CN102728674A - 辅助导管数控弯曲成型的内撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，包括，一个同轴相连球窝连杆的万向旋转组件，所述的万向旋转组件具有一个同轴装配在分体式球链体（6）尾部分离球孔内的整体式球链体（8），分体式球链体通过装配在球头连杆（1）头部的分离球窝芯轴（3）相连球头连杆（1），在所述整体式球链体和分体式球链体的圆柱上，还制有紧贴后部定位台阶的环槽，环槽内固联有通过腹板连为一体的环形球面体（7），在上述整体式球链体和分体式球链体的球头中心装配有通过弹簧支撑的钢珠球。本发明通过引入两级球链体和其上连接的导管弯曲环形球面体，辅助弯管弯曲，扩展了弯管空间，使驱动更直接，弯管过程中无须夹紧，操作简单方便。

Description

辅助导管数控弯曲成型的内撑装置

技术领域

本发明涉及一种快速辅助数控弯曲导管的内支撑弯曲成型装置。尤其是涉及用于直径在20～40mm壁厚1～2mm的航空导管在数控导管机床上快速弯曲成型的辅助装置。

背景技术描述

导管是由若干个直线段和弯曲段组成的。导管能够满足轻量化、强韧化和低消耗等方面的要求,在航空、航天、船舶、化工、建筑等方面获得了广泛应用。如在航天飞行器和导弹武器中,大量导管应用于燃料输送系统、液压系统、气动系统等,输送燃料、液压油、气体等工作介质。这些导管外部承受高温、变形以及高频振动。目前由程序控制数控导管机床弯曲成型装置，以其生产效率高的弯曲成型方式，取代了现有技术效率低，劳动量大，操作不方便的手工半机械弯曲成型加工方式。数控弯管加工是实现导管数字化集成制造的关键环节。导管零件的空间形状十分复杂,它是管材经过连续的局部的塑性变形而形成的呈任意空间曲线形状的制品,用数控弯管机进行弯曲加工时,常在导管零件与机床和地面之间产生碰撞。设计和排管时要避免过大的圆弧、任意曲线、复合弯曲以及大于180°的圆弧。过大的圆弧不但使工装笨重，而且受弯管机机床尺寸的限制；任意曲线、复合弯曲设计造型很不合理，极大地妨碍了机械化、自动化生产，使操作者难以摆脱笨重的体力劳动；大于180°的圆弧使弯管机无法卸模。在弯曲半径标准化方面 ，弯曲半径需要尽量实现“一管一模”和“多管一模”。对于一根管子来说，无论有几个弯，弯曲角度如何，其弯曲半径只能有一个，因为弯管机在弯曲过程中不更换模块，这就是“一管一模”。而“多管一模”，就是同一直径规格的管子应尽量采用同一种弯曲半径，也就是使用同一套模块弯曲不同形状的管形，才有利于减少模块数量。导管弯曲半径的大小，决定了导管在弯曲成形时所受阻力的大小。一般来说，管径大弯曲半径小，弯曲时容易出现失稳起皱和打滑现象，弯曲质量很难保证。数控弯管机弯曲成形速度对成形质量有影响，速度太快，容易造成导管弯曲部分的扁平，圆度达不到要求，造成导管的拉裂、拉断；速度太慢，容易造成导管的起皱和压紧块打滑，大管径的管子易形成导管弯曲部分的下陷。数控弯曲导管需要合适的芯棒及其位置的辅助 。芯棒放置于导管内部,随着导管的弯曲而弯曲。芯棒在弯曲过程中主要起着支撑导管弯曲半径的内壁防止其变形及保持导管在离开芯棒以后，仍支撑着管子周围，使导管不至于塌瘪的作用,由于芯棒的最小弯曲半径大于所弯曲导管的弯曲半径, 弯曲过程都是从管子的一端开始，到另一端结束，具有方向性。弯曲过程由于受到机械结构的限制，使得管件只能朝一个方向弯曲。实际过程中经常发生芯棒或芯轴卡死在导管内的情况。目前国产管材在机床上弯曲成形时若不使用芯棒，其质量难以保证。芯棒的形式有很多种，如柱式芯棒，万向单、双、三、四球头芯棒，定向单、多球头芯棒等。另外，芯棒的位置对导管弯曲成形也有一定的影响：理论上，它的切线应与弯管模的切线平齐，但经过大量的试验证明，提前1～2mm较好，此时弯管质量比较理想。但提前量太大，会造成弯曲部分的外壁出现所谓“鹅头”的现象。由于每一根导管都有自己的三维空间走向，为了保证导管弯曲加工空间走向的正确性，数控导管机床在弯曲成型中，通常采的钢索、轴销、球头芯棒来进行辅助弯曲，在自由状态下，各种导管弯曲内支撑球头芯棒中的球头与球头连杆始终有一定的夹角，不能保持在同一轴线上。在导管进入时需要工人手工扶正其球头芯棒中的球头与球头连杆，保持同一轴线，才能使导管正确进入支撑装置，实现导管的数控弯曲。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种效率高，操作方便， 弯管过程中无须夹紧，进入导管方便，弯管周期短，效率高，驱动更直接，结构更精巧，能够在自由状态下扩展弯管空间，使导管内支撑弯曲装置中的球头与球头连杆始终保持在同一轴线的快速支撑装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，包括，一个同轴相连球窝连杆的万向旋转组件，其特征在于，所述的万向旋转组件具有一个同轴装配在分体式球链体6尾部分离球孔内的整体式球链体8，分体式球链体6通过装配在球头连杆1头部的分离球窝芯轴3相连球头连杆1，在所述整体式球链体8和分体式球链体6的圆柱上，还制有紧贴后部定位台阶的环槽，环槽内固联有通过腹板连为一体的环形球面体7，在上述整体式球链体8和分体式球链体6的球头的中心孔内装配有通过弹簧支撑的钢珠球。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明通过引入两级球链体和其上连接的导管弯曲环形球面体，辅助弯管弯曲，结构精巧，大大扩展了弯管空间，使驱动更直接，弯管过程中无须夹紧，导管弯曲加工操作简单方便，弯管周期短，效率高。采用相连球头连杆的分离球窝芯轴和分体式球链体结构，放、取导管方便。在未弯曲管材时，利用压缩弹簧产生的力，使支撑装置中的环形球面体与球头连杆，在自由状态下，始终保持在同一轴线，减少了导管的数控弯曲前期生产辅助时间，从而提高了劳动生产率，降低了产品的成本。

附图说明  

图1是本发明导管弯曲内支撑装置主视图。

图中：1球头连杆，2螺栓，3分离球窝芯轴，4钢珠球，5弹簧，6分体式球链体，7环形球面体，8整体式球链体，9圆环形开口弹性锁环，10导管。

具体实施方式

在图1所示的一种辅助导管数控弯曲成型的内撑装置的最佳实施例中，一个同轴相连球窝连杆的万向旋转组件。万向旋转组件具有一组轴对称的分体式球链体6，一个同轴装配在分体式球链体6尾部分离球孔内的整体式球链体8，分体式球链体6通过装配在球头连杆1头部的分离球窝芯轴3相连球头连杆1，它们是导管10弯曲内支撑的工作主体。轴对称的分离球窝芯轴3装配在球头连杆1头部的轴向孔内。在所述整体式球链体8和分体式球链体6的圆柱上，制有紧贴后部定位台阶的环槽，环槽内固联有通过腹板连为一体的环形球面体7，环形球面体7的厚度和径向尺寸根据导管10管径、壁厚和弯曲半径确定，其外径稍小于导管10内径。相连环形球面体7的腹板是一个制有通孔的喇叭状圆盘。环形球面体7的球面外圆各点处的外径均与球头连杆的直径相等，使环形球面体7球头外圆各点均可与导管10内壁相配合；球头通过圆环形开口弹性锁环9固定在球链体上。当弯曲管材时，通过活动球链体的连接，环形球面体7球头能够绕整体式球链体8和分体式球链体6的球链体自由转动，弯曲成形管材曲率。   

上述整体式球链体8和分体式球链体6通过腹板中心的通孔过盈配合，紧贴它们后部的定位台阶。整体式球链体8一端为球体，另一端圆柱体制有定位台阶，圆柱体的中部有环槽，环槽内嵌有使整体式球链体8与球头之间不产生轴向移动，方便拆装的圆环形开口弹性锁环9。在上述整体式球链体8和分体式球链体6的圆柱体通过一端延伸连体圆锥体连接球体。球体的中心轴线上制有一个安装弹簧与钢珠球的盲孔，弹簧5通过盲孔支撑钢珠球4。分体式球链体6是一个沿中心线被剖成两半的组合体，被剖成两半的分离球窝芯轴3的球窝套在分体式球链体，并合拢为完整的分离球窝芯轴。它的一端制有与整体式球链体8滑动配合的大半圆球窝，另一端为球体，球体中心轴线上制与整体式球链体8基本相同，安装弹簧与钢珠球盲孔，球窝的底部还制有与钢珠球4外径相同，且深度只有球窝1/4大小的小球窝。整体式球链体8与分体式球链体6的外形形状大小基本相同。相连分体式球链体6的分离球窝芯轴3的一端制有形状与直径均能够与分体式球链体6球体相配合的球窝，球窝的底部还制有一处与钢珠球4外径相同且深度只有其1/4的小球窝，其轴向中心有用于连接螺栓螺2的纹通孔。分离球窝芯轴3为沿中心线被剖成两半轴对称的圆柱体。分离球窝芯轴3装配在球头连杆1一端盲孔内，并由另一端通过台阶孔内的螺栓2固定连接形成导管弯曲的工作主体。球头连杆1外径稍小于导管10内径，垂直于轴线处制有一个用于加油的通孔。球头连杆1另一端有一与数控导管机床拉杆相连接的螺纹孔。

导管在外力矩作用下弯曲时，弯曲变形区的外侧材料受到切向拉伸而伸长、内侧材料受到切向压缩而缩短，因为切向应力和应变沿管材断面的分布是连续的，故当弯曲动作结束，由拉伸区过度到压缩区，在其接壤处一定存在着一层纤维，该层纤维的应变为零，此纤维层成为应变中性层，他在断面中的位置可用曲率半径R表示。同样也一定存在着一层纤维，该纤维层上的应变为零。次纤维层称为应力中性层，它在断面中的位置可用曲率半径表示。管坯在弹性弯曲阶段，应力沿断面呈线性分布，应力与应变间的关系遵守胡克定律，故应力中性层和应变中性层互相重合并通过端面形心。跟着弯曲过程的进行，当变形程度超过材料的屈服极限后，变形性质有弹性变为塑性，故在弯曲过程中应力中性层和应变中性层不仅不相互重合，也不通过断面形心。而是随曲率的增大逐渐向曲率中央方向移动，并且应力中性层的移动量大于应变中性层的移动量。由金属塑性成形原理可知，任一变形过程，其变形区的应力应变状态都与变形前提有关。

在数控导管弯曲成形过程中，数控导管弯曲是基于矢量弯管原理，按程序通过数字控制系统来弯曲任意空间立体导管的弯曲加工设备。所谓矢量弯管原理是：无论多么复杂的管型，都是由直线段中心线一系列的空间矢量来表示的，通过求出空间矢量的交点坐标，可以获得管型数据。将管型数据输入数控设备计算机程序，通过数控程序控制固定在数控设备主轴上的弯曲模，使随数控设备主轴一起旋转的弯曲模、夹紧一端导管的夹模三位一体转动。在导管与弯曲模的切点附近，导管外侧装有支撑导管的外半部和将导管压在弯曲模凹槽中的压力模。导管内部塞有本发明的内支撑辅助导管数控弯曲成型的万向旋转球头芯棒装置，支撑导管内壁，防止导管截面畸变和管壁褶皱。本发明引入导管内的两级球链体，在压缩弹簧产生的弹性力作用下，弹簧压缩钢珠球面体与球头连杆1，在自由状态下，不需要工人手工扶正，始终保持在同一轴线。在实际弯曲时，首先导管被送入内支撑辅助导管数控弯曲成型装置中其前端固定在弯曲模和夹模之间，弯曲模带动夹模使之一起旋转，迫使导管产生塑性弯曲变形，同时在芯棒压力模的作用下使导管其未变形的后端的直管处部分不产生横向偏移，并且压力模和导管一起前送进。当弯曲模在连续旋转所需的角度后，就可完成一个连续弯曲变形的角度弯曲。此时，导管弯曲变形区的外侧纤维受拉而使管子外壁变薄，内侧纤维受压而使管子内壁增厚。本发明在导管的相互作用的动态过程是从外到里依次发生整体式球链体8一端球体在分体式球链体6右端的大半圆球窝里绕球体中心轴线上旋转运动，同时带动整体式球链体上的环形球面体7旋转，分体式球链体6左端球体在也在分离球窝芯轴3右端的大半圆球窝里绕球体中心轴线上旋转运动，同时带动分体式球链体上的环形球面体7旋转。球头连杆始终保持静止，当弯曲完后，内支撑辅助导管数控弯曲成型装置沿轴向后运动，在球头连杆另一端与数控导管机床拉杆作用下将其抽出，导管绕弯曲逐渐成形。 

Claims (9)

1.一种辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，包括，一个同轴相连球窝连杆的万向旋转组件，其特征在于，所述的万向旋转组件具有一个同轴装配在分体式球链体（6）尾部分离球孔内的整体式球链体（8），分体式球链体（6）通过装配在球头连杆（1）头部的分离球窝芯轴（3）相连球头连杆（1），在所述整体式球链体（8）和分体式球链体（6）的圆柱上，还制有紧贴后部定位台阶的环槽，环槽内固联有通过腹板连为一体的环形球面体（7），在上述整体式球链体（8）和分体式球链体（6）的球头中心装配有通过弹簧支撑的钢珠球。

2.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，相连环形球面体（7）的腹板是一个制有通孔的喇叭状圆盘。

3.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，球头通过圆环形开口弹性锁环（9）固定在球链体上。

4.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，环形球面体（7）的球面外圆各点处的外径均与球头连杆的直径相等，环形球面体（7）球头外圆各点均与导管（10）内壁相配合。

5.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，  所述整体式球链体（8）一端为球体，另一端圆柱体制有定位台阶，圆柱体的中部有环槽，环槽内嵌有使整体式球链体（8）与球头之间不产生轴向移动，方便拆装的圆环形开口弹性锁环（9）。

6.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，在上述整体式球链体（8）和分体式球链体（6）的圆柱体通过一端延伸连体圆锥体连接球体，球体的中心轴线上制有一个安装弹簧与钢珠球的盲孔，弹簧（5）通过盲孔支撑钢珠球（4）。

7.如权利要求1或6所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，分体式球链体（6）是一个沿中心线被剖成两半的组合体，被剖成两半的分离球窝芯轴（3）的球窝套在分体式球链体，并合拢为完整的分离球窝芯轴。

8.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，

所述分体式球链体（6）的一端制有与整体式球链体（8）滑动配合的大半圆球窝，另一端为球体，球体中心轴线上制与整体式球链体（8）基本相同，安装弹簧与钢珠球盲孔，球窝的底部还制有与钢珠球（4）外径相同，且深度只有球窝1/4大小的小球窝。

9.如权利要求1所述的辅助导管数控弯曲成型的内撑装置，其特征在于，

当弯曲管材时，通过活动球链体的连接，环形球面体（7）球头能够绕整体式球链体（8）和分体式球链体（6）的球链体自由转动，弯曲成形管材曲率。