预应力金属波纹管的超塑成形

　　预应力波纹管是应用广泛的弹性元件，其成形方法主要有下列几种：液压成形，机械成形，焊接成形、沉积成形。其所用材料主要有金属和非金属两大类。

　　常用金属材料包括：(1)奥氏体不锈钢;(2)耐蚀合金和高温合金;(3)铜镍合金材料;(4)铁素体和奥氏体双相混合的双相不锈钢。

　　金属钢带由于其优越的力学性能、一定的形状记忆功能和耐腐蚀性能，成为一种新型的预应力金属波纹管制造材料。但是金属钢带的冷变形抗力大、回弹严重、塑性不高，冷加工性能差，用其制造预应力金属波纹管的难度很大，采用机械胀形等方法制造预应力金属波纹管设备复杂，废品率高，成本高。

　　所以到目前为止，只有极少的文献报道预应力金属波纹管的生产和使用。为解决以上问题，哈尔滨工业大学研制开发了预应力金属波纹管超塑成形技术。利用金属钢带是一种天然的超塑性材料的特点(所谓天然是指许多金属钢带在工业供货状态就有稳定的等轴细晶组织，可以不同程度地实现超塑性)，采用气压胀形和轴向加载的复合超塑成形工艺成形“U”型预应力金属波纹管。

　　预应力金属波纹管超塑成形的工艺参数

　　预应力金属波纹管超塑成形工艺参数主要包括超塑成形温度、胀形气压和保压时间。其中超塑成形温度在超塑成形过程中保持不变，选取该金属钢带的最佳超塑成形温度。

　　如前所述，预应力金属波纹管超塑气压胀形由3阶段组成，分别为胀形阶段，合模阶段和定型阶段。这3个阶段的胀形气压和保压时间的确定按下面的原则。

1.胀形阶段

　　在胀形阶段，管坯被微微胀起，此时气压应使管坯产生塑性变形，但又不能太大，能使中间模块固定在管坯上即可。在该阶段可用较小的压力慢速变形，使变形过程尽量均匀稳定，以便得到较均匀的壁厚。气压过小管坯不产生塑性变形，气压过大则变形过大，使合模时产生皱纹或不能合模。该阶段的胀形气压和保压时间控制在整个超塑成形过程中最为关键。

2.合模阶段

　　合模时将所有模块压合在一起。在此阶段，不改变胀形气压，施加轴向压缩力，在轴向力和内部气压的双重作用下，产生预应力金属波纹管的波形，管坯内部空间减小，使内部气压升高;同时管坯的表面积增大，壁厚减薄，是整个成形过程减薄最严重的阶段。

3.定型阶段

　　在定型阶段任务是使管坯波尖部分贴模，此前胀形已经完成大部分，管坯的形状与模具的形状趋同，此时大部分板料已经贴模，没有金属补充到变形区中来，继续变形时波尖部分减薄较多。所以应控制前两个阶段的塑性变形量，使合模后波尖尽量靠近模壁。

　　总结

　　(1)用氩气压力胀形和轴向加载的复合超塑性工艺生产出预应力金属波纹管。

　　(2)预应力金属波纹管超塑成形采用组合模结构，用模具控制波形及尺寸。一套模具可加工不同波数、不同壁厚和不同金属钢带材料的预应力金属波纹管。

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