[其他]双曲肋式波纹管及其制造方法

说明书

双曲肋式波纹管为弹性密封元件。现有波纹管的波形只沿半径Ｒ方向弯曲（单曲），承压能力难于进一步提高。本发明是在波纹管的环板上增加ｎ条径向肋和ｎ个双曲弹性薄壳，使之成为承压能力更高的双曲肋式波纹管。单层双曲肋式波纹管在较高压力和超低温条件下具有很好的稳定性和敏感性，特别适用于宇航超低温调节器。多层高压双曲肋式波纹管的承压能力为３００ｋｇ／ｃｍ^２，特别适用于高压控制阀门。双曲肋式波纹管以普通波纹管作毛坯，在带有径向活动销的静止不动的液压成形模内自由拉深成形，具有良好的工艺性。

本发明涉及波纹管、波纹管的制造方法和成形模。

由金属薄壁管制成的单层和多层波纹管是一种弹性密封元件，适用于航天及其他工业的流体密封与控制。苏联专利SU438824和SU458679分别将U形波纹管压成浅Ω形和同心圆式波纹管，美国专利U·S·P·3952575用扇形销的径向运动机械挤压薄壁管，使其材料沿径向和环向扩展，因此这种机械式胀形法只能制造出直径较大的U形波纹管，而且一次只能挤压一个波纹。美国航天飞机使用了承压能力更高的小波距深Ω形波纹管，但现有波纹管的波形只沿回旋半径R方向弯曲（单曲），型面高度只是回旋半径R的函数，与回旋角θ无关：Z＝f（R），承压能力难于进一步提高。

本发明的目的是：改进波纹管波形设计，改进制造方法和成形模，从而制造出承压能力更高的和稳定性更好的双曲肋式波纹管。

本发明是在单层和多层波纹管的每个波纹的单面环板上增加n条径向肋（1），该n条径向肋将每个单面环板分成n个向波谷凸起的小扇形双曲弹性薄壳（2）。每个小扇形弹性薄壳沿径向R（4）和环向θ（5）双曲。型面高度Z（6）是R和θ的周期函数：Z＝f（R，θ），周期为2π/n。每个弹性薄壳的最大高度Z_max在相邻两肋的各弧线等分点的连线（7）上，等分点两侧的高度对称相等。径向肋具有宽度（8）。波数为N的双曲肋式波纹管由N×2n个双曲弹性薄壳和N×2n条径向肋组成，其内外周边近似呈n面多边形（3），这种多边形内外周边的双曲肋式弹性薄壳比普通波纹管具有更好的稳定性及更高的承压能力。肋数越多承压能力越大。

双曲肋式波纹管在带有径向活动销（12）的专用成形模内，用通内压的方式二次液压自由拉深成形。

与现有波纹管比较，本发明具有以下优点：

由于双曲肋式波纹管是用普通U形波纹管作毛坯，波纹管材质得到再次强化，由大的受力环板小型化为小扇形双曲弹性薄壳，内外周边由圆形改为多边形，并增加径向肋，因此其承压能力明显高于现有波纹管。

例如：

1Cr18Ni9Ti不锈钢单层U形波纹管37×26×.018×5（外径×内径×壁厚×波数），尺寸按毫米计算（下同），压肋前波长压缩1.5毫米时最大允许耐压力为12.6kg/cm²，压肋后的试验值：波长也压缩1.5毫米时最大允许耐压力为：12肋，30kg/cm²;15肋，50kg/cm²。

1Cr18Ni9Ti三层不锈钢U形波纹管25.5×16.6×0.14×3×10，压肋前，波长压缩2毫米，最大允许耐压力为56.5kg/cm²。压肋后，波长也压缩2毫米时，其最大允许承压力为100kg/cm²。该波纹管的肋数为6，如肋数增加耐压力将进一步提高。

1Cr18Ni9Ti三层不锈钢U形波纹管20×13×0.15×3×12压缩1.5毫米时其最大允许耐压力低于150kg/cm²，压肋后：肋数为9，肋宽1.4毫米，也压缩1.5毫米时，其最大允许耐压力为300kg/cm²。抽查试验的压力为425kg/cm²，这时波纹管仍完好无损。相同尺寸的小波距深Ω波纹管也没有这样高的承压能力。

本发明的单层双曲肋式波纹管在较高压力下，比现有波纹管的灵敏性高、稳定性好，特别适用于精密的超低温稳压器的敏感元件，用37×26×0.18×5的15肋单层双曲肋式波纹管制造的无摩擦超低温稳压器的试验特性如下：由于外界干扰稳压器入口压力变化时，出口压力保持不变（不计允差）：