含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形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层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置及方法，包括钛管毛坯、钛管毛坯固定装置、加工刀具组、自阻加热工装和旋压成形装置。自阻加热工装包括高频低压电源、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；高频低压电源正极通过导线与碳刷架总成相接，负极与旋压轮的接线柱相连，高频低压电源、钛管毛坯、旋压轮、尾顶、导线和碳刷架总成构成电流回路。本发明专利技术制备的含钛层状复合管经过热力耦合旋压，内外管界面结合强度大，不会产生开裂现象。

Device and method for thermomechanical coupling synchronous forming of titanium containing laminated composite pipes by self incremental spinning

The invention provides a kind of titanium layered composite tube self incremental spinning thermal coupling synchronous forming device and method, including titanium tube blank, titanium tube blank fixing device, machining tool set, self resistance heating tooling and spinning forming device. The self resistance heating tooling consists of high frequency and low voltage power supply, carbon brush assembly, carbon brush rod, magnetic fixing frame and wire. One end of the carbon brush rod is in interference with the carbon brush frame through insulation treatment, the other end is fixed by the screw with the magnetic fixer, the magnetic fixing frame is fixed with the moving top, and the high frequency and low voltage power source is on the positive pole. The lead wire is connected with the carbon brush frame, and the negative pole is connected with the junction column of the spinning wheel. The high frequency and low voltage power supply, the titanium tube blank, the spinning wheel, the tail top, the wire and the carbon brush frame constitute the current circuit. The titanium layered composite pipe prepared by the invention is thermomechanical coupled spinning, and the interface strength between the inner and outer tubes is large, and the cracking phenomenon does not occur.

【技术实现步骤摘要】
含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置及方法
本专利技术涉及复合管制备
，具体是一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置及方法。
技术介绍
金属管道在石油、天热气运输、航空航天、建筑行业、能源化工等行业有着广泛的应用；由于使用环境恶劣，单金属管在使用过程中会出现腐蚀、鼓包、破裂等现象，需要经常更换新管道来维持正常工作，导致了资源的大量浪费和存在潜在安全隐患。复合管的出现可以很好的解决上述问题，也提高了金属资源的使用率；钛有着强度高、热强度高、耐腐蚀性能好、低温性能好等优点，钛管毛坯热减薄旋压作为外管可以得到良好的抗压和抗冲击效果，接触腐蚀介质的内衬管可以根据不同的需要选择合适的材质管坯旋压；此专利技术方法既提高了管道的使用条件，也降低了金属材料的使用量。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置及方法，本专利技术制备的含钛层状复合管经过热力耦合旋压，内外管界面结合强度大，不会产生开裂现象。本专利技术提供了一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置，包括钛管毛坯、钛管毛坯固定装置、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。所述的钛管毛坯为凹形结构，钛管毛坯的凸口与尾顶连接并跟随尾顶旋转，钛管毛坯外面涂抹高温润滑剂，钛管毛坯外缘处设有加工刀具组。所述的加工刀具组包括旋压轮和砂轮。所述的钛管毛坯固定装置包括三爪卡盘、芯模和内衬管，芯模的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端套有内衬管，内衬管伸入凹形钛管毛坯凹口中。所述的自阻加热工装包括高频低压电源、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；高频低压电源正极通过导线与碳刷架总成相接，负极与旋压轮的接线柱相连，高频低压电源、钛管毛坯、旋压轮、尾顶、导线和碳刷架总成构成电流回路。所述的尾顶通过螺栓固定在转动顶尖上，尾顶和转动顶尖之间通过3mm耐高温绝缘材料隔开；所述的旋压轮与加工刀具组其余结构之间通过2mm耐高温绝缘材料隔开。所述的耐高温绝缘材料为高铝型硅酸铝纤维纸。所述的高频低压电源输出电流大小为0-800A，电压大小为0-15V。所述的高温润滑剂为37二硫化钼润滑剂。本专利技术还提供了一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形方法，包括以下步骤：1）制备芯模：根据金属内衬管的内径尺寸，设计出相同直径尺寸的芯模。2）内衬管坯的旋压：根据需要选择合适金属材质的一端封底的内衬管坯，在芯模表面和内衬管的内壁涂油润滑剂，设定道次减薄率、主轴转速和进给率，对内衬管进行减薄旋压至1-1.5mm。3）安装外管：选择一端封底的钛管毛坯套在内衬管的末端，钛管毛坯内径比内衬管外径大0.05-0.1mm。4）安装自阻加热工装：高频低压电源、钛管、旋压轮、尾顶、导线和碳刷架总成构成电流回路；自阻加热旋压属于局部自阻电加热旋压，旋压轮与钛管接触的地方温度较高，温度沿半径方向锐减，温度梯度变化较大。5）外管坯旋压:在钛管毛坯外面涂抹高温润滑剂，接通回路电流，旋压轮同步加热减薄旋压；主轴的转速为80-90r/min，旋压轮进给率1-1.5mm/r；第一道次减薄的电流大小为600A,剩余道次减薄旋压的电流为700A；钛管旋压温度保持在550-600摄氏度；钛管的每道次减薄率为8%-15%，将钛管减薄至2-2.5mm。6）复合管后处理：待复合管温度降到室温时，在加工刀具组上安装砂轮对复合管表面进行修整、脱模、用线切割机床切除复合管的头部和末端，获得含钛层状复合管。本专利技术有益效果在于：1、本专利技术制备的含钛层状复合管经过热力耦合旋压，内外管界面结合强度大，不会产生开裂现象。2、内衬管可依据不同的需要选择合适的材质管坯旋压得到不同类型的复合管，此方法使用范围广，适合批量生产。3、本专利技术制备的复合管内外层为均为金属管材，有着良好的抗冲击、抗压和抗拉能力，伸长率高，热膨胀系数低，具有良好的机械性能。4、本专利技术制备复合管的方法操作简单，在同一台数控旋压机床上可以制备得到不同材质和尺寸的含钛层状复合管，降低了复合管的生产成本。附图说明图1为内衬管减薄旋压示意图。图2为基于自阻加热的钛管热力耦合同步旋压成形示意图。图3为碳刷架总成结构示意图。图4含钛层状复合管截面示意图。图中标号说明：1-芯模，2-内衬管，3-尾顶，4-旋压轮，5-钛管毛坯，6-耐高温绝缘材料，7-螺栓，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-高频低压电源，15-接线柱，16-三爪卡盘，17-碳刷。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层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置，结构如图2所示，包括钛管毛坯5、钛管毛坯固定装置、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3，其中尾顶3和转动顶尖8通过螺栓7固定。所述的钛管毛坯5为凹形结构，钛管毛坯5的凸口与尾顶连接并跟随尾顶旋转，钛管毛坯5外面涂抹高温润滑剂，钛管毛坯5外缘处设有加工刀具组，截面示意图如图4所示。所述的加工刀具组包括旋压轮和砂轮。所述的钛管毛坯固定装置包括三爪卡盘16、芯模1和内衬管2，芯模1的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端套有内衬管2，内衬管2伸入凹形钛管毛坯5凹口中。所述的自阻加热工装包括高频低压电源14、碳刷架总成12、碳刷杆11、磁性固定架10、导线13。碳刷架总成12如图3所示，底部连接有碳刷17。碳刷架总成12上的碳刷17与尾顶3在圆周方向上的滑动接触。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；高频低压电源14正极通过导线13与碳刷架总成12相接，负极与旋压轮4的接线柱15相连，高频低压电源14、钛管毛坯5、旋压轮4、尾顶3、导线13和碳刷架总成12构成电流回路。所述的尾顶3通过螺栓7固定在转动顶尖8上，尾顶3和转动顶尖8之间通过3mm耐高温绝缘材料6隔开；所述的旋压轮与加工刀具组其余结构之间通过2mm耐高温绝缘材料隔开。所述的耐高温绝缘材料为高铝型硅酸铝纤维纸。所述的高频低压电源输出电流大小为0-800A，电压大小为0-15V。所述的高温润滑剂为37二硫化钼润滑剂。本专利技术还提供了一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形方法，包括以下步骤：1）制备芯模：根据金属内衬管的内径尺寸，设计出相同直径尺寸的芯模。2）内衬管坯的旋压：根据需要选择合适金属材质的一端封底的内衬管坯，在芯模表面和内衬管的内壁涂油润滑剂，设定道次减薄率、主轴转速和进给率，对内衬管进行减薄旋压至1-1.5mm，如图1所示。3）安装外管：选择一端封底的钛管毛坯套在内衬管的末端，钛管毛坯内径比内衬管外径大0.05-0.1mm。4）安装自阻加热工装：高频低压电源、钛管、旋压轮、尾顶、导线和碳刷架总成构成电流回路；自阻加热旋压属于局部自阻电加热旋压，旋压轮与钛管接触的地方温度较高，温度沿半径方向锐减，温度梯度变化较大。5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置，其特征在于：包括钛管毛坯（5）、钛管毛坯固定装置、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（3）；所述的钛管毛坯（5）为凹形结构，钛管毛坯（5）的凸口与尾顶连接并跟随尾顶旋转，钛管毛坯（5）外面涂抹高温润滑剂，钛管毛坯（5）外缘处设有加工刀具组；所述的加工刀具组包括旋压轮和砂轮；所述的钛管毛坯固定装置包括三爪卡盘（16）、芯模（1）和内衬管（2），芯模（1）的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端套有内衬管（2），内衬管（2）伸入凹形钛管毛坯（5）凹口中；所述的自阻加热工装包括高频低压电源（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；高频低压电源（14）正极通过导线（13）与碳刷架总成（12）相接，负极与旋压轮（4）的接线柱（15）相连，高频低压电源（14）、钛管毛坯（5）、旋压轮（4）、尾顶（3）、导线（13）和碳刷架总成（12）构成电流回路。...

【技术特征摘要】
1.一种含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置，其特征在于：包括钛管毛坯（5）、钛管毛坯固定装置、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（3）；所述的钛管毛坯（5）为凹形结构，钛管毛坯（5）的凸口与尾顶连接并跟随尾顶旋转，钛管毛坯（5）外面涂抹高温润滑剂，钛管毛坯（5）外缘处设有加工刀具组；所述的加工刀具组包括旋压轮和砂轮；所述的钛管毛坯固定装置包括三爪卡盘（16）、芯模（1）和内衬管（2），芯模（1）的一端经绝缘处理安装在三爪卡盘上，另一端套有内衬管（2），内衬管（2）伸入凹形钛管毛坯（5）凹口中；所述的自阻加热工装包括高频低压电源（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；高频低压电源（14）正极通过导线（13）与碳刷架总成（12）相接，负极与旋压轮（4）的接线柱（15）相连，高频低压电源（14）、钛管毛坯（5）、旋压轮（4）、尾顶（3）、导线（13）和碳刷架总成（12）构成电流回路。2.根据权利要求1所述的含钛层状复合管自增量旋压热力耦合同步成形装置，其特征在于：所述的尾顶（3）通过螺栓（7）固定在转动顶尖（8）上，尾顶（3）和转动顶尖（8）之间通过3mm耐高温绝缘材料（6）隔开；所述的旋压轮与加工刀具组其余结构之间通过2mm耐高温绝缘材料隔开。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳凯，陶杰，王建华，王浩，郭训忠，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