一种航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒

1.本发明涉及管件弯曲成形领域，具体涉及一种航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒。


背景技术：

2.目前弯管技术在航空领域、汽车制造领域中运用十分广泛，提高弯管成形质量对于提高生产效率起着重要作用。但由于管材是空心结构,直接放置在弯管机中进行弯曲会造成管材的各种缺陷，包括：弯管起皱、塌陷、横截面畸变等。为了不影响弯管成形质量，通常会采用在管材中放置芯棒作为支撑物来避免上述缺陷。但是在生产过程中，对于不同直径的管材而言，往往就需要一系列不同直径的芯棒作为支撑件，这就会造成有大量的芯棒囤积。针对以上问题，就需要设计一种可以实现不同直径连续变化的支撑芯棒，来适应不同直径的管材。


技术实现要素：

3.针对背景中提出的问题，本文提出一种可以连续实现直径变化的芯棒，同时芯棒与可芯球链、芯球与芯球之间都是可以自由装配的，调节方便，可以降低生产成本。
4.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
5.一种航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒，该装置包括芯棒和可变径芯球链；其中可变径芯球链是由多个可变径芯球通过球铰配合而成；
6.所述芯棒包括芯棒上顶盖、芯棒主体、凸轮盘一、锁紧块一、凸轮盘二、调节手柄一；所述上顶盖固连在芯棒主体上；所述凸轮盘一、锁紧块一、凸轮盘二组装的芯棒锁紧机械机构位于所述上顶盖内；所述凸轮盘二固连在芯棒主体上；所述凸轮盘一和凸轮盘二上分别设置有多个槽口一和槽口二；所述锁紧块一上下表面分别设置导柱一和导柱二，通过所述导柱一与槽口一配合、导柱二和槽口二配合，实现锁紧块一的开合；所述调节手柄一装配在凸轮盘一上，用于调节锁紧块一的开合；
7.所述可变径芯球包括主体支撑部分、芯球直径调节部分、调节锁紧部分；所述可变径芯球的球体嵌入所述所述芯棒的芯棒锁紧机械机构中，并通过所述芯球直径调节部分实现变径，通过所述调节锁紧部分实现可变径芯球的球铰配合的锁紧。
8.进一步地，所述主体支撑部分包括上安装盖、中间腔体、圆弧支撑块、支撑杆、中段连接滑块、电机安装板；
9.所述上安装盖与中间腔体固连；所述圆弧支撑块为多个，均匀布置在所述中间腔体的周围；每个圆弧支撑块通过两个支撑杆与中段连接滑块固连；所述的电机安装板安装在中间腔体上。
10.进一步地，所述芯球直径调节部分包括螺纹传动轴、电机、小销齿轮、大销齿轮、联轴器、驱动轴、球轴承、轴承座；
11.所述螺纹传动轴与所述中间连接滑块的数量相等，两者通过螺纹配合连接；所述
螺纹传动轴的轴头与小销齿轮固连；所述电机安装在电机安装板上，并通过联轴器与驱动轴连接，所述驱动轴固连所述大销齿轮；所述球轴承通过过盈配合与轴承座连接；所述的轴承座固连在所述中间腔体上；所述螺纹传动轴通过所述球轴承支撑在所述中间腔体上；所述螺纹传动轴与中段连接滑块螺纹连接；
12.所述电机带动驱动轴转动，进而带动大销齿轮做旋转运动；所述大销齿轮通过齿轮配合将旋转运动传递给小销齿轮，所述小销齿轮通过带动传动轴做旋转运动，所述传动轴通过螺纹传动带动所述中段连接滑块滑动，进一步带动圆弧支撑块做径向的直线运动，实现变径。
13.进一步地，所述调节锁紧部分包括下安装盖、调节手柄二、凸轮盘三、锁紧块二、凸轮盘四、支撑柱二；
14.所述下安装盖固连在所述中间腔体上；所述凸轮盘四、锁紧块二、凸轮盘三组成的芯球锁紧机械机构位于所述下安装盖和中间腔体的安装槽二之间；所述凸轮盘四上开设多个槽口四，所述凸轮盘三开设多个槽口三，所述锁紧块二的上下表面分别设置导柱四和导柱三，通过导柱四与所述槽口四的配合、导柱三和槽口三的配合，实现锁紧块二的开合；所述调节手柄二装配在凸轮盘三上，用于调节所述锁紧块二的开合。
15.进一步地，所述圆弧支撑块为六个；所述中段连接滑块为六个，所述支撑杆为十二个。
16.本发明的有益效果如下：
17.(1)本发明采用螺纹传动轴作为变径机构，两个支撑块和圆弧支撑块作为支撑机构。但是螺纹传动轴和两个支撑杆在滑块上在空间上采用上下排列，可以实现螺纹传动轴的运动行程大，进而实现芯球的可变径范围大，可以做到1.3d以上的变径范围。
18.(2)本发明在芯球尾部以及芯棒的顶部设置有机械机构作为调节锁紧机构，尺寸小并且调节方便，只需要调节手柄就可以完成装卸，避免了传统生产中只能装配无法拆卸的问题，实现芯球链之间个数的柔性装配，可以满足长度不同的管材对于芯球数量的各种要求，提高了利用率。
19.(3)本发明使用电机作为动力驱动，螺纹传动轴作为主要的传动机构，可以利用电机控制和螺旋副之间的自锁，因此可以承受较大的载荷，来确保在弯管过程中支撑块不会因施压的外载荷导致在径向方向上的滑移，提高了精度。
附图说明
20.图1是航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒整体结构示意图；
21.图2是图1中可变径芯棒球整体的结构示意图；
22.图3是图1中芯轴结构示意图；
23.图4是图1中芯轴的爆炸视图以及部分零件局部放大图；
24.图5是图2中锁紧结构的运动示意图；
25.图6是图2中可变径芯球的结构示意图；
26.图7是图3中可变径芯球的部分结构示意图；
27.图8是图3中可变径芯球的结构示意图；
28.图9是图3中可变径芯球的结构部分示意图；
29.图10是图3中中间连接滑块35的零件示意图；
30.图11是图3中中间腔体32的零件示意图
31.图12是图3中变径范围示意图。
32.图中，芯棒1，可变径芯球2，主体支撑部分3，芯球直径调节部分4，调节锁紧部分5，芯棒上顶盖11、芯棒主体12、凸轮盘一13、锁紧块一14、下凸轮盘15、调节手柄一16，安装槽一121，螺纹孔一131，槽口一132，导柱一141，导柱二142，槽口二151，上安装盖31、中间腔体32、圆弧支撑块33、支撑杆34、中段连接滑块35、电机安装板36，通孔一321，安装槽二322，安装槽三323，螺纹通孔一351，螺纹传动轴41，电机42，小销齿轮43，大销齿轮44，联轴器45，驱动轴46，球轴承47，轴承座48，螺纹段一411，下安装盖51，调节手柄二52，凸轮盘三53，锁紧块二54，凸轮盘四55，螺纹孔二531，槽口三532，导柱三541，导柱四542，槽口四551。
具体实施方式
33.下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.如图1-12所示，本发明的一种航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒，包括芯棒1、可变径芯球链。其中可变径芯球链是由多个可变径芯球2通过球铰配合，可变径芯球2包括主体支撑部分3、芯球直径调节部分4组成、调节锁紧部分5。
35.如图4所示，芯棒1包括芯棒上顶盖11、芯棒主体12、凸轮盘一13、十个锁紧块一14、凸轮盘二15、调节手柄一16。其中，芯棒主体12设有安装槽一121；所述的凸轮盘一13设有螺纹孔一131和十个槽口一132；所述的锁紧块一14设有导柱一141，导柱二142；所述的凸轮盘二15设有槽口二151。
36.芯棒上顶盖11和芯棒主体12通过螺钉装配；凸轮盘一13、十个锁紧块一14、下凸轮盘15组装成锁紧机械机构下凸轮盘15是通过螺钉安装在芯棒主体12上。芯棒主体12上设有安装槽一121，凸轮盘二15通过螺钉安装在安装槽一121中；锁紧块一14包括导柱一141和导柱二142，在将凸轮盘二15安装好之后，将导柱二142安装在凸轮盘二15上设置的槽口二151中，依次安装好十个锁紧块一14；凸轮盘一13在十个锁紧块14安装好之后，将槽口一132对准十个导柱一141安装；凸轮盘一设有螺纹孔一131，将手柄一16旋紧在凸轮盘一13上。
37.整体的芯棒1上的调节锁紧运动如下：调节手柄一16跟随人手的转动，带动凸轮盘一13的转动，其上开有的槽口一132带动着导柱一141做旋转运动，而同时锁紧块14上设有的导柱二与凸轮盘二15上的槽口二151装配，限制导柱二只能沿着槽口二151做直线运动，当导柱二142运动到槽口二151的最远端时，十个锁紧块14呈完全打开的状态，如图5所示。整体锁紧块一14、凸轮盘二15以及芯棒主体12在锁紧位置处的中心区域被切除成球型，因此利用调节手柄一16调节上述的零件在空间中的位置就能实现空间上的球体型腔的开启和关闭。在十个锁紧块14完全打开的时候将下一个可变径芯球2的球头放进去，再调节手柄一16后，将机构锁紧，因此完成芯棒1和可变径芯球链的球铰配合。
38.如图6和图7所示，主体支撑部分3包括上安装盖31、中间腔体32、六个圆弧支撑块33、十二个支撑杆34、六个中段连接滑块35、电机安装板36。如图11所示，中间腔体32设有六个通孔一321，安装槽二322以及六个安装槽三323。中段连接滑块35设有螺纹通孔一351。上
安装盖31通过销钉与中间腔体32连接。一个圆弧支撑块33与两个支撑杆34通过螺纹连接；中段连接滑块35与两个支撑杆34通过螺纹连接；电机安装板36通过螺钉连接安装在中间腔体32上。
39.如图7和图9所示，芯球直径调节部分4包括六个螺纹传动轴41、电机42、六个小销齿轮43、大销齿轮44、联轴器45、驱动轴46、六个球轴承47、六个轴承座48。其中，螺纹传动轴41设有螺纹段一411。
40.如图7所示，电机42通过螺钉连接安装在电机安装板36上。如图9所示，联轴器45的两端分别与电机42和驱动轴46配合；驱动轴46与大销齿轮44通过平键连接；所述的大销齿轮44和小销齿轮43通过齿轮配合来传递运动；小销齿轮43和螺纹传动轴41通过平键连接；螺纹传动轴41的一段通过中间腔体32的通孔一321，并且设有螺纹段一411，中段连接滑块35设有螺纹通孔一351，两者通过螺纹连接，将中段连接滑块35安装在螺纹传动轴41上。中段连接滑块35通过两个支撑杆34与圆弧支撑块33固连，起到支撑弯管的作用。如图8所示，轴承座48通过螺钉安装中间腔体32的安装槽三323上；球轴承47安装在轴承座48上，这里的轴承的作用是支承转动轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。
41.如图9所示，芯球直径调节部分的工作原理如下：电机42启动后，将带动电机轴做旋转运动，与电机轴装配的联轴器45也一起旋转，并且与联轴器45装配的传动轴46和与传动轴46装配的大销齿轮44都将做旋转运动。大销齿轮44通过齿轮配合将旋转运动传递给了小销齿轮43，而又因为小销齿轮43通过平键连接带动螺纹传动轴41做旋转运动。中段连接滑块35和螺纹传动轴41通过螺纹连接，中段连接滑块35装配在螺纹传动轴41之上做直线运动，方向是在可变径芯球的径向方向上，通过支撑杆34作为连接件，将圆弧支撑块33连接在中段连接滑块35上，圆弧支撑块33也将在变径芯球上做径向的直线运动，因此可以实现变径支撑。
42.如图9所示，在空间布局上，螺纹传动轴41固定在中间连接滑块35的中间，而支撑杆34分布在中间连接滑块35的上下，同时在径向方向上，可变径芯球2在最小半径位置时中间连接滑块35是位于最靠近芯球圆心的位置，随着螺旋传动轴41的旋转，支撑杆34和圆弧支撑块33向远离圆心的方向运动，中间连接滑块35逐渐运动到螺旋传动轴41的最外处，从而完成变径的运动。如图12所示，在半径最小位置处，螺纹传动轴41的整体位置是位于支撑杆34下的，整个可变径芯球2的半径大小是主要是根据支撑杆34的长度所决定的；但是运动到半径最大处，整个可变径芯球2的半径大小确是支撑杆34的长度和螺纹传动轴41的螺纹长度一起决定的，在半径范围上可以实现更大的调节范围，由图看出半径从r变化到了1.31的r。在防止圆弧支撑块33由于外载荷作用下发生滑移，可以选择小尺寸并且带有电磁抱闸的电机，同时螺纹传动轴41加工出螺旋升角小于摩擦角的螺纹，能保证在弯管过程中不会由于外载荷使半径发生变化而使得弯管质量得不到保证。
43.调节锁紧部分5包括下安装盖51、调节手柄二52、凸轮盘三53、锁紧块二54，凸轮盘四55。凸轮盘三53设有螺纹孔二531和十个槽口三532；锁紧块二54设有导柱三541和导柱四542；凸轮盘四55设有十个槽口四551。下安装盖51和中间腔体32通过螺钉装配；中间腔体32上设有安装槽二322，凸轮盘四55通过螺钉安装在安装槽二322中；锁紧块二54包括导柱三541和导柱四542，在将凸轮盘四55安装好之后，将导柱四542安装在凸轮盘四55上设置的槽口四551中，依次安装好十个锁紧块二54。凸轮盘三53在十个锁紧块二54安装好之后，将槽
口三532对准十个导柱三541安装；凸轮盘三53设有螺纹孔二531，将调节手柄二52旋紧在凸轮盘三53上。同时凸轮盘三53设有三个销孔，作用是通过销钉连接将凸轮盘三53限制在锁紧时的固定位置，可以防止球铰配合中由于两者之间的相互运动导致的脱落现象。
44.以下为本发明的航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒的安装过程。
45.首先地，单独安装可变径芯球2。如图9所示，先把芯球直径调节部分4装配好。首先将电机42、联轴器45以及大销齿轮44安装在一起，再将中间连接滑块35和螺纹传动轴41通过螺纹装在一起；在中间腔体32的安装槽三323上分别装上轴承座48和球轴承47；将螺纹传动轴41的无螺纹段通过中间腔体32上的通孔一321与小销齿轮43装配，如此步骤重复六次，将六个方向都安装上，然后调节大销齿轮44和小销齿轮43，完成销齿轮之间的配合，最后将电机用螺钉安装在电机安装板36上。
46.然后进行安装主体支撑部分3。如图9所示，将两根支撑杆34安装在中间连接滑块35的两个螺纹孔中，再将圆弧支撑块35安装在两根支撑杆34的另外两端；再将上安装盖31通过销钉装配在中间腔体上。
47.然后进行调节锁紧部分5的安装。将凸轮盘四55用螺钉安装在中间腔体32的安装槽二322上，将十个锁紧块二54的导柱四542对齐安装在凸轮盘四55上相应的十个槽口四551上，再将凸轮盘三53上的十个槽口三532对齐安装在凸轮盘四55上相应的十个槽口三532上，然后把调节手柄二52锁紧在螺纹孔二531上，最后是用螺钉将下安装盖51安装在中间腔体32上，把调节锁紧部分5固定好。
48.以上为单个可变径芯球2的安装步骤，如此重复步骤，可以得到多个可变径芯球2，接着阐述可变径芯球链的安装过程。调节可变径芯球2的调节锁紧部分5中的调节手柄二52，将十个缩进块二54处于打开的状态，把另一个可变径芯球2的头部放在球槽中，然后调节手柄二52，将十个锁紧块二54收缩，最后使用销钉将下安装盖51和凸轮盘三53固定，防止在运动中发生脱落。多次重复步骤，按照自己的需求调整芯球个数，得到可变径芯球链。
49.再进行芯轴的安装，如图4所示。将凸轮盘二15用螺钉安装在芯棒主体12的安装槽一121上，将十个锁紧块一14的导柱二142对齐安装在凸轮盘二15上相应的十个槽口二151上，再将凸轮盘一13上的十个槽口一132对齐安装在凸轮盘二15上相应的十个槽口一132上，然后把调节手柄一16锁紧在螺纹孔一131上，最后是用螺钉将芯棒上顶盖11安装在芯棒主体12上。依据上述的步骤，可以将安装好的可变径芯球链安装在芯轴上，得到就是可变径芯棒。
50.以下为本发明的航天超薄壁管材弯曲成形用可变径芯棒的工作过程或工作原理。
51.使用时，通过控制伺服电机42得到自己想要的芯球半径，调节调节手柄一16，将可变径芯球2安装在芯棒1上，再用销钉将下安装盖51和凸轮盘三53一起连接，可以防止两个可变径芯球2之间的脱落。最后在根据自己想要的芯球个数，分别调节调节手柄二52，将可变径芯球2依次安装，构成可变径芯球链，最终得到的就是芯棒与可变径芯球链的整体，可以放置在航空管材中，实现弯管。
52.本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。