专利名称:双曲肋式波纹管的制作方法
本发明涉及波纹管、波纹管的制造方法和成形模。
由金属薄壁管制成的单层和多层波纹管是一种弹性密封元件，适用于航天及其他工业的流体密封与控制。苏联专利SU4，38824和SU458679分别将U形波纹管压成浅Ω形和同心圆式波纹管，美国专利U·S·P·3952575用扇形销的径向运动机械挤压薄壁管，使其材料沿径向和环向扩展，因此这种机械式胀形法只能制造出直径较大的U形波纹管，而且一次只能挤压一个波纹。美国航天飞机使用了承压能力更高的小波距深Ω形波纹管，但现有波纹管的波形只沿回旋半径R方向弯曲(单曲)，型面高度只是回旋半径R的函数，与回旋角θ无关Z＝f(R)，承压能力难于进一步提高。
本发明的目的是改进波纹管波形设计，改进制造方法和成形模，从而制造出承压能力更高的双曲肋式波纹管。
按照本发明制造出的双曲肋式波纹管的结构如图1.图2.图3.所示在单层和多层波纹管的每个波纹的单面环板上增加n条径向肋(1)，例如n＝6;8;9;10;12;14;15;16等。该n条径向肋将每个单面环板分成n个向波谷凸起的小扇形双曲弹性薄壳(2)。这种径向肋条分割法可将一个单面受力大环板分成很小的弹性薄壳受力单元，比苏联专利SU458679采用的环板同心圆分割法分得更小，因而承压能力更高。双曲肋式波纹管内外周边近似呈n面多边形(3)，多边形内外周边比普通波纹管的圆形内外周边具有更好的稳定性及承压能力。波数为N的双曲肋式波纹管由N×2n个双曲弹性薄壳和N×2n条径向肋组成。每个小扇形弹性薄壳沿径向R(4)和环向θ(5)双曲。型面高度Z(6)是R和θ的周期函数Z＝f(R，θ)，周期为2π/n。每个弹性薄壳的最大高度Zmax在相邻两肋的各弧线等分点的连线(7)上，等分点两侧的高度对称相等。径向肋具有宽度(8)。径向肋宽度加大，则波纹管承受外压的能力提高。双曲肋式波纹管的承压能力高于加肋前的相同的普通波纹管，肋数越多承压能力越大。
本发明的双曲肋式波纹管的制造方法是用单层或多层普通U形波纹管作毛坯，在专用的整形模和成形模内，经过整形，二次液压自由拉深成形并二次强化，稳定波形三个工序制造出单层或多层双曲肋式波纹管。一个波数为N的波纹管成形时需向波谷插入N×n个活动径向销，所有活动径向销在波纹管环板上按2π/n周期排列，n为波纹管每一个环板上的活动径向销数，当波纹管内腔充液压后，所有波纹管环板同时拉深成N×2n个小扇形双曲弹性薄壳和N×2n条径向肋，内外周边同时拉成N个n面多边形，弹性薄壳的形状及高度Z由通入波纹管内腔的二次成形液体压力的大小来控制。二次成形的液体压力大于各自的毛坯U形波纹管的成形压力，波纹管材质得到二次强化。部分或全部拆除活动径向销，用通内压或外压的方法对波形进行稳定处理，稳定处理的压力大于双曲肋式波纹管的工作压力，小于双曲肋式波纹管的成形压力。
本发明的双曲肋式波纹管的成形模是静止不动的，液压无摩擦成形模如图4所示，它带有N×n个活动径向销(12)，该活动径向销由分隔套(9)上的圆孔定位，套筒(13)限制活动径向销(12)的径向位置，焊好两端接头(10，11)的波纹管(14)由法兰(15)压紧并由垫片(17)密封，由接嘴(16)向波纹管内腔充液压，使波纹管二次自由拉深成形。成形时，成形模所有零件静止不动，活动径向销处于液浮静平衡状态，静止不动。波纹管除与活动径向销接触外，与成形模其他零件始终保持间隙，没有摩擦。成形后，活动径向销靠自重脱模。径向活动销分圆销和扁平销两种，用扁平销压出的肋具有宽度(8)。波纹管也可用橡胶O形圈密封后直接压肋，不必事先焊上接头。分隔套的定位孔也可作成长槽形。这种静止不动的液压无摩擦成形模的使用寿命高于现有波纹管成形模的使用寿命。
与现有波纹管比较，本发明具有以下优点由于双曲肋式波纹管是用普通U形波纹管作毛坯，波纹管材质得到再次强化，由大的受力环板小型化为小扇形双曲弹性薄壳，内外周边由圆形改为多边形，并增加径向肋，因此其承压能力明显高于现有波纹管。
例如
1Cr18Ni9Ti不锈钢单层U形波纹管37×26×0.18×5(外径×内径×壁厚×波数)，尺寸按毫米计算(下同)，压肋前波长压缩1.5毫米时最大允许耐压力为12.6Kg/Cm2，压肋后的试验值波长也压缩1.5毫米时最大允许耐压力为12肋，30Kg/Cm2;15肋，50Kg/Cm2。
1Cr18Ni9Ti三层不锈钢U形波纹管25.5×16.6×0.14×3×10，压肋前，波长压缩2毫米，最大允许耐压力为56.5Kg/Cm2。压肋后，波长也压缩2毫米时，其最大允许承压力为100Kg/Cm2。该波纹管的肋数为6，如肋数增加耐压力将进一步提高。
1Cr18Ni9Ti三层不锈钢U形波纹管20×13×0.15×3×12压缩1.5毫米时其最大允许耐压力低于150Kg/Cm2，压肋后肋数为9，肋宽1.4毫米，也压缩1.5毫米时，其最大允许耐压力为300Kg/Cm2。抽查试验的压力为425Kg/Cm2，这时波纹管仍完好无损。相同尺寸的小波距深Ω波纹管也没有这样高的承压能力。
本发明的单层双曲肋式波纹管在较高压力下，比现有波纹管的灵敏性高、稳定性好，特别适用于精密的超低温稳压器的敏感元件，用37×26×0.18×5的15肋单层双曲肋式波纹管制造的无摩擦超低温稳压器的试验特性如下由于外界干扰稳压器入口压力变化时，出口压力保持不变(不计允差)
由稳压器出口压力及其进回程差可以看出单层双曲肋式波纹管在30Kg/Cm2压力的作用下，温度急降至超低温时的特性是稳定的，灵敏性是高的，现有波纹管还不到这样的指标。
试验证明双曲肋式波纹管运动时不需要导向，因而在产品使用时不会与其他零件摩擦，现有波纹管一般有导向装置，有摩擦，因此双曲肋式波纹管的使用寿命高于现有波纹管。37×26×0.18×1×5的双曲肋式波纹管疲劳试验的应力循环次数实测值不低于1.2×106次，不会因疲劳而损坏。
一般中，小型U型波纹管都可按本发明的原理和方法，在成形模内作成双曲肋式波纹管，因此本发明特别适用于现有波纹管不能满足要求的场所，具有良好的工艺性。
图1.双曲肋式波纹管轴侧投影图。
图2.双曲肋式波纹管纵剖面图(A-O-B剖视图)。
图3.双曲肋式波纹管横剖面图(C-C剖视图)。
图4.双曲肋式波纹管成形模。
本发明的实施例可用图1，图2，图3进一步说明图1，图2，图3为高精度稳压器用的，肋数为15的单层双曲肋式波纹管的结构示意图，周期为24°，材料为1Cr18Ni9Ti(37×26×0.18×5)波形测量值如下
将该波纹管的波数增加到20，肋数增加到16，其承压力提高到60Kg/Cm2，行程加大到8.7毫米，适合于作动筒和阀门的密封控制元件。
本发明中耐压力为300Kg/Cm2的三层高压双曲肋式波纹管适用于高压阀门的控制密封，用于深井採油的高压气举阀。
权利要求
1.由金属薄壁管制成的单层和多层波纹管是一种弹性密封元件，其波形只沿回旋半径R方向弯曲(单曲)，型面高度Z是回旋半径R的函数，与回旋角θ无关Z=f(R)，本发明的特征是，双曲肋式波纹管是在单层和多层波纹管的每个波纹的单面环板上增加n条径向肋(1)，该n条径向肋将每个单面环板分成n个向波谷凸起的小扇形双曲弹性薄壳(2)，波纹管内外周边近似成n面多边形(3)，波数为N的双曲肋式波纹管由N×2n个双曲弹性薄壳和N×2n条径向肋组成，每个小扇形弹性薄壳沿径向R(4)和环向θ(5)双曲，型面高度Z(6)是R和θ的周期函数Z=f(R，θ)，周期为2π/n，每个弹性薄壳的最大高度Zmax在相邻两肋间的各弧线等分点的连线(7)上，等分点两侧的高度对称相等径向肋具有宽度(8)。
2.双曲肋式波纹管的造方法，其特征是，用单层或多层普通U形波纹管作毛坯，在专用的整形模和成形模内，经过整形，二次液压自由拉深成形并二次强化，稳定波形处理三个工序制造出单层或多层双曲肋式波纹管一个波数为N的波纹管成形时需向波谷插入N×n个活动径向销，所有活动径向销在波纹管环板上按2π/n周期排列，n为波纹管每一个环板上的活动径向销数。当波纹管内腔充液压后，所有波纹管环板同时拉深成N×2n个小扇形双曲弹性薄壳和N×2n条径向肋，内外周边同时拉成N个n面多边形，弹性薄壳的形状及高度Z由通入波纹管内腔的二次成形液体压力的大小来控制，二次成形的液体压力大于各自的毛坯U形波纹管的成形压力，波纹管材质得到二次强化。部分或全部折除活动径向销，用通内压或外压的方法对波形进行稳定处理。稳定处理的压力大于双曲肋式波纹管的工作压力，小于双曲肋式波纹管的成形压力。
3.曲双肋式波纹管的成形模，其特征是，波数为N的静止不动的液压无磨擦成形模带有N×n个活动径向销(12)，活动径向销由分隔套(9)上的园孔定位，套筒(13)限制活动径向销(12)的径向位置。焊好两端接头(10，11)的波纹管(14)由法兰(15)压紧并由垫片(17)密封，由接咀(16)向波纹管内腔充液压，使波纹管二次自由拉深成形。成形时，成形模所有另件静止不动，活动径向销处于液浮静平衡状态，静止不动。波纹管除与活动径向销接触外，与成形模其他另件始终保持间隙，没有摩擦。成形后活动径向销靠自重脱模。径向活动销分圆销和扁平销两种。用扁平销压出的肋具有宽度(8)。波纹管也可用橡胶O形圈密封后直接压肋，不必事先焊上接头。分隔套的定位孔也可作成长槽形。
专利摘要
双曲肋式波纹管为弹性密封元件。现有波纹管的波形只沿半径R方向弯曲(单曲)，承压能力难于进一步提高。本发明是在波纹管的环板上增加n条径向肋和n个双曲弹性薄壳，使之成为承压能力更高的双曲肋式波纹管。单层双曲肋式波纹管在较高压力和超低温条件下具有很好的稳定性和敏感性，特别适用于宇航超低温调节器。多层高压双曲肋式波纹管的承压能力为300kg/cm
文档编号F16J3/04GK85102493SQ85102493
公开日1985年9月10日 申请日期1985年4月1日
发明者余三民 申请人:北京市丰源机械研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan