(dǎo)向桿和彈簧反力桿上，每個彈簧反力桿 上套裝有一個彈簧，彈簧位于對應(yīng)的推模和膜片之間，所述第二芯軸的內(nèi)部沿軸線方向開 有中心盲孔，所述第二芯軸上沿豎直方向?qū)?yīng)開有兩個第三通孔，且兩個第三通孔均與中 心盲孔相連通，氣源與中心盲孔相連通，電源的兩個輸出端的一端與推模連接，另一端與膜 片連接，所述電源、推模、模片以及推模模片之間的待成形管坯構(gòu)成通電回路，所述電源為 大功率電源。
本發(fā)明的電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形方法是按著以下步驟實現(xiàn) 的步驟一將上下對應(yīng)兩個推模和兩個膜片同時向待成形管坯移動，直到兩個推模 和兩個膜片的上下表面將待成形管坯的待成形端沿圓周方向緊緊包住；步驟二、將第一芯軸和第二芯軸由右向左穿裝在待成形管坯內(nèi)，使第二芯軸上的 第三通孔的軸向位置緊鄰模片的左側(cè)；步驟三、根據(jù)推模和模片之間的待成形管坯的橫截面尺寸和電阻數(shù)據(jù)，選擇電流 參數(shù)，電流為1000 20000A ；步驟四、將所述成形裝置放置在壓力機上，并保持推模兩個膜片與壓力機和氣源 絕緣；步驟五、將電源的電極分別連接到推模和模片上，通電加熱，加熱速度為10 30 "C /s ；步驟六、通過紅外測溫儀實時測量坯料的溫度，并依據(jù)其溫度實時調(diào)整電源的輸 出電流參數(shù)，電源輸出電壓為4 IOV ；步驟七、當(dāng)推模和模片之間的待成形管坯的溫度達(dá)到600 1000°C時，向第二芯 軸的中心盲孔中充入惰性氣體，使氣壓達(dá)到0. 5 1. 5Mpa,中心盲孔中的惰性氣體通過兩 個第三通孔進(jìn)入到推模和模片之間的待成形管坯的內(nèi)壁，推模和模片之間的待成形管坯的 內(nèi)壁受到氣壓的作用力鼓起，形成初波；步驟八、通過壓力機施壓使推?？朔椈傻淖枇ρ刂鴮?dǎo)向桿向右移動，使初波的 高度方向增加，寬度方向縮小，繼續(xù)充入惰性氣體，氣壓達(dá)到2 5MPa，直至波形達(dá)到設(shè)計 尺寸為止；步驟九、將推模和模片與已成形的波紋管分開，將已成形的波紋移動到膜片的右 側(cè)，然后將上下對應(yīng)兩個推模和兩個膜片同時向待成形管坯移動，直到兩個推模和兩個膜 片的上下表面將待成形管坯的待成形端緊緊包住；重復(fù)步驟三 步驟八，成形下一個波紋， 直到待成形管坯形成波紋管為止；步驟十、然后經(jīng)斷電、卸氣壓、將推模和模片與已成形的波紋管分開、退第一芯軸 和第二芯軸、退推模五個工序，將已經(jīng)成形的波紋管從模具中脫出。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的成形裝置的第一芯軸和第二芯軸之間設(shè)有絕緣 層，推模上設(shè)有絕緣套，電源連接在推模和模片上，通電后電流會在模片和推模模片之間的 待成形管坯上產(chǎn)生大量的焦耳熱，使其在幾秒至幾十秒內(nèi)就可以加熱至熱成形溫度，加熱 能量損耗??；本發(fā)明的成形裝置采用單波成形，模具尺寸小，制造成本低；本發(fā)明的成形方法利用電流流經(jīng)管坯所產(chǎn)生的焦耳電阻熱直接對坯料本身進(jìn)行加熱，并使其溫度保持在熱成形溫度范圍內(nèi)，通過加壓裝置對管坯施加一定的壓力，使其在 模具中發(fā)生塑性變形，不僅避免了傳統(tǒng)塑性熱成形工藝中整體式加熱消耗在模具等其它部 件上的熱量損失，而且使得加熱過程非常迅速、坯料內(nèi)部溫度分布非常均勻，極大地提高了 能量的利用率與加熱的效率，單件生產(chǎn)時間僅為三十 六十分鐘，與現(xiàn)有的成形方法相比 生產(chǎn)效率大大提高；在成形時施加的電流還能夠產(chǎn)生“電塑性”，提高材料的塑性變形能力， 提高了產(chǎn)品質(zhì)量，廢品率低。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的電流輔助鈦及鈦合金 波紋管單波連續(xù)成形裝置包括兩個推模3、電源4、氣源5、兩個膜片10、兩個彈簧11、兩個導(dǎo) 向桿12和兩個彈簧反力桿14，所述成形裝置還包括第一芯軸2、第二芯軸7、絕緣層9和四 個絕緣套13，所述第一芯軸2和第二芯軸7的外徑相同，所述第一芯軸2的右端與第二芯軸 7的左端固接且二者位于同一軸線上，所述絕緣層9位于第一芯軸2和第二芯軸7之間，所 述兩個膜片10上下對應(yīng)豎直設(shè)置在第二芯軸7上，且均與第二芯軸7的軸向垂直，每個膜 片10的左側(cè)分別固接有一個導(dǎo)向桿12和一個彈簧反力桿14，且導(dǎo)向桿12和彈簧反力桿 14均與第二芯軸7平行設(shè)置，兩個推模3上對應(yīng)開有第一通孔3-1和第二通孔3-2，每個第 一通孔3-1和第二通孔3-2內(nèi)對應(yīng)安裝有一個絕緣套13，兩個推模3上下對應(yīng)穿裝在相應(yīng) 的導(dǎo)向桿12和彈簧反力桿14上，每個彈簧反力桿14上套裝有一個彈簧11，彈簧11位于對 應(yīng)的推模3和膜片10之間，所述第二芯軸7的內(nèi)部沿軸線方向開有中心盲孔7-1，所述第 二芯軸7上沿豎直方向?qū)?yīng)開有兩個第三通孔7-2，且兩個第三通孔7-2均與中心盲孔7-1 相連通，氣源5與中心盲孔7-1相連通，電源4的兩個輸出端的一端與推模3連接，另一端 與膜片10連接，所述電源4、推模3、模片10以及推模3模片10之間的待成形管坯1構(gòu)成 通電回路，所述電源4為大功率電源。
具體實施方式
二 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述成形裝置還包括紅 外測溫裝置6，所述紅外測溫裝置6與推模3和模片10之間的待成形管坯1連接。如此設(shè) 置，可以實時測得推模3和模片10之間的待成形管坯1的溫度。其它組成和連接方式與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述成形裝置還包括兩 個密封圈8，所述第一芯軸2外壁上沿圓周方向開有第一環(huán)形凹槽2-1，所述第二芯軸7外 壁上沿圓周方向開有第二環(huán)形凹槽7-3，第一環(huán)形凹槽2-1和第二環(huán)形凹槽7-3內(nèi)均安裝有 一個密封圈8。如此設(shè)置，起到密封作用，防止進(jìn)入到推模3和模片10之間的待成形管坯1 內(nèi)的惰性氣體泄漏。其它組成和連接方式與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式電流輔助鈦及鈦合金波 紋管單波連續(xù)成形方法的工藝步驟如下步驟一將上下對應(yīng)兩個推模3和兩個膜片10同時向待成形管坯1移動，直到兩 個推模3和兩個膜片10的上下表面將待成形管坯1的待成形端沿圓周方向緊緊包住；
步驟二、將第一芯軸2和第二芯軸7由右向左穿裝在待成形管坯1內(nèi)，使第二芯軸 7上的第三通孔7-2的軸向位置緊鄰模片10的左側(cè)；步驟三、根據(jù)推模3和模片10之間的待成形管坯1的橫截面尺寸和電阻數(shù)據(jù)，選擇電流參數(shù)，電流為1000 20000A ；步驟四、將所述成形裝置放置在壓力機上，并保持推模3兩個膜片10與壓力機和 氣源5絕緣；步驟五、將電源4的電極分別連接到推模3和模片10上，通電加熱，加熱速度為 10 30°C /s ；步驟六、通過紅外測溫儀6實時測量坯料的溫度，并依據(jù)其溫度實時調(diào)整電源4的 輸出電流參數(shù)，電源輸出電壓為4 IOV ；步驟七、當(dāng)推模3和模片10之間的待成形管坯1的溫度達(dá)到600 1000°C時，向 第二芯軸7的中心盲孔7-1中充入惰性氣體，使氣壓達(dá)到0. 5 1. 5Mpa，中心盲孔7_1中的 惰性氣體通過兩個第三通孔7-2進(jìn)入到推模3和模片10之間的待成形管坯1的內(nèi)壁，推模 3和模片10之間的待成形管坯1的內(nèi)壁受到氣壓的作用力鼓起，形成初波；步驟八、通過壓力機施壓使推模3克服彈簧11的阻力沿著導(dǎo)向桿12向右移動，使 初波的高度方向增加，寬度方向縮小，繼續(xù)充入惰性氣體，氣壓達(dá)到2 5MPa，直至波形達(dá) 到設(shè)計尺寸為止；步驟九、將推模3和模片10與已成形的波紋管分開，將已成形的波紋移動到膜片 10的右側(cè)，然后將上下對應(yīng)兩個推模3和兩個膜片10同時向待成形管坯1移動，直到兩個 推模3和兩個膜片10的上下表面將待成形管坯1的待成形端緊緊包??；重復(fù)步驟三 步驟 八，成形下一個波紋，直到待成形管坯形成波紋管為止；步驟十、然后經(jīng)斷電、卸氣壓、將推模3和模片10與已成形的波紋管分開、退第一 芯軸2和第二芯軸7、退推模3五個工序，將已經(jīng)成形的波紋管從模具中脫出。
權(quán)利要求
一種電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置，所述成形裝置包括兩個推模(3)、電源(4)、氣源(5)、兩個膜片(10)、兩個彈簧(11)、兩個導(dǎo)向桿(12)和兩個彈簧反力桿(14)，其特征在于所述成形裝置還包括第一芯軸(2)、第二芯軸(7)、絕緣層(9)和四個絕緣套(13)，所述第一芯軸(2)和第二芯軸(7)的外徑相同，所述第一芯軸(2)的右端與第二芯軸(7)的左端固接且二者位于同一軸線上，所述絕緣層(9)位于第一芯軸(2)和第二芯軸(7)之間，所述兩個膜片(10)上下對應(yīng)豎直設(shè)置在第二芯軸(7)上，且均與第二芯軸(7)的軸向垂直，每個膜片(10)的左側(cè)分別固接有一個導(dǎo)向桿(12)和一個彈簧反力桿(14)，且導(dǎo)向桿(12)和彈簧反力桿(14)均與第二芯軸(7)平行設(shè)置，兩個推模(3)上對應(yīng)開有第一通孔(3-1)和第二通孔(3-2)，每個第一通孔(3-1)和第二通孔(3-2)內(nèi)對應(yīng)安裝有一個絕緣套(13)，兩個推模(3)上下對應(yīng)穿裝在相應(yīng)的導(dǎo)向桿(12)和彈簧反力桿(14)上，每個彈簧反力桿(14)上套裝有一個彈簧(11)，彈簧(11)位于對應(yīng)的推模(3)和膜片(10)之間，所述第二芯軸(7)的內(nèi)部沿軸線方向開有中心盲孔(7-1)，所述第二芯軸(7)上沿豎直方向?qū)?yīng)開有兩個第三通孔(7-2)，且兩個第三通孔(7-2)均與中心盲孔(7-1)相連通，氣源(5)與中心盲孔(7-1)相連通，電源(4)的兩個輸出端的一端與推模(3)連接，另一端與膜片(10)連接，所述電源(4)、推模(3)、模片(10)以及推模(3)模片(10)之間的待成形管坯(1)構(gòu)成通電回路，所述電源(4)為大功率電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置，其特征在 于所述成形裝置還包括紅外測溫裝置(6)，所述紅外測溫裝置(6)與推模(3)和模片(10) 之間的待成形管坯(1)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置，其特征 在于所述成形裝置還包括兩個密封圈(8)，所述第一芯軸(2)外壁上沿圓周方向開有第一 環(huán)形凹槽(2-1)，所述第二芯軸(7)外壁上沿圓周方向開有第二環(huán)形凹槽(7-3)，第一環(huán)形 凹槽(2-1)和第二環(huán)形凹槽(7-3)內(nèi)均安裝有一個密封圈(8)。
4.一種利用權(quán)利要求1、2或3的裝置進(jìn)行鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形的方法，其 特征在于連續(xù)成形方法的工藝步驟如下步驟一將上下對應(yīng)兩個推模(3)和兩個膜片(10)同時向待成形管坯(1)移動，直到 兩個推模(3)和兩個膜片(10)的上下表面將待成形管坯(1)的待成形端沿圓周方向緊緊 包??；步驟二、將第一芯軸(2)和第二芯軸(7)由右向左穿裝在待成形管坯(1)內(nèi)，使第二芯 軸(7)上的第三通孔(7-2)的軸向位置緊鄰模片(10)的左側(cè)；步驟三、根據(jù)推模(3)和模片(10)之間的待成形管坯(1)的橫截面尺寸和電阻數(shù)據(jù)， 選擇電流參數(shù)，電流為1000 20000A ；步驟四、將所述成形裝置放置在壓力機上，并保持推模(3)兩個膜片(10)與壓力機和 氣源(5)絕緣；步驟五、將電源⑷的電極分別連接到推模⑶和模片(10)上，通電加熱，加熱速度為 10 30°C /s ；步驟六、通過紅外測溫儀(6)實時測量坯料的溫度，并依據(jù)其溫度實時調(diào)整電源(4)的 輸出電流參數(shù)，電源輸出電壓為4 10V ；步驟七、當(dāng)推模(3)和模片(10)之間的待成形管坯(1)的溫度達(dá)到600 1000°C時，向第二芯軸(7)的中心盲孔(7-1)中充入惰性氣體，使氣壓達(dá)到0.5 1.5Mpa，中心盲孔 (7-1)中的惰性氣體通過兩個第三通孔(7-2)進(jìn)入到推模(3)和模片(10)之間的待成形 管坯⑴的內(nèi)壁，推模⑶和模片(10)之間的待成形管坯⑴的內(nèi)壁受到氣壓的作用力鼓 起，形成初波；步驟八、通過壓力機施壓使推模(3)克服彈簧(11)的阻力沿著導(dǎo)向桿(12)向右移動， 使初波的高度方向增加，寬度方向縮小，繼續(xù)充入惰性氣體，氣壓達(dá)到2 5MPa，直至波形 達(dá)到設(shè)計尺寸為止；步驟九、將推模(3)和模片(10)與已成形的波紋管分開，將已成形的波紋移動到膜片 (10)的右側(cè)，然后將上下對應(yīng)兩個推模(3)和兩個膜片(10)同時向待成形管坯(1)移動， 直到兩個推模(3)和兩個膜片(10)的上下表面將待成形管坯(1)的待成形端緊緊包住；重 復(fù)步驟三 步驟八，成形下一個波紋，直到待成形管坯形成波紋管為止；步驟十、然后經(jīng)斷電、卸氣壓、將推模(3)和模片(10)與已成形的波紋管分開、退第一 芯軸(2)和第二芯軸(7)、退推模(3)五個工序，將已經(jīng)成形的波紋管從模具中脫出。
全文摘要
電流輔助鈦及鈦合金波紋管單波連續(xù)成形裝置及成形方法，它涉及一種波紋管單波連續(xù)成形裝置及成形方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形裝置成形鈦及鈦合金波紋管存在加熱能量損耗大，模具尺寸大、制造成本高以及現(xiàn)有的波紋管單波連續(xù)成形方法成形鈦及鈦合金波紋管存在廢品率高、生產(chǎn)效率低的問題。兩個推模上對應(yīng)開有第一通孔和第二通孔，每個第一通孔和第二通孔內(nèi)對應(yīng)安裝有一個絕緣套；通過壓力機施壓，使推?？朔椈傻淖枇?，沿著導(dǎo)向桿向右移動，使初波的高度方向增加，寬度方向縮小，繼續(xù)充入惰性氣體，直至波形達(dá)到設(shè)計尺寸為止。本發(fā)明的裝置加熱能量損耗??；模具尺寸小，制造成本低；本發(fā)明的成形方法生產(chǎn)效率高、廢品率低。
文檔編號B21D37/00GK101856687SQ20101018707
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者張凱鋒, 王國峰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)