金属不锈钢波纹管液压成型工艺

金属不锈钢波纹管在使用中降低疲劳寿命可以大幅度地提高波纹管单波位移，但同时波纹管综合应力也有大幅度地提高，这必将对波纹管的强度和稳定性造成较大的影响。波纹管的综合应力与其耐压强度 ，二者反映的均为强度问题。当金属不锈钢波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综合应力较高，环向应力也比较高，使波纹管局部很快进入塑性变形，导致波纹管失稳。对于内压波纹管，位移应力在波纹管波峰和波谷处形成塑性铰，再加上压力应力，波纹管很快产生平面失稳。这就是低疲劳寿命波纹管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命的波纹管的根本原因。例如在预变位状态下，即金属不锈钢波纹管位移量为许用值的1/2时，一个许用疲劳寿命为200次的波纹管，尚未达到其允许设计压力时，已经产生平面失稳；许用疲劳寿命为1000次的波纹管，达到设计压力时，波纹管处于平面稳定状态，达到1.5倍设计压力时，金属不锈钢波纹管处于临界失稳状态；许用疲劳寿命为2000次的波纹管达到设计压力1.5倍时，波纹管仍处于平面稳定状态。

从金属不锈钢波纹管纵向剖面看，相当于一个受压力的拱梁，工作时波纹管处于拉伸状态，相当于拱梁降低了拱高，其抗失稳的能力自然降低。当金属不锈钢波纹管单波位移过大时，波纹平直部分倾斜，使得波纹管波峰直径有缩小的趋势，但波峰圆环直径是确定的，为了协调变形，就会产生波峰塌陷，波纹管周向失稳。在国内外相应的标准中，关于位移对波纹管外压周向稳定性的影响均未涉及，有待于深入探讨。金属不锈钢波纹管的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。可靠性也应该从这几个方面进行考虑。 材料选择 对用于供热管 的波纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等，并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比，优选出经济实用的波纹管制作材料。

金属不锈钢波纹管的制造工艺中，很重要的一个环节是液压成型。液压加工是截面为圆形、椭圆形、矩形、跑道形等环状波纹管成型的普通工艺方法。调整好模具和管坯料的相对位置以后，向管坯料内腔充压，再沿其轴向进行机械压缩，一根给长度的波纹管就很快形成了。这是液压成型的一种方法，叫做多波一次成型法。一般作弹性元件的波纹管，多采用这种加工方法。但对作为金属不锈钢波纹管本体的波纹管来讲，该方法就不行了。因为这类金属不锈钢波纹管要求越长越好。为此，人们创造了另一种液压成型的方法，即单波连续成型法。它能够在管坯料长度条件允许的情况下，连续成型几十、几百，甚至几千、几万个波纹。使用时，可按所需长度或所需波纹数截取。从这个意义上来讲，它可以代替多波一次成型机床。只要更换不同规格的模具，就可以生产不同规格的金属不锈钢波纹管。可以说，单波连续成型机床是波纹管加工的多功能设备，是该生产线上的关键设备。

一、单波连续成型法，金属不锈钢波纹管单波连续成型的工作程序如下：

（一）合模上、下两片对称的推模4和模片7同时平行地向管坯料轴心线垂直移动，将安装在芯轴上的薄壁管坯料从外表面紧紧地包住。

（二）进芯轴芯袖克服密封圈%和管坯料内壁的摩擦阻力，向左移动，使固定在芯轴上的密封圈与模片相对运动到事先调定的位置。

（三）充填压力液体工作液体从芯轴中心孔流向两道密封圈之间，对管坯料内壁起作用。在液体压力的作用下，两道密封圈之间的管坯料凸起，形成初波。

（四）进推模推模克服弹簧的阻力，沿着导向滑杆向右移动，使原先初波的高度增加，宽度缩小，直至设计尺寸为止。

再经过：五、泄液压；六、分模；七、退芯轴；八、退推模这四个工序把已经成型的波纹管从模具中脱出来；同时，又为下一个波纹的成型做好了准备。如此循环。每成型一个波纹约用4-40秒的时间。通径越大，成型所需的时间就越长。

二、金属不锈钢波纹管成型模具设计要素

金属不锈钢波纹管设备液压成型模具由一个芯轴、一付推模和一付模片组成。它们工作部位的截面形状相应于波纹管截面形状而变化。材料宜用中碳钢或普通合金钢。其强度、硬度和韧性方面的要求可与一般模具设计标准相同，但模具各部位的几何尺寸，形位公差的确定，需要根据长期实践所获得的成熟经验来考虑。否则，成功地设计出理想的金属不锈钢波纹管模具是很困难的。

（一）不柱度和不同轴度

对于通径为150毫米以下或各种当量截面的，不同波形的中小规格的金属不锈钢波纹管，推模中心工作部位的不同轴度不能大于0.03-0.05毫米，其不柱度不能大于0.05-0.08毫米。尤其是对矩形截面的波纹管模具，要求还要更高一些。否则，在合模的时候，就可能将管坯料咬破，使之漏液，结果会由于压力损失而使波纹成型不出来。即使管还未被咬破（仅是被咬伤了），成型时，这个部位壁厚就会更加变薄。这样，必然影响它的使用寿命。对于矩形截面的波纹管，则在四个面上的波纹厚度、波谷宽度可能产生不均匀，或是波纹深度有差异。因此，严格地掌握不柱度和不同轴度的允差，是波纹管液压成型模具设计中的一个基本原则。

（二）配合

在设计模具时，当然不能机械地按照管坯料通径及壁厚去换算。由于管坯制造公差管材薄壁的娇嫩性及单波连续成型工艺特点等原因，根据波纹管截面大小的不同，推模、模片与管坯料外表面应呈静配合或相当于静配合的过渡配合状态。它们之间没有间隙。为了保证成型过程中不泄漏，密封圈外径要比芯轴外径大一些，使套装在芯轴上的管坯料的实际支承是密封圈，而不是芯轴本身。否则，在工作过程中则可能出现下述两个问题。

1）由于模片、推模对管坯料包夹不紧而造成泄漏；

2）由于芯轴在管坯料中自然状态不稳定而造成密封圈被冲挤出槽。

这两种结果都将使压力有较大降失，因而不能成型出合格的金属不锈钢波纹管，甚至根本不能成型出波纹来。反之，如果推模、模片对管坯料包失太紧，必然在芯轴进给时造成系统压力猛增。如果芯轴在管坯料中受压太大，必然造成摩擦阻力的增大。这两种结果又将给波纹管成型带来不利条件，产生叠波（即波纹管波纹宽度和波谷宽度都缩小，趋向于零）的主要原因就在于此。所以，合理地控制模具与管坯料的配合关系是波纹管液压成型模具设计中的一个重要环节。

（三）关于圆角值的确定

在模具上，各部位的R值有其各种不同的作用。R值的大小，直接影响波纹管的成型质量。由于各种材料、规格的不同，波纹成型后的回弹量大小也不相同。 R值确定得是否得当，直接关系到能否生产出合格的产品。所以说，认真地分析各个R值的实际意义亦是金属不锈钢波纹管液压成型模具设计中一个不可忽视的方面。