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鈦及鈦合金的壓力加工

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時間:2024-10-18 | 瀏覽:111次 ]


鈦及鈦合金的壓力加工與碳鋼、不銹鋼、常用有色金屬有所不同,主要由以下特性決定。

① 屈服強度較高,所需變形力較大。

② 屈強比大,允許的塑性變形范圍很窄。所以鈦設(shè)備一般不適用冷態(tài)沖壓加工,而需用熱成形或冷沖壓熱校形工藝。

③ 屈服極限與彈性模量之比值大,冷壓加工時彈性回彈大。

④延伸率和斷面收縮率較低,對冷態(tài)變形不利。

① 軋制板材一般具有各向異性,彎曲變形受軋制方向影響,通常是垂直于軋制方向曲比平行于軋制方向彎曲性能好。

② 對變形速度敏感。

③ 對切口及表面缺陷的敏感性高。

④ 與其他金屬的黏沾能力強、摩擦因數(shù)大,壓制成形時易被劃傷和產(chǎn)生黏沾等現(xiàn)象。

⑤ 有冷加工硬化傾向。

加熱成形時具有高塑性,但在高溫下易與空氣中的(氧、氮、氫)起反應(yīng),使鈦材被污染而力學(xué)性能降低。

(一)彎曲成形

彎曲是塑性和彈性變形相結(jié)合的加工工藝,是制造鈦制設(shè)備最常見的成形方式。在彎曲過程中,鈦材內(nèi)側(cè)受壓,外側(cè)受拉,邊緣應(yīng)力最大,中間應(yīng)力為零。從而一部分產(chǎn)生塑性變形,一部分產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)被彎的工件卸載后,會發(fā)生彈性回彈。彈性回彈使工件的體積、角度、半徑都發(fā)生變化,這種變化的差值叫回彈量?;貜椓恳话阋越嵌葋肀硎??;貜椓繉ぜ澢庸ぞ扔泻艽笥绊懀詫ぜ澢冃螘r,要考慮回彈量。

工件彎曲時,影響彈性回彈量的因素很多,也相當(dāng)復(fù)雜,與材料的力學(xué)特性、材料的厚度S(或直徑D)、變形程度(彎曲半徑r與材料厚度S比值)、彎曲工件的形狀(單角彎曲或多角彎曲)、彎曲方法(自由彎曲或模子沖彎)、彎曲條件(溫度、速度)等諸多因素有關(guān)。

目前,鈦的彈性回彈量的計算尚未有準(zhǔn)確的公式,只能依靠經(jīng)驗(或試驗)的方法確定。從試驗數(shù)值來看,鈦的彎曲回彈量比不銹鋼高出1~2倍,一般回彈角為 15°左右。在加熱到300℃以上可消除純鈦的回彈;500℃以上可消除鈦合金板的回彈。

1.鈦管材彎曲

鈦及鈦合金管材彎曲,可用加工不銹鋼管的彎管機來實現(xiàn)。鈦管材的彎曲角度一般可以大于 90°,但必須滿足最小彎曲半徑的要求。

鈦管材彎曲時內(nèi)側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力,外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力,在這些應(yīng)力作用下管子彎曲截面會變?yōu)闄E圓形;外側(cè)管壁減薄,內(nèi)側(cè)管壁增厚;有時會出現(xiàn)波浪度。管子截面變形大小與相對彎曲半徑(管子中心處彎曲半徑與管子外徑之比)及相對厚度值(管子壁厚與管子外徑之比有關(guān)),相對彎曲半徑及相對厚度值愈小,變形愈劇烈,極限情況下外壁破裂或內(nèi)壁失穩(wěn)起皺。

2.鈦管冷彎

鐵管冷彎需滿足最小彎曲半徑的要求,且鈦管直徑小于50mm。冷彎后最好進(jìn)行消應(yīng)力退火處理。冷彎分無芯冷彎和有芯冷彎兩種。對于有芯冷彎,也可采用填料代替芯軸,填料裝人管內(nèi)必須夯實封牢,使其不易竄動,起到阻止變形的目的。填料的種有石英砂、低熔點合金、樹脂、橡膠、液體等。

1. 鈦管熱彎

當(dāng)彎曲半徑較小,管子直徑大于50mm且彎曲角度較大、厚壁管材或由于管件規(guī)格尺寸、材質(zhì)等原因,冷彎難以獲得優(yōu)質(zhì)彎頭時,應(yīng)采取熱彎。熱彎時加熱應(yīng)緩慢均勻熱透,管件彎制后表面應(yīng)作檢測。采用中頻感應(yīng)加熱和火焰加熱彎管是一種加熱、彎曲、冷卻連續(xù)進(jìn)行的彎管過程。由于管子被加熱環(huán)帶很窄,兩側(cè)溫度低、剛性大、限制了截面變形和褶皺的產(chǎn)生,故管件內(nèi)部無需支撐。此類彎曲需在專門設(shè)備上進(jìn)行。彎曲過程按受力分為拉彎和推彎。

加熱溫度一般為177~350℃(鈦合金可加熱到427℃),此時屈服強度可降低25%~50%,塑性也好,回彈角很小,且氣體污染也小。當(dāng)需彎曲更大的管,要求大大降低變形阻力時,純鈦加熱溫度可達(dá)500~650℃,鈦合金可達(dá)550~750℃,此時屈服強度可降低70%~80%。但表面必須涂保護涂層,加熱爐保持微氧化氣氛,加熱時間要短。

當(dāng)管壁較薄,彎曲半徑較小并且彎曲度較大,管內(nèi)必須灌砂充實后再進(jìn)行彎曲,以防止管子被壓扁或折皺。

2. 其他彎曲方法

對較小的彎頭,截面變形嚴(yán)重,管壁減薄量大,常用型模壓制、型模擠彎法和芯棒推擠法。

1型模壓制彎頭

先將坯料按圖備料,分兩次熱壓完成,即在垂直平面內(nèi)彎曲和在水平平面內(nèi)矯形

2型模擠彎法

管坯在擠壓力作用下強制沿彎曲孔道變形而成。管子受擠壓彎曲,從而改善了管件外壁厚減薄量及橢圓度。

3采用芯棒推擠法

管坯邊加熱邊向前移動,從牛角芯棒處擠出,由于手推力及芯棒阻力的作用,使管坯產(chǎn)生周向擴張和軸向彎曲變形,將小直徑管坯擠推成大直徑彎頭,管坯內(nèi)側(cè)壁外側(cè)加熱溫度高,內(nèi)側(cè)金屬向兩側(cè)移動,部分金屬重新分布,故只要選擇合適的管坯,就能得到管壁厚度均勻一致的彎頭。

總之,對于鈦管材彎曲,生產(chǎn)中常用的彎曲方法有

用壓力機冷壓或熱壓,適用于相對彎曲半徑大于10的情況。

在型模用壓力機冷擠壓,適用于相對彎曲半徑大于1的情況。

在卷板機或型鋼彎曲機上,用帶槽滾輪滾彎,適用于相對彎曲半徑大于10的情況,特別是螺旋管。

用彎管機彎曲,冷彎適用于相對彎曲半徑大于2,熱彎充砂適用于相對彎曲半徑大于4 的情況。

專用推擠機帶芯棒熱擠,可用于相對彎曲半徑大于1的情況。

5.卷制成形

制作圓筒、半圓筒、錐體等鈦制設(shè)備零件時,一般在卷板機上進(jìn)行冷態(tài)彎曲變形。常用的卷板機可分為三輥卷板機和四輥卷板機兩類。

卷板前必須將滾筒打磨光滑,并清洗干凈。由于鈦板的回彈大,因此卷板前應(yīng)將兩端在模具上先預(yù)彎后再卷板,另外對于曲率半徑小的鈦復(fù)合板制簡體,為預(yù)防復(fù)合剝離,在卷板時一次壓下量不宜過大,應(yīng)采取少壓多滾的原則另一方面在滾圓時不停留在未復(fù)合部位,以免引起松動面積的擴大和復(fù)合層的剝落。

1鈦板卷板

對于鈦及鈦合金板材,為了使彎曲板材表面產(chǎn)生的變形量ε小于等于2.5%按板厚與筒體直徑之間的允許比例R=0.5S/ε,則簡體的直徑不應(yīng)小于40~50S。當(dāng)筒體的直徑小于上述數(shù)值時,要求彎曲后進(jìn)行消應(yīng)力退火。若鈦板較厚,卷板曲率半徑(r/S)較小,并且板材上有焊縫時,要盡可能加熱成形,以免產(chǎn)生裂紋和較大的回彈量。加熱溫度與彎管的加熱溫度相同。

2-鋼復(fù)合板卷板

鈦鋼復(fù)合板卷板時由于鈦與鋼的強度不一致,會導(dǎo)致中性層偏移。一般偏向鋼側(cè),這樣卷出的簡節(jié)直徑偏大。因此其簡節(jié)展開長要短一點。其與采用的卷板機形式也有關(guān)。

為預(yù)防復(fù)層剝離,在卷板時一次壓下量不宜過大。在滾圓時,焊縫邊緣附近要盡可能少滾,同時不允許停留在未貼合的部位,以免引起不貼合面積的擴大。


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