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电流辅助钛合金波纹管成形及质量控制

曹凤超  
【摘要】:波形膨胀节具有位移补偿、减振降噪和密封的功能,是现代工业中生产设备和管道的关键部件之一,其中波纹管是组成膨胀节的基本元件。钛合金由于具有耐蚀、耐热性能优异和比强度高等特点而逐渐被应用于制造波纹管,但钛合金冷成形性能差,属于难变形材料,而且回弹严重。采用传统的液压成形、滚压成形、旋压成形等冷成形方法制造波纹管时废品率高,设备复杂,成本高。超塑成形波纹管属于热成形波纹管工艺,采用这种方法成形出的波纹管尺寸精确且不存在残余应力,但生产周期长,能耗较大。钛及钛合金的电阻率高、导热系数低,所以本课题采用电流辅助的方法成形钛波纹管,将大电流、低电压作用于管材,可以在很短的时间将钛管加热到成形温度,降低了能耗,然后再利用气胀与轴向加载成形钛波纹管,成形周期短,效率高。 本文首先采用注凝成型工艺制备成形波纹管所用石英陶瓷模具。为了制得高固相率、表面质量良好、致密度高的陶瓷模具,实验着重对比分析了不同成分和制备方法制得的陶瓷模具,确定了料浆热固化时间为90min,注模振动的时间为25min,料浆真空除气处理时间为25min,通过料浆注模后适当的补料改善模具表面质量。 为了确定成形波纹管的电流参数,在550A、600A、650A和700A四个电流下进行电流辅助胀形实验,通过对比胀形高度和胀形气压大小,确定通电电流650A,电流密度8.09A/mm~2作为波纹管成形的电流参数。利用有限元模拟软件Marc模拟波纹管成形,对比分析不同参数下波纹管贴模充满和壁厚分布情况,初步确定初波胀形气压1.5MPa,初波胀形时间150s,充满阶段气压2.5MPa和充满阶段保压时间200s。 成形单波波纹管和双波波纹管并优化工艺参数,最终确定成形波纹管的各参数为:通电电流650A,电流密度8.09A/mm~2,用于轴向加载的气泵气压0.1MPa,初波气压1.0MPa,胀形时间250s,充满气压2.0MPa,保压时间400s。成形出的波纹管壁厚分布均匀,波峰处减薄率为25%;组织变化情况为:变形量最大的波峰处和成形时温度最高的波谷处晶粒长大明显。


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