一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法
2023-05-29 03:30:11 1
一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法
【專利摘要】本發明公開了一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，該方法為：一、清洗去除有色金屬管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向有色金屬管坯的外表面塗抹潤滑劑；二、選擇模具，將塗抹潤滑劑的有色金屬管坯置於模具模腔內；三、採用三通液壓機對置於模具內的有色金屬管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；四、對半成品三通進行熱處理；五、對熱處理後的半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件；六、對成型件進行消應力熱處理；七、切除成型件的支管堵頭，然後進行坡口加工，最後噴砂處理，得到成品三通。本發明的方法有效防止了有色金屬三通在製造過程中的氧化，降低或消除了成形過程中的殘餘應力及加工硬化問題，顯著提高了產品成品率。
【專利說明】一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於有色金屬三通成型【技術領域】，具體涉及一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法。
【背景技術】
[0002]三通管件為管路中不可缺少的元件之一，在石化、電力、機械、船舶、海洋等領域被廣泛使用，且需求越來越多，尤其是海洋工程裝備產業被作為國家重點規劃產業，對有色金屬三通應用起到快速推動作用。
[0003]三通管件冷成型工藝主要應用在不鏽鋼、碳鋼等材料，有色金屬很少採用。直接採用不鏽鋼等黑色金屬材料傳統冷成型工藝，成品率僅為45%?60%，成本非常高，嚴重限制有色金屬的應用。
[0004]傳統有色金屬成形工藝有主要為熱壓成形方法。熱壓成形的三通管不僅需要兩到三次的壓包工序，還包括後續的拉拔工序，中間成形過程要進行多次的加熱跟半水冷輔助工序。往往得到的三通管件成形精度不高，表面氧化皮厚，對坯料厚度要求留較多的加工餘量，原材料浪費嚴重，生產成本高，工序繁雜，工人勞動強度大，效率低，支管長度低，產品受力極不均勻，嚴重影響產品在苛刻環境下的使用，難以達到現代生產對「精、淨、省」的要求。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法。該方法有效防止了有色金屬三通在製造過程中的氧化，降低或消除了成形過程中的殘餘應力及加工硬化問題，顯著提高了產品成品率(97%以上)。該方法採用兩次液壓脹形成型，並在兩次成型後均進行熱處理，克服了材料短時間內劇烈形變產生的內部位錯增生、位錯纏結和晶格畸變而導致冷作硬化的現象，防止很小外載荷條件下的失穩開裂，成型極限顯著提高，且可有效防止脹破現象發生，可獲得支管伸出較長的三通管。採用該方法成型的三通產品尺寸精度高，特別適用於壁薄、內高壓及腐蝕介質環境使用的有色金屬材料三通的製造及同規格三通的批量生產。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、清洗去除有色金屬管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向有色金屬管坯的外表面塗抹潤滑劑；
[0008]步驟二、根據需要成型的三通尺寸選擇模具，將步驟一中塗抹潤滑劑的有色金屬管還置於模具模腔內；
[0009]步驟三、採用三通液壓機對步驟二中置於模具內的有色金屬管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；所述成型過程中控制三通液壓機上用於緩衝需要成型的三通支管的支撐杆的位移ΔΗ= (h-a/2)/2,其中h為需要成型的三通的支管高度,單位為mm,a為有色金屬管還的外徑，單位為mm ；[0010]步驟四、對步驟三中所述半成品三通進行熱處理；
[0011]步驟五、對步驟四中熱處理後的半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件；
[0012]步驟六、對步驟五中所述成型件進行消應力熱處理；
[0013]步驟七、切除步驟六中經消應力熱處理後的成型件的支管堵頭，然後對切除支管堵頭的成型件的各埠進行坡口加工，最後對坡口加工後的成型件進行噴砂處理，得到成
品二通。
[0014]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟一中清洗去除有色金屬管坯內、外表面附著的雜質和油汙之前先對有色金屬管坯進行表面渦流檢測和超聲檢測，選擇無裂紋、夾雜和分層缺陷的管坯；步驟一中所述潤滑劑為二硫化鑰或鍛造石墨乳。
[0015]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟二中將有色金屬管坯置於模具模腔內時在有色金屬管坯外壁與模具內壁之間設置一層塑料薄膜。
[0016]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟三中所述支撐杆與支管接觸的一端向內凹陷，且向內凹陷的部分呈球形堵頭狀或橢圓形堵頭狀。
[0017]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟三中所述成型過程中對支撐杆施加向上的推力F2，所述推力F2=F1-C，其中Fl為成型過程中向下的拉應力，單位為MPa，C 為 2MPa ?I OMPa。
[0018]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟四中所述熱處理之前在半成品三通的內、夕卜表面均塗抹厚度為0.3mm?0.4mm的防氧化塗料。
[0019]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟五中重複步驟二和步驟三之前對熱處理後的半成品三通外表面進行拋光去除半成品三通外表面的防氧化塗料。
[0020]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟六中所述消應力熱處理之前在成型件的內、外表面均塗抹厚度為0.3mm?0.4mm的防氧化塗料。
[0021]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，當有色金屬管坯的材質為鎳合金時，步驟四中所述熱處理為固溶處理；當有色金屬管坯的材質為除鎳合金以外的其他有色金屬時，步驟四中所述熱處理為再結晶退火處理。
[0022]上述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，步驟七中所述噴砂處理的噴砂級別為Sa2.5級或Sa3級。
[0023]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0024]1、本發明的方法有效防止了有色金屬三通在製造過程中的氧化，降低或消除了成形過程中的殘餘應力及加工硬化問題，顯著提高了產品成品率(97%以上)。
[0025]2、本發明採用兩次液壓脹形成型，並在兩次成型後均進行熱處理，克服了材料短時間內劇烈形變產生的內部位錯增生、位錯纏結和晶格畸變而導致冷作硬化的現象，防止很小外載荷條件下的失穩開裂，成型極限顯著提高，且可有效防止脹破現象發生，可獲得支管伸出較長的三通管。
[0026]3、採用本發明的方法成型的三通產品尺寸精度高，特別適用於壁薄、內高壓及腐蝕介質環境使用的有色金屬材料三通的製造及同規格三通的批量生產。
[0027]4、採用本發明的方法製造的有色金屬三通冷成型工序少，生產效率高，生產環境好，工人勞動強度低，節省材料，材料利用率高，裝配誤差小，可靠性高，綜合成本顯著降低。
[0028]5、本發明的方法採用二次成形二次熱處理，其中第一次為再結晶退火處理(鎳合金材料進行固溶處理)，因第一次變形量最大，晶粒變形被拉長，加工硬化程度、內應力較大，需要通過再結晶退火恢復材料組織和性能，使晶粒細化成等軸晶粒，消除加工硬化和內應力，防止第二次成型過程中產生撕裂而報廢，提高最終成品率；第二次為消應力熱處理，主要為消除冷變形過程中產生的附加內應力，仍保留一定程度的冷作硬化效果，可以增加使用過程中的耐衝刷腐蝕，提高成型三通的綜合性能。
[0029]6、本發明採用液壓脹形成型，成型過程中介質與管坯內壁摩擦阻力近似為零，傳力最為均勻，能使材料在最有利的受力條件下變形，內表面光滑，金屬塑性流動紋路清晰，有利於理解和分析成形機理進行改善，使用過程中流體阻力小。
[0030]7、本發明採用端面為向內凹陷的球面的支撐杆，在三通成型過程中，支撐杆存在推力F2，且F2=F1-C，C為2MPa?lOMPa，保證成型過程緩慢進行，受力均勻，有利於顯著降低支管拉應力，防止過大塑性變形產生過大內應力開裂而使內壓洩放而無法繼續成形；最終三通成型後，機加工去除的支管堵頭可二次利用，充當封頭，材料利用率高。
[0031]8、本發明採用端面為向內凹陷的球面的支撐杆，克服了常規平面狀支撐杆中間內頂出的平蓋封頭受力狀態差和易開裂報廢的傾向。
[0032]下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明有色金屬管坯、模具與支撐杆的位置關係示意圖。
[0034]圖2為本發明半成品三通的截面示意圖。
[0035]圖3為本發明成型件的截面示意圖。
[0036]附圖標記說明:
[0037]I一有色金屬管坯；2—模具；3—支撐杆。
【具體實施方式】
[0038]實施例1
[0039]Φ48.3X2.77mm，支管高度為58.15mm的C-276鎳基合金三通的製造:
[0040]步驟一、對C-276鎳基合金管坯按照JB/T4730.6-2005進行表面渦流檢測，選擇無裂紋、夾雜等缺陷的管坯，並按照JB/T4730.3-2005進行超聲檢測，選擇無分層等內部缺陷的管坯；根據金屬體積不變原理，鋸切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向管坯的外表面塗抹潤滑劑S-O鍛造石墨乳；
[0041]步驟二、根據需要成型的三通尺寸選擇模具，將步驟一中塗抹潤滑劑的管坯置於模具模腔內，並在管坯外壁與模具內壁之間設置一層塑料薄膜；
[0042]步驟三、採用三通液壓機對步驟二中置於模具內的管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；所述成型過程中控制三通液壓機上用於緩衝需要成型的三通支管的支撐杆的位移AH=17mm;所述支撐杆與支管接觸的一端向內凹陷，且向內凹陷的部分呈球形堵頭狀；所述成型過程向下的拉應力Fl為lOOMPa，成型過程中對支撐杆施加向上的推力F2，且F2=90MPa ；
[0043]步驟四、在步驟三中所述半成品三通的內、外表面均塗抹厚度為0.3mm的防氧化塗料(JZ-403A高溫防氧化抗脫碳塗料，山東省安丘市金星化工廠)，對塗抹防氧化塗料的半成品三通進行1180°C /60min的固溶處理，然後水冷降溫至600°C以下；
[0044]步驟五、對步驟四中固溶處理後的半成品三通外表面進行拋光去除半成品三通外表面的防氧化塗料，然後對半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件；
[0045]步驟六、對步驟五中所述成型件進行550°C /30min的消應力熱處理；
[0046]步驟七、切除步驟六中經消應力熱處理後的成型件的支管堵頭，然後對切除支管堵頭的成型件的各埠進行坡口加工，主管和支管端均為外V型單邊30°，鈍邊1mm，最後對坡口加工後的成型件進行噴砂處理，去除表面防氧化塗料和可能存在的擠壓皮，噴砂級別為Sa3級，得到成品C-276鎳基合金三通。
[0047]本實施例製造的C-276鎳基合金三通內外表面光滑，成型美觀，產品成品率達97%以上，經100%PT探傷，符合JB/T4730.5-2005 I級標準；
[0048]外形尺寸:①中心到端面距離偏差為+0.3mm ；
[0049]②最小壁厚為2.57mm ；
[0050]均滿足GB/T27684-2011 要求。
[0051]本實施例製造的C-276鎳基合金三通滿足了海洋工程等領域中耐腐蝕性能要求較高的工況條件，提高了管道輸送的安全可靠性。
[0052]實施例2
[0053]Φ60.3X3.91mm，支管高度為64.15mm的R60702純鋯三通的製造:
[0054]步驟一、對R60702純鋯管坯按照JB/T4730.6-2005進行表面渦流檢測，選擇無裂紋、夾雜等缺陷的管坯，並按照JB/T4730.3-2005進行超聲檢測，選擇無分層等內部缺陷的管坯；根據金屬體積不變原理，鋸切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向管坯的外表面塗抹潤滑劑S-O鍛造石墨乳；
[0055]步驟二、根據需要成型的三通尺寸選擇模具，將步驟一中塗抹潤滑劑的管坯置於模具模腔內，並在管坯外壁與模具內壁之間設置一層塑料薄膜；
[0056]步驟三、採用三通液壓機對步驟二中置於模具內的管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；所述成型過程中控制三通液壓機上用於緩衝需要成型的三通支管的支撐杆的位移AH=17mm;所述支撐杆與支管接觸的一端向內凹陷，且向內凹陷的部分呈橢圓形堵頭狀；所述成型過程向下的拉應力Fl為90MPa，成型過程中對支撐杆施加向上的推力F2，且F2=88MPa ；
[0057]步驟四、在步驟三中所述半成品三通的內、外表面均塗抹厚度為0.4mm的防氧化塗料(KBC-12鈦合金抗氧化塗料,浙江黃巖特種塗料廠),對塗抹防氧化塗料的半成品三通進行600°C /40min的再結晶退火處理；
[0058]步驟五、對步驟四中再結晶退火處理後的半成品三通外表面進行拋光去除半成品三通外表面的防氧化塗料，然後對半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件；
[0059]步驟六、在步驟五中所述成型件的內、外表面均塗抹厚度為0.3mm的防氧化塗料(KBC-12鈦合金抗氧化塗料，浙江黃巖特種塗料廠)，然後對塗抹防氧化塗料的成型件進行450 0C /35min的消應力熱處理；
[0060]步驟七、切除步驟六中經消應力熱處理後的成型件的支管堵頭，然後對切除支管堵頭的成型件的各埠進行坡口加工，主管和支管端均為外V型單邊30°，鈍邊1mm，最後對坡口加工後的成型件進行噴砂處理，去除表面防氧化塗料和可能存在的擠壓皮，噴砂級別為Sa3級，得到成品R60702純鋯三通。
[0061]本實施例製造的R60702純鋯三通內外表面光滑，成型美觀，產品成品率達97%以上，經100%PT探傷，符合JB/T4730.5-2005 I級標準；
[0062]外形尺寸:①中心到端面距離偏差為+0.2mm ；
[0063]②最小壁厚為3.59mm ；
[0064]均滿足GB/T27684-2011 要求。
[0065]本實施例製造的R60702純鋯三通滿足了石油化工等領域中耐腐蝕性能要求較高的工況條件，提高了管道輸送的安全可靠性。
[0066]實施例3
[0067]Φ33.4X1.65mm,支管高度為38.7mm的TA2純鈦三通的製造:
[0068]步驟一、對TA2純鈦管坯按照JB/T4730.6-2005進行表面渦流檢測，選擇無裂紋、夾雜等缺陷的管坯，並按照JB/T4730.3-2005進行超聲檢測，選擇無分層等內部缺陷的管坯；根據金屬體積不變原理，鋸切割下料直管坯，去毛刺，清洗去除管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向管坯的外表面塗抹潤滑劑二硫化鑰；
[0069]步驟二、根據需要成型的三通尺寸選擇模具，將步驟一中塗抹潤滑劑的管坯置於模具模腔內，並在管坯外壁與模具內壁之間設置一層塑料薄膜；
[0070]步驟三、採用三通液壓機對步驟二中置於模具內的管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；所述成型過程中控制三通液壓機上用於緩衝需要成型的三通支管的支撐杆的位移AH=Ilmm;所述支撐杆與支管接觸的一端向內凹陷，且向內凹陷的部分呈橢圓形堵頭狀；所述成型過程向下的拉應力Fl為105MPa，成型過程中對支撐杆施加向上的推力F2，且F2=98MPa ；
[0071]步驟四、在步驟三中所述半成品三通的內、外表面均塗抹厚度為0.4mm的防氧化塗料(KBC-12鈦合金抗氧化塗料,浙江黃巖特種塗料廠),對塗抹防氧化塗料的半成品三通進行560°C /25min的再結晶退火處理；
[0072]步驟五、對步驟四中再結晶退火處理後的半成品三通外表面進行拋光去除半成品三通外表面的防氧化塗料，然後對半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件；
[0073]步驟六、在步驟五中所述成型件的內、外表面均塗抹厚度為0.4mm的防氧化塗料(KBC-12鈦合金抗氧化塗料，浙江黃巖特種塗料廠)，然後對塗抹防氧化塗料的成型件進行480 0C /15min的消應力熱處理；
[0074]步驟七、切除步驟六中經消應力熱處理後的成型件的支管堵頭，然後對切除支管堵頭的成型件的各埠進行坡口加工，主管和支管端均為外V型單邊30°，鈍邊1mm，最後對坡口加工後的成型件進行噴砂處理，去除表面防氧化塗料和可能存在的擠壓皮，噴砂級別為Sa2.5級，得到成品TA2純鈦三通。
[0075]本實施例製造的TA2純鈦三通內外表面光滑，成型美觀，產品成品率達97%以上，經100%PT探傷，符合JB/T4730.5-2005 I級標準；
[0076]外形尺寸:①中心到端面距離偏差為+0.3mm ；
[0077]②最小壁厚為1.51mm ；
[0078]均滿足GB/T27684-2011 要求。
[0079]本實施例製造的TA2純鈦三通滿足了石油化工等領域中耐腐蝕性能要求較高的工況條件，提高了管道輸送的安全可靠性。
[0080]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 步驟一、清洗去除有色金屬管坯內、外表面附著的雜質和油汙，然後向有色金屬管坯的外表面塗抹潤滑劑； 步驟二、根據需要成型的三通尺寸選擇模具，將步驟一中塗抹潤滑劑的有色金屬管坯置於模具模腔內； 步驟三、採用三通液壓機對步驟二中置於模具內的有色金屬管坯進行液壓脹形成型，得到半成品三通；所述成型過程中控制三通液壓機上用於緩衝需要成型的三通支管的支撐杆的位移ΔΗ= (h-a/2)/2,其中h為需要成型的三通的支管高度,單位為mm, a為有色金屬管還的外徑，單位為mm ； 步驟四、對步驟三中所述半成品三通進行熱處理； 步驟五、對步驟四中熱處理後的半成品三通重複步驟二和步驟三，得到成型件； 步驟六、對步驟五中所述成型件進行消應力熱處理； 步驟七、切除步驟六中經消應力熱處理後的成型件的支管堵頭，然後對切除支管堵頭的成型件的各埠進行坡口加工，最後對坡口加工後的成型件進行噴砂處理，得到成品三通。
2.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟一中清洗去除有色金屬管坯內、外表面附著的雜質和油汙之前先對有色金屬管坯進行表面渦流檢測和超聲檢測，選擇無裂紋、夾雜和分層缺陷的管坯；步驟一中所述潤滑劑為二硫化鑰或鍛造石墨乳。
3.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟二中將有色金屬管還置於模具模腔內`時在有色金屬管還外壁與模具內壁之間設置一層塑料薄膜。
4.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟三中所述支撐杆與支管接觸的一端向內凹陷，且向內凹陷的部分呈球形堵頭狀或橢圓形堵頭狀。
5.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟三中所述成型過程中對支撐杆施加向上的推力F2，所述推力F2=F1-C，其中Fl為成型過程中向下的拉應力，單位為MPa，C為2MPa~lOMPa。
6.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟四中所述熱處理之前在半成品三通的內、外表面均塗抹厚度為0.3mm~0.4mm的防氧化塗料。
7.根據權利要求6所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟五中重複步驟二和步驟三之前對熱處理後的半成品三通外表面進行拋光去除半成品三通外表面的防氧化塗料。
8.根據權利要求7所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟六中所述消應力熱處理之前在成型件的內、外表面均塗抹厚度為0.3mm~0.4mm的防氧化塗料。
9.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通的液壓脹形成型方法，其特徵在於，當有色金屬管坯的材質為鎳合金時，步驟四中所述熱處理為固溶處理；當有色金屬管坯的材質為除鎳合金以外的其他有色金屬時，步驟四中所述熱處理為再結晶退火處理。
10.根據權利要求1所述的一種有色金屬三通 的液壓脹形成型方法，其特徵在於，步驟七中所述噴砂處理的噴砂級別為Sa2.5級或Sa3級。
【文檔編號】B21D26/037GK103691795SQ201410013995
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】李寧, 葉建林, 董斌, 張 成, 郗大來, 付維軍, 孫萬倉 申請人:西安優耐特容器製造有限公司