金属软管的制工艺特点.docx

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金属软管的制工艺特点

金属波纹管的液压成型

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，一根给定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。

但对作为金属软管本体的波纹管来讲，该方法就不行了。

因为这类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多功能设备，是该生产线上的关键设备。

单波连续成型法

金属波纹管单波连续成型的工作程序如下。

㈠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②上的薄壁管坯料①从外表面紧紧地包住。

㈡进芯轴芯轴克服密封圈③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。

㈢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。

㈣进推模推模克服弹簧⑥的阻力，沿着导向滑杆⑤向右移动，使原先初波的高度民主增加，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。

成型模具设计要素

波纹管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，如45、40C。

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，但膜具各部位的几何尺寸，形位公差的确定，必须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模具是很困难的。

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波纹管，推膜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膜具，要求还要更高一些。

否则，在合膜的时候，就可能将管坯咬破，使之漏液，结果会由于压力损失而使波纹成型不出来。

即使管坯未被咬破（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，是波纹管液压成型膜具设计中的一个基本原则。

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。

推模、模片中心的工作部分要比管坯料的原始外径大0。

02~0。

05毫米。

而芯轴与管坯料内表面应呈动配合状态。

它们之间有较大的间隙，芯轴外径要比管坯料原始内径小0。

05~0。

50毫米（通径越大，该间隙也应越大）。

为了保证成型过程中不泄露，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露；

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的损失，因而不能成型出合格的波纹管，甚至根本不能成型出波纹来。

反之，如果推模、模片对管坯料包夹太紧，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。

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。

模片上的R由波纹管波谷决定，一般取；推模上的R由模片上的R决定，一般取R=0-.8~1.0R。

推模和模片上的R由波纹管材料、规格、状态等无条件决定，一般取R=0。

1~0。

3毫米。

如果R大于，就无法按照要求直接成型出波纹来。

如果R大于R，在合模的时候，R在分模面上就会象成型刀具一样，对管坯料进行切削。

如果R过小或过大，则可能擦伤管坯料外表面或在成型出的波纹管轴向对称两侧分别残留一道凸痕，形成波纹管的“加强筋”。

R值确定得是否得当，直接关系到是能否生产出合格的产品。

所以说，认真地分析各个R的实际意义亦是波纹管液压成型模具设计中一个不可忽视的方面。

调试

由于材料、规格的不同，在成型过程中的密封圈尺寸、工作压力、收料长度也各不相同。

要确定这些参数，仅按照一般理论设计是不够的，因为有许多可变因素存在。

所以，要通过调试，寻得一些经验数据来修正计算中的误差。

这样，才能加工出符合设计要求的波纹管。

密封圈

目前，一般不采用传统的模压橡胶圈，而采用耐磨性较好，强度较高的聚乙稀索制成的密封圈。

其制作方法是：

根据密封圈槽宽度、深度及所用聚乙稀索的断面直径计算下料以后，将两端同时在薄热片两侧熔化，迅速粘接，去除毛疵，便成为需要的密封圈。

为确保工作状态下的密封效果，同时，又不使它和管坯内壁产生过大的摩擦力，密封圈的外轮廓尺寸与管坯料理论内孔配合的过盈量控制在0。

20~0。

50毫米范围之内。

当然，由于聚乙稀索断面直径公差和操作过程中下料、熔接等方面的累计误差，在调试中，首先密封圈的制作往往通过2~3次实验才能找到下料长度的最佳值。

尽管如此，它的效果和经济性能都比用橡胶密封圈好得多。

成型工作压力

波纹管成型工作压力一般也取决于管坯料的机械性能及波纹几何形状。

管坯料的延伸率越大，成型工作压力越小。

在管坯材料、壁厚、热处理等条件相同的情况下，成型工作压力与波纹管的波纹高度成反比。

但是，实际生产过程中无法保证每一炉、每一批、每一根管坯料状态的一致性。

例如：

壁厚为0。

3毫米的材料，成型出通径为102毫米，外径为120毫米，波距为9毫米的波纹管，最低工作压力为20公斤力/厘米，最高工作压力达45公斤力/厘米，相差一倍多。

因此，根据具体情况，随时改变成型工作压力是波纹管成型调试过程中的一项重要工作。

波纹收料长度

所谓波纹收料长度是指一个波距后，管坯料的轴向长度，严格的理论计算公式是

该公式推导过程将在下一节说明。

但实际上，波纹管的成型一般不需要经过这样精确的计算，按下述公式近似地计算即可。

由于不锈钢、铜等制作波纹管的材料本身具有一定的塑性延伸，管壁产生变薄、拉长的趋势，所以，波纹管的收料长度取值还要相应地缩短一些。

对于不锈钢材料，可以经验地取公式（5。

2）计算结果的90~95%；对于铜材料，可以经验地取公式（5。

2）计算结果的85~95%。

这个数据减去模片的厚度，就是推模、模片开间的距离。

为便于测量和记忆，操作工人俗称其为“展开长”。

这种“展开长”的确定方法可以相对地保证管壁最大变薄点的厚度。

对于管壁变薄量有具体要求的波纹管，其展开长的确定，将在下一节里进行专题讨论。

管壁变薄量的控制

单波连续成型和多波一次成型方法虽然不同，但促成管壁变薄的条件是相同的。

在管坯材料、状态、波纹几何尺寸既定的情况下，波纹管管壁的变薄量就取决于成型工作压力的大小和模片、推模开间距离的大小。

成型工作压力愈大，变薄量就愈大。

也就是说，波纹管管壁的变薄量与成型工作压力的大小成正比；与模片、推模开间距离的大小成反比。

但须指出，它们是有限的，有条件的，既不可能产生大到百分之百变薄的情况，也不可能出现小到完全无变薄的结果。

用单波连续成型的方法，其成型工作压力和模片、推模开间距离的选择，必须符合PL曲线。

PL曲线是用实验的方法求得的。

不同材料，不同规格的波纹管，其PL曲线也各不相同，但无论哪一种波纹管的成型，都有一个许用成型工作压力的上限值和一个许用模片、推模开间距离的上限值在波纹成型的过程中，如果无限加大成型工作压力，则可能使波纹部分产生大到极限的变薄量，以至爆破。

如果模片、推模开间距离超过其上限值，则可能在充液压以后，由于初波过小，而导致进推模时管坯料产生轴向滑移，直至滑移到模片、推模开间距离符合PL曲线时，方能成型。

这样，由于滑移，结果成型出来的波纹管的波谷宽度就会加大，不符合设计要求。

对不锈钢材料的波纹管，由于液压脉动的作用和材料冷硬特性，可能成型出外径远远小于设计尺寸的波纹管，或根本成型不出波纹来。

由此看来，只有在充液压以后，管坯上产生一定尺寸的初波，波纹管才具备成型的条件。

这个条件的形成，从管坯料轴向剖面上来分析，相当于弓形的弦长变成了弧长。

在此过程中，管坯料没有轴向补偿或没有足够的轴向补偿，当然管壁必定变薄。

管壁的最大变薄量

对于金属波纹管在液压成型过程中管壁变薄的问题，可以用面积比的方法来分析。

因为从波谷底到波峰顶，管壁的变薄量近似地呈线性递增。

所以，最大变薄量近似为两倍的最大平均变薄量，而最大平均变薄量是由展开波纹管一个波距后的表面积和成型前最小预定坯料的表面积两个量所决定的。

所谓展开一个波距的表面积A是下述三个量的总和：

（）两个相同外径D、相同内径D的圆环模片面积A，（）一个以为半径的波峰的半圆弧按D为半径旋转所得的曲面积A（见图5-5）。

先求：

再得（）一个以为半径的波谷的半圆弧按D为半径旋转所得的曲面积A（见图5-6）。

先求

所谓成型前最小预定坯料表面积A是下述三个量的总和（件图5-7）：

（）以1/2模片厚度L为长度的管坯圆柱表面积A：

（）以模片、推模最小开间距离L为长度的管坯料圆柱表面积A（）以推模端面和内孔倒角L为长度的管坯料圆柱表面积A因此，最大平均变薄量最大变薄量

额定变薄量的控制

在工程上，各种不同使用场合的波纹管，对管壁变薄量要求的严格程度亦不相同。

一般来讲，总是希望管壁变薄量越小越好。

但是，既然采用液压成型的方法，管壁的变薄就是不可避免的。

因此，在波纹管成型工艺过程中，如何保证管壁变薄量小于或等于设计确立的额定变薄量，是一个十分重要的问题。

从上述关于管壁最大变薄量的公式出发，管壁变薄量与成型前预定坯料表面积有关，而成型之前的预定坯料表面积又与L、L、L这三个量有关。

其中，L是一个可以调节的变量。

所以，为了控制管壁的额定变薄量，可以用调节L的方法来实现。

它和前述的PL曲线所反映的实质是一致的。

根据设计确立的管壁额定变薄量可以按下式计算结果调定L值：

例题：

金属波纹管几何尺寸为外径D=120毫米，通径=102毫米，波距T=9毫米，波谷半圆弧半径=2。

1毫米，壁厚=0。

3毫米。

要求保证波纹管管壁最大变薄量不超过其原壁厚的20%。

求：

成型时，模片、推模最小开间距离L？

解：

若L=1。

8毫米；L=2毫米结果：

为保证其最大变薄量不超过20%，成型时，模片、推模开间最小距离不得小于18。

184毫米。

橡胶囊隔液成型试验

多年来，波纹管单波液压成型从工艺上看来，泄露问题一直未得到彻底解决。

因此，波纹管外径尺寸不均匀，产品优质率低；工作液四处溅溢，生产文明度差；波纹管内腔遗留残液，造成浪费等等。

能否用一层富有弹性的“膜”来将工作液与波纹管隔离，以解决上述存在的问题呢？

通过对通径50毫米波纹管的试验证明：

波纹管用橡胶囊隔液成型的方案是可行的，能够收到极好的效果。

橡胶囊隔液成型的实质：

图5-8是旧工艺，图5-9是新工艺。

合模以后，工作液不直接对