自吸式胀形器、管材内部自动成形及自定位的滚压装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管材连接技术领域，特别是一种用于钛合金导管无扩口内径滚压连接的自吸式胀形器，还一种含有该自吸式胀形器的管材内部自动成形及自定位的滚压装置。
【背景技术】
[0002]钛合金导管无扩口内径滚压连接技术主要用于飞机发动机的液压管路系统，承受较高的压力和复杂振动环境。与传统连接方式相比，具有:高密封性、自锁抗振性、重量轻、适用薄壁高强度及钛合金管材、寿命高等特点。该技术在欧美等国家发展已非常成熟，专用设备已实现计算机自动化，在航空航天领域广泛应用。俄罗斯也发展较快，在多种型号上得到应用。
[0003]国内起步较晚，起初主要是引进并消化吸收国外工艺，近几年，随着飞机发动机液压管路系统性能的不断提高，对管路连接技术提出更高的要求，传统的扩口连接和挤压式无扩口连接已不满足要求，新型飞机上明确提出采用钛合金导管无扩口内径滚压连接件，发动机上也有强烈需求，各主机厂和研宄所对钛合金导管无扩口内径滚压连接技术进行深入研宄，取得飞快进展。
[0004]现有的钛合金导管无扩口内径滚压连接技术，如图1所示，胀形器是钛合金导管内径滚压连接的成形工装，主要部件包括芯轴7、滚柱2和保持架I。成形时，胀形器的芯轴7在电机驱动下边转动边轴向推进，在摩擦力作用下滚柱2自转并随芯轴7公转，同时径向进给，挤压导管22材料嵌入管套21的凹槽，从而使导管22与管套21紧密连接在一起。
[0005]但随着导管材料强度、硬度不断提高，胀形器在使用过程出现诸多问题。如成形过程中，芯轴被电机驱动轴向推进，芯轴受径向挤压力和与滚柱之间的滑动与滚动混合摩擦力作用，随着管材强度、硬度的提高，芯轴受力越来越大，出现频繁断裂和表层脱皮等现象，严重影响连接效果和工艺稳定性。
【发明内容】
[0006]为了解决现有芯轴使用寿命短的问题。本发明提供了一种自吸式胀形器、管材内部自动成形及自定位的滚压装置，自吸式胀形器通过优化胀形器结构，改善芯轴受力状况，提高了胀形器使用寿命，节约制造成本，有利于工艺稳定性；管材内部自动成形及自定位的滚压装置实现了胀形器与工装夹具轴向自动定位功能，降低了工装夹具本身定位精度要求，减小了工装夹具加工难度，从而降低加工成本，同时保证连接件成形精度。
[0007]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种自吸式胀形器，包括保持架、芯轴和多个滚柱，芯轴的一端设有圆锥段，保持架套设于芯轴外，沿芯轴的周向，多个滚柱均匀的分布在保持架与芯轴的圆锥段之间，当芯轴的圆锥段挤压滚柱时，滚柱对芯轴的摩擦力的轴向分力大于滚柱对芯轴的挤压力的轴向分力。
[0008]即滚柱2的轴线与芯轴7的轴线之间的夹角为α，圆锥段71的圆锥角的一半为β，滚柱2对芯轴7的摩擦力为F，滚柱2对芯轴7的挤压力为N，FX sin a > NX sin β。
[0009]一种管材内部自动成形及自定位的滚压装置，含有上述的自吸式胀形器，保持架外固定有筒形的座体，当芯轴转动时，座体保持静止状态，保持架随芯轴一同转动。
[0010]保持架外固定套设有保持架固定座，保持架固定座与座体之间设有推力球轴承，该推力球轴承套设在保持架外。
[0011]保持架与该推力球轴承间隙配合，保持架与保持架固定座间隙配合，该推力球轴承与座体间隙配合，保持架固定座与座体间隙配合。
[0012]保持架含有依次连接的大径段和小径段，小径段套设于芯轴的圆锥段外，该推力球轴承和保持架固定座套设在大径段外。
[0013]该管材内部自动成形及自定位的滚压装置还含有用于驱动芯轴转动的驱动机构。
[0014]座体的左侧设有用于夹持固定管套的内夹具，内夹具外设有用于夹持固定内夹具的外夹具。
[0015]内夹具为圆环形，内夹具的外壁设有周向凸缘，内夹具的内壁设有用于阻止管套和导管轴向移动的多个卡槽。
[0016]内夹具设置在外夹具的右侧，内夹具与外夹具在芯轴的轴线方向上间隙配合，内夹具与座体抵接。
[0017]内夹具为整体式结构，外夹具分半式结构。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、本发明通过改善胀形器结构，优化了滚压连接工艺过程，提高了生产效率；
[0020]2、该自吸式胀形器自动进给，受力状态改善，芯轴磨损小，寿命提高；对设备成形能力要求降低；
[0021 ] 3、该管材内部自动成形及自定位的滚压装置可实现轴向自定位、自动对心，提高连接件成形精度，同时也降低了工装夹具的加工成本。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明所述的自吸式胀形器和管材内部自动成形及自定位的滚压装置作进一步详细的描述。
[0023]图1是现有胀形器的结构示意图。
[0024]图2是管材内部自动成形及自定位的滚压装置的结构示意图。
[0025]图3是保持架内的滚柱凹槽的示意图。
[0026]图4是芯轴所受挤压力的示意图。
[0027]图5是芯轴所受摩擦力的示意图。
[0028]图6是内夹具和外夹具的结构及受力分析示意图。
[0029]图7是内夹具结构示意图。
[0030]其中
[0031]1.保持架，11.滚柱凹槽，12.大径段，13.小径段，2.滚柱，3.座体，4.轴承挡圈；5.保持架固定座，6.保持架挡圈，7.芯轴，71.圆锥段，8.外夹具，9.内夹具；
[0032]21.管套，22.导管;
[0033]91.第一^Nf，92.第一^Nf，93.第一^Nf。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明所述的自吸式胀形器作进一步详细的说明。一种自吸式胀形器，所述自吸式胀形器包括保持架1、芯轴7和多个滚柱2，芯轴7的一端设有圆锥段71，保持架I套设于芯轴7外，沿芯轴7的周向，多个滚柱2均匀的分布在保持架I与芯轴7的圆锥段71之间，当芯轴7的圆锥段71挤压滚柱2时，滚柱2对芯轴7的摩擦力的轴向分力大于滚柱2对芯轴7的挤压力的轴向分力，如图2至图5所示。
[0035]保持架I内设有用于安装固定滚柱2的滚柱凹槽11，如图3所示。现有技术中，滚柱2为圆锥形，滚柱2的圆锥面与芯轴7的圆锥段71配合，滚柱2的轴线与芯轴7的轴线位于同一平面内，滚柱2与芯轴7线接触。而本发明是滚柱2为圆锥形，滚柱2的圆锥面与芯轴7的圆锥段71配合，滚柱2的轴线与芯轴7的轴线不在同一平面内，，滚柱2与芯轴7点接触，滚柱2的轴线与芯轴7的轴线之间存在设定的夹角。
[0036]滚柱2的轴线与芯轴7的轴线之间的夹角为α，即滚柱凹槽11的中心线与保持架I的中心线之间的夹角为α，圆锥段71的圆锥角的一半为β，如图4和图5所示。成形过程中，初始时滚柱2、导管22的内壁以及芯轴7产生初始紧密接触，各组件间会有接触力，此时该芯轴7旋转，由于紧密接触力的作用，滚柱2与芯轴7之间产生切向摩擦力，滚柱2对芯轴7的该摩擦力为F，滚柱2对芯轴7的挤压力为N。N在水平方向和径向产生一个分力，分别为NI和Ν2，F在水平方向和切向产生一个分力，分别为Fl和F2，如图4和图5所示，其中:
[0037]NI = Nsin β ；N2 = Ncos β
[0038]Fl = Fsin a ；F2 = Fcos α
[0039]所以芯轴7在水平方向(芯轴7的轴向)总的受力为: