精密成形工程：某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究
2022-11-29【作 者】刘蕾;周金朝;郭远东;刘超;李萍
金属波纹管是一种具有波纹结构的圆柱形薄壁结构，在轴向、径向等方向变形的情况下具有很高的柔性，此外，它还具有优良的膨胀吸收和机械运动补偿性能。因此，金属波纹管常用于柔性连接元件，在汽车、航空航天和核工业中得到了广泛的应用，并逐渐向高压、大直径、多层方向发展[1-4]。
在目前的金属波纹管生产技术中，常用工艺有轧制、液压成形等[5-7]，许多学者对这些不同工艺方法成形过程中的应力-应变状态进行了研究[8-10]。其中，液压成形是利用油或水等液体介质在管坯内部施加一定程度的压力，同时在管坯的一个或者两个端部利用特定形状的模片进行轴向进给，使管坯在径向产生所需塑性变形的一种成形工艺。影响波纹管液压成形质量的工艺参数涉及多个方面，如模片的轴向进给位移、液体介质的成形内压、管坯自身尺寸等，这些影响因素控制不当，易在液压成形过程中产生起皱、壁厚不均、破裂等缺陷。
Li 等[10]和李慧芳等[11]对多层多波 Ω 形波纹管的液压成形过程进行了仿真，主要分析了成形后的应力和应变场、峰值处壁厚减薄率和各层圆度。李凯[12]对小直径薄壁 U 型波纹管内压成形过程进行了模拟，获得了应力-应变以及壁厚减薄率的分布演变规律。郭煜敬等[13]则主要通过模拟分析了轴向加载路径和成形内压对薄壁波纹管壁厚减薄率的影响行为。这些研究都是针对特定的金属波纹管的成形过程进行分析，因此为了获得高质量的产品，研究所需波纹管的成形特性并探索合适的成形参数是至关重要的。
文中需要使用 304 不锈钢管坯成形出具有特定形状的波纹管，其形状是在 U 形波纹顶部具有直径更小的另一个 U 形波纹，如图 1 所示，这对成形内压以及轴向进给的调控要求比普通 U 形管更高。
【结 论】
1）根据正交试验，确定了成形参数影响显著性排序及影响规律。轴向进给路径是模拟结果中对成形高度和减薄率最主要的影响因素。其他因素里，成形内压及保压力越大，成形高度越高，减薄也越严重。成形初期快速进给有利于减小波纹管的减薄率，但是同时成形初期会出现褶皱，最终波纹管波高比较低。
2）通过正交试验后的数据分析，确定了模拟实验范围内的最佳成形工艺参数。通过综合评分法中的排队评分法，对成形高度和减薄率 2 个指标综合衡量，得到的优化参数为成形内压为 2 MPa，保压力为1.25 MPa，轴向进给路径在前 0.1 s 进给 5 mm、后 0.9 s匀速进给至模具闭合。此时综合成形质量较高。
以下是正文：
