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1、一种小直径Inconel625波纹管研制魏保恒，阳震，孙磊 （洛阳船舶材料研究所，洛阳 471039） 摘要：本文阐述小直径高强合金材料波纹管的制造方法。关键词：Inconel625 ;波纹管；模具Application of Inconel625 bellows at high temperatureWei-Baoheng，Yang-Zhen，Sun-Lei(Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang 471039,China)Abstract： This article introduces one manufacture craft
2、 about small diameter highintensity bellows。Key words：Inconel625，bellows，mold1 引言 某炼化公司进口阀门装置使用一种波纹管，由于采购成本比较高、周期长，急需进行国产化研制工作。DN300 Inconel625波纹管是该装置的一个重要部件，该公司委托我单位对此波纹管进行国产化研制工作。波纹管材料：高强度镍合金 Inconel625。 查 ASME SB 443-2004 标准，相应规格 Inconel625 材料的力学性能数据见表 1。波 纹管参数见表 2。表1材料牌号拉伸强度（MPa）屈服强度（MPa）延伸率Inco
3、nel62583042030%波纹管参数见表2：波根直径（mm）波高（mm）波距（mm）厚度（mm）波数卩321主波13、边波7.515.2529+2技术人员对该公司提供的波纹管参数 分析研究，认为该波纹管制造存在比较大的 难度。2 制造难点本项目波纹管要求采用液压方法成型。 对于液压成形的波纹管，当波纹管波高、波 距较小时，其初波压力不仅要按内压圆筒受 力产生周向屈服考虑，还应考虑模具约束对 波纹管管坯受力的影响。本项目波纹管为 Inconel625 材料，由于 该材料具有较高的屈服强度，由表 2 可以看 出，波纹管的波高、波距均较小，波纹管展 开长度仅34.7mm,故其成型时所需要的压 力
4、就更大。小的波高波距不仅使波纹管成形压力过高，15.2mm的波距和2mm得壁厚，导致 成形模具厚度不能大于5.6mm；且波纹管材 艺方法。3 研制方案论证该波纹管波距比较小，决定了成型中模 片厚度不能够太厚，但成型压力比较高，需 要对模具的设计方案需要进行论证。3.1 模具材料选择波纹管成型模具通常选用普通碳钢材 料，材料比较容易采购，模具制造费用适中。 也可采用高强材料，但高强材料在市场上难 以采购，采购周期长，且制造成本比较高。3.2 模具设计与分析3.2.1 选用普通碳钢设计模具某碳钢是常用一种低合金钢，具有较高 的强度，良好的韧性和机械加工性能，材料 采购周期短，制造费用适中，比较适宜
5、用来 制造波纹管成型模具，并且已经有了广泛的 应用。料的壁厚大，成型回弹大，也给制造带来了更高的难度。所以需要研究一种新的制造工A型模具A 型模具最为常用，由于成型力比较 大，若一次成型，设计出的模具大而薄，在 成型过程中模具容易发生模片平面弯曲变 形。在生产实际中，发现在成型力较大的情 况下，低合金碳钢制作的小直径模具经过多 次重复使用后，两半模发生弯曲变形，接合 面存在较大的间隙，影响波纹管质量。 常用结构形式低合金碳钢模具难以满 足需要，所以设计I型模具，使用加强环替 代套盒或者螺栓组合模具，提高模具整体的 结构刚度，以消除上述不足。I 型模具3.2.2 选用高强钢、普通碳钢设计模具同形
6、状的模具，进行多次成型。某高强钢具有高强度，也有一定的韧性II（1）模具R为VR型截面，有较大的和机械加工性能，是制作成型模具的理想材 受力面积，与管坯接触段具有较大的刚度，料，但制造周期较长，模具制造费用较高。能够承受较大的应力，适于进行第一次成本文作者设计 II 型模具，模具包括横截面不型。II （1） VR模具有限元分析图（应力分布图和变形量分布图）II（2）模具R与常用模具横界面相同，波距和波高，使波形参数逐步靠近需要的波但中模片厚度大于波纹管波距，也能够承受 形参数。较大的应力，用于第二次成型，调整波纹管II（2）模具II（3）模具为整形模具。经过两次成型模具。中模片厚度小于波纹管波
7、距，通过整后，在波纹管整形过程中，液体压力较低， 形将波纹管波形参数调整到需要的尺寸。模具承受较小的应力，可采用普通碳钢设计II（ 3）模具3.2.3 工艺波模具设计由于波纹管直边段外径大于其波根直 径，通过压制出波高稍低的边波作为工艺 波，然后将工艺波翻边来加工出所需的直边 段。这是常用一种加工方法，但是由于波纹 管直径较小，波距较小，材料屈服强度高和 厚度较厚，翻边加工难度很大。作者设计在 成型上下模盖加工一个台阶，台阶直径尺寸 等于工艺波的外径，约束管坯的变形量和方 向，加工出更合适的工艺波，减小翻边的难 度。上下模盖有比较大的横截面积，具有较 大的刚度和强度，选用普通碳钢即可满足使 用
8、要求。4 模具方案的选择 该型号的波纹管以前没有制造经验，需 要制造新模具，由于需要模具较多，从降低 方案试制失败风险成本的角度出发，需要验 证模具设计方案是否可行。若方案可行，优 先选用I型模具。若方案不可行，需要重新 进行模具设计。作者决定每种型号的中模片制造2 件， 然后进行工艺试验。通过试验，方案I模具 受力条件满足要求，但成型后，由于波纹管 膨胀，模具难以拆卸下来，方案I不成功； 方案 II 模具满足要求。因此选用 II 型模具 制造波纹管。5 波纹管成型5.1 波纹管管坯固溶处理 为了降低成型时的压力，减小成型模具 所受应力，在成型之前对管坯进行固溶处 理，降低 Inconel62
9、5 材料的屈服强度。5.2 波纹管成型工艺要点 根据波形参数计算下料尺寸、成型压力、垫块高度。依次按顺序用 II（1）、II（2）、II （3）模具成型。注意在每次拆换中模片时 测量波形参数，根据波形参数调整合模垫块 高度和成型时保持最高压力的时间。波纹管经过初波成型、再次成型、整形 三道成型工序后完成，测量波高和波距尺 寸，测量结果满足顾客要求。5.3 边波的加工在波纹管边波波峰处划线，每边留加工 余量，用车床出去多余部分，然后进行翻边， 翻出所需要的直边段部分。6 结论通过对两种模具进行工艺试验，得出以 下结论：I型模具虽制造成本低，但生产应 用中不可行；II模具虽制造成本比较高，但 能够满足生产应用的要求；厚壁 Inconel625 材料在生产小直径波纹管，需要降低材料强 度，提高材料韧性，降低成型模具受力；对 于生产小波距厚壁波纹管，在设计成型模具 时，高强钢材料是一种值得选用的材料。作者简介：魏保恒（1979），男，工程师，从事金属波纹管膨胀节的设计与应用研究工作。通讯地址：河 南省洛阳市高新技术开发区滨河路 32 号，邮编：471000。
一种小直径厚壁Inconel625波纹管研制
