塑性工程学报：高温合金矩形波纹管液压胀形变形特征
2023-11-24【作 者】吕志勇;刘静;李兰云;左星煜;李懿曌
【前 言】
自弹性元件金属波纹管问世以来， 由于其功能多样 （用于流体介质密封、 振动工况减振以及位移柔性补偿等） 及性能优良， 在航空、 航天、 船舶和核能等领域被广泛应用［１］。 而镍基高温合金在波纹管领域的应用， 使金属波纹管在高温或低温工况下，仍具备优良的使用性能和耐氧化特性， 极大增加了金属波纹管的使用寿命和环境适应性［２－４］。
随着金属波纹管应用领域的不断增加， 一些波导管、 风机管道和矩形管道连接处已采用了截面轮廓为矩形的矩形金属波纹管［５］， 传统的圆形 （波纹管横截面） 金属波纹管已无法满足我国航天液体火箭发动机、 大型核电站以及高温燃气轮机高速发展的需要。
针对矩形波纹管相关研究较为匮乏的现状， 本文通过实验与有限元仿真方法， 开展高温合金矩形波纹管液压胀形变形特征研究， 获得直线段、 过渡圆角段不同变形特征， 在此基础上开展工艺参数对成形质量的影响。 该研究对提升我国矩形波纹管的加工制造水平、 拓宽矩形波纹管应用领域， 具有重大的社会效益和经济价值。
【结 论】
（１） 通过开展高温合金矩形波纹管液压胀形有限元仿真， 研究直线段和过渡圆角段的变形特征和工艺参数对成形质量的影响后发现， 长边直线段和过渡圆角段截面形状相同； 波高由圆角段中间位置处向直线段中间位置处逐渐增大。 相比于直线段，过渡圆角段波高较低， 材料壁厚减薄率大、 填充性差， 变形约束效应显著； 最大壁厚减薄率、 最大等效塑性应变均出现在过渡圆角段中间位置的波峰处。
（２） 成形内压力、 过渡圆角半径和模片间距的增加均会引起波高和壁厚减薄率的增大； 但盲目增加成形内压力会导致壁厚过度减薄、 胀破以及直线段材料超过模具型腔被刺破； 而过小的过渡圆角半径会导致中间波纹两侧波谷处壁厚增大。
（３） 与成形内压力相比， 壁厚减薄率相同时，波高受模片间距影响更大， 因此可优先通过增大模片间距增大波高， 以此得到更加饱满的波形。
以下是正文：
