波纹管及波纹管组合件形位公差的工艺技术综述

摘要：针对波纹管类弹性敏感元件中各类形位公差问题，文章从影响形位公差的原因入手，归纳了不同材料、结构波纹管及组合件的相关形位公差要求的工艺技术保证措施，并通过产品实例列举展示了各工艺保证措施在实践中的应用，旨在为波纹管类弹性敏感元件在保证形位公差工艺技术研究中提供新的思路和方法。

关键词：波纹管；波纹管组合件；形位公差；弹性敏感元件；液压成形

中图分类号：TQ320文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0057-03

由于近年来涉及到形位公差要求的产品有着精度要求高、波纹管材料多样、波组件结构各异等特点，而以往传统产品对形位公差的工艺保证措施未做过多探讨及研究，因此如何保证多种类波纹管及组合件的形位公差要求便成为一项新的研究课题。笔者结合近年来针对主管产品在解决各类形位公差问题中摸索出的实践经验，从影响形位公差的原因入手，总结归纳了不同材料、结构波纹管及组合件的相关形位公差要求的工艺技术保证措施，同时通过产品实例列举展示各工艺保证措施在实践中的应用。希望通过本文的探讨，能为波纹管类弹性敏感元件在保证形位公差工艺技术研究中提供新的思路和方法，解决今后产品的同类问题。

1形位公差要求的具体表现

1.1单波纹管的形位公差要求

以波纹管任一端管口内孔轴线为基准，测量另一端管口内孔中心线相对于基准的同轴度或垂直度，应满足规定要求。

1.2波纹管组合件的形位公差要求

以与波纹管一端相连的输入接口零件的轴、孔的中心线为基准，测量其另一端输出接口零件的轴、孔中心线相对于基准的同轴度或垂直度，应满足规定的要求。

2影响形位公差的因素

2.1波纹管的液压成形

液压成形原理是将管坯放在间隔距离相等的多块模板中，在管坯内腔充以高压油，成形时，模板间管坯在管内高压油的作用下变形鼓起，在模板型腔中形成每个波纹。以上液压成形方法中，波纹管同轴度受以下方面的影响：（1）机床夹头与主缸活塞轴线的同轴度：这一同轴度与机床加工装配精度有关，通常精度较高的新机床同轴度误差在0.2mm左右，随着机床使用频繁，磨损增大后，同轴度误差也会逐步增大。（2）各模板内孔中心的一致性：由于各模板型孔为单独加工，各模板装于成形机上后型孔之间的同心度无法精确保证。（3）模板与机床的定位精度：模板通过三个导向孔穿入导向杆与机床相连，导向孔与导向柱的配合精度直接影响到模板的定位精度。以上三方面的精度误差使波纹管成形后两端管口同轴度误差客观上至少大于0.2mm。

2.2波纹管的校正

波纹管校正是对波纹管形状进行整形的工序。在校正工序中，通过人工整形，使波纹管长度符合要求，波纹间距均匀，轴线与波纹垂直。

在校正工序操作中，由于波纹间距靠手工调整、肉眼检查，波纹平面（包括两端管口底平面）相对于内孔轴线的垂直度便很难精确保证。这是校正工序影响波纹管形位公差的主要原因。

2.3波纹管组合件的装配焊接

波纹管组合件的形位公差一方面受波纹管同轴度影响，另一方面受组合焊接装配精度影响。如果没有合适的焊接

装配定位工装，就无法保证波纹管组合件的形位公差精度。

3实现形位公差要求的工艺保证措施

3.1保证单波纹管形位公差要求的工艺措施

3.1.1波纹管成形工艺保证措施。对于形位公差精度要求高的产品，在波纹管成形工艺上，可考虑从以下几方面着手：（1）尽量选择形位公差精度相对高的新成形机。（2）在设计制造管坯成形密封夹紧接头时，应保证管坯装夹部分与机床连接螺纹的同轴度精度，并在加工螺纹中径尺寸时与机床螺纹接口车配，尽量消除螺纹旋合间隙，以保证该接头与机床螺纹轴线的同心度。（3）模板的三个导向孔应与机床导向柱修配，保证其配合精度，提高模板与机床的定位精度。

3.1.2波纹管校正工艺保证措施。针对波纹管校正工艺中对波纹管形位公差影响因素，制定如下工艺保证措施：（1）设计与波纹管内孔配合较好的专用校正定位芯轴，这样在压缩波纹管时，一方面保证压力方向与波纹平面垂直，另一方面限制波纹径向不规则变形，保持各波纹之间的同心。（2）对于波纹数多，波深比较大，形位公差要求高的波纹管，应设计专用的校正垫片。垫片装于每道波纹间，一方面波谷压缩变短至各垫片完全贴合，满足波纹管压缩量要求；另一方面使波谷在压缩过程中的轴向变形因受垫片高度限制而保持一致，保证了波谷变形量，从而保证波纹平面与轴线的垂直度。（3）量化检测波纹管校正后的形位公差值，并根据检测结果微量调整波纹管局部方向的波纹间距，使两管口轴线的同轴度满足要求。设计专用的两管口轴线同心度测量夹具，转动波纹管，在最大偏心位置，利用波纹管弹性变形原理，微量调整波纹管对应位置的波纹间距，改善两端的同轴度。在形位公差超差不大的情况下，该方法可以在不影响波距均匀性的前提下，通过波距的微量调整使两管口的形位公差满足规定的要求。

3.2保证波纹管组合件形位公差要求的工艺措施

3.2.1设计焊接装配定位夹具。焊接装配定位夹具是波组件在焊前装配时，对零件的自由度进行有效定位，使其装配位置满足相关形位公差要求。

同轴度定位：同轴度定位一般针对锡焊结构波组件。根据锡焊要求，波纹管管口直径与所焊零件直径间应有一定的间隙供填充焊料用，这一间隙使两管口零件存在径向移动的自由度。该结构波组件的焊接定位措施是设计上下两孔同轴的弓型架及专用的接口夹具，使波组件通过接口夹具将两端零件通过弓型架定位保证同心，实现了零件的同轴度定位。

垂直度定位：垂直度定位一般针对管口外配合结构的波组件。此类波组件要求与波纹管管口外径配合的零件端面的垂直度。而外配合零件受与波纹管管口配合面短，径向定位差，无法完全保证与管口轴线垂直装配，因此需借助定位装配夹具，使其垂直于波纹管轴线方向定位。

该结构波组件的焊接定位措施是设计专用的定位工装，靠工装与波纹管的定位及工装自身的形位公差精度，实现零件的垂直度定位。

3.2.2焊后波纹管的微量整形调整实现波组件形位公差要求。思路的提出：一般情况下，对于形位公差精度要求不太高的波纹管组合件，在使用前文中所阐述的各项工艺措施后，其形位公差基本能控制在要求的范围内。但对于形位公差精度要求较高的产品，一方面受波纹管加工工艺限制，其波纹管自身形位公差精度很难提高，另一方面焊接定位工装定位精度不高，尤其是垂直度定位工装由多个零件组合而成，其累计误差较大，无法实现精确定位。因此，对于有着更高形位公差精度要求产品，除在工序中实施上文所列措施外，在已获得较小的形位公差的基础上，应对焊后波纹管进行微量整形以达到波组件的形位公差要求。

措施实施方法：与前文描述的单个波纹管的校正整形方法相似，首先对波组件按要求进行形位公差检测，标识出测得的最大极限位置，微量调整波纹管对应位置的波纹间距，使最大位置向相反方向移动，通过减小偏心量来降低形位误差，可反复调整波纹管直到满足组合件形位公差要求。

波组件整形后的稳定处理：波组件在经过上述整形后，波纹管会产生少量变形，从而使材料内部形成一定的机械应力，该机械应力的存在会导致波纹管性能不稳定，同时整形后的波纹管形状也不会稳定。因此，必须对其进行热稳定以消除内部应力。根据波纹管不同材料类型，其热稳定的方法也不同。

冷作硬化型：该类型材料包括黄铜、锡青铜、奥氏体不锈钢等。其弹性由冷变形获得，波纹管的弹性相对较低，这样对波纹管的整形比较容易实现，同时在热稳定消除应力后波纹管的形变恢复也较小，即波纹管热稳定前在整形过程中所发生的变形不会发生较大改变，因此对于冷作硬化材料的波纹管，其组件经整形获得理想的形位公差要求后，其消除应力热稳定只需在波纹管自由状态下进行即可，热稳定规范一般为波纹管加工工序中的热稳定规范。

沉淀硬化型：该类型材料包括铍青铜、3J1、3J53等。其弹性由“固溶+时效”或“冷变形+时效”获得，其时效后材料具有很高的弹性和强度。在对该类型材料的波纹管组合件进行整形处理时，由于波纹管在前期的加工工序中为保证刚性要求已进行过时效处理，其弹性非常大，这样在对其整形时所产生的变形抗力就大，因此波纹管的变形量在热稳定消除应力后恢复得就较多，即波组件在热稳定前通过整形波纹管而获得的理想形位误差会在热稳定过程中被相当多地恢复，从而无法保证产品的形位公差要求。对上述问题的解决方案笔者曾针对相关产品进行过大量的试验摸索，最终确定了对波组件进行整体定位时效的解决措施，即先对波组件的波纹管进行整形，使组合件的形位公差控制在尽量小的范围内，然后在短时间内将波组件装入专用的定位夹具，该定位夹具根据波组件结构及所规定的形位公差要求设计，原理上可以使波组件在该夹具的装夹作用下实现形位公差的精确定位，同时在时效时将夹具装入固定架固定，这样在时效的过程中，因定位夹具的作用限制了波纹管的回弹，使波纹管在消除内部应力后，其形状基本稳定不变，从而使波组件在时效前调整好的形位公差基本不变，达到了整形调整形位公差的目的。

4结语

以上便是笔者针对如何保证波纹管及波纹管组合件的形位公差精度这一问题，结合主管产品的生产实际，在总结经验及摸索创新中的基础上归纳出的工艺理论及实际方法，并结合具体产品实例进行了应用实践探讨。对于波纹管组合件，可以按文中所陈述的顺序，从源头波纹管开始控制，然后焊接尽量定位保证，最后辅以波纹管整形调整，逐步逼近组合件的最小形位误差水平，最终实现产品高精度的形位公差要求。以上方法用于解决目前常见结构波组件的形位公差精度问题，应能起到较明显的效果。

参考文献

[1]航空制造工程手册．弹性元件工艺[M]．北京：航空工业出版社，1994．

[2]王柏生．金属波纹管、波纹膜片、膜盒简明工程手册[M]．

作者简介：王文霞（1970-），女，中航工业太原航空仪表有限公司工程师，研究方向：波纹管类敏感元件工艺。

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