含钛双金属板材制备复合管的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种含钛双金属板材制备复合管的装置及方法，制备方法如下：制备芯模和协同自阻加热工装，选择金属板坯，在芯模和板坯表面涂抹润滑剂，旋压轮将其多道次减薄拉深旋压成筒形件；选择钛板坯，安装协同自阻加热工装，采用旋压轮和电阻棒对钛板进行协同自阻加热多道次拉深旋压成筒形件；对筒形件表面进行打磨抛光处理，脱模，将筒形件去头部和末端，即得到含钛双金属板材制备成形的双金属复合管。利用本发明专利技术提供的装置及方法制备复合管，简单高效，协同自阻加热钛板局部升温较快，有利于钛板旋压成形，内外层金属发生热力耦合效应，界面结合强度大；芯模设计制造周期短，可以在同一台数控旋压机床上制备出不同材质和厚度的双金属复合管。

Device and method for preparing composite pipe containing titanium bimetal sheet

The invention provides a device and a method for preparing a composite pipe with a titanium-containing bimetal sheet. The preparation method is as follows: preparing a core mold and a cooperative self-resistance heating tooling, selecting a metal slab, smearing lubricant on the surface of the core mold and the slab, spinning wheel spinning the multi-pass thinning, drawing and spinning into a cylindrical part, selecting a titanium slab, and installing the cooperative self-resistance heating tooling. In the resistance heating tooling, the titanium sheet was drawn and spinned to cylindrical parts by multi-pass self-resistance heating with spinning wheel and resistance rod, and the surface of the cylindrical parts was polished, demoulded, and the head and end of the cylindrical parts were removed, that is to say, the bimetal composite pipe with titanium bimetal sheet was obtained. Using the device and method provided by the invention, the composite pipe is simple and efficient, and the local heating rate of the titanium plate is faster with the self-resistance heating, which is beneficial to the spinning forming of the titanium plate, the thermal-mechanical coupling effect between the inner and outer layers of the metal, and the interface bonding strength is large; the design and manufacture cycle of the core mold is short, and the core mold can be prepared differently on the same numerical control spinning machine tool. Bimetal composite pipe with material and thickness.

【技术实现步骤摘要】
含钛双金属板材制备复合管的装置及方法
本专利技术涉及双金属旋压成形领域，具体是一种含钛双金属板材制备复合管的装置及方法。
技术介绍
金属管材在石油化工、航空宇航等行业有着广泛的用途，随着使用条件的提高，单金属管件已无法满足行业的发展需要，经过两种金属符合而成的双金属管既能实现单一金属管无法满足的性能要求，又能节省材料，性价比高。双金属复合管提高了金属材料的使用范围，在石油化工行业有着更加广泛的需求。常见的金属复合管加工方法有机械复合工艺和冶金复合工艺两种，机械复合就是在常温下内管发生塑性形变，外管发生弹性形变，从而使内外壁紧紧贴合在一起，属于非扩散结合，结合强度较低，存在高温分层的威胁，因而其使用环境和应用领域收到一定的限制；冶金复合工艺属于冶金结合，结合强度大，使用范围广，但冶金复合存在周期长、操作难度大的缺点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种含钛双金属板材制备复合管的装置及方法，既可以解决机械复合工艺带来的应力释放失效导致的使用范围窄的问题，也可以解决冶金复合周期长、操作要求高的特点。本专利技术提供了一种含钛双金属板材制备复合管的装置，包括芯模、钛板、筒形件、加工刀具组、自阻加热工装和旋压成形装置；所述的旋压成形装置包括依次套在旋压主轴前端的移动顶尖、转动顶尖和尾顶；所述的芯模的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端伸入筒形件内与筒形件内层金属接触，钛板夹在筒形件和尾顶之间，钛板两侧涂抹有高温润滑剂；所述的加工刀具组包括刀具座以及对称安装在刀具座上的电阻棒与旋压轮；所述的协同自阻加热工装包括低压大电流电源、碳刷架总成、碳刷杆、磁性固定架、导线，其中，碳刷杆一端通过绝缘处理与碳刷架总成过盈配合，另一端通过螺纹配合与磁性固定架固定，磁性固定架与移动顶尖固定，碳刷架总成与尾顶滑动接触；低压大电流电源正极通过导线与碳刷架总成相接，负极与电阻棒的相连，低压大电流电源、导线、电阻棒、钛板、尾顶和碳刷架总成组成回路电流，钛板与电阻棒接触的地方温度升高，旋压轮挤压板坯塑性形变。所述的电阻棒与刀具座之间用耐高温绝缘垫片隔开；尾顶通过紧顶螺钉固定在转动顶尖上，尾顶与转动顶尖之间用耐高温绝缘垫片隔开。所述的旋压轮与电阻棒位于同一个平面且相隔180度，两者关于主轴旋转轴线对称布置，且与主轴回转轴线成45度夹角。所述的旋压轮圆角半径与电阻棒工具头半径均为6mm，旋压轮和工具头材质为Cr12Mo。所述的低压大电流电源输出电流不超过1000A,电压最高不超过36V。所述的低压大电流电源连接有温度控制器。本专利技术还提供了一种含钛双金属板材制备复合管的方法，包括以下步骤：1）制备芯模：根据筒形件的内表面尺寸，设计制备出相同尺寸的芯模，被三爪卡盘固定的芯模的一端绝缘处理；2）冲切出极限拉深比等于或大于4的圆形板坯；3）内管旋压:安装芯模和尾顶，尾顶与转动顶尖之间用耐高温绝缘垫片隔开，将板坯夹在芯模和尾顶之间，设定旋压道次，旋压轮与芯模的间隙距离小于圆形板坯的厚度，在板坯的表面刷涂油润滑剂，用旋压轮将其多道次拉深减薄旋压至壁厚为1-1.2mm；4）安装协同自阻加热工装，低压大电流电源、导线、电阻棒、钛板、尾顶和碳刷架总成组成回路电流，板坯与电阻棒接触的地方温度升高，旋压轮挤压板坯塑性形变；5）钛板的旋压：在钛板两侧涂抹高温润滑剂，钛板随主轴转动，电阻棒先接触钛板，电流回路导通，电阻棒与板材接触的地方迅速升温至板材成形所需的温度，随后旋压轮以给定路径对板材进行挤压成形，此后，在数控系统驱动下，按照数控代码路径，电阻棒与旋压轮协同配合进行加热、等壁厚旋压成形，内外层金属发生热力耦合效应，即双金属筒形件旋压成形；6）对双金属筒形件进行表面打磨抛光处理，脱模，切除头部和末端，即含钛双金属复合管制备完成。步骤3）所述的旋压道次为多道次等壁厚旋压，主轴转速为100-110r/min，旋压轮经给量0.3-0.5mm/r，电阻棒与钛板接触温度为550-650度，电流输出大小为400-500A。本专利技术有益效果在于：（1）双金属板材制备复合管的方法简单，属于多道次拉深旋压，对机床设备要求较低，可以根据复合管的尺寸要求选择合适尺寸板材直接旋压。（2）对钛板协同自阻加热旋压，提升钛板的塑性形变能力，有利于钛板的快速成形。（3）芯模设计制造周期短，有利于产品的快速开发。（4）可以在同一台数控旋压机床上制备出不同尺寸和材质的含钛双金属复合管，实用性强。（5）外层钛板高温旋压成形，内外层金属发生热力耦合成形，结合强度大，高温不易分层，具有使用范围广的特点。附图说明图1为筒形件内层金属旋压示意图；图2为钛板协同自阻加热旋压成形示意图；图3为双金属复合管制备流程示意图；图中标号说明：1芯模，2筒形件内层金属，3钛板，4旋压轮，5尾顶，6高温绝缘垫片，7紧顶螺钉，8转动顶尖，9移动顶尖，10磁性固定架，11碳刷杆，12碳刷架总成，13导线，14低压大电流电源，15温度控制器，16红外线测温仪，17电阻棒。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供了一种含钛双金属板材制备复合管的装置，结构如图2所示，包括芯模1、钛板3、筒形件、加工刀具组、自阻加热工装和旋压成形装置；所述的旋压成形装置包括依次套在旋压主轴前端的移动顶尖9、转动顶尖8和尾顶5；所述的芯模1的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端伸入筒形件内与筒形件内层金属2接触，钛板3夹在筒形件和尾顶之间，钛板3两侧涂抹有高温润滑剂；所述的加工刀具组包括刀具座以及对称安装在刀具座上的电阻棒17与旋压轮4；所述的协同自阻加热工装包括低压大电流电源14、碳刷架总成12、碳刷杆11、磁性固定架10、导线13，其中，碳刷杆11一端通过绝缘处理与碳刷架总成12过盈配合，另一端通过螺纹配合与磁性固定架10固定，磁性固定架10与移动顶尖9固定，碳刷架总成12与尾顶3滑动接触；低压大电流电源14正极通过导线13与碳刷架总成12相接，负极与电阻棒17的相连，低压大电流电源14、导线13、电阻棒17、钛板3、尾顶5和碳刷架总成12组成回路电流，钛板3与电阻棒17接触的地方温度升高，旋压轮挤压板坯塑性形变。所述的电阻棒17与刀具座之间用耐高温绝缘垫片6隔开；尾顶3通过紧顶螺钉7固定在转动顶尖8上，尾顶5与转动顶尖8之间用耐高温绝缘垫片隔开。所述的旋压轮4与电阻棒17位于同一个平面且相隔180度，两者关于主轴旋转轴线对称布置，且与主轴回转轴线成45度夹角。所述的旋压轮4圆角半径与电阻棒17工具头半径均为6mm，旋压轮和工具头材质为Cr12Mo。所述的低压大电流电源14输出电流不超过1000A,电压最高不超过36V。所述的低压大电流电源14连接有温度控制器15。本专利技术还提供了一种含钛双金属板材制备复合管的方法，如图3所示，包括以下步骤：1）制备芯模：根据筒形件的内表面尺寸，设计制备出相同尺寸的芯模，被三爪卡盘固定的芯模的一端绝缘处理；2）冲切出极限拉深比等于或大于4的圆形板坯；3）内管旋压如图1所示:安装芯模和尾顶，尾顶与转动顶尖之间用耐高温绝缘垫片隔开，将板坯夹在芯模和尾顶之间，设定旋压道次，旋压轮与芯模的间隙距离小于圆形板坯的厚度，在板坯的表面刷涂油润滑剂，用旋压轮将其多道次拉深减薄旋压至壁厚为1-1.2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钛双金属板材制备复合管的装置，其特征在于：包括芯模（1）、钛板（3）、筒形件、加工刀具组、自阻加热工装和旋压成形装置；所述的旋压成形装置包括依次套在旋压主轴前端的移动顶尖（9）、转动顶尖（8）和尾顶（5）；所述的芯模（1）的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端伸入筒形件内与筒形件内层金属（2）接触，钛板（3）夹在筒形件和尾顶之间，钛板（3）两侧涂抹有高温润滑剂；所述的加工刀具组包括刀具座以及对称安装在刀具座上的电阻棒（17）与旋压轮（4）；所述的协同自阻加热工装包括低压大电流电源（14）、碳刷架总成（12）、碳刷杆（11）、磁性固定架（10）、导线（13），其中，碳刷杆（11）一端通过绝缘处理与碳刷架总成（12）过盈配合，另一端通过螺纹配合与磁性固定架（10）固定，磁性固定架（10）与移动顶尖（9）固定，碳刷架总成（12）与尾顶（3）滑动接触；低压大电流电源（14）正极通过导线（13）与碳刷架总成（12）相接，负极与电阻棒（17）的相连，低压大电流电源（14）、导线（13）、电阻棒（17）、钛板（3）、尾顶（5）和碳刷架总成（12）组成回路电流，钛板（3）与电阻棒（17）接触的地方温度升高，旋压轮挤压板坯塑性形变。...

【技术特征摘要】
1.一种含钛双金属板材制备复合管的装置，其特征在于：包括芯模（1）、钛板（3）、筒形件、加工刀具组、自阻加热工装和旋压成形装置；所述的旋压成形装置包括依次套在旋压主轴前端的移动顶尖（9）、转动顶尖（8）和尾顶（5）；所述的芯模（1）的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端伸入筒形件内与筒形件内层金属（2）接触，钛板（3）夹在筒形件和尾顶之间，钛板（3）两侧涂抹有高温润滑剂；所述的加工刀具组包括刀具座以及对称安装在刀具座上的电阻棒（17）与旋压轮（4）；所述的协同自阻加热工装包括低压大电流电源（14）、碳刷架总成（12）、碳刷杆（11）、磁性固定架（10）、导线（13），其中，碳刷杆（11）一端通过绝缘处理与碳刷架总成（12）过盈配合，另一端通过螺纹配合与磁性固定架（10）固定，磁性固定架（10）与移动顶尖（9）固定，碳刷架总成（12）与尾顶（3）滑动接触；低压大电流电源（14）正极通过导线（13）与碳刷架总成（12）相接，负极与电阻棒（17）的相连，低压大电流电源（14）、导线（13）、电阻棒（17）、钛板（3）、尾顶（5）和碳刷架总成（12）组成回路电流，钛板（3）与电阻棒（17）接触的地方温度升高，旋压轮挤压板坯塑性形变。2.根据权利要求1所述的含钛双金属板材制备复合管的装置，其特征在于：所述的电阻棒（17）与刀具座之间用耐高温绝缘垫片（6）隔开；尾顶（3）通过紧顶螺钉（7）固定在转动顶尖（8）上，尾顶（5）与转动顶尖（8）之间用耐高温绝缘垫片隔开。3.根据权利要求1所述的含钛双金属板材制备复合管的装置，其特征在于：所述的旋压轮（4）与电阻棒（17）位于同一个平面且相隔180度，两者关于主轴旋转轴线对称布置，且与主轴回转轴线成45度夹角。4.根据权利要求1所述的含钛双金属板材制备复合管的装置，其特征在于：所述的旋压轮（4）圆角半径与电阻棒（17）工具头半径均为6mm，旋压轮和工具头材质为Cr...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳凯，陶杰，王建华，郭训忠，王辉，袁奇炜，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32