CN111496043B - 一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,包括上导板、下导板、导柱、导柱轴套、端盖、上端模片、组合模片、下端模片、定位块、上芯轴、下芯轴、橡胶密封圈。下导板上安装有导柱,下导板上方和上导板下方设置有端盖。上导板上安装导柱轴套,与导柱相配合安装在模具最上层。下芯轴安装于下端盖上方,上芯轴安装于上端盖下方,由紧定螺母固定。上芯轴和下芯轴上安装有橡胶密封环。下端盖上方安装下端模片和矩形管坯,模片与模片之间设置有定位块。在定位块上方安装组合模片,上端盖下方安装上端模片。本发明组合模片圆角段和直线段的利用率高,模具制造成本低,生产效率高,拆卸装配方便。

Description

一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具
技术领域
本发明涉及液压胀形模具技术领域,特别涉及一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具。
背景技术
金属波纹管作为弹性元件广泛应用于石油化工、航空航天、核电等领域,起到柔性补偿、密封、减振等功能,是管路连接系统、密封系统和减振系统重要的零件之一。
近年来,由于我国新一代重型火箭、燃气轮机、大型飞机、核电等为代表的高新技术项目的大力发展,对管路、密封等系统提出了更高的要求,为适应环境要求,如矩形风机管道、烟道、波导管等,金属波纹管周向外形轮廓需要采用矩形轮廓形式。相对于传统的圆柱形金属波纹管,矩形金属波纹管具有明显的周向外形轮廓变化(圆弧、圆角、直线段)。
目前,矩形金属波纹管多采用分段成形后焊接在一起的方式制造,该方法生产效率低,焊缝处残余应力大,使用过程中容易出现腐蚀、破裂等缺陷。与分段焊接法相比,矩形金属波纹管液压胀形工艺生产效率高,制得的制件力学性能好、表面光洁度高、厚度分布均匀,由于只有一条焊缝,有效的减少了矩形金属波纹管在使用过程中的破裂、腐蚀失效。
传统金属波纹管液压胀形模具,每一套模具只能用于制造某一种特定尺寸的金属波纹管,在制造其他尺寸的金属波纹管时,整套模具均需要重新设计和制备,使得金属波纹管的制造周期和成本居高不下。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明的目的在于提供一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,解决了传统金属波纹管液压胀形模具加工周期长、通用性差、利用率低等问题。具有拆卸装配方便、模具组合模片圆角段和直线段有效使用率高、通用性好,在波高、波厚、波峰与波谷圆角半径相等的情况下,组合模片的圆角段和直线段可随意组合,用于制造不同规格尺寸的矩形金属波纹管。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,包括在液压机平台上放置的下导板8,所述的下导板8上贯穿四根导柱1,四根导柱1上方穿过上导板2,上导板2与下导板8对应设置,下导板8上方和上导板2下方设置有端盖3,下导板8上方的下端盖凸台向上水平放置,上导板2下方的上端盖凸台向下水平放置,位于上导板2与下导板8之间,四根导柱1环绕中心位置设置有矩形管坯12,矩形管坯12上端设置有上芯轴11,矩形管坯12下端设置有下芯轴15,所述的下端盖的上方放置下端模片7,下端模片7上方设置有组合模片,组合模片上方设置有上端模片4,模片与模片之间设置有定位块5,模片设置于矩形管坯12外侧,所述的上端盖的下方水平向上放置上端模片4。
所述的下导板8上设置有导柱安装孔25,导柱安装孔25上设置有导柱1,所述的导柱1为圆柱形结构,直径与下导板8导柱安装孔25直径相同,所述的下导板8为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有下芯轴放置孔24和导柱安装孔25,下芯轴放置孔24位于下导板形心位置,导柱安装孔25位于矩形板内边缘处,一般距离模片间隙为2~4mm。
所述的上导板2与下导板8尺寸相同,为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有上芯轴放置孔16和4个导柱轴套安装孔17,上芯轴放置孔16位于上导板形心位置,导柱轴套安装孔17圆心与下导板导柱安装孔25圆心位置相同,上导板2安装导柱轴套10,与导柱1相配合安装在模具最上层。
所述的导柱轴套10为带有阶梯的圆柱形结构,导柱轴套10的底部设置有直径稍大的凸台,凸台直径比柱面27的直径大10~20mm,导柱轴套10的中心设置有与导柱1直径相同的通孔26,柱面27的直径与导柱轴套安装孔17直径相同。
所述的端盖3为带有过渡圆角的矩形板状结构,端盖3的上表面设置有矩形环状凸台19,矩形环状凸台19的外侧轮廓尺寸与矩形管坯12内侧轮廓尺寸相同,凸台19的上表面与橡胶密封圈14紧密接触,端盖3的形心处设置有下芯轴轴孔18,用以装配下芯轴15。
所述的下芯轴15包括矩形底板和芯轴,矩形底板为阶梯形结构,位于底部,芯轴为带有阶梯的圆柱形结构,位于矩形底板上方形心处,芯轴下端直径大于上端直径,均设置有螺纹,螺纹分为下端螺纹33与上端螺纹32,下端螺纹33与紧定螺母9相配合,上端螺纹32用以连接试压泵液体导管;下芯轴15的芯轴中心设置有圆形通孔31,贯穿芯轴和矩形底板;下芯轴15螺纹端向下水平放置,安装于下端盖的上方,芯轴通过下端盖上的轴孔18,由紧定螺母9固定。
所述的上芯轴11包括矩形底板和芯轴,矩形底板为阶梯形结构,位于底部;芯轴为圆柱形结构,设置有螺纹28,芯轴位于矩形底板上方形心处,上芯轴11螺纹端向上水平放置,安装于上端盖下方,上芯轴11通过上端盖上的轴孔18,由紧定螺母9固定。
所述的上芯轴11和下芯轴15包括矩形底板,矩形底板为阶梯形结构,阶梯位置处设置有横截面为圆形的橡胶密封环14。
所述的下端模片7为外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,下端模片的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯12外侧相同,下端模片7底面与矩形孔的交界处设置有圆倒角23,圆倒角23半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等,所述的矩形管坯12横截面为带有过渡圆角的矩形,所述的下端模片7小端向下水平放置。
所述的定位块5为长方体结构,长方体的高度等于模片间距。
所述的组合模片包括外环6和直线段13和圆角段29,所述的外环6为内侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,所述的直线段13和圆角段29横截面为阶梯状30,其底部阶梯内侧横截面为半圆形结构,半圆的半径大小为与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等。
所述的上端模片4小端向上,所述的上端模片4为内、外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,上端模片4的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯12外侧相同,上端模片4底面与矩形孔的交界处设置阶梯状结构20,阶梯20宽度决定矩形波纹管目标形状的波纹高度,阶梯20高度决定矩形波纹管目标形状的波纹厚度,阶梯水平面与矩形孔交界处设置有圆倒角21,倒角21半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等。
本发明的有益效果:
①组合模片采用组合式设计,拆卸装配方便,且其采用外环、圆角段与直线段分离制造,降低了模具加工难度,在波纹管波高、波厚、波峰与波谷圆角半径相等的情况下,组合模片的圆角段和直线段可随意组合,制造不同规格尺寸的矩形金属波纹管,只需更换外环,提高了组合模片圆角段和直线段的有效使用率,降低了模具的制造成本;②矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,可在成形结束后无损拆卸,重复利用;③导柱轴套的设置,可延长上导板的使用寿命,节约上导板的制造成本,上导板在长期上下往复运动中,导柱孔易磨损使得尺寸有所偏差,导柱轴套的设置,使得上导板导柱孔磨损后只需更换导柱轴套即可,不用重新制造上导板。
附图说明
图1为模具总装配图剖视图。
图2为模具总装配图轴测图。
图3为导柱轴测图。
图4为上导板轴测图。
图5为端盖轴测图。
图6为上端模片轴测图。
图7为上端模片剖视图。
图8为定位块轴测图。
图9为组合模片外环轴测图。
图10为组合模片外环剖视图。
图11为下端模片轴测图。
图12为下端模片剖视图。
图13为下导板轴测图。
图14为上、下芯轴紧定螺母轴测图。
图15为导柱轴套轴测图。
图16为上芯轴轴测图。
图17为上芯轴主视图。
图18为矩形管坯轴测图。
图19为组合模片直线段与圆角段组装示意图。
图20为组合模片直线段与圆角段组装剖视图。
图21为橡胶密封圈轴测图。
图22为下芯轴轴测图。
图23为下芯轴剖视图。
图24为模具闭合后剖视图。
图25为120mm×200mm矩形波纹管轴测图。
图26为120mm×200mm矩形波纹管轴测图的剖视图。
图27为200mm×200mm矩形波纹管轴测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1~2所示:一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,包括上导板2、下导板8、导柱1、导柱轴套10、端盖3、上端模片4、中间模组合模片(包括外环6、直线段13、圆角段29)、下端模片7、定位块5、上芯轴11、下芯轴15、橡胶密封圈14。
如图13所示:所述的下导板8为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有下芯轴放置孔24和4个导柱安装孔25,下芯轴放置孔24位于下导板形心位置,导柱安装孔25位于矩形板内边缘处,一般距离模片间隙为2~4mm。
下导板8上安装有导柱1,如图3所示:所述的导柱为圆柱形结构,直径与下导板8导柱安装孔25直径相同,起到定位和导向的作用。
如图1所示:下导板8上方和上导板2下方设置有端盖3,下导板8上方的端盖3凸台向上水平放置,上导板2下方的端盖3凸台向下水平放置;如图5所示:所述的端盖3为带有过渡圆角的矩形板状结构,端盖3的上表面设置有矩形环状凸台19,矩形环状凸台19的外侧轮廓尺寸与矩形管坯12内侧轮廓尺寸相同,凸台19的上表面与橡胶密封圈14紧密接触,端盖3的形心处设置有下芯轴轴孔18,用以装配下芯轴15。
如图4所示:所述的上导板2与下导板8尺寸相同,为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有上芯轴放置孔16和4个导柱轴套安装孔17,上芯轴放置孔16位于上导板形心位置,导柱轴套安装孔17圆心与下导板导柱安装孔(25)圆心位置相同,用以安装导柱轴套10。上导板2安装导柱轴套10,最后与导柱1相配合安装在模具最上层。
如图15所示:所述的导柱轴套10为带有阶梯的圆柱形结构,轴套10的底部设置有直径稍大的凸台,凸台直径比柱面27的直径大10~20mm。轴套的中心设置有与导柱直径相同的通孔26。柱面27的直径与导柱轴套安装孔17直径相同。
如图1所示:下芯轴15螺纹端向下水平放置,安装于下端盖的上方,芯轴11通过端盖3上的轴孔18,由紧定螺母9固定。所述的紧定螺母9为标准件。
如图22~23所示:所述的下芯轴15由矩形底板和芯轴组成,矩形底板为阶梯形结构,位于底部;芯轴为带有阶梯的圆柱形结构,位于矩形底板上方形心处,芯轴下端直径大于上端直径,均设置有螺纹,下端螺纹33与紧定螺母9相配合,用以固定下芯轴15,上端螺纹32用以连接试压泵液体导管;下芯轴15的芯轴中心设置有圆形通孔31,贯穿芯轴和矩形底板,是液压成形时液体注入和流出的通道。
如图1图9所示:上芯轴11螺纹端向上水平放置,安装于上端盖下方,芯轴11通过端盖上的轴孔18,由紧定螺母9固定。所述紧定螺母9为标准件。如图16~17所示:所述的上芯轴11由矩形底板和芯轴组成,矩形底板为阶梯形结构,位于底部;芯轴为圆柱形结构,设置有螺纹28,位于矩形底板上方形心处。
上芯轴11和下芯轴15矩形底板的阶梯位置处设置有横截面为圆形的橡胶密封环14,如图21所示。
如图1所示:下端盖的上方放置下端模片7和矩形管坯12,下端模片7小端向下水平放置。如图11~12所示:所述的下端模片7为外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,下端模片的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯外侧相同。下端模片底面与矩形孔的交界处设置有圆倒角23,倒角半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等。如图18所示:所述的矩形管坯横截面为带有过渡圆角的矩形。
模片与模片之间设置有定位块5,如图8所示:所述的定位块5为长方体结构,长方体的高度等于模片间距。在预胀形结束后,将定位块取下。
组合模片(6、13、29)安装于下端模片7上方的定位块5上,所述的组合模片(6、13、29)由外环6、直线段13和圆角段29组成。如图9~10所示:所述的外环6为内侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状。如图19~20所示:所述的直线段13和圆角过渡段29横截面为阶梯状30,其底部阶梯内侧横截面为半圆形结构,半圆的半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径相等。
如图1所示:上端盖的下方放置上端模片4,上端模片4小端向上,如图6~7所示:所述的上端模片4为内、外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,上端模片4的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯外侧相同。上端模片4底面与矩形孔的交界处设置阶梯状结构20,阶梯20宽度决定矩形波纹管目标形状的波纹高度,阶梯20高度决定矩形波纹管目标形状的波纹厚度,阶梯水平面与矩形孔交界处设置有圆倒角21,倒角21半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径相等。
本发明的工作原理:
如图1~2,将下导板8水平放置在液压机平台上,将四根导柱1安装到下导板8的导柱安装孔25上。
如图1~2,将橡胶密封圈14安装到下芯轴15上,将下芯轴15通过下端盖3上的轴孔18,由紧定螺母9固定,将组装好的下芯轴-橡胶密封圈-下端盖组合放置在下导板8上,下芯轴15螺纹端水平向下,芯轴通过下导板8上的芯轴放置孔24。
如图1~2,将下端模片7安装到下芯轴15上,下端模片7中间的矩形孔套在下芯轴15的矩形底板上。
如图1~2,将矩形管坯12套在下芯轴15的矩形底板上,矩形管坯12的外表面与下端模片7中间的矩形孔的表面紧密接触,矩形管坯12下端轮廓与下端盖3的上表面紧密接触。
如图1~2,将定位块5成对放置到下端模片7的上方,起到定位的作用。
如图1和图19,将圆角过渡段29和直线段13拼接在一起,放置到外环6内,组成组合模片,将第一个组合模片放置到定位块5上。
重复定位块5和组合模片的安装步骤,完成其余定位块和组合模片的安装。
如图1~2,安装完最后的定位块5后,将上端模片4安装于定位块的上方。
如图1~2,将橡胶密封圈14安装到上芯轴11上,将上芯轴11通过上端盖3上的轴孔18,由紧定螺母9固定,将组装好的上芯轴-橡胶密封圈-上端盖安装于上端模片4的上方,矩形管坯12的外表面与上端模片4中间的矩形通孔的表面紧密接触,矩形管坯12上端轮廓与上端盖3的下表面紧密接触。
如图1~2和图24,将四个导柱轴套10安装到上导板2导柱轴套安装孔17上,上导板2放置在上端盖3上,四根导柱1分别穿过四个导柱轴套10中间的通孔26。
将试压泵液体导管与下芯轴15相连,通过试压泵液体导管向管坯内充满液体,此时管坯内的液体对管坯内表面无压力作用。
启动压力机,当压力机的压头与上导板2接触后,关闭压力机;
继续向管坯内部充入液体,使得矩形管坯12内的液体对矩形管坯12内表面有一定大小的压力作用,压力值的大小由矩形管坯12的材料和尺寸决定。在液体压力的作用下,矩形管坯12处于模片之间的部分发生轻微膨胀,此时矩形管坯12变形为预成形管件。
保持液压力的大小不变,去掉所有的定位块5,此时上端模片4、组合模片、下端模片7被均匀的卡在膨胀的管坯上。
继续增大内压,同时通过压力机对上导板2施加轴向压力,使相邻模具闭合,当模具闭合后,压力机压头不再向下移动,保压1~3分钟后卸除内压力,移除压力机的压头。
取下上导板2,抽出四根导柱1,取下组装好的上芯轴-橡胶密封圈-上端盖,移除上端模片4,依次卸下几个组合模片的外环6,然后将圆角过渡段29和直线段13取下,最终从下端模片7中取出成形好的矩形金属波纹管34,清洁模具,进行下一个成形过程。
如图25~26为用该模具成形的尺寸为120mm×200mm的矩形金属波纹管示意图。
如图27为200mm×200mm的矩形金属波纹管示意图,其圆角过渡段29尺寸与120mm×200mm的矩形金属波纹管相同,成形200mm×200mm的矩形金属波纹管时,增加组合模片直线段13组块的个数,更换组合模片外环6,与圆角过渡段29组成新的组合模片,同时更换端盖3、上端模片4、下端模片7、上芯轴11、下芯轴15。
由于组合模片在成形多波的矩形波纹管时,所需要的数量较多,组合模片的外环6和直线段13结构简单,制造成本低,而圆角过渡段29结构复杂,制造成本高,因此,采用组合模片,对于具有相同圆角半径和波谷半径的矩形波纹管,组合模片的圆角过渡段29可重复利用,可有效的节约矩形金属波纹管的制造成本。

Claims (9)

1.一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,包括在液压机平台上放置的下导板(8),所述的下导板(8)上贯穿四根导柱(1),四根导柱(1)上方穿过上导板(2),上导板(2)与下导板(8)对应设置,下导板(8)上方和上导板(2)下方设置有端盖(3),下导板(8)上方的下端盖凸台向上水平放置,上导板(2)下方的上端盖凸台向下水平放置,位于上导板(2)与下导板(8)之间,四根导柱(1)环绕中心位置设置有矩形管坯(12),矩形管坯(12)上端设置有上芯轴(11),矩形管坯(12)下端设置有下芯轴(15),所述的下端盖的上方放置下端模片(7),下端模片(7)上方设置有组合模片,组合模片上方设置有上端模片(4),模片与模片之间设置有定位块(5),模片设置于矩形管坯(12)外侧,所述的上端盖的下方水平向上放置上端模片(4);
所述的组合模片包括外环(6)和直线段(13)和圆角段(29),所述的外环(6)为内侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,所述的直线段(13)和圆角段(29)横截面为阶梯状(30),其底部阶梯内侧横截面为半圆形结构,半圆的半径大小为与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的下导板(8)上设置有导柱安装孔(25),导柱安装孔(25)上设置有导柱(1),所述的导柱(1)为圆柱形结构,直径与下导板(8)导柱安装孔(25)直径相同,所述的下导板(8)为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有下芯轴放置孔(24)和导柱安装孔(25),下芯轴放置孔(24)位于下导板形心位置,导柱安装孔(25)位于矩形板内边缘处,一般距离模片间隙为2~4mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的上导板(2)与下导板(8)尺寸相同,为带有过渡圆角的矩形板,矩形板上设置有上芯轴放置孔(16)和4个导柱轴套安装孔(17),上芯轴放置孔(16)位于上导板形心位置,导柱轴套安装孔(17)圆心与下导板导柱安装孔(25)圆心位置相同,上导板(2)安装导柱轴套(10),与导柱(1)相配合安装在模具最上层。
4.根据权利要求3所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的导柱轴套(10)为带有阶梯的圆柱形结构,导柱轴套(10)的底部设置有直径稍大的凸台,凸台直径比柱面(27)的直径大10~20mm,导柱轴套(10)的中心设置有与导柱(1)直径相同的通孔(26),柱面(27)的直径与导柱轴套安装孔(17)直径相同。
5.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述下导板(8)上方的端盖(3)为带有过渡圆角的矩形板状结构,端盖(3)的上表面设置有矩形环状凸台(19),矩形环状凸台(19)的外侧轮廓尺寸与矩形管坯(12)内侧轮廓尺寸相同,凸台(19)的上表面与橡胶密封圈(14)紧密接触,端盖(3)的形心处设置有下芯轴轴孔(18),用以装配下芯轴(15)。
6.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的下芯轴(15)包括矩形底板和芯轴,矩形底板为阶梯形结构,位于底部,芯轴为带有阶梯的圆柱形结构,位于矩形底板上方形心处,芯轴下端直径大于上端直径,均设置有螺纹,螺纹分为下端螺纹(33)与上端螺纹(32),下端螺纹(33)与紧定螺母(9)相配合,上端螺纹(32)用以连接试压泵液体导管;下芯轴(15)的芯轴中心设置有圆形通孔(31),贯穿芯轴和矩形底板;下芯轴(15)螺纹端向下水平放置,安装于下端盖的上方,芯轴通过下端盖上的轴孔(18),由紧定螺母(9)固定;
所述的上芯轴(11)包括矩形底板和芯轴,矩形底板为阶梯形结构,位于底部;芯轴为圆柱形结构,设置有螺纹(28),芯轴位于矩形底板上方形心处,上芯轴(11)螺纹端向上水平放置,安装于上端盖下方,上芯轴(11)通过上端盖上的轴孔(18),由紧定螺母(9)固定;
所述的上芯轴(11)和下芯轴(15)包括矩形底板,矩形底板为阶梯形结构,阶梯位置处设置有横截面为圆形的橡胶密封圈(14)。
7.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的下端模片(7)为外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,下端模片的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯(12)外侧相同,下端模片(7)底面与矩形孔的交界处设置有圆倒角(23),圆倒角(23)半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等,所述的矩形管坯(12)横截面为带有过渡圆角的矩形,所述的下端模片(7)小端向下水平放置。
8.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的定位块(5)为长方体结构,长方体的高度等于模片间距。
9.根据权利要求1所述的一种用于制造矩形金属波纹管的组合式液压胀形模具,其特征在于,所述的上端模片(4)小端向上,所述的上端模片(4)为内、外侧带有阶梯的矩形环状结构,横截面为阶梯状,上端模片(4)的中间为矩形孔,矩形孔的轮廓形状、尺寸与矩形管坯(12)外侧相同,上端模片(4)底面与矩形孔的交界处设置阶梯状结构(20),阶梯状结构(20)宽度决定矩形波纹管目标形状的波纹高度,阶梯状结构(20)高度决定矩形波纹管目标形状的波纹厚度,阶梯水平面与矩形孔交界处设置有圆倒角(21),倒角(21)半径与矩形波纹管目标形状的波谷半径大小相等。
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