一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法技术

本发明专利技术提供一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，属于有色金属制备的技术领域，本发明专利技术针对目前对于武器装备、承压壳体构件轻量化的要求，综合考虑铝合金轻质价廉、钛合金高强价格昂贵的问题，通过真空热压制作板坯，通过电流辅助冲压引伸和强力错距旋压的方法制备钛铝层状复合管。制备过程中具有材料利用率高，钛、铝在冲压及旋压过程中通过局部微区电流加热发生协调塑性变形，避免板材晶粒粗化长大，钛/铝界面发生冶金结合，管材成形良好。此制备方法工艺先进，是十分理想的制备高性能层状复合管的方法。性能层状复合管的方法。性能层状复合管的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法


[0001]本专利技术属于有色金属制备的
，具体公开了一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法。

技术介绍

[0002]有色金属材料具有轻质、高强的特点，在航空航天、水下装备以及汽车制造等领域有着广泛的应用。但在一些特殊领域，单一金属材料已经不能满足轻量化、高强度的需求，层状复合材料兼具了组元材料的双重特性，是未来材料的发展方向。
[0003]铝合金由于具有轻质、高强和价格低廉的优势，在石油化工、水下装备、压力容器等领域有着广泛应用，随着产品对承压能力的提高，单一铝合金材料已经不能满足使用要求。相比与铝合金，钛合金具有更高的强度以及耐腐蚀性能，但钛合金的密度高于铝合金，并且价格昂贵，将铝合金和钛合金进行复合，制备成钛铝层状复合承压壳体，可兼具轻质及更高的承压能力，同时壳体的耐腐蚀性能也得到提升。
[0004]但由于铝合金和钛合金在物理、化学性能等方面的差异，两者在旋压加工管节的过程中难以协调塑形变形，产生层界面分离，铝合金发生变形而钛合金不发生变形，或者由于材料堆积，在冲压旋压坯料过程中由于钛合金塑形变形差而产生撕裂，无法进行管节的旋压成形。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，采用真空热压方法使钛合金和铝合金进行复合，获得冶金结合的界面多层复合板，经过多次引伸制备出旋压用管坯，通过高频脉冲电流辅助强力错距旋压方法旋压成形多层交替排列的钛铝层状复合管，最终可实现制备轻质、高承压能力以及强耐腐蚀的层状复合材料壳体。
[0006]本专利技术提供一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，包括下述步骤；
[0007]S1，制备钛铝层状复合板
[0008]①
将铝合金板和钛合金板进行组坯，组装坯料形式包括铝/钛/铝和钛/铝/钛两种形式；
[0009]②
将组装好的钛铝层合板坯置于真空热压炉内，进行真空热压，热压工艺为压力100MPa，热压温度595
±
5℃，真空度10
‑2Pa以下，保温时间2h后随炉冷却，当炉温将至100℃以下时，打开真空热压炉，取出真空热压得到的钛铝层状复合板；
[0010]S2，制备钛铝层状复合管坯
[0011]①
依据高频脉冲电流辅助冲压引伸装置中凹模环形定位槽的尺寸，将钛铝层状复合板加工成圆板；
[0012]②
将圆形钛铝层状复合板放置在凹模的环形定位槽中，开启高频脉冲电流辅助冲压引伸装置的压力系统，使冲压模具的凸模与钛铝层状复合板接触，开启高频脉冲电流，使高频脉冲电源、凸模、凹模和钛铝层状复合板之间形成电流回路，对钛铝层状复合板进行高
频脉冲电流辅助冲压引伸成形，冲压速度2mm/min，冲压温度490
±
10℃；
[0013]③
冲压完成后关闭高频脉冲电源和压力系统，退出凸模，取出冲压成形的钛铝层状复合旋压管坯；
[0014]S3，制备钛铝层状复合管
[0015]将钛铝层状复合管坯置于高频脉冲电流辅助旋压机的芯轴上，开启芯轴和旋轮，使旋轮与钛铝层状复合管坯接触，开启高频脉冲电源，使高频脉冲电源、旋轮、钛铝层状复合管坯和芯轴之间形成电流回路，对钛铝层状复合管坯进行多道次的高频脉冲电流辅助旋压，芯轴转速150r/min，进给比为1:1，单道次减薄量低于10％，旋压温度为480
±
20℃，最终实现减薄量达到70％，制成钛铝层状复合管。
[0016]步骤S1中，采用10wt.％的NaOH溶液清洗铝合金板表面，采用5vol.％的HF溶液清洗钛合金板表面，去除表面的杂质，烘干后进行组坯。
[0017]步骤S2中，采用电火花加工将钛铝层状复合板加工成圆板。
[0018]上述钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，还包括S4，机械加工
[0019]对高频脉冲电流辅助旋压得到的钛铝层状复合管采用车削的方法进行端面加工，加工到预定尺寸。
[0020]步骤S1中，真空热压炉包括炉腔、第一液压缸、第一进油管、第一回油管、第一液压油箱、第一液压泵、压头、上压块、下垫块、出气阀、电阻丝、真空管、真空泵、水冷管、进水管、出水管、水箱、水泵和第一控制柜；第一液压缸安装在炉腔的顶部，进油口通过第一进油管与第一液压泵的出油口连接，回油口通过第一回油管与第一液压油箱连接，活塞穿过炉腔的顶部与压头连接；第一液压泵的进油口与第一液压油箱连接；下垫块设置在炉腔内，钛铝层合板坯置于下垫块上，上压块置于钛铝层合板坯上，压头压紧上压块；出气阀贯穿炉腔的炉壁；电阻丝安装在炉腔的内壁上真空管的进气口穿过炉腔的炉壁，出气口与真空泵连接；水冷管围绕炉腔设置，进水口通过进水管与水泵的出水口连接，出水口通过出水管与水箱连接，水泵的进水口与水箱连接；第一控制柜通过第一控制线a和第一控制线b控制第一液压缸、电阻丝、真空泵、水泵。
[0021]步骤S2中，高频脉冲电流辅助冲压引伸装置包括上支撑架、工作台、支柱、滑动定位架、第二液压缸、第二进油管、第二回油管、第二液压油箱、第二液压泵、绝缘垫板、导电垫板、导电垫板连接线、高频脉冲电源、凸模、热电偶、下支撑架、绝缘环、凹模、凹模连接线和第二控制柜；上支撑架位于工作台的上方；多根支柱穿过上支撑架和工作台将上支撑架和工作台连成一体；滑动定位架滑动套设在多根支柱上，位于上支撑架和工作台之间；第二液压缸安装在上支撑架的顶部，进油口通过第二进油管与第二液压泵的出油口连接，回油口通过第二回油管与第二液压油箱连接，活塞穿过上支撑架与滑动定位架连接；第二液压泵的进油口与第二液压油箱连接；绝缘垫板安装在滑动定位架的底面；导电垫板安装在绝缘垫板的底面，通过导电垫板连接线与高频脉冲电源连接；凸模安装在导电垫板的底面；热电偶安装在凸模中，与导电垫板连接；下支撑架安装在工作台上，开设有通孔；绝缘环安装在通孔内；凹模安装在绝缘环内，通过凹模连接线与高频脉冲电源连接；第二控制柜通过第二控制线a和第二控制线b控制第二液压缸、高频脉冲电源；圆形钛铝层状复合板置于凹模的环形定位槽中。
[0022]步骤S3中，高频脉冲电流辅助旋压机包括箱体、芯轴、芯轴固定机构、芯轴驱动机
构、高频脉冲电源、顶紧轴、绝缘套、第三液压缸、第三液压泵、第三液压油箱、第一旋轮、第二旋轮、第三旋轮和第三控制柜；芯轴固定机构安装在箱体内；芯轴驱动机构安装在箱体外；芯轴横向设置在箱体内，输入端通过芯轴固定机构与芯轴驱动机构连接，由芯轴驱动机构驱动旋转，芯轴通过芯轴连接线与高频脉冲电源连接；顶紧轴横向设置在箱体内，与芯轴等高，输入端穿过箱体与第三液压缸连接，输出端套设有绝缘套，由第三液压缸驱动横向伸缩；第三液压缸的进油口通过第三进油管与第三液压泵的出油口连接，回油口通过第三回油管与第三液压油箱连接；第三液压泵的进油口与第三液压油箱连接；第一旋轮、第二旋轮、第三旋轮均转动安装在箱体内，且均可沿芯轴轴向移动，第一旋轮、第二旋轮位于芯轴的下方，第三旋轮位于芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，其特征在于，包括下述步骤；S1，制备钛铝层状复合板
①
将铝合金板和钛合金板进行组坯，组装坯料形式包括铝/钛/铝和钛/铝/钛两种形式；
②
将组装好的钛铝层合板坯置于真空热压炉内，进行真空热压，热压工艺为压力100MPa，热压温度595
±
5℃，真空度10
‑2Pa以下，保温时间2h后随炉冷却，当炉温将至100℃以下时，打开真空热压炉，取出真空热压得到的钛铝层状复合板；S2，制备钛铝层状复合管坯
①
依据高频脉冲电流辅助冲压引伸装置中凹模环形定位槽的尺寸，将钛铝层状复合板加工成圆板；
②
将圆形钛铝层状复合板放置在凹模的环形定位槽中，开启高频脉冲电流辅助冲压引伸装置的压力系统，使冲压模具的凸模与钛铝层状复合板接触，开启高频脉冲电流，使高频脉冲电源、凸模、凹模和钛铝层状复合板之间形成电流回路，对钛铝层状复合板进行高频脉冲电流辅助冲压引伸成形，冲压速度2mm/min，冲压温度490
±
10℃；
③
冲压完成后关闭高频脉冲电源和压力系统，退出凸模，取出冲压成形的钛铝层状复合旋压管坯；S3，制备钛铝层状复合管将钛铝层状复合管坯置于高频脉冲电流辅助旋压机的芯轴上，开启芯轴和旋轮，使旋轮与钛铝层状复合管坯接触，开启高频脉冲电源，使高频脉冲电源、旋轮、钛铝层状复合管坯和芯轴之间形成电流回路，对钛铝层状复合管坯进行多道次的高频脉冲电流辅助旋压，芯轴转速150r/min，进给比为1:1，单道次减薄量低于10％，旋压温度为480
±
20℃，最终实现减薄量达到70％，制成钛铝层状复合管。2.根据权利要求1所述的钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，其特征在于，步骤S1中，采用10wt.％的NaOH溶液清洗铝合金板表面，采用5vol.％的HF溶液清洗钛合金板表面，去除表面的杂质，烘干后进行组坯。3.根据权利要求2所述的钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，其特征在于，步骤S2中，采用电火花加工将钛铝层状复合板加工成圆板。4.根据权利要求3所述的钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，其特征在于，还包括S4，机械加工对高频脉冲电流辅助旋压得到的钛铝层状复合管采用车削的方法进行端面加工，加工到预定尺寸。5.根据权利要求1所述的钛铝层状复合管高频脉冲电流辅助成形方法，其特征在于，步骤S1中，真空热压炉包括炉腔、第一液压缸、第一进油管、第一回油管、第一液压油箱、第一液压泵、压头、上压块、下垫块、出气阀、电阻丝、真空管、真空泵、水冷管、进水管、出水管、水箱、水泵和第一控制柜；第一液压缸安装在炉腔的顶部，进油口通过第一进油管与第一液压泵的出油口连接，回油口通过第一回油管与第一液压油箱连接，活塞穿过炉腔的顶部与压头连接；第一液压泵的进油口与第一液压油箱连接；下垫块设置在炉腔内，钛铝层合板坯置于下垫块上，上压块置于钛铝层合板坯上，压头
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪胜，杨洋洋，李鑫田，聂慧慧，王文先，刘瑞峰，韩东亨，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：