一种钛复合板封头的制造方法.pdf

本发明涉及一种金属材料加工工艺制造方法，特别是一种钛复合板封头的制造方法，该制造方法包括：模具设计：计算上模压头直径，下模拉环出口直径，上、下模间的间隙，下模拉环圆角；拼接复合板；超声检测；模具打磨清理；坯料前期处理；加热：采用天然气炉加热；冲压成形：成形工艺采用三次成形；旋压成形；切割坡口；酸洗处理；打磨；渗透探伤检测；封头堆叠。本发明方法，冲压过程稳定，变形均匀、顺畅，确定的热加工制度可行，工艺参数合理，工件尺寸控制较好，金属流线分布合理，性能稳定。

1.  一种钛复合板封头的制造方法，包括：
(1)、模具设计：上模压头直径D₁，下模拉环出口直径D₂，上、下模间的间隙Z，下模拉环圆角R按照如下公式确定：
上模压头直径D₁＝Do(1+ε％)，数值取整，单位：mm。上模材料：铸钢；
下模拉环出口直径D₂＝D₁+2Z，数值取整，单位：mm。下模材料：内模铸铁，外模铸钢；
Z＝1.06t，单位：mm；
R＝(2.5～3.5)t，单位：mm；
式中：Do为封头理论直径，单位：mm；
ε为封头直径的平均收缩量，取0.6～0.8％；
t为坯料板厚，实际数值取整，单位：mm；
(2)、拼接复合板：将所需钛复合板进行拼接，拼接板材作为成形钛复合板封头的坯料，拼接板材须在焊缝上进行点焊贴条，贴条应比焊缝留空宽度窄3～4mm，将焊缝复层完全焊完；
(3)、超声检测：钛复合板经过100％的超声检测；
(4)、模具打磨清理：压制前对模具进行打磨清理；
(5)、坯料前期处理：坯料边部打磨清理，去除周边火焰切割时产生的氧化以及周边毛刺；坯料冲压前将表面边部进行削斜处理，斜削角度为4～5°，边部最大削去厚度为坯料厚度的11％；加热前需要将钛复合板坯料表面清理干净，并涂覆硼硅酸盐润滑剂，硼硅酸盐润滑剂的双面涂覆量为：120～220g/m²，涂覆时硼硅酸盐润滑剂温度为6～22℃；
(6)、加热：采用天然气炉加热，在炉内垫放不锈钢板，经过第一次冷预成形的坯料在炉内温度350～400℃时进炉，然后将炉内升温速度控制在150～180 ℃/小时，升温至600～880℃，坯料在炉内保温时间为沿厚度方向1.5～2.8min/mm，终压温度控制在600～700℃；
(7)、冲压成形：成形工艺采用三次成形，第一次冷预成形，坯料在常温状态下进行冲压，压制封头成形总高度的60～62％，然后将经过第一次冷预成形的坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到600～880℃，进行第二次热预成形，压制封头成形总高度的73～75％，然后再将坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到650～750℃，进行第三次热终成形，确保终压温度保持在600～700℃，压制封头成形总高度的100％；
(8)、旋压成形：针对封头园角和直边的形成，使封头温度维护在100～500℃的状态下进行旋压作业，用3～6台排枪喷火器对封头进行等间隔加热保温，确保钛复合板温度始终在100～500℃安全范围内；
(9)、切割坡口：选用等离子切割形式进行坡口加工，切割坡口前对封头按形面进行校准，再定切割高度，切割坡口前封头内壁涂抹石灰水，防止切割飞溅粘在钛复合板上，切割坡口后，对坡口进行打磨光亮，去除一切切割残渣；
(10)、酸洗处理：将成型封头进行酸洗，去除表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物，将盐酸液均匀涂满封头外表面，盐酸浓度：7～19％，酸洗时间：15～30分钟，再使用大量清水进行冲洗，在表面形成一层钝化膜；
(11)、打磨：封头上的划伤及其他缺陷，进行打磨处理；
(12)、渗透探伤检测：对封头缺陷检测，检验合格产品并入库；
(13)、封头堆叠：钛复合板封头之间必须使用瓦楞纸对各个封头之间进行隔垫，防止运输途中的颠簸造成封头的二次划伤。

一种钛复合板封头的制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料加工工艺制造方法，特别是一种钛复合板封头的制造方法。
背景技术
钛复合板是一种优良的工程结构材料，随着其用量的逐年扩大，在各种工程结构和设备的加工制造中的应用越来越多。由于钛复合板的屈服强度与抗拉强度接近，屈服极限与弹性模量的比值大，冷成形时存在塑性变形差，易开裂，且回弹力大，热成形温度范围窄、容易吸收有害气体等缺点，使其成形加工比较困难，若方法不当或工艺不合理，往往造成工件无法满足技术要求，成形较为困难，极容易造成成形时撕裂等问题，造成报废。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，从而提供一种钛复合板封头的制造方法，冲压过程稳定，变形均匀、顺畅，确定的热加工制度可行，工艺参数合理，工件尺寸控制较好，金属流线分布合理，性能稳定。
按照本发明提供的技术方案，一种钛复合板封头的制造方法，包括：
(1)、模具设计：模具设计时，对成形过程和产品尺寸影响较大的因素主要是：上模压头直径D₁，下模拉环出口直径D₂，上、下模间的间隙Z，下模拉环圆角R的选用；
上模：冲压后的封头在冷却过程中，金属收缩，使得封头直径减小。因此，上模设计时，应适当加大上模压头直径的尺寸。上模压头直径D₁＝Do(1+ε％)，式中：Do为封头理论直径，ε为封头直径的平均收缩量，取0.6～0.8％。上模材料：铸钢；
下模：主要考虑下模拉环出口直径D₂和下模拉环圆角R，它们是保证成形顺利进行的关键尺寸。下模拉环出口直径D₂-D₁+2Z，Z为上、下模间的间隙。Z值的确定取决于坯料的公称厚度、坯料厚度的正公差以及成形后封头上部的增厚量等因素。Z和R值的大小对成形质量的关系重大。Z，R过小，将使成形时的径向拉伸力增大，拉伸成形困难，并使工件的减薄量增加，严重时，造成工件撕裂。过大的Z，R，易引起起皱。设计时，Z＝1.06t，R＝(2.5～3.5)t，t为坯料板厚。下模材料：内模铸铁，外模铸钢；
(2)、拼接复合板：将所需钛复合板进行拼接，拼接板材作为成形钛复合板封头的坯料，拼接板材须在焊缝上进行点焊贴条，贴条应比焊缝留空宽度窄3～4mm，将焊缝复层完全焊完；
(3)、超声检测：钛复合板经过100％的超声检测；
(4)、模具打磨清理：压制前对模具进行打磨清理；
(5)、坯料前期处理：坯料边部打磨清理，去除周边火焰切割时产生的氧化以及周边毛刺；坯料冲压前将表面边部进行削斜处理，斜削角度为4～5°，边部最大削去厚度为坯料厚度的11％；加热前需要将钛复合板坯料表面清理干净，并涂覆硼硅酸盐润滑剂，硼硅酸盐润滑剂的双面涂覆量为：120～220g/m²，涂覆时硼硅酸盐润滑剂温度为6～22℃；
(6)、加热：采用天然气炉加热，在炉内垫放不锈钢板，经过第一次冷预成形的坯料在炉内温度350～400℃时进炉，然后将炉内升温速度控制在150～180℃/小时，升温至600～880℃，坯料在炉内保温时间为沿厚度方向1.5～2.8min/mm，终压温度控制在600～700℃；
(7)、冲压成形：成形工艺采用三次成形，第一次冷预成形，坯料在常温状态下进行冲压，压制封头成形总高度的60～62％，然后将经过第一次冷预成形的 坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到600～880℃，进行第二次热预成形，压制封头成形总高度的73～75％，然后再将坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到650～750℃，进行第三次热终成形，确保终压温度保持在600～700℃，压制封头成形总高度的100％；
(8)、旋压成形：针对封头园角和直边的形成，使封头温度维护在100～500℃的状态下进行旋压作业，用3～6台排枪喷火器对封头进行等间隔加热保温，确保钛复合板温度始终在100～500℃安全范围内；
(9)、切割坡口：选用等离子切割形式进行坡口加工，切割坡口前对封头按形面进行校准，再定切割高度，切割坡口前封头内壁涂抹石灰水，防止切割飞溅粘在钛复合板上，切割坡口后，对坡口进行打磨光亮，去除一切切割残渣；
(10)、酸洗处理：将成型封头进行酸洗，去除表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物，将盐酸液均匀涂满封头外表面，盐酸浓度：7～19％，酸洗时间：15～30分钟，再使用大量清水进行冲洗，在表面形成一层钝化膜；
(11)、打磨：封头上的划伤及其他缺陷，进行打磨处理；
(12)、渗透探伤检测：对封头缺陷检测，检验合格产品并入库；
(13)、封头堆叠：钛复合板封头之间必须使用瓦楞纸对各个封头之间进行隔垫，防止运输途中的颠簸造成封头的二次划伤。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种钛复合板封头的制造方法，冲压过程稳定，变形均匀、顺畅，确定的热加工制度可行，工艺参数合理，工件尺寸控制较好，金属流线分布合理，性能稳定；工件内径与模具压头直径一致，在冲压时工件与模具的贴合性好，工件冲压后的收缩小；工件成形后的最大减薄处出现在工件底部，并沿底部向上端的方向逐渐变小，在距工件上端边缘约100mm处开始增厚，其最大减薄率为9.30％，满足CD130-87《钛制设备技术条件》 中减薄率≤15％的要求。
附图说明
图1是钛复合板封头产品示意图。
图2是钛复合板封头成形示意图。
图2中：1.上模，2.钛复合板坯料，3.下模。模具装配在专用的液压机上，由上模、下模组成，成形时加热好的钛复合板圆形坯料放入下模上部凹腔内，上模下行挤压坯料成形为封头毛坯。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明应用于￠1700/50mm规格的TA1/Q345R钛复合板封头，具体实施方式如下：
(1)、模具设计：封头直径1700mm，壁厚50mm，根据技术方案的公式计算上模压头直径D₁取1710mm，下模拉环出口直径D₂取1816mm，上、下模间的间隙Z取53mm，下模拉环圆角R取125mm；
(2)、拼接复合板：将所需钛复合板进行拼接，拼接板材作为成形钛复合板封头的坯料，拼接板材须在焊缝上进行点焊贴条，贴条应比焊缝留空宽度窄3mm，将焊缝复层完全焊完；
(3)、超声检测：钛复合板经过100％的超声检测；
(4)、模具打磨清理：压制前对模具进行打磨清理；
(5)、坯料前期处理：坯料边部打磨清理，去除周边火焰切割时产生的氧化以及周边毛刺；坯料冲压前将表面边部进行削斜处理，斜削角度为4°，边部最大削去厚度为5.5mm；加热前需要将钛复合板坯料表面清理干净，并涂覆润滑剂， 涂覆的润滑剂为北京天力创玻璃科技开发有限公司生产的硼硅酸盐润滑剂，硼硅酸盐润滑剂的双面涂覆量为：120g/m²，涂覆时硼硅酸盐润滑剂温度为6℃；
(6)、加热：采用天然气炉加热，天然气加热炉型号6000×5600×2500mm，生产厂家南京正光炉业有限责任公司。在炉内垫放不锈钢板，经过第一次冷预成形的坯料在炉内温度350℃时进炉，然后将炉内升温速度控制在150℃/小时，升温至600℃，坯料在炉内保温时间为75min，终压温度控制在600℃；
(7)、冲压成形：冲压设备为四柱式液压机，型号：1300T，生产厂家江苏中威重工机械有限公司。采用三次成形，第一次冷预成形，坯料在常温状态下进行冲压，压制封头成形总高度的60％，然后将经过第一次冷预成形的坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到600℃，进行第二次热预成形，压制封头成形总高度的73％，然后再将坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到650℃，进行第三次热终成形，确保终压温度保持在600℃，压制封头成形总高度的100％；
(8)、旋压成形：针对封头园角和直边的形成，使封头温度维护在100℃的状态下进行旋压作业，用3台排枪喷火器对封头进行等间隔加热保温，确保钛复合板温度始终在100℃；
(9)、切割坡口：选用等离子切割形式进行坡口加工，切割坡口前对封头按形面进行校准，再定切割高度，切割坡口前封头内壁涂抹石灰水，防止切割飞溅粘在钛复合板上，切割坡口后，对坡口进行打磨光亮，去除一切切割残渣；
(10)、酸洗处理：将成型封头进行酸洗，去除表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物，将盐酸液均匀涂满封头外表面，盐酸浓度：7％，酸洗时间：15分钟，再使用大量清水进行冲洗，在表面形成一层钝化膜；
(11)、打磨：封头上的划伤及其他缺陷，进行打磨处理；
(12)、渗透探伤检测：对封头缺陷检测，检验合格产品并入库；
(13)、封头堆叠：钛复合板封头之间必须使用瓦楞纸对各个封头之间进行隔垫，防止运输途中的颠簸造成封头的二次划伤。
对成形完成的￠1700/50mm规格的TA1/Q345R钛复合板球形封头的外形尺寸和壁厚进行了测量，结果见下表：
尺寸检验和壁厚测量结果表

本发明方法，冲压过程稳定，变形均匀、顺畅，确定的热加工制度可行，工艺参数合理，工件尺寸控制较好，金属流线分布合理，性能稳定；工件内径与模具压头直径一致，在冲压时工件与模具的贴合性好，工件冲压后的收缩小；工件成形后的最大减薄处出现在工件底部，并沿底部向上端的方向逐渐变小，在距工件上端边缘约100mm处开始增厚，其最大减薄率为9.30％，满足CD130-87《钛制设备技术条件》中减薄率≤15％的要求。
实施例2
本发明应用于￠2414/50mm规格的TA1/Q345R钛复合板封头，具体实施方式如下：
(1)、模具设计：封头直径2414mm，壁厚50mm，根据技术方案的公式计算上模压头直径D₁取2433mm，下模拉环出口直径D₂取2539mm，上、下模间的间隙Z取53mm，下模拉环圆角R取175mm；
(2)、拼接复合板：将所需钛复合板进行拼接，拼接板材作为成形钛复合板 封头的坯料，拼接板材须在焊缝上进行点焊贴条，贴条应比焊缝留空宽度窄4mm，将焊缝复层完全焊完；
(3)、超声检测：钛复合板经过100％的超声检测；
(4)、模具打磨清理：压制前对模具进行打磨清理；
(5)、坯料前期处理：坯料边部打磨清理，去除周边火焰切割时产生的氧化以及周边毛刺；坯料冲压前将表面边部进行削斜处理，斜削角度为5°，边部最大削去厚度为5.5mm；加热前需要将钛复合板坯料表面清理干净，并涂覆润滑剂，涂覆的润滑剂为北京天力创玻璃科技开发有限公司生产的硼硅酸盐润滑剂，硼硅酸盐润滑剂的双面涂覆量为：220g/m²，涂覆时硼硅酸盐润滑剂温度为22℃；
(6)、加热：采用天然气炉加热，天然气加热炉型号6000×5600×2500mm，生产厂家南京正光炉业有限责任公司。在炉内垫放不锈钢板，经过第一次冷预成形的坯料在炉内温度400℃时进炉，然后将炉内升温速度控制在180℃/小时，升温至880℃，坯料在炉内保温时间为沿厚度方向140min，终压温度控制在700℃；
(7)、冲压成形：冲压设备为四柱式液压机，型号：1300T，生产厂家江苏中威重工机械有限公司。采用三次成形，第一次冷预成形，坯料在常温状态下进行冲压，压制封头成形总高度的62％，然后将经过第一次冷预成形的坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到880℃，进行第二次热预成形，压制封头成形总高度的75％，然后再将坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到750℃，进行第三次热终成形，确保终压温度保持在700℃，压制封头成形总高度的100％；
(8)、旋压成形：针对封头园角和直边的形成，使封头温度维护在500℃的状态下进行旋压作业，用6台排枪喷火器对封头进行等间隔加热保温，确保钛复合板温度始终在500℃；
(9)、切割坡口：选用等离子切割形式进行坡口加工，切割坡口前对封头按形面进行校准，再定切割高度，切割坡口前封头内壁涂抹石灰水，防止切割飞溅粘在钛复合板上，切割坡口后，对坡口进行打磨光亮，去除一切切割残渣；
(10)、酸洗处理：将成型封头进行酸洗，去除表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物，将盐酸液均匀涂满封头外表面，盐酸浓度：19％，酸洗时间：30分钟，再使用大量清水进行冲洗，在表面形成一层钝化膜；
(11)、打磨：封头上的划伤及其他缺陷，进行打磨处理；
(12)、渗透探伤检测：对封头缺陷检测，检验合格产品并入库；
(13)、封头堆叠：钛复合板封头之间必须使用瓦楞纸对各个封头之间进行隔垫，防止运输途中的颠簸造成封头的二次划伤。
实施例3
本发明应用于￠2800/50mm规格的TA1/Q345R钛复合板封头，具体实施方式如下：
(1)、模具设计：封头直径2800mm，壁厚50mm，根据技术方案的公式计算上模压头直径D₁取2820mm，下模拉环出口直径D₂取2926mm，上、下模间的间隙Z取53mm，下模拉环圆角R取150mm；
(2)、拼接复合板：将所需钛复合板进行拼接，拼接板材作为成形钛复合板封头的坯料，拼接板材须在焊缝上进行点焊贴条，贴条应比焊缝留空宽度窄3.5mm，将焊缝复层完全焊完；
(3)、超声检测：钛复合板经过100％的超声检测；
(4)、模具打磨清理：压制前对模具进行打磨清理；
(5)、坯料前期处理：坯料边部打磨清理，去除周边火焰切割时产生的氧化以及周边毛刺；坯料冲压前将表面边部进行削斜处理，斜削角度为4.5°，边部 最大削去厚度为5.5mm；加热前需要将钛复合板坯料表面清理干净，并涂覆润滑剂，涂覆的润滑剂为北京天力创玻璃科技开发有限公司生产的硼硅酸盐润滑剂，硼硅酸盐润滑剂的双面涂覆量为：170g/m²，涂覆时硼硅酸盐润滑剂温度为15℃；
(6)、加热：采用天然气炉加热，天然气加热炉型号6000×5600×2500mm，生产厂家南京正光炉业有限责任公司。在炉内垫放不锈钢板，经过第一次冷预成形的坯料在炉内温度380℃时进炉，然后将炉内升温速度控制在160℃/小时，升温至750℃，坯料在炉内保温时间为100min，终压温度控制在650℃；
(7)、冲压成形：冲压设备为四柱式液压机，型号：1300T，生产厂家江苏中威重工机械有限公司。采用三次成形，第一次冷预成形，坯料在常温状态下进行冲压，压制封头成形总高度的61％，然后将经过第一次冷预成形的坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到750℃，进行第二次热预成形，压制封头成形总高度的74％，然后再将坯料送入炉内加热，加热到坯料温度达到700℃，进行第三次热终成形，确保终压温度保持在650℃，压制封头成形总高度的100％；
(8)、旋压成形：针对封头园角和直边的形成，使封头温度维护在300℃的状态下进行旋压作业，用4台排枪喷火器对封头进行等间隔加热保温，确保钛复合板温度始终在300℃；
(9)、切割坡口：选用等离子切割形式进行坡口加工，切割坡口前对封头按形面进行校准，再定切割高度，切割坡口前封头内壁涂抹石灰水，防止切割飞溅粘在钛复合板上，切割坡口后，对坡口进行打磨光亮，去除一切切割残渣；
(10)、酸洗处理：将成型封头进行酸洗，去除表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物，将盐酸液均匀涂满封头外表面，盐酸浓度：15％，酸洗时间：25分钟，再使用大量清水进行冲洗，在表面形成一层钝化膜；
(11)、打磨：封头上的划伤及其他缺陷，进行打磨处理；
(12)、渗透探伤检测：对封头缺陷检测，检验合格产品并入库；
(13)、封头堆叠：钛复合板封头之间必须使用瓦楞纸对各个封头之间进行隔垫，防止运输途中的颠簸造成封头的二次划伤。