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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Applicatio n of Incon el625 bellows at high temperatureWei-Baoheng， Yang-Zhen，Sun-Lei(Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang 471039,China)Abstract : This article introduces one manufacture cra
2、ft about small diameter highinten sity 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Incon
3、 el62583042030%波纹管参数见表2:波根直径（mm）波咼（mm）波距（mm）厚度（mm）波数0 321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 力就更大。小的
4、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 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
5、的韧性和机械加工性能，材料 采购周期短，制造费用适中，比较适宜用来 制造波纹管成型模具，并且已经有了广泛的 应用。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A型模具面存在较大的间隙，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。322选用高强钢、普通碳钢设计模具某高强钢具有高强度，也有一定的韧性 和机械
6、加工性能，是制作成型模具的理想材 料，但制造周期较长，模具制造费用较高。I型模具同形状的模具，进行多次成型。11（ 1）模具R为VR型截面，有较大的 受力面积，与管坯接触段具有较大的刚度， 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von Maees (N/m 2)6- 793a4-00S& 2Z7e4-008URES (nn.5. e&lr+QOS 5- 095e+008.52M008.3-963*4008乳 39740082,831+0082- 2&e40081.133e4008乩 670e+0071. OZBiHOOS 風昵力:
7、幕Wk+OOSL.T09&-001La5&7e-001 _ 1-425c-001 .1.2B2r001 .1.1 g；Oe-Oil9. 972e-002S. &47b-(27.123c-0025 698e-OO2? 274e-O022.849e-0D21.425i=-002L 000e-030II（ 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， 但中模片厚度大于波纹管波距，也能够承受较大的应力，用于第二次成型，调整波纹管 波距和波高，使波形参数逐步靠近需要的波 形参数。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
8、纹管波距，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323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 用要求。4模
9、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Inconel625材料的屈服强度。5.2波纹管成型工艺要点根据波
10、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Incon el625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。