CN104289570A - 一种弯管用弹性芯棒 - Google Patents

Abstract

一种弯管用弹性芯棒,包括用于支撑直管段的芯轴和用于支撑弯管段的数个芯球，芯轴和芯球通过弹性体连接，弹性体的固定端固定在芯轴内，弹性体的自由端依次贯穿芯球并在端头处设有用于限制芯球位移的夹紧定位块；定义芯球两个端面间的距离为芯球的厚度，芯球的厚度不一致。本发明借鉴虾蛄身体结构特点，设计球形芯球并通过弹性体连接，可在薄壁管件、小弯曲半径的弯曲成型时对管件壁面实现更加稳定的支撑、且与管件的摩擦力更小，弯管件质量更好。

Description

一种弯管用弹性芯棒

技术领域

本发明及一种弯管用弹性芯棒。

背景技术

薄壁不锈钢弯管作为一种关键的轻量化构件，具有质量轻、强度高、节能环保、易于数字化等优点，在航空、航天及其他高技术领域中得到了广泛的应用。如直升机环控系统用薄壁不锈钢导管，选用径厚比D/t>80的管件、相对弯曲半径R/D<2的弯管。而大径厚比、薄壁、小弯曲半径的不锈钢管件，在弯曲成型时，形变强化明显，因外侧受拉、壁厚减薄而更容易拉裂；小弯曲半径，材料变形大，更容易拉裂；管件直径大、周向抵抗拉伸能力弱而更容易塌陷；薄壁管，稳定极限低，更容易失稳起皱，则更容易出现减薄、起皱、塌陷、截面畸变等问题，成型难度非常大。

由于大径厚比、薄壁、小弯曲半径不锈钢管件的成型难度非常大，因此，在弯曲成型时，必须采用软式芯棒进行内部支撑。最典型的软式芯棒为球窝节芯棒。如中国专利号ZL200620105201.9公开了一种用于弯管机的多节活芯，包括活芯体和若干节万向球头链，相邻2节万向球头链通过球形槽和球头配合相联接。中国专利号ZL201320037937.7公开了一种弯管用芯棒，包括芯棒本体和芯棒头部，还包括首尾相连且直径与芯棒本体的截面直径相同的多个弯管珠，弯管珠一端设有与插装孔配合的插装球，另一端具有球形的插装孔。中国专利申请号200710018458.X公开了一种柔性弯管芯模，包括芯头体、联接轴、窝球节、定位键、芯头套和弹性卡环，多个窝球节通过球体和球窝之间的嵌套配合相链接。中国专利号ZL200820227733.9公开了柔性管端模具，主要包括直芯头、弯曲模、夹紧钳口，直芯头的后面至少联接有一个万向球芯头，球芯头的上部为球型联接头，下部端面中间向内设置与其上部球型联接头相适应的凹槽。中国专利号ZL201320038126.9公开了球窝节结构的软式弯管模具，由芯头体、内球节、内外球节、外球及外球节组成，内外球节前端为球形凸起，后端为球形窝槽。上述公开的球窝节芯棒，其球体和球形槽的连接处成为一个薄弱部位。弯曲成型后的抽芯过程中，由于芯棒和管件之间的摩擦力非常大，球体和球形槽的连接处受到很大的力，很有可能被拉断。

虾蛄属于节肢动物门，甲壳动物亚门。其腹节外表面有一层具有一定硬度的、球形的体壁，起到支撑和保护的作用；内部含有强健、发达的横纹肌肉，能够迅速收缩、柔软弯曲，且能够弯曲成很小的弯曲半径；相邻腹节之间的关节膜上角质层较薄，易于屈折活动。

发明内容

为了克服现有的弯管用芯棒存在易拉断的缺点，本发明提供一种弯曲自如、可弯制小弯曲半径的弯管成型质量好的弯管用弹性芯棒。

本发明采用的技术方案是：

一种弯管用弹性芯棒，包括用于支撑直管段的芯轴和用于支撑弯管段的数个芯球，所述的芯轴和芯球通过弹性体连接，所述弹性体的固定端固定在芯轴内，所述弹性体的自由端依次贯穿芯球并在端头处设有用于限制芯球位移的夹紧定位块；定义芯球两个端面间的距离为芯球的厚度，所述芯球的厚度不一致。

优选的，以靠近所述芯轴为前端，远离所述芯轴为末端，前端芯球的厚度比末端芯球的厚度要短。

优选的，以靠近所述芯轴为前端，远离所述芯轴为末端，从前端到末端，所述芯球的厚度依次增大。

优选的，所述芯球形如碗状，芯球的底面为平面且开有与弹性体间隙配合的通孔，外底面上围绕所述通孔设有一圈内凹弧面，芯球内弧面与内底面构成球窝，芯球外弧面与外底面构成球头，相邻芯球通过球头和球窝嵌套配合。

优选的，所述芯轴的端面内凹形成芯轴球窝，所述芯轴球窝与前端芯球嵌套配合。

优选的，前端所述芯球的内弧面和芯轴的端面抵触。

优选的，所述的弹性体是金属材料制成的丝绳。

优选的，所述的弹性体是内部沿轴向设有细钢丝的橡胶棒。

优选的，所述的夹紧定位块为夹紧在弹性体上的开口圆环形。

优选的，所述弹性体的固定端上设有夹紧块，所述夹紧块与设置在芯轴上的限位块螺纹连接。

本发明的有益效果体现在：

1)借鉴虾蛄球形体壁和相邻腹节之间的关节膜上角质层较薄，易于屈折活动，又能迅速收缩、柔软弯曲的特点，设计球形芯球，相邻芯球相连处厚度较薄，容易重叠弯曲；借鉴虾蛄内部强健发达的横纹肌肉，能够迅速且柔软的弯曲和展开的特点，设计具有一定的弯曲刚度和足够的抗拉强度弹性体，弹性体易于弯曲和展开。以上结构设计使得本发明弯曲自如，且能实现小弯曲半径的弯曲。

2)相邻芯球通过弹性体连接，克服了芯球通过铰接等方式连接时导致的抽芯过程中连接部位易被拉断的缺点。

3)芯球采用非等厚设计，在管件变形较大区域通过减小芯球厚度增大支撑点，在管件变形较小区域通过增大芯球厚度减小芯球和管件间的摩擦力，使管件得到有效和合理的支撑，提高了管件成型质量。

附图说明

图1是本发明管件未弯曲时的剖视图

图2是本发明的芯球的结构示意图

图3是本发明的芯球球头面向芯轴依次排列的结构示意图

图4是本发明的芯球球窝面向芯轴依次排列的结构示意图

图5是本发明芯球厚度部分不相等时的结构示意图

图6是本发明芯球厚度依次增大时的结构示意图

图7是本发明夹紧定位块的结构示意图

具体实施方式

参照附图1-6，一种弯管用弹性芯棒,包括用于支撑直管段的芯轴1和用于支撑弯管段的数个芯球3，所述的芯轴1和芯球3通过弹性体2连接，所述弹性体2的固定端固定在芯轴1内，所述弹性体2的自由端依次贯穿芯球3并在端头处设有用于限制芯球3位移的夹紧定位块21；定义芯球3两个端面间的距离为芯球3的厚度，所述芯球3的厚度不一致。

优选的，以靠近所述芯轴1为前端，远离所述芯轴1为末端，前端芯球3的厚度比末端芯球3的厚度要短。

优选的，以靠近所述芯轴1为前端，远离所述芯轴1为末端，从前端到末端，所述芯球3的厚度依次增大。

优选的，所述芯球3形如碗状，芯球3的底面33为平面且开有与弹性体2间隙配合的通孔331，外底面332上围绕所述通孔331设有一圈内凹弧面3311，芯球3内弧面311与内底面333构成球窝31，芯球3外弧面322与外底面332构成球头32，相邻芯球3通过球头32和球窝31嵌套配合。

优选的，所述芯轴1的端面内凹形成芯轴球窝，所述芯轴球窝与前端芯球3嵌套配合。

优选的，前端所述芯球3的内弧面311和芯轴1的端面抵触。

优选的，所述的弹性体2是金属材料制成的丝绳。

优选的，所述的弹性体2是内部沿轴向设有细钢丝的橡胶棒。

优选的，所述的夹紧定位块21为夹紧在弹性体2上的开口圆环形。

优选的，所述弹性体2的固定端上设有夹紧块22，所述夹紧块22与设置在芯轴1上的限位块4螺纹连接。

本发明的设计原理为：借鉴虾蛄的球形体壁和相邻腹节之间的关节膜上角质层较薄具有易于弯曲的特点，设计球形芯球3来支撑弯管段内壁，相邻芯球3衔接处厚度较薄，部分重叠，容易弯曲，能实现较大程度的弯折，适宜于管件小弯曲半径时使用；借鉴虾蛄内部横纹肌肉能够迅速柔软的弯曲和展开的特点，设计具有一定的弯曲刚度和足够的抗拉强度的弹性体2，弹性体2易于弯曲和展开，芯球3通过弹性体2连接，使得弹性体2弯曲时，弯管段能得到更好的支撑，同时也避免了相邻芯球3使用铰接等方式连接时而导致的抽芯时连接部位易被拉断的问题，使得本发明弯曲自如，且能实现小弯曲半径的弯曲、且结构稳定。

本发明芯球3的厚度之所以不一致，是因为当芯球3的厚度增加时，芯球3的个数减小，则对管件的支撑力也减小；反之，减小芯球3的厚度能增大对管件的支撑力。以90°弯曲的弯管段为例，在弯曲角度0°-30°左右处，管件外侧产生的应力最大，变形也最大，属于不稳定区域，很容易塌陷，因此需要足够的支撑。而弯曲角度超过30°以后，管件产生的应力相对较小，变形也相对较小，属于相对稳定区域，因此只需适当的支撑作用即可。此外，芯球3对管件的支撑作用，存在摩擦力，过多的支撑，会影响管件的壁厚减薄率，甚至使管件外侧拉裂。所以本发明根据实际需要，在弯曲角度不超过30°处，减小芯球3的厚度，即增加芯球3的个数，使该段管件得到有效支撑，而在弯曲角度30°以后处，增大芯球3的厚度，即减少芯球3的个数，控制支撑力，使该段管件得到合理的支撑，同时能够减小芯球3和管件间的摩擦力，提高管件成型质量。

本发明芯球3的采用非等厚设计的两个实施例如附图5和附图6所示。

附图5所示的芯球3，从前端到末端，芯球3的厚度依次为w₁、w₂、w₃、w₄、w₅，且w₁＝w₂＝w₃>w₄＝w₅；则从前端到末端，相邻芯球3的间距：p₁＝p₂>p₃＝p₄。附图6中所示的芯球3，从前端到末端，芯球3的厚度依次为w₁、w₂、w₃、w₄、w₅，且w₁>w₂>w₃>w₄>w₅，则从前端到末端，相邻芯球3的间距：p₁>p₂>p₃>p₄。附图5和附图6所示的两种非等厚设计都能在一定情况下对管件起到更好的支撑效果。

芯球3的个数、厚度以及芯球3内弧面311和芯球3外弧面322的半径等参数，需要根据管件的外径、壁厚、弯曲半径和弯曲角度决定，但要确保芯球3对管件的有效支撑角度为弯曲角度的1/2～2/3之间。各芯球3的厚度可以通过调整芯球3内弧面311和外弧面322的半径来得到。

相邻芯球3通过前一芯球3的球窝31来限制后一芯球3的球头32的旋转角度，从而通过调整芯球3内弧面311和芯球3外弧面322的半径，即可调节芯棒的弯曲范围。

所述芯球3与弹性体2间隙配合，芯球3与弹性体2之间留有一定的间隙，给弹性体2留有一定的变形空间，避免芯球3与弹性体2之间因相互作用力太大而导致弹性体2弯裂，有利于实现小弯曲半径的弯曲，由于实际弯曲时，通孔331外端处弹性体2的变形最大，所以在外底面332上围绕所述通孔331抠出一圈内凹弧面3311，进一步留足空隙，避免弹性体2的弯裂。

所述的弹性体2，可以是由具有一定弯曲能力和足够抗拉强度的金属或非金属材料制作，如果是非金属材料制作，如橡胶棒，其内部需按一定规律设置若干细钢丝，使弹性体2具有足够的抗拉强度。所述弹性体2的固定端上设有夹紧块22，所述夹紧块22与设置在芯轴1上的限位块4螺纹连接。通过夹紧块22与限位块4将弹性体2固定在芯轴1上。

如附图3和附图4所示的，芯球3既可以其球头32面向芯轴1依次排列，也可以其球窝31面向芯轴1依次排列。球头32面向芯轴1依次排列时，所述芯轴1的端面设有与前端的芯球3配合的芯轴球窝；球窝31面向芯轴1依次排列时，芯球3的内弧面311和芯轴1的端面抵触。

所述的夹紧定位块21为开口圆环形，通过外力夹紧在弹性体2上，使夹紧定位块21和弹性体2没有相对滑移。

使用前对芯轴1和芯球3表面做润滑处理，以减小与管件的摩擦。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种弯管用弹性芯棒,包括用于支撑直管段的芯轴和用于支撑弯管段的数个芯球，其特征在于：所述的芯轴和芯球通过弹性体连接，所述弹性体的固定端固定在芯轴内，所述弹性体的自由端依次贯穿芯球并在端头处设有用于限制芯球位移的夹紧定位块；定义芯球两个端面间的距离为芯球的厚度，所述芯球的厚度不一致。

2.如权利要求1所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：以靠近所述芯轴为前端，远离所述芯轴为末端，前端芯球的厚度比末端芯球的厚度要短。

3.如权利要求1所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：以靠近所述芯轴为前端，远离所述芯轴为末端，从前端到末端，所述芯球的厚度依次增大。

4.如权利要求2或3所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述芯球形如碗状，芯球的底面为平面且开有与弹性体间隙配合的通孔，外底面上围绕所述通孔设有一圈内凹弧面，芯球内弧面与内底面构成球窝，芯球外弧面与外底面构成球头，相邻芯球通过球头和球窝嵌套配合。

5.如权利要求4所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述芯轴的端面内凹形成芯轴球窝，所述芯轴球窝与前端芯球嵌套配合。

6.如权利要求4所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：前端所述芯球的内弧面和芯轴的端面抵触。

7.如权利要求5或6所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述的弹性体是金属材料制成的丝绳。

8.如权利要求5或6所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述的弹性体是内部沿轴向设有细钢丝的橡胶棒。

9.如权利要求7或8所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述的夹紧定位块为夹紧在弹性体上的开口圆环形。

10.如权利要求9所述的一种弯管用弹性芯棒，其特征在于：所述弹性体的固定端上设有夹紧块，所述夹紧块与设置在芯轴上的限位块螺纹连接。