一种不等波形参数波纹金属软管及成形方法与流程

本发明涉及一种材料及加工成形方法，特别是金属软管及成形方法。

背景技术：

波纹金属软管是现代工业管路中的一种高品质的柔性管道，具有良好的柔软性、抗疲劳性及承压高、耐温性好、耐腐蚀、密封性强等特性。广泛应用于石油、航空、航天、化工、电力、交通运输等行业，随着现代工业发展，对高质量、高性能的波纹金属软管的需求量越来越大。海上稠油热采是波纹金属软管的最新开发应用领域，在深海石油开采过程中，波纹金属软管用于连接移动注气驳船与深海采油平台，由于软管端部固定，在外力作用下端部的波形在一定的弯曲角度下发生挤压变形，反复弯曲变形超过其本身的疲劳强度极限，因此很可能会产生高应变低循环破坏，降低整根软管的使用寿命。目前波纹金属软管多采用等参数单波的设计方式进行加工，这种波纹金属软管在实际应用中，连接端变形量较大，当达到一定的弯曲角度时，波形之间容易发生挤压变形，导致破坏，缩短使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种能提高波纹金属软管使用寿命的不等波形参数的波纹金属软管及成形方法。该软管是以两个波形参数(波高和波宽)不同的波形为一组，高波与低波交替分布的波纹金属软管，该波纹金属软管的成形方法是在专用模具中每两个不同高度的一组波形同时在液压涨波机的作用下成形。

本发明的技术方案如下：

一、本发明的不等波形参数波纹金属软管是以两个波形参数(波高和波宽)不同的波形为一组，高波与低波交替分布的波纹金属软管。

二、本发明波纹金属软管的成形模具主要包括：上、下凹模A，上、下凹模B，上、下定位模，上、下限位块A，上、下限位块B，密封圈A、B，及推杆A、B、C、D。其中，推杆A一端与液压涨波机的加载液压缸相连，另一端与上凹模A上的水平螺孔螺纹连接。该上凹模A上部与液压涨波机上横梁对应并相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+小波高度h。与该上凹模A对应的为下凹模A，该下凹模A下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+小波高度h。在下凹模A上设有水平的通孔，推杆B穿过该水平通孔，其一端与液压涨波机的加载液压缸相连，另一端与下凹模B的水平螺孔螺纹连接。该下凹模B下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆B一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于大波宽W₂，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。在下凹模B上设有水平的螺孔。与该下凹模B对应的为上凹模B，其结构与下凹模B基本相同，但其上不设螺孔。在上下凹模B的另一侧即与上下凹模A相反一侧分别设有上下定位模，该上定位模上部与液压涨波机上横梁对应并相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。该下定位模下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。上述各凹模及定位块开口槽的小半径端部截面均为半圆形。在上凹模A、B之间可设有上限位块A，其上端单独与活塞杆相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽半径等于上凹模A的大半径，该限位块的厚度等于小波的步长-W₁。与上限位块A对应的下限位块A设在下凹模A、B之间，该下限位块A的下端单独与活塞杆相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽半径等于下凹模A的大半径，并且在该半圆槽与推杆B对应的部分设有开口向上且开口长度大于推杆B直径的U形开口槽，该限位块的厚度等于小波的步长-W₁。在上凹模B与上定位模之间设有上限位块B,其上端单独与活塞杆相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽半径等于上凹模B的大半径，该限位块的厚度等于大波的步长-W₂。与上限位块B对应的下限位块B设在下凹模B和下定位模之间，其下端单独与活塞杆相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽半径等于下凹模B的大半径，该限位块的厚度等于大波的步长-W₂。另有设在软管管坯内的两个密封圈A、B，其为外径与软管管坯内径相同的圆板，中心设螺孔，并各与一根推杆一端螺纹连接。

三、本发明波纹金属软管的成形方法

1、将上下凹模A、上下凹模B及上下定位块固定端分别固定在涨波机上下横梁上，同时将上下限位块A、上下限位块B的固定端固定在上下液压缸的活塞杆上，并按下列顺序并列，即上凹模A与上限位块A相邻，上限位块A与上凹模B相邻，上凹模B与上限位块B相邻，上限位块B与上定位块相邻，再由推杆A对它们进行挤压，使它们紧靠在一起；同理，下凹模A与下限位块A相邻，下限位块A与下凹模B相邻，下凹模B与下限位块B相邻，下限位块B与下定位块相邻，再由推杆B对它们进行挤压，使它们紧靠在一起，并且使上、下凹模A，上、下凹模B及上、下定位块均相对应，然后将软管管坯紧紧箍住。

2、将两个密封圈置于软管管坯内，其一个密封圈B由推杆D推至其光面与上下定位块施力点在同一个面的位置，另一个密封圈A由推杆C推至其光面与上下凹模A施力点在同一个面的位置。

3、向密封圈A、B之间的空间充填液压油，推杆D为空心管，液压油由推杆D的管口向密封圈A、B之间的空间充填，液压油对软管管坯内壁加压使其鼓胀，为波形定位。

4、之后上下限位块A、B在活塞杆作用下，分别上下移动从凹模及定位模的间隙中脱离。液压油继续加压，上下凹模AB、分别在推杆AB及密封圈A上的推杆共同作用推动软管管坯向固定不动的密封圈B移动，直至波形成形，液压油卸载。

5、所述各部件均复位，软管管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下一组波纹。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的波纹金属软管，能够使软管在发生更大弯曲角度条件下，各波之间不发生挤压破坏，提高软管使用寿命。

2、本发明方法采用一次成形一组波的新工艺可提高波纹金属软管的生产效率。

附图说明

图1是本发明的波纹金属软管例1主视剖面示意简图；

图2是本发明的波纹金属软管例2主视剖面示意简图；

图3是本发明成形过程定位阶段模具的主视剖面示意简图；

图4是本发明成形过程鼓胀阶段模具的主视剖面示意简图；

图5是本发明成形过程胀波阶段模具的主视剖面示意简图。

图中：1-推杆A，2-上凹模A，3-上限位块A，4-上凹模B，5-上限位块B，

6-上定位模，7-下定位模，8-下限位块B，9-下凹模B，10-下限位块A，

11-下凹模A，12-推杆B，13-软管，14-推杆C，15-密封圈A，16-密封圈B，17-推杆D。

具体实施方式

在图3所示的本发明成形过程定位阶段模具的主视剖面示意简图中，推杆A1一端与液压涨波机加载液压缸相连，另一端与上凹模A1上的水平螺孔螺纹连接。该上凹模A上部与液压涨波机上横梁对应并相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径≥软管管坯外径+小波高度h。

与该上凹模A对应的为下凹模A11，该下凹模A下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+小波高度h。在下凹模A上设有水平的通孔，推杆B12穿过该水平通孔，其一端与液压涨波机加载液压缸相连，另一端与下凹模B9的水平螺孔螺纹连接。该下凹模B下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于大波宽W₂，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。在下凹模B上设有水平的螺孔。与该下凹模B对应的为上凹模B4，其结构与下凹模B基本相同，但其上不设螺孔。在上下凹模B的另一侧即与上下凹模A相反一侧分别设有上下定位模，该上定位模6上部与液压涨波机上横梁对应并相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。该下定位模7下部与液压涨波机下横梁对应并相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽的半径呈阶梯形且朝向推杆A一侧的半径小于另一侧半径，大小半径台阶高度等于小波宽W₁，半圆槽小半径等于软管管坯外径并且厚度等于大小波间距，半圆槽大半径＞软管管坯外径+大波高度H。上述各凹模及定位块开口槽的小半径端部截面均为半圆形。在上凹模A、B之间可设有上限位块A3，其上端单独与活塞杆相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽半径等于上凹模A的大半径，该限位块的厚度等于小波的步长-W₁。与上限位块A对应的下限位块A10设在下凹模A、B之间，该下限位块A的下端单独与活塞杆相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽半径等于上凹模A的大半径，并且在该半圆槽与推杆B对应的部分设有开口向上且开口长度大于推杆B直径的U形开口槽，该限位块的厚度等于小波的步长-W₁。在上凹模B与上定位模之间设有上限位块B5,其上端单独与活塞杆相连，下部设开口向下的半圆槽，该半圆槽半径等于上凹模B的大半径，该限位块的厚度等于大波的步长-W₂。与上限位块B对应的下限位块B8设在下凹模B和下定位模之间，其下端单独与活塞杆相连，上部设开口向上的半圆槽，该半圆槽半径等于下凹模B的大半径，该限位块的厚度等于大波的步长-W₂。另有设在软管管坯内的密封圈A15和密封圈B16，两者均为外径与软管管坯内径相同的圆板，中心设螺孔，并分别与一根推杆14、17一端螺纹连接。

实施例1

将上下凹模A、上下凹模B及上下定位块固定端分别固定在涨波机上下横梁上，同时将上下限位块A、上下限位块B固定端固定在上下液压缸的活塞杆上，并按下列顺序并列，即上凹模A与上限位块A相邻，上限位块A与上凹模B相邻，上凹模B与上限位块B相邻，上限位块B与上定位块相邻，再由推杆A对它们进行挤压，使它们紧靠在一起；同理，下凹模A与下限位块A相邻，下限位块A与下凹模B相邻，下凹模B与下限位块B相邻，下限位块B与下定位块相邻，再由推杆B对它们进行挤压，使它们紧靠在一起，并且使上、下凹模A，上、下凹模B及上、下定位块均相对应，然后将软管管坯紧紧箍住，如图3所示。将两个密封圈置于软管管坯内，其一个密封圈B由推杆D推至其光面与上下定位块施力点在同一个面的位置，另一个密封圈A由推杆C推至其光面与上下凹模A施力点在同一个面的位置。

向密封圈A、B之间的空间充填液压油，推杆D为空心管，液压油由推杆D的管口向密封圈A、B之间的空间充填，液压油对软管管坯壁加压使其鼓胀，为波形定位，如图4所示。之后上下限位块A、B在活塞杆作用下，分别上下移动从凹模及定位模的间隙中脱离。液压油继续加压，上下凹模AB、分别在推杆AB及密封圈A上的推杆共同作用推动软管管坯向固定不动的密封圈B移动，直至波形成形，液压油卸载，如图5所示。所述各部件均复位，软管管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下一组波纹。最后获得的波纹金属软管是以两个波形参数(波高和波宽)不同的波形为一组，高波与低波交替分布的波纹金属软管，如图1所示，其直径D为80mm，波高H为11mm，h为7mm，大波长S2和小波长S1均为9mm，大波宽W2为6mm，小波宽W1为4mm的波纹金属软管，经计算其最小弯曲半径为72mm。而直径D为80mm，波高为11mm，波长为9mm，波宽为6mm的波纹金属软管，实际应用中最小弯曲半径为96mm。因此，不等波形参数波纹软管可实现较大的弯曲变形，同时避免波形之间的相互挤压导致的破坏现象发生。

实施例2

其操作过程与例1相同，最后获得的波纹金属软管是以两个波形参数(波高和波宽)不同的波形为一组，高波与低波交替分布的波纹金属软管，如图2所示，其直径D为80mm，波高H为10mm，h为5mm，大波长S2和小波长S1均为9mm，小波宽W1和大波宽W2均为6mm的波纹金属软管，经计算其最小弯曲半径为77mm。而直径D为80mm，波高为10mm，波长为9mm，波宽为6mm的波纹金属软管，实际应用中最小弯曲半径为108mm。因此，本发明的不等波形参数波纹软管可实现较大的弯曲变形，同时避免波形之间的相互挤压导致的破坏现象发生。