包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法
包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种塑性连接领域的技术，具体是一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法。
【背景技术】
[0002]在机械制造与工程施工领域，包箍固定是一种常用的设备或管线固定方式。在油气供热等管道的铺设施工中，常采用金属包箍组件对铺设好的管道进行固定。虽然这类管道在设计制造与施工过程中都有相应地工程技术规程参照，一般情况下安全系数较高，但出现意外发生爆裂时，管道碎片可能对周边设施和行人造成危害。采用包箍组件固定方式可有效降低这一危害，这类包箍组件的拉杆通常选用具有良好塑性的材料制造，延伸率大于30%，依靠这一特性能够大量吸收管道爆裂时产生的冲击能量。如图1所示，拉杆通常与固定支座上的压套连接，压套采用中碳合金钢以保证强度，当发生爆裂意外时，拉杆靠近连接位置的部分会受到很大的轴向冲击力。显然，如果拉杆被冲击力拉掉，包箍组件的功能失效，甚至有可能拉掉的拉杆会对周边设施与行人造成二次伤害，故拉杆与压套之间的连接至关重要。
[0003]传统的拉杆压套的连接方法有焊接和螺纹连接。对于焊接来说，电焊和氧焊工艺仅能用于相同金属之间的连接，本发明中涉及的连接方式中的拉杆与压套属不同材料，若采用焊接方式宜采用钎焊工艺，成本较高且接头强度难以保证；此外，当焊接工艺的参数不当或是焊接端面不洁净时，将导致焊缝处局部熔合不良，此时一旦施加外力，便可能会在焊缝区形成裂纹、焊穿、或者气孔和夹渣等缺陷，致使连接可靠性降低。对于螺纹连接来说，虽然该方式施工方便快捷，但由于需要在拉杆上预先加工螺纹，杆件的强度有所降低；此外，当意外发生时，承受冲击力的区域仅为螺纹牙结构，承压能力相对较低。
[0004]对现有的技术文件进行检索后发现，贺家健在其硕士学位论文“汽车拉索冷挤压连接及钢接头热处理研宄”(中南大学，2014年)第3章，第16 -17页给出了一种汽车拉索与钢接头的冷挤压塑性连接方式。该方式通过挤压筒对钢接头冷挤，使接头发生一定的径向缩径变形，从而完成钢接头与钢丝绳拉索的冷塑性连接。该连接工艺在冷挤压压力机上进行，加工方式便捷高效，有效的增大了汽车拉索的拉脱力。但需要指出的是，该工艺方式主要对钢接头进行冷挤变形，钢丝绳拉索并没有发生较大的变形，无硬化效果。同时轴向承压能力主要是来源于连接处的螺纹以及因为径向结合所提供的轴向摩擦力，并没有显著增加拉索的强度。
[0005]目前，对于可能承受较大轴向冲击力的拉杆压套的塑性连接方法的技术研宄，难见相关报道。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，能够显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]本发明包括以下步骤:
[0009]步骤一、加工压套:机加工压套，在压套内表面镗出型面。
[0010]所述的型面符合圆柱体自由镦粗变形后的曲面特征，型面轴向高度h与拉杆直径d的高径比h/d小于2。
[0011]步骤二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0012]步骤三、冷镦塑性连接:将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0013]所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8?
2.0 倍。
[0014]所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。
[0015]所述的冷镦，控制挤压杆沿轴向镦粗拉杆，模具压下量为镦粗型面轴向高度h的
0.2?0.3倍，镦粗后的拉杆最大直径D是拉杆初始直径d的1.2?1.4倍。
技术效果
[0016]本发明采用冷镦连接的方式完成拉杆与压套的连接，拉杆由于塑性变形发生了冷作硬化，拉杆的强度增加为原始抗拉强度的1.2倍以上，提高了拉杆与压套连接结构的抗冲击能力。与焊接、螺纹连接相比，本发明不需要额外的焊材与加工内外螺纹，现场操作方便，在节约成本的同时，可以有效提高连接的可靠性与抗冲击能力。与径向挤压钢接头通过径向施压增加了连接处的轴向摩擦力相比，本发明通过冷作硬化来强化被连接体，连接结构的抗冲击能力提高，连接不易失效。
【附图说明】
[0017]图1为包箍组件的拉杆压套轴向受拉的示意图；
[0018]图2为拉杆压套冷压连接示意图；
[0019]图中:(a)为冷镦前示意图，(b)为冷镦后示意图；
[0020]图3为冷镦连接装置示意图；
[0021]图中:1拉杆、2压套、3挤压杆、4上抱紧模具、5下抱紧模具。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0023]本实施例中拉杆I初始直径d = 20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI302，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0024]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 D = 26mm。
[0025]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0026]三、冷镦塑性连接:如图2和图3所示，将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0027]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.46倍。
实施例2
[0028]本实施例中拉杆I初始直径d = 20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0029]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 d = 26mm。
[0030]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0031]三、冷镦塑性连接:将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0032]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.71倍。
实施例3
[0033]本实施例中拉杆I初始直径d = 24mm，压套2外径40mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0034]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 D = 30mm。
[0035]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0036]三、冷挤压塑性连接:将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面18mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20_。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0037]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.55倍。
【主权项】
1.一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，其特征在于，首先进行机加工压套，在压套内表面镗出型面，经对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的型面符合圆柱体自由镦粗变形后的曲面特征，型面轴向高度h与拉杆直径d的高径比h/d小于2。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的表面处理是对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8?2.0倍。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的冷镦，模具压下量为镦粗型面轴向高度h的0.2?0.3倍。7.—种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的包箍件，其特征在于，包括压套以及冷镦于其内部的拉杆，其中:拉杆最大直径D是拉杆初始直径d的1.2?1.4倍。
【专利摘要】一种塑性连接领域的包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，首先进行机加工压套，在压套内表面镗出型面，经对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。本发明能够显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。
【IPC分类】B21K25/00
【公开号】CN104889311
【申请号】CN201510301131
【发明人】胡成亮, 曾凡, 赵震
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种塑性连接领域的技术，具体是一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法。
【背景技术】
[0002]在机械制造与工程施工领域，包箍固定是一种常用的设备或管线固定方式。在油气供热等管道的铺设施工中，常采用金属包箍组件对铺设好的管道进行固定。虽然这类管道在设计制造与施工过程中都有相应地工程技术规程参照，一般情况下安全系数较高，但出现意外发生爆裂时，管道碎片可能对周边设施和行人造成危害。采用包箍组件固定方式可有效降低这一危害，这类包箍组件的拉杆通常选用具有良好塑性的材料制造，延伸率大于30%，依靠这一特性能够大量吸收管道爆裂时产生的冲击能量。如图1所示，拉杆通常与固定支座上的压套连接，压套采用中碳合金钢以保证强度，当发生爆裂意外时，拉杆靠近连接位置的部分会受到很大的轴向冲击力。显然，如果拉杆被冲击力拉掉，包箍组件的功能失效，甚至有可能拉掉的拉杆会对周边设施与行人造成二次伤害，故拉杆与压套之间的连接至关重要。
[0003]传统的拉杆压套的连接方法有焊接和螺纹连接。对于焊接来说，电焊和氧焊工艺仅能用于相同金属之间的连接，本发明中涉及的连接方式中的拉杆与压套属不同材料，若采用焊接方式宜采用钎焊工艺，成本较高且接头强度难以保证；此外，当焊接工艺的参数不当或是焊接端面不洁净时，将导致焊缝处局部熔合不良，此时一旦施加外力，便可能会在焊缝区形成裂纹、焊穿、或者气孔和夹渣等缺陷，致使连接可靠性降低。对于螺纹连接来说，虽然该方式施工方便快捷，但由于需要在拉杆上预先加工螺纹，杆件的强度有所降低；此外，当意外发生时，承受冲击力的区域仅为螺纹牙结构，承压能力相对较低。
[0004]对现有的技术文件进行检索后发现，贺家健在其硕士学位论文“汽车拉索冷挤压连接及钢接头热处理研宄”(中南大学，2014年)第3章，第16 -17页给出了一种汽车拉索与钢接头的冷挤压塑性连接方式。该方式通过挤压筒对钢接头冷挤，使接头发生一定的径向缩径变形，从而完成钢接头与钢丝绳拉索的冷塑性连接。该连接工艺在冷挤压压力机上进行，加工方式便捷高效，有效的增大了汽车拉索的拉脱力。但需要指出的是，该工艺方式主要对钢接头进行冷挤变形，钢丝绳拉索并没有发生较大的变形，无硬化效果。同时轴向承压能力主要是来源于连接处的螺纹以及因为径向结合所提供的轴向摩擦力，并没有显著增加拉索的强度。
[0005]目前，对于可能承受较大轴向冲击力的拉杆压套的塑性连接方法的技术研宄，难见相关报道。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，能够显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]本发明包括以下步骤:
[0009]步骤一、加工压套:机加工压套，在压套内表面镗出型面。
[0010]所述的型面符合圆柱体自由镦粗变形后的曲面特征，型面轴向高度h与拉杆直径d的高径比h/d小于2。
[0011]步骤二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0012]步骤三、冷镦塑性连接:将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0013]所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8?
2.0 倍。
[0014]所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。
[0015]所述的冷镦，控制挤压杆沿轴向镦粗拉杆，模具压下量为镦粗型面轴向高度h的
0.2?0.3倍，镦粗后的拉杆最大直径D是拉杆初始直径d的1.2?1.4倍。
技术效果
[0016]本发明采用冷镦连接的方式完成拉杆与压套的连接，拉杆由于塑性变形发生了冷作硬化，拉杆的强度增加为原始抗拉强度的1.2倍以上，提高了拉杆与压套连接结构的抗冲击能力。与焊接、螺纹连接相比，本发明不需要额外的焊材与加工内外螺纹，现场操作方便，在节约成本的同时，可以有效提高连接的可靠性与抗冲击能力。与径向挤压钢接头通过径向施压增加了连接处的轴向摩擦力相比，本发明通过冷作硬化来强化被连接体，连接结构的抗冲击能力提高，连接不易失效。
【附图说明】
[0017]图1为包箍组件的拉杆压套轴向受拉的示意图；
[0018]图2为拉杆压套冷压连接示意图；
[0019]图中:(a)为冷镦前示意图，(b)为冷镦后示意图；
[0020]图3为冷镦连接装置示意图；
[0021]图中:1拉杆、2压套、3挤压杆、4上抱紧模具、5下抱紧模具。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0023]本实施例中拉杆I初始直径d = 20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI302，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0024]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 D = 26mm。
[0025]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0026]三、冷镦塑性连接:如图2和图3所示，将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0027]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.46倍。
实施例2
[0028]本实施例中拉杆I初始直径d = 20mm，压套2外径35mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0029]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 d = 26mm。
[0030]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0031]三、冷镦塑性连接:将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面15mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20mm。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0032]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.71倍。
实施例3
[0033]本实施例中拉杆I初始直径d = 24mm，压套2外径40mm，拉杆材料AISI304L，压套材料42CrMoV。其实施步骤为:
[0034]一、加工压套:机加工压套内表面圆弧型面，圆弧轴向长度h = 45mm，径向最大直径 D = 30mm。
[0035]二、表面处理:对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。
[0036]三、冷挤压塑性连接:将拉杆套入压套，拉杆下端部长于压套下端面18mm。采用抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，拉杆抱紧长度20_。然后对拉杆进行轴向冷镦，模具压下量12mm，完成拉杆与压套的塑性连接。
[0037]本实施例得到的拉杆压套连接紧密，拉杆强度增加为初始强度的1.55倍。
【主权项】
1.一种包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，其特征在于，首先进行机加工压套，在压套内表面镗出型面，经对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的型面符合圆柱体自由镦粗变形后的曲面特征，型面轴向高度h与拉杆直径d的高径比h/d小于2。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的表面处理是对压套的内表面进行研磨处理，内曲面光滑过渡，降低压套受力后的应力集中，避免意外拉裂。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的套入压套中，拉杆下端部伸出压套下端面，伸出长度为拉杆直径d的1.8?2.0倍。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的抱紧，拉杆抱紧长度控制在压套高度H的0.8倍以上。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的冷镦，模具压下量为镦粗型面轴向高度h的0.2?0.3倍。7.—种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的包箍件，其特征在于，包括压套以及冷镦于其内部的拉杆，其中:拉杆最大直径D是拉杆初始直径d的1.2?1.4倍。
【专利摘要】一种塑性连接领域的包箍件拉杆与压套的冷镦连接方法，首先进行机加工压套，在压套内表面镗出型面，经对压套进行表面处理后，将拉杆套入压套，采用两段式抱紧模具从径向抱紧压套及压套上方的部分拉杆，然后对拉杆进行轴向冷镦成形，完成拉杆与压套的塑性连接。本发明能够显著提高连接处的强度，强化连接承受轴向冲击力的能力，满足所包箍管件发生爆裂意外时的安全需要。
【IPC分类】B21K25/00
【公开号】CN104889311
【申请号】CN201510301131
【发明人】胡成亮, 曾凡, 赵震
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月4日
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