一種小直徑厚壁Inconel625波紋管研制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一種小直徑Inconel625波紋管研制魏保恒，陽震，孫磊（洛陽船舶材料研究所，洛陽 ）摘要：本文闡述小直徑高強(qiáng)合金材料波紋管的制造方法。關(guān)鍵詞：Inconel625；波紋管；模具Application of Inconel625 bellows at high temperatureWei-Baoheng，Yang-Zhen，Sun-Lei(Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang ,China)Abstract：This article introduces one manufacture craft ab

2、out small diameter high intensity bellows。Key words：Inconel625，bellows，mold專心-專注-專業(yè)1 引言某煉化公司進(jìn)口閥門裝置使用一種波紋管，由于采購成本比較高、周期長，急需進(jìn)行國產(chǎn)化研制工作。DN300 Inconel625波紋管是該裝置的一個(gè)重要部件，該公司委托我單位對此波紋管進(jìn)行國產(chǎn)化研制工作。波紋管材料：高強(qiáng)度鎳合金Inconel625。查ASME SB 443-2004標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)規(guī)格Inconel625材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。波紋管參數(shù)見表2。表1材料牌號拉伸強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）延伸率Inconel6

3、2583042030%波紋管參數(shù)見表2：波根直徑（mm）波高（mm）波距（mm）厚度（mm）波數(shù)321主波13、邊波7.515.2529+2 技術(shù)人員對該公司提供的波紋管參數(shù)分析研究，認(rèn)為該波紋管制造存在比較大的難度。2 制造難點(diǎn)本項(xiàng)目波紋管要求采用液壓方法成型。對于液壓成形的波紋管，當(dāng)波紋管波高、波距較小時(shí)，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(xiàng)目波紋管為Inconel625材料，由于該材料具有較高的屈服強(qiáng)度，由表2可以看出，波紋管的波高、波距均較小，波紋管展開長度僅34.7mm，故其成型時(shí)所需要的壓力就更大。小的波高波距不僅使波紋管成形

4、壓力過高，15.2mm的波距和2mm得壁厚，導(dǎo)致成形模具厚度不能大于5.6mm；且波紋管材料的壁厚大，成型回彈大，也給制造帶來了更高的難度。所以需要研究一種新的制造工藝方法。3 研制方案論證該波紋管波距比較小，決定了成型中模片厚度不能夠太厚，但成型壓力比較高，需要對模具的設(shè)計(jì)方案需要進(jìn)行論證。3.1 模具材料選擇波紋管成型模具通常選用普通碳鋼材料，材料比較容易采購，模具制造費(fèi)用適中。也可采用高強(qiáng)材料，但高強(qiáng)材料在市場上難以采購，采購周期長，且制造成本比較高。3.2 模具設(shè)計(jì)與分析3.2.1 選用普通碳鋼設(shè)計(jì)模具某碳鋼是常用一種低合金鋼，具有較高的強(qiáng)度，良好的韌性和機(jī)械加工性能，材料采購周期短，

5、制造費(fèi)用適中，比較適宜用來制造波紋管成型模具，并且已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。A型模具A型模具最為常用，由于成型力比較大，若一次成型，設(shè)計(jì)出的模具大而薄，在成型過程中模具容易發(fā)生模片平面彎曲變形。在生產(chǎn)實(shí)際中，發(fā)現(xiàn)在成型力較大的情況下，低合金碳鋼制作的小直徑模具經(jīng)過多次重復(fù)使用后，兩半模發(fā)生彎曲變形，接合面存在較大的間隙，影響波紋管質(zhì)量。常用結(jié)構(gòu)形式低合金碳鋼模具難以滿足需要，所以設(shè)計(jì)I型模具，使用加強(qiáng)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，以消除上述不足。I型模具3.2.2 選用高強(qiáng)鋼、普通碳鋼設(shè)計(jì)模具某高強(qiáng)鋼具有高強(qiáng)度，也有一定的韌性和機(jī)械加工性能，是制作成型模具的理想材料，但制造周期

6、較長，模具制造費(fèi)用較高。本文作者設(shè)計(jì)II型模具，模具包括橫截面不同形狀的模具，進(jìn)行多次成型。II（1）模具R為VR型截面，有較大的受力面積，與管坯接觸段具有較大的剛度，能夠承受較大的應(yīng)力，適于進(jìn)行第一次成型。II（1）VR模具 II（1）VR模具有限元分析圖（應(yīng)力分布圖和變形量分布圖）II（2）模具R與常用模具橫界面相同，但中模片厚度大于波紋管波距，也能夠承受較大的應(yīng)力，用于第二次成型，調(diào)整波紋管波距和波高，使波形參數(shù)逐步靠近需要的波形參數(shù)。II（2）模具II（3）模具為整形模具。經(jīng)過兩次成型后，在波紋管整形過程中，液體壓力較低，模具承受較小的應(yīng)力，可采用普通碳鋼設(shè)計(jì)模具。中模片厚度小于波紋管

7、波距，通過整形將波紋管波形參數(shù)調(diào)整到需要的尺寸。II（3）模具3.2.3 工藝波模具設(shè)計(jì)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，材料屈服強(qiáng)度高和厚度較厚，翻邊加工難度很大。作者設(shè)計(jì)在成型上下模蓋加工一個(gè)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，加工出更合適的工藝波，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(qiáng)度，選用普通碳鋼即可滿足使用要求。 4 模具方案的選擇該型號的波紋管以前沒有制造經(jīng)驗(yàn)，需要制造新模具，由于需要模具較多，從降低方

8、案試制失敗風(fēng)險(xiǎn)成本的角度出發(fā)，需要驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)方案是否可行。若方案可行，優(yōu)先選用I型模具。若方案不可行，需要重新進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。作者決定每種型號的中模片制造2件，然后進(jìn)行工藝試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，方案I模具受力條件滿足要求，但成型后，由于波紋管膨脹，模具難以拆卸下來，方案I不成功；方案II模具滿足要求。因此選用II型模具制造波紋管。5 波紋管成型5.1 波紋管管坯固溶處理為了降低成型時(shí)的壓力，減小成型模具所受應(yīng)力，在成型之前對管坯進(jìn)行固溶處理，降低Inconel625材料的屈服強(qiáng)度。5.2 波紋管成型工藝要點(diǎn)根據(jù)波形參數(shù)計(jì)算下料尺寸、成型壓力、墊塊高度。依次按順序用II（1）、II（2）、II（3）模具成型。注意在每次拆換中模片時(shí)測量波形參數(shù)，根據(jù)波形參數(shù)調(diào)整合模墊塊高度和成型時(shí)保持最高壓力的時(shí)間。波紋管經(jīng)過初波成型、再次成型、整形三道成型工序后完成，測量波高和波距尺寸，測量結(jié)果滿足顧客要求。5.3 邊波的加工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(yàn)，得出以下結(jié)論：I型模具雖制造成本低，但生產(chǎn)應(yīng)用中不可行；II模具雖制造成本比較高，但能夠滿足生產(chǎn)應(yīng)用的要求；厚壁Inconel625材料在生產(chǎn)小直徑