技术领域
[0001] 本
发明涉及波纹管成形方法，具体地涉及一种单向伸长补偿的Y型波纹管及成形方法。
背景技术
[0002] 波纹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、高性能波纹管的需求量越来越大。目前简单的U型、S型及Ω型波纹管的承受轴向
载荷的能力有限，在高温高压高循环的工况条件下，在只需求单向伸长补偿的管路系统中，对波纹管的单向伸长补偿能力和轴向承载能力提出了更高的要求。现有的可伸缩补偿的波纹管无法满足要求。因此，急需设计和开发一种具有更高承载能力的单向伸长补偿的波纹管。
发明内容
[0003] 本发明的目的是设计一种单向伸长补偿的Y型波纹管及成形方法。该波纹管的大
波形结构类似Y型结构，一个大波形结构包含两个背向相对的小U型波形，且相邻的Y型波形之间围成的截面形状为
水滴型结构，在工程应用中，该波纹管允许发生很小的压缩补偿，但具有较好的轴向伸长补偿能力，且具有更高的轴向承载能力。该波纹管的成形方法是在专用模具中在液压涨波机的作用下成形。
[0004] 具体地，本发明提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管，该波纹管的边部包括多个相邻设置的波形结构，每一个波形结构均包括一个Y型结构的波峰和一个水滴型结构的凹槽，所述Y型结构的波峰包括两个U型波，两个U型波构成Y型结构的两个分支。
[0005] 优选地，所述Y型结构的波峰的长度为13mm，其高度为8mm，其波形
角为60°，两个U型波之间的圆弧的半径为80mm，波谷的圆角半径为2mm，U型波的圆角半径为2mm，两个U型波间圆角半径Rm为1.5mm。
[0006] 优选地，本发明还提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管成形装置，其包括上凹模、下凹模、上
定位模、下定位模、多个分瓣凸模、多个
推杆以及多个
连接杆，
[0007] 所述多个分瓣凸模包括第一分瓣凸模、第二分瓣凸模、第三分瓣凸模、第四分瓣凸模、第五分瓣凸模以及第六分瓣凸模，所述多个推杆包括第一推杆、第二推杆、第三推杆、第四推杆、第五推杆、第六推杆、第七推杆以及第八推杆，所述第一分瓣凸模、第二分瓣凸模、第三分瓣凸模、第四分瓣凸模、第五分瓣凸模以及第六分瓣凸模围绕波纹管的周向均匀设置，所述第一推杆、第二推杆、第三推杆、第四推杆、第五推杆以及第六推杆的第一端分别与第一分瓣凸模、第二分瓣凸模、第三分瓣凸模、第四分瓣凸模、第五分瓣凸模以及第六分瓣凸模的各自的
螺纹孔连接，所述第七推杆的第一端与所述上凹模的第一侧的水平螺孔
螺纹连接，所述第八推杆的第一端与所述下凹模的第一侧的水平螺孔螺纹连接，所述第一推杆、第二推杆、第三推杆、第四推杆、第五推杆、第六推杆、第七推杆以及第八推杆的第二端均与
液压缸连接；
[0008] 所述上定位模设置在所述上凹模的第二侧，所述上凹模能够相对于所述上定位模靠近或远离，所述下定位模设置在所述下凹模的第二侧，所述下凹模能够相对于所述下定位模靠近或远离。
[0009] 优选地，所述上凹模设置有一个开口向下的第一半Ω型圆槽，所述上定位模设置一个开口向下的第二半Ω型圆槽，第一半Ω型圆槽和第二半Ω型圆槽能够组合成一个完整的开口向下的Ω型圆槽，
[0010] 所述下凹模设置有一个开口向上的第三半Ω型圆槽，所述下定位模设置一个开口向上的第四半Ω型圆槽，第三半Ω型圆槽和第四半Ω型圆槽能够组合成一个完整的开口向上的Ω型圆槽，
[0011] 所述第一分瓣凸模、第二分瓣凸模、第三分瓣凸模、第四分瓣凸模、第五分瓣凸模以及第六分瓣凸模的底部均设置有一个波浪形圆槽。
[0012] 优选地，所述第一半Ω型圆槽的半径呈阶梯形且朝向第七推杆一侧的半径小于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽的一半，第一半Ω型圆槽的小半径等于波纹管
管坯半径并且厚度小于两个Ω型波的间距，第一半Ω型圆槽的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度的和；
[0013] 所述第二半Ω型圆槽的半径呈阶梯形且朝向第七推杆一侧的半径大于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽的一半，第二半Ω型圆槽的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波的间距，第二半Ω型圆槽的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度的和；
[0014] 所述第三半Ω型圆槽的半径呈阶梯形且朝向第八推杆一侧的半径小于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽的一半，第三半Ω型圆槽的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波的间距，第三半Ω型圆槽的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度的和；
[0015] 所述第四半Ω型圆槽的半径呈阶梯形且朝向第八推杆一侧的半径大于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽的一半，第四半Ω型圆槽的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波的间距，第四半Ω型圆槽的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度的和；
[0016] 优选地，所述多个分瓣凸模的结构相同，所述波浪形圆槽的形状与Y型结构的外侧波形相匹配，分瓣凸模的厚度等于Y型结构的厚度，波浪形圆槽的小半径等于管坯半径与波形结构的高度之和减去Y型结构的分支的高度，波浪形圆槽的大半径等于于管坯半径与波形结构的高度之和。
[0017] 优选地，所述波纹管内部设置有第一
密封圈、第二密封圈、第三密封圈以及第四密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈的中心处设置有
螺纹孔，所述第三密封圈和第四密封圈的上部、下部和中心处分别设置有螺纹孔，所述第一密封圈和第一卸油杆的一端螺纹连接，所述第二密封圈与第三密封圈通过第一连接杆螺纹连接，所述第三密封圈和第四密封圈通过第二连接杆和第三连接杆螺纹连接，所述第四密封圈与第二卸油杆的一端螺纹连接。
[0018] 优选地，所述上凹模和上定位模的固定端固定在涨波机的上横梁上，所述下凹模和下定位模的固定端固定在涨波机的下横梁上。
[0019] 优选地，所述第二密封圈与第三密封圈通过第一连接杆螺纹连接，第三密封圈和第四密封圈通过第二连接杆和第三连接杆螺纹连接，第四密封圈与第二卸油杆的一端螺纹连接。
[0020] 优选地，本发明还提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管的成形方法，其包括以下步骤：
[0021] S1、将上凹模、下凹模、上定位模以及下定位模的固定端分别固定在涨波机上，同时将多个分瓣凸模分别通过相对应的推杆固定在均布液压缸的
活塞杆上；
[0022] S2、将四个密封圈置于波纹管管坯内，第一密封圈由第一卸油杆推至其光面与上凹模和下凹模施力点在同一个面的
位置，第二密封圈由第二卸油杆推至其光面与上定位模和下定位模施力点在同一个面的位置，同时使第三密封圈和第四密封圈的光面分别在波形波谷的中心位置；
[0023] S3、首先向第一密封圈和第二密封圈之间的空间充填液压油，第一卸油杆为空心管，液压油由第一卸油杆的管口向第一密封圈和第二密封圈之间的空间充填，液压油对波纹管管坯内壁加压使其鼓胀，为波形定位；
[0024] S4、之后向第三密封圈和第四密封圈之间的空间充填液压油，液压油由第二卸油杆的管口向第三密封圈和第四密封圈之间的空间充填，第一密封圈和第二密封圈之间以及第三密封圈和第四密封圈之间的液压油均保持一定的压力；
[0025] S5、上凹模和下凹模分别在第七推杆、第八推杆及第一密封圈上的第一卸油杆的共同作用推动波纹管管坯向固定不动的第二密封圈移动，直至波形成形，同时，多个分瓣凸模分别由各自的推杆作用向管坯轴中心方向移动，直至分瓣凸模相互
接触，液压油卸载；
[0026] S6、上凹模、下凹模、上定位模、下定位模分瓣凸模和密封圈全部复位，管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下一个波纹。
[0027] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0028] 1、本发明的Y型波纹管，具有较好的轴向伸长补偿能力，且具有更高的轴向承载能力，能够使波纹管在高温条件下满足轴向伸长位移补偿，提高波纹管使用寿命。
[0029] 2、本发明方法采用两步成形工艺，能够降低模具设计和加工成本，同时提高波纹管的生产效率。
附图说明
[0030] 图1是本发明的Y型波纹管的主视剖面示意简图；
[0031] 图2是本发明的波纹管初步成形管的主视剖面示意简图；
[0032] 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；
[0033] 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；
[0034] 图5是本发明成形过程胀波和下压阶段模具的主视剖面示意简图；
[0035] 图6是本发明成形过程下压定位阶段模具的左视剖面示意简图；以及
[0036] 图7是本发明成形过程下压成形阶段模具的左视剖面示意简图。
[0037] 图中部分附图标记如下：
[0038] 1-第七推杆，2-上凹模，3-上定位模，4-第一分瓣凸模，5-第一推杆，6-管坯，7-第四密封圈，8-第一连接杆，9-第三密封圈，10-第二卸油杆，11-第二连接杆，12-第三连接杆，13-第二密封圈，14-第四推杆，15-第四分瓣凸模，16-下定位模，17-下凹模，18-第八推杆，
19-第一密封圈，20-第一卸油杆，21-第二推杆，22-第二分瓣凸模，23-第三推杆，24-第三分瓣凸模，25-第五推杆，26-第五分瓣凸模，27-第六推杆，28-第六分瓣凸模；
[0039] 100-波形结构，101-Y型结构的波峰，102-水滴型结构的凹槽，103-U型波，104-Ω型波；105-第一半Ω型圆槽，106-第二半Ω型圆槽，107-第三半Ω型圆槽，108-第四半Ω型圆槽。
具体实施方式
[0040] 以下将参考附图详细说明本发明的示例性
实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0041] 本发明提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管，如图1所示，该波纹管的边部包括多个相邻设置的波形结构100，每一个波形结构100均包括一个Y型结构的波峰101和一个水滴型结构的凹槽102，Y型结构的波峰101包括两个U型波103，两个U型波103构成Y型结构的两个分支。
[0042] 优选地，Y型结构的波峰101的长度为13mm，其高度为8mm，其波形角为60°，两个U型波103之间的圆弧的半径为80mm，波谷的圆角半径为2mm，U型波构的圆角半径为2mm，两个U型波103间圆角半径Rm为1.5mm。
[0043] 本发明方法采用两步成形工艺，能够降低模具设计和加工成本，同时提高波纹管的生产效率。第一步成形如图2所示，形成的波纹管的边部设置有多个Ω型波104，之后进行进一步成形，形成如图1所示的单向伸长补偿的Y型波纹管。
[0044] 优选地，本发明还提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管成形装置，其包括上凹模2、下凹模17、上定位模3、下定位模16、多个分瓣凸模、多个推杆以及多个连接杆，[0045] 多个分瓣凸模包括第一分瓣凸模4、第二分瓣凸模22、第三分瓣凸模24、第四分瓣凸模15、第五分瓣凸模26以及第六分瓣凸模28，多个推杆包括第一推杆5、第二推杆21、第三推杆23、第四推杆14、第五推杆25、第六推杆27、第七推杆1以及第八推杆18，第一分瓣凸模4、第二分瓣凸模22、第三分瓣凸模24、第四分瓣凸模15、第五分瓣凸模26以及第六分瓣凸模
28围绕波纹管的周向均匀设置，
[0046] 第一推杆5、第二推杆21、第三推杆23、第四推杆14、第五推杆25以及第六推杆27的第一端分别与第一分瓣凸模4、第二分瓣凸模22、第三分瓣凸模24、第四分瓣凸模15、第五分瓣凸模26以及第六分瓣凸模28的各自的螺纹孔连接，第七推杆1的第一端与上凹模2的第一侧的水平螺孔螺纹连接，第八推杆18的第一端与下凹模17的第一侧的水平螺孔螺纹连接，第一推杆5、第二推杆21、第三推杆23、第四推杆14、第五推杆25、第六推杆27第七推杆1以及第八推杆18的第二端均与液压缸连接；
[0047] 优选地，上凹模2设置有一个开口向下的第一半Ω型圆槽105，上定位模3设置一个开口向下的第二半Ω型圆槽106，第一半Ω型圆槽105和第二半Ω型圆槽106能够组合成一个完整的开口向下的Ω型圆槽，
[0048] 下凹模17设置有一个开口向上的第三半Ω型圆槽107，下定位模16设置一个开口向上的第四半Ω型圆槽108，第三半Ω型圆槽107和第四半Ω型圆槽108能够组合成一个完整的开口向上的Ω型圆槽，
[0049] 第一分瓣凸模4、第二分瓣凸模22、第三分瓣凸模24、第四分瓣凸模15、第五分瓣凸模26以及第六分瓣凸模28的底部均设置有一个波浪形圆槽。
[0050] 优选地，第一半Ω型圆槽105的半径呈阶梯形且朝向第七推杆1一侧的半径小于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽W2的一半，第一半Ω型圆槽105的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波104的间距，第一半Ω型圆槽105的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度H1的和。
[0051] 第二半Ω型圆槽106的半径呈阶梯形且朝向第七推杆1一侧的半径大于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽W2的一半，第二半Ω型圆槽106的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波104的间距，第二半Ω型圆槽106的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度H1的和。
[0052] 第三半Ω型圆槽107的半径呈阶梯形且朝向第八推杆18一侧的半径小于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽W2的一半，第三半Ω型圆槽107的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波104的间距，第三半Ω型圆槽107的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度H1的和。
[0053] 第四半Ω型圆槽108的半径呈阶梯形且朝向第八推杆18一侧的半径大于另一侧半径，大半径和小半径的高度均等于波纹管的Ω型波宽W2的一半，第四半Ω型圆槽108的小半径等于波纹管管坯半径并且厚度小于两个Ω型波104的间距，第四半Ω型圆槽108的大半径等于波纹管管坯外径和Ω型波高度H1的和。
[0054] 多个分瓣凸模的结构相同，波浪形圆槽的形状与Y型结构的外侧波形相匹配，分瓣凸模的厚度等于Y型结构的厚度，波浪形圆槽的小半径等于管坯半径与波形结构100的高度之和减去Y型结构的分支的高度，波浪形圆槽的大半径等于于管坯半径与波形结构100的高度之和。
[0055] 优选地，波纹管内部设置有第一密封圈19、第二密封圈13、第三密封圈9以及第四密封圈7，第一密封圈19和第二密封圈13的中心处设置有螺纹孔，第三密封圈9和第四密封圈7的上部、下部和中心处分别设置有螺纹孔，第一密封圈19和第一卸油杆20的一端螺纹连接，第二密封圈13与第三密封圈9通过第一连接杆8螺纹连接，第三密封圈9和第四密封圈7通过第二连接杆11和第三连接杆12螺纹连接，第四密封圈7与第二卸油杆10的一端螺纹连接。
[0056] 优选地，上凹模2和上定位模3的固定端固定在涨波机的上横梁上，下凹模17和下定位模16的固定端固定在涨波机的下横梁上。
[0057] 优选地，第二密封圈13与第三密封圈9通过第一连接杆8螺纹连接，第三密封圈9和第四密封圈7通过第二连接杆11和第三连接杆12螺纹连接，第四密封圈7与第二卸油杆10的一端螺纹连接。
[0058] 优选地，本发明还提供一种单向伸长补偿的Y型波纹管的成形方法，其包括以下步骤：
[0059] S1、将上凹模2、下凹模17、上定位模3以及下定位模16的固定端分别固定在涨波机上，同时将多个分瓣凸模分别通过相对应的推杆固定在均布液压缸的
活塞杆上；
[0060] S2、将四个密封圈置于波纹管管坯6内，第一密封圈19由第一卸油杆20推至其光面与上凹模2和下凹模17施力点在同一个面的位置，第二密封圈13由第二卸油杆10推至其光面与上定位模3和下定位模16施力点在同一个面的位置，同时使第三密封圈9和第四密封圈7的光面分别在波形波谷的中心位置；
[0061] S3、首先向第一密封圈19和第二密封圈13之间的空间充填液压油，第一卸油杆20为空心管，液压油由第一卸油杆20的管口向第一密封圈19和第二密封圈13之间的空间充填，液压油对波纹管管坯6内壁加压使其鼓胀，为波形定位；
[0062] S4、之后向第三密封圈9和第四密封圈7之间的空间充填液压油，液压油由第二卸油杆10的管口向第三密封圈9和第四密封圈7之间的空间充填，第一密封圈19和第二密封圈13之间以及第三密封圈9和第四密封圈7之间的液压油均保持一定的压力；
[0063] S5、上凹模2和下凹模17分别在第七推杆1、第八推杆18及第一密封圈19上的第一卸油杆20的共同作用推动波纹管管坯6向固定不动的第二密封圈13移动，直至波形成形，此时形成如图2所示的波形。同时，多个分瓣凸模分别由各自的推杆作用向管坯轴中心方向移动，直至分瓣凸模相互接触，液压油卸载；
[0064] S6、上凹模2、下凹模17、上定位模3、下定位模分瓣凸模和密封圈全部复位，管坯6在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下一个波纹。
[0065] 具体实施例
[0066] 将上凹模2、下凹模17、上定位模3、下定位模16固定端分别固定在涨波机上、下横梁上，同时将多个分瓣凸模分别通过各自的推杆固定在均布液压缸的活塞杆上，从左至右的模具排列顺序，即上凹模、下凹模，上定位模、下定位模和多个分瓣凸模，上凹模、下凹模和上定位模、下定位模在涨波机上横梁、下横梁作用下将管坯6从外侧紧紧箍住，如图3所示。
[0067] 将四个密封圈置于波纹管管坯内，第一密封圈19由第一卸油杆推至其光面与上凹模、下凹模施力点在同一个面的位置，另外，第二密封圈13、第三密封圈9以及第四密封圈7通过第一连接杆8、第二连接杆11以及第三连接杆12固定连接，由第二卸油杆10推至第二密封圈13光面与上定位模、下定位模施力点在同一个面的位置，同时保证第三密封圈9和第四密封圈7的光面分别在Ω型波形波谷间距的中心位置。
[0068] 首先向第一密封圈19和第二密封圈13之间的空间充填液压油，第一卸油杆为空心管，液压油由第一卸油杆的管口向第一密封圈19和第二密封圈13之间的空间充填，液压油对波纹管管坯内壁加压使其鼓胀，为波形定位。
[0069] 之后向第三密封圈9和第四密封圈7之间的空间充填液压油，第二卸油杆10为空心管，液压油由第二卸油杆10的管口向第三密封圈9和第四密封圈7之间的空间充填，第一密封圈19和第二密封圈13之间以及第三密封圈9和第四密封圈7之间的液压油均保持一定的压力，如图4所示。
[0070] 上凹模、下凹模分别在第七推杆1、第八推杆18及第一密封圈19上的第一卸油杆共同作用推动波纹管管坯向固定不动的第二密封圈13移动，直至波形成形，同时，多个分瓣凸模分别由各自的推杆作用向管坯轴中心方向移动，直至分瓣凸模相互接触，液压油卸载，如图5所示。
[0071] 上凹模、下凹模，上定位模、下定位模，分瓣凸模和密封圈全部复位，管坯6在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下一个波纹。最后获得Y型波形结构的波纹管，如图1所示，其直径D为80mm，波高H为8mm，
波长W为13mm，波形角θ＝60°，波谷间距S＝6mm，波谷圆角半径Rt为2mm，波峰圆角半径Rc为2mm，波峰间圆角半径Rm为1.5mm，相邻波峰高度h为5mm的波纹管，经实验分析，其单位位移可承受的轴向载荷为320N。而直径D为80mm，波高为8mm，波长为9mm，波峰圆角半径为3mm的波纹管，相同边界条件下，其单位位移可承受的轴向载荷为170N。因此，这种单向伸长补偿的Y型波形结构的波纹管可承受更大的轴向载荷，同时避免波形发生塑性
变形的失效形式发生。
[0072] 最后应说明的是：以上的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
