自吸式脹形器、管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及管材連接技術領域，特別是一種用于鈦合金導管無擴口內徑滾壓連接的自吸式脹形器，還一種含有該自吸式脹形器的管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置。
【背景技術】
[0002]鈦合金導管無擴口內徑滾壓連接技術主要用于飛機發動機的液壓管路系統，承受較高的壓力和復雜振動環境。與傳統連接方式相比，具有:高密封性、自鎖抗振性、重量輕、適用薄壁高強度及鈦合金管材、壽命高等特點。該技術在歐美等國家發展已非常成熟，專用設備已實現計算機自動化，在航空航天領域廣泛應用。俄羅斯也發展較快，在多種型號上得到應用。
[0003]國內起步較晚，起初主要是引進并消化吸收國外工藝，近幾年，隨著飛機發動機液壓管路系統性能的不斷提高，對管路連接技術提出更高的要求，傳統的擴口連接和擠壓式無擴口連接已不滿足要求，新型飛機上明確提出采用鈦合金導管無擴口內徑滾壓連接件，發動機上也有強烈需求，各主機廠和研宄所對鈦合金導管無擴口內徑滾壓連接技術進行深入研宄，取得飛快進展。
[0004]現有的鈦合金導管無擴口內徑滾壓連接技術，如圖1所示，脹形器是鈦合金導管內徑滾壓連接的成形工裝，主要部件包括芯軸7、滾柱2和保持架I。成形時，脹形器的芯軸7在電機驅動下邊轉動邊軸向推進，在摩擦力作用下滾柱2自轉并隨芯軸7公轉，同時徑向進給，擠壓導管22材料嵌入管套21的凹槽，從而使導管22與管套21緊密連接在一起。
[0005]但隨著導管材料強度、硬度不斷提高，脹形器在使用過程出現諸多問題。如成形過程中，芯軸被電機驅動軸向推進，芯軸受徑向擠壓力和與滾柱之間的滑動與滾動混合摩擦力作用，隨著管材強度、硬度的提高，芯軸受力越來越大，出現頻繁斷裂和表層脫皮等現象，嚴重影響連接效果和工藝穩定性。
【發明內容】
[0006]為了解決現有芯軸使用壽命短的問題。本發明提供了一種自吸式脹形器、管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置，自吸式脹形器通過優化脹形器結構，改善芯軸受力狀況，提高了脹形器使用壽命，節約制造成本，有利于工藝穩定性；管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置實現了脹形器與工裝夾具軸向自動定位功能，降低了工裝夾具本身定位精度要求，減小了工裝夾具加工難度，從而降低加工成本，同時保證連接件成形精度。
[0007]本發明為解決其技術問題采用的技術方案是:一種自吸式脹形器，包括保持架、芯軸和多個滾柱，芯軸的一端設有圓錐段，保持架套設于芯軸外，沿芯軸的周向，多個滾柱均勻的分布在保持架與芯軸的圓錐段之間，當芯軸的圓錐段擠壓滾柱時，滾柱對芯軸的摩擦力的軸向分力大于滾柱對芯軸的擠壓力的軸向分力。
[0008]即滾柱2的軸線與芯軸7的軸線之間的夾角為α，圓錐段71的圓錐角的一半為β，滾柱2對芯軸7的摩擦力為F，滾柱2對芯軸7的擠壓力為N，FX sin a > NX sin β。
[0009]一種管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置，含有上述的自吸式脹形器，保持架外固定有筒形的座體，當芯軸轉動時，座體保持靜止狀態，保持架隨芯軸一同轉動。
[0010]保持架外固定套設有保持架固定座，保持架固定座與座體之間設有推力球軸承，該推力球軸承套設在保持架外。
[0011]保持架與該推力球軸承間隙配合，保持架與保持架固定座間隙配合，該推力球軸承與座體間隙配合，保持架固定座與座體間隙配合。
[0012]保持架含有依次連接的大徑段和小徑段，小徑段套設于芯軸的圓錐段外，該推力球軸承和保持架固定座套設在大徑段外。
[0013]該管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置還含有用于驅動芯軸轉動的驅動機構。
[0014]座體的左側設有用于夾持固定管套的內夾具，內夾具外設有用于夾持固定內夾具的外夾具。
[0015]內夾具為圓環形，內夾具的外壁設有周向凸緣，內夾具的內壁設有用于阻止管套和導管軸向移動的多個卡槽。
[0016]內夾具設置在外夾具的右側，內夾具與外夾具在芯軸的軸線方向上間隙配合，內夾具與座體抵接。
[0017]內夾具為整體式結構，外夾具分半式結構。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]1、本發明通過改善脹形器結構，優化了滾壓連接工藝過程，提高了生產效率；
[0020]2、該自吸式脹形器自動進給，受力狀態改善，芯軸磨損小，壽命提高；對設備成形能力要求降低；
[0021 ] 3、該管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置可實現軸向自定位、自動對心，提高連接件成形精度，同時也降低了工裝夾具的加工成本。
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖對本發明所述的自吸式脹形器和管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置作進一步詳細的描述。
[0023]圖1是現有脹形器的結構示意圖。
[0024]圖2是管材內部自動成形及自定位的滾壓裝置的結構示意圖。
[0025]圖3是保持架內的滾柱凹槽的示意圖。
[0026]圖4是芯軸所受擠壓力的示意圖。
[0027]圖5是芯軸所受摩擦力的示意圖。
[0028]圖6是內夾具和外夾具的結構及受力分析示意圖。
[0029]圖7是內夾具結構示意圖。
[0030]其中
[0031]1.保持架，11.滾柱凹槽，12.大徑段，13.小徑段，2.滾柱，3.座體，4.軸承擋圈；5.保持架固定座，6.保持架擋圈，7.芯軸，71.圓錐段，8.外夾具，9.內夾具；
[0032]21.管套，22.導管;
[0033]91.第一^Nf，92.第一^Nf，93.第一^Nf。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本發明所述的自吸式脹形器作進一步詳細的說明。一種自吸式脹形器，所述自吸式脹形器包括保持架1、芯軸7和多個滾柱2，芯軸7的一端設有圓錐段71，保持架I套設于芯軸7外，沿芯軸7的周向，多個滾柱2均勻的分布在保持架I與芯軸7的圓錐段71之間，當芯軸7的圓錐段71擠壓滾柱2時，滾柱2對芯軸7的摩擦力的軸向分力大于滾柱2對芯軸7的擠壓力的軸向分力，如圖2至圖5所示。
[0035]保持架I內設有用于安裝固定滾柱2的滾柱凹槽11，如圖3所示。現有技術中，滾柱2為圓錐形，滾柱2的圓錐面與芯軸7的圓錐段71配合，滾柱2的軸線與芯軸7的軸線位于同一平面內，滾柱2與芯軸7線接觸。而本發明是滾柱2為圓錐形，滾柱2的圓錐面與芯軸7的圓錐段71配合，滾柱2的軸線與芯軸7的軸線不在同一平面內，，滾柱2與芯軸7點接觸，滾柱2的軸線與芯軸7的軸線之間存在設定的夾角。
[0036]滾柱2的軸線與芯軸7的軸線之間的夾角為α，即滾柱凹槽11的中心線與保持架I的中心線之間的夾角為α，圓錐段71的圓錐角的一半為β，如圖4和圖5所示。成形過程中，初始時滾柱2、導管22的內壁以及芯軸7產生初始緊密接觸，各組件間會有接觸力，此時該芯軸7旋轉，由于緊密接觸力的作用，滾柱2與芯軸7之間產生切向摩擦力，滾柱2對芯軸7的該摩擦力為F，滾柱2對芯軸7的擠壓力為N。N在水平方向和徑向產生一個分力，分別為NI和Ν2，F在水平方向和切向產生一個分力，分別為Fl和F2，如圖4和圖5所示，其中:
[0037]NI = Nsin β ；N2 = Ncos β
[0038]Fl = Fsin a ；F2 = Fcos α
[0039]所以芯軸7在水平方向(芯軸7的軸向)總的受力為: