專利名稱：壓接型接頭、壓接工具和壓接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接頭，用于通過(guò)將其壓接到管元件而使管元件首尾相連。
背景技術(shù)：
壓接到管元件上以將管元件首尾相連的管接頭簡(jiǎn)單且廉價(jià)。通常，一個(gè)或更多個(gè)管元件容置在管狀接頭內(nèi)。在壓接期間，形成接頭和管元件的、通常為金屬的材料塑性變形以獲得永久固定。當(dāng)承受趨于將管元件與接頭分離的內(nèi)部壓力、合成推力負(fù)載或外部負(fù)載時(shí)，由接頭和管元件所呈現(xiàn)出的變形形狀配合以保持管元件與接頭接合。在該文獻(xiàn)中術(shù)語(yǔ) “管元件”是指任一種管狀零件，例如管原料，以及諸如泵、閥、過(guò)濾器等的裝置的一部分的管段。圖1和2示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓接到管元件12上的管接頭10。壓接型管接頭10包括管部14 (軸對(duì)稱地示出)，管部14具有容置管元件12的開(kāi)口端16。通道 18鄰近開(kāi)口端16定位。通道容置有密封件，在該示例中，密封件是由諸如彈性體之類的柔性、彈性材料形成的0形環(huán)20。如在圖1中所示，管元件12容置在管部14中，管部14可具有套節(jié)22，套節(jié)22由較大直徑的區(qū)域形成，由此限定內(nèi)部臺(tái)肩M。臺(tái)肩M充當(dāng)管元件的止擋件以限定管部14和管元件12之間的接合長(zhǎng)度。如在圖2中所示，使用壓接模具沈以將力施加到管部14上并使管部和管元件12 發(fā)生永久變形以形成壓接部觀，壓接部觀在承受內(nèi)部壓力、合成推力負(fù)載和外部力時(shí)將管元件保持在管部?jī)?nèi)。圖2是軸對(duì)稱表示圖，因此應(yīng)當(dāng)理解，壓接部觀圍繞管部14周向地延伸。應(yīng)當(dāng)指出的是，壓接部觀定位在密封件“向內(nèi)”，指的是密封件20處于開(kāi)口端16和壓接部觀之間。壓接模具沈同樣使通道18和0形環(huán)密封件20變形，迫使密封件變形并且在壓縮狀態(tài)下與管部14和管元件12都接合，以在這些元件之間形成流體密封。盡管對(duì)于聯(lián)接管元件是有效的，但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓接連接具有很多缺點(diǎn)。形成這種周向壓接部需要相當(dāng)大的力和能量。所需的力和能量隨著管徑、側(cè)壁厚度以及管和 /或接頭屈服強(qiáng)度的增加而增大，因此實(shí)際上限制了可以通過(guò)壓接的方式連接的管的材料類型、尺寸和側(cè)壁規(guī)格。壓接模具不僅壓接管和接頭，還必須使通道變形以使密封件在壓力下與接頭和管都接合。如在圖1和2中所見(jiàn)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓接模具和方法通過(guò)在壓接部觀和密封件20之間的第二點(diǎn)30處接合管部使通道變形。此外，壓接模具包括導(dǎo)引表面 32，其在通道18處強(qiáng)制地接合管部14以在形成壓接部觀時(shí)防止管部的開(kāi)口端16向外張開(kāi)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓接模具因此在多個(gè)點(diǎn)處接合接頭以形成壓接部、使通道變形，并防止通道發(fā)生不必要的變形。在壓接模具和接頭之間的大接合區(qū)域產(chǎn)生形成壓接連接所需要的顯著的力和能量。明顯存在對(duì)沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)缺陷的壓接型接頭、壓接工具和壓接方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于以首尾相連的關(guān)系連接管元件的管接頭。該接頭包括細(xì)長(zhǎng)管部，該細(xì)長(zhǎng)管部由環(huán)繞設(shè)置在管部?jī)?nèi)的縱向軸線的側(cè)壁限定。該管部具有用于容置管元件中的一個(gè)管元件的第一開(kāi)口端。第一通道圍繞管部周向地延伸并面對(duì)縱向軸線。第一通道由形成在側(cè)壁中的第一徑向隆起部限定。第一通道定位在第一開(kāi)口端。第一圓柱形環(huán)環(huán)繞第一開(kāi)口端。第一圓柱形環(huán)離開(kāi)第一徑向隆起部軸向地突出。第一徑向隆起部的一部分面向第一開(kāi)口端并且包括第一錐形表面。第一錐形表面相對(duì)于縱向軸線成角度地定向。第一錐形表面可具有相對(duì)于縱向軸線從大約30°到大約60°的定向角。從大約35°到大約 45°的角定向也可行。相對(duì)于縱向軸線的大約40°的定向角是有利的。第一錐形表面可包括側(cè)壁的一部分，側(cè)壁的一部分具有的厚度小于形成第一徑向隆起部的剩余部分的側(cè)壁的厚度。第一圓柱形環(huán)可具有與側(cè)壁部分基本相同的厚度。此外，第一徑向隆起部可包括從其上向外突出的第一凸緣。第一凸緣圍繞管部周向地延伸并且位于第一徑向隆起部的背離第一開(kāi)口端的部分上。第一凸緣可包括背離管部的第一開(kāi)口端的第一環(huán)狀表面。第一環(huán)狀表面相對(duì)于縱向軸線成角度地定向。第一環(huán)狀表面可具有相對(duì)于縱向軸線的從大約80°到大約105°的角定向。從大約85°到大約95° 的定向角也可行。大約87°的定向角是有利的。接頭還包括定位在第一通道內(nèi)的密封件。該密封件可包括例如0形環(huán)。本發(fā)明還包括一種用于壓接接頭以在接頭和容置在該接頭內(nèi)的管元件之間形成連接的工具。該接頭包括管部和通道，該管部具有用于容置管元件的開(kāi)口端，該通道圍繞管部周向地延伸并且由形成在管部的側(cè)壁上的徑向隆起部限定。隆起部包括面對(duì)開(kāi)口端定位的成角度定向的錐形表面和背離開(kāi)口端定位的相對(duì)的表面。該工具包括環(huán)繞管部定位的多個(gè)卡爪?？ㄗδ軌蛳鄬?duì)于彼此朝向和離開(kāi)管部移動(dòng)?？ㄗχ械拿恳粋€(gè)卡爪均具有定位在其上的模具。模具中的每一個(gè)模具僅具有單個(gè)接觸表面，該單個(gè)接觸表面定位成當(dāng)卡爪朝向管道移動(dòng)時(shí)，接觸表面沿圍繞管部周向地延伸的單條作用線僅接觸錐形表面。卡爪可以可樞轉(zhuǎn)地相互附連。該工具還包括安裝在其上的至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊。該對(duì)準(zhǔn)卡塊能夠朝向和離開(kāi)管部移動(dòng)。對(duì)準(zhǔn)卡塊具有接觸表面，該接觸表面定位成與模具中的至少一個(gè)模具成間隔開(kāi)的關(guān)系并且面對(duì)至少一個(gè)模具。對(duì)準(zhǔn)卡塊的接觸表面與隆起部的相對(duì)的表面能夠接合。對(duì)準(zhǔn)卡塊可安裝在卡爪中的一個(gè)卡爪上。對(duì)準(zhǔn)卡塊可與模具中的一個(gè)模具一體地形成。本發(fā)明還包括將接頭壓接到容置在接頭內(nèi)的管元件上的方法。該接頭包括具有用于容置管元件的開(kāi)口端的管部，管部具有由管部的側(cè)壁上的徑向隆起部形成的周向通道， 該隆起部包括面對(duì)開(kāi)口端定位的成角度地定向的錐形表面。該方法包括(a)將徑向定向的力僅沿圍繞錐形表面周向地延伸的單條接觸線施加到錐形表面，該力具有垂直于管部定向的第一作用線和沿管部軸向定向的第二作用線；(b)使錐形表面朝向管部徑向向內(nèi)地變形；(c)使錐形表面沿管部軸向地變形進(jìn)入通道內(nèi)；并且(d)通過(guò)在管部和管元件之間的接觸使管元件僅在單條接觸線下面徑向向內(nèi)地變形。該方法還包括在管部和管元件之間壓縮通道中的密封件，以在管元件和接頭之間形成流體密封連接。該方法還包括在施加力的同時(shí)沿錐形表面朝向管元件移動(dòng)接觸線。該隆起部包括背離管部的開(kāi)口端定位的相對(duì)的表面。該方法還包括通過(guò)支承隆起部的相對(duì)的表面防止管部的軸向運(yùn)動(dòng)。


圖1和2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的形成壓接的管連接的壓接模具和接頭的軸對(duì)稱截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的接頭的實(shí)施方式的縱向截面圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的接頭的一部分的局部截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的接頭的另一實(shí)施方式的縱向截面圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的接頭的一部分的局部截面圖；圖5-7是根據(jù)本發(fā)明的接頭的各種實(shí)施方式的正視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性鏈?zhǔn)綁航庸ぞ叩钠矫鎴D；圖9是根據(jù)本發(fā)明的雙模壓接工具和動(dòng)力壓制工具的等軸測(cè)圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的具有多個(gè)壓接模具和接頭的示例性壓接工具的平面圖；圖11是圖5中示出的壓接工具和接頭的局部截面等軸測(cè)圖；圖12-14是示意出在根據(jù)本發(fā)明的接頭的一實(shí)施方式上的壓接工具的一實(shí)施方式的操作的軸對(duì)稱截面圖；以及圖15和16是示意出在根據(jù)本發(fā)明的接頭的另一實(shí)施方式上壓接工具的一實(shí)施方式的操作的軸對(duì)稱截面圖。
具體實(shí)施例方式圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性管接頭40的縱向截面圖。接頭40包括細(xì)長(zhǎng)管部42， 細(xì)長(zhǎng)管部42具有圍繞管部的縱向軸線46的側(cè)壁44。管部42具有相對(duì)設(shè)置的開(kāi)口端48和 50。通道52定位在每個(gè)開(kāi)口端處并圍繞管部42周向地延伸。每個(gè)通道52面對(duì)縱向軸線 46，并通過(guò)管部42的側(cè)壁44中相應(yīng)的隆起部M限定。側(cè)壁44還限定了圓柱形環(huán)55，圓柱形環(huán)55終止每個(gè)隆起部M并環(huán)繞相應(yīng)的開(kāi)口端48和50。環(huán)55可以具有等于或最多至側(cè)壁44厚度的兩倍的長(zhǎng)度。每個(gè)隆起部M的面向開(kāi)口端48和50的部分形成相應(yīng)的錐形表面56。錐形表面相對(duì)于軸線46成角度地定向。錐形表面可以具有相對(duì)于軸線46測(cè)量的從大約30°到大約60°，以及從大約35°到大約45°的定向角58，其中，大約40°的定向角對(duì)于許多應(yīng)用是有利的。在圖3A中示出的替代性實(shí)施方式中，側(cè)壁44的包括隆起部M 的部分60具有厚度62，厚度62比形成隆起部部的剩余部分的側(cè)壁的厚度要小。環(huán)55可以是與厚度62大約相同的厚度。較薄側(cè)壁部60減少了壓接管部以在接頭和管元件之間形成連接所需要的能量的量，如下所述。密封件64定位在每個(gè)通道52內(nèi)。密封件64是與通道和管的表面相符的柔性彈性環(huán)，當(dāng)柔性彈性環(huán)在管部42和管元件之間被壓縮以形成流體密封連接時(shí)，柔性彈性環(huán)與通道和管的表面接觸，如下所述。在該示例中，密封件64包括橡膠0形環(huán)，應(yīng)當(dāng)理解，具有不同形狀和由各種不同材料形成的其它類型的密封件也可行，諸如EPDM、腈、氫化腈以及氟彈性體之類。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的接頭66的另一實(shí)施方式，接頭66還包括凸緣68，其位于管部42的相應(yīng)徑向隆起部M上。凸緣68圍繞管部周向地延伸并徑向向外突出。環(huán)狀表面 70鄰接圍繞管部42延伸的凸緣68定位，并且背離開(kāi)口端48或50，其由隆起部M限定，相應(yīng)的凸緣68和表面70位于隆起部M上。環(huán)狀表面70形成接合壓接工具的部分的接觸表面，由此防止管部42相對(duì)于工具的軸向運(yùn)動(dòng)，如下所述。環(huán)狀表面70可相對(duì)于管部的縱向軸線46成角度地定向。如通過(guò)圖4和4A的比較所示，定向角72從大約80°到大約105° 以及從大約85°到大約95°，并且大約87°被認(rèn)為是有利的。如與接頭實(shí)施方式40—樣， 接頭66也可具有側(cè)壁44的包括隆起部M的部分60，該部分60具有比形成隆起部的剩余部分的側(cè)壁的厚度小的厚度62。此外，密封件64定位在通道52內(nèi)。接頭40和66可以由任何材料形成，然而由于它們?cè)谧冃螘r(shí)不破裂地情況下承受并保持永久固定的韌性和能力，所以通常由鋼和不銹鋼制成。接頭可以為任意尺寸，并可被設(shè)計(jì)成容置各種尺寸的管元件，但是，當(dāng)與具有從大約0. 5英寸到大約4. 5英寸的實(shí)際外徑并具有從大約0. 065英寸到大約0. 337英寸的壁厚的管一起使用時(shí)，特別有利，上述管對(duì)應(yīng)于 American Standards Association Schedule 5 到 khedule 80 的管(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)目錄5到目錄80的管)。接頭40和66可以是直的，如在圖3和4中所示，或者它們可以是彎管接頭74，如在圖5中所示，也可以是如圖6中所示的“T型”接頭76，以及如圖7中所示的變徑接頭78。其它形狀也可行。根據(jù)本發(fā)明的壓接方法以及此處公開(kāi)的壓接模具和壓接接頭可以與任一種商業(yè)上可獲得的壓接工具和動(dòng)力壓制工具一起使用，以形成根據(jù)本發(fā)明的壓接連接。在圖8中示出了一種被稱為“鏈?zhǔn)健被颉鞍@式”工具80的壓接工具，該壓接工具包括多個(gè)卡爪82， 多個(gè)卡爪82通過(guò)銷和鏈84樞轉(zhuǎn)地彼此連接。與管部42接觸以形成壓接部的模具元件86 安裝在每個(gè)卡爪上。模具元件86可與卡爪82 —體地形成，或者可拆卸和可替換。模具元件86具有的曲率半徑大約等于將形成在接頭中的壓接部的曲率半徑。鏈?zhǔn)焦ぞ咄ㄟ^(guò)圍繞管部42包繞卡爪82，并且隨后利用提供機(jī)械優(yōu)勢(shì)的閂鎖機(jī)構(gòu)來(lái)朝向彼此牽拉卡爪82的自由端88來(lái)使用。隨著自由端88被牽拉在一起，鏈?zhǔn)焦ぞ?0向下?tīng)坷捷^小直徑，并且在圍繞管部42包繞卡爪時(shí)與管部42接合的模具元件86將基本上的徑向力向內(nèi)強(qiáng)加到形成壓接部的接頭上?？商娲?，可使用動(dòng)力壓制工具(如下所述)以朝向彼此牽拉自由端 88并形成壓接部。與其它壓接工具相比，鏈?zhǔn)焦ぞ邔?duì)于壓接較大直徑的管元件(直徑大于 1英寸)是有利的，并可被設(shè)計(jì)為提供最大機(jī)械優(yōu)勢(shì)以施加壓接力。鏈?zhǔn)綁航庸ぞ叩氖纠诿绹?guó)專利 No. 5，598，732、No. 5，666，711、No. 5，697，135、No. 5，887，329、No. 6，044，681、 No. 6，405，411、No. 6，694，586和No. 6，772，618中描述，這些美國(guó)專利被結(jié)合在此，作為參考。圖9示意出另一種類型的壓接工具90。壓接工具90具有兩個(gè)可移動(dòng)的卡爪92 和94，卡爪92和94以彼此相對(duì)的方式樞轉(zhuǎn)地安裝在工具體96上，工具體96用作銷98的支承板，卡爪92和94圍繞銷98樞轉(zhuǎn)。壓接工具90具有兩個(gè)模具元件100和102，一個(gè)模具元件定位在一個(gè)卡爪上。模具元件具有的尺寸和形狀能在與管部42強(qiáng)行接合時(shí)形成所需的壓接部。在操作中，卡爪92和94圍繞銷98樞轉(zhuǎn)進(jìn)入打開(kāi)位置，該位置允許接頭和容置在接頭中的管元件定位在卡爪92和94的模具元件100和102之間。然后，卡爪朝向彼此樞轉(zhuǎn)進(jìn)入閉合位置，于是模具元件100和102與管部42接合并形成將管元件連接到接頭的壓接部。在壓接工具系列內(nèi)，具有兩個(gè)諸如工具90的模具元件的壓接工具提供最小的機(jī)械優(yōu)勢(shì)，但卻簡(jiǎn)單和廉價(jià)。雙模壓接工具的示例在美國(guó)專利No. 6，202，290,No. 6，378，194、 No. 6，457，338、No. 7，409, 846、No. 7，421，871 和 No. 7，434，443 中描述，這些美國(guó)專利被結(jié)合在此，作為參考。雙模壓接工具對(duì)于壓接直徑大到大約1英寸的管元件最有效。雙模壓接工具可手動(dòng)操作或利用動(dòng)力壓制工具操作。圖9還示出示例性動(dòng)力壓制工具104。壓制工具104具有接受部106，接受部106 設(shè)計(jì)為允許不同尺寸和類型的壓接工具安裝在其上。接受部?jī)?nèi)的機(jī)構(gòu)接合壓接工具的卡爪，并在打開(kāi)和閉合位置之間操縱卡爪。該機(jī)構(gòu)例如通過(guò)電動(dòng)機(jī)或液壓地動(dòng)力操作，并提供形成壓接連接所必需的力。該壓制工具在本領(lǐng)域中被公知，示例性壓制工具在美國(guó)專利 No. 6，244, 085和No. 6，510, 719中描述，這些美國(guó)專利被結(jié)合在此，作為參考。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性壓接工具108。壓接工具108具有卡爪110 (在該示例中，2個(gè)卡爪)，卡爪110能環(huán)繞待壓接的接頭40定位?？ㄗ?10利用銷114可樞轉(zhuǎn)地安裝在工具體112上。工具體112用作支承板并允許卡爪110在銷114上朝向及離開(kāi)接頭40樞轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)下述的壓接操作。(接頭40在此處作為示例被提及，應(yīng)當(dāng)理解，接頭的實(shí)施方式66在其位置同樣適用。)卡爪110和工具體112被設(shè)計(jì)為提供機(jī)械優(yōu)勢(shì)以增加所施加的力。壓接工具108可通過(guò)上述動(dòng)力壓制工具104操作，由于已較好地理解動(dòng)力壓制工具的操作，所以此處不再對(duì)其做詳細(xì)說(shuō)明。如在圖11中所示，模具116安裝在每個(gè)卡爪110和工具體112上，使得工具108成為三模工具。每個(gè)模具116具有單個(gè)接觸表面118。卡爪110上的模具116通過(guò)卡爪110 的閉合運(yùn)動(dòng)移動(dòng)至與接頭40接合。卡爪110在接頭上的閉合運(yùn)動(dòng)也牽拉接頭40進(jìn)入與工具體112上的壓接模具116的接合。所有三個(gè)模具116 —起配合以將接頭壓接到管元件， 如下詳細(xì)所述。優(yōu)選地，接觸表面118具有圓形的橫截面形狀，其允許接觸表面沿圍繞接頭40周向地延伸的單條接觸線120接觸接頭。接觸表面118的實(shí)際曲率半徑可以從大約0. 05英寸到大約0.2英寸，其中，0. 08英寸是有利的。具有諸如橢圓形剖面之類的其它形狀的接觸表面也是可行的。一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊122也可移動(dòng)地安裝在工具體112上(還參見(jiàn)圖10)?？商娲?，一個(gè)或更多個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊可固定到工具體112。對(duì)準(zhǔn)卡塊122具有接觸表面124，并且獨(dú)立于卡爪110運(yùn)動(dòng)，以將它們的接觸表面定位成與接頭40接合。接觸表面IM可具有與它們所接觸的接頭40的部分互補(bǔ)的形狀，以確保適當(dāng)?shù)慕雍?。?duì)準(zhǔn)卡塊122獨(dú)立于模具116移動(dòng)，并起到相對(duì)于模具定位和保持接頭40的作用，使得模具在所需的位置，即，接觸線120處接合接頭。對(duì)準(zhǔn)卡塊122還提供支撐，作用以壓接接頭的力反作用在該支撐上。 重點(diǎn)指出的是，對(duì)準(zhǔn)卡塊在與接頭接合時(shí)不使接頭發(fā)生顯著的變形，因此在壓接操作期間無(wú)需消耗相當(dāng)大的力或能量來(lái)移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)卡塊進(jìn)入與接頭40的接合。下面參照用于接頭的實(shí)施方式40的圖12-14及用于接頭的實(shí)施方式66的圖15和 16描述根據(jù)本發(fā)明的壓接方法。如在圖12中所示，管元件1 容置在接頭40的開(kāi)口端48 內(nèi)。如果接頭具有套節(jié)1 和臺(tái)肩130，則管元件1 靠著套節(jié)中的臺(tái)肩安置，由此確保足夠的接合深度。接著，接頭40和管元件1 定位在壓接工具108(未示出)的卡爪110(未示出)之間。工具108被致動(dòng)以使對(duì)準(zhǔn)卡塊122的接觸表面124與徑向隆起部M的背離開(kāi)口端48的表面132接合。如在圖13中所示，工具108的又一致動(dòng)使卡爪110閉合并使所有三個(gè)模具116的接觸表面118均沿單條接觸線120與錐形表面56接合?？ㄗΦ拈]合動(dòng)作還牽拉接頭40與工具體上的模具接合，如前所述。在卡爪110上的模具116的進(jìn)一步向內(nèi)行進(jìn)使得基本上徑向定向的力施加在錐形表面56周圍，由于錐形表面的定向角58，上述力可分解成垂直于管部42的縱向軸線46定向的第一作用線134，以及沿管部軸向地定向的第二作用線136(即， 基本上平行于縱向軸線46)。如通過(guò)比較圖13與圖14示出的，針于成角度地定向的錐形表面56施加的力的這些單獨(dú)的作用線134和136允許發(fā)生兩個(gè)變形，其中，力沿單條接觸線120施加。第一變形是形成壓接部138，使圓柱形環(huán)55、錐形表面56和管元件1 徑向向內(nèi)地永久變形(S卩，基本上垂直于縱向軸線46)。應(yīng)當(dāng)指出的是，管元件1 變形的唯一區(qū)域處于單條接觸線120 下面。圓柱形環(huán)55起到用于模具116的止擋件的作用，并將徑向力傳遞到管元件126。第二變形是錐形表面56進(jìn)入通道52內(nèi)的變形，由此減小了通道的容積并且在接頭40和管元件1 之間壓縮密封件64，以形成流體密封連接。此外，該變形提供接頭已被壓接的直觀指示。應(yīng)當(dāng)指出的是，如在圖14中明顯示出的，接觸線120在壓接過(guò)程中沿錐形表面56朝向管元件移動(dòng)。一旦壓接過(guò)程完成，壓接工具的卡爪和對(duì)準(zhǔn)卡塊向外離開(kāi)接頭移動(dòng)，并且工具和接頭松開(kāi)。壓接接頭實(shí)施方式66的方法與壓接接頭實(shí)施方式40的方法略微不同之處在于， 對(duì)準(zhǔn)卡塊140與模具142 —體地形成。如在圖15中所示，管元件1 容置在接頭66的開(kāi)口端48內(nèi)，并靠著套節(jié)128中的臺(tái)肩130安置。接著，接頭66和管元件1 定位在壓接工具 108(未示出)的卡爪110(未示出)之間。工具108被致動(dòng)以使對(duì)準(zhǔn)卡塊140的接觸表面 144與凸緣68的背離開(kāi)口端48的環(huán)狀表面70接合。徑向向外突出的凸緣68具有的尺寸使得可將對(duì)準(zhǔn)卡塊140制成的足夠短，以致當(dāng)卡爪完全閉合以形成壓接部時(shí)，對(duì)準(zhǔn)卡塊140 不接觸接頭66的除環(huán)狀表面70之外的任何部分。其確保了在模具142與接頭66之間的唯一接合，該接合形成壓接部，該接合是通過(guò)模具的沿在接頭66的錐形表面56上的單條接觸線120的接觸表面146形成。因此，形成壓接部所需的能量通過(guò)在模具和接頭之間的有限接觸來(lái)限制。如在圖15中進(jìn)一步示出的，工具108的致動(dòng)使卡爪110閉合，并且使所有三個(gè)模具142的接觸表面146均沿單條接觸線120與錐形表面56接合。卡爪的閉合動(dòng)作還牽拉接頭66進(jìn)入與工具體上的模具接合，如前所述。在卡爪110上的模具142的進(jìn)一步向內(nèi)行進(jìn)使得基本上徑向地定向的力施加在錐形表面56周圍，由于錐形表面的定向角58，上述力可分解成垂直于管部42的縱向軸線46定向的第一作用線134，以及沿管部軸向地定向的第二作用線136( S卩，基本上平行于縱向軸線46)。如通過(guò)比較圖15與圖16所示的，針對(duì)成角度地定向的錐形表面56施加的力的這些單獨(dú)的作用線134和136允許發(fā)生兩個(gè)變形，其中，力沿單條接觸線120施加。第一變形是形成壓接部138，使錐形表面56和管元件1 徑向向內(nèi)地永久變形(即，基本上垂直于縱向軸線46)。再次應(yīng)當(dāng)指出的是，管元件1 變形的唯一區(qū)域處于單條接觸線120下面。第二變形是錐形表面56進(jìn)入通道52內(nèi)的變形，由此減小了通道容積，并且在接頭66和管元件1 之間壓縮密封件64，以形成流體密封連接。此外，該變形提供接頭已被壓接的直觀指示。應(yīng)當(dāng)指出的是，如在圖16中明顯示出的，接觸線120在壓接過(guò)程中沿錐形表面56朝向管元件移動(dòng)。對(duì)準(zhǔn)卡塊140防止模具142和接頭66之間的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)，并且提供沿第二作用線136的軸向力的反作用的表面。一旦壓接過(guò)程完成，壓接工具的卡爪向外離開(kāi)接頭移動(dòng)，并且工具和接頭松開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明的壓接型接頭、壓接工具和壓接方法提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)施加壓接力和使通道沿單條接觸線變形的力，使接頭變形所需的力以及由此的產(chǎn)生壓接連接所需的能量小于通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的方法所需的力和能量，現(xiàn)有技術(shù)的方法是沿相互分開(kāi)的多條接觸線施加變形力。這一優(yōu)勢(shì)可以多種方式來(lái)證明。例如，大直徑的管元件或具有較高屈服強(qiáng)度的管元件和接頭能夠通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的壓接方式來(lái)連接，而根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)這是不可能的。類似地，具有較厚側(cè)壁的管元件可以根據(jù)本發(fā)明被有效地壓接。具有較大尺寸公差的管元件通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法、工具和接頭可以被可靠地壓接。此外，可以使用施加較小的力并需要較少能量的工具，使得工具造價(jià)更低、更輕巧、更緊湊并且操作起來(lái)更簡(jiǎn)單及更低廉。由于接頭縱向地變形，它們?cè)陂L(zhǎng)度方面趨向于比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)壓接的接頭要短。對(duì)于諸如彎管接頭、T型接頭和變徑接頭之類的接頭，其允許實(shí)現(xiàn)中心到端部的較小尺寸，提供更加緊湊的管路配置。較短的接合長(zhǎng)度也允許接頭定位地更靠攏，由此提供迄今通過(guò)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓接接頭不能獲得的設(shè)計(jì)替代方案。
權(quán)利要求
1.一種用于以首尾相連的關(guān)系連接管元件的管接頭，所述接頭包括細(xì)長(zhǎng)的管部，所述管部由環(huán)繞設(shè)置在所述管部?jī)?nèi)的縱向軸線的側(cè)壁限定，所述管部具有用于容置所述管元件中的一個(gè)管元件的第一開(kāi)口端；第一通道，所述第一通道圍繞所述管部周向地延伸并且面對(duì)所述縱向軸線，所述第一通道由形成在所述側(cè)壁中的第一徑向隆起部限定，所述第一通道定位在所述第一開(kāi)口端處，所述第一徑向隆起部的面向所述第一開(kāi)口端的部分包括第一錐形表面，所述第一錐形表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向；以及所述側(cè)壁還限定第一圓柱形環(huán)，所述第一圓柱形環(huán)環(huán)繞所述第一開(kāi)口端并且遠(yuǎn)離所述第一徑向隆起部軸向地突出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，其中，所述第一錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約30°到大約60°的定向角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，其中，所述第一錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約35°到大約45°的定向角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，其中，所述第一錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約40°的定向角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，其中，所述第一錐形表面包括所述側(cè)壁的一部分，所述側(cè)壁的所述一部分具有比形成所述第一徑向隆起部的剩余部分的所述側(cè)壁的厚度小的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管接頭，其中，所述第一圓柱形環(huán)包括所述側(cè)壁的一部分，所述側(cè)壁的所述一部分具有比形成所述第一徑向隆起部的所述剩余部分的所述側(cè)壁的厚度小的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，其中，所述第一徑向隆起部包括背離所述第一開(kāi)口端的第一環(huán)狀表面，所述第一環(huán)狀表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管接頭，其中，所述第一徑向隆起部包括從其上向外突出的第一凸緣，所述第一凸緣圍繞所述管部周向地延伸，所述第一凸緣位于所述第一徑向隆起部的背離所述第一開(kāi)口端的部分上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約80°到大約105°的角定向。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約85°到大約95°的角定向。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約87°的角定向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，所述管接頭與容置在所述管部的所述第一開(kāi)口端內(nèi)的管元件結(jié)合，其中，所述管元件具有從大約0. 5英寸到大約4. 5英寸的外徑并且具有從大約0. 065英寸到大約0. 337英寸的壁厚。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，還包括第二開(kāi)口端，所述第二開(kāi)口端定位在所述管部的與所述第一開(kāi)口端相對(duì)的端處，所述第二開(kāi)口端用于容置所述管元件中的另一個(gè)管元件；第二通道，所述第二通道圍繞所述管部周向地延伸并且面對(duì)所述縱向軸線，所述第二通道由形成在所述側(cè)壁中的第二徑向隆起部限定，所述第二通道定位在所述第二開(kāi)口端處，所述第二徑向隆起部的面向所述第二開(kāi)口端的部分包括第二錐形表面，所述第二錐形表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向；以及所述側(cè)壁還限定第二圓柱形環(huán)，所述第二圓柱形環(huán)環(huán)繞所述第二開(kāi)口端并且離開(kāi)所述第二徑向隆起部軸向地突出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述第二錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約30°到大約60°的定向角。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述第二錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約35°到大約45°的定向角。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述第二錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約40°的定向角。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述第二錐形表面包括所述側(cè)壁的一部分， 所述側(cè)壁的所述一部分具有比形成所述第二徑向隆起部的剩余部分的所述側(cè)壁的厚度小的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的管接頭，其中，所述第二圓柱形環(huán)包括所述側(cè)壁的一部分， 所述側(cè)壁的所述一部分具有比形成所述第一徑向隆起部的所述剩余部分的所述側(cè)壁的厚度小的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述第二徑向隆起部包括背離所述第二開(kāi)口端的第二環(huán)狀表面，所述第二環(huán)狀表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的管接頭，其中，所述第二徑向隆起部包括從其上向外突出的第二凸緣，所述第二凸緣圍繞所述管部周向地延伸，所述第二凸緣位于所述第二隆起部的背離所述第二開(kāi)口端的部分上。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約80°到大約105°的角定向。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約85°到大約95°的角定向。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約87°的角定向。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，所述管接頭與分別容置在所述管部的所述第一開(kāi)口端內(nèi)的和所述第二開(kāi)口端內(nèi)的所述第一管元件和所述第二管元件結(jié)合，其中，所述第一管元件和所述第二管元件具有從大約0. 5英寸到大約4. 5英寸的外徑，并且具有從大約 0. 065英寸到大約0. 337英寸的壁厚。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述管部是直的。
26.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，其中，所述管部選自由彎管、T形管和變徑管組成的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管接頭，還包括定位在所述第一通道內(nèi)的密封件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的管接頭，其中，所述密封件包括0形環(huán)。
29.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管接頭，還包括分別定位在所述第一通道內(nèi)的和所述第二通道內(nèi)的第一密封件和第二密封件。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的管接頭，其中，所述第一密封件和所述第二密封件包括0形環(huán)。
31.一種用于以首尾相連的關(guān)系連接管元件的管接頭，所述接頭包括細(xì)長(zhǎng)的管部，所述管部由環(huán)繞設(shè)置在所述管部?jī)?nèi)的縱向軸線的側(cè)壁限定，所述管部具有用于容置所述管元件的第一開(kāi)口端和第二開(kāi)口端；第一通道，所述第一通道圍繞所述管部周向地延伸并且面對(duì)所述縱向軸線，所述第一通道由形成在所述側(cè)壁中的第一徑向隆起部限定，所述第一徑向隆起部的一部分面向所述第一開(kāi)口端并且包括第一錐形表面，所述第一錐形表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向；所述第一徑向隆起部還包括背離所述第一開(kāi)口端的第一環(huán)狀表面，所述第一環(huán)狀表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向；所述側(cè)壁還限定第一圓柱形環(huán)，所述第一圓柱形環(huán)環(huán)繞所述第一開(kāi)口端并且離開(kāi)所述第一徑向隆起部軸向地突出；第二通道，所述第二通道圍繞所述管部周向地延伸并且面對(duì)所述縱向軸線，所述第二通道由形成在所述側(cè)壁中的第二徑向隆起部限定，所述第二徑向隆起部的面向所述第二開(kāi)口端的部分包括第二錐形表面，所述第二錐形表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向；以及所述側(cè)壁還限定第二圓柱形環(huán)，所述第二圓柱形環(huán)環(huán)繞所述第二開(kāi)口端并且離開(kāi)所述第二徑向隆起部軸向地突出。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述錐形表面中的至少一個(gè)錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約30°到大約60°的定向角。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述錐形表面中的至少一個(gè)錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約35°到大約45°的定向角。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述錐形表面中的至少一個(gè)錐形表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約40°的定向角。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一通道定位在所述第一開(kāi)口端處。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的管接頭，其中，所述第二通道定位在所述第二開(kāi)口端處。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，還包括分別定位在所述第一通道內(nèi)的和所述第二通道內(nèi)的第一密封件和第二密封件。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一錐形表面包括所述側(cè)壁的一部分， 所述側(cè)壁的一部分具有比形成所述第一徑向隆起部的剩余部分的所述側(cè)壁的厚度小的厚度。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一徑向隆起部包括從其上向外突出的第一凸緣，所述第一凸緣圍繞所述管部周向地延伸，所述第一凸緣位于所述第一徑向隆起部的背離所述第一開(kāi)口端的部分上。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約80°到大約105°的角定向。
41.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約85°到大約95°的角定向。
42.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第一環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約87°的角定向。
43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述第二徑向隆起部包括背離所述第二開(kāi)口端的第二環(huán)狀表面，所述第二環(huán)狀表面相對(duì)于所述縱向軸線成角度地定向。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的管接頭，其中，所述第二徑向隆起部包括從其上向外突出的第二凸緣，所述第二凸緣圍繞所述管部周向地延伸，所述第二凸緣位于所述第二隆起部的背離所述第二開(kāi)口端的部分上。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約80°到大約105°的角定向。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線從大約85°到大約95°的角定向。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的管接頭，其中，所述第二環(huán)狀表面具有相對(duì)于所述縱向軸線大約87°的角定向。
48.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，其中，所述管部選自由直管、彎管、T形管和變徑管所組成的組。
49.根據(jù)權(quán)利要求31所述的管接頭，所述管接頭與分別容置在所述管部的所述第一開(kāi)口端內(nèi)的和所述第二開(kāi)口端內(nèi)的第一管元件和第二管元件結(jié)合，其中，所述第一管元件和所述第二管元件具有從大約0. 5英寸到大約4. 5英寸的外徑并且具有從大約0. 065英寸到大約0. 337英寸的壁厚。
50.一種用于壓接接頭以在所述接頭和容置在所述接頭內(nèi)的管元件之間形成連接的工具，所述接頭包括管部和通道，所述管部具有用于容置所述管元件的開(kāi)口端，所述通道圍繞所述管部周向地延伸并且由形成在所述管部的側(cè)壁中的徑向隆起部限定，所述徑向隆起部包括面對(duì)所述開(kāi)口端定位的成角度地定向的錐形表面和背離所述開(kāi)口端定位的相對(duì)表面， 所述工具包括能夠環(huán)繞所述管部定位的多個(gè)卡爪，所述卡爪能夠相對(duì)于彼此朝向和離開(kāi)所述管部運(yùn)動(dòng)，所述卡爪中的每一個(gè)卡爪均具有定位在其上的模具，所述模具中的每一個(gè)模具具有僅單個(gè)接觸表面，所述單個(gè)接觸表面定位成當(dāng)所述卡爪朝向所述管部運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述單個(gè)接觸表面沿圍繞所述管部周向地延伸的單條作用線接觸僅所述錐形表面。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的工具，其中，所述卡爪可樞轉(zhuǎn)地相互附連。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的工具，還包括安裝在其上的至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊能夠朝向和離開(kāi)所述管部運(yùn)動(dòng)，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊具有接觸表面，所述接觸表面以與所述模具中的至少一個(gè)模具成間隔開(kāi)的關(guān)系定位并且面對(duì)所述模具中的至少一個(gè)模具，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊的所述接觸表面能夠與所述隆起部的所述相對(duì)表面接合，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊用于防止所述管部相對(duì)于所述模具的運(yùn)動(dòng)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的工具，其中，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊安裝在所述卡爪中的一個(gè)卡爪上。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的工具，其中，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊與所述模具中的一個(gè)模具一體地形成。
55.根據(jù)權(quán)利要求50所述的工具，還包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊中的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊安裝在所述卡爪中的相應(yīng)的一個(gè)卡爪上，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊中的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊均具有接觸表面，所述接觸表面定以與所述模具的相應(yīng)的一個(gè)模具成間隔開(kāi)的關(guān)系定位并且面對(duì)所述模具中的相應(yīng)的一個(gè)模具，當(dāng)所述卡爪朝向所述管部運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊的所述接觸表面能夠與所述隆起部的所述相對(duì)表面接合，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊用于防止所述管部相對(duì)于所述模具的運(yùn)動(dòng)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的工具，其中，所述對(duì)準(zhǔn)卡塊中的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)卡塊均與所述模具的相應(yīng)的一個(gè)模具一體地形成。
57.一種將接頭壓接到容置在所述接頭內(nèi)的管元件的方法，所述接頭包括管部，所述管部具有用于容置所述管元件的開(kāi)口端，所述管部具有周向通道，所述周向通道由所述管部的側(cè)壁中的徑向隆起部形成，所述徑向隆起部包括成角度地定向的錐形表面，所述錐形表面面對(duì)所述開(kāi)口端定位，所述方法包括僅將徑向定向的力沿圍繞所述錐形表面周向地延伸的單條接觸線施加到所述錐形表面上，所述力具有垂直于所述管部定向的第一作用線和沿所述管部軸向地定向的第二作用線. 使所述錐形表面朝向所述管部徑向向內(nèi)地變形；使所述錐形表面沿所述管部軸向地變形進(jìn)入所述通道內(nèi)；以及通過(guò)在所述管部和所述管元件之間的接觸使所述管元件僅在所述單條接觸線下面徑向向內(nèi)地變形。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，還包括在所述管部和所述管元件之間壓縮位于所述通道內(nèi)的密封件，以在所述管元件和所述接頭之間形成流體密封連接。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，還包括在施加所述力的同時(shí)沿所述錐形表面朝向所述管元件移動(dòng)所述接觸線。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中，所述隆起部還包括背離所述管部的所述開(kāi)口端定位的相對(duì)表面，所述方法還包括通過(guò)支承所述隆起部的所述相對(duì)表面防止所述管部的軸向運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種通過(guò)壓接安裝的接頭，該接頭具有在開(kāi)口端成角度地定向的錐形表面，開(kāi)口端由容置管元件的環(huán)環(huán)繞。模具朝向壓接工具的卡爪上的接頭徑向地移動(dòng)，并沿單條接觸線接合錐形表面以形成將接頭緊固到管上的壓接部。徑向施加的力具有徑向和軸向分量。徑向分量產(chǎn)生壓接部，軸向分量使接頭中的通道變形，密封件位于通道中。密封件在接頭和管之間變形以形成流體密封連接。接頭可具有徑向向外突出的周向凸緣。對(duì)準(zhǔn)卡塊接合接頭并提供承受軸向力分量的反作用表面。
文檔編號(hào)F16L33/18GK102301173SQ201080005930
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者萬(wàn)斯·W·亨里, 小查爾斯·E·維爾克, 弗蘭克·J·敘格勒三世, 斯科特·D·馬達(dá)拉, 馬修·A·鮑曼 申請(qǐng)人:維克托里克公司