波紋管及波紋管組合件形位公差的工藝技術(shù)綜述

摘要：針對波紋管類彈性敏感元件中各類形位公差問題，文章從影響形位公差的原因入手，歸納了不同材料、結(jié)構(gòu)波紋管及組合件的相關(guān)形位公差要求的工藝技術(shù)保證措施，并通過產(chǎn)品實(shí)例列舉展示了各工藝保證措施在實(shí)踐中的應(yīng)用，旨在為波紋管類彈性敏感元件在保證形位公差工藝技術(shù)研究中提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：波紋管；波紋管組合件；形位公差；彈性敏感元件；液壓成形

中圖分類號：TQ320文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）21-0057-03

由于近年來涉及到形位公差要求的產(chǎn)品有著精度要求高、波紋管材料多樣、波組件結(jié)構(gòu)各異等特點(diǎn)，而以往傳統(tǒng)產(chǎn)品對形位公差的工藝保證措施未做過多探討及研究，因此如何保證多種類波紋管及組合件的形位公差要求便成為一項(xiàng)新的研究課題。筆者結(jié)合近年來針對主管產(chǎn)品在解決各類形位公差問題中摸索出的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從影響形位公差的原因入手，總結(jié)歸納了不同材料、結(jié)構(gòu)波紋管及組合件的相關(guān)形位公差要求的工藝技術(shù)保證措施，同時通過產(chǎn)品實(shí)例列舉展示各工藝保證措施在實(shí)踐中的應(yīng)用。希望通過本文的探討，能為波紋管類彈性敏感元件在保證形位公差工藝技術(shù)研究中提供新的思路和方法，解決今后產(chǎn)品的同類問題。

1形位公差要求的具體表現(xiàn)

1.1單波紋管的形位公差要求

以波紋管任一端管口內(nèi)孔軸線為基準(zhǔn)，測量另一端管口內(nèi)孔中心線相對于基準(zhǔn)的同軸度或垂直度，應(yīng)滿足規(guī)定要求。

1.2波紋管組合件的形位公差要求

以與波紋管一端相連的輸入接口零件的軸、孔的中心線為基準(zhǔn)，測量其另一端輸出接口零件的軸、孔中心線相對于基準(zhǔn)的同軸度或垂直度，應(yīng)滿足規(guī)定的要求。

2影響形位公差的因素

2.1波紋管的液壓成形

液壓成形原理是將管坯放在間隔距離相等的多塊模板中，在管坯內(nèi)腔充以高壓油，成形時，模板間管坯在管內(nèi)高壓油的作用下變形鼓起，在模板型腔中形成每個波紋。以上液壓成形方法中，波紋管同軸度受以下方面的影響：（1）機(jī)床夾頭與主缸活塞軸線的同軸度：這一同軸度與機(jī)床加工裝配精度有關(guān)，通常精度較高的新機(jī)床同軸度誤差在0.2mm左右，隨著機(jī)床使用頻繁，磨損增大后，同軸度誤差也會逐步增大。（2）各模板內(nèi)孔中心的一致性：由于各模板型孔為單獨(dú)加工，各模板裝于成形機(jī)上后型孔之間的同心度無法精確保證。（3）模板與機(jī)床的定位精度：模板通過三個導(dǎo)向孔穿入導(dǎo)向桿與機(jī)床相連，導(dǎo)向孔與導(dǎo)向柱的配合精度直接影響到模板的定位精度。以上三方面的精度誤差使波紋管成形后兩端管口同軸度誤差客觀上至少大于0.2mm。

2.2波紋管的校正

波紋管校正是對波紋管形狀進(jìn)行整形的工序。在校正工序中，通過人工整形，使波紋管長度符合要求，波紋間距均勻，軸線與波紋垂直。

在校正工序操作中，由于波紋間距靠手工調(diào)整、肉眼檢查，波紋平面（包括兩端管口底平面）相對于內(nèi)孔軸線的垂直度便很難精確保證。這是校正工序影響波紋管形位公差的主要原因。

2.3波紋管組合件的裝配焊接

波紋管組合件的形位公差一方面受波紋管同軸度影響，另一方面受組合焊接裝配精度影響。如果沒有合適的焊接

裝配定位工裝，就無法保證波紋管組合件的形位公差精度。

3實(shí)現(xiàn)形位公差要求的工藝保證措施

3.1保證單波紋管形位公差要求的工藝措施

3.1.1波紋管成形工藝保證措施。對于形位公差精度要求高的產(chǎn)品，在波紋管成形工藝上，可考慮從以下幾方面著手：（1）盡量選擇形位公差精度相對高的新成形機(jī)。（2）在設(shè)計制造管坯成形密封夾緊接頭時，應(yīng)保證管坯裝夾部分與機(jī)床連接螺紋的同軸度精度，并在加工螺紋中徑尺寸時與機(jī)床螺紋接口車配，盡量消除螺紋旋合間隙，以保證該接頭與機(jī)床螺紋軸線的同心度。（3）模板的三個導(dǎo)向孔應(yīng)與機(jī)床導(dǎo)向柱修配，保證其配合精度，提高模板與機(jī)床的定位精度。

3.1.2波紋管校正工藝保證措施。針對波紋管校正工藝中對波紋管形位公差影響因素，制定如下工藝保證措施：（1）設(shè)計與波紋管內(nèi)孔配合較好的專用校正定位芯軸，這樣在壓縮波紋管時，一方面保證壓力方向與波紋平面垂直，另一方面限制波紋徑向不規(guī)則變形，保持各波紋之間的同心。（2）對于波紋數(shù)多，波深比較大，形位公差要求高的波紋管，應(yīng)設(shè)計專用的校正墊片。墊片裝于每道波紋間，一方面波谷壓縮變短至各墊片完全貼合，滿足波紋管壓縮量要求；另一方面使波谷在壓縮過程中的軸向變形因受墊片高度限制而保持一致，保證了波谷變形量，從而保證波紋平面與軸線的垂直度。（3）量化檢測波紋管校正后的形位公差值，并根據(jù)檢測結(jié)果微量調(diào)整波紋管局部方向的波紋間距，使兩管口軸線的同軸度滿足要求。設(shè)計專用的兩管口軸線同心度測量夾具，轉(zhuǎn)動波紋管，在最大偏心位置，利用波紋管彈性變形原理，微量調(diào)整波紋管對應(yīng)位置的波紋間距，改善兩端的同軸度。在形位公差超差不大的情況下，該方法可以在不影響波距均勻性的前提下，通過波距的微量調(diào)整使兩管口的形位公差滿足規(guī)定的要求。

3.2保證波紋管組合件形位公差要求的工藝措施

3.2.1設(shè)計焊接裝配定位夾具。焊接裝配定位夾具是波組件在焊前裝配時，對零件的自由度進(jìn)行有效定位，使其裝配位置滿足相關(guān)形位公差要求。

同軸度定位：同軸度定位一般針對錫焊結(jié)構(gòu)波組件。根據(jù)錫焊要求，波紋管管口直徑與所焊零件直徑間應(yīng)有一定的間隙供填充焊料用，這一間隙使兩管口零件存在徑向移動的自由度。該結(jié)構(gòu)波組件的焊接定位措施是設(shè)計上下兩孔同軸的弓型架及專用的接口夾具，使波組件通過接口夾具將兩端零件通過弓型架定位保證同心，實(shí)現(xiàn)了零件的同軸度定位。

垂直度定位：垂直度定位一般針對管口外配合結(jié)構(gòu)的波組件。此類波組件要求與波紋管管口外徑配合的零件端面的垂直度。而外配合零件受與波紋管管口配合面短，徑向定位差，無法完全保證與管口軸線垂直裝配，因此需借助定位裝配夾具，使其垂直于波紋管軸線方向定位。

該結(jié)構(gòu)波組件的焊接定位措施是設(shè)計專用的定位工裝，靠工裝與波紋管的定位及工裝自身的形位公差精度，實(shí)現(xiàn)零件的垂直度定位。

3.2.2焊后波紋管的微量整形調(diào)整實(shí)現(xiàn)波組件形位公差要求。思路的提出：一般情況下，對于形位公差精度要求不太高的波紋管組合件，在使用前文中所闡述的各項(xiàng)工藝措施后，其形位公差基本能控制在要求的范圍內(nèi)。但對于形位公差精度要求較高的產(chǎn)品，一方面受波紋管加工工藝限制，其波紋管自身形位公差精度很難提高，另一方面焊接定位工裝定位精度不高，尤其是垂直度定位工裝由多個零件組合而成，其累計誤差較大，無法實(shí)現(xiàn)精確定位。因此，對于有著更高形位公差精度要求產(chǎn)品，除在工序中實(shí)施上文所列措施外，在已獲得較小的形位公差的基礎(chǔ)上，應(yīng)對焊后波紋管進(jìn)行微量整形以達(dá)到波組件的形位公差要求。

措施實(shí)施方法：與前文描述的單個波紋管的校正整形方法相似，首先對波組件按要求進(jìn)行形位公差檢測，標(biāo)識出測得的最大極限位置，微量調(diào)整波紋管對應(yīng)位置的波紋間距，使最大位置向相反方向移動，通過減小偏心量來降低形位誤差，可反復(fù)調(diào)整波紋管直到滿足組合件形位公差要求。

波組件整形后的穩(wěn)定處理：波組件在經(jīng)過上述整形后，波紋管會產(chǎn)生少量變形，從而使材料內(nèi)部形成一定的機(jī)械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力的存在會導(dǎo)致波紋管性能不穩(wěn)定，同時整形后的波紋管形狀也不會穩(wěn)定。因此，必須對其進(jìn)行熱穩(wěn)定以消除內(nèi)部應(yīng)力。根據(jù)波紋管不同材料類型，其熱穩(wěn)定的方法也不同。

冷作硬化型：該類型材料包括黃銅、錫青銅、奧氏體不銹鋼等。其彈性由冷變形獲得，波紋管的彈性相對較低，這樣對波紋管的整形比較容易實(shí)現(xiàn)，同時在熱穩(wěn)定消除應(yīng)力后波紋管的形變恢復(fù)也較小，即波紋管熱穩(wěn)定前在整形過程中所發(fā)生的變形不會發(fā)生較大改變，因此對于冷作硬化材料的波紋管，其組件經(jīng)整形獲得理想的形位公差要求后，其消除應(yīng)力熱穩(wěn)定只需在波紋管自由狀態(tài)下進(jìn)行即可，熱穩(wěn)定規(guī)范一般為波紋管加工工序中的熱穩(wěn)定規(guī)范。

沉淀硬化型：該類型材料包括鈹青銅、3J1、3J53等。其彈性由“固溶+時效”或“冷變形+時效”獲得，其時效后材料具有很高的彈性和強(qiáng)度。在對該類型材料的波紋管組合件進(jìn)行整形處理時，由于波紋管在前期的加工工序中為保證剛性要求已進(jìn)行過時效處理，其彈性非常大，這樣在對其整形時所產(chǎn)生的變形抗力就大，因此波紋管的變形量在熱穩(wěn)定消除應(yīng)力后恢復(fù)得就較多，即波組件在熱穩(wěn)定前通過整形波紋管而獲得的理想形位誤差會在熱穩(wěn)定過程中被相當(dāng)多地恢復(fù)，從而無法保證產(chǎn)品的形位公差要求。對上述問題的解決方案筆者曾針對相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行過大量的試驗(yàn)摸索，最終確定了對波組件進(jìn)行整體定位時效的解決措施，即先對波組件的波紋管進(jìn)行整形，使組合件的形位公差控制在盡量小的范圍內(nèi)，然后在短時間內(nèi)將波組件裝入專用的定位夾具，該定位夾具根據(jù)波組件結(jié)構(gòu)及所規(guī)定的形位公差要求設(shè)計，原理上可以使波組件在該夾具的裝夾作用下實(shí)現(xiàn)形位公差的精確定位，同時在時效時將夾具裝入固定架固定，這樣在時效的過程中，因定位夾具的作用限制了波紋管的回彈，使波紋管在消除內(nèi)部應(yīng)力后，其形狀基本穩(wěn)定不變，從而使波組件在時效前調(diào)整好的形位公差基本不變，達(dá)到了整形調(diào)整形位公差的目的。

4結(jié)語

以上便是筆者針對如何保證波紋管及波紋管組合件的形位公差精度這一問題，結(jié)合主管產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)際，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)及摸索創(chuàng)新中的基礎(chǔ)上歸納出的工藝?yán)碚摷皩?shí)際方法，并結(jié)合具體產(chǎn)品實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐探討。對于波紋管組合件，可以按文中所陳述的順序，從源頭波紋管開始控制，然后焊接盡量定位保證，最后輔以波紋管整形調(diào)整，逐步逼近組合件的最小形位誤差水平，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高精度的形位公差要求。以上方法用于解決目前常見結(jié)構(gòu)波組件的形位公差精度問題，應(yīng)能起到較明顯的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]航空制造工程手冊．彈性元件工藝[M]．北京：航空工業(yè)出版社，1994．

[2]王柏生．金屬波紋管、波紋膜片、膜盒簡明工程手冊[M]．

作者簡介：王文霞（1970-），女，中航工業(yè)太原航空儀表有限公司工程師，研究方向：波紋管類敏感元件工藝。

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