專利名稱：外加熱金屬容器高溫超高水壓一次成形技術(shù)、方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全新的縮口容器狀金屬部件水壓一次成形技術(shù)、方法與設(shè)備。具體的，就是利用水在高溫下所產(chǎn)生的巨大的靜壓力這一技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，進行縮口容器狀金屬部件的一次成形。
成形過程中所需內(nèi)高壓來源于高溫水所產(chǎn)生的巨大壓力，成形介質(zhì)為高溫超高壓水(超臨界水)，金屬坯料是在高溫狀態(tài)下成形。
2.背景技術(shù)目前通常所說的液壓成形(內(nèi)高壓成形)是以液壓泵(水泵或油泵)為壓力來源，常溫流體(水或油)為成形介質(zhì)，以管材作坯料，通過管材內(nèi)部施加高壓液體把管坯壓入到模腔中使其成形為所需工件。具體地是將金屬毛坯放入一液壓成形組件的模腔中并用液壓泵向毛坯內(nèi)部提供高壓流體，以使毛坯向外膨脹與限定模腔表面一致。此方法的缺點及局限①成本較高，需要一高性能高壓水泵；②工作壓力相對較低，最高工作壓力通常為0.3-0.5GPa左右；③升壓較為困難，對于普通的液壓泵，若要在工作壓力范圍的基礎(chǔ)上再提升0.1GPa，技術(shù)要求很高，并且常常較為困難；④所加工的金屬部件外表面容易產(chǎn)生扇形微裂隙，因為金屬毛坯是在低溫剛性狀態(tài)下膨脹變形；⑤加工高強度金屬部件(如鈦合金等)受到限制，因是在低溫狀態(tài)下加工；⑥加工厚壁金屬材料部件受到限制，因是在低溫狀態(tài)下加工。
3.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種外加熱金屬容器高溫超高壓水壓一次成形技術(shù)、方法與設(shè)備。本發(fā)明是利用水在高溫下(超臨界流體)所產(chǎn)生的巨大靜壓力這一技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，進行縮口容器狀金屬部件的一次成形。本方法無論從壓力產(chǎn)生機理、成形介質(zhì)、成形過程中金屬所處的狀態(tài)，還是從設(shè)備構(gòu)件上都與傳統(tǒng)的液壓成形技術(shù)和設(shè)備不同，它是一種全新的技術(shù)、方法和設(shè)備。
本發(fā)明是基于水的狀態(tài)方程、水的p-V-T關(guān)系圖、以及下面兩組以水為傳壓介質(zhì)高溫超高壓熱模擬實驗結(jié)果提出的①將加滿水(約6-7滴)的外徑為48mm，內(nèi)徑為8mm，內(nèi)外徑比為1∶6的Rene41鈦鉬合金高壓釜通過錐形塞頭加以密封，然后放入由控溫儀控制的管式爐中，以外加熱的方式按預先設(shè)定好的程序逐漸升溫。當爐溫升至350℃，發(fā)現(xiàn)由釜體內(nèi)部的高溫水所產(chǎn)生的巨大內(nèi)高壓使該鈦鉬合金高壓釜體向外膨脹并爆裂一個長27mm、寬11mm的裂口(見圖1B-1)；②同樣的實驗方法，將加滿水(約8-9滴)的外徑為60mm，內(nèi)徑為8mm，內(nèi)外徑比為1∶7.5的兩個不銹鋼高壓釜體通過錐形塞頭加以密封，然后放入管式爐中，以外加熱的方式按預先設(shè)置好的程序逐漸升溫。當爐溫升至450℃和480℃時，由高壓釜內(nèi)部的高溫水所產(chǎn)生的巨大內(nèi)高壓導致兩個不銹鋼高壓釜體均向外膨脹，釜體外徑由實驗前的60mm分別膨脹變形為63.1mm和64.3mm(見圖1B-2)。此現(xiàn)象為我們利用水介質(zhì)在高溫下所產(chǎn)生巨大的靜壓力，來進行縮口容器狀金屬部件的一次成形提供了依據(jù)。
本發(fā)明的一項內(nèi)容涉及一種利用水在高溫下所產(chǎn)生的巨大靜壓力，一次成形縮口容器狀金屬部件的技術(shù)(見圖2A)。其特點為，成形過程中所需的內(nèi)高壓來源于水在高溫下所產(chǎn)生的巨大壓力。水的p-V-T關(guān)系是水的基本的物理化學性質(zhì)，水的密度隨著溫度和壓力變化而變化，當壓力增高時，流體的密度可以從水蒸氣的密度值連續(xù)地變化到液體水的密度值。在高溫，如200℃、500℃和1000℃時，要維持常溫常壓下水的密度(1g/cm3)，所需外部壓力分別要達到0.3GPa、0.8GPa、1.82GPa。換句話說，將充滿水的(或充填度為100％)封閉的金屬容器分別加熱到200℃、500℃和1000℃，容器中的高溫水將會產(chǎn)生約0.3GPa、0.8GPa、1.82GPa的壓力，并均勻作用于四周容器壁上(見圖1A)。我們正是利用水的這一特性來進行縮口容器狀金屬部件的一次成形。即將充滿水或充填一定量水的金屬容器毛坯，加以密封；然后放入爐膛為凹形、高強度耐高溫的陶瓷材料模具的電熱高溫爐中進行加熱；隨著水溫的升高，容器坯料中由高溫水所產(chǎn)生的壓力也迅速增加，當高溫水所產(chǎn)生的壓力超過容器壁所能承受的張力時，膨脹容器毛坯的壁使其變形，此時若用凹形模具加以控制，就得到各種既具有外部形態(tài)又具有內(nèi)部形態(tài)的雙形態(tài)的縮口容器狀金屬部件(見圖2A和2B)。水在高溫下能夠產(chǎn)生用于膨脹容器坯料的巨大的內(nèi)高壓可以從上述兩組高溫高壓實驗中得到印證(見圖1B-1，圖1B-2)。
本發(fā)明第二項內(nèi)容涉及一種外加熱并產(chǎn)生成形縮口容器狀金屬部件所需內(nèi)高壓的技術(shù)及組件(見圖4)。即將電熱高溫爐置于容器毛坯外部，透過容器毛坯的壁從外到內(nèi)加熱容器坯料中的工作水至高溫，使其產(chǎn)生膨脹容器坯料壁所需的內(nèi)高壓。
本技術(shù)主要由容器毛坯、外置式電熱高溫爐、工作水、密封塞頭四部分組成。
本發(fā)明的第三項內(nèi)容是外加熱金屬容器高溫超高壓水壓一次成形設(shè)備。該設(shè)備主要包括三大部分及12個基本組件(見圖4)。第一部分為加熱及成形設(shè)備包括高強度、耐高溫陶瓷材料凹形模具(1)；電熱高溫爐(2)及爐殼(3)。第二部分為金屬容器毛坯及支架包括金屬容器毛坯(8)、容器毛坯托架(5)、密封塞頭(6)、工作水(9)。第三部分為控制設(shè)備包括溫度控制設(shè)備(2，10)、模具開合控制設(shè)備(4，11)、金屬容器毛坯支架移動控制設(shè)備(7，12)。
設(shè)備特點是①高溫電熱爐與凹形陶瓷材料模具放置在一起，兩者近于一體設(shè)計，高溫爐的爐膛即為高強度、耐高溫的凹形陶瓷材料模具；②電熱高溫爐置于陶瓷模具的外面，采用外加熱的方式，透過陶瓷模具間接對置于模腔中的金屬容器毛坯中的工作水進行加熱，使其產(chǎn)生膨脹金屬坯料所需的內(nèi)高壓；③金屬容器毛坯托架可采用單列式設(shè)計，也可采用陣列式或轉(zhuǎn)盤式設(shè)計，并與模具相對應，一批次可裝卸、加工多個金屬部件；④本設(shè)備不僅可以加工薄壁、低強度的金屬材料(如銅、鋁合金等)，也可以成形厚壁、高強度金屬材料(如鈦合金、碳素鋼，以及不銹鋼等)；⑤本設(shè)備不僅可以加工如圓形、橢圓形、方形等形態(tài)簡單的縮口容器狀金屬部件，也可以成形如串珠狀等形態(tài)復雜的縮口容器狀金屬部件(見圖3)。
本發(fā)明的第四項內(nèi)容是外加熱金屬容器高溫超高壓水壓一次成形方法(見圖5A，5B，5C，5D和5E)。其步驟為1)將金屬毛坯預加工成壁厚均勻的容器狀(或筒狀)金屬坯料；2)將金屬容器毛坯中充滿水或充填一定量水的，并用錐形(或球形)塞頭加以密封。金屬材料不同、板材厚度不同、金屬板材變形程度不同，水的充填度也不同；3)將加滿水(或充填一定量水)并且密封的金屬容器毛坯置于外套高溫爐的凹形陶瓷材料模具中；4)采用外加熱的方式，程序升溫電熱高溫爐至預先設(shè)定好的溫度。隨著爐溫的升高，容器毛坯中由高溫水(超臨界水)所產(chǎn)生的壓力也迅速增加，當容器毛坯內(nèi)部高溫水(超臨界水)所產(chǎn)生的壓力超過金屬容器毛坯壁所能承受的張力時，膨脹金屬容器毛坯的壁使其變形，直至其外表面與模具內(nèi)模表面基本一致。此外，金屬毛坯開始膨脹時的溫度應接近該金屬的屈服溫度，也就是金屬坯料是在近于塑性的狀態(tài)下進行膨脹，這就要求對每一種金屬材料在成形過程中水的充填度進行計算和實驗。
5)停止加熱，當所加工的金屬部件和容器中的水降至安全溫度時，打開模具和塞頭，這樣就得到各種既具有外部形態(tài)又具有內(nèi)部形態(tài)的雙形態(tài)的縮口容器狀金屬部件。
對于縮口容器狀金屬部件，傳統(tǒng)制造工藝一般為先沖壓成形2個半片再焊接成整體構(gòu)件。與沖壓焊接工藝相比，高溫高壓液力成形的主要優(yōu)點是減輕質(zhì)量、節(jié)約材料；減少了零件和模具的數(shù)量，降低了模具費用和生產(chǎn)成本；提高了產(chǎn)品強度與剛度。
本發(fā)明與傳統(tǒng)意義上的液壓成形最大的不同有三點①壓力產(chǎn)生機理(或壓力來源)不同。傳統(tǒng)液壓成形過程中壓力來源于液壓泵中機械壓力。而本發(fā)明中的內(nèi)高壓來源于高壓容器中水本身在高溫下所產(chǎn)生的巨大靜壓力；②成形介質(zhì)不同。傳統(tǒng)液壓成形過程中的成形介質(zhì)是常溫流體(水或油)，而本發(fā)明中的成形介質(zhì)為高溫超高壓水(超臨界水)，而非傳統(tǒng)意義上的液體；③成形過程中金屬坯料所處的狀態(tài)不同。傳統(tǒng)液壓成形過程中金屬材料是在低溫剛性狀態(tài)下膨脹變形，而本發(fā)明中金屬坯料是在高溫近于塑性的狀態(tài)下膨脹變形，此特點對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響；④由此所造成的成形設(shè)備組件及加工方法也不同。
與傳統(tǒng)的液壓成形相比，本方法具有如下幾方面優(yōu)點①成本低，主要設(shè)備組件為高強度、耐高溫陶瓷材料模具和高溫爐；②使用壓力范圍非常寬，可從幾十個大氣壓，一直可連續(xù)變化到2萬個大氣壓，甚至更高；③增壓非常容易，只要電熱高溫爐將金屬容器毛坯腔體中的水加熱到200℃、500℃、1000℃，容器中由高溫水所產(chǎn)生的壓力即可達到300MPa、800MPa、1800MPa；④所加工部件壁厚和質(zhì)地均勻，因為金屬容器毛坯是在一種近于塑性狀態(tài)下膨脹，即塑性變形，因此只要條件計算和控制適當，金屬容器外壁由于膨脹所產(chǎn)生的扇形微裂隙就可避免；⑤可加工鈦合金、高強度鋼等難成形的容器狀金屬部件，因是在高溫熱狀態(tài)下成形；⑥可加工厚壁容器狀金屬部件，因是在高溫熱狀態(tài)下膨脹。
4.


圖1A 為水在高溫下所產(chǎn)生巨大壓力示意圖；將充滿水的封閉的金屬容器分別加熱到200℃、500℃和1000℃，容器中由高溫水所產(chǎn)生的內(nèi)高壓將會達到200MPa、800MPa、1800MPa。
圖1B-1 鈦、鉬合金高壓釜在350℃高溫水所產(chǎn)生的內(nèi)高壓作用下膨脹及破裂圖(A)釜體壁厚及內(nèi)外徑比(外徑48mm，內(nèi)徑8mm，內(nèi)外徑比1∶6)(B)圖1B-2 不銹鋼高壓釜在480℃高溫水所產(chǎn)生的內(nèi)高壓作用下膨脹圖(A)釜體壁厚及內(nèi)外徑比(外徑60mm，內(nèi)徑8mm，內(nèi)外徑比1∶7.5)(B)圖2A 是本發(fā)明的金屬容器高溫超高壓液壓一次成形技術(shù)示意圖；利用水在高溫下所產(chǎn)生的巨大壓力一次成形縮口容器狀金屬部件a-常溫未變形，；b-低溫初始膨脹；c-中溫中等膨脹；d-高溫完全膨脹。
圖2B 是本發(fā)明的金屬容器高溫超高壓液壓一次成形步驟示意圖；a-加水；b-密封；c-加熱；d-膨脹。
圖3 部分縮口容器狀金屬部件產(chǎn)品示意圖a-橢圓形；b-圓形；c-方形；d-串珠形。
圖4是 本發(fā)明的外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形設(shè)備及主要構(gòu)件示意圖1-高強度、耐高溫凹形陶瓷材料模具；2-外加熱電熱高溫爐；3-爐殼；5-金屬容器毛坯支架(①是本發(fā)明的陣列式金屬容器毛坯托架示意圖；②是本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤金屬容器毛坯托架示意圖)；6-密封塞頭；8-金屬容器毛坯；9-工作水；10-溫度控制設(shè)備；11-模具開合控制設(shè)備；12-容器毛坯支架移動控制設(shè)備。
圖5A外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形步驟示意圖將金屬毛坯預加工成壁厚均勻的容器狀(或筒狀)金屬坯料，然后將容器坯料空腔中加滿水(或一定量水)。
圖5B 外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形步驟示意圖用錐形塞頭將加滿水的容器狀金屬坯料開口端加以密封，并置于爐膛為高強度、耐高溫凹陶瓷材料模具的電熱高溫爐中進行加熱。圖中容器狀金屬毛坯處于低溫未變形狀態(tài)。
圖5C 外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形步驟示意圖隨著爐溫的升高，容器毛坯中由高溫水(超臨界水)所產(chǎn)生的壓力也迅速增加，當高溫水壓超過金屬容器毛坯壁所能承受的張力時，膨脹金屬容器毛坯的壁使其變形。圖中金屬毛坯處于初始膨脹狀態(tài)。
圖5D 外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形步驟示意圖隨著金屬容器坯料中工作水的溫度和壓力的進一步升高，容器毛坯的壁繼續(xù)膨脹變形，直至其外表面與凹形模具內(nèi)模表面基本一致。圖中金屬毛坯處于高溫完全膨脹狀態(tài)；圖5E 外加熱高溫高壓金屬容器液力一次成形步驟示意圖停止加熱，當容器中的水溫降至安全溫度時，打開模具和錐形塞頭，并取出所工的縮口容器狀金屬部件。
5.優(yōu)選實施例的詳細描述本方法和技術(shù)適用的領(lǐng)域非常廣，它不僅可用于汽車(摩托車)工業(yè)、機械工業(yè)、輕工業(yè)，也可用于艦船工業(yè)(尤其是潛水艇)、航空工業(yè)、宇航工業(yè)(如各類導彈彈體、飛船返回艙等)、以及兵器工業(yè)等。
本次暫以橢圓形(或圓形)縮口容器狀金屬部件為優(yōu)選實施例，具體實施方法及加工步驟如圖5A-5E中所述。
權(quán)利要求
1.一種利用水在高溫下所產(chǎn)生的巨大靜壓力，一次成形縮口容器狀金屬部件的技術(shù)。本發(fā)明是基于水的狀態(tài)方程、水的p-V-T關(guān)系圖、以及下面兩組高溫超高壓熱模擬實驗結(jié)果。其技術(shù)特點為成形過程中所需的內(nèi)高壓來源于水在高溫下所產(chǎn)生的巨大壓力。根據(jù)水的p-V-T關(guān)系圖以及水的狀態(tài)方程，水的密度隨著溫度和壓力變化而變化，當壓力增高時，流體的密度可以從水蒸氣的密度值連續(xù)地變化到液體水的密度值。在高溫，如200℃、500℃和1000℃時，要維持常溫常壓下水的密度(1g/cm3)，所需外部壓力分別要達到0.3GPa、0.8GPa、1.82GPa。換句話說，將充滿水的(即充填度為100％)封閉的金屬容器分別加熱到200℃、500℃和1000℃，容器中的高溫水將會產(chǎn)生約0.3GPa、0.8GPa、1.82GPa的內(nèi)高壓，并均勻作用于四周容器壁上。我們正是利用水的這一特性來進行縮口容器狀金屬部件的一次成形。即將充滿水或充填一定量水的金屬容器毛坯，加以密封；然后放入爐膛為高強度耐高溫的陶瓷材料模具的電熱高溫爐中進行直接加熱；隨著水溫的升高，容器坯料中由高溫工作水所產(chǎn)生的壓力也迅速增高，當高溫水所產(chǎn)生的內(nèi)高壓超過容器毛坯壁所能承受的張力時，膨脹容器毛坯的壁使其變形，此時若用凹形模具加以控制，就得到各種既具有外部形態(tài)又具有內(nèi)部形態(tài)的雙形態(tài)縮口容器狀金屬部件。水在高溫下能夠產(chǎn)生用于膨脹容器坯料的巨大的內(nèi)高壓可以從以下兩組高溫高壓實驗中得到印證。一組是將加滿水(約6-7滴)的外徑為48mm，內(nèi)徑為8mm，內(nèi)外徑比為1∶6的Rene41鈦鉬合金高壓釜通過錐形塞頭加以密封，然后放入由控溫儀控制的管式爐中，以外加熱的方式按預先設(shè)定好的程序逐漸升溫。當爐溫升至350℃，發(fā)現(xiàn)由釜體內(nèi)部的高溫水所產(chǎn)生的巨大內(nèi)高壓使該鈦鉬合金高壓釜體向外膨脹并爆裂一個長27mm、寬11mm的裂口；第二組實驗方法與第一組相同，即將加滿水(約8-9滴)的外徑為60mm，內(nèi)徑為8mm，內(nèi)外徑比為1∶7.5的兩個不銹鋼高壓釜體通過錐形塞頭加以密封，然后放入管式爐中，以外加熱的方式按預先設(shè)置好的程序逐漸升溫。當爐溫升至450℃和480℃時，由高壓釜內(nèi)部的高溫水所產(chǎn)生的巨大內(nèi)高壓導致兩個不銹鋼高壓釜體均向外膨脹，釜體外徑由實驗前的60mm分別膨脹變形為63.1mm和64.3mm。此現(xiàn)象為我們利用水介質(zhì)在高溫下所產(chǎn)生巨大的靜壓力，來進行縮口容器狀金屬部件的一次成形提供了依據(jù)。本發(fā)明與目前常規(guī)的液壓成形最大的不同有三點①壓力產(chǎn)生機理(或壓力來源)不同。常規(guī)液壓成形過程中壓力來源于液壓泵中的機械壓力，而本發(fā)明中的內(nèi)高壓來源于容器毛坯中的水在高溫下所產(chǎn)生的巨大靜水壓；②成形介質(zhì)不同。常規(guī)液壓成形過程中的成形介質(zhì)是常溫液體(水或油)，而本發(fā)明中的成形介質(zhì)為高溫超高壓水(超臨界水)，而非傳統(tǒng)意義上的液體；③成形過程中金屬坯料所處的狀態(tài)不同。常規(guī)液壓成形過程中金屬材料是在低溫剛性狀態(tài)下膨脹變形，而本發(fā)明中金屬坯料是在高溫近于塑性狀態(tài)下膨脹變形；④由此所造成的成形設(shè)備組件及加工方法也不同。常規(guī)液壓成形設(shè)備主要由液壓泵、模具和金屬坯料組成，而本發(fā)明設(shè)備主要包括外置式高溫爐、耐高溫(陶瓷或金屬材料)模具、和金屬容器毛坯。
2.采用外加熱的方法加熱容器毛坯中的工作水至高溫，使其產(chǎn)生膨脹容器坯料壁并一次成形縮口容器狀金屬部件所需的內(nèi)高壓的技術(shù)及組件。即將電熱高溫爐置于容器毛坯外部，透過容器毛坯的壁從外到內(nèi)加熱容器坯料中的工作水至高溫，使其產(chǎn)生膨脹容器坯料壁所需的內(nèi)高壓。本技術(shù)主要由容器毛坯、外置式電熱高溫爐、工作水、密封塞頭四部分組成。
3.一種外加熱金屬容器高溫超高壓水壓一次成形設(shè)備。設(shè)備主要包括三大部分12個基本組件。第一部分為加熱及成形設(shè)備，包括高強度、耐高溫的凹形陶瓷材料模具(1)、外置式電熱高溫爐(2)及爐殼(3)；第二部分為金屬容器毛坯及移動設(shè)備，包括金屬容器毛坯(8)及托架(5)、密封塞頭(6)、工作水(9)。第三部分為控制設(shè)備，包括溫度控制設(shè)備(2，10)、模具開合控制設(shè)備(4，11)、以及金屬容器毛坯托架移動控制設(shè)備(7，12)。設(shè)備特點是電熱高溫爐與凹形陶瓷模具放置在一起，兩者近于一體設(shè)計，高溫爐的爐膛即為高強度、耐高溫的凹形陶瓷材料模具。電熱高溫爐置于陶瓷模具外面，采用外加熱的方式，透過陶瓷模具間接對置于模腔中的金屬容器毛坯中的工作水進行加熱，使其產(chǎn)生膨脹容器坯料所需的內(nèi)高壓。
4.一種外加熱金屬容器高溫超高壓水壓一次成形方法。該方法步驟為①預加工壁厚均勻的金屬容器毛坯；②將金屬容器毛坯中充滿水或充填一定量的水，并用錐形塞頭加以密封；③將加滿水并且密封的金屬容器毛坯置于外套高溫爐的模腔中進行加熱，隨著爐溫的升高，容器毛坯中由高溫工作水(超臨界水)所產(chǎn)生的壓力也迅速增加，當此高溫水壓超過金屬容器毛坯壁所能承受的張力時，膨脹容器毛坯的壁使其變形，直至其外表面與凹形模具內(nèi)模表面基本一致；④停止加熱，當容器中的工作水溫降至安全溫度時，打開模具，這樣就得到各種既具有外部形態(tài)又具有內(nèi)部形態(tài)的雙形態(tài)的縮口容器狀金屬部件。
5.如權(quán)利要求3中所述的模具組件(1)。其特征為高強度、耐高溫的凹形陶瓷模具(如氮化硅陶瓷模具等)。模具通常分為左右兩半，可以自由開合并由液壓機械來控制(4，11)。左模和右模均為凹形模具，其內(nèi)模形態(tài)為限定的任意可加工的形態(tài)，如葫蘆狀、串珠狀、方形、三角形、圓形、梯形、橢圓形等其它任意形態(tài)。其左右模腔體形態(tài)可以是相同的、對稱的，也可以是不同的、非對稱的。
6.如權(quán)利要求3中所述的外置式高溫爐(2)及爐殼(3)組件。其特征為電熱高溫爐置于模具外部，采用外加熱的方式透過模具加熱容器毛坯中的工作水至高溫，使其產(chǎn)生膨脹容器壁所需的內(nèi)高壓。如果電爐工作溫度低于1000℃時用高電阻合金(如Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金)電熱元件(電熱絲或電熱帶)，工作溫度為1000-1350℃時使用碳化硅電熱元件(棒或管)，1350-1600℃(最高達1800℃)時用鉑、鉑銠合金絲或硅化鉬電熱元件(棒或管)。電熱高溫爐與模具相配套，也分為左右兩半，其開合由液壓機械(4，11)來控制。電熱高溫爐連同凹形模具可以是單個設(shè)置，也可以是多個電熱高溫爐(爐膛為凹形陶瓷材料模具)呈陣列式，或呈轉(zhuǎn)盤式組合，并與陣列式或轉(zhuǎn)盤式金屬容器毛坯托架(5)配合，一次可同時加工多個相同或不同的容器狀金屬部件。爐殼組件(3)是由厚鋼板制成，緊套在電熱高溫爐的外面，起緊固模具和高溫爐的作用，可承受金屬容器毛坯熱膨脹時的沖擊力。鋼板外殼與模具(1)和高溫爐(2)相配套，三者為近于一體設(shè)計，也分為左右兩半，其開合由液壓機械(4，11)來控制。
7.如權(quán)利要求3中所述的金屬容器毛坯托架(5)。其特征是由不銹鋼材料加工而成的放置和固定金屬容器毛坯的托架，可采用單列式設(shè)計，也可采用陣列式或轉(zhuǎn)盤式(5)設(shè)計，并與模具(1)和電熱高溫爐(2)相對應和配合，一批次可裝卸、加工多個相同的或不同的縮口容器狀金屬部件。
8.如權(quán)利要求3中所述的金屬容器毛坯密封塞頭組件(6)。其特征為由高強度金屬材料加工而成的錐形或球形塞頭，與容器毛坯開口端采用以彈性形變?yōu)榛A(chǔ)的錐面-錐面、錐面-球面密封。
9.如權(quán)利要求3中所述的容器狀金屬毛坯(8)及其中的工作水(9)。容器毛坯是由金屬坯料預加工而成的壁厚均勻的筒狀毛坯，它可以是不同類型、不同壁厚、不同內(nèi)外徑比的金屬容器毛坯，包括高強度的鈦合金、碳素鋼、不銹鋼，以及低強度的銅、鋁合金等金屬材料。容器中的工作水(9)，為普通水，工作時并加入少量的乙二醇，以降低高溫高壓水(超臨界水)對金屬容器毛坯內(nèi)壁的腐蝕。其充填量和充填度，隨金屬容器毛坯材料的性質(zhì)(強度、屈服溫度、膨脹系數(shù)、延展性等)、膨脹程度、容器的壁厚不同而不同。
10.如權(quán)利要求3中所述的控制設(shè)備，包括溫度控制設(shè)備組件(2，10)、模具開合控制設(shè)備組件(4，11)、以及金屬容器(毛坯)托架移動控制設(shè)備組件(7，12)。其特征如下溫度控制設(shè)備組件(2，10)用以控制高溫爐的升溫、降溫和恒溫。熱電偶有兩種，一種是鎳鉻-鎳鋁熱電偶，測溫精度可達0.2℃；另一種是鉑-鉑銠熱電偶，測溫精度可達0.2℃。該溫度控制設(shè)備是一種可編程的程序升溫控制儀。模具開合控制設(shè)備組件(4，11)，采用液壓機械控制的方式，用以控制左?；蛴夷５拈_合。并在金屬容器加工過程中，對模具施加一定的外力，從而使金屬容器毛坯在膨脹觸及模具的一瞬間，左右模具間不會發(fā)生相對位移。金屬容器(毛坯)托架移動控制設(shè)備組件(7，12)，采用機械控制，通過上下、前后、左右移動的方式，在加工之前將金屬容器毛坯放入外套高溫爐的模腔中(1)，加工完成之后，又將縮口容器狀金屬部件快速取出。
全文摘要
一種利用水在高溫下所產(chǎn)生的巨大內(nèi)高壓，一次成形縮口容器狀金屬部件的技術(shù)、方法和設(shè)備。設(shè)備由三部分組成，1.加熱及成形設(shè)備凹形陶瓷模具(1)、外置式電熱高溫爐(2)；2.金屬容器毛坯及托架容器毛坯(8)、密封塞頭(6)、工作水(9)、毛坯托架(5)；3.控制設(shè)備溫度、模具及托架控制設(shè)備。成形方法及步驟①預加工壁厚均勻的金屬容器毛坯；②將容器毛坯中充滿水，并用錐形塞頭加以密封；③將容器毛坯置于爐膛為凹形陶瓷模具的高溫爐中進行加熱，當毛坯中高溫工作水所產(chǎn)生的壓力超過毛坯壁所能承受的張力時，膨脹容器毛坯的壁，直至其外表面與內(nèi)模表面基本一致；④停止加熱，取出所加工的金屬部件。本發(fā)明可成形各種高強度、厚壁縮口容器狀金屬部件。
文檔編號B21D26/02GK1824408SQ200510089939
公開日2006年8月30日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者孫旭光 申請人:孫旭光