阅读说明：本技术 钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置与方法 (Variable-path continuous extrusion rolling forming device and method for titanium alloy tube blank ) 是由 常辉 于辉 孙中刚 陈小龙 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置与方法,包括沿着水平方向依次设置的套筒组件、桶形轧辊组和轧辊组以及顶头顶杆。桶形轧辊组具有成等角度布置的圆桶形轧辊；圆桶形轧辊的截面的直径,从圆桶形轧辊的中间到两边呈渐变的趋势；轧辊组具有成等角度布置的多个圆柱形轧辊。顶头用以对钛合金管坯进行穿管扩径,并经桶形轧辊组对钛合金管坯进行挤压,完成挤压扩径；轧辊组与顶杆配合,对挤压扩径后的钛合金管坯进行轧制缩径。本发明通过挤压扩径和连轧缩径相结合的反复变路径加载,实现钛合金管坯的变形储能的逐渐累积,为动态再结晶提供更多形核位点,促进细化晶粒,提高综合性能。(The invention provides a titanium alloy pipe blank variable-path continuous extrusion forming device and method. The barrel-shaped roller group is provided with barrel-shaped rollers which are arranged at equal angles; the diameter of the section of the cylindrical roller gradually changes from the middle to two sides of the cylindrical roller; the roll stack has a plurality of cylindrical rolls arranged at equal angles. The top is used for penetrating and expanding the titanium alloy tube blank, and extruding the titanium alloy tube blank through the barrel-shaped roller assembly to complete extrusion and expansion; and the roll group is matched with the ejector rod to roll and reduce the diameter of the extruded and expanded titanium alloy tube blank. The invention realizes the gradual accumulation of deformation energy storage of the titanium alloy tube blank by repeated variable path loading combining extrusion expanding and continuous rolling reducing, provides more nucleation sites for dynamic recrystallization, promotes the refinement of crystal grains and improves the comprehensive performance.)

钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置与方法

技术领域

本发明涉及钛合金高效短流程成型工艺技术领域，具体而言涉及一种钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置与方法。

背景技术

钛合金凭借比强度高、耐腐蚀、耐高温、抗蠕变、可加工等特性正取代传统钢制材料，受到广泛关注和研究应用，如飞机制造业中常常将飞机结构件中钛合金所占比例作为衡量一个国家飞机生产制造水平的重要依据。

对钛合金无缝管材的制备工艺上，传统的制造工艺流程主要有两种，分为钻孔挤压和斜轧穿孔。钻孔挤压工艺需要将锻造的钛合金铸坯钻孔后在较大吨位的挤压机上挤压，衔接管材轧制以制备成不同规格的管材。斜轧穿孔工艺需将锻造的钛合金铸坯穿孔，再通过管材轧制以制备成相应的管材。

虽然钛合金管材制备工艺已基本成熟，但是钛合金管材的生产难度较大、设备复杂、流程繁琐冗长、成品率低，而且各阶段具有比较大的物料损失和无形损耗，这些因素都导致钛合金管材生产制造过程中很低的时间、经济成本利用率，严重限制了钛合金管材在国防军工、海洋、航空相关领域的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种可降低钛合金管材制备加工成本和加工周期，并且通过变路径的大变形形变以改善管材的微观组织结构和宏观力学性能的钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置与挤轧方法。

根据本发明的第一方面目的的钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置，包括沿着水平方向依次设置的套筒组件、桶形轧辊组和轧辊组；

所述套筒组件、桶形轧辊组和轧辊组共中心轴地布置；

所述套筒组件的纵长方向的内腔构成钛合金管坯通过的第一通道；

所述桶形轧辊组和轧辊组的中心轴线位置设置有顶头顶杆，所述顶头顶杆具有朝向套筒组件的顶头和从顶头向轧辊组方向延伸的顶杆；

所述桶形轧辊组具有成等角度布置的圆桶形轧辊，多个圆桶形轧辊的中心位置构成允许钛合金管坯通过的第二通道，所述顶头位于第二通道内；所述圆桶形轧辊的截面的直径，从圆桶形轧辊的中间到两边呈渐变的趋势；

所述轧辊组具有成等角度布置的多个圆柱形轧辊，多个圆桶形轧辊的中心位置构成允许钛合金管坯通过的第三通道；

其中，所述第一通道、第二通道与第三通形成的连续路径构成钛合金管坯的挤轧路径；

所述顶头，被设置成用以对从第一通道进入第二通道的钛合金管坯进行穿管扩径，并经桶形轧辊组对钛合金管坯进行挤压，完成挤压扩径；

所述轧辊组，被设置成与所述顶杆配合，对从第二通道进入第三通道的挤压扩径后的钛合金管坯进行轧制缩径。

优选地，所述顶头至少部分地越过圆桶形轧辊的最大直径位置，使得从套筒组件传送的钛合金管坯在经过穿管扩径后，先脱离顶头，再脱离桶形轧辊组。

优选地，所述钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置还包括液压组件，设置在第一通道的入口位置，用于将钛合金管坯推向第三通道。

优选地，所述钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置还包括第一电机，所述第一电机用于驱动所述桶形轧辊组的圆桶形轧辊转动。

优选地，所述第一电机的输出端通过齿轮传动驱动套筒组件转动，所述套筒组件与转盘固定连接，所述圆桶形轧辊的两端通过轧辊轴安装到两个转盘上。

优选地，所述钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置还包括第二电机，被设置用于驱动所述轧辊组的圆柱形轧辊转动。

根据本发明的第二方面目的的钛合金管坯变路径连续挤轧成型方法，包括以下步骤：

通过液压组件推动钛合金管坯从第一通道进入第二通道；

在所述第二通道内，通过顶头与桶形轧辊组配合进行挤压扩径，在钛合金管坯的截面形成变截面环状孔形I；

通过液压组件推动钛合金管坯从而通道进入第三通道，其中钛合金管坯先脱离顶头再脱离桶形轧辊组；

在所述第三通道内，通过轧辊组与顶杆的配合对挤压扩径后的钛合金管坯进行轧制缩径，形成变截面环形孔形II

由以上本发明的技术方案可见，与现有技术相比，本发明显著的有益效果在于：

(1)通过挤压扩径和连轧缩径相结合的反复变路径加载，实现钛合金管坯的变形储能的逐渐累积，为动态再结晶提供更多形核位点，促进细化晶粒，提高产品综合性能，实现“成形”和“成性”的良好协调；

(2)大幅削减冗余加工所占比例，降低钛合金管材制备加工成本和周期；

(3)降低设备生产制造成本，大幅减少物料损失和损耗，保质/保量、成形/成性良好协调的前提下实现高效短流程的钛合金管材制备，提高经济效益。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的

具体实施方式

的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置的结构示意图。

图2是本发明的钛合金管坯变路径连续挤轧成型过程的原理示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1、2所示，根据本发明的示例性实施例的钛合金管坯变路径连续挤轧成型成形装置，旨在实现对钛合金管材的高效短流程短成型，以大幅降低钛合金管材制备加工成本和加工周期，同时通过变路径大变形形变来大大改善管材的微观组织结构和宏观力学性能，实现保质/保量、成形/成性与低成本短流程制备的协调。

如图1所示的钛合金管坯变路径连续挤轧成型成形装置包括沿着水平方向依次设置的套筒组件10、桶形轧辊组20和轧辊组30。套筒组件10、桶形轧辊组20和轧辊组30三者共中心轴地布置，以保证在挤压扩径和轧制缩径过程中的钛合金管坯的同心度和一致性。

附图1-2中，以标记100表示钛合金管坯。

桶形轧辊组20和轧辊组30的中心轴线位置设置有顶头顶杆40，顶头顶杆40具有朝向套筒组件的顶头41和从顶头向轧辊组方向延伸的顶杆42。可选地，通常截面直径大于顶杆42的截面直径。

顶头顶杆40优选地采用高硬度的合金材料制备。顶头41与顶杆42可以采用一体成型，或者二者之间采用可拆卸的方式固定在一起。

结合图2，套筒组件10的纵长方向的内腔构成钛合金管坯通过的第一通道。如图1，第一通道的入口位置还设置液压组件11，例如液压缸组件，通过推杆，将钛合金管坯从第一通道推向第三通道。

桶形轧辊组20具有成等角度布置的圆桶形轧辊21，多个圆桶形轧辊的中心位置构成允许钛合金管坯通过的第二通道，如图2，顶头41位于第二通道内。

结合图1所示，圆桶形轧辊21的两端分别设置有转盘23，圆桶形轧辊21通过轧辊轴22安装到两个转盘23之间。

在可选的实施例中，桶形轧辊组20由一第一电机50驱动。例如，第一电机50通过减速机51进行扭矩输出，减速机51的输出端通过锥齿轮组件52连接到套筒组件10上，通过齿轮传动驱动套筒组件10转动，套筒组件与转盘23连接，从而驱动桶形轧辊组的转动。

其中的转盘22通过轴承与装置的机架连接。

如图1、2所示的示例中桶形轧辊组20包括3个圆桶形轧辊，采用相同的结构设计，其截面的直径，从圆桶形轧辊的中间到两边呈渐变的趋势。

在另外的实施例中，桶形轧辊组20还可以设计成具有更多适合的圆桶形轧辊。

如此，在进行挤压扩径过程中，第一电机通过减速器输出转矩，并通过锥齿轮连接将转矩传递给转盘，转盘带动桶形轧辊组同步转动，桶形轧辊组在变形阻力下可沿轧辊轴自由转动。

结合图示，轧辊组30具有成等角度布置的多个圆柱形轧辊31，多个圆桶形轧辊31的中心位置构成允许钛合金管坯通过的第三通道。

结合图1、2，第一通道、第二通道与第三通形成的连续路径构成钛合金管坯的挤轧路径。

顶头41，被设置成用以对从第一通道进入第二通道的钛合金管坯进行穿管扩径，并经桶形轧辊组对钛合金管坯进行挤压，完成挤压扩径；轧辊组30成与顶杆42配合，对从第二通道进入第三通道的挤压扩径后的钛合金管坯进行轧制缩径。

优选地，顶头41至少部分地越过圆桶形轧辊的最大直径位置，使得从套筒组件传送的钛合金管坯在经过穿管扩径后，先脱离顶头，再脱离桶形轧辊组。

如图1，优选地，钛合金管坯变路径连续挤轧成型装置还包括第二电机32，被设置用于驱动轧辊组的圆柱形轧辊转动。

如此，从套筒组件的入口一侧将钛合金管坯100置于套筒组件内部，在液压驱动下推动钛合金管坯向右端运动，由桶形轧辊与顶头配合形成的变截面环形孔形I。在桶形轧辊组和顶头的共同作用下实现连铸管坯的大变形连续挤压扩径。

继续推动向右端运动后，经变截面环形孔形I滚压扩径后的钛合金管坯100先脱离顶头41，后脱离桶形轧辊组42，来实现连铸管坯9挤压扩径后的定径。然后，在进行轧制缩径过程中，驱动轧辊组30转动，经挤压扩径的钛合金管坯100在液压驱动推动下进入轧辊组与顶杆配合形成的变截面环形孔形II，在轧辊组与顶杆的共同作用下实现钛合金管坯100的啮合咬入，来实现二次变路径轧制缩径。

由此，通过连续的挤压扩径和连轧缩径相结合的反复变路径加载，实现钛合金管坯的变形储能的逐渐累积，为动态再结晶提供更多形核位点，促进细化晶粒，提高产品综合性能，实现“成形”和“成性”的协调，降低钛合金管材制备加工成本和周期，实现短流程和高效的钛合金管材的制备。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。