第15卷 第4期
摘要：目的 掌握结构尺寸对矩形波纹管液压胀形的影响规律。方法 利用有限元平台 Abaqus/Explicit 建立 316L 矩形波纹管的三维有限元模型，对其液压胀形过程进行数值模拟分析，并利用实验验证有限元模型的正确性，基于单因素法研究长宽比、过渡圆角半径及波距对矩形波纹管成形质量的影响。结果 综合考虑成形波高、壁厚减薄率及周向轮廓 3 个指标，获得了长宽比、过渡圆角半径和波距对波纹管成形的影响规律，并给出了各参数对不同指标影响的显著性。结论 随着长宽比的增大，长边壁厚减薄率明显减小，圆角与短边的壁厚变化不大，并且不同长宽比波纹管的成形轮廓均在圆角段上低于设计值，在直线段上高于设计值；增大过渡圆角半径更有利于圆角段的贴合，且有利于降低周向壁厚减薄率；波距对波纹管的壁厚减薄率影响显著，波距较小时，波峰上有明显的增厚现象，随着波距的增大，波峰上的增厚现象逐渐消失并开始减薄，波纹管周向波高增大，直边波高容易超出公差范围，可以通过降低成形内压或减小模片间距将波高修正到公差范围内，获得合格的波纹管产品。
图1 矩形波纹管示意图
图4 波纹管液压成形设备及模具
图5 实验和模拟获得的矩形波纹管
图9 矩形波纹管壁厚分布
图10 不同长宽比矩形波纹管周向路径上的壁厚减薄率
图11 不同长宽比矩形波纹管周向波高
图12 不同过渡圆角半径矩形波纹管波纹周向轮廓
图13 过渡圆角半径对矩形波纹管周向波高的影响
图14 过渡圆角半径对矩形波纹管周向壁厚减薄率的影响
图15 过渡圆角半径对矩形波纹管壁厚减薄率的影响
图16 波纹管液压胀形过程示意图
图17 单个波纹轮廓示意图
图18 不同波距矩形波纹管波纹的周向轮廓
图19 波距对矩形波纹管周向波高的影响
图20 波距对矩形波纹管周向壁厚的影响
总结：
1）长宽比越大，长边减薄率越小，短边与圆角段的壁厚减薄率变化不明显；长宽比对波高的影响可以忽略，不同长宽比矩形波纹管的成形规律相似， 直线段的轮廓往往大于设计值，圆角段的轮廓小于设计值。
2）增大过渡圆角半径能够增大圆角段的波高，降低直线段的波高，使得各段波高靠近目标值；过渡圆角半径对短直边波高的影响大于长直边，当圆角半径为 35 mm 时，圆角段波高为 9.7 mm，与设计值相差 0.3 mm；过渡圆角半径越大，圆角段壁厚减薄率的峰值越小，圆角段的成形轮廓越贴近设计值。
3）波距对波纹管壁厚减薄率影响显著，波距较小时，圆角段与直线段的波峰均有增厚现象，随着波距的增大，该现象消失，壁厚开始减薄；大波距波纹管的波高容易超出尺寸公差上限，当波距从 4 mm 增大至 14 mm 时，直边中部波高增大了 1.27 mm，圆角中部波高增大了 0.57 mm，周向波高差值增大了 0.78 mm，直线段部分位置波高超出公差上限。
4）降低内压力和减小模片间距可以有效地将波高调整到公差范围内且轮廓成形良好，当内压力降低到 10 MPa 或模片间距减小到 13 mm 时，波距为 14 mm 的波纹管周向波高满足公差要求。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.012
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
陈立强，刘静，刘健，李兰云，葛前，左星煜等.结构尺寸对 316L 矩形波纹管液压胀形的影响[J]. 精密成形工程, 2023, 15(4): 99-111.
Chen Liqiang, LIU Jing, Liu Jian, LI Lanyun, GE Qian, ZUO Xingyu et al. Effect of Structure Size on Hydraulic Expansion of 316L Rectangular Bellows[J]. Precision Forming Engineering, 2023, 15(4): 99-111.
