专利名称：基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置及方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于金属扩径的装置及方法。
背景技术：
形状记忆合金(SMA)是上世纪60年代初发展起来的一种新型功能材料，已经在航空、航天和医疗等领域得到了广泛的应用。这种材料具有形状记忆效应，即在某一低温状态下塑性变形后，再将其加热到某一温度，材料又会恢复到变形前的状态。形状记忆合金管接头就是利用该合金的形状记忆效应，先将内径尺寸略小于待连接管外径的管接头在低温下进行扩径变形，使其内径大于与之连接的管的外径，这样两个零件在这种低温状态下就很容易装配到一起，然后再将装配好的接头整体加热到某一温度，使形状记忆合金管接头的内径尺寸恢复到变形前的尺寸，通过约束力从而使两个零件紧密地连接到一起。管接头是形状记忆合金最成熟的应用领域之一，尤其是在航空液压管路系统中应用最为广泛。形状记忆合金制造的各类管接头具有可靠性高、不易发生渗漏、结构简单、安装方便和节省装配空间等优点。据报道，已有150万个形状记忆合金管接头应用于美国各型飞机的油压管道中，没有出现一起漏油事故。美国已规定所有新型飞机液压管路中都必须使用形状记忆合
^^ ο但目前形状记忆合金管接头的扩径都是采用刚性的锥形冲头从管内穿过来实现扩径的，由于锥形冲头穿过管内时与管的内壁始终是局部接触的，使得管在扩径过程中并不是发生整体变形，因而这种工艺生产出来的管接头内部会存在很大的残余应力，这些残余应力不但会影响管接头的尺寸精度，甚至还可能会在装配后的形状恢复过程中继续存在，这会使管接头的抗应力腐蚀性能下降，从而降低其疲劳寿命。另外，在用锥形冲头对形状记忆管接头进行机械扩径时，容易造成管接头内表面的局部塑性变形或划伤，从而会影响形状记忆合金管接头的形状记忆效应和紧固力。
发明内容
本发明的目的在于提供能在普通压力机上使用，且能够高效率地成形出变形均勻、残余应力小和尺寸精度高的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置及方法。本发明的目的是这样实现的本发明基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是包括垫板、固定板、上压头、下压头、弹簧、弹性棒、弹性环、冲头，上压头安装在下压头上，弹性棒一端安装在下压头里，弹性棒另一端安装在上压头里，弹性环套在弹性棒上，固定板和垫板相连，上压头通过螺栓连接固定板和垫板，螺栓上安装弹簧，弹簧的一端连接固定板，弹簧的另一端连接下压头，冲头的一端安装在固定板里，冲头的另一端安装在下压头里并与弹性棒相连。本发明基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径方法，其特征是(1)采用基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置进行扩径，所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置包括垫板、固定板、上压头、下压头、弹簧、弹性棒、弹性环、冲头，上压头安装在下压头上，弹性棒一端安装在下压头里，弹性棒另一端安装在上压头里，弹性环套在弹性棒上，固定板和垫板相连，上压头通过螺栓连接固定板和垫板， 螺栓上安装弹簧，弹簧的一端连接固定板，弹簧的另一端连接下压头，冲头的一端安装在固定板里，冲头的另一端安装在下压头里并与弹性棒相连；首先将基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置放在压力机的工作台上，对好中心后用压板压住下压头的凸缘，再将下压头固定在工作台上，开动压力机使其上滑块下移至与垫板接触后，再用压板压住垫板的凸缘，并将垫板模固定在压力机上滑块上，开动压力机使上滑块上移，当上、下两部分的打开的空间足够放入工件时停止滑块上移；(2)将形状记忆合金管坯套在装嵌在弹性环上，使形状记忆合金管坯的下端与下压头的面接触，然后开动压力机使垫板向下运动，当上压头与形状记忆合金管坯接触后，由于形状记忆合金管坯的阻碍作用而停止移动，此时随着垫板的继续下行，上压头在弹簧的弹力作用下将弹性环和形状记忆合金管坯的上端压住，随着冲头的下移，弹性棒在与弹性环相接触的部分发生局部的径向胀形，从而带动弹性环与其一起发生径向胀形，这种径向力又会传递给套在弹性环外面的形状记忆合金管坯，使其发生整体的扩径胀形；(3)打开垫板、下压头，使其回到装件前的位置，此时弹性棒、弹性环在外力撤除后回到变形前的状态，将成形好的工件取出完成扩径。本发明还可以包括1、所述的垫板上带有凸缘，下压头上带有凸缘。2、所述的螺栓有四个，垫板上设置四个用于安装螺栓的孔。3、上压头和用于加工的形状记忆合金的接触面为斜面。4、所述的下压头的立边与上压头的外环内壁采用滑动配合。本发明的优势在于1.不需要专用的实验设备，在普通的单动压力机上便可实现单动双压的功能，完成形状记忆合金管接头的扩径成形。2.装置结构简单，易于制造，只需一套装置，更换聚胺脂橡胶环，便可完成不同直径形状记忆合金管接头的扩径成形，因此通用性强。3.本装置使用方便、可靠，造价低，且工作效率高。4.用本装置生产的形状记忆合金管接头在静力下整体变形，变形均勻，尺寸精度高，残余应力小，连接性能更好。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的上摸示意图；图3为本发明的弹性装置结构图；图4为本发明的下模结构图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 4，本发明由上模、弹性装置和下模三部分组成，分别如图2 图4所不。上模部分(图幻由垫板1、固定板2、弹簧3、上压头8、冲头9、阶梯螺栓10和固定螺栓11组成。垫板1上带有凸缘，可直接与压力机的上滑块相连，其上还开有4个台阶孔， 用于装置装配时4个阶梯螺栓10的嵌入，阶梯螺栓10与垫板1之间采用间隙配合，可使阶梯螺栓的光面部分自由穿过，垫板1的下面还开有4个螺纹孔用于与固定板2和冲头9装配时4个固定螺栓的拧入；固定板中心开设的阶梯孔用于装配时冲头9上台阶的嵌入，周边的4个台阶孔用于固定螺栓11的嵌入，外围的4个通孔用于4个阶梯螺栓10的穿过，这些孔与螺栓之间采用间隙配合，可使阶梯螺栓10在其中间自由滑动；4个阶梯螺栓10的光面部分分别套有4个弹簧，螺纹一端与上压头8相联；上压头8中心处还开有一通孔，与冲头 9之间采用滑动配合，另外上压头8与形状记忆合金管坯7的接触面应采用斜面，可使其与工件的接触为线接触，从而减小扩径时的摩擦。这样的结构可以在上模工作时实现单动双压的功能。弹性装置(图幻由聚胺脂橡胶棒4和聚胺脂橡胶环5组成。装置工作时可由冲头9直接对橡胶棒4端部施压使其产生局部胀形，并将产生的径向力传递给橡胶环5，进而使其产生整体的径向胀形，再由橡胶环5将均勻的径向力传递给形状记忆合金管坯7使其产生均勻的整体胀形。下模部分(图4)只有下压头6。下压头6的下半部分带有凸缘，可直接固定在压力机的工作台上，其中心开有一盲孔，用于弹性装置的定位。其上突出的立边与上模中上压头8的外环内壁采用滑动配合，起导向作用，这样可使整套装置在工作时不致于因产生偏心问题而影响零件的尺寸精度。本发明的方法实施分为三个阶段，即准备阶段、扩径阶段和卸料阶段。准备阶段首先将合在一起的整套装置放在压力机的工作台上，对好中心后用压板压住下模的凸缘，再用螺栓将下模固定在工作台上。开动压力机使其上滑块下移至与上模垫板接触后，再用压板压住上模的凸缘，并用螺栓将上模固定在压力机上滑块上。开动压力机使上滑块上移，这样便会使上、下模打开，当上、下模的打开的空间足够放入工件时停止滑块上移。扩径阶段将形状记忆合金管坯7套在装嵌在下模内的弹性装置上，使形状记忆合金管坯7的下端与下模的锥面接触，然后开动压力机使上模向下运动。当上压头8与形状记忆合金管坯7接触后，由于形状记忆合金管坯7的阻碍作用而停止移动，此时随着上模的继续下行，上压头8会在4个弹簧3的弹力作用下将橡胶环5和形状记忆合金管坯7的上端压住，在防止它们沿轴向发生变形的同时又不会把管坯压得太死而阻碍扩径。这样，随着冲头的下移，橡胶棒4就只会在与橡胶环5相接触的部分发生局部的径向胀形，从而带动橡胶环5与其一起发生径向胀形，这种径向力又会传递给套在橡胶环5外面的形状记忆合金管坯7，使其发生整体的扩径胀形，具体的扩径尺寸可通过调节压力机的滑块行程来控制。卸料阶段扩径结束后，打开上、下模，使其回到装件前的位置，此时弹性装置在外力撤除后因弹性恢复作用又会回到变形前的状态，这时便可顺利地将成形好的工件取出。这样就完成了一个形状记忆合金管接头的扩径过程。
权利要求
1.基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是包括垫板、固定板、上压头、下压头、弹簧、弹性棒、弹性环、冲头，上压头安装在下压头上，弹性棒一端安装在下压头里，弹性棒另一端安装在上压头里，弹性环套在弹性棒上，固定板和垫板相连，上压头通过螺栓连接固定板和垫板，螺栓上安装弹簧，弹簧的一端连接固定板，弹簧的另一端连接下压头，冲头的一端安装在固定板里，冲头的另一端安装在下压头里并与弹性棒相连。
2.根据权利要求1所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是 所述的垫板上带有凸缘，下压头上带有凸缘。
3.根据权利要求1或2所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是所述的螺栓有四个，垫板上设置四个用于安装螺栓的孔。
4.根据权利要求1或2所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是上压头和用于加工的形状记忆合金的接触面为斜面。
5.根据权利要求3所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是 上压头和用于加工的形状记忆合金的接触面为斜面。
6.根据权利要求1或2所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是所述的下压头的立边与上压头的外环内壁采用滑动配合。
7.根据权利要求3所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是 所述的下压头的立边与上压头的外环内壁采用滑动配合。
8.根据权利要求4所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是 所述的下压头的立边与上压头的外环内壁采用滑动配合。
9.根据权利要求5所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置，其特征是 所述的下压头的立边与上压头的外环内壁采用滑动配合。
10.基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径方法，其特征是(1)采用基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置进行扩径，所述的基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置包括垫板、固定板、上压头、下压头、弹簧、弹性棒、弹性环、冲头，上压头安装在下压头上，弹性棒一端安装在下压头里，弹性棒另一端安装在上压头里，弹性环套在弹性棒上，固定板和垫板相连，上压头通过螺栓连接固定板和垫板，螺栓上安装弹簧，弹簧的一端连接固定板，弹簧的另一端连接下压头，冲头的一端安装在固定板里，冲头的另一端安装在下压头里并与弹性棒相连；首先将基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置放在压力机的工作台上，对好中心后用压板压住下压头的凸缘，再将下压头固定在工作台上，开动压力机使其上滑块下移至与垫板接触后，再用压板压住垫板的凸缘，并将垫板模固定在压力机上滑块上，开动压力机使上滑块上移，当上、下两部分的打开的空间足够放入工件时停止滑块上移；(2)将形状记忆合金管坯套在装嵌在弹性环上，使形状记忆合金管坯的下端与下压头的面接触，然后开动压力机使垫板向下运动，当上压头与形状记忆合金管坯接触后，由于形状记忆合金管坯的阻碍作用而停止移动，此时随着垫板的继续下行，上压头在弹簧的弹力作用下将弹性环和形状记忆合金管坯的上端压住，随着冲头的下移，弹性棒在与弹性环相接触的部分发生局部的径向胀形，从而带动弹性环与其一起发生径向胀形，这种径向力又会传递给套在弹性环外面的形状记忆合金管坯，使其发生整体的扩径胀形；(3)打开垫板、下压头，使其回到装件前的位置，此时弹性棒、弹性环在外力撤除后回到变形前的状态，将成形好的工件取出完成扩径。
全文摘要
本发明的目的在于提供基于弹性介质的形状记忆合金管接头扩径装置及方法，装置包括垫板、固定板、上压头、下压头、弹簧、弹性棒、弹性环、冲头，上压头安装在下压头上，弹性棒一端安装在下压头里，弹性棒另一端安装在上压头里，弹性环套在弹性棒上，固定板和垫板相连，上压头通过螺栓连接固定板和垫板，螺栓上安装弹簧，弹簧的一端连接固定板，弹簧的另一端连接下压头，冲头的一端安装在固定板里，冲头的另一端安装在下压头里并与弹性棒相连。本发明装置结构简单，易于制造，用本发明生产的形状记忆合金管接头在静力下整体变形，变形均匀，尺寸精度高，残余应力小，连接性能更好。
文档编号B21D39/20GK102423784SQ20111034978
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者唐明, 张艳秋, 江树勇, 胡励, 赵立红 申请人:哈尔滨工程大学