機(jī)上原位導(dǎo)管擴(kuò)口方法解析

孫同明 姚文琪 劉學(xué)文

（國營蕪湖機(jī)械廠，蕪湖 241007）

金屬導(dǎo)管是飛機(jī)重要的工作介質(zhì)傳送通道，一旦產(chǎn)生裂紋、斷裂等故障將導(dǎo)致系統(tǒng)迅速停止工作，從而影響裝備安全。喇叭口作為導(dǎo)管最常用的連接方式，有著結(jié)構(gòu)簡單、成型效率高、可靠性強(qiáng)、不影響介質(zhì)傳送效率等多重優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于民航和軍機(jī)的導(dǎo)管連接。通常裝備在地面維護(hù)過程中，使用3滾針的方式對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行擴(kuò)口更加方便快捷，且擴(kuò)口質(zhì)量穩(wěn)定可靠。若在戰(zhàn)場條件下快速對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行原位換段修復(fù)，則需要在機(jī)上進(jìn)行原位擴(kuò)口，而在這種情況下需要克服機(jī)上空間狹小、外場無設(shè)備動(dòng)力源、環(huán)境限制等諸多困難。

1 現(xiàn)狀分析

目前，機(jī)上擴(kuò)口常用的方式有沖擊擴(kuò)口法、手工旋壓式擴(kuò)口和手動(dòng)偏心擴(kuò)口等，各種擴(kuò)口方法的現(xiàn)狀分析如下所示。

1.1 沖擊擴(kuò)口法

沖擊擴(kuò)口法是利用手工擴(kuò)口工具進(jìn)行擴(kuò)口[1]的方法，沖擊擴(kuò)口法示意圖如圖1所示，擴(kuò)口工具由30°錐頭、74°錐頭、擴(kuò)口夾板和榔頭等組成。該方式適用于直徑小于20 mm，壁厚小于1 mm的管材，其擴(kuò)口工具簡單，制造成本低。擴(kuò)口時(shí)，要將導(dǎo)管夾持固定在夾板上，先使用30°錐頭將導(dǎo)管端面沿周向敲擊，使導(dǎo)管端頭產(chǎn)生塑性形變，最后利用74°錐頭沿向下的垂直方向?qū)瓤诮嵌冗M(jìn)行固定。使用這種方法擴(kuò)口成型后的喇叭口質(zhì)量不穩(wěn)定，喇叭口表面光潔度不可控，操作過程中容易受到作業(yè)空間限制，且生產(chǎn)率較低。

圖1 沖擊擴(kuò)口法示意圖

1.2 手工旋壓式擴(kuò)口

空軍工程大學(xué)馬京利[2]高工在《一種便捷式導(dǎo)管喇叭口擴(kuò)口器的應(yīng)用》一文中詳細(xì)描述了手工旋壓式擴(kuò)口工藝方法及其使用工裝的設(shè)計(jì)思路、工作原理等，并通過實(shí)際運(yùn)用對(duì)手工旋壓式擴(kuò)口方法進(jìn)行了非常詳盡地描述。旋壓式便攜擴(kuò)口工裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，這種便攜式擴(kuò)口方法要將導(dǎo)管固定于擴(kuò)口器上，在轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給螺柱的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)中心旋轉(zhuǎn)體，使導(dǎo)管在錐形體下壓和旋轉(zhuǎn)的作業(yè)力作用下，擴(kuò)張成喇叭口形狀，其角度與錐形體的角度一致。

圖2 旋壓式便攜擴(kuò)口工裝結(jié)構(gòu)

1.3 手動(dòng)偏心式擴(kuò)口

手動(dòng)偏心式擴(kuò)口與手工旋壓式擴(kuò)口結(jié)構(gòu)基本相似，所不同的是：第一，在龍門架上增加了鎖緊裝置，并應(yīng)用了一體式夾板，這樣可以保證導(dǎo)管夾持后具有足夠的預(yù)緊力，使導(dǎo)管受力后不會(huì)后退；第二，其中心旋轉(zhuǎn)體呈偏心式進(jìn)給，一方面能夠減少擴(kuò)口頭錐面磨損導(dǎo)致的角度變化，另一方面偏心軸在進(jìn)給過程中使導(dǎo)管端面提前產(chǎn)生形變，能夠降低給進(jìn)力，防止導(dǎo)管后退。其基本構(gòu)造如圖3所示，各部件功能如下。第一，龍門架：主要用來支撐和安裝偏心套筒。第二，擴(kuò)口錐頭：在旋轉(zhuǎn)和壓力下，使導(dǎo)管端面形成喇叭口，并保證其角度和光潔度符合要求。第三，偏心套筒：用來安裝擴(kuò)口錐頭，提供偏心角度。第四，夾持螺柱：用來緊固夾板，防止夾板夾持力不足。第五，進(jìn)給螺柱：通過進(jìn)給，為擴(kuò)口工作提供下壓力。第六，旋轉(zhuǎn)四方：旋轉(zhuǎn)四方可以使擴(kuò)口錐頭與導(dǎo)管喇叭口充分接觸，確保喇叭口角度和光潔度。第七，夾板：擴(kuò)口時(shí)固定導(dǎo)管，防止導(dǎo)管后退。

圖3 手動(dòng)偏心式擴(kuò)口器

手動(dòng)偏心式擴(kuò)口器的工作原理及基本操作方法是：首先，將導(dǎo)管固定于夾板上，保持導(dǎo)管端頭高于夾板2～3 mm；其次，將夾持螺栓固定并鎖緊，然后轉(zhuǎn)動(dòng)給進(jìn)螺栓，在進(jìn)給的壓力作用下，使導(dǎo)管端面向四周擴(kuò)展，形成喇叭口；最后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)四方使擴(kuò)口錐頭與喇叭口面相接觸，以形成符合要求的喇叭口。

手動(dòng)偏心式擴(kuò)口器具備多種優(yōu)點(diǎn)：第一，與手工旋壓式擴(kuò)口對(duì)比，偏心式設(shè)計(jì)將擴(kuò)口過程中產(chǎn)生的壓力分解成了向下的壓力和向四周的擴(kuò)張力，能夠使操作更加便捷、省力；第二，夾板能夠根據(jù)導(dǎo)管管徑進(jìn)行配置，同時(shí)根據(jù)管材的設(shè)計(jì)公差提供了不同的外徑尺寸，以防止導(dǎo)管在夾持過程中被夾傷或造成夾痕，而且在龍門架上設(shè)計(jì)了夾持螺柱，夾板固定更加穩(wěn)固可靠；第三，旋轉(zhuǎn)四方可配套棘輪扳手操作使用，解決了機(jī)上空間狹小、不易施展作業(yè)的問題。

2 試驗(yàn)與分析

由《導(dǎo)管擴(kuò)口》（HB 4-52-2002）[3]可知，導(dǎo)管喇叭口在加工成型后需要保證其密封性和連接強(qiáng)度，通常情況下需要滿足以下3個(gè)指標(biāo)：第一，確保喇叭口角度為74°；第二，喇叭口表面粗糙度不低于Ra 0.8 μm；第三，喇叭口高于平管嘴不低于0.4 mm；第四，擴(kuò)口邊緣的壁厚不應(yīng)小于導(dǎo)管公稱壁厚的70%。

基于此，選取飛機(jī)最常用的牌號(hào)為1Cr18Ni10Ti的不銹鋼管材，管材外徑為8 mm，壁厚為0.8 mm。分別采用上述3種方法進(jìn)行擴(kuò)口，并分別對(duì)導(dǎo)管喇叭口擴(kuò)口質(zhì)量的3個(gè)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測量，分析導(dǎo)管喇叭口成型質(zhì)量[4-5]。

2.1 喇叭口角度

采用三座標(biāo)測量儀分別檢測3組試驗(yàn)件導(dǎo)管喇叭口的角度，測量結(jié)果見表1。

通過分析表1中的3組試驗(yàn)件的測量結(jié)果可知，3種擴(kuò)口方法均能夠滿足導(dǎo)管喇叭口擴(kuò)口的角度要求。

表1 喇叭口角度測量結(jié)果

2.2 喇叭口表面粗糙度

該試驗(yàn)測量采用了便攜式粗糙度儀接觸式測量喇叭口粗糙度，測量結(jié)果見表2。

通過分析表2中的3組試驗(yàn)件的測量結(jié)果，手動(dòng)偏心式擴(kuò)口方法的喇叭口表面粗糙度更優(yōu)。

表2 喇叭口表面粗糙度測量結(jié)果

2.3 喇叭口高于平管嘴高度

該試驗(yàn)測量采用游標(biāo)卡尺測量喇叭口邊緣到平管嘴端面的距離，測量結(jié)果見表3。

表3 喇叭口高于平管嘴高度測量結(jié)果

試驗(yàn)過程中，采用沖擊擴(kuò)口法和手工旋壓式擴(kuò)口法擴(kuò)口時(shí)，均因?qū)?dǎo)管的夾持力不足，導(dǎo)致導(dǎo)管在擴(kuò)口時(shí)出現(xiàn)了后退現(xiàn)象，最終導(dǎo)致喇叭口成型高度小于0.4 mm。

2.4 擴(kuò)口邊緣的壁厚

采用游標(biāo)卡尺測量3組試驗(yàn)件喇叭口邊緣1 mm處的厚度，測量結(jié)果見表4。

通過分析表4中的3組試驗(yàn)件的測量結(jié)果，沖擊擴(kuò)口法在操作過程中因一次敲擊使喇叭口接觸面受力不均勻，導(dǎo)致管材壁厚產(chǎn)生了變化不均勻的現(xiàn)象。其余兩種方法在喇叭口成型過程中受力均勻，壁厚控制較好。

表4 擴(kuò)口邊緣的壁厚測量結(jié)果

3 結(jié)語

通過分析上述3種機(jī)上導(dǎo)管擴(kuò)口工藝方法，并選取樣件對(duì)3個(gè)重點(diǎn)質(zhì)量控制參數(shù)驗(yàn)證情況進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，手動(dòng)旋壓式擴(kuò)口和手動(dòng)偏心擴(kuò)口成型的喇叭口基本都能滿足相關(guān)技術(shù)要求，但在實(shí)際操作方面，手動(dòng)偏心擴(kuò)口操作相對(duì)輕松，導(dǎo)管夾持相對(duì)更加穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)導(dǎo)管根部造成壓傷和壓痕，能夠有效保證導(dǎo)管直線段區(qū)域表面質(zhì)量。