专利名称：一种前卡套及其带有前卡套的管接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及流体系统冷拔管连接，特别涉及一种前卡套及其带有前卡套的管接头。
背景技术：
双卡套密封的管接头应用于流体系统冷拔管(Tube)连接。图1和图2是已成功应用多年双卡套造型，图1是接头处于手紧状态，图2是最终拧紧状态。如图1和图2所示，接头组件包括接头体10，接头体管孔11内连接着Tube管 1。接头体锥孔12位于接头体管孔11的轴向外侧。前卡套30的管孔31与Tube管外壁面 2间隙配合，前卡套外锥面33与接头体锥孔12的内锥面配合。与前卡套30配合并位于其轴向外侧的是后卡套50，如图1所示，它的造型包括一个外锥头部段52和一个加厚法兰段M，后卡套尾端面55也是锥形，头部段52的头部锥段 53的锥面进入到前卡套尾部内锥孔32，孔51内连接Tube管。前卡套30和后卡套50通过螺帽70的驱动连接管路，螺帽70和接头体10通过螺纹连接。螺帽尾部内管孔内连接Tube 管。在拧紧或连接建立的期间，螺帽70的内锥面75推动后卡套尾部55进而推动前卡套向前达到图2所示的配合位置。后卡套的头部直径较小，在拧紧过程中产生塑性变形，促使 Tube管壁径向向内变形，使后卡套抓紧管壁。后卡套更多是提供弹性垫圈的作用，这基于后卡套抓紧管壁过程中产生的塑性变形，在此基础上依靠弹性把螺帽传来的驱动密封力传递给前卡套。同时前卡套也塑性变形并抓紧管壁，形成有效抓紧和密封。因此，依靠前后卡套的精密设计制造可以达到预期的变形，并且前后卡套都可以抓紧Tube管实现密封。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题在大量的工程应用中，螺帽和后卡套的配合面在螺帽拧紧过程中经常伴随有摩擦造成的磨损，从而加大了操作扭矩。一方面造成工作负荷加大，加重了劳动强度；另一方面，随着操作扭矩的加大，安装人员消耗过大体力下降，不能提供持续的较大操作扭矩，造成前后卡套变形不足，影响抓紧和密封效果。因此工程应用的现实是很难把螺帽拧紧到规定的圈数(四分之五或四分之三圈)，而只是拧紧1圈或3/4圈。在1英寸以下管连接中，过大的操作扭矩同样造成前卡套过度变形，同时还存在后卡套变形不足，带来的一系列严重问题。如图2所示，在过大的操作扭矩下，前卡套30尾部法兰段34沿径向向外扩张，前卡套的外锥面33推动接头体锥孔12及孔口圆柱段13也向外扩张，造成接头体外螺纹14与螺帽70内螺纹74 同时外扩，接头体锥孔12的孔口圆柱段13外圆直径尺寸变大，严重时外螺纹14与内螺纹 74变形后精度超过公差限度，使螺帽70与接头体10螺纹不再具有机械互换性。另一方面， 前卡套30尾部大端向外扩张后，前卡套内管孔31与尾部内锥孔32同时外扩，造成尾部内锥孔32和管孔31与外壁面2管壁间隙变大，削弱了后卡套头部锥段53抓紧外壁面2管壁的动力，从而后卡套对管抓紧变形不足，影响双卡套的密封和变形效果。过大的操作扭矩会加剧前卡套头部圆滑过度面顶端35与接头体锥孔12接触部位的擦伤磨损，降低双卡套连接的密封效果。
实用新型内容本实用新型为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种减小操作扭矩，并限制前卡套的径向向外扩张，达到更好密封效果的前卡套及其带有前卡套的管接头。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种前卡套，包括尾部法兰段， 所述尾部法兰段下方设有尾部内锥孔，所述尾部法兰段为圆柱体，所述尾部法兰段向前延伸为后锥段，所述后锥段向前延伸为前锥段，所述前锥段的锥角大于后锥段的锥角。所述前锥段的锥角比后锥段的锥角大5-25°。所述前锥段与轴线的夹角10° -20°。所述后锥段与轴线的夹角2° -15°。本实用新型提供的另一个技术方案是一种带有所述前卡套的管接头，包括接头体和螺帽，接头体锥孔的锥面、所述螺帽的内表面与管外壁面围成的空间放置所述前卡套和后卡套，所述接头体锥孔的大端顶点与所述后锥段之间设有径向间隙。所述尾部法兰段的外表面与所述螺帽的内表面间隙为0. 5 0. 7毫米。所述后卡套包括后卡套尾端面和法兰段，所述法兰段向前延伸为圆柱段，所述圆柱段向前延伸为头部锥段，所述后卡套尾端面与所述螺帽的内锥面之间设有夹角。所述夹角为5° -15°。所述前锥段的轴向长度是后锥段轴向长度的1. 3 1. 6倍，所述前锥段的母线长度是所述接头体锥孔母线长度的一半；所述前锥段的大端直径与所述圆柱段直径相同，所述后卡套的头部锥段大端直径比前卡套尾部内锥孔的大端直径大0. 2 0. 5毫米。所述后卡套的法兰段轴向厚度0. 8 1. 5毫米，所述径向间隙的径向长度y为 0. 1 0. 4毫米。本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是本实用新型通过改进前后卡套的机械造型，消除前卡套的向外扩张运动，同时不把向外扩张传递给接头体，这样可以保障螺帽与接头体螺纹的精度，保证其机械互换性。更重要的是，限制前卡套尾部的向外扩张后，强迫后卡套去挤压抓紧管壁，增强了后卡套的抓紧效应，提高了双卡套的连接可靠性， 并促进了密封效果。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面所列附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术的整体结构处于手拧紧状态的正面剖视图；图2是现有技术的整体结构处于拧紧到位后状态的正面剖视图；图3是本实用新型实施例提供的前卡套的上半体正面剖视图；图4是本实用新型实施例提供的卡套整体结构的上半体正面剖视图；图5是本实用新型实施例提供的后卡套的上半体正面剖视图；图6是本实用新型实施例提供的接头体的正面剖视图。附图中，各标号所代表的组件列表如下[0026]1管，2管外壁面，3端部，4Tube管壁区域，5外壁区域，6区域，10接头体，11接头体管孔，12接头体锥孔，13孔口圆柱段，14外螺纹，15六方部分，16接头体通孔，17接头体孔底面；18大端顶点；111圆柱管孔，112圆锥管孔；30前卡套，31管孔，32尾部内锥孔，33前卡套外锥面，34尾部法兰段，35顶端，36 双锥形头部，37圆交线，38头部内孔口 ；331前锥段，332后锥段；50后卡套，51孔，52头部段，53头部锥段，54法兰段，55后卡套尾端面，56后卡套头部端面，57第一交点，58第二交点，59圆柱段；60后卡套尾部70螺帽，71螺帽尾部内管孔，72螺帽的内表面，75螺帽底部内锥面；具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。参见图3，一种前卡套，包括尾部法兰段34，尾部法兰段34为圆柱体，尾部法兰段 34下方设有尾部内锥孔32，尾部法兰段34向前延伸为后锥段332，后锥段332向前延伸为前锥段331，前锥段331的锥角大于后锥段332的锥角。前锥段331和后锥段332组成双锥形头部36，两个锥段相交于圆交线37。作为优选，前锥段331的锥角比后锥段332的锥角大5_15度；前锥段331与轴线的夹角10° -20° ；后锥段332与轴线的夹角2° -15°。参见图4，一种带有前卡套的管接头，包括接头体10和螺帽70，接头体锥孔12的锥面、螺帽70的内表面与管外壁面2围成的空间放置前卡套30和后卡套50 ；接头体锥孔 12的大端顶点18与后锥段332之间设有径向间隙y。参见图4和图6，接头体10包括六方部分15和接头体通孔16，插管孔由两部分组成，包括圆柱管孔111和圆锥管孔112。插管孔的圆柱管孔111轴向向外延伸成接头体锥孔12，接头体锥孔12的锥面与轴线夹角为15°到25°。插管孔的圆柱管孔111的直径尺寸应该比管1的外壁2直径尺寸大，通常情况下要超过管的最大外径公差。而圆锥管孔112 的大端直径与圆柱管孔111的直径相同，圆锥管孔112的小端直径比管1的直径最小公差还小0. 05毫米左右。设计圆锥管孔112的目的是在手预紧螺帽时，不论管1外径大小是什么尺寸数值，管1的端部3总能顶到圆锥管孔112的其中一个位置上而实现定位。这样在旋紧螺帽时，管1的外壁面2会被挤压延长，强迫管的端部3沿圆锥管孔112向接头体孔底面17运动。如果管的端部3直接与接头体孔底面17接触，在管1被挤压时，管会发生径向向外鼓起与接头体圆柱管孔111接触，变形严重时二者发生过盈接触，会造成再拔出管1时比较困难，还有一个影响是干扰前后卡套挤压咬紧管壁的效果，进而影响密封和抓紧质量。接头体10外螺纹14与螺帽70的内螺纹74配合，螺帽尾部内管孔71和圆柱管孔 111几乎相等。参见图3和图4，前卡套30的管孔31的直径略大于TUBE管1的外径最大公差上限值，这样前卡套可以紧贴着TUBE管外表面套上去。Tube管壁区域4与接头体管孔配合，前卡套尾部法兰段34是一段圆柱体，它的外径比螺帽70的螺帽的内表面72形成的圆柱孔直径小一点，最佳直径间隙在0. 5 0. 7毫米左右。前卡套30的顶端35顶着接头体锥孔 12的锥面，顶端35是一个圆滑过度面。前卡套头部内孔口 38对应管1的外壁区域5，是前卡套头部挤压管的区域，也是密封和抓紧的区域。在初始无压力时，接头体锥孔12的大端顶点18与前卡套的后锥段332保有一定的径向间隙y，这个间隙y在螺帽70拧紧过程中随着前卡套30的向外扩张、向前运动以及后锥段332的向外鼓起而逐渐缩小。间隙y值初始不能小于0. 1毫米，优选0. 1-0. 4毫米，合理地确定后锥段332的锥角和两锥段交线的圆交线37的位置才是避免y值最后变零甚至是负数的关键。负数表示该处发生过盈配合，会导致前卡套30对接头体10施加向外扩张力，前卡套的外锥面推动接头体锥孔12及孔口圆柱段13向外扩张，导致螺帽70内螺纹与接头体10外螺纹尺寸变大，影响机械互换性。为了保证间隙y的数值在前卡套完全变形后不接近零，即前卡套不会把径向向外扩张力传递给接头体，一般把前锥段331与后锥段332的圆交线37设计到位于接头体锥孔 12内，并且轴向圆交线37与接头体锥孔孔口相距0. 1-0. 7毫米，这样的话，前锥段331的轴向长度是后锥段332轴向长度的1. 3 1. 6倍为好，并且前锥段331的母线长度大概是接头体锥孔12的母线长度的一半。后锥段332的半锥角理想角度是10°，而手预紧状态间隙y的数值在0. 1 0. 4毫米，后卡套头部锥段53大端直径比前卡套尾部内锥孔32的大端直径大0. 2 0. 3毫米。这样安排尺寸可以保证前卡套后锥段332向外扩张及向外鼓起过程中不会接近零。前锥段331和后锥段332的母线长度安排还有利于密封。这是因为前卡套完全变形后处于密封状态时，仅有前锥段331段与接头体锥孔12的锥面接触，比前卡套头部为整体外锥面及大部分外锥面的密封接触应力更高，密封效果更好。前卡套前锥段331的锥面与轴线的夹角小于接头体锥孔12的锥面与轴线的夹角， 这个角度是10° -20°，前卡套后锥段332的锥面与轴线的交角小于前锥段331的锥面与轴线的夹角，这个角度是2°到15°，设计中希望前卡套的前锥段331锥度和接头体锥面的锥度相差5°到15°，前卡套的前锥段331锥面和后锥段332锥面的锥度相差5°到25°。 前卡套尾部有一内锥孔32，内锥孔32锥面与轴线的夹角是30到45度。参见图4和图5，后卡套50包括法兰段M和后卡套尾端面55，法兰段M向前延伸为圆柱段59，圆柱段59向前延伸为头部锥段53，后卡套尾端面55接近垂直孔51轴线，后卡套尾端面阳与螺帽的内锥面75保持一定的角度差，只有在螺帽拧紧过程中，该角度差逐渐缩小，趋近紧密配合。后卡套尾端面阳与螺帽的内锥面75之间夹角优选是5°到15°。后卡套50包括法兰段M、头部段52和孔51，后卡套孔51的直径比管1外径尺寸公差上限要大一点，这样可以紧贴着管外表面套上去，接触前卡套并位于其后侧。法兰段M 的直径比前卡套尾部法兰段34的直径小0. 1毫米左右，比螺帽的内表面圆柱孔72直径更小，小0. 3毫米左右，这主要是防止后卡套逆时针旋转时后卡套尾部60碰到内表面圆柱孔 72表面。后卡套法兰段M直径也不能小太多，这会削弱其整体刚度，法兰段M处的径向壁厚一般要比圆柱段59的壁厚大一倍左右为宜。同时法兰段M的轴向厚度不能太大，一般在0. 8 1. 5毫米，主要是为了拧紧螺帽到最后阶段时能够塑性变形。头部段52的前端是一个头部锥段53，头部锥段53为圆锥体，头部锥段53和前卡套尾部内锥孔32的锥面接触配合，头部锥段53的大端直径大于前卡套尾部内锥孔32的大端直径，但是要小于前卡套后锥段332的大端直径。以上这些尺寸关系允许有一些合理的变化，但是，圆锥段53的锥度要小于前卡套尾部内锥孔32的锥度，理想锥度差10°到20° 之间，以便于后卡套的头部锥段53能够放入前卡套的尾部内锥孔32内。头部锥段53的锥面与孔51之间形成后卡套头部端面56，后卡套头部端面56与孔51形成第一交点57 (实际为圆周线)，与头部锥段53的锥面形成第二交点58，第二交点58实际上是圆滑过度面。第一交点57对应管壁2的区域6，这是后卡套挤压管壁的咬紧区域，咬进管壁的径向尺寸大小是双卡套管连接能否抓紧管，能否为前卡套提供稳定弹性密封力的关键，原则上咬进管壁的径向尺寸数值越大越好，但是不能太大，太大会削弱前卡套对管的抓紧密封效果。后卡套尾端面55的面积比较大，来自螺帽70的推动力首先作用于这个平面的后卡套尾部60处，随着螺帽拧紧进程深入，后卡套头部段52与后卡套尾端面55塑性变形扩大了后卡套尾端面阳与螺帽75面的接触，因而减小了接触应力，使螺帽推动力能够均勻分布，从而减小了后卡套和螺帽之间的摩擦磨损。本实用新型的前卡套30的头部结构是双锥形的，特别是后锥段332的设计减小了前卡套与接头体锥孔的接触面积，使前锥段331与接头体锥孔12接触强度更大，提高了前卡套与接头体之间的密封效果。本实用新型的后卡套50的头部第二交点58的直径稍大于前卡套头部顶端35的直径，同时后卡套的头部锥段53的大端直径(也是圆柱段59的外圆直径)大于前卡套 30的尾部内锥孔32的大端直径，这样能增强后卡套头部的强度，确保后卡套迟于前卡套变形。本实用新型的后卡套尾端面阳与螺帽底部内锥面75有一个较大的夹角，其作用是在螺帽旋紧的初始阶段，螺帽对后卡套的推动力有限，前卡套的双锥形头部36的强度小于后卡套头部强度，所以前卡套先变形。随着螺帽旋紧进程进行到中段，螺帽的推力增加，前卡套变形越来越大，管壁与接头体对前卡套的抗力逐步增大并传递给后卡套，此时后卡套以锥段小径的第二交点58为杠杆支点，第一交点57切向管壁2的区域6，因为杠杆效应，螺帽的传递力被放大，外壁区域5发生塑性变形被后卡套50的第一交点57咬进。到了螺帽旋紧进程后期，后卡套头部继续挤压管壁，但是螺帽推动力的继续增大导致后卡套法兰段M塑性变形，后卡套尾端面阳贴近螺帽底部内锥面75，避免了过大的驱动力由后卡套传递到前卡套，削弱了前卡套的过度变形。本发明设计的结果，会使后卡套的径向变形提前并且径向变形量超过前卡套的变形量，也减小了前卡套顶端35头部圆滑过度面与接头体锥孔12的磨损擦伤。实验证明，后卡套的变形在本实用新型中增加了 0. 1 0. 2毫米。因为螺帽对后卡套的接触是面积是逐渐增大的，从而减小了过大的摩擦面导致过大的摩擦，客观上减小了操作扭矩。本实用新型降低了操作扭矩，并限制前卡套的径向向外扩张，同时增加了后卡套的抓紧变形，并让后卡套提前变形以适应不能拧紧到规定圈数的现实情况。后卡套提前实现更大的变形，有很强的现实意义。这是因为操作扭矩依赖于人的操作。随着工作时间增加，人的体力下降，不能提供更大的扭矩，造成前后卡套变形不足。后卡套实现更早更大的变形，可以充分发挥后卡套弹簧垫圈的作用，把螺帽施加的驱动力储存在后卡套内，可以在更长的时间内提供稳定的密封力。如果后卡套变形不足，则它的储能作用就小多了，当然抗振动能力也会变差。事实证明后卡套变形不足时，运输过程的振动很容易施加给前卡套头部，造成密封面损伤松动产生泄露。本实用新型的另一个作用是限制了前卡套对接头体和螺帽配合螺纹的径向向外扩张效应。不但前卡套向外扩张径向不超过0. 3毫米，而且基本不再对接头体施加大的扩张力，使螺纹的扩张变形可以忽略不计，接头体和螺帽的机械互换性不再困扰。本实用新型接头的安装操作过程如图4所示，卡套最初处于手紧状态，然后插入Tube管至定位台肩，当开始对螺帽 70施加扭矩时，轴向压力通过螺帽70与后卡套50的配合面传递到后卡套50，后卡套50会旋转并且把极大的轴向力传递给前卡套30，前卡套30最终会被迫于接头体10锥面紧密配合，随着力矩的增加，前卡套30头部逐渐弯曲并咬入Tube管1外壁，同时后卡套50由于杠杆效应也会产生对管壁的挤压效应并咬入管外壁，一般后卡套50的咬入深度要超过前卡套30。继续对螺帽施加扭矩，前后卡套会继续向前移动并向内收缩，但是由于Tube管外壁和接头体锥面的抗力，以及后卡套本身的塑性变形，后卡套向前向内的收缩程度会比前卡套衰减更快，最终前后卡套会停止咬入Tube管外壁。拧紧圈数一般是1圈多一点，具体是多少取决于接头的使用压力，以及螺纹的螺距。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种前卡套，包括尾部法兰段，所述尾部法兰段下方设有尾部内锥孔，其特征在于， 所述尾部法兰段为圆柱体，所述尾部法兰段向前延伸为后锥段，所述后锥段向前延伸为前锥段，所述前锥段的锥角大于后锥段的锥角。
2.根据权利要求1所述的前卡套，其特征在于，所述前锥段的锥角比后锥段的锥角大 5° -25°。
3.根据权利要求1所述的前卡套，其特征在于，所述前锥段与轴线的夹角10°-20°。
4.根据权利要求1所述的前卡套，其特征在于，所述后锥段与轴线的夹角2°-15°。
5.一种带有权利要求1所述前卡套的管接头，其特征在于，包括接头体和螺帽，接头体锥孔的锥面、所述螺帽的内表面与管外壁面围成的空间放置所述前卡套和后卡套，所述接头体锥孔的大端顶点与所述后锥段之间设有径向间隙。
6.根据权利要求5所述的管接头，其特征在于，所述尾部法兰段的外表面与所述螺帽的内表面间隙为0. 5 0. 7毫米。
7.根据权利要求5所述的管接头，其特征在于，所述后卡套包括后卡套尾端面和法兰段，所述法兰段向前延伸为圆柱段，所述圆柱段向前延伸为头部锥段，所述后卡套尾端面与所述螺帽的内锥面之间设有夹角。
8.根据权利要求7所述的管接头，其特征在于，所述夹角为5°-15°。
9.根据权利要求5所述的管接头，其特征在于，所述前锥段的轴向长度是后锥段轴向长度的1. 3 1. 6倍，所述前锥段的母线长度是所述接头体锥孔母线长度的一半；所述前锥段的大端直径与所述圆柱段直径相同，所述后卡套的头部锥段大端直径比前卡套尾部内锥孔的大端直径大0. 2 0. 5毫米。
10.根据权利要求5所述的管接头，其特征在于，所述后卡套的法兰段轴向厚度0.8 1. 5毫米，所述径向间隙的径向长度为0. 1 0. 4毫米。
专利摘要本实用新型公开了一种前卡套及其带有前卡套的管接头，包括尾部法兰段，所述尾部法兰段为圆柱体，所述尾部法兰段向前延伸为后锥段，所述后锥段向前延伸为前锥段，所述前锥段的锥角大于后锥段的锥角。本实用新型的管接头，包括接头体和螺帽，所述接头体锥孔的锥面、所述螺帽的内表面与管外壁面围成的空间放置所述前卡套和后卡套，所述接头体的锥孔的大端顶点与所述后锥段之间设有径向间隙。本实用新型降低了操作扭矩，并限制前卡套的径向向外扩张，同时增加了后卡套的抓紧变形，能够达到更好的密封效果。
文档编号F16L21/00GK202024004SQ201020690830
公开日2011年11月2日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者刘茯蔚, 朱楹, 赵曦 申请人:北京熊川阀门制造有限公司