一种具有高精密、高稳定性和长寿命波纹管的生产方法技术领域
本发明属于波纹弹性敏感元件生产技术领域，具体涉及一种具有高精密、
高稳定性和长寿命波纹管的生产方法。
背景技术
波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。
波纹管管壁较薄，灵敏度较高，测量范围为数十帕至数十兆帕，它的开口端固
定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性，工作时在
内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位
移，活动端带动指针即可直接指示压力的大小。
精密波纹管作为仪器、仪表、自控阀门、传感器、电真空器件及自控元件
的关键核心弹性敏感元件、补偿元件、密封元件，它承载着自控产品中的测量、
变换、隔离、密封、补偿、贮能、连接等各种不同的功能，是自控元件的“心
脏”，其质量直接影响到仪器仪表、传感器等精度和可靠性，弹性元件的结构
简单、稳定性好，因此在仪器仪表、自控元件、传感器中的应用十分广泛，是
仪器、仪表、自控阀门、传感器的主要基础元件之一。随着我国国民经济的持
续发展，随之带来科学技术迅速发展，促进产业技术的极大提高，在航空、航
天、国防军工、高速列车、智能化装备和工程项目不断涌现，精密波纹管发展
和应用已涉及到人们的工作和生活。目前波纹管生产工艺单一，所得到的波纹
管波纹出现错位，整体稳定性能差。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种具有高精
密、高稳定性和长寿命波纹管的生产方法，能充分发挥材料的超塑性特性，最
大限度进行极限变形加工；所成型的波纹均匀一致，表面性能好，无磨损，装
夹方便可靠，机械程度高；波纹的形状尺寸一致性好，应力集中小，同时能消
除加工硬化，恢复塑性并达到优良的综合机械性能，通过检测后的波纹管具有
精密、高稳定性和长寿命的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有高精密、高稳定性和长寿命波纹管的生产方法，其特征在于包括
如下步骤：
(a)管坯变径变薄成形加工：根据管坯直径选用材料厚度、管坯长度以及
材料各向异性拉深造成管口的修边量，再结合总的拉深系数，通过总变量对每
次塑性变形值进行科学分配，确定拉深次数和各次拉深系数，将拉深变径、变
薄系数与拉深次数匹配，计算各次拉深直径，确定各次拉深凸模和凹模的半径，
并确定各次拉深工件的高度，绘制工序图，根据绘制工序图，在冲床模具中下
料，采用液压机进行第一次变径，用拉深凸模对坯料冲压，然后对管坯进行清
洗烘干，再对管坯在真空炉内加热到设计温度，保持充足的时间，接着进行冷
却，然后采用液压机对管坯进行第二次变径，用拉深凸模对管坯冲压，然后对
管坯进行清洗烘干，再对管坯在真空炉内加热到设计温度，保持充足的时间，
接着进行冷却，然后根据第二次变径相同步骤循环对管坯进行变径，直到达到
绘制工序图中设计的拉深次数，对管坯进行变形加工，使得管坯达到预期目标
指标；
(b)管坯波纹成型：将成形加工后的管坯套到机架上，再将上下两个定型
模块固定到滑动底座上，液压系统驱动上下两个定型模块闭合，再用上下两个
半圆弧夹块同时作用调整定型模块的位置，将上下两个定型模块精准配合，然
后用定位方式确定第一个波纹的位置，再通过控制系统将定型模块向外移动，
使管坯成型出第一个波纹，当波纹形状符合图样要求时，采用限位装置阻止定
型模块运动，然后通过液压系统打开上下两个定型模块，再将上下两个定型模
块复位到起始位置，并将管坯移动图样上规定距离，液压系统驱动上下两个定
型模块闭合，再用上下两个半圆弧夹块同时作用调整定型模块的位置，将上下
两个定型模块精准配合，然后重复第一个波纹成型步骤，成型出第二个波纹，
循环波纹成型加工，直到成型出图样要求的波纹数，完成整段管坯波纹成型加
工；
(c)波纹管坯端口剪切：采用滚剪机按照图样要求在波纹管坯的直边段进
行端口剪切，再对端口处进行修边磨平，修边磨平过程不少于10min；
(d)波纹管坯顶部冲孔；
(e)波纹管坯喷淋冷却并烘干；
(f)波纹管坯波纹整形：在波纹管坯的内侧设置内滚轮，在波纹管坯的外
侧设置外滚轮，内滚轮和外滚轮的厚度与波纹管坯的波谷宽度相同，然后通过
锁模装置锁紧内滚轮，通过控制单位控制车头驱动外滚轮，外滚轮和内滚轮对
波纹管坯进行滚动挤压，挤压过程需控制波纹管坯波谷与波谷及波峰与波峰形
状尺寸保持一致，得到光滑平整圆弧面的波纹管；
(g)热稳定处理：根据加工变形量对金属内部组织产生的扭曲、滑移程度
所引发加工硬化差异，科学制定再结晶退火工艺参数，再将整形后的波纹管放
入烘箱加热到设定的温度，并保温3～8h进行热稳定处理，使波纹管恢复塑性；
(h)波纹管清洗烘干；
(i)波纹管检测：波纹管检测过程在每个批次中抽取五根进行检测；
(j)波纹管包装入库。
进一步，步骤(b)中，对管坯波纹的位置的定位方式为在管坯的外表面处
用铅笔划定位线，定位线沿着管坯轴线设置，定位线之间的距离为一个单波的
距离，按照定位线确定管坯波纹成型位置。
进一步，步骤(e)中，采用两组喷头对喷对波纹管坯进行喷淋工作，两组
喷头设置方向相同，喷头与水平面之间的倾斜角度控制在30～60°，喷淋后的
水质通过过滤装置过滤，再通过回水装置重新泵入到喷淋管中，喷淋循环利用。
进一步，步骤(h)中，对波纹管清洗工作具体为用先用洗涤剂加清水去除
波纹管的油污，再用丙酮、酒精反复清洗，清洗过程需佩戴手套，清洗结束以
波纹管的管面达到良好浸润为准。
进一步，步骤(i)中，波纹管检测内容包括波纹管气密性检测、波纹管横
向负荷检测、波纹管柔韧性检测。
进一步，步骤(j)中，波纹管包装入库中，采用非金属绳子捆扎波纹管，
并用木架进行固定，再用遮盖物盖住。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明在对管坯变径变薄成形加工中，根据管坯直径选用材料厚度、管
坯长度以及材料各向异性拉深造成管口的修边量，再结合总的拉深系数，通过
总变量对每次塑性变形值进行科学分配，确定拉深次数和各次拉深系数，将拉
深变径、变薄系数与拉深次数匹配，然后对管坯连续进行变径，合理的模具选
择能最大限度产品和模具的摩擦磨损，使得拉深变薄尺寸一致性好，壁厚偏差
微小，表面光洁，每次变径结束需进行退火处理，合理变形量的控制能充分发
挥材料的超塑性特性，最大限度进行极限变形加工。
2、本发明在对管坯波纹成型加工前，对管坯喷淋冷却并烘干，管坯具有良
好的塑性，在对管坯波纹成型加工时，用上下两个半圆弧夹块同时作用调整定
型模块的位置，将上下两个定型模块精准配合，所成型的波纹均匀一致，而且
通过定位方式确定波纹管波纹的位置，避免出现错位现象，波纹管成型后的波
纹表面性能好，无磨损，上下两个定型模块装夹方便可靠，限位装置配合定型
模块进行波纹成型加工，机械程度高，安全性能好。
3、本发明在对波纹管坯波纹整形加工中，采用的内滚轮和外滚轮的厚度与
波纹管坯的波谷宽度相同，挤压得到的波纹管坯波谷与波谷及波峰与波峰分布
均匀，波纹的形状尺寸一致性好，线性尺寸精度高，刚性一致性好，过渡圆弧
光滑平整，应力集中小，耐疲劳强度高，精准效率高，操控机械化和自动化程
度高。
4、本发明对整形加工后的波纹管坯进行热稳定处理，其根据加工变形量对
金属内部组织产生的扭曲、滑移程度所引发加工硬化差异，科学制定再结晶退
火工艺参数，能消除加工硬化，恢复塑性，同时使得内部组织具有再结晶充分、
组织结构致密的性能，达到优良的综合机械性能及无氧化无变形现象，确保后
续成品加工稳定性高，最后通过检测后的波纹管具有精密、高稳定性和长寿命
的特点。
5、本发明通过在管坯的外表面处用铅笔划定位线来对管坯波纹的位置进行
定位，定位方式简单，定位精准，而且定位方式不破坏管坯的原始结构。
6、本发明在波纹管坯波纹整形前进行喷淋作用，采用两组喷头对喷对波纹
管坯进行喷淋工作，两组喷头设置方向相同，喷头与水平面之间的倾斜角度控
制在30～60°，增加喷淋面积，能清除波纹管坯表面的杂质，而且喷淋水能循
环利用，节约成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种具有高精密、高稳定性和长寿命波纹管的生产方法流程
图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种具有高精密、高稳定性和长寿命波纹管的生产
方法，主要针对的是波纹管的生产工艺，具体包括如下步骤：
(a)管坯变径变薄成形加工：弹性敏感元件对于受力的承载能力与弹性敏
感元件的众多材料参数相关，如弹性敏感元件采用的材料、波纹类型、波纹厚
度、波纹层数、连接方式等，该材料的耐温范围为-30℃～+120℃。由于受到实
际安装环节的限制，改变受力的根本性不大，应从安全性能着手，对弹性敏感
元件的构成材料自身进行优化，以提高弹性敏感元件自身的强度、抗疲劳性能，
以及良好的刚性、韧性和弹性。
根据管坯直径选用材料厚度、管坯长度以及材料各向异性拉深造成管口的
修边量，再结合总的拉深系数，通过总变量对每次塑性变形值进行科学分配，
确定拉深次数和各次拉深系数，同时判断能否一次拉深成形。将拉深变径、变
薄系数与拉深次数匹配，计算各次拉深直径，确定各次拉深凸模和凹模的半径，
并确定各次拉深工件的高度，绘制工序图。针对同一材料相对厚度，各次拉深
系数应逐渐增加，但每次拉深工序的最大变形程度不能超过其极限值，最大极
限拉深系数应控制在0.9以内，如表1所示：
表1各次拉深系数
根据绘制工序图，在冲床模具中下料，采用液压机进行第一次变径，用拉
深凸模对坯料冲压，然后对管坯进行清洗烘干，再对管坯在真空炉内加热到设
计温度，保持充足的时间，接着进行冷却，等同于退火。然后采用液压机对管
坯进行第二次变径，用拉深凸模对管坯冲压，然后对管坯进行清洗烘干，再对
管坯在真空炉内加热到设计温度，保持充足的时间，接着进行冷却，等同于退
火。然后根据第二次变径相同步骤循环对管坯进行变径，直到达到绘制工序图
中设计的拉深次数，拉深次数控制在3～6次，对管坯进行变形加工，使得管坯
达到预期目标指标。
本发明在对管坯变径变薄成形加工中，根据管坯直径选用材料厚度、管坯
长度以及材料各向异性拉深造成管口的修边量，再结合总的拉深系数，通过总
变量对每次塑性变形值进行科学分配，确定拉深次数和各次拉深系数，将拉深
变径、变薄系数与拉深次数匹配，然后对管坯连续进行变径，合理的模具选择
能最大限度产品和模具的摩擦磨损，使得拉深变薄尺寸一致性好，壁厚偏差微
小，表面光洁，每次变径结束需进行退火处理，合理变形量的控制能充分发挥
材料的超塑性特性，最大限度进行极限变形加工。
(b)管坯波纹成型：将成形加工后的管坯套到机架上，再将上下两个定型
模块固定到滑动底座上，液压系统驱动上下两个定型模块闭合，再用上下两个
半圆弧夹块同时作用调整定型模块的位置，将上下两个定型模块精准配合，然
后用定位方式确定第一个波纹的位置，对管坯波纹的位置的定位方式为在管坯
的外表面处用铅笔划定位线，定位线沿着管坯轴线设置，定位线之间的距离为
一个单波的距离，按照定位线确定管坯波纹成型位置，定位方式简单，定位精
准，而且定位方式不破坏管坯的原始结构。再通过控制系统将定型模块向外移
动，使管坯成型出第一个波纹，当波纹形状符合图样要求时，采用限位装置阻
止定型模块运动，然后通过液压系统打开上下两个定型模块，再将上下两个定
型模块复位到起始位置，并将管坯移动图样上规定距离，液压系统驱动上下两
个定型模块闭合，再用上下两个半圆弧夹块同时作用调整定型模块的位置，将
上下两个定型模块精准配合，然后重复第一个波纹成型步骤，成型出第二个波
纹，循环波纹成型加工，直到成型出图样要求的波纹数，完成整段管坯波纹成
型加工。波纹成型的技术指标如表2所示：
表2波纹成型的技术指标
本发明在对管坯波纹成型加工前，对管坯喷淋冷却并烘干，管坯具有良好
的塑性，在对管坯波纹成型加工时，用上下两个半圆弧夹块同时作用调整定型
模块的位置，将上下两个定型模块精准配合，所成型的波纹均匀一致，而且通
过定位方式确定波纹管波纹的位置，避免出现错位现象，波纹管成型后的波纹
表面性能好，无磨损，上下两个定型模块装夹方便可靠，限位装置配合定型模
块进行波纹成型加工，机械程度高，安全性能好。
(c)波纹管坯端口剪切：采用滚剪机按照图样要求在波纹管坯的直边段进
行端口剪切，剪切切口质量好，生产效率高，适合批量生产。再对端口处进行
修边磨平，修边磨平过程不少于10min，保证切口端部非常整齐。
(d)波纹管坯顶部冲孔：采用冲孔凸模和冲孔凹模相互配合进行直接冲孔
操作。冲孔凸模的直径较大，而冲孔凹模采用阶梯型，只要保证冲孔凹模刃口
尺寸，阶梯型冲孔凹模可以减小孔管料的冲出力，减小管料在冲孔凹模中的张
力，便于将冲压后的废料排出。在冲孔过程中，需要进行两个方向上的限位作
用，一个是垂直方向上的定位作用，另一个是横向上对波纹管坯送进的限位作
用，确保波纹管坯处于正确的冲孔位置，保证冲孔正常工作，冲出波纹管坯顶
部的孔形规格、形状统一。
(e)波纹管坯喷淋冷却并烘干：采用两组喷头对喷对波纹管坯进行喷淋工
作，两组喷头设置方向相同，喷头与水平面之间的倾斜角度控制在30～60°，
喷淋后的水质通过过滤装置过滤，再通过回水装置重新泵入到喷淋管中，喷淋
循环利用，增加喷淋面积，能清除波纹管坯表面的杂质，而且喷淋水能循环利
用，节约成本。
(f)波纹管坯波纹整形：在波纹管坯的内侧设置内滚轮，在波纹管坯的外
侧设置外滚轮，内滚轮和外滚轮的厚度与波纹管坯的波谷宽度相同，然后通过
锁模装置锁紧内滚轮，通过控制单位控制车头驱动外滚轮，外滚轮和内滚轮对
波纹管坯进行滚动挤压，挤压过程需控制波纹管坯波谷与波谷及波峰与波峰形
状尺寸保持一致，得到光滑平整圆弧面的波纹管。
本发明在对波纹管坯波纹整形加工中，采用的内滚轮和外滚轮的厚度与波
纹管坯的波谷宽度相同，挤压得到的波纹管坯波谷与波谷及波峰与波峰分布均
匀，波纹的形状尺寸一致性好，线性尺寸精度高，刚性一致性好，过渡圆弧光
滑平整，应力集中小，耐疲劳强度高，精准效率高，操控机械化和自动化程度
高。
(g)热稳定处理：根据加工变形量对金属内部组织产生的扭曲、滑移程度
所引发加工硬化差异，科学制定再结晶退火工艺参数，再将整形后的波纹管放
入烘箱加热到设定的温度，并保温3～8h进行热稳定处理，使波纹管恢复塑性。
本发明对整形加工后的波纹管坯进行热稳定处理，其根据加工变形量对金
属内部组织产生的扭曲、滑移程度所引发加工硬化差异，科学制定再结晶退火
工艺参数，能消除加工硬化，恢复塑性，同时使得内部组织具有再结晶充分、
组织结构致密的性能，达到优良的综合机械性能及无氧化无变形现象，确保后
续成品加工稳定性高，最后通过检测后的波纹管具有精密、高稳定性和长寿命
的特点。
(h)波纹管清洗烘干：对波纹管清洗工作具体为用先用洗涤剂加清水去除
波纹管的油污，再用丙酮、酒精反复清洗，清洗过程需佩戴手套，清洗结束以
波纹管的管面达到良好浸润为准。
(i)波纹管检测：波纹管检测采用抽样检测，抽样按照批次进行，波纹管
检测过程在每个批次中抽取五根进行检测。波纹管检测内容包括波纹管气密性
检测、波纹管横向负荷检测、波纹管柔韧性检测。波纹管气密性检测是在4.2MPa
压力下进行检测，不得漏气；波纹管横向负荷检测是在检测样件中部位置取点，
用圆柱定压头施加横向负载，要求在30s内达到规定负载值，持续2～3min后观
察波纹管是否破裂，对波纹管横向负荷检测；波纹管柔韧性检测是用手想两侧
缓慢弯曲检测样件至弧形模板位置，左右往复弯曲五次。
(j)波纹管包装入库：波纹管包装入库中，采用非金属绳子捆扎波纹管，
并用木架进行固定，再用遮盖物盖住，避免波纹管受到暴晒作用。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何
以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所
作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。