一家专注流体压力成形技术
【作 者】葛干;刘建树;邬志军;程颖;吴炜
【引 言】
金属波纹管常用作热补偿元件、减震元件、密封元件、阀门元件及管路连接件等，在石油、交通运输、电力、城市供暖等领域有着广泛的应用。常见的金属波纹管成形方法有液压成形法、橡胶模成形法、刚性模鼓胀法、机械辐压法等。液压成形法，利用液体不可压缩的原理，在焊接毛坯中产生较大的压力， 管材发生屈服，在外模具的限制下起皱，最后轴向进给形成所需波纹，具有设备简单、操作简单、成本低廉等优点。波纹管成形减薄与材料伸长率、变形率、热处理等有关系⑴，减薄量大的地方，发生在波峰处。在液体压力的作用下，成形后的波峰实际轮廓与设计时的圆弧轮廓并不相同，影响金属波纹管的整体力学性能，如刚度、寿命等，也影响到金属波纹管的选型及设计。
近年来，国内外学者对于金属波纹管液压胀形进行各类研究。李张治等闵等从波形曲率半径偏差角度，用FEM法对比偏差波纹与理想波纹的刚度及寿命进行分析，发现标准极限偏差下，波纹强度和刚性没有明显差异，但对疲劳强度有一定不利影响。陈庆龙等⑶研究模具参数对双层异质波纹管波形轮廓的影响，发现增大模具倾角、形腔厚度、波深系数，回弹量大减薄量大，可有效控制波形轮廓。FARJI等⑷对比实验及模拟模具行程与成形压力对U形波纹管成形外径变化和回弹，指出成形压力的增大导致回弹量和回弹敏感度增加挂。KOC等⑸利用塑性理论和薄膜理论建立了关键液压成形的数学模型，用于求解内压、壁厚减薄率、回弹等工艺参数。金属波纹管的研究方向主要集中在工艺参数对波纹管成形过程中的回弹、减薄率等方面，针对金属波纹管波峰轮廓误差分布、误差形成因素及误差对性能的影响研究较少。
以单层无加强U型波纹管为研究对象，采用Deform软件数值模拟成形过程，对比成形轮廓与设计轮廓在径向误差关系。在不同成形压力、轴向进给速度等工艺参数下，研究波峰轮廓的变化的情况。对波峰成形轮廓及波峰设计轮廓的单式膨胀节整体轴向弹性刚度数值模拟，并对比《GB/T 12777—2008金属波纹管膨胀节通用技术条件》提供的轴向弹性刚度公式计算结果，研究波峰轮廓误差带来的性能影响,为金属波纹管的设计和选型提供参考。
【结 语】
(1)利用Deform进行胀形过程数值模拟，胀形后的波峰实际轮廓从波峰顶点向两侧，垂直误差逐渐增大，最大垂直偏差0. 698 mm。
(2)在成形过程中，波峰处率先发生屈服变薄，其径向流动速度较大，两侧逐渐递减，导致波峰轮廓形成类似二次曲线轮廓。
(3)胀形压力及轴向进给速度工艺参数的变化对波峰实际胀形轮廓影响较小。
(4)对比成形轮廓和理论轮廓的单式膨胀节整体轴向弹性刚度，前者比后者大7. 2%, 且更接近于国标刚度公式计算结果，说明波峰轮廓形状的准确与否，对轴向弹性刚度有显著影响。
以下是正文：
