專利名稱：內部模鍛配件的制作方法
背景技術：
本發明總體涉及用模鍛工藝連接到管子上的配件，特別涉及內部模鍛配件。
配件為用來確立一管道、桿或管子的末端或接合處的設備附件。特別是，通常用配件把幾根分開的管子連接在一起，使得流體不泄漏地從中流過。配件也常用作結束一開口管子的端部的一封閉裝置。在其他許多應用場合中，航空工業中用配件使從一處傳送燃料、液壓流體等到另一處的管子封閉。在這些和其他重要應用場合，重要的是配件足夠牢靠地套緊在管子上，以便可靠地承受振動、流體特性等。
常用焊接工藝把配件連接到管子上。焊接是一種費時費錢的配件固定方法。此外，焊接無法確保連接牢靠并且會造成管子的無法接受的應力強化因數。模鍛是把配件連接到管子上的另一種機械工藝，它能克服焊接工藝的不足。有兩種模鍛工藝外部模鍛和內部模鍛。外部模鍛是把其外表面不平整如有徑向或軸向槽脊和凹槽的配件應用管子上。應用的配件用鍛造、錘擊或擠壓工藝模鍛，使得外表面構型轉移到配件內表面，從而轉移到管子上。管子與配件的接觸部位因而發生撓曲和扭曲，使得配件和管子緊緊連接在一起。不幸的是，配件外表面構型的轉移可能不足以獲得牢靠的連接或可能造成管子因周期性高度疲勞而開裂。
內部模鍛可部分地解決與外部模鍛有關的某些問題。內部模鍛是把其內表面不平整如有槽脊和凹槽的一配件套到一管子上。然后模鍛該配件，為此把一擴張裝置插入該管子中后迫使管子向外連接到配件的內表面上或把該配件擠壓到該管子上。較之外部模鍛，配件的表面構型與管子外表面之間的交界面更直接。因此管子一般與原來的表面形狀更相符，從而配件與管子之間連接被改進。
一種適用于某些航空應用場合的內部模鍛配件見授予Beiley等人、轉讓給Sierracin Corporation of Burbank，California的美國專利No.4,844,517。在一種構型中，該Beiley配件包括三個或三個以上寬度和深度指定的長方形徑向凹槽。最靠近管子端部的凹槽的形狀與其他凹槽相同。在另一種構型中，一連串斜面凹槽與一長方形“端部”凹槽相組合。該長方形端部凹槽與上述第一種配件構型的長方形凹槽相同。即管子抵靠該凹槽。
在商業應用中，Beiley配件更適用于模鍛由包括鈦在內的低延展性材料制成的管子。但是，在許多管子應用場合、包括航空流體傳送系統中也使用延展性較高的材料如不銹鋼如SS321、Inconel625以及其他類似延展性材料。在相同模鍛壓力下高延展性材料比低延展性材料的“流動性”好。在一低延展性管子上進行的模鍛工藝造成該管子被拉入配件中，造成管子在端部凹槽處鼓起。材料被迫向外朝向配件流動，在該局部部位造成很大軸向負載。管子材料的鼓起可造成配件的破壞以及管子尺寸的過度改變。
為了解決模鍛過程中管子流動或“吸入”到配件中的問題，必需相對配件使管子縮進。即，必需把管子置于相對配件端部偏置位置以便容納管子材料的軸向和徑向流動。該模鍛過程使得管子流動并填入配件中以補償該縮進差。由于管子必需完全、牢靠地裝到配件上，因此精確保持正確的縮進是非常重要的。這可在配件定位處附近把一鎖住軸環套到管子上加以實現。軸環必需是剛性的但可松開地緊套到管子上。模鍛過程完成后必需取下軸環。在每次把一配件裝到一由延展性較高的材料制成的管子上時必需重復精確校準軸環、應用軸環和取下軸環這些步驟。因此，需要有一種可用于延展性管道的內部模鍛配件。這一內部模鍛配件還得無需縮進并不使用縮進軸環。
本發明概述上述要求由本發明實現，本發明提供一種適合于高延展性管子材料流動的內部模鍛配件。該配件包括一有一外表面和一內表面的空心圓柱體、一管子容納區和一管子連接區。該圓柱體內表面在管子連接區中包括一個或多個凹槽和一在模鍛過程中容納管子的過多材料的擴張腔。該配件在該擴張腔旁還包括一管子擋壁。管子插入圓柱體中時管子的一端抵靠該管子擋壁。該擴張腔包括一從該管子擋壁以一角度遠離一個或多個凹槽伸展的端壁，從而形成一填充區，該填充區供流動的管子材料填滿而不在配件上作用過大軸向壓力。
從以下結合附圖的詳細說明和后附權利要求中可清楚看出本發明和本發明超過現有技術的優越之處。
附圖簡要說明本發明的主題和權利要求見本說明書結論部分。但是，可從結合附圖的以下說明中最佳地理解本發明，附圖中
圖1為一具有本發明內部構型的箍式(母)模鍛配件的剖視圖；圖2為一具有本發明內部構型的球端(公)模鍛配件的剖視圖；圖3為本發明內部模鍛配件構型的擴張腔的特寫剖視圖；圖4為與兩管子裝在一起的箍配件和球端配件組合在模鍛前的剖視圖；和圖5為與兩管子裝在一起的箍配件和球端配件組合在模鍛后的剖視圖。
本發明詳述在各附圖中，相同部件用同一標號表示，圖1示出本發明一母(或箍)內部模鍛配件10。配件10用適用于具體應用場合的任何材料制成。例如，在模鍛一由延展性材料如SS321不銹鋼、Inconel625等制成的管子時，配件10可用鈦或A286制成。當然，配件10可由任何足以使得管子在模鍛過程中流動、但配件10的變形很小的材料制成。
箍配件10包括一有一外表面14和一內表面16的空心圓柱體12。該空心圓柱體12有一管子容納區18和一管子連接區20。配件10的管子連接區20的內表面16包括多個由一槽脊24隔開的徑向連接凹槽22。如圖1和3所示，管子連接區20進一步包括一徑向擴張腔26和一管子擋壁28。管子擋壁28阻止一要模鍛在配件10中的管子向前推進。擴張腔26在模鍛過程中用來容納管子的過多材料。
擴張腔26包括一進口側壁30、一弧形填充區32和一后壁34。該填充區32伸過擋壁28，供管子的過多材料流入其中，從而在管子連接區20處不對配件10形成過大軸向應力。后壁34斜向遠離擋壁28，供材料流入空間36而不是直接向上流向配件10的內表面16。凹槽22、槽脊24和擴張腔28的尺寸可根據管子12和配件10的結構特性予以選擇。后壁34與管子擋壁28所成角度也可根據管子材料的流動特性和配件10的箍緊強度予以選擇。后壁34與擋壁28所成角度可為約10°-75°，在一實施例中為約45°。
圖2示出一對應公的(球端)內部模鍛配件40。該球端配件40包括一空心體42和一外表面44和一內表面46。配件40可用適合于模鍛一由延展性較高的材料制成的管子的材料制成。例如，配件40可用鈦或A286制成。
繼續參見圖2和3，配件40的空心體42有一管子容納區48和一管子連接區50。應該指出，配件40的殼體42的構型任選。但是，為了配件40在管子連接區50中進行結構強化，殼體42包括一結構區45。該結構區45的壁厚比殼體42其余部分的壁厚厚且其橫截面呈六角形，從而在把配件40模鍛到一管子上后可在管子上旋緊或旋松該配件。
配件40的管子連接區50的內表面46包括多個由一槽脊24隔開的徑向連接凹槽22。該管子連接區50進一步包括一徑向擴張腔26和一管子擋壁28。管子擋壁28阻止一要模鍛在配件10中的管子向前推進。擴張腔26在模鍛過程中用來容納管子流動的過多材料。
擴張腔26包括一進口側壁30、一弧形填充區32和一后壁34。該填充區32伸過擋壁28，供管子的過多材料流入其中，從而在管子連接區50處不對配件40形成過大軸向應力。后壁34斜向遠離擋壁28，供材料流入空間36而不是直接向上流向配件40的內表面16。凹槽22、槽脊24和擴張腔28的尺寸可根據管子12和配件14的結構特性予以選擇。后壁34與管子擋壁28所成角度也可根據管子材料的流動特性和配件40的箍緊強度予以選擇。后壁34與擋壁28所成角度可為約10°-75°，在一實施例中為約45°。
當模鍛過程中把兩管子連接在一起時，箍配件10和球端頭40與兩管子的位置關系如圖4所示。第一管子52插入箍配件10的管子容納區18。它向配件10的管子擋壁28移動，直到抵靠該表面。第二管子54插入球端配件40的管子容納區48。它向配件40的擋壁28移動，直到抵靠該表面。然后使用公知模鍛方法把配件10模鍛到管子52上，把配件40模鍛到管子54上。公知模鍛方法可包括使用滾子模鍛或囊式模鍛和插入配件/管子組合并且在模鍛過程完成后取出的心軸。
圖4所示配件10和40在模鍛前互相鄰接。但是，相應的管子和配件可分開模鍛然后在最終裝配前互相連通。可以看到，管子52和54的壁厚模鍛前均勻而筆直。如圖5所示，模鍛過程使得管子在凹槽22和擴張腔26相鄰處變形，一部分管子材料流入這些部位。內部模鍛配件10和40在這些部位的形狀使得這些部位中的管子材料以合適方向流動而不在配件上作用過大軸向應力。此外，擋壁28阻止管子進一步向里運動。
圖5示出一用本發明內部模鍛配件把兩管子連接在一起的實施例。特別是，一螺母56旋到配件40的螺紋58上，把兩配件拉緊到一起。配件10的一容納球端的配合面60與配件40的一插入箍的配合面62抵靠在一起。然后把螺母旋緊到配件40上。由于隨著螺母56在配件40上旋緊，螺母凸緣66咬緊殼體12的箍鎖止壁64，因此配件10被拉向配件40。該旋緊動作把兩配件固定在一起。在圖5所示本發明該實施例中，管子52和54牢牢連接在一起，從而流體可在這兩根管子之間流過。應該指出，球端配件40也可用作管子54的終端而不與另一管子連接。
包括擴張腔26的所示和所述內部模鍛配件可用來可靠地模鍛延展性較高的管子而不在這些配件上作用過大軸向應力。此外，擴張腔26與擋壁28的組合在模鍛過程中消除了管子吸入現象。不再需要縮進，從而軸環和軸環的套上和取下的步驟得以省略。
以上說明了一種改進的內部模鍛配件。盡管以上說明了本發明各具體實施例，但本領域普通技術人員不難在由后附權利要求限定的本發明精神和范圍內對本發明作出種種改動。
權利要求
1.一種模鍛連接到一有一終端的管子上的內部模鍛配件(10、40)，該配件包括一有一內表面(16、46)和一外表面(14、44)的空心圓柱體(12、42)、一管子容納區(18、48)和一管子連接區(20、50)，其中，所述空心圓柱體(12、42)的所述內表面(16、46)在所述管子連接區(20、50)中包括模鍛過程中容納管子的過多材料的一個或多個凹槽(22)和一擴張腔(26)。
2.按權利要求1所述的配件(10、40)，其特征在于，所述管子連接區(20、50)進一步包括與所述擴張腔(26)相鄰的一管子擋壁(28)；在把該管子插入所述空心圓柱體(12、42)中時該管子的該終端抵靠所述管子擋壁(28)。
3.按權利要求2所述的配件(10、40)，其特征在于，所述擴張腔(26)包括一從所述管子擋壁(28)以一角度遠離所述一個或多個凹槽(22)延伸的端壁(34)。
4.按權利要求3所述的配件(10、40)，其特征在于，所述端壁(34)與所述管子擋壁(28)所成該角度為約10°-75°。
5.按權利要求4所述的配件(10、40)，其特征在于，所述端壁(34)與所述管子擋壁(28)所成該角度為約45°。
6.按權利要求3所述的配件(10、40)，其特征在于，所述擴張腔(26)包括一進口側壁(30)和所述進口側壁(30)與所述后壁(34)之間的一弧形壁(32)。
7.按權利要求6所述的配件(10、40)，其特征在于，所述進口側壁(30)、所述弧形壁(32)和所述后壁(34)界定一弧形填充區(36)。
8.按權利要求1所述的配件(10、40)，其特征在于，所述內表面(16、46)的所述一個或多個凹槽(22)在所述空心圓柱體(12、42)中徑向對齊。
9.一種用模鍛連接把第一管子(52)和第二管子(54)連接在一起的內部模鍛配件組合，其中每個管子包括一終端，該配件組合包括一箍式配件(10)，該箍式配件包括一有一內表面(16)和一外表面(14)的空心圓柱體(12)、一容納該第一管子(52)的管子容納區(18)和一管子連接區(20)，其中，所述空心圓柱體(12)的所述內表面(16)在所述管子連接區(20)中包括模鍛過程中容納第一管子(52)的過多材料的一個或多個凹槽(22)和一擴張腔(26)；所述外表面(14)包括一容納球端配件的配合面(60)；一球端配件(40)，該球端配件包括一有一內表面(46)和一外表面(44)的空心圓柱體(42)、一容納該第二管子(54)的管子容納區(48)和一管子連接區(50)，其中，所述空心圓柱體(42)的所述內表面(46)在所述管子連接區(50)中包括模鍛過程中容納第二管子(54)的過多材料的一個或多個凹槽(22)和一擴張腔(26)；所述外表面(44)包括一插入箍式配件的配合面(62)；以及一把所述箍式配件(10)和所述球端配件(40)連接在一起的螺母(56)，其中，所述螺母(56)包括與所述球端配件(40)的所述外表面(44)連接的螺紋。
全文摘要
一種模鍛一管子的內部模鍛配件(10、40)。該配件(10、40)包括一管子連接區(20、50)，該連接區包括一個或多個徑向凹槽(22)以及在與待模鍛管子的端部鄰接的端部上的一擴張腔(26)。該擴張腔(26)在模鍛過程中供管子材料流入而使作用在配件(10、40)上的軸向壓力最小。該擴張腔(26)還包括一固定該管子在該配件(10、40)中的位置的擋壁(26)。該擴張腔(26)用來模鍛延展性較高的管子材料而無需縮進。因此無需使用一在模鍛過程中形成縮進的軸環。
文檔編號F16L13/14GK1466668SQ01816164
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月14日 優先權日2000年9月22日
發明者I·H·彼得森, J·C·格萊斯納, I H 彼得森, 格萊斯納 申請人:通用電氣公司