应力诱发插入式连接器制造技术

公开了一种连接组件（１１０），它具有限定一开口（１２２）的第一部件（１２０），适合与第一部件夹持在一起的第二部件（１１２）和由超弹性合金制成的垫圈部件（１１４），在所述部件（１１２、１１４、１２０）中的至少两个之间的相对运动引起在垫圈（１１４）内的超弹性激活，其中该激活同时将部件（１１２、１２０）与设置在其间的垫圈部件（１１４）连接在一起。超弹性部件（１１４）能够膨胀或收缩以形成一个密封件。最好利用与组件（１１０）的另一个部件（１１２、１２０）的一个或多个的过盈配合产生机械应力激活。这种改进的密封件在流体连接器例如软管（５１０）、电连接器（７１０）、扭矩传递装置（５１０）和阻尼震动中很适用。垫圈部件（１１４）优选被预组装成第一和第二部件（１１２、１２０）之一。第一部件（１２０）与垫圈（１１４）预组装，部件（１１２）相对于预组装部件移动以激活垫圈（１１４）的超弹性合金。所形成的组件（１１０）形成高性能的连接和密封，可防止腐蚀和磨损。这些组件（１１０）完全是可逆的，由于在垫圈（１１４）中的弹性，组件（１１０）包括较大的表面和表面接触，使其显示出较强的轴向和扭转夹紧力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及金属连接器以及金属形状记忆密封件，也就是说，通过一种插入式部件将多个部件连接在一起的装置，具体地说具有一个或多个由具有超弹性性能的材料制成的元件。这些连接器和密封件适用于高性能的工业和医疗用途，这些用途涉及不同范围的工作温度和所要连接/密封的组成材料。已经有文献记载了金属超弹性合金例如Ni-Ti(镍和钛的非磁性合金)以及其它双或三金属合金已经应用在包括紧固件、连接器、密封垫、夹具和密封件在内的各种技术用途中。许多这些用途需要温度以便激活该材料并且改变其物理状态，而其它使用机械力，这些机械力施加应力以在材料中引起超弹性物理变形。还有一些采用了温度和机械应力的结合，从而使得一种形状记忆效应在所要求的产品中起作用。但是可以看出，不是所有的形状记忆材料都是假弹性的，因为不是所有的都在它们的工作温度下具有超弹性性能。本专利技术人特别关心的是超弹性材料在连接器和密封件上的用途。相对于需要螺纹紧固件、弹簧、夹具或其它紧固或固定机构的更传统的组件，不锈金属超弹性材料的使用在高性能连接组件中具有明显的优点。具体地说，超弹性合金由于其表面特性更硬所以可以比在普通连接器中所使用的材料承受更多的磨损。由于它们的弹性预加载荷的特性，所以它们还可以承受非常大的振动并且不会松弛，而不用使用普通的粘合剂来将装配好的部件和/或连接器自身紧固在一起。与普通连接器一起使用的粘合剂使得它们非常难以拆卸，相反通常可以使得超弹性连接器完全可逆的。不锈金属形状记忆材料的使用在高性能密封环境中相对于柔韧的合成橡胶或硅树脂材料具有明显的优点，它们能够在压力和温度极值下承受大得多的密封负载同时不会使道路橡胶和硅树脂罐头干涸。Krumme等人的美国专利5395193和5584631披露了在优化的弹性条件中使用镍钛形状记忆紧固件，该紧固件具有超弹性或假弹性特性。据说这些紧固件用于眼镜组件；将它们安放在销上以将各个部件紧固在一起。但是，该使用没有考虑到一种插入式连接器。在还是由Krumme等人共同专利技术的美国专利5395193和5584631中，上述优化的弹性材料还应用在一种据说在眼镜架中所使用的Belleville紧固件中。Johnson的题目为“夹具及其使用方法”的美国专利5683404还披露了具有“假弹性”的形状记忆材料，从而限定了这些材料在室温下具有超弹性/假弹性回复特性。据说这些材料从奥氏体晶体结构变形到假定实际上为马氏体的应力诱发结构，从而在除去应力时由此回复到奥氏体状态。所述变化的晶体结构赋予该合金超弹性或假弹性性能。镍钛合金的泊松比大约为0.3，而在该形状记忆合金拉伸超过初始弹性极限时该比值有效地增加到大约0.5或更大。在这一点上据说会出现应力诱发的马氏体，即超过材料受到永久变形且因此不能回复到初始奥氏体形状的点。Johnson采用一种专门工具来施加使材料变形的外部拉伸力，然后松开该力以使该材料回复到起原始状态。在该装置受到拉伸期间，在拉伸力松开时一个部件被它捕获住并且牢牢地被夹住。该装置打算用在夹紧中，并且没有考虑由本专利技术提出的那种传统的连接操作。如在美国专利5858020中所述一样，Johnson所提出的另一种用途在于通过使由形状记忆材料制成的套环部件受到外部拉伸刺激以延伸并且从而减小了其横向尺寸来连接医疗设备的各个模块部件。在拉伸力松开时，该部件朝着其原始静止尺寸回复，从而收缩并且在另一个部件上施加力。这是超弹性材料的连续拉伸和松弛作用而不是同时激活和紧固操作。还有，在套环上必须有专门的结构以使得能够施加拉伸力。Zider和Krumme的题目为“包含形状记忆元件的眼镜架”的美国专利4896955说明了具有超弹性或假弹性特性的镍钛形状记忆合金的使用。在评论这些材料中，据说这样纯的假弹性部件在眼镜架中的有效使用温度范围太窄。还据说这个局限性可以通过用具有“优化弹性”特性的材料即加工硬化的形状记忆合金构造这些部件来消除。在Renz等人的美国专利5197720中，通过由形状记忆材料制成的由机械力促动的扩展元件将工件紧固在夹具内。这样，通过该形状记忆部件来传递扭矩。该装置用来将各个部件聚集在一起来紧固该工件以便进行操作。但是它没有考虑到作为连接器或密封件的用途。Jevis的美国专利No.5190546披露了采用超弹性合金将由形状记忆材料制成的组合部件插入进断裂的骨头空腔中。该组合部件在松开作用在其上的径向压力时紧固住骨头空腔的壁。为了施加径向压力以便减小直径，则该部件必须是分开的，从而使得用于插入的尺寸减小。它既没有在连接组件中用作插入式部件，也没有具有密封特性。其它专利例如Besselink等人的美国专利5507826、Kapgan等人的US5779281以及Arnold的US5067827已经分别想到利用形状记忆材料的特性作为锁紧、连接器和支承元件；但是，这些方案需要在使用中施加所要求的温度。Kramer等人的美国专利5277435以及Flomenblit等人的US5876434同样依靠温度来激发形状记忆效应。这种在由温度外部激发上的依赖性导致额外的过程步骤并且在某些其它用途中是不利的。Krumme等人的题目为“迟滞阻尼设备和方法”的美国专利5842312采用了形状记忆张力元件来提供能量损耗。这些元件可以安放在受到振动的建筑结构等之间，用来吸收由它们的相对运动而产生出的能量。但是，该专利没有考虑到超弹性材料在连接器或密封件的形成中的振动阻尼作用。上述先有方案的任一个都没有考虑到例如由本专利技术人所提出的形成一种有效的密封件。而且，上述Renz等人的专利虽然通过工件传递扭矩但是没有考虑到在这样做的同时形成一种密封件。另外，某些密封件的关键特征在于它们适应在所要密封的部件中不同类型变化例如热膨胀的能力。例如柔性橡胶和硅树脂具有这种特性；但是，工作要求在高性能金属密封用途中明显不同。现在将描述对于用形状记忆合金来形成密封件的先有方法。现在参照Wu.的题目为“用于内燃机燃料喷射器的高压流体通道密封件以及制作该密封件的方法”的美国专利5862995。在该专利中，将形状记忆合金插头插进燃料通道的开口端中，从而经历了从马氏体到奥氏体的金相变化以进行通道的密封。这是通过使插头在-100摄氏度到-80摄氏度的温度范围内冷却时受到预应力来实现的。Julien等人的题目为“采用记忆金属的可重复使用的金属密封件”的美国专利5226683采用了处于设置使用的马氏体状态的二价金属环，然后加热到向奥氏体的转变温度之上以便除去和重新使用。在Kim等人的题目为“用于超高真空系统的O形环密封装置”的美国专利4281841，将可热回复的管子冷却到其马氏体状态，然后变形并且通过温度激发而回复到其奥氏体状态。但是，所述上述方案涉及对形状记忆材料的温度变化。该材料最初处于奥氏体状态，然后被冷却到马氏体物理状态，在该状态中该材料变得可锻造的即不是弹性的。重要的是要注意，该过程步骤在形成密封之前出现。该材料随后形成一种中间形状并且被安放进密封组件中。使温度上升到奥氏体转变温度以上，这时材料朝着其初始奥氏体形状和尺寸回复，从而进行密封。因此，需要形成一种耐久的金属不锈密封件或插头，该插头首先是一种处于其奥氏体状态中的形状记忆材料并且通过应力诱发引起超弹性形为以形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连接组件，它包括：限定有开口的第一部件；用来与第一部件连接在一起的第二部件；以及由超弹性合金制成的垫圈部件，由此这些部件的至少两个之间的相对运动引起在垫圈中的超弹性激活，该激活同时在有效固定的相对位置中使所有部件连接在一 起，并且垫圈压缩插入在第一和第二部件之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克怀特，
申请(专利权)人：帕特里克怀特，
类型：发明
国别省市：US[美国]