一、背景介绍
金属波纹管是带有波纹状截面的金属管状零件，在工业中应用广泛。金属波纹管特殊的截面形状使其具备较好的柔韧性，能够在一定范围内伸缩弯曲。这一特性赋予波纹管两大用途：一是作为变形补偿器，可用于补偿管道设备由于温度变化、振动、膨胀等条件引起的变形，有效吸收所在系统或设备变形产生的能量，减少应力集中，防止设备受到损坏。二是作为密封器件，在密封配合时能形成稳定的密封接触面。即使在面临振动冲击、温度变化、压力波动等复杂严苛的工况时，仍能保持密封面紧密贴合，有效防止介质泄露。此外，波纹状的管壁结构使金属波纹管相比于传统的直壁管道有更大的表面积，这有助于提高散热效率。因此，金属波纹管也常被用作散热冷却管道。
随着技术的不断发展，金属波纹管的应用场景越来越多，例如精密金属波纹管还可作为敏感元件，在自动控制和测量仪表领域发挥关键作用。
波纹状的截面形状给金属波纹管带来了诸多优异的性能，但是对加工工艺的要求也变得更高。液压胀形法是工业界常用的金属波纹管加工工艺之一，具有高效率、高精度、低成本等优点。该工艺的原理是在金属管道内部施加内压，使管道径向膨胀，在模具挤压和内压整体作用下，形成波纹状结构。此过程中，管道胚料产生较大程度的塑性变形，成形后会存在残余应力。另外，工艺中的一些关键参数，如内压幅值、模具尺寸等，也会影响波纹管的最终成形质量。目前，工业界通常通过经验或试验来确定这些参数，成本高、周期长，且难以达到最优参数组合。
仿真计算是随计算科学发展出来的先进方法。通过仿真计算，可以在计算机中模拟液压胀形工艺加工金属波纹管的各个阶段，分析不同工艺参数对最终产品成形质量的影响，优化结构应力状态，加速工艺设计过程。仿真计算的应用能够为工业界提供更科学、更准确的工艺参数，从而缩短产品研发的迭代周期，为提高生产效率和产品质量提供更有效地支撑。
二、仿真计算解决方案
仿真技术在金属波纹管液压胀形加工领域应用不广泛、不深入，存在仿真和实际加工产线脱节的现象。造成这种情况的主要原因是传统CAE仿真软件存在较高的使用门槛，要求使用者具备一定的弹塑性力学基础和仿真知识，并且对成形设备工作原理和工艺过程十分了解。工欲善其事，必先利其器。简化仿真流程，提高仿真效率，充分体现仿真的工具属性是仿真软件的发展趋势，也是仿真赋能制造业的题中之义。
使用自主通用的多物理场仿真PaaS平台Simdroid内置的APP开发模块，可将仿真知识、专家经验固化为可复用的金属波纹管液压胀形工艺仿真APP。使用者可跳过复杂的仿真流程，直接利用APP计算可得到结构响应，预估产品性能。本文将详细介绍基于轴对称模型对某一规格的铜合金材质金属波纹管液压胀形过程的仿真分析和APP封装过程。
