專利名稱:雙曲肋式波紋管的制作方法
本發(fā)明涉及波紋管、波紋管的制造方法和成形模。
由金屬薄壁管制成的單層和多層波紋管是一種彈性密封元件，適用于航天及其他工業(yè)的流體密封與控制。蘇聯(lián)專利SU4，38824和SU458679分別將U形波紋管壓成淺Ω形和同心圓式波紋管，美國專利U·S·P·3952575用扇形銷的徑向運(yùn)動機(jī)械擠壓薄壁管，使其材料沿徑向和環(huán)向擴(kuò)展，因此這種機(jī)械式脹形法只能制造出直徑較大的U形波紋管，而且一次只能擠壓一個波紋。美國航天飛機(jī)使用了承壓能力更高的小波距深Ω形波紋管，但現(xiàn)有波紋管的波形只沿回旋半徑R方向彎曲(單曲)，型面高度只是回旋半徑R的函數(shù)，與回旋角θ無關(guān)Z＝f(R)，承壓能力難于進(jìn)一步提高。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)波紋管波形設(shè)計(jì)，改進(jìn)制造方法和成形模，從而制造出承壓能力更高的雙曲肋式波紋管。
按照本發(fā)明制造出的雙曲肋式波紋管的結(jié)構(gòu)如圖1.圖2.圖3.所示在單層和多層波紋管的每個波紋的單面環(huán)板上增加n條徑向肋(1)，例如n＝6;8;9;10;12;14;15;16等。該n條徑向肋將每個單面環(huán)板分成n個向波谷凸起的小扇形雙曲彈性薄殼(2)。這種徑向肋條分割法可將一個單面受力大環(huán)板分成很小的彈性薄殼受力單元，比蘇聯(lián)專利SU458679采用的環(huán)板同心圓分割法分得更小，因而承壓能力更高。雙曲肋式波紋管內(nèi)外周邊近似呈n面多邊形(3)，多邊形內(nèi)外周邊比普通波紋管的圓形內(nèi)外周邊具有更好的穩(wěn)定性及承壓能力。波數(shù)為N的雙曲肋式波紋管由N×2n個雙曲彈性薄殼和N×2n條徑向肋組成。每個小扇形彈性薄殼沿徑向R(4)和環(huán)向θ(5)雙曲。型面高度Z(6)是R和θ的周期函數(shù)Z＝f(R，θ)，周期為2π/n。每個彈性薄殼的最大高度Zmax在相鄰兩肋的各弧線等分點(diǎn)的連線(7)上，等分點(diǎn)兩側(cè)的高度對稱相等。徑向肋具有寬度(8)。徑向肋寬度加大，則波紋管承受外壓的能力提高。雙曲肋式波紋管的承壓能力高于加肋前的相同的普通波紋管，肋數(shù)越多承壓能力越大。
本發(fā)明的雙曲肋式波紋管的制造方法是用單層或多層普通U形波紋管作毛坯，在專用的整形模和成形模內(nèi)，經(jīng)過整形，二次液壓自由拉深成形并二次強(qiáng)化，穩(wěn)定波形三個工序制造出單層或多層雙曲肋式波紋管。一個波數(shù)為N的波紋管成形時需向波谷插入N×n個活動徑向銷，所有活動徑向銷在波紋管環(huán)板上按2π/n周期排列，n為波紋管每一個環(huán)板上的活動徑向銷數(shù)，當(dāng)波紋管內(nèi)腔充液壓后，所有波紋管環(huán)板同時拉深成N×2n個小扇形雙曲彈性薄殼和N×2n條徑向肋，內(nèi)外周邊同時拉成N個n面多邊形，彈性薄殼的形狀及高度Z由通入波紋管內(nèi)腔的二次成形液體壓力的大小來控制。二次成形的液體壓力大于各自的毛坯U形波紋管的成形壓力，波紋管材質(zhì)得到二次強(qiáng)化。部分或全部拆除活動徑向銷，用通內(nèi)壓或外壓的方法對波形進(jìn)行穩(wěn)定處理，穩(wěn)定處理的壓力大于雙曲肋式波紋管的工作壓力，小于雙曲肋式波紋管的成形壓力。
本發(fā)明的雙曲肋式波紋管的成形模是靜止不動的，液壓無摩擦成形模如圖4所示，它帶有N×n個活動徑向銷(12)，該活動徑向銷由分隔套(9)上的圓孔定位，套筒(13)限制活動徑向銷(12)的徑向位置，焊好兩端接頭(10，11)的波紋管(14)由法蘭(15)壓緊并由墊片(17)密封，由接嘴(16)向波紋管內(nèi)腔充液壓，使波紋管二次自由拉深成形。成形時，成形模所有零件靜止不動，活動徑向銷處于液浮靜平衡狀態(tài)，靜止不動。波紋管除與活動徑向銷接觸外，與成形模其他零件始終保持間隙，沒有摩擦。成形后，活動徑向銷靠自重脫模。徑向活動銷分圓銷和扁平銷兩種，用扁平銷壓出的肋具有寬度(8)。波紋管也可用橡膠O形圈密封后直接壓肋，不必事先焊上接頭。分隔套的定位孔也可作成長槽形。這種靜止不動的液壓無摩擦成形模的使用壽命高于現(xiàn)有波紋管成形模的使用壽命。
與現(xiàn)有波紋管比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)由于雙曲肋式波紋管是用普通U形波紋管作毛坯，波紋管材質(zhì)得到再次強(qiáng)化，由大的受力環(huán)板小型化為小扇形雙曲彈性薄殼，內(nèi)外周邊由圓形改為多邊形，并增加徑向肋，因此其承壓能力明顯高于現(xiàn)有波紋管。
例如
1Cr18Ni9Ti不銹鋼單層U形波紋管37×26×0.18×5(外徑×內(nèi)徑×壁厚×波數(shù))，尺寸按毫米計(jì)算(下同)，壓肋前波長壓縮1.5毫米時最大允許耐壓力為12.6Kg/Cm2，壓肋后的試驗(yàn)值波長也壓縮1.5毫米時最大允許耐壓力為12肋，30Kg/Cm2;15肋，50Kg/Cm2。
1Cr18Ni9Ti三層不銹鋼U形波紋管25.5×16.6×0.14×3×10，壓肋前，波長壓縮2毫米，最大允許耐壓力為56.5Kg/Cm2。壓肋后，波長也壓縮2毫米時，其最大允許承壓力為100Kg/Cm2。該波紋管的肋數(shù)為6，如肋數(shù)增加耐壓力將進(jìn)一步提高。
1Cr18Ni9Ti三層不銹鋼U形波紋管20×13×0.15×3×12壓縮1.5毫米時其最大允許耐壓力低于150Kg/Cm2，壓肋后肋數(shù)為9，肋寬1.4毫米，也壓縮1.5毫米時，其最大允許耐壓力為300Kg/Cm2。抽查試驗(yàn)的壓力為425Kg/Cm2，這時波紋管仍完好無損。相同尺寸的小波距深Ω波紋管也沒有這樣高的承壓能力。
本發(fā)明的單層雙曲肋式波紋管在較高壓力下，比現(xiàn)有波紋管的靈敏性高、穩(wěn)定性好，特別適用于精密的超低溫穩(wěn)壓器的敏感元件，用37×26×0.18×5的15肋單層雙曲肋式波紋管制造的無摩擦超低溫穩(wěn)壓器的試驗(yàn)特性如下由于外界干擾穩(wěn)壓器入口壓力變化時，出口壓力保持不變(不計(jì)允差)
由穩(wěn)壓器出口壓力及其進(jìn)回程差可以看出單層雙曲肋式波紋管在30Kg/Cm2壓力的作用下，溫度急降至超低溫時的特性是穩(wěn)定的，靈敏性是高的，現(xiàn)有波紋管還不到這樣的指標(biāo)。
試驗(yàn)證明雙曲肋式波紋管運(yùn)動時不需要導(dǎo)向，因而在產(chǎn)品使用時不會與其他零件摩擦，現(xiàn)有波紋管一般有導(dǎo)向裝置，有摩擦，因此雙曲肋式波紋管的使用壽命高于現(xiàn)有波紋管。37×26×0.18×1×5的雙曲肋式波紋管疲勞試驗(yàn)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)實(shí)測值不低于1.2×106次，不會因疲勞而損壞。
一般中，小型U型波紋管都可按本發(fā)明的原理和方法，在成形模內(nèi)作成雙曲肋式波紋管，因此本發(fā)明特別適用于現(xiàn)有波紋管不能滿足要求的場所，具有良好的工藝性。
圖1.雙曲肋式波紋管軸側(cè)投影圖。
圖2.雙曲肋式波紋管縱剖面圖(A-O-B剖視圖)。
圖3.雙曲肋式波紋管橫剖面圖(C-C剖視圖)。
圖4.雙曲肋式波紋管成形模。
本發(fā)明的實(shí)施例可用圖1，圖2，圖3進(jìn)一步說明圖1，圖2，圖3為高精度穩(wěn)壓器用的，肋數(shù)為15的單層雙曲肋式波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖，周期為24°，材料為1Cr18Ni9Ti(37×26×0.18×5)波形測量值如下
將該波紋管的波數(shù)增加到20，肋數(shù)增加到16，其承壓力提高到60Kg/Cm2，行程加大到8.7毫米，適合于作動筒和閥門的密封控制元件。
本發(fā)明中耐壓力為300Kg/Cm2的三層高壓雙曲肋式波紋管適用于高壓閥門的控制密封，用于深井採油的高壓氣舉閥。
權(quán)利要求
1.由金屬薄壁管制成的單層和多層波紋管是一種彈性密封元件，其波形只沿回旋半徑R方向彎曲(單曲)，型面高度Z是回旋半徑R的函數(shù)，與回旋角θ無關(guān)Z=f(R)，本發(fā)明的特征是，雙曲肋式波紋管是在單層和多層波紋管的每個波紋的單面環(huán)板上增加n條徑向肋(1)，該n條徑向肋將每個單面環(huán)板分成n個向波谷凸起的小扇形雙曲彈性薄殼(2)，波紋管內(nèi)外周邊近似成n面多邊形(3)，波數(shù)為N的雙曲肋式波紋管由N×2n個雙曲彈性薄殼和N×2n條徑向肋組成，每個小扇形彈性薄殼沿徑向R(4)和環(huán)向θ(5)雙曲，型面高度Z(6)是R和θ的周期函數(shù)Z=f(R，θ)，周期為2π/n，每個彈性薄殼的最大高度Zmax在相鄰兩肋間的各弧線等分點(diǎn)的連線(7)上，等分點(diǎn)兩側(cè)的高度對稱相等徑向肋具有寬度(8)。
2.雙曲肋式波紋管的造方法，其特征是，用單層或多層普通U形波紋管作毛坯，在專用的整形模和成形模內(nèi)，經(jīng)過整形，二次液壓自由拉深成形并二次強(qiáng)化，穩(wěn)定波形處理三個工序制造出單層或多層雙曲肋式波紋管一個波數(shù)為N的波紋管成形時需向波谷插入N×n個活動徑向銷，所有活動徑向銷在波紋管環(huán)板上按2π/n周期排列，n為波紋管每一個環(huán)板上的活動徑向銷數(shù)。當(dāng)波紋管內(nèi)腔充液壓后，所有波紋管環(huán)板同時拉深成N×2n個小扇形雙曲彈性薄殼和N×2n條徑向肋，內(nèi)外周邊同時拉成N個n面多邊形，彈性薄殼的形狀及高度Z由通入波紋管內(nèi)腔的二次成形液體壓力的大小來控制，二次成形的液體壓力大于各自的毛坯U形波紋管的成形壓力，波紋管材質(zhì)得到二次強(qiáng)化。部分或全部折除活動徑向銷，用通內(nèi)壓或外壓的方法對波形進(jìn)行穩(wěn)定處理。穩(wěn)定處理的壓力大于雙曲肋式波紋管的工作壓力，小于雙曲肋式波紋管的成形壓力。
3.曲雙肋式波紋管的成形模，其特征是，波數(shù)為N的靜止不動的液壓無磨擦成形模帶有N×n個活動徑向銷(12)，活動徑向銷由分隔套(9)上的園孔定位，套筒(13)限制活動徑向銷(12)的徑向位置。焊好兩端接頭(10，11)的波紋管(14)由法蘭(15)壓緊并由墊片(17)密封，由接咀(16)向波紋管內(nèi)腔充液壓，使波紋管二次自由拉深成形。成形時，成形模所有另件靜止不動，活動徑向銷處于液浮靜平衡狀態(tài)，靜止不動。波紋管除與活動徑向銷接觸外，與成形模其他另件始終保持間隙，沒有摩擦。成形后活動徑向銷靠自重脫模。徑向活動銷分圓銷和扁平銷兩種。用扁平銷壓出的肋具有寬度(8)。波紋管也可用橡膠O形圈密封后直接壓肋，不必事先焊上接頭。分隔套的定位孔也可作成長槽形。
專利摘要
雙曲肋式波紋管為彈性密封元件?，F(xiàn)有波紋管的波形只沿半徑R方向彎曲(單曲)，承壓能力難于進(jìn)一步提高。本發(fā)明是在波紋管的環(huán)板上增加n條徑向肋和n個雙曲彈性薄殼，使之成為承壓能力更高的雙曲肋式波紋管。單層雙曲肋式波紋管在較高壓力和超低溫條件下具有很好的穩(wěn)定性和敏感性，特別適用于宇航超低溫調(diào)節(jié)器。多層高壓雙曲肋式波紋管的承壓能力為300kg/cm
文檔編號F16J3/04GK85102493SQ85102493
公開日1985年9月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者余三民 申請人:北京市豐源機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan