金屬波紋管過去常采用焊接成形、半無模成形、高溫氣脹成形等傳統(tǒng)工藝，但是傳統(tǒng)成形工藝的工序較多、成形表面質(zhì)量較差，同時高溫成形所需的能耗較高。金屬焊接波紋管

因此，近年來高質(zhì)量、高效率、低成本的液壓成形技術(shù)成為生產(chǎn)金屬波紋管的優(yōu)選工藝之一。金屬波紋管液壓成形技術(shù)是通過向密封的管坯內(nèi)注入高壓液體，與此同時管坯兩端的左右沖頭相向進給施加軸向壓力，在兩種外力的作用下使管坯發(fā)生塑性變形獲得最終成形的波紋管。

采用液壓成形工藝生產(chǎn)波紋管既減少工序又降低成本，同時生產(chǎn)的管材零件具有產(chǎn)品質(zhì)量好，尺寸精度高等優(yōu)點。近年來，波紋管液力成形技術(shù)在成形理論和生產(chǎn)工藝上都取得了長足的進步。

下面介紹一種由徐勇等研究人員針對具有連續(xù)窄波距、薄壁小直徑等復雜特征的金屬波紋管產(chǎn)品而采用耦合模具運動的整體液力成形工藝方法。

研究人員首先應用UG建模軟件進行模具設計，基于Dynaform軟件對整體液力成形工藝進行模擬，然后分別對管壞壁厚、模瓣間距、初波脹形壓力和整形壓力關(guān)鍵工藝參數(shù)進行系統(tǒng)分析。最后，開展相關(guān)實驗，驗證其成形工藝的可行性。

一、波紋管的幾何特征和整體液力成形原理

金屬波紋管的結(jié)構(gòu)特征如圖1所示，零件主要有兩種管壁形態(tài)組成，左右兩側(cè)保持管材原始形狀，如圖中A和C部分所示;中間部分成形連續(xù)波紋，如圖中B部分所示;其中D表示管坯外徑; E表示波紋管的波距;F表示成形后波紋部分的外徑。

針對波紋管整體液力成形的特點，參考動模成形工藝，采用初波脹形-合模擠壓的分步成形方法，可以有效抑制管壁減薄。

該成形方法可以分為四個階段：

(1)按設計尺寸截取管坯，將管坯放置在下半模上，并閉合上、下半模，左右沖頭延伸至管坯的兩個端口中形成密閉的空腔，同時向管坯內(nèi)注入液體;

(2)增大管坯內(nèi)部液體壓力，高壓液體均勻作用于模腔，左右沖頭固定，利用液體壓力和模腔的約束形成初波;

(3)在初波成形完成后，施加軸向壓力使模具進給，直至貼合，將初波擠進模腔，之后進一步增大管坯內(nèi)部液體壓力，使得管壁與模腔貼合并固定波形。

(4)成形完成后先卸內(nèi)壓力，再卸載軸向推力，分開上下模具，沖頭退出，取出波紋管管件。

二、有限元模擬及分析

1、建模

使用管材：SUS304奧氏體不銹鋼管材，管材外徑Φ15mm

使用軟件：UG、Dynaform

模型如圖3所示，模型的網(wǎng)格尺寸設定為0.5mm，共有21182個單元，中部成形9個連續(xù)的“U”形波紋。

2、分析

本文以成形后管材波峰處的減薄率δa，波谷處的增厚率δb和波紋段直徑D為考核指標，分別研究管坯壁厚、模瓣間距、初波脹形壓力和整形壓力對波紋管成形質(zhì)量的影響。由于波紋管的成形結(jié)果存在一定的對稱性，因此，本文以右側(cè)四個波形作為主要研究對象，進而節(jié)約運算時間。

2.1 管坯壁厚對波紋管成形質(zhì)量的影響

綜合分析，當管坯壁厚為0.5mm時可滿足減薄率小于20%且成形后波紋段直徑大于20mm的要求，同樣波谷處由減薄變?yōu)樵龊?，可獲得綜合性能較好的波紋管零件。

2.2模瓣間距對波紋管成形質(zhì)量的影響

模瓣間距是指波紋管成形前相鄰模瓣之間的距離。模瓣間距首先影響到成形過程中的補料量和初波脹形階段圓管的起波弧度，從而進一步影響成形后波紋管的波紋段直徑和壁厚減薄率。

分析可知，當模瓣間距=6mm時波紋管的減薄率為19.3%<20%，成形后的波紋段直徑為20.87mm>20 mm，所以最終確定模瓣間距為6mm。

三、實驗

基于有限元模擬結(jié)果，對波紋管進行液壓成形實驗。實驗設備為興迪源機械自主研發(fā)的1500T的金屬波紋管液壓成形設備，

該設備模腔內(nèi)的液壓壓力以及沖頭進給可通過閉環(huán)伺服系統(tǒng)實現(xiàn)控制，壓力控制精度為0.5MPa，位移控制精度可達0.1mm。液力成形模具采用臥式成形結(jié)構(gòu)。上下開模，模具由上模、下模、左沖頭和右沖頭組成。

經(jīng)過測量，誤差0.01mm，與模擬結(jié)果對比可知，壁厚減薄率沿軸向上變化趨勢是一致的，且相對誤差保持在5%以內(nèi)，符合要求。

另外，在模擬和實驗中我們可得知，在窄波距波紋管成形工藝中，初波脹形壓力和模瓣間距是影響波紋管成形質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)。若初波脹形壓力較小或模瓣間距較小，會導致初波脹形弧度小于成形需求的補料弧度，進而造成加壓整形階段內(nèi)高壓強制管坯充滿模具型腔。反之若初波脹形壓力較大或模瓣間距較大，造成初波脹形的補料弧度過大，會導致在加壓整形階段減薄率過大從而發(fā)生破裂。