一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，包括电源系统，水箱，与水箱上端连接的水箱固定板；水箱内部设置有一凸台，凸台上端设置有板料；所述的板料上端设置有成型模；所述的水箱侧部设置有抽真空装置以及加水装置；所述的水箱前后壁分别安装有电极紧固件；所述的电极紧固件内部安装有放电电极；所述的放电电极一端位于水箱内部，另一端位于水箱外部，通过桥丝在水箱内部将两个放电电极的末端连接；所述的位于水箱外部的放电电极另外两末端通过电源系统连接；本发明专利技术还公开了其制备方法，根据电液效应制备圆管显著提高板料的成形性，减少弯曲成形后圆管的回弹量。

【技术实现步骤摘要】
一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置及方法
本专利技术属于金属材料加工
，具体地是指一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置及方法。
技术介绍
随着我国航空工业的蓬勃发展以及国家大飞机项目的启动，并且随着环境保护以及能源节约意识的提高，在汽车行业，迫切需要通过使用高强度钢来替代汽车中传统的低碳钢零件来减轻汽车重量，从而减少石油消耗以及温室气体的排放。飞机制造业中使用的较多的高强度材料有钛以及钛合金。钛及钛合金具有许多优良的特性，其主要体现在如下几个方面：1)有较高的比强度，钛合金抗拉强度为686-1176Mpa，而密度仅为钢的3/5，而为铜的一半；2)钛具有较高的抗腐蚀性能，在550℃一下的空气中材料表面会形成一层致密的氧化钛薄膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质中，其耐腐蚀性优于大多数的不锈钢；3)钛具有强烈的钝化倾向，由于钛对氧有很强的亲和力，当与氧介质接触时，会很快形成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化薄膜，从而在机械磨损时能够保护基体材料；4)钛合金材料无磁性，其不受电磁场和雷雨天气的影响。同时钛及钛合金也具有线膨胀系数小等优点，因此钛合金管材主要应用在航空航天和民用飞机中的液压以及燃油管路系统中，从而替代不锈钢航空导管，有利于减轻飞机的结构重量。这将很大程度上提高飞机的飞行性能，极大促进我国飞机制造业技术的进步。但是目前为止，我国一些主要的钛材加工单位，还很难生产出符合标准的航空管材，钛管材的加工过程主要存在以下问题：1)材料加工工艺没有固化，变形量达不到要求，材料的显微组织没有得到充分细化，2)在冷加工后需要对管材进行热处理，这导致热处理后的显微组织粗大。因此需要一种材料变形量大，而且不需要对成性管材进行热处理的圆管制备方法。在汽车工业中，为了满足节能减排以及环境保护的要求，汽车结构的轻量化是汽车发展的主要趋势。在汽车轻量化的同时为提高其撞击安全性和行驶稳定性，采用先进高强度钢以及超纲强度钢来替换承力结构轴已是必然选择。先进高强度钢具有以下优良的机械性能1)具有很高的加工硬化速率；2)材料具有很高的抗拉强度，成形后构件具有很高的压溃抗力，抗撞击吸收能和高的疲劳强度；3)变形过程中相对来说具有较大的均匀伸长率以及总伸长率，因此，先进高强度钢以及超高强度钢是汽车管状承力结构件以及加强件的理想材料。但是由于高强度钢自身有较大的变形抗力，因此成形性不是很高，而且成形后零件的回弹量较传统金属材料而言稍大，因此用难变形高强度合金板材制备圆管时需要找到能够改善这两点的成形方法。高强度钢管材的制造方法多种多样，主要包括：热挤压、热轧、冷变形和多种方法的组合等方法。现有的技术中公开了一种钛合金圆管的加工方法，例如专利CN103316941A，该专利是采用挤压机将实心圆坯料或者空心圆坯料经过内外模具挤压成管的方法，该方法的优点是能够制造塑性低的钛合金，镍基合金等金属管材，缺点是由于挤压比的限制，只能制造管材的径厚比较大的薄壁管或者管坯。另外，为获得好的钛管表面质量，需要对钛合金管坯做铜包覆处理，但在高温时铜与钛会发生反应，生成金属间化合物，发生界面复合，因此铜层去除较为困难。专利CN104745868A叙述了一种薄壁钛合金管料的加工工艺。该工艺的步骤为：首先将具有一定重量比的各金属材料投放到熔炼炉中在高温下铸造成直径为100-120mm的圆杆，然后对其进行多次的正火与回火处理，紧接着用挤压机将圆杆送入模腔中，经过模具的钻孔挤压成薄壁圆管，最后将钻孔挤压出模后的薄壁圆管进行淬火处理，冷却后得到薄壁钛合金管。此种工艺的优点为可以得到任何径壁比的管材，但是工艺中热处理工序较为繁琐，而且热处理过程中温度的控制较为严格，成形后的管材显微组织较大。专利CN104498849A叙述了一种662钛合金管材的制备工艺。这种工艺是一种多种方法组合工艺，首先进行铸件的制备，接着进行棒坯的锻造，然后对得到的锻造棒坯进行外径的车削与内径的深镗加工，然后用清洗液对坯料进行清洗，并且用钢板对内径进行包套，用铜带对外径进行包套，随后进行热挤压、矫直、表面处理、成品热处理工序，最后对内孔进行精镗加工得到所需的内径圆管。此圆管加工工艺的缺点是加工工艺过于繁琐，并且对有包套的内径进行热挤压后，钢材很难从内径中取出，而且在薄壁圆管取出包套材料的过程中有可能会破坏圆管的形状。因此，开发一种新的高强度圆管制备方法，解决现有圆管制备工艺中的变形量达不到要求问题、高强度管材成形过程中需加热所带来高昂的设备费用问题以及加热处理所带来成形后圆管材料的显微组织过大的问题，同时需要解决一些不能用加热方法来制备圆管的高强度双相钢材料等问题。同时需要改善圆管制备中存在过于繁琐的工艺问题。国内外的一些研究发现，高速成形的方法能够在不对成形板料进行加热的条件下明显提高高强度钢的成形性以及减少变形后的回弹量，如卢文的硕士论文中的研究结论得出高速成形能够明显提高难成形的高强度金属DP590和B280VK的成形性;李奋强的博士论文中得出的结论是TC4钛合金板材在高速率成形条件下成形性也有明显提高。当处于平面应变状态时，其成形性能比准静态条件下提高了73.65%,而当板料处于双向拉伸条件下时，成形性比准静态条件下提高了24.37%；SergeyF.Golovashchenko对双相钢DP500、DP590、DP780、DP980在电液高速成形条件下的成形性作了研究，研究结果表明，材料的成形性能也有显著提高，在双向受拉的应力状态下，成形性比准静态条件下最大提高97.7%，处于平面应变状态下，成形性能最高提升了190.3%。詹艺红研究了Ti6554在不同应变速率下应力应变规律，其应力与应变关系如图1所示，图表显示随着应变速率的提高，钛合金最大应变量显著增加，也即钛合金成形性提高。上述数据以及图表说明高应变速率能够显著提高钛合金以及其他高强度钢的成形性。高能成形或者高速成形有爆炸成形、电磁成形以及电液成形，其中电液成形的成形速度大约300m/s。综上所述，针对于现有技术中针对制备高强度圆管制备方法中存在的变形量达不到要求、工艺繁琐等问题，将电液效应运用于制备难变形高强度合金板材制备圆管的方法应运而生。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷，根据电液效应，利用与高压脉冲电源相连的电极放电，最终形成的冲击波和高速水流动压作用在难变形高强度合金板料，使板料发生弯曲变形而贴紧圆柱形的成形模。本专利技术是这样实现的：一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，包括电源系统，水箱，与水箱上端连接的水箱固定板，水箱与水箱固定板之间还连接有第二密封橡胶，起到密封的作用；所述的水箱内部设置有一凸台，凸台上端设置有板料；所述的板料上端设置有成型模，所述的成形模内部设置有成形模扭转杆，通过成形模扭转杆以实现旋转方式在相同位放电的方式来进行成形；所述的水箱侧部设置有抽真空装置以及加水装置；所述的水箱前后侧壁分别安装有电极紧固件；所述的电极紧固件内部安装有放电电极；将放电电极装置安装在水箱中的合适位置，使电极对末端有适当的距离；可通过旋转方式在相同位放电的方式来进行下次的成形，后通过多次放电，使得难变形高强度合金板料成形为所需的圆管状。所述的放电电极一端位于水箱内部，另一端位于水箱外部，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，包括电源系统，水箱（19），与水箱（19）上端连接的水箱固定板（17），其特征在于，所述的水箱（19）内部设置有一凸台，凸台上端设置有板料（31）；所述的板料（31）上端设置有成型模（22），所述的成形模（22）内部设置有成形模扭转杆（29）；所述的水箱（19）设置有抽真空装置（20）以及加水装置（15）；所述的水箱（19）前后侧壁分别安装有电极紧固件（12）；所述的电极紧固件（12）内部安装有放电电极（7）；所述的放电电极（7）一端位于水箱（19）内部，另一端位于水箱（19）外部，通过桥丝（13）在水箱内部将两个放电电极（7）的末端连接；所述的位于水箱（19）外部的放电电极（7）另外两末端通过电源系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，包括电源系统，水箱（19），与水箱（19）上端连接的水箱固定板（17），其特征在于，所述的水箱（19）内部设置有一凸台，凸台上端设置有板料（31）；所述的板料（31）上端设置有成型模（22），所述的成形模（22）内部设置有成形模扭转杆（29）；所述的水箱（19）设置有抽真空装置（20）以及加水装置（15）；所述的水箱（19）前后侧壁分别安装有电极紧固件（12）；所述的电极紧固件（12）内部安装有放电电极（7）；所述的放电电极（7）一端位于水箱（19）内部，另一端位于水箱（19）外部，通过桥丝（13）在水箱内部将两个放电电极（7）的末端连接；所述的位于水箱（19）外部的放电电极（7）另外两末端通过电源系统连接。2.根据权利要求1所述的用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，其特征在于，所述的电源系统依次连接有整流器（2）、电容器（3）、安全保护系统（5）、电子触发器（6）以及充电开关（1）。3.根据权利要求1所述的用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，其特征在于，所述的放电电极（7）与电极紧固件（12）之间还设置有绝缘套筒（8），并通过绝缘材料固定件（10）固定；所述的绝缘套筒（8）以及电极紧固件（12）在水箱（15）的外围还套有电极压盖（9）。4.根据权利要求1所述的用难变形高强度合金板材制备圆管的装置，其特征在于，所述的桥丝（13）为铜丝或铝丝。5.根据权利要求1所述的用难变形高强度合...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤泽军，杜浩，陶克梅，江双双，
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