研究小直徑高鎳合金波紋管的制造工藝
1 前言
隨著我國金屬波紋管膨脹節(jié)市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。技術(shù)工藝的優(yōu)劣直接決定企業(yè)的市場競爭力。了解金屬波紋管膨脹節(jié)生產(chǎn)核心技術(shù)的動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力關(guān)鍵。
目前，國內(nèi)一些煉化公司使用的閥門裝置，其上均安裝有一類小直徑高鎳合金波紋管。由于該類閥門裝置采購成本比較高、采購周期長，所以實現(xiàn)其國產(chǎn)化不但具有很大的經(jīng)濟(jì)價值而且還有很高的社會價值。由于此類小直徑高鎳合金波紋管尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，所以要實現(xiàn)該類閥門裝置的國產(chǎn)化，先開展小直徑高鎳合金波紋管的研制工作。現(xiàn)在，某管件公司正在從事閥門裝置的國產(chǎn)化研究，該公司委托我單位對此類波紋管進(jìn)行國產(chǎn)化研制工作。DN300系列Inconel625 波紋管是該閥門裝置的一個重要部件，選擇其中較為簡單的兩組波紋管開展研制工作。兩組波紋管的研制成功將有利于后續(xù)工作的開展。波紋管材料：鎳合金Inconel625。
2 制造方法
金屬波紋管的制造方法有：機(jī)械脹形、液壓成形、滾壓成形、焊接成形和電沉積成形等。液壓成形可以獲得綜合性能較好的波紋管；滾壓成形可以用來制作大直徑的波紋管；焊接成形可以獲得彈性較好的波紋管；電沉積成形可以制作小直徑和的波紋管。由于試制波紋管是閥門裝置的一個重要部件，選擇液壓成形工藝可以獲得較好的綜合性能。
本項目波紋管要求采用液壓方法成形。 對于液壓成形的波紋管，當(dāng)波紋管波高、波 距較小時，其初波壓力不僅要按內(nèi)壓圓筒受力產(chǎn)生周向屈服考慮，還應(yīng)考慮模具約束對波紋管管坯受力的影響。
本項目波紋管為Inconel625 材料，由于該材料具有較高的屈服強度，波紋管的波高、波距均較小，波紋管單波展開長度僅34.7mm，故其成形時所需要的壓力就大。小的波高波距不僅使波紋管成形壓力過高，16mm的波距和2mm的壁厚，導(dǎo)致成形模具厚度不能大于6mm；且波紋管材料的壁厚大，成形回彈大，也給制造帶來了高的難度。所以需要研究一種新的制造工藝方法。
3 模具設(shè)計
該波紋管波距比較小，決定了成形中模片厚度不能夠太厚，但成形壓力比較高，需要對模具的設(shè)計方案需要進(jìn)行論證。
波紋管成形模具材料包括普通碳鋼和高強合金鋼，由于高強材料在市場上難以采購，采購周期長，且制造成本比較高，所以通常選用普通碳鋼材料，材料比較容易采購，模具制造費用適中。Q345B是常用一種低合金鋼，具有較高的強度，良好的韌性和機(jī)械加工性能，材料采購周期短，制造費用適中，比較適宜用來制造波紋管成形模具， 并且已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。
A型模具是金屬波紋管液壓成形為常用的模具類型。由于成形力比較大，設(shè)計出的中模片大而薄。在成形過程中，大而薄的中模片除了會發(fā)生徑向變形外，容易發(fā)生模片平面彎曲變形，導(dǎo)致成形后兩波波形不一致。在實際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)在成形力較大的情況下，Q345B制作的小直徑中模片兩半模會發(fā)生徑向彎曲變形，雖然變形量不大，但是經(jīng)過多次重復(fù)使用后，接合面間會出現(xiàn)較大的間隙，影響波紋管成形質(zhì)量。所以，綜上所述，材質(zhì)為Q235B的常用結(jié)構(gòu)形式A型模具并不適合本項目波紋管的制造成形。常用結(jié)構(gòu)形式Q345B 模具難以滿足需要，所以設(shè)計I型模具，使用加強環(huán)替代套盒或者螺栓組合模具，提高模具整體的結(jié)構(gòu)剛度，以上述不足。
12CrMoV是一種高強模具鋼，具有，也有的韌性和機(jī)械加工性能，是制作成形模具的理想材料，但制造周期較長，模具制造費用較高。經(jīng)過兩次成形后，在波紋管過程中，液體壓力較低， 模具承受較小的應(yīng)力，可采用Q345B設(shè)計模具。中模片厚度小于波紋管波距，通過將波紋管波形參數(shù)調(diào)整到需要的尺寸。
由于波紋管直邊段外徑大于其波根直徑，通過壓制出波高稍低的邊波作為工藝波，然后將工藝波翻邊來加工出所需的直邊段。這是常用一種加工方法，但是由于波紋管直徑較小，波距較小，材料屈服和厚度較厚，翻邊加工難度很大。作者設(shè)計在成形上下模蓋加工一個臺階，臺階直徑尺寸等于工藝波的外徑，約束管坯的變形量和方向，加工出合適的工藝波，減小翻邊的難度。上下模蓋有比較大的橫截面積，具有較大的剛度和強度，選用Q345B即可滿足使用要求。
4. 模具方案的選擇
該型號的波紋管以前沒有制造經(jīng)驗，需 要制造新模具，由于需要模具較多，從降方案試制失敗風(fēng)險成本的角度出發(fā)，需要驗證模具設(shè)計方案是否可行。
5. 波紋管成形
為了降低成形時的壓力，減小成形模具所受應(yīng)力，在成形之前對管坯進(jìn)行固溶處理，降低Inconel625材料的屈服強度。
根據(jù)波形參數(shù)計算下料尺寸、成形壓力、墊塊高度。注意在每次拆換中模片時測量波形參數(shù)，根據(jù)波紋參數(shù)調(diào)整合模墊塊高度和成形時保持高壓力的時間。 波紋管經(jīng)過初波成形、再次成形、三道成形工序后完成，測量波高和波距尺寸，測量結(jié)果滿足顧客要求。
在波紋管邊波波峰處劃線每邊留加工余量，用車床出去多余部分，然后進(jìn)行翻邊， 翻出所需要的直邊段部分。
6 結(jié)論
通過對兩種模具進(jìn)行工藝試驗，得出以下結(jié)論：厚壁Inconel625材料在生產(chǎn)小直徑波紋管，需要降低材料強度，提高材料韌性，降低成形模具受力；對于生產(chǎn)小波距厚壁波紋管，在設(shè)計成形模具，Cr12MoV/Cr12Mo1V1模具鋼是一種值得選用的材料 。
