当前位置
主页 > 新闻中心 > 内高压技术 >
金属波纹管内高压成形技术与应用
2019-08-14
摘要:金属波纹管是一种带有连续波纹状异形截面的管状零件,是波纹管类组件重要的组成部分。本文是围绕现在工业中应用较为广泛的金属波纹管内高压成形技术及内高压成形设备进行重点介绍。

  金属波纹管是一种带有连续波纹状异形截面的管状零件,是波纹管类组件重要的组成部分。由于特殊的结构形式,使其在连接、密封、吸震等方面具备优于直壁管件或者金属软管所不具备的功能。也正是由于这种特殊的管壁形状,对其成形技术和成形装备提出了更多的要求。本文是围绕现在工业中应用较为广泛的金属波纹管内高压成形技术及内高压成形设备进行重点介绍。

  金属波纹管内高压成形技术是现代内高压成型在管材成形中的一种典型应用。内高压成型金属波纹管的成形工序少、生产效率高、产品质量好、成形设备自动化程度高、操作简便。

  内高压成形波纹管主要用于加工不锈钢、低碳钢,铜合金等室温下塑性良好的材料,可加工的管壁厚度范围为0.08–4mm。一般其可加工的波深系数k不大于2(波深系数是波纹管外径和内径之比,是决定波纹管几何形状的关键参数之一),可成形的管壁波纹样式有U形、V形、方形、S形等容易从模具取出的波纹形式。

波纹管结构尺寸图

  图1 波纹管结构尺寸图

  内高压成形时,将预制的管坯零件置于成形模具中,在要加工波纹的管坯两端进行密封。在密封管段通入高压乳化液,达到管坯的屈服强度时,管坯在相邻的两片模瓣间向外胀起初波。初波达到设计弧度,停止泵入高压乳化液。相邻两片模瓣挤压初波至规定波厚,加压到整形压力,管壁贴合模具凹腔定形。成形系统泄压后,打开模具,退回冲头,得到内高压成形的波纹管零件。

  按照管坯上波纹成形的顺序是否连贯,金属波纹管内高压成形技术可以分为:连续式成型和整体式成型。其中整体成形是管坯在模具中加载一次,就可以成形管件上所有的波纹,而连续成形是指每次成形一个波纹,依次成形管坯上设计的所有波纹。

  金属波纹管整体内高压成型

  金属波纹管整体内高压成型设备主要是两个系统构成,即液压机系统和模具系统。液压机采用常规形式即可,包括合模压力机、水平侧缸、增压器、控制部分、乳化液及辅助部分等。模具需要根据产品设计要求的特点,对芯模进行调整和更换。模具包括一组模瓣、模具体、分瓣机构。管坯成形模具轴线与工作平面有垂直和平行两种形式。轴线垂直工作台布置的模具,一般采用阶梯销轴串联模瓣的结构形式。轴线水平工作台布置的模具,一般采用卯榫勾连模瓣滑道的结构形式。典型零件的整体成形操作流程包括:管坯下料-管口打磨,扩孔-模具复位,开模-管坯在模具中定位-合模胀形-冲头推模成形-泄压,冲头复位-开模取件。

金属波纹管整体内高压成形技术原理图

  图2 金属波纹管整体内高压成形技术原理图

金属波纹管整体内高压成型设备

  图3 金属波纹管整体内高压成型设备

  金属波纹管连续内高压成型

  波纹管连续内高压成形设备主要由:机架、液压系统、模具三部分组成。机架为部件合理布置提供一个可靠支撑。液压系统提供成形压力条件,又供给芯轴进退油缸和合模机构等部件协调执行成形动作。单波连续成形操作流程:管坯下料-定位与加紧-合模-充压-推模成形-卸压-开模与退芯轴-成形下一波形。连续成形模具,如图2所示,由芯轴、芯轴限位、导向柱、复位弹簧、密封圈、芯轴进退油缸等零部件组成。其成形模具轴线与水平面也有平行和垂直两种布置形式,如图4所示,是一种模具轴线水平布置的连续内高压成型设备结构原理图。两种轴线布置形式在工业生产中都有广泛的应用。

金属波纹管连续内高压成型设备

  图4 金属波纹管连续内高压成型设备

  从成形工艺分析,连续内高压成形由于需要对管件重复进行定位、固定、密封等工步,其成形效率,成形质量略低于整体内高压成形。而且连续内高压成形重复的工序多,其橡胶密封件以及橡胶芯模更容易被磨损,使用寿命更短。整体内高压成形加工的波纹管内径更小,因为成形过程中只需要侧缸推头将高压乳化液注入管坯内部,省去伸入管坯内部的芯模。而整体内高压成形中使用的模具专用化程度高,一般一种产品对应一套模具模芯,一种模具模芯也只能生产一种产品。相对于连续内高压成型,其模具的通用化程度不高。

  金属波纹管的应用

  金属波纹管内高压成形技术在实际工业生产中应用比较广泛。其成形范围涵盖的波纹管种类众多,且成形工序少、生产效率高、产品质量好。金属波纹管液压成型设备自动化程度高、运行稳定、操作简单,因此受到波纹管生产企业的欢迎。如5所示为液压成形技术所加工出的部分有代表性的金属波纹管产品。

内高压成型金属波纹管代表性产品图

  图5 内高压成型金属波纹管代表性产品

  从1929年第一根波纹管的诞生,至今已有近百年的历史。早期的波纹管应用于测量仪器中,作为弹性辅助原件。金属波纹管作为基础元件以及其组成的部件,是现在装备制造及工业生产系统中不可缺省的组成部分。金属波纹管在航空航天,汽车制造,密封阀门,建筑工程以及医疗卫生等领域有着十分广泛的应用。

  众多国内外汽车生产商将金属波纹管作为降噪装置,应用于车辆排气系统中,如图6所示。在汽车行业使用的是由双层不锈钢板由先进的生产工艺制成的金属波纹管,布置在发动机与排气管组件的连接处。波纹管降噪装置可以阻止源自发动机的振动向排气管组件的传播,并降低排气系统和车架的共振,以减少整车振动噪声。

汽车排气系统用金属波纹管降噪装置图

  图6 汽车排气系统用金属波纹管降噪装置

  阀门在现代化工工业,石化冶炼,热力发电等生产部门都有复杂的管网系统中有举足轻重的作用。尤其是在大口径防泄漏的关键节点上需选用金属波纹管阀门,如图7所示。耐高压、耐腐蚀的金属波纹管组件与阀体内腔活动部件构成密封,阻止高压流体从阀杆缝隙溢出。

金属波纹管阀门图

  图7 金属波纹管阀门

  在卫生医疗行业中金属波纹管也有广泛的应用,例如,将微型金属波纹管用于助听器中。微型金属波纹管是良好的声波传感器。在接收端,两轴端密封的微型波纹管,受到外界微小压力就会产生变形,将声信号转变为位移信号。在发射端,配合电磁驱动装置将电信号转换为声波振动信号。如图8所示,是该助听器装置的原理图。

金属波纹管助听器原理示意图

  图8 金属波纹管助听器原理示意图