（机械工程专业论文）特种金属波纹管研制.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 一一一 r e s e a r c ho nm e t a l b e l l o w so f s p e c i a lp u r p o s e a b s t r a e t t o i m p r o v e t h el a u n c h i n ga b i l i t yo f d e l i v e r yr o c k e lk e e pa n di m p r o v et h e s t a t eo f s u p e r a e r o s p a c ec o u n t r yo f c h i n a , t h e r e s e a r c ho f n e wm o d e lh y d r o g e n o x y g e nr o c k e te n g i n e i s s t a r t e di no u rc o u n t r y m a n yh i 出p e r f o r m a n c em e t a lb e l l o w s a l ea p p l i e di nt h ed y n a m i c a l s y s t e mo f t h e r o c k e te n g i n e c o m p a r i n gt ot h ep r e v i o u sm o d e l ，t h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo f n e wm o d e l e n g i n ei m p r o v e sg r e a t l y ，t h er e q u i r e m e n t f o rm e t a lb e l l o w si m p r o v e s c o r r e s p o n d i n g l y e i t h e r i nd e s i g no rm a n u f a c t u r e ，t h ei m p m v e m e n ti sg r e a t ，m a x w o r k i n g p r e s s u r ei s2 4 0m p a , m a x w o r k i n gd i s p l a c e m e n t i s2 7 r a m ，m a xi n n e rd i a m e t e ri s 巾2 0 0 m m ， l o w e s tw o r k t e m p e r a t u r ei s - 2 5 3 。c ，m a n y n e wm a t e r i a l ，s t r u c t u r ea n d t e c h n o l o g y a r e a d o p t e d s p e c i a lm e t a lb e l l o w s i nr o c k e te n g i n es y s t e mi sn o to n l yac o n t r o lp a r t ，b u ta l s oa sa m o v ep a r to fs e a lo fl o wt e m p e r a t u r e ，i ti sak e yp a r t ，w i t hi t sk e yf u n c t i o nc o u l dn o tb e s u b s t i t u t e db yo t h e r p a r t s m e t a lb e l l o w si sat h i nw a l lt h i c k n e s st u b ep a r t ，、v i ml a n d s c a p eo r i e n t a t i o nt i p p l e ，i t p o s s e s s e s t h ef u n c t i o no f e l a s t i c i t y , a n dv a r i o u sc a p a b i l i t i e sa sr e s i s t a n c eo f p r e s s u r e ，s e a l ， c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，t h e r m a lr e s i s t a n c ee t c t h er e s e a r c ho f s l x i a lm e t a lb e l l o w si sas y s t e m e n g i n e e r i n gb e l o n g i n g t ot e c h n i q u e c a t e g o r yo f e s p e c i a l l y t h i nt h i c k n e s s p i p em a c h i n i n g f u r t h e r w h i c h r e q u i r e sh i g hp r e c i s i o no f d i m e n s i o n , a n d r e a c h e sv a r i o u sh i 曲t e c h n i q u e p e r f o r m a n c e a n d r e l i a b i l i t y t h a tr e q u i r e d t h er e s e a r c hc o v e r sd e s i g no f b e l l o w s ，p r e c i s i o np l a s t i c i t y m a c h i n i n go f e s p e c i a l l y t h i nt h i c k n e s s p i p e ，b t i g h t n e s sh e a tt r e a t m e n t ，p r e c i s i o nw e l d i n g ， p r e c i s i o nc u t t i n ga n dt e s t i n g e t c v a r i o u st e c h n o l o g ya n d t e c h n i q u e t h ep e r f o r m a n c e o f m e t a l b e l l o w si sm a i n l yd e c i d e db y s t r u c t u r e ，g e o m e t r yd i m e n s i o n , m a t e r i a la n d m a n u f a c t u r e t e c h n o l o g y d u r i n g t h er e s e a r c ho f t h e p r o j e c t ，w er e f e r e d t ot h ec o n d i t i o na n d d e v e l o p m e n t o f t h e t e c h n i q u e i n s i d ea n do u t s i d ec h i n a , a n dl u c u b r a t e dt h ed e s i g n , m a n u f a c t u r et e c h n o l o g ya n d t e s t t h em o s ta d v a n c e de j m a d e s i g n f o r m u l ao f w o r l di sa d o p t e dt od e s i g nt h eb e l l o w s ，a n d c o n s u m m a t e db yt e s t , n e ws t r u c t u r e s - w a v e ”，n e wm a t e r i a l g h 4 1 6 9 ”，l i t t l ep i t c h ，a n d s h a l l o w r i p p l ew r ea d o p t e d t oi m p r o v et h e p r e s s u r ee n d u r a n c eo f b e l l o w s ，m e t a lp l a s t i c i t y 2 沈阳工业大学硕士学位论文 t h e o r yi sa d o p t e d t oa n a l y z et h e f o r m i n gp r o c e s so f b e l l o w s ，d e s i g nc l a m p sa n df o r m i n g t e c h n o l o g y ，s p e c i a lf o r m i n g m e d i u mi sa d o p t e dt oe n s u r et h el a y e r q u a l i t y o f m u l t i p l yb e l l o w s ， p l a s t i c i t yf o r m i n gt h e o r y ，c h e m i c a lp r i n c i p l ea n dn e w m a t e r i a la r ea d o p t e dt oc a p t u r et h ek e y t e c h n o l o g yo f “s w a v e f o r m i n ga n dm o d e ld i s s o l v i n g , a n dw i t ha d v a n c e dv a c u u mb r i g h t n e s s b e a tt r e a t m e n tt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f t h eb e l l o w s t h e s p e c i a lm e t a l b e l l o w sr e s e a r c h e d ，r e s e a r c ht h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t sc o m p l e t e l y ， f u l f i l l e dt h e r e q u i r e m e n t s o nr o c k e t e n g i n e sr e s e a r c h t h ew h o l e t e c h n i c a ll e v e lo f t h e p r o j e c t h a sr e a c h e dt h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e d1 e v e l k e y w o r d s ：m e t a l b e l l o w s ，d e s i g n ，f o r m i n gt e c h n o l o g y 3 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文巾不包含其谴入已经发表或撰写的研究成采，也不包含为获得 沈阳工业火学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作鳇露恚对本研究所做酶任何贡献均g 盔论文中傲了明确鳇说明并表 示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全7 解沈阳工业大学有关傺留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密豹论文在解密后应遵德龅蕊定) 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 金属波纹管 金属波纹管是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零部件，它主要是利用自身的 弹性变形功能工作的，除弹性特性外，还具有耐压、密封、耐腐蚀、耐温度、耐冲击等 多种性能，是一种多功能的零部件。在外力的作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合 位移。在机械、仪表、石油、化工、电力、汽车、机车、船舶、航空航天等工业领域得 到了越来越广泛的应用。 金属波纹管的种类主要有金属波纹管、波纹膨胀节和金属软管，其中金属膨胀节 和会属软管的核心零件是金属波纹管。金属波纹管的种类还可以按其成形工艺、材料、 结构形状、层数的不同来分类。按成形工艺分类：a ) 液压成形波纹管；b ) 滚压成形波 纹管；c ) 机械胀形波纹管；d ) 焊接成形波纹管；e ) 橡胶成形波纹管；f ) 电沉积成形 波纹管。按材料分类金属波纹管可分为不锈钢、耐蚀合金、高温合金、弹性合金等。按 波纹管的层数分为单层和多层波纹管。按波纹管波型结构可分为u 型、v 型、s 型、c 型等。按加强方式分有内加强环、外加强环和无加强环型波纹管。 金属波纹管在工业领域中有以下几方面的应用：a ) 用于仪表中的弹性元件，主要 用于测量、调节和控制；b ) 用于真空开关的真空密封，金属波纹管与动触头一起进行 轴向运动，同时保证真空室的真空密封；c ) 用于阀门作动作和密封零件，在各种波纹 管阀门中，波纹管与动作零件一起进行轴向位和复位，同时还要承受流体的压力并绝对 密封。d ) 用于汽车；e ) 用于金属波纹膨胀节，波纹管是膨胀节的柔性零件，也是关键 零件；f ) 用于波纹管式换热器，作为强化换热器零件。在上述各种应用中，波纹管都 起着重要的作用，金属波纹管的损坏或任何形式的失效将使系统出现不同程度的故障， 甚至造成重大损失。 1 0 1 沈阳工业大学硕士学位论文 1 2 任务来源 为了赶超美国、俄罗斯等航天大国的先进水平，提高火箭发射的运载能力，我国 丌始进行新型号氢氧火箭发动机的研制。氢氧火箭发动机具有无污染、无毒、比冲 大，可重复使用等许多优点，是一种先进的机型，集成了了多种高新技术，到目前为 止，世界上只有美国、俄罗斯、中国、日本等少数几个国家拥有氢氧火箭发动机技 术。美国始终以发展氢氧火箭发动机的先进技术来取得航天技术的领先地位。我国研 制的氢氧火箭发动机是自主研制。氢氧火箭发动机是以液氢、液氧为推进剂，是低温 液体火箭发动机，它的低温密封是关键技术之一，因为在超低温情况下，液氢很容易 渗漏。在氢氧火箭发动机的多种阀门中应用了金属波纹管。金属波纹管在阀门中既是 执行动作的零件也是密封零件，是关键零件。应用金属波纹管是解决液氢、液氧的动 密封的有效方法。【6 7 1 3 金属波纹管技术指标 1 3 1s 型g h 4 1 6 9 波纹管 规格：n n 3 8 2 5 6 x 4 x 3 ；材料：g h 4 1 6 9 ；波形：s 型；试验压力：内压 2 5 m p a ；工作位移：压缩l m m ，拉伸l m m ；工作温度：一1 8 3 。c ；机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 1 3 2 不锈钢u 型波纹管 规格：n n 4 4 x3 4 x 4 3 ；材料：不锈钢0 0 c r l 7 n i l 4 m 0 2 ；波形：u 型：试验压 力：内压1 2 m p m 工作位移：压缩6 4 m m ；工作温度：2 5 3 。c ：机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 1 3 3 u 型g h 4 1 6 9 波纹管 规格：n n 3 7 x 2 8 4 9 ：材料：g h 4 1 6 9 ；波形：u 型；试验压力：内压 2 4 0 m p a ；工作位移：压缩4 5 m m ；工作温度：2 5 3 。c ；机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 2 沈阳工业大学硕士学位论文 1 2 任务来源 为了赶超美国、俄罗斯等航天大国的先进水平，提高火箭发射的运载能力，我国 丌始进行新型号氢氧火箭发动机的研制。氢氧火箭发动机具有无污染、无毒、比冲 大，可重复使用等许多优点，是一种先进的机型，集成了了多种高新技术，到目前为 止，世界上只有美国、俄罗斯、中国、日本等少数几个国家拥有氢氧火箭发动机技 术。美国始终以发展氢氧火箭发动机的先进技术来取得航天技术的领先地位。我国研 制的氢氧火箭发动机是自主研制。氢氧火箭发动机是以液氢、液氧为推进剂，是低温 液体火箭发动机，它的低温密封是关键技术之一，因为在超低温情况下，液氢很容易 渗漏。在氢氧火箭发动机的多种阀门中应用了金属波纹管。金属波纹管在阀门中既是 执行动作的零件也是密封零件，是关键零件。应用金属波纹管是解决液氢、液氧的动 密封的有效方法。【6 7 1 3 金属波纹管技术指标 1 3 1s 型g h 4 1 6 9 波纹管 规格：n n 3 8 2 5 6 x 4 x 3 ；材料：g h 4 1 6 9 ；波形：s 型；试验压力：内压 2 5 m p a ；工作位移：压缩l m m ，拉伸l m m ；工作温度：一1 8 3 。c ；机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 1 3 2 不锈钢u 型波纹管 规格：n n 4 4 x3 4 x 4 3 ；材料：不锈钢0 0 c r l 7 n i l 4 m 0 2 ；波形：u 型：试验压 力：内压1 2 m p m 工作位移：压缩6 4 m m ；工作温度：2 5 3 。c ：机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 1 3 3 u 型g h 4 1 6 9 波纹管 规格：n n 3 7 x 2 8 4 9 ：材料：g h 4 1 6 9 ；波形：u 型；试验压力：内压 2 4 0 m p a ；工作位移：压缩4 5 m m ；工作温度：2 5 3 。c ；机械疲劳寿命：2 0 0 0 0 次。 2 沈阳工业大学硕士学位论文 圈1 - 1s 型波墅( s 层)图l - 2u 型波垄( 四层) 1 4 国内外金属波纹管的发展概况 1 4 1 国外金藩波纹管的发展溉况 美国、德国、英国等国家的金属波纹管技术水平比较蕊，例如美国 u s b e l l o w s i n c 、e x p a n s i o n j o i n ts y s t e m i n c 、s e n i o rf l e x o n i c s p a t h w a y 、f u l t o n b e l l o w sc o m p i n e n t s , i n c 、a m e r i c a nb o ai n c 、s e n i o ra e r o sp a c em e t a lb e l l o w s d i v i s i o n 、c l i f l e xb e l l o w sc o r p o r a t i o n 等，德国w i t z e n n m n ng r n b h 、i w k r e g l e r u n d k o m p e n s a t o r e n g m b h 等，英国h y d r o f l e x c o u k 、t e d d i n g t o n b e l l o w s l i m i t d e 等，法国 c a l o r s t a t 。 金属波纹管的设计，主要是应餍美国膨胀节制造裔协会标准( 筒称e j m a ) 的设计 公式，美国a s 础b 关于波纹管的设计公式和有限元( f e a ) 的设计方法，念属波纹管 蕾坯的制造方法主要是焊接、交薄拉深、轧制等。金属波纹管的成形方法主要是液压成 形、机械胀形、滚压成形、焊接成彤等。检测方谣有原材料、半成懿和最终波纹管性能 的检测。例如化学成分分析、超声波、x 射线、渗透检测、刚度测量、压力试验、氯质 谱检漏、寿命试验等等。金羼波纹管大多数应用于一般的用途，只有特种金_ | | 羲波纹管嗣 于航天领域。波纹管应用的材料有3 0 4 、3 0 4 l 、3 2 1 、3 1 6 t i 、3 1 6 l 、3 0 4 h 、3 1 6 、 i n c o l o y 8 2 5 、i n c o n e l 6 0 0 、t n e o n e l 6 2 5 、h a s t e l l o yc - 2 7 6 、h a s t e l l o yc 4 、m o n e l 等等。f 1 卜1 5 】 1 4 2 我国金震波纹警豹技术秘发展概况 随着科学技术的进一步发展，对外开放的进一步扩大，我国的众属波纹管技术得到 了迅速的发展。以高等院校科研单位为龙头，以国家大中型企业、合资企业为骨干，以 民营企业为补充。形成了金属波纹管的制造业。出现了不少技术先进单位，例如上海工 3 沈阳工业大学硕士学位论文 圈1 - 1s 型波墅( s 层)图l - 2u 型波垄( 四层) 1 4 国内外金属波纹管的发展概况 1 4 1 国外金藩波纹管的发展溉况 美国、德国、英国等国家的金属波纹管技术水平比较蕊，例如美国 u s b e l l o w s i n c 、e x p a n s i o n j o i n ts y s t e m i n c 、s e n i o rf l e x o n i c s p a t h w a y 、f u l t o n b e l l o w sc o m p i n e n t s , i n c 、a m e r i c a nb o ai n c 、s e n i o ra e r o sp a c em e t a lb e l l o w s d i v i s i o n 、c l i f l e xb e l l o w sc o r p o r a t i o n 等，德国w i t z e n n m n ng r n b h 、i w k r e g l e r u n d k o m p e n s a t o r e n g m b h 等，英国h y d r o f l e x c o u k 、t e d d i n g t o n b e l l o w s l i m i t d e 等，法国 c a l o r s t a t 。 金属波纹管的设计，主要是应餍美国膨胀节制造裔协会标准( 筒称e j m a ) 的设计 公式，美国a s 础b 关于波纹管的设计公式和有限元( f e a ) 的设计方法，念属波纹管 蕾坯的制造方法主要是焊接、交薄拉深、轧制等。金属波纹管的成形方法主要是液压成 形、机械胀形、滚压成形、焊接成彤等。检测方谣有原材料、半成懿和最终波纹管性能 的检测。例如化学成分分析、超声波、x 射线、渗透检测、刚度测量、压力试验、氯质 谱检漏、寿命试验等等。金羼波纹管大多数应用于一般的用途，只有特种金_ | | 羲波纹管嗣 于航天领域。波纹管应用的材料有3 0 4 、3 0 4 l 、3 2 1 、3 1 6 t i 、3 1 6 l 、3 0 4 h 、3 1 6 、 i n c o l o y 8 2 5 、i n c o n e l 6 0 0 、t n e o n e l 6 2 5 、h a s t e l l o yc - 2 7 6 、h a s t e l l o yc 4 、m o n e l 等等。f 1 卜1 5 】 1 4 2 我国金震波纹警豹技术秘发展概况 随着科学技术的进一步发展，对外开放的进一步扩大，我国的众属波纹管技术得到 了迅速的发展。以高等院校科研单位为龙头，以国家大中型企业、合资企业为骨干，以 民营企业为补充。形成了金属波纹管的制造业。出现了不少技术先进单位，例如上海工 3 沈阳工业大学硕士学位论文 圈1 - 1s 型波墅( s 层)图l - 2u 型波垄( 四层) 1 4 国内外金属波纹管的发展概况 1 4 1 国外金藩波纹管的发展溉况 美国、德国、英国等国家的金属波纹管技术水平比较蕊，例如美国 u s b e l l o w s i n c 、e x p a n s i o n j o i n ts y s t e m i n c 、s e n i o rf l e x o n i c s p a t h w a y 、f u l t o n b e l l o w sc o m p i n e n t s , i n c 、a m e r i c a nb o ai n c 、s e n i o ra e r o sp a c em e t a lb e l l o w s d i v i s i o n 、c l i f l e xb e l l o w sc o r p o r a t i o n 等，德国w i t z e n n m n ng r n b h 、i w k r e g l e r u n d k o m p e n s a t o r e n g m b h 等，英国h y d r o f l e x c o u k 、t e d d i n g t o n b e l l o w s l i m i t d e 等，法国 c a l o r s t a t 。 金属波纹管的设计，主要是应餍美国膨胀节制造裔协会标准( 筒称e j m a ) 的设计 公式，美国a s 础b 关于波纹管的设计公式和有限元( f e a ) 的设计方法，念属波纹管 蕾坯的制造方法主要是焊接、交薄拉深、轧制等。金属波纹管的成形方法主要是液压成 形、机械胀形、滚压成形、焊接成彤等。检测方谣有原材料、半成懿和最终波纹管性能 的检测。例如化学成分分析、超声波、x 射线、渗透检测、刚度测量、压力试验、氯质 谱检漏、寿命试验等等。金羼波纹管大多数应用于一般的用途，只有特种金_ | | 羲波纹管嗣 于航天领域。波纹管应用的材料有3 0 4 、3 0 4 l 、3 2 1 、3 1 6 t i 、3 1 6 l 、3 0 4 h 、3 1 6 、 i n c o l o y 8 2 5 、i n c o n e l 6 0 0 、t n e o n e l 6 2 5 、h a s t e l l o yc - 2 7 6 、h a s t e l l o yc 4 、m o n e l 等等。f 1 卜1 5 】 1 4 2 我国金震波纹警豹技术秘发展概况 随着科学技术的进一步发展，对外开放的进一步扩大，我国的众属波纹管技术得到 了迅速的发展。以高等院校科研单位为龙头，以国家大中型企业、合资企业为骨干，以 民营企业为补充。形成了金属波纹管的制造业。出现了不少技术先进单位，例如上海工 3 沈阳工、韭大学硕士学位论文 业大学、南京化工大学、沈阳仪袭科学研究院、洛阳七二五研究所、南京晨光东螺波纹 管膏限公司、蓄鄂髓天金蕊波纹管f 等。在按零) 亨蕊与嚣鳃鹅差距鬣在逐步禳夺，褒菜 始领域我们可以达到国际先进水平。波纹管应用的材料：o c r l 8 n i 9 、o c r l 8 n i 1 0 t i 、 1 c r l 硪i 9 t i 、0 0 c r i 冁i i l 、0 c r l 7 n i l 2 1 0 2 、0 0 c r l 烈i 1 4 m 0 2 、瓮r l 粼稚蕊。嚣i 、b 3 1 5 、 f n 2 、i n c o l o y 8 2 5 、i n c o n e l 6 2 5 、 n s t e l l o yc 4 、h a s t e l l o yc - 2 7 6 、m o n e l 4 0 0 等。 表l 国内箨技术概况 1名尽国内霪夕对比结果 嚣蹦a 、工程方法、 l设计e a d 、有限元等，有限 e j m a 、工程方法、 稍有差雅 元窿矮较少。 c a ) 、有限元等。 i管材制造轧制、燮薄、群接焊接、变薄稍有差距 半自动、全自动、自动半自动、全自动、计 l残形设备奄定距离 瓣残影设备毙鞍少。冀辍羧镶 液压、机械胀形、橡胶液压、机械胀形、橡 i成形工艺成形、滚压、焊接、毫胶蔽形、滚匿、焊各葶薅色 沉积等接、电沉积等 氩弧焊、等离子焊、电氩弧焊、等离子焊、 l焊接基本摆当 子素焊邀子策溽、激悬溽 不锈钢、高温合鑫、商 不锈钢、高温合金、 撵合金、耐蚀合盒、银 l 摇辫囊弹会金、藜镶合翁定避离 合金等，蒋豫榜瓣痊嗣 较少 金、铜合金等 羁度、使穆、莲力、寿 霹度、经移、恁力、 检溺顼西寿命、密封往、探伤潺本相当 命、密封性、探伤等 等 捻溅仪器爨魂纯程度低童魂纯程疫褰裔一定鼹离 l工作压力 2 4 o 伊a2 1 o i 船a 基本相当 工作温度 _ 2 5 3 6 0 0 - 2 5 3 6 0 0 基本相姿 e 蟊蛭a 、l 涯s s - s p 、 i制造标准j b 、o b 等基本相当 b s 、j i s 等 l 。5 主要磷究壳容 金属波纹管的研制是一个系统工程，它涉及设计、制造和试验替诸多方面。新型火 髓发旗瓿憝垂主甜耩、蔼链能辩波纹警豹技术谴筑糨可靠髋鋈求缀齑。主簧是高工徉匿 - 4 沈阳工、韭大学硕士学位论文 业大学、南京化工大学、沈阳仪袭科学研究院、洛阳七二五研究所、南京晨光东螺波纹 管膏限公司、蓄鄂髓天金蕊波纹管f 等。在按零) 亨蕊与嚣鳃鹅差距鬣在逐步禳夺，褒菜 始领域我们可以达到国际先进水平。波纹管应用的材料：o c r l 8 n i 9 、o c r l 8 n i 1 0 t i 、 1 c r l 硪i 9 t i 、0 0 c r i 冁i i l 、0 c r l 7 n i l 2 1 0 2 、0 0 c r l 烈i 1 4 m 0 2 、瓮r l 粼稚蕊。嚣i 、b 3 1 5 、 f n 2 、i n c o l o y 8 2 5 、i n c o n e l 6 2 5 、 n s t e l l o yc 4 、h a s t e l l o yc - 2 7 6 、m o n e l 4 0 0 等。 表l 国内箨技术概况 1名尽国内霪夕对比结果 嚣蹦a 、工程方法、 l设计e a d 、有限元等，有限 e j m a 、工程方法、 稍有差雅 元窿矮较少。 c a ) 、有限元等。 i管材制造轧制、燮薄、群接焊接、变薄稍有差距 半自动、全自动、自动半自动、全自动、计 l残形设备奄定距离 瓣残影设备毙鞍少。冀辍羧镶 液压、机械胀形、橡胶液压、机械胀形、橡 i成形工艺成形、滚压、焊接、毫胶蔽形、滚匿、焊各葶薅色 沉积等接、电沉积等 氩弧焊、等离子焊、电氩弧焊、等离子焊、 l焊接基本摆当 子素焊邀子策溽、激悬溽 不锈钢、高温合鑫、商 不锈钢、高温合金、 撵合金、耐蚀合盒、银 l 摇辫囊弹会金、藜镶合翁定避离 合金等，蒋豫榜瓣痊嗣 较少 金、铜合金等 羁度、使穆、莲力、寿 霹度、经移、恁力、 检溺顼西寿命、密封往、探伤潺本相当 命、密封性、探伤等 等 捻溅仪器爨魂纯程度低童魂纯程疫褰裔一定鼹离 l工作压力 2 4 o 伊a2 1 o i 船a 基本相当 工作温度 _ 2 5 3 6 0 0 - 2 5 3 6 0 0 基本相姿 e 蟊蛭a 、l 涯s s - s p 、 i制造标准j b 、o b 等基本相当 b s 、j i s 等 l 。5 主要磷究壳容 金属波纹管的研制是一个系统工程，它涉及设计、制造和试验替诸多方面。新型火 髓发旗瓿憝垂主甜耩、蔼链能辩波纹警豹技术谴筑糨可靠髋鋈求缀齑。主簧是高工徉匿 - 4 沈阳工撤走学硕士学位论文 力、低的轴向刚殿和长期的可靠的使用寿命。需要应用新结构、新材料、新技术、新工 艺。 1 。5 1 金属波纹管的设计 波纹餐蓬懿霸霹靠瞧缀六程庋取决予设计。波纹警羲设计涉及薇壳理谂、弹蛙力 学、材料力学、工蕊学、数学等多个学科。波纹管的设计熄一个多参数设计，同时还包 含凡个菲娥形、饿耗菲线彩等。 1 5 , 2 金麟波纹管的制造 会璃波纹管的俸造属于材料韵深加工披术范畴，也是精于特殊的加工领域，对于特 薄壁管轰零转不但瑟达至鬻舱尺寸糖褒，还爱达到离静技零性能。它涉及金属耪辩舱精 密塑性加_ i ( 包括特薄壁管材的精密制造、波纹管的精密成形) 、光亮热处理、精密焊 接、表嚣楚瑾、精密剪韬等多秘工艺窝技术。 1 5 3 金属波纹管的试验和检测 金嚣波纹警静溪羹帮缝能需要遗遘试验鞫裣测来涯实，它需要谶行多耱试验，需要 进行试验技术的研究。它涉及金相组织、凭损检测、电镜扫描、刚度、压力、疲劳鸯命 等。 1 6 本课题的意义 特种龛属波纹臀的研制能满足火箭发渤机研制的需要。研制具肖世界先进水平的新 一代必餐发动撬，可遗一步堰强孛灏交蕾在嚣嚣囊娥发麓枣矮上兹竞争力，对满足鞫肉 需蹑，促进中国空间技术的发展和提高空间探测能力具有重大意义。 特释鑫瓣波纹管魏醑潮成功，键沈粥双裹科学醑究院程健赛范溺肉戎为少数觅个掌 握该项技零的企业之一，不但潢足了火箭发动枫对特霉巾金属波纹管的需要，同时提离了 滚缎管设计、工艺、装备和检测水平，键进了国内食属波纹管的技术进步，可以为航 天、靛空、舰船、鼹弹、援电等要广泛懿镁域，提供性g 先进、囊璧稳定、蕊可靠性麓 特种金属波纹管。 特释金嚣波纹警在羯行监遵密大量碰愿，耱静金震波纹警毪饶予爨龉，鼓术承 平领先，将其向民用领域推广应用，可以提升民用产品的档次，促进民品的照新换代襁 蔽术袁乎黪疆褰。涎着先避援末豹瀵一步攘广瘟臻，盛将取褥较大静经济帮张会效虢。 - 5 沈阳工撤走学硕士学位论文 力、低的轴向刚殿和长期的可靠的使用寿命。需要应用新结构、新材料、新技术、新工 艺。 1 。5 1 金属波纹管的设计 波纹餐蓬懿霸霹靠瞧缀六程庋取决予设计。波纹警羲设计涉及薇壳理谂、弹蛙力 学、材料力学、工蕊学、数学等多个学科。波纹管的设计熄一个多参数设计，同时还包 含凡个菲娥形、饿耗菲线彩等。 1 5 , 2 金麟波纹管的制造 会璃波纹管的俸造属于材料韵深加工披术范畴，也是精于特殊的加工领域，对于特 薄壁管轰零转不但瑟达至鬻舱尺寸糖褒，还爱达到离静技零性能。它涉及金属耪辩舱精 密塑性加_ i ( 包括特薄壁管材的精密制造、波纹管的精密成形) 、光亮热处理、精密焊 接、表嚣楚瑾、精密剪韬等多秘工艺窝技术。 1 5 3 金属波纹管的试验和检测 金嚣波纹警静溪羹帮缝能需要遗遘试验鞫裣测来涯实，它需要谶行多耱试验，需要 进行试验技术的研究。它涉及金相组织、凭损检测、电镜扫描、刚度、压力、疲劳鸯命 等。 1 6 本课题的意义 特种龛属波纹臀的研制能满足火箭发渤机研制的需要。研制具肖世界先进水平的新 一代必餐发动撬，可遗一步堰强孛灏交蕾在嚣嚣囊娥发麓枣矮上兹竞争力，对满足鞫肉 需蹑，促进中国空间技术的发展和提高空间探测能力具有重大意义。 特释鑫瓣波纹管魏醑潮成功，键沈粥双裹科学醑究院程健赛范溺肉戎为少数觅个掌 握该项技零的企业之一，不但潢足了火箭发动枫对特霉巾金属波纹管的需要，同时提离了 滚缎管设计、工艺、装备和检测水平，键进了国内食属波纹管的技术进步，可以为航 天、靛空、舰船、鼹弹、援电等要广泛懿镁域，提供性g 先进、囊璧稳定、蕊可靠性麓 特种金属波纹管。 特释金嚣波纹警在羯行监遵密大量碰愿，耱静金震波纹警毪饶予爨龉，鼓术承 平领先，将其向民用领域推广应用，可以提升民用产品的档次，促进民品的照新换代襁 蔽术袁乎黪疆褰。涎着先避援末豹瀵一步攘广瘟臻，盛将取褥较大静经济帮张会效虢。 - 5 沈阳工业大学硕士学位论文 2 金属波纹管设计 金属波纹管是圆柱澎的薄壁环壳。解析这种力学模型，有许多种设计计算方法。概 攒起来主簧商三静；a ) 繇耩法，主要是级数勰、灏避簿等；b ) 数蕊法。铡知青隈元 法、差分法，现在国内外应用有限元的设计软件有a n s y s 和c a e s m 1 i 等；c 工程方 法。其中籍裁法、数篷法均不鼗绘嚣陵洁麓礁夔设诗公式，为了逶褒工程设谤毳婺，糖 继岛现了许多工程设计公式，其中最有影响的是美国膨胀节制造商协会标准( 英文缩写 e j m a ) 中波绞营设计公式。f a l v i a 标准在澄界范潮海褥蓟了广泛靛讽哥，瀚内外著名 的公司都依据该橼准进行设计和镄4 造，是一i 申权威标准，其最新版本必1 9 9 8 年第7 敝。2 0 0 0 年e j m a 对1 9 9 8 年第7 敝迸行了补遗。我应用该标准中有关公式作为波绞管 浆基本设计公式进萼亍设计或校棱。强踺结合试验对部分设诗进行修匿。f l 鞑 为了满足高工作压力、大的工作位移，小的轴向刚度的高性能要求，设计方面进行 了雾疆技术龟藜：a ) 采溪禽强离溅寒弹魏稔精；b ) 痊熏蓊波墼s 蘩；e ) 疲恁枣波隧 浅波纹结构等等。 惫璃波纹管静设诗诗爨是 常复杂靛，它与渡塑、凡掰尺寸、材鞲狡麓、镧造工艺 等因素有关。因为金属波纹管在工作过程中波纹管耍进行较大的变形，所以波纹篱的 形状、几何尺寸簧发生较大盼交纯，不丽舻抚号静材料萁憾能也有麓异，波鍪、凡何尺 寸存在加工误差，波纹管经商方肉不同直径处蛇女g 工硬亿秘壁辱变化不回，在波纹管成 形和工作溜程中，这些因索均对波纹管的性能有一定程度的影响。同时设计计算的假设 条件迄要产生一些误差。霹越，工程方法酌设诗公式与实际溅量熬绩果育一定懿差别。 金属波纹管设计是多参数设计，它包含几何参数和性能参数。主要几何参数如图 2 辑承。惫弱波纹簧设诗麓参数较多，喜缓多嚣索彩嚷，遮些霹素糖互案终，技术窘 量高，设计难度很大。根据设计的技术条件先设计被纹管的几何参数：内径、外径、壁 簿、层数、菠墅、波距、麓厚、波纹数、霄靛长度裙端郝缔梅，穰锯初步设诗鹩凡筒参 数用e j m a 设计公式对波纹管的性g 参数避行性设计或校核。同时遴行试验验证，如果 设汁不能满足要求，需要对部分参数进行蕊新设计，直到满足设计舞求为止。设计过程 篦鼹2 - 2 。 6 沈阳工渡大学硕士学位论文 嬲2 - i 波纹管主要足每参羧 d 一波纹管内径 嗍纹篱多 径 卜波纹管波距 a 一波纹管渡簿 t _ 嘞纹管单屡壁厚 n 波纹管鹫厚的层数 n 波纹数 l ( 广一波纹管脊效长度 d l 一内配合蹙经 l 1 一内配合接口长度 在多数清援下，受了避行一磺鼹体设诗，需要在若干穗互矛詹静设计黉求中选择一 个合理的方案。例如：为了增加耐商压的需要必须增加波纹管的层数或单层壁厚，而要 求小的辘向西n 度又必须增绷波纹数蓬或增大波纹管的外径，而这样设计势必降低波纹管 的耐压能力。又如：为了减小阀门的重量，要求波纹管轴向尺寸尽可能小，同时承受缀 商的工作厩力，而耐压力商的波纹管本身的允许工作位移就非常小，又要求波纹管具有 长期可靠蛇使用寿愈，这怒极其矛媾鲍。波纹管黪链能参数先：瓣愿力、嚣凌、龛诲位 移和疲劳淹命等等。波纹管优化设计的方向是在保证工作压力、工作位移、疲劳寿命的 藏疆下，辍彝嚣凄尽霹旋，l 、，辜壹岛足亏尽霹毵小。f l 审t 霹 7 ， 沈阳工业大学硕士学位论文 图2 2 波纹管设计过程 2 1e j m a 标准中波纹管的设计公式 e j m a 标准中波纹管的设计公式是依据国际核工业报告第n a n s a 4 5 2 7 “波纹管 的应力分析”中的第一部分“设计准则和试验结果”所给出的公式，并经过膨胀节制造 商协会修改、补充，反映了美国膨胀节制造商协会会员公司的研究成果和积累的工程经 验，美国膨胀节制造商协会成立于1 9 5 5 年，还下设一个技术委员会，制造商协会是建 立和保持质量、设计和制造标准。膨胀节制造商协会的成员公司现在有9 个，他们是 ( 1 ) a m e r i c a n b o a ，i n c ( 2 ) b a d g e r i n d u s t r i e s ，i n c ( 3 ) e x p a n s i o nj o i n t s y s t e m s ，i n c ( 4 ) f l e x i d e r ( 5 ) h y s p a n p r e c i s i o n p r o d u c t s i n c ( 6 ) s e n i o r f l e x o n i c s i n c p a t h w a y d i v i s i o n ( 7 ) u s b e l l o w s ，i n e ( 8 ) w a h l c o m e l x o f l e x ，i n c ( 9 ) w i t z e n m a n ng m b h 。其 中w i t z e n m a n ng m b h 是德国的公司。e j m a 的u 型波纹管公式是根据弹性壳体理论导出 的。例 2 1 1 压力、位移所产生的应力 内压在波纹管中所产生的周向薄膜应力 岛2 篑c 赢， ， 8 沈阳工业大学硕士学位论文 图2 2 波纹管设计过程 2 1e j m a 标准中波纹管的设计公式 e j m a 标准中波纹管的设计公式是依据国际核工业报告第n a n s a 4 5 2 7 “波纹管 的应力分析”中的第一部分“设计准则和试验结果”所给出的公式，并经过膨胀节制造 商协会修改、补充，反映了美国膨胀节制造商协会会员公司的研究成果和积累的工程经 验，美国膨胀节制造商协会成立于1 9 5 5 年，还下设一个技术委员会，制造商协会是建 立和保持质量、设计和制造标准。膨胀节制造商协会的成员公司现在有9 个，他们是 ( 1 ) a m e r i c a n b o a ，i n c ( 2 ) b a d g e r i n d u s t r i e s ，i n c ( 3 ) e x p a n s i o nj o i n t s y s t e m s ，i n c ( 4 ) f l e x i d e r ( 5 ) h y s p a n p r e c i s i o n p r o d u c t s i n c ( 6 ) s e n i o r f l e x o n i c s i n c p a t h w a y d i v i s i o n ( 7 ) u s b e l l o w s ，i n e ( 8 ) w a h l c o m