金屬波紋管是一種帶有連續(xù)波紋狀異形截面的管狀零件，是波紋管類組件重要的組成部分。由于特殊的結(jié)構(gòu)形式，使其在連接、密封、吸震等方面具備優(yōu)于直壁管件或者金屬軟管所不具備的功能。也正是由于這種特殊的管壁形狀，對其成形技術(shù)和成形裝備提出了更多的要求。本文是圍繞現(xiàn)在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的金屬波紋管內(nèi)高壓成形技術(shù)及內(nèi)高壓成形設(shè)備進(jìn)行重點介紹。

　　金屬波紋管內(nèi)高壓成形技術(shù)是現(xiàn)代內(nèi)高壓成型在管材成形中的一種典型應(yīng)用。內(nèi)高壓成型金屬波紋管的成形工序少、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、成形設(shè)備自動化程度高、操作簡便。

　　內(nèi)高壓成形波紋管主要用于加工不銹鋼、低碳鋼，銅合金等室溫下塑性良好的材料，可加工的管壁厚度范圍為0.08–4mm。一般其可加工的波深系數(shù)k不大于2(波深系數(shù)是波紋管外徑和內(nèi)徑之比，是決定波紋管幾何形狀的關(guān)鍵參數(shù)之一)，可成形的管壁波紋樣式有U形、V形、方形、S形等容易從模具取出的波紋形式。

　　圖1 波紋管結(jié)構(gòu)尺寸圖

　　內(nèi)高壓成形時，將預(yù)制的管坯零件置于成形模具中，在要加工波紋的管坯兩端進(jìn)行密封。在密封管段通入高壓乳化液，達(dá)到管坯的屈服強度時，管坯在相鄰的兩片模瓣間向外脹起初波。初波達(dá)到設(shè)計弧度，停止泵入高壓乳化液。相鄰兩片模瓣擠壓初波至規(guī)定波厚，加壓到整形壓力，管壁貼合模具凹腔定形。成形系統(tǒng)泄壓后，打開模具，退回沖頭，得到內(nèi)高壓成形的波紋管零件。

　　按照管坯上波紋成形的順序是否連貫，金屬波紋管內(nèi)高壓成形技術(shù)可以分為：連續(xù)式成型和整體式成型。其中整體成形是管坯在模具中加載一次，就可以成形管件上所有的波紋，而連續(xù)成形是指每次成形一個波紋，依次成形管坯上設(shè)計的所有波紋。

　　金屬波紋管整體內(nèi)高壓成型

　　金屬波紋管整體內(nèi)高壓成型設(shè)備主要是兩個系統(tǒng)構(gòu)成，即液壓機系統(tǒng)和模具系統(tǒng)。液壓機采用常規(guī)形式即可，包括合模壓力機、水平側(cè)缸、增壓器、控制部分、乳化液及輔助部分等。模具需要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求的特點，對芯模進(jìn)行調(diào)整和更換。模具包括一組模瓣、模具體、分瓣機構(gòu)。管坯成形模具軸線與工作平面有垂直和平行兩種形式。軸線垂直工作臺布置的模具，一般采用階梯銷軸串聯(lián)模瓣的結(jié)構(gòu)形式。軸線水平工作臺布置的模具，一般采用卯榫勾連模瓣滑道的結(jié)構(gòu)形式。典型零件的整體成形操作流程包括：管坯下料-管口打磨，擴(kuò)孔-模具復(fù)位，開模-管坯在模具中定位-合模脹形-沖頭推模成形-泄壓，沖頭復(fù)位-開模取件。

　　圖2 金屬波紋管整體內(nèi)高壓成形技術(shù)原理圖

　　圖3 金屬波紋管整體內(nèi)高壓成型設(shè)備

　　金屬波紋管連續(xù)內(nèi)高壓成型

　　波紋管連續(xù)內(nèi)高壓成形設(shè)備主要由：機架、液壓系統(tǒng)、模具三部分組成。機架為部件合理布置提供一個可靠支撐。液壓系統(tǒng)提供成形壓力條件，又供給芯軸進(jìn)退油缸和合模機構(gòu)等部件協(xié)調(diào)執(zhí)行成形動作。單波連續(xù)成形操作流程：管坯下料-定位與加緊-合模-充壓-推模成形-卸壓-開模與退芯軸-成形下一波形。連續(xù)成形模具，如圖2所示，由芯軸、芯軸限位、導(dǎo)向柱、復(fù)位彈簧、密封圈、芯軸進(jìn)退油缸等零部件組成。其成形模具軸線與水平面也有平行和垂直兩種布置形式，如圖4所示，是一種模具軸線水平布置的連續(xù)內(nèi)高壓成型設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖。兩種軸線布置形式在工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。

　　圖4 金屬波紋管連續(xù)內(nèi)高壓成型設(shè)備

　　從成形工藝分析，連續(xù)內(nèi)高壓成形由于需要對管件重復(fù)進(jìn)行定位、固定、密封等工步，其成形效率，成形質(zhì)量略低于整體內(nèi)高壓成形。而且連續(xù)內(nèi)高壓成形重復(fù)的工序多，其橡膠密封件以及橡膠芯模更容易被磨損，使用壽命更短。整體內(nèi)高壓成形加工的波紋管內(nèi)徑更小，因為成形過程中只需要側(cè)缸推頭將高壓乳化液注入管坯內(nèi)部，省去伸入管坯內(nèi)部的芯模。而整體內(nèi)高壓成形中使用的模具專用化程度高，一般一種產(chǎn)品對應(yīng)一套模具模芯，一種模具模芯也只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品。相對于連續(xù)內(nèi)高壓成型，其模具的通用化程度不高。

　　金屬波紋管的應(yīng)用

　　金屬波紋管內(nèi)高壓成形技術(shù)在實際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。其成形范圍涵蓋的波紋管種類眾多，且成形工序少、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好。金屬波紋管液壓成型設(shè)備自動化程度高、運行穩(wěn)定、操作簡單，因此受到波紋管生產(chǎn)企業(yè)的歡迎。如5所示為液壓成形技術(shù)所加工出的部分有代表性的金屬波紋管產(chǎn)品。

　　圖5 內(nèi)高壓成型金屬波紋管代表性產(chǎn)品

　　從1929年第一根波紋管的誕生，至今已有近百年的歷史。早期的波紋管應(yīng)用于測量儀器中，作為彈性輔助原件。金屬波紋管作為基礎(chǔ)元件以及其組成的部件，是現(xiàn)在裝備制造及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中不可缺省的組成部分。金屬波紋管在航空航天，汽車制造，密封閥門，建筑工程以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。

　　眾多國內(nèi)外汽車生產(chǎn)商將金屬波紋管作為降噪裝置，應(yīng)用于車輛排氣系統(tǒng)中，如圖6所示。在汽車行業(yè)使用的是由雙層不銹鋼板由先進(jìn)的生產(chǎn)工藝制成的金屬波紋管，布置在發(fā)動機與排氣管組件的連接處。波紋管降噪裝置可以阻止源自發(fā)動機的振動向排氣管組件的傳播，并降低排氣系統(tǒng)和車架的共振，以減少整車振動噪聲。

　　圖6 汽車排氣系統(tǒng)用金屬波紋管降噪裝置

　　閥門在現(xiàn)代化工工業(yè)，石化冶煉，熱力發(fā)電等生產(chǎn)部門都有復(fù)雜的管網(wǎng)系統(tǒng)中有舉足輕重的作用。尤其是在大口徑防泄漏的關(guān)鍵節(jié)點上需選用金屬波紋管閥門，如圖7所示。耐高壓、耐腐蝕的金屬波紋管組件與閥體內(nèi)腔活動部件構(gòu)成密封，阻止高壓流體從閥桿縫隙溢出。

　　圖7 金屬波紋管閥門

　　在衛(wèi)生醫(yī)療行業(yè)中金屬波紋管也有廣泛的應(yīng)用，例如，將微型金屬波紋管用于助聽器中。微型金屬波紋管是良好的聲波傳感器。在接收端，兩軸端密封的微型波紋管，受到外界微小壓力就會產(chǎn)生變形，將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?。在發(fā)射端，配合電磁驅(qū)動裝置將電信號轉(zhuǎn)換為聲波振動信號。如圖8所示，是該助聽器裝置的原理圖。

　　圖8 金屬波紋管助聽器原理示意圖