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      研究小直径高镍合金波纹管的制造工艺

      来源:yyzzc?发布时间:2014-09-22 GMT 03:09:25
      关键词:小直径高镍合金波纹管,合金波纹管,波纹管

        1 前言
        随着我国金属波纹管膨胀节市场的迅猛发展,与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。技术工艺的优劣直接决定企业的市场竞争力。了解国内外金属波纹管膨胀节生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用对于企业提升产品技术规格,提高市场竞争力十分关键。
        目前,国内一些炼化公司使用的进口阀门装置,其上均安装有一类小直径高镍合金波纹管。由于该类阀门装置采购成本比较高、采购周期长,所以实现其国产化不但具有很大的经济价值而且还有很高的社会价值。由于此类小直径高镍合金波纹管尚未实现国产化,所以要实现该类阀门装置的国产化,先必须开展小直径高镍合金波纹管的研制工作。现在,某管件公司正在从事阀门装置的国产化研究,该公司委托我单位对此类波纹管进行国产化研制工作。DN300系列Inconel625 波纹管是该阀门装置的一个重要部件,选择其中较为简单的两组波纹管开展研制工作。两组波纹管的研制成功将有利于后续工作的开展。波纹管材料:高强度镍合金Inconel625。
        2 制造方法
        金属波纹管的制造方法有:机械胀形、液压成形、滚压成形、焊接成形和电沉积成形等。液压成形可以获得综合性能较好的波纹管;滚压成形可以用来制作大直径的波纹管;焊接成形可以获得弹性较好的波纹管;电沉积成形可以制作小直径和高精度的波纹管。由于试制波纹管是进口阀门装置的一个重要部件,选择液压成形工艺可以获得较好的综合性能。
        本项目波纹管要求采用液压方法成形。 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,波纹管的波高、波距均较小,波纹管单波展开长度仅34.7mm,故其成形时所需要的压力就大。小的波高波距不仅使波纹管成形压力过高,16mm的波距和2mm的壁厚,导致成形模具厚度不能大于6mm;且波纹管材料的壁厚大,成形回弹大,也给制造带来了高的难度。所以需要研究一种新的制造工艺方法。
        3 模具设计
        该波纹管波距比较小,决定了成形中模片厚度不能够太厚,但成形压力比较高,需要对模具的设计方案需要进行论证。 
        波纹管成形模具材料包括普通碳钢和高强合金钢,由于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,所以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。Q345B是常用一种低合金钢,具有较高的强度,良好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形模具, 并且已经有了广泛的应用。
        A型模具是金属波纹管液压成形为常用的模具类型。由于成形力比较大,设计出的中模片大而薄。在成形过程中,大而薄的中模片除了会发生径向变形外,容易发生模片平面弯曲变形,导致成形后两波波形不一致。在实际生产中,发现在成形力较大的情况下,Q345B制作的小直径中模片两半?;岱⑸断蛲淝湫?,虽然变形量不大,但是经过多次重复使用后,接合面间会出现较大的间隙,影响波纹管成形质量。所以,综上所述,材质为Q235B的常用结构形式A型模具并不适合本项目波纹管的制造成形。常用结构形式Q345B 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。
        12CrMoV是一种高强模具钢,具有高强度,也有一定的韧性和机械加工性能,是制作成形模具的理想材料,但制造周期较长,模具制造费用较高。经过两次成形后,在波纹管整形过程中,液体压力较低, 模具承受较小的应力,可采用Q345B设计模具。中模片厚度小于波纹管波距,通过整形将波纹管波形参数调整到需要的尺寸。
        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。作者设计在成形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Q345B即可满足使用要求。
        4. 模具方案的选择
        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。
        5. 波纹管成形
        为了降低成形时的压力,减小成形模具所受应力,在成形之前对管坯进行固溶处理,降低Inconel625材料的屈服强度。
        根据波形参数计算下料尺寸、成形压力、垫块高度。注意在每次拆换中模片时测量波形参数,根据波纹参数调整合模垫块高度和成形时保持高压力的时间。 波纹管经过初波成形、再次成形、整形三道成形工序后完成,测量波高和波距尺寸,测量结果满足顾客要求。
        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:厚壁Inconel625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,降低成形模具受力;对于生产小波距厚壁波纹管,在设计成形模具,Cr12MoV/Cr12Mo1V1模具钢是一种值得选用的材料 。

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