S形金属波纹管的制作

摘 要：本文概述了金属波纹管在现代工业领域中的应用，介绍了S形金属波纹管的成型原理，分析了S形金属波纹管的模具设计。

关键词：波纹管；模具；液压成型

中图分类号：TH70 文献标识码：A

一、技术领域

金属波纹管在现代工业领域应用十分广泛，主要用于汽车、机械、环保、化工、民用等行业。汽车工业是一个重要的能源消耗型行业，节能减排是世界各大汽车集团所面临的重大课题。要保证汽车行业的可持续发展，我们就得下大力气推动节能、环保、安全、资源节约技术的研发和应用。在机动车的排气管中金属波纹管的应用推动了这项技术的发展，也促进了技术领域对这项技术的关注。

波纹管的作用主要是缓冲来自发动机的振动，同时具有降低噪音和热补偿的作用。为保证产品成型质量，必须设计合理的液压成型模具。本文论述了液压成型过程中的模具及相应的工艺参数的确定。我们从事汽车零部件的制造行业多年，下面根据多年工作经验，谈一谈液压模具设计及工艺参数确定的几个要点。

二、成型原理概述

波纹管的制作方法很多，常用的有机械成型、液压成型、辊压成型等，液压成型是比较常用的方法。液压成型方法主要有单波连续成型和多波一次成型两种。我们这里所说的主要是多波一次成型，这种成型方式效率高，但模具结构较复杂，装配、调试难度高，通常用于波数较少质量要求较严格的管子加工。

在液压成型过程中模具的设计是至关重要的，通常的模具结构包括密封系统、合模系统、成型模具、导向系统（见图1）。成型时管材两端与一对芯轴配合，对管材实行端部密封，中间的成型模具彼此均等间隔地分布在端部模具之间。然后管材的两端密封，并在液压作用下，进行成形作业。此时管材从内部膨胀，并且在膨胀的部分形成半圆形波峰。然后，端部模具在合模系统的作用下彼此移进，直至中间成型模具可以彼此接触时管子受压成形，这时得到的是U形波。内部受压产生的径向膨胀部分形成波峰，内凹的部分称为波谷。对U形波进行二次挤压最终得到S形波（见图2）。

三、模具设计

1 液压成型工艺参数的确定

（1）波纹管成型管坯的长度计算：波纹展开长+ 装配长度+ 辅助长度。（2）模片距离的计算：单波展开长度-模片厚度。（3）成型压力和成型力的计算：初波压强的计算：（理论值）P=2hσb/d 实际成型时的最大压力可在一定范围内调整。h-材料壁厚；σb-屈服强度；d-材料直径；成型力的计算；F=AP；A-波纹管有效面积。

2 液压成型模具的设计

（1）在进行模具设计时考虑材料的反弹，模具的厚度一般为波纹间距的0.85-0.9倍因为材料的状态不同，模具调试时参数还有微量的调整，因为材料的反弹量与很多因素有关，比如硬度、壁厚等，所以根据以往的经验一般按上限先取。（2）模具波谷位置的圆角半径R=（t-2h）/4，模具圆角机加后手工修研，没有明显的刀痕和尖棱。（3）模具的总体长度与所设计的波纹管的长度匹配，预留适当的密封段，以便在液压成型时保持良好的密封，确保成型时的压力稳定。（4）导向部分有良好的和表面粗糙度，确保模片在合模时移动顺畅。（5）合模系统的行程应与产品波纹成型时需要的行程匹配，为确保成型，一般在所需要行程的基础上增加一定的安全距离。

3 S形波的模具设计

模片压波时，避开波谷的圆角，挤压与波谷相连的位置，挤压过程中与波谷圆角相连的部分在靠近波谷的一侧逐渐内凹，形成S形波，此时波峰圆角和波谷圆角有减小的趋势，波纹外径有升高的趋势，波谷位置的直径有减小的趋势，最终的波宽及波间距是由模具控制的，模具的设计原理与液压成型基本相同。

（1）隔片厚度根据产品设计时波峰和波谷的尺寸来确定，参照液压成型模具的设计，反弹量一般在0.4-0.5左右。（2）根据调试的情况对模片的厚度做微量调整，因为材料的状态对成型的参数影响很大。

四、生产及调试

（1）模具装配：进行液压成型操作的成形模具以彼此均等间隔进行设置，其数量与在管材中成形的波纹管段的波峰数量相对应，并可以在管材的纵向（或轴向）移动。模具与导向柱之间移动顺畅，不能出现阻滞和卡死现象，否则会造成产品报废和模具的损坏。（2）把管材放在成型模具中，向管内充压，管材两端保持密封，管材受液压作用，形成一定数量环形波纹。同时在中间模具中的凸形模的限制下，波谷成形。端部模具移动促使中间模具轴向移动合模，从而实现了波纹液压成形。所制作的管子的外周带有波纹，其中波纹管的波峰和波谷横截面为U形。（3）给管子泄压，释放在波纹管上纵向施加的压力，并去除其中的模片，至此波纹管成形完成。（4）对U形波进行二次挤压，避开波谷的圆角，首先挤压与波谷相连的最宽的位置，挤压过程中波峰圆角与波谷圆角相连的部分在靠近波谷的一侧逐渐内凹，形成S形波，此时波峰圆角有减小的趋势，波纹外径有升高的趋势，最终的波宽及波间距是由模具控制的，此时得到是S形波。

结语

用液压成型的方法制造的波纹管具有良好的综合性能，在各行业中已经得到了广泛的应用，特别在汽车行业的应用更加推动了这项技术的发展，S形波纹管的性能优于U形波，柔性增强，对于比较恶劣的使用环境适应性更强，在欧洲的高级车型上已有应用。与此同时对波纹管的质量要求也越来越高，高质量的模具设计是关键，它在波纹的成型中起到了事半功倍的作用。

参考文献

[1]徐开先.波纹管类组件的制造及应用[Z].