專利名稱：基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于金屬擴徑的裝置及方法。
背景技術(shù)：
形狀記憶合金(SMA)是上世紀60年代初發(fā)展起來的一種新型功能材料，已經(jīng)在航空、航天和醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這種材料具有形狀記憶效應(yīng)，即在某一低溫狀態(tài)下塑性變形后，再將其加熱到某一溫度，材料又會恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。形狀記憶合金管接頭就是利用該合金的形狀記憶效應(yīng)，先將內(nèi)徑尺寸略小于待連接管外徑的管接頭在低溫下進行擴徑變形，使其內(nèi)徑大于與之連接的管的外徑，這樣兩個零件在這種低溫狀態(tài)下就很容易裝配到一起，然后再將裝配好的接頭整體加熱到某一溫度，使形狀記憶合金管接頭的內(nèi)徑尺寸恢復(fù)到變形前的尺寸，通過約束力從而使兩個零件緊密地連接到一起。管接頭是形狀記憶合金最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域之一，尤其是在航空液壓管路系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。形狀記憶合金制造的各類管接頭具有可靠性高、不易發(fā)生滲漏、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便和節(jié)省裝配空間等優(yōu)點。據(jù)報道，已有150萬個形狀記憶合金管接頭應(yīng)用于美國各型飛機的油壓管道中，沒有出現(xiàn)一起漏油事故。美國已規(guī)定所有新型飛機液壓管路中都必須使用形狀記憶合
^^ ο但目前形狀記憶合金管接頭的擴徑都是采用剛性的錐形沖頭從管內(nèi)穿過來實現(xiàn)擴徑的，由于錐形沖頭穿過管內(nèi)時與管的內(nèi)壁始終是局部接觸的，使得管在擴徑過程中并不是發(fā)生整體變形，因而這種工藝生產(chǎn)出來的管接頭內(nèi)部會存在很大的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力不但會影響管接頭的尺寸精度，甚至還可能會在裝配后的形狀恢復(fù)過程中繼續(xù)存在，這會使管接頭的抗應(yīng)力腐蝕性能下降，從而降低其疲勞壽命。另外，在用錐形沖頭對形狀記憶管接頭進行機械擴徑時，容易造成管接頭內(nèi)表面的局部塑性變形或劃傷，從而會影響形狀記憶合金管接頭的形狀記憶效應(yīng)和緊固力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能在普通壓力機上使用，且能夠高效率地成形出變形均勻、殘余應(yīng)力小和尺寸精度高的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置及方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是包括墊板、固定板、上壓頭、下壓頭、彈簧、彈性棒、彈性環(huán)、沖頭，上壓頭安裝在下壓頭上，彈性棒一端安裝在下壓頭里，彈性棒另一端安裝在上壓頭里，彈性環(huán)套在彈性棒上，固定板和墊板相連，上壓頭通過螺栓連接固定板和墊板，螺栓上安裝彈簧，彈簧的一端連接固定板，彈簧的另一端連接下壓頭，沖頭的一端安裝在固定板里，沖頭的另一端安裝在下壓頭里并與彈性棒相連。本發(fā)明基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑方法，其特征是(1)采用基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置進行擴徑，所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置包括墊板、固定板、上壓頭、下壓頭、彈簧、彈性棒、彈性環(huán)、沖頭，上壓頭安裝在下壓頭上，彈性棒一端安裝在下壓頭里，彈性棒另一端安裝在上壓頭里，彈性環(huán)套在彈性棒上，固定板和墊板相連，上壓頭通過螺栓連接固定板和墊板， 螺栓上安裝彈簧，彈簧的一端連接固定板，彈簧的另一端連接下壓頭，沖頭的一端安裝在固定板里，沖頭的另一端安裝在下壓頭里并與彈性棒相連；首先將基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置放在壓力機的工作臺上，對好中心后用壓板壓住下壓頭的凸緣，再將下壓頭固定在工作臺上，開動壓力機使其上滑塊下移至與墊板接觸后，再用壓板壓住墊板的凸緣，并將墊板模固定在壓力機上滑塊上，開動壓力機使上滑塊上移，當上、下兩部分的打開的空間足夠放入工件時停止滑塊上移；(2)將形狀記憶合金管坯套在裝嵌在彈性環(huán)上，使形狀記憶合金管坯的下端與下壓頭的面接觸，然后開動壓力機使墊板向下運動，當上壓頭與形狀記憶合金管坯接觸后，由于形狀記憶合金管坯的阻礙作用而停止移動，此時隨著墊板的繼續(xù)下行，上壓頭在彈簧的彈力作用下將彈性環(huán)和形狀記憶合金管坯的上端壓住，隨著沖頭的下移，彈性棒在與彈性環(huán)相接觸的部分發(fā)生局部的徑向脹形，從而帶動彈性環(huán)與其一起發(fā)生徑向脹形，這種徑向力又會傳遞給套在彈性環(huán)外面的形狀記憶合金管坯，使其發(fā)生整體的擴徑脹形；(3)打開墊板、下壓頭，使其回到裝件前的位置，此時彈性棒、彈性環(huán)在外力撤除后回到變形前的狀態(tài)，將成形好的工件取出完成擴徑。本發(fā)明還可以包括1、所述的墊板上帶有凸緣，下壓頭上帶有凸緣。2、所述的螺栓有四個，墊板上設(shè)置四個用于安裝螺栓的孔。3、上壓頭和用于加工的形狀記憶合金的接觸面為斜面。4、所述的下壓頭的立邊與上壓頭的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1.不需要專用的實驗設(shè)備，在普通的單動壓力機上便可實現(xiàn)單動雙壓的功能，完成形狀記憶合金管接頭的擴徑成形。2.裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，只需一套裝置，更換聚胺脂橡膠環(huán)，便可完成不同直徑形狀記憶合金管接頭的擴徑成形，因此通用性強。3.本裝置使用方便、可靠，造價低，且工作效率高。4.用本裝置生產(chǎn)的形狀記憶合金管接頭在靜力下整體變形，變形均勻，尺寸精度高，殘余應(yīng)力小，連接性能更好。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的上摸示意圖；圖3為本發(fā)明的彈性裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的下模結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖1 4，本發(fā)明由上模、彈性裝置和下模三部分組成，分別如圖2 圖4所不。上模部分(圖幻由墊板1、固定板2、彈簧3、上壓頭8、沖頭9、階梯螺栓10和固定螺栓11組成。墊板1上帶有凸緣，可直接與壓力機的上滑塊相連，其上還開有4個臺階孔， 用于裝置裝配時4個階梯螺栓10的嵌入，階梯螺栓10與墊板1之間采用間隙配合，可使階梯螺栓的光面部分自由穿過，墊板1的下面還開有4個螺紋孔用于與固定板2和沖頭9裝配時4個固定螺栓的擰入；固定板中心開設(shè)的階梯孔用于裝配時沖頭9上臺階的嵌入，周邊的4個臺階孔用于固定螺栓11的嵌入，外圍的4個通孔用于4個階梯螺栓10的穿過，這些孔與螺栓之間采用間隙配合，可使階梯螺栓10在其中間自由滑動；4個階梯螺栓10的光面部分分別套有4個彈簧，螺紋一端與上壓頭8相聯(lián)；上壓頭8中心處還開有一通孔，與沖頭 9之間采用滑動配合，另外上壓頭8與形狀記憶合金管坯7的接觸面應(yīng)采用斜面，可使其與工件的接觸為線接觸，從而減小擴徑時的摩擦。這樣的結(jié)構(gòu)可以在上模工作時實現(xiàn)單動雙壓的功能。彈性裝置(圖幻由聚胺脂橡膠棒4和聚胺脂橡膠環(huán)5組成。裝置工作時可由沖頭9直接對橡膠棒4端部施壓使其產(chǎn)生局部脹形，并將產(chǎn)生的徑向力傳遞給橡膠環(huán)5，進而使其產(chǎn)生整體的徑向脹形，再由橡膠環(huán)5將均勻的徑向力傳遞給形狀記憶合金管坯7使其產(chǎn)生均勻的整體脹形。下模部分(圖4)只有下壓頭6。下壓頭6的下半部分帶有凸緣，可直接固定在壓力機的工作臺上，其中心開有一盲孔，用于彈性裝置的定位。其上突出的立邊與上模中上壓頭8的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合，起導向作用，這樣可使整套裝置在工作時不致于因產(chǎn)生偏心問題而影響零件的尺寸精度。本發(fā)明的方法實施分為三個階段，即準備階段、擴徑階段和卸料階段。準備階段首先將合在一起的整套裝置放在壓力機的工作臺上，對好中心后用壓板壓住下模的凸緣，再用螺栓將下模固定在工作臺上。開動壓力機使其上滑塊下移至與上模墊板接觸后，再用壓板壓住上模的凸緣，并用螺栓將上模固定在壓力機上滑塊上。開動壓力機使上滑塊上移，這樣便會使上、下模打開，當上、下模的打開的空間足夠放入工件時停止滑塊上移。擴徑階段將形狀記憶合金管坯7套在裝嵌在下模內(nèi)的彈性裝置上，使形狀記憶合金管坯7的下端與下模的錐面接觸，然后開動壓力機使上模向下運動。當上壓頭8與形狀記憶合金管坯7接觸后，由于形狀記憶合金管坯7的阻礙作用而停止移動，此時隨著上模的繼續(xù)下行，上壓頭8會在4個彈簧3的彈力作用下將橡膠環(huán)5和形狀記憶合金管坯7的上端壓住，在防止它們沿軸向發(fā)生變形的同時又不會把管坯壓得太死而阻礙擴徑。這樣，隨著沖頭的下移，橡膠棒4就只會在與橡膠環(huán)5相接觸的部分發(fā)生局部的徑向脹形，從而帶動橡膠環(huán)5與其一起發(fā)生徑向脹形，這種徑向力又會傳遞給套在橡膠環(huán)5外面的形狀記憶合金管坯7，使其發(fā)生整體的擴徑脹形，具體的擴徑尺寸可通過調(diào)節(jié)壓力機的滑塊行程來控制。卸料階段擴徑結(jié)束后，打開上、下模，使其回到裝件前的位置，此時彈性裝置在外力撤除后因彈性恢復(fù)作用又會回到變形前的狀態(tài)，這時便可順利地將成形好的工件取出。這樣就完成了一個形狀記憶合金管接頭的擴徑過程。
權(quán)利要求
1.基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是包括墊板、固定板、上壓頭、下壓頭、彈簧、彈性棒、彈性環(huán)、沖頭，上壓頭安裝在下壓頭上，彈性棒一端安裝在下壓頭里，彈性棒另一端安裝在上壓頭里，彈性環(huán)套在彈性棒上，固定板和墊板相連，上壓頭通過螺栓連接固定板和墊板，螺栓上安裝彈簧，彈簧的一端連接固定板，彈簧的另一端連接下壓頭，沖頭的一端安裝在固定板里，沖頭的另一端安裝在下壓頭里并與彈性棒相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是 所述的墊板上帶有凸緣，下壓頭上帶有凸緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是所述的螺栓有四個，墊板上設(shè)置四個用于安裝螺栓的孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是上壓頭和用于加工的形狀記憶合金的接觸面為斜面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是 上壓頭和用于加工的形狀記憶合金的接觸面為斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是所述的下壓頭的立邊與上壓頭的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是 所述的下壓頭的立邊與上壓頭的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是 所述的下壓頭的立邊與上壓頭的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置，其特征是 所述的下壓頭的立邊與上壓頭的外環(huán)內(nèi)壁采用滑動配合。
10.基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑方法，其特征是(1)采用基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置進行擴徑，所述的基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置包括墊板、固定板、上壓頭、下壓頭、彈簧、彈性棒、彈性環(huán)、沖頭，上壓頭安裝在下壓頭上，彈性棒一端安裝在下壓頭里，彈性棒另一端安裝在上壓頭里，彈性環(huán)套在彈性棒上，固定板和墊板相連，上壓頭通過螺栓連接固定板和墊板，螺栓上安裝彈簧，彈簧的一端連接固定板，彈簧的另一端連接下壓頭，沖頭的一端安裝在固定板里，沖頭的另一端安裝在下壓頭里并與彈性棒相連；首先將基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置放在壓力機的工作臺上，對好中心后用壓板壓住下壓頭的凸緣，再將下壓頭固定在工作臺上，開動壓力機使其上滑塊下移至與墊板接觸后，再用壓板壓住墊板的凸緣，并將墊板模固定在壓力機上滑塊上，開動壓力機使上滑塊上移，當上、下兩部分的打開的空間足夠放入工件時停止滑塊上移；(2)將形狀記憶合金管坯套在裝嵌在彈性環(huán)上，使形狀記憶合金管坯的下端與下壓頭的面接觸，然后開動壓力機使墊板向下運動，當上壓頭與形狀記憶合金管坯接觸后，由于形狀記憶合金管坯的阻礙作用而停止移動，此時隨著墊板的繼續(xù)下行，上壓頭在彈簧的彈力作用下將彈性環(huán)和形狀記憶合金管坯的上端壓住，隨著沖頭的下移，彈性棒在與彈性環(huán)相接觸的部分發(fā)生局部的徑向脹形，從而帶動彈性環(huán)與其一起發(fā)生徑向脹形，這種徑向力又會傳遞給套在彈性環(huán)外面的形狀記憶合金管坯，使其發(fā)生整體的擴徑脹形；(3)打開墊板、下壓頭，使其回到裝件前的位置，此時彈性棒、彈性環(huán)在外力撤除后回到變形前的狀態(tài)，將成形好的工件取出完成擴徑。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供基于彈性介質(zhì)的形狀記憶合金管接頭擴徑裝置及方法，裝置包括墊板、固定板、上壓頭、下壓頭、彈簧、彈性棒、彈性環(huán)、沖頭，上壓頭安裝在下壓頭上，彈性棒一端安裝在下壓頭里，彈性棒另一端安裝在上壓頭里，彈性環(huán)套在彈性棒上，固定板和墊板相連，上壓頭通過螺栓連接固定板和墊板，螺栓上安裝彈簧，彈簧的一端連接固定板，彈簧的另一端連接下壓頭，沖頭的一端安裝在固定板里，沖頭的另一端安裝在下壓頭里并與彈性棒相連。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，用本發(fā)明生產(chǎn)的形狀記憶合金管接頭在靜力下整體變形，變形均勻，尺寸精度高，殘余應(yīng)力小，連接性能更好。
文檔編號B21D39/20GK102423784SQ20111034978
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者唐明, 張艷秋, 江樹勇, 胡勵, 趙立紅 申請人:哈爾濱工程大學