CN100436066C - 一种挤压工具的夹钳臂 - Google Patents
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Abstract
一种用于挤压工具的枢轴式夹钳臂,包括相对的侧面、夹钳臂上的枢轴孔、在孔纵向相对侧面上的纵向相对端部、在孔横向相对侧面上位于所述端部之间的内缘和外缘。由夹钳臂相对侧面上对准凹槽构成的应力集中部分从内缘朝枢轴孔延伸,在内缘上形成破坏点,使得疲劳裂纹始终在该破坏点产生,可使夹钳臂从破坏点断裂到枢轴孔。
Description
技术领域
本发明涉及连接管道和接头的挤压工具,具体地,涉及挤压工具的改进的枢轴式夹钳臂。
背景技术
用来连接管道和接头部件的挤压工具为大家所熟知,比如授予Nghiem的专利6,035,775所介绍的。这种工具带有可拆卸地安装在驱动机构上的挤压夹紧装置,利用驱动机构可使装置中的夹钳臂移动而将管道和接头挤压连接在一起。更具体地,夹紧装置包括一对通过枢轴安装在一对侧板之间的夹钳臂,且夹钳臂的一端带有向内的相对钳口,另一端带有横向向内面对的凸轮面。夹钳臂以位于在其两端之间穿过夹钳臂的孔中的销轴作为枢轴,而夹紧装置可通过侧板安装在驱动机构上,该安装位置相对于夹紧装置来说,横向位于枢轴销之间、纵向位于枢轴销和夹钳臂的凸轮面之间。驱动机构带有可沿夹钳臂凸轮面前后轴向移动的凸轮滚柱,当凸轮面向前移动时,凸轮滚柱与凸轮面接合,使相对的钳口靠拢而压到置于其间的管道和接头周围。
夹钳臂两端之间具有横向内缘和外缘,且在夹紧装置以挤压方式连接管道和接头时,在枢轴孔和内缘之间以及沿内缘在钳口和凸轮面之间的夹钳臂区域处于拉力状态下,而在其横向外侧的区域处于压力状态下。侧板在工作时也处于应力状态下,这是因为夹钳臂绕枢轴销转动以压合钳口的动作会将侧向向外的力通过枢轴销施加到侧板上。在夹紧装置的使用期限内在某个位置可能发生破坏,而破坏最好发生在至少一个侧板。破坏最好发生在侧板的原因是,到目前为止,夹钳臂中的破坏位置和此后的断裂方向是不可预见的。更具体地,夹钳臂中的破坏通常发生在枢轴孔前面的钳口与夹钳臂外侧之间,或者发生在枢轴孔后面一个或多个位置处的夹钳臂内外侧之间。这种破坏往往会导致夹钳臂断裂成完全分离的片段,而为了使这些片段在断裂之后保持在一起,已经在夹紧装置中采用了带箍装置,带箍装置可固定在夹钳臂的外侧,使得破坏发生之后夹钳臂的分离部件能够保留在夹紧装置周围。用带箍保持部件的方法十分昂贵,而且使夹钳臂以及使用这种带箍的夹紧装置的结构变得很复杂。
一挤压工具夹钳臂的生产商宣称已经研制出一种可防止夹钳臂破坏时分离成片段的热处理方法。据其所称,利用这种方法,当夹钳臂从内缘朝外缘断裂时,靠近外缘的夹钳臂材料可起到断裂线两侧夹钳臂部分之间铰链的作用。因此,断裂线两侧的夹钳臂部分在破坏发生之后能保持相互连接而不会完全分离。对这种夹钳臂作了一些测试以确定其所称的不分离效果的真实性。在授予Amherd的专利6,434,998示出的这类夹钳臂包括在内缘上的弹簧及销轴凹槽,使得使用这种夹钳臂的夹紧装置能够将扭转弹簧装置容纳在弹簧及销轴凹槽之间,而且在该弹簧及销轴凹槽后面还设有安装销的空隙凹部。对不同尺寸的上述夹钳臂的试验显示,每种尺寸的夹钳臂的大部分都从弹簧及销轴凹槽通过夹钳臂断裂到枢轴孔。然而,发生破坏的位置仍然是不可预见的,因为所测试的不同尺寸夹钳臂中的大约14%至25%的破坏发生在安装销的空隙凹部并穿过夹钳臂到达夹钳臂外缘。而且,在所测试的大多数夹钳臂中,发生在安装销的空隙凹部的破坏会导致夹钳臂断裂成分离的片段。因此,不能预测夹钳臂发生破坏的位置,不能对夹钳臂上破坏点以及从破坏点开始的断裂线方向进行控制。
发明内容
根据本发明,沿夹钳臂内缘和在使用时处于拉力状态的夹钳臂区域存在应力集中部分。应力集中部分的构造和相对于夹钳臂内外缘的方向能够在夹钳臂内缘形成破坏点,疲劳裂纹始终在该破坏点产生,且夹钳臂沿可预测的路径从破坏点朝夹钳臂外缘断裂。在此使用的“破坏点”指的是沿夹钳臂内缘的一个点,对于每次夹钳臂破坏来说,疲劳裂纹最初在该点发生。虽然不是必定的,但根据本发明的存在应力集中部分的夹钳臂最好能够在断裂线外端形成铰链作用,从而防止断裂线两侧的夹钳臂部件完全分离。虽然不是必须的,但应力集中部分相对于夹钳臂内缘和穿过夹钳臂的枢轴孔的位置和方向最好使断裂线指向销孔。这种控制裂缝的方法十分有利,因为销孔构成裂缝的终端,从而使枢轴孔和夹钳臂外缘之间的夹钳臂部分起到铰链作用。作为断裂线一部分的枢轴孔使得夹钳臂相邻部分在相对于铰链区移动时能够更加容易地预测夹钳臂相邻部分之间的反应。即使不能实现铰链作用,销孔也能在夹钳臂外部发生破坏时提供对夹钳臂部件之间反应的预测。
根据本发明的应力集中部分可以具有任何一种结构形状并相对于夹钳臂内外缘来确定方向,使得裂缝能够沿可预测的路径穿过夹钳臂。这种应力集中部分是通过在夹钳臂制造过程中或在制造之后从夹钳臂中去掉某些材料而形成的,从而在夹钳臂内缘形成预定破坏点,使得疲劳裂纹始终在该破坏点开始。如上所述,应力集中部分相对于夹钳臂内外缘的方向使得裂缝能够沿预测的路径从破坏点穿过夹钳臂。满足这一标准的优选应力集中部分可由夹钳臂相对侧面的一个或两个上的从夹钳臂内缘指向外缘的凹槽或沟槽形成。所述凹槽相对于夹钳臂相应侧面的深度可在夹钳臂内缘形成破坏点,夹钳臂的每次破坏都在这点开始。通过使所述凹槽朝夹钳臂外缘延伸,裂缝穿过夹钳臂路径的控制得到优化。符合上述标准可在夹钳臂内缘上始终形成破坏点的应力集中部分形状包括在内缘的弧形凹槽,其相对于内缘的深度可形成破坏点,而对分该凹槽圆弧的轴线穿过夹钳臂指向外缘,使得能够预测断裂线穿过夹钳臂的方向。其它断面形状包括:从夹钳臂内缘朝外缘延伸的锯口;内缘中的矩形切口;内缘的V形切口,其顶点指向外缘;夹钳臂中从内缘朝外缘延伸并位于夹钳臂相对侧面之间的镗孔;以及在夹钳臂相对侧面之间穿过夹钳臂的孔。
应力集中部分相对于夹钳臂的位置应使应力集中部分至少局部可见,这样能够有利地在夹钳臂即将发生破坏时提供可见信号给挤压装置的操作人员。夹钳臂的材料和/或制造方法最好使断裂线前面的夹钳臂外部起到铰链作用,使得破坏发生时夹钳臂的相邻部分能够保持连接。而且,如上面所指出,应力集中部分的方向最好使夹钳臂断裂线穿过夹钳臂从内缘上的破坏点到枢轴孔,因此铰链区是由销孔和夹钳臂外缘之间的夹钳臂材料构成。
因此本发明的一个目的是要提供一种挤压工具的枢轴式夹钳臂,其因使用而引起的夹钳臂破坏的位置和方向是始终可以预见和控制的。
本发明的另一个目的是要提供一种挤压工具的枢轴式夹钳臂,夹钳臂内缘上带有可控制的破坏点,使得疲劳裂纹始终在该破坏点开始,且夹钳臂从破坏点朝夹钳臂外缘断裂。
本发明的还有一个目的是提供一种具有上述特性的夹钳臂,其特征在于,在不损害其它功能如造成凸轮面磨损的情况下,可预测和控制夹钳臂的破坏或断裂。
本发明的还有一个目的是提供一种具有上述特性的夹钳臂,其特征在于,不必使用带箍就可以防止夹钳臂破坏时夹钳臂断裂部分相互之间完全分离。
本发明的还有一个目的是提供一种具有上述特性的夹钳臂,其中应力集中部分的断面形状和相对于夹钳臂内缘的方向使得破坏始终在内缘上的破坏点开始,且夹钳臂从破坏点断裂到枢轴孔。
附图说明
通过下面结合附图对本发明优选实施例的详细说明将使本发明的上述目的和其它特征更加清楚,其中:
图1是现有技术夹紧装置的平面图,带有本发明特征的枢轴式夹钳臂;
图2是图1中夹紧装置的侧视图;
图3是图1所示夹紧装置顶侧板除去后的平面图,图中还示出了现有技术夹钳臂的典型破坏区域;
图4是另一现有技术的夹紧装置在顶侧板除去后的平面图;
图5是沿图4中5-5剖面的剖视图;
图6是图1所示夹紧装置顶侧板除去后的平面图,所示夹钳臂带有根据本发明的优选的应力集中部分;
图7是沿图6中7-7剖面的应力集中部分的剖视图;
图8是沿图7中8-8剖面的应力集中部分的纵剖图;和
图9A-9F示出了根据本发明的应力集中部分的其它实施例。
具体实施方式
现在将更加详细地参考附图,这些附图只是用于说明本发明的优选实施例,并不是用来限制本发明的。图1-3示出了现有技术的包含一对夹钳臂12的夹紧装置10,其中夹钳臂12通过相应的枢轴或轴承销18以图1-3所示方向分别安装在顶侧板14和底侧板16之间。更具体地,每个夹钳臂12带有顶面20、底面22和用来容纳相应销轴18的销孔24。侧板14和16通常是T形的并分别带有横向相对的侧面14a和16a,侧面14a和16a中设有用来容纳相应销轴18外端的对准孔26。侧板14和16还分别带有后端14b和16b,后端14b和16b中设有用来容纳安装销的对准孔27,夹紧装置通过安装销以众所周知的方式安装在驱动单元上。利用每个销轴18两端的弹簧锁片28使夹钳臂和侧板保持装配关系。
每个夹钳臂12分别具有纵向相对的前端12a和后端12b,且顶面20和底面22在销孔24后面相对图1和3中的顶面20凹下去的,如数字12c表示的凹进部分。每个夹钳臂还分别带有侧向外缘和内缘30和32,它们与销轴孔24隔开并向销轴孔24的前后延伸。在侧板14和16前面的夹钳臂前端12a的内缘32处设有横向面向内的相对钳口34,而在侧板后端14b和16b后面的夹钳臂后端12b上设有横向面向内的凸轮面36。销孔24内侧的内缘32容纳并支承一发夹形状的弹簧38,弹簧38使两个夹钳臂12分别绕销轴18沿相反方向偏转,从而使钳口34横向向内偏压到一起。内缘32上还带有弹簧固定凸肩32a和安装销的空隙凹部32b,其中弹簧保持凸肩32a与弹簧38的自由端接合,而安装销的空隙凹部32b可在靠拢后端12b以打开钳口34时提供安装销的空隙。
在使用时,通过固定在驱动机构并容纳到侧板对准孔27中的销轴将夹紧装置10以众所周知的方式安装在驱动机构。接着手动将夹钳臂后端12b互相靠拢,使夹钳臂克服弹簧38的偏压力绕销轴18转动而打开钳口34,容纳进行挤压的管道和接头,而当松开夹钳臂时,弹簧38使钳口包住管道和接头。接着启动驱动单元使驱动单元上的凸轮滚柱沿夹紧装置的轴向向前移动,同时接合凸轮面36,于是夹钳臂12绕销轴18转动,使钳口34将管道和接头挤压在一起。然后,启动驱动单元退回凸轮滚柱,再手动克服弹簧38的偏压力移动夹钳臂打开钳口,将夹紧装置从挤压后的管道和接头上取下。如图3中的点划线A、B和C所示,这种现有技术夹钳臂的破坏通常不可预见地发生在这三个区域的任何一个的夹钳臂内外缘之间,即在销孔24前面的钳口和外缘之间,在销孔24后面的外缘和内缘上的弹簧保持凸肩32a之间,以及在销孔后面更远处的外缘和内缘上的安装销的空隙凹部32b之间。虽然没有在两个夹钳臂上都示出区域A、B和C,但应当认识到断裂可发生在任何一个夹钳臂,且断裂不一定发生在相同的区域。而且,对于不同的夹钳臂尺寸和不同的结构或外形,断裂区域将发生变化。
上文中提到的进行了破坏点测试的夹钳臂在授予Amherd的专利6,434,998中示出,图4和5中示出了夹紧装置40的一部分,其包括结构上与前面介绍的夹钳臂12类似的夹钳臂42,其不同之处在下面提出。就结构相似性来说,夹钳臂42安装在一对侧板44之间,为了清楚起见已除去图4和5中的上侧板。每个夹钳臂42带有在其相对侧面之间延伸容纳相应枢轴销48的枢轴孔46,且在销孔后面的夹钳臂部分是凹下去的,如数字42a所示。每个夹钳臂的内缘在其前端带有钳口50,在后端带有凸轮面52,而在凸轮面的前面带有安装销的空隙凹部53。就结构差异来说,如图4和5中所示,侧板44支承弹簧销或弹簧柱54,扭簧56的封闭端绕在弹簧销54的周围,且每个夹钳臂的内缘设有销轴凹槽58和弹簧凹槽60,其中靠近夹钳臂相对侧面的径向较浅的销轴凹槽58用来容纳销轴54的相应部分,而在夹钳臂相对侧面中间的弹簧凹槽58用来容纳扭簧的封闭端和向后延伸的扭簧腿。如上文中所提到的,对具有不同尺寸的夹钳臂的试验显示,75%-86%的破坏发生在区域D中,从销轴凹槽开裂至枢轴孔,但14%-25%的破坏发生在区域E中而穿过夹钳臂开裂。这些破坏是不可预见和不可控制的,而且区域E中的破坏将导致夹钳臂断裂为完全分离的片段。
图6示出了在上文中结合图1-3介绍的夹紧装置10,但作了改进,带有根据本发明优选实施例的应力集中部分结构。因此,与图1-3中对应的部件用相同的数字来表示。如图6-8所示,根据本发明的优选应力集中部分由每个夹钳臂相对侧面中的凹槽或沟槽70构成,两个凹槽相互对准并从内缘32通过夹钳臂向销孔24延伸。每个凹槽具有与内缘32相交的外端72a和内端72b,且将外端和内端之间的凹槽对开的直线或平面74最好穿过销孔24的轴线。每个凹槽具有底部76,且底部76相对于夹钳臂相应侧面的深度最好从夹钳臂内缘32朝凹槽内端72b逐渐减小。凹槽的横断面是拱形的,但也可以是矩形、V形或其它形状。如图1以及图6中底侧板的轮廓虚线所示,通过侧板所带的凹口78可以看见沟槽70的一部分,因此挤压工具的操作人员在断裂线沿沟槽从内缘32向外发展而在凹口78显露出来时可以用肉眼观察到夹钳臂即将发生破坏。虽然最好在夹钳臂的两个相对侧面中设有相互对准的凹槽70,使得不论以哪个方向将夹紧装置安装在驱动单元上时挤压工具的操作人员都可以看见断裂线的发展,但是应当认识到在夹钳臂某一侧面的单个凹槽或沟槽也可以起到本发明的应力集中部分的作用。使用一个凹槽或多个凹槽来形成应力集中部分是一种优选方式,因为凹槽不仅构成夹钳臂内缘上的破坏点,使疲劳裂纹始终在这一点开始,而且还可以引导本优选实施例中的断裂线从破坏点通过夹钳臂延伸到枢轴孔。当然,还应当认识到,如果应力集中部分只是由夹钳臂某一侧面中的单个凹槽构成,那么该凹槽应具有足够的深度以形成必要的高应力集中区,使得夹钳臂断裂的疲劳裂纹始终在内缘32的这一破坏点开始。
在工作时,凸轮面36上所受侧向向外的力使夹钳臂内缘32处于拉力状态下,且应力集中部分的集中应力大于夹钳臂内缘上其它任何区域的拉应力。因此,应力集中部分形成破坏点,每当破坏发生时,疲劳裂纹总是在这一点开始。挤压工具的重复使用使凸轮面36间歇地受到侧向向外力的作用,最终在破坏点产生疲劳裂纹,接着夹钳臂沿凹槽从凹槽外端向内端断裂并到达枢轴孔24。
虽然沟槽或凹槽最好通过夹钳臂指向枢轴孔,但是应当认识到凹槽可以在内缘任意位置上从内缘通过夹钳臂指向外缘,使用挤压工具时凹槽在该位置受拉应力作用。
虽然优选的应力集中部分采取沟槽或凹槽的形式,但是应当认识到各种应力集中部分形状和相对于夹钳臂内外缘的方向都可以在内缘上构成所要求的破坏点,使疲劳裂纹始终在该破坏点开始,且夹钳臂从该破坏点朝外缘断裂。图9A-9F中示出了若干种根据本发明的可预测和控制夹钳臂破坏的应力集中部分,其中夹钳臂12在构造上与图6中的夹钳臂12一致。更具体地,图9A所示应力集中部分80是在夹钳臂相对侧面之间的一个弧形凹槽,从夹钳臂的内缘32朝枢轴孔24方向延伸,如对分该弧形凹槽的基准线82所示。应当认识到凹槽的轮廓或断面以及凹槽的方向和相对于内缘32的深度可构成高应力集中点,因此在内缘上形成破坏点,使疲劳裂纹始终在该破坏点开始,且夹钳臂从该破坏点断裂到销孔24。在图9B中,应力集中部分84由在夹钳臂相对侧面之间的孔或洞构成,并位于相对于销孔24的位置,对分孔的基准线86与钳口34相交形成破坏点88,当发生破坏时疲劳裂纹在破坏点88开始,且夹钳臂从破坏点88断裂到销孔24。这一位置因具有可见性而十分有利。同样应当认识到构成应力集中部分84的孔可以位于夹钳臂内缘32和外缘30之间的使用挤压工具时处于拉力状态的任何区域中。应当认识到这种孔可以与图6中所示的沟槽结构以及图9A和9C-9F中所示的其它应力集中部分一起使用。
在图9C中,应力集中部分90是在夹钳臂相对侧面之间的V形切口,其平直侧面相交于边缘32内的顶点92并指向销孔24,如对分该切口的基准线94所示。在图9D中,应力集中部分96是在夹钳臂相对侧面之间的矩形切口,其平行的平直侧面从边缘32延伸到夹钳臂中,使切口指向销孔24,如位于切口侧面之间并与切口侧面平行的基准线98所示。在图9E中,应力集中部分100是在夹钳臂相对侧面之间的狭窄锯口,锯口沿基准线102所示方向朝销孔24延伸。锯口从边缘32的靠近弹簧保持凸肩32a的位置延伸到夹钳臂中,因而进一步表明了应力集中部分位置的可选择性。在图9F中,应力集中部分104是在夹钳臂相对侧面之间从内缘32钻入夹钳臂的镗孔,该镗孔指向销孔24,如作为镗孔轴线的基准线106所示。
与从内缘32延伸到夹钳臂中的弧形凹槽形式的应力集中部分80一样,每种应力集中部分90、96、100和104应延伸到夹钳臂中足够的深度以形成高应力集中,从而在内缘上形成破坏点,使疲劳裂纹始终在该破坏点开始,且夹钳臂从该破坏点断裂到销孔24。虽然根据本发明图9A-9F中的应力集中部分的方向最好使断裂线从破坏点延伸到枢轴孔24,但是应当认识到其中任何一种应力集中部分都可以位于内缘32上并相对于外缘30而在内缘上形成破坏点,使得疲劳裂纹始终在该破坏点开始,且夹钳臂从破坏点朝夹钳臂外缘断裂而不穿过销孔24。举例来说,图9E中应力集中部分100的方向可以使基准线102沿位于销孔24后面的直线如图3中的直线B或C在内外缘32和30之间延伸。根据本发明,这依然能使应力集中部分在内缘上形成破坏点,使得疲劳裂纹始终在该破坏点开始,而应力集中部分相对于内外缘的方向可引导断裂线从疲劳点朝外缘延伸。而且,还应当认识到图9A-9F中所示的任何一种应力集中部分都可以与类似于凹槽70的一个或多个凹槽一起使用,以便更好地控制断裂线从破坏点朝孔洞或夹钳臂外缘延伸的方向。
应力集中部分的尺寸取决于许多变量,包括制造夹钳臂的材料、热处理参数、夹钳臂的厚度和断面,包括将材料除去以降低成本和/或重量的部位;所选定的应力集中部分相对于内外缘和沿内缘在钳口和凸轮面之间的位置、以及应力集中部分的几何形状。举例来说,所用材料可以包括如8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种合金钢,以及含有镍以加强韧性的任何一种渗碳合金钢。夹钳臂一般来说是通过锻造和切削加工,或者通过铸造如熔模铸造和切削加工来制造,并经过各种热处理如选择性感应淬火、退火、渗碳,有时还用屏蔽来控制渗碳,比如热处理还可以在400°F到700°F温度下进行回火。带有根据本发明应力集中部分的夹钳臂在破坏发生时可在夹钳臂内缘上形成一破坏点而使断裂线从破坏点穿过夹钳臂朝外缘延伸,其热处理最好能增强沿夹钳臂外缘区域的塑性,因此当断裂线接近夹钳臂外缘时,该外侧部分受弯曲载荷作用而起到铰链的作用,从而防止断裂线两侧的夹钳臂部件完全分离。比如就图6中的夹钳臂来说,可以通过将枢轴孔24横向外侧的区域屏蔽起来防止该屏蔽区域渗碳,或者通过在渗碳之后对夹钳臂的这些区域进行退火处理来实现。
在设计用于图6所示夹紧装置的带有根据本发明应力集中部分的夹钳臂时,为了达到所要求的夹钳臂使用寿命,应对材料、加工工艺和热处理方法作出选择。比如对于部件的使用寿命,10,000次可以认为是能够接受的最低夹钳臂使用寿命。由于疲劳数据的可变性,一般来说应寻求大于10,000次的预期使用寿命。使用寿命最终取决于各种因素,包括所使用的钢种和所选择的热处理方法如渗碳、淬硬、感应淬火、碳增强、奥氏体回火,以及表面硬度、芯部硬度等这类因素。而且,部件的使用寿命在某种程度上取决于所选择的加工工艺如熔模铸造、锻造、棒材轧制、切削加工,以及表面光洁度、部件重现性等这类因素。当部件使用寿命以及材料、加工工艺和热处理方法确定之后,就可以适当地确定夹钳臂的最大设计应力水平。比如,对于11,000次以上的使用寿命,当使用AISI8620钢制成的棒材或锻件并在650°F的回火温度下进行渗碳时,应力集中部分中的最大设计应力设定为220千磅/平方英寸。这是通过将现有书本中的强度和疲劳极值、试验、以及过去的经验结合起来确定的。当最大设计应力被确定之后,选择沿夹钳臂内缘的破坏点位置,破坏点可位于从夹钳臂前端的挤压区域到夹钳臂后端的凸轮面区域的任何地方。在任何情况下,位于夹紧装置侧板前面或后面的应力集中起点或如图6所示的应力集中起点是优选的,因为当断裂发生时,操作人员可以用肉眼观察到这一情况。在图6所示优选实施例中,应力集中部分是在夹钳臂一侧或两侧的槽形凹进部分,其起点位于拉荷载的夹钳臂内缘上并朝向枢轴孔。该凹槽或沟槽不必一直通到枢轴孔中,尽管也可以这么做。沟槽的大小取决于形成沟槽所必需的尺寸,如机床或锻造模具的半径,而凹槽深度取决于必须除去的材料量或要求的部件减薄量,使处于拉力荷载的内缘上的应力增大到最大设计应力,本实施例中的最大设计应力大约为220千磅/平方英寸。当应力集中部分的位置和尺寸初步确定后,可以确定夹钳臂其余部分的尺寸。这通常可以根据需要添加或除去材料,使得夹钳臂其余部分中的应力比破坏点和应力集中部分的应力至少小25%。这么做是为了确保在夹钳臂内缘上的破坏点断裂而不是在其它任何地方。此时,基本设计完成,将原型制造出来并进行测试以确定设计参数在夹钳臂破坏时可产生所要求的结果。
通过上述对图9A-9F所示应力集中部分以及图6所示应力集中部分结构的说明,应当知道,可以修改图4和5中所示夹钳臂的销轴凹槽以形成根据本发明的应力集中部分。在这点上,可以朝枢轴孔46径向向内扩大销轴凹槽的和/或增加夹钳臂区域E的材料,使得销轴凹槽处的应力足够高以确保破坏点始终在销轴凹槽处。
虽然已经对所示出和介绍的优选实施例作了重点说明,但是应当认识到本发明还可以有其它实施方式,而且在不违背本发明原理的情况下可以对优选实施例作出许多修改。所以,应当清楚地认识到上述说明只是作为本发明的例证而不是用来限制本发明。
Claims (75)
1.一种用于挤压工具的夹钳臂,所述夹钳臂包括:
相对的侧面,
所述夹钳臂上的销孔(24),
在所述销孔纵向相对侧面上的纵向相对端部,
所述销孔横向相对侧面上且位于所述端部之间的内缘和外缘,以及
在所述夹钳臂上沿所述内缘形成的应力集中部分,所述应力集中部分在所述内缘上形成破坏点,使得疲劳裂纹始终在所述破坏点产生,使所述夹钳臂从所述破坏点朝所述销孔断裂。
2.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括带有平直侧面的切口,所述平直侧面在所述夹钳臂中从所述内缘朝所述销孔延伸。
3.根据权利要求2所述的夹钳臂,其特征在于,所述切口的所述平直侧面在所述相对端部连接方向上相互平行并间隔开。
4.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括带有平直侧面的V形切口,所述平直侧面相交于所述内缘内的顶点。
5.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括从所述内缘延伸到所述夹钳臂中的弧形凹槽。
6.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述内缘与所述销孔之间穿过所述相对侧面的孔。
7.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括位于所述相对侧面之间的镗孔,所述镗孔从所述内缘朝所述销孔延伸。
8.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述相对侧面的至少一个上的凹槽,所述凹槽沿从所述内缘到所述销孔方向延伸。
9.根据权利要求8所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述两个侧面上的凹槽。
10.根据权利要求9所述的夹钳臂,其特征在于,所述相对侧面上的所述凹槽相互对准。
11.根据权利要求8所述的夹钳臂,其特征在于,所述凹槽具有与所述内缘相交的外端。
12.根据权利要求11所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述两个相对侧面上的凹槽。
13.根据权利要求12所述的夹钳臂,其特征在于,所述相对侧面上的所述凹槽相互对准。
14.根据权利要求8所述的夹钳臂,其特征在于,所述凹槽具有离开所述内缘的内端和相对于所述一个侧面的深度,所述深度沿从所述内缘到所述内端的方向逐渐减小。
15.根据权利要求14所述的夹钳臂,其特征在于,所述凹槽具有与所述内缘相交的外端。
16.根据权利要求8所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述每个相对侧面上的凹槽,所述每个凹槽具有离开所述内缘的内端和相对于所述相对侧面中的相应侧面的深度。
17.根据权利要求16所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽的深度沿从所述内缘到所述凹槽内端的方向逐渐减小。
18.根据权利要求17所述的夹钳臂,其特征在于,所述相对侧面上的所述凹槽相互对准。
19.根据权利要求18所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽具有与所述内缘相交的外端。
20.根据权利要求16所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽的横断面是拱形的。
21.根据权利要求1所述的夹钳臂,其特征在于,所述夹钳臂为钢并具有向内相邻所述外缘的塑性,提供消除通过所述外缘的夹钳臂断裂的铰链区,其中所述钢为含镍的渗碳合金钢、8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种。
22.一种用于挤压工具的枢轴式夹钳臂,所述夹钳臂包括:相对的侧面;所述夹钳臂上的销孔(24);在所述销孔纵向相对侧面上的纵向相对端部;在所述销孔横向相对侧面上且位于所述端部之间的内缘和外缘;以及在所述夹钳臂的所述内缘和所述销孔之间的应力集中部分,所述应力集中部分在所述内缘上形成破坏点,疲劳裂纹始终在所述破坏点产生,使得所述夹钳臂从所述破坏点断裂到所述销孔。
23.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括带有平直侧面的切口,所述平直侧面在所述夹钳臂从所述内缘朝所述销孔延伸。
24.根据权利要求23所述的夹钳臂,其特征在于,所述切口的所述平直侧面在所述相对端部连接方向上相互平行并间隔开。
25.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括带有平直侧面的V形切口,所述平直侧面相交于朝所述销孔方向上与所述内缘间隔开的顶点。
26.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述内缘上朝所述销孔延伸的弧形凹槽。
27.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述销孔和所述内缘之间穿过所述相对侧面的孔。
28.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括位于所述相对侧面之间的镗孔,所述镗孔从所述内缘朝所述销孔延伸。
29.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述销孔和所述内缘之间的至少一个所述相对侧面上的凹槽。
30.根据权利要求29所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在每个相对侧面上的凹槽。
31.根据权利要求30所述的夹钳臂,其特征在于,所述相对侧面上的所述凹槽相互对准。
32.根据权利要求29所述的夹钳臂,其特征在于,所述凹槽具有与所述内缘相交的外端。
33.根据权利要求32所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在每个所述相对侧面上的凹槽。
34.根据权利要求33所述的夹钳臂,其特征在于,所述相对侧面上的所述凹槽相互对准。
35.根据权利要求29所述的夹钳臂,其特征在于,所述凹槽具有与所述内缘相交的外端、离开所述内缘的内端和相对于所述一个侧面的深度,所述深度沿从所述内缘到所述内端的方向逐渐减小。
36.根据权利要求29所述的夹钳臂,其特征在于,所述应力集中部分包括在每个所述相对侧面上的凹槽,所述凹槽相互对准,且所述每个凹槽具有离开所述内缘的内端和相对于所述相对侧面中相应侧面的深度。
37.根据权利要求36所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽的深度沿从所述内缘到所述凹槽内端的方向逐渐减小。
38.根据权利要求37所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽具有与所述内缘相交的外端。
39.根据权利要求38所述的夹钳臂,其特征在于,所述每个凹槽的横断面是拱形的。
40.根据权利要求22所述的夹钳臂,其特征在于,所述夹钳臂为钢并具有沿夹钳臂外缘区域的塑性,提供消除通过所述外缘的夹钳臂断裂的铰链区,其中所述钢为含镍的渗碳合金钢、8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种。
41.一种挤压工具,包括:一对平行隔开的侧板,所述侧板具有前后端和横向相对的侧面,每个所述相对侧面设有穿过所述侧板的对准孔;在所述侧板之间的一对夹钳臂,每个所述夹钳臂带有从中穿过并与设在所述相对侧面的所述对准孔对准的销孔(24),每个所述夹钳臂通过销轴可枢轴转动地安装在所述侧板之间,所述销轴穿过设在所述夹钳臂中的所述销孔和设在所述侧板中相应的所述对准孔,每个所述夹钳臂具有与所述销孔横向隔开并向所述销孔前后延伸的内缘和外缘,所述内缘上设有在所述侧板的所述前端的横向向内开口的相对钳口,和在所述侧板的所述后端的横向向内面对的凸轮面,在使用所述挤压工具时,所述夹钳臂在所述凸轮面上横向向外力的作用下绕所述销轴转动而使所述钳口横向向内移动以挤压在所述钳口之间的物体,因此在所述每个夹钳臂的所述销孔和内缘之间以及在所述凸轮面和钳口之间的区域处于拉力状态下;在所述每个夹钳臂的所述区域中的应力集中部分,使得疲劳裂纹始终在所述夹钳臂内缘上的破坏点产生,所述夹钳臂从所述破坏点断裂到所述销孔。
42.根据权利要求41所述的挤压工具,其特征在于,所述侧板覆盖在所述夹钳臂区域的至少一部分上,且所述应力集中部分的至少一部分是可见的。
43.根据权利要求41所述的挤压工具,其特征在于,所述每个夹钳臂具有轴向相对的侧面,且所述应力集中部分包括在所述轴向相对侧面的至少一个上的凹槽。
44.根据权利要求43所述的挤压工具,其特征在于,所述应力集中部分包括在每个所述轴向相对侧面上的凹槽。
45.根据权利要求44所述的挤压工具,其特征在于,所述轴向相对侧面的所述凹槽相互对准。
46.根据权利要求43所述的挤压工具,其特征在于,所述凹槽具有在所述破坏点与所述内缘相交的外端。
47.根据权利要求46所述的挤压工具,其特征在于,所述凹槽的所述外端位于通过所述销轴轴线的平面的后面。
48.根据权利要求47所述的挤压工具,其特征在于,所述应力集中部分包括在每个所述轴向相对侧面上凹槽,所述凹槽相互对准。
49.根据权利要求48所述的挤压工具,其特征在于,所述侧板覆盖所述夹钳臂区域的至少一部分,所述每个应力集中部分的至少一部分是可见的。
50.根据权利要求47所述的挤压工具,其特征在于,所述凹槽具有离开所述内缘的内端和相对于所述一个侧面的深度,所述深度沿从所述内缘到所述内端的方向逐渐减小。
51.根据权利要求50所述的挤压工具,其特征在于,所述凹槽具有与所述内缘相交的外端。
52.根据权利要求47所述的挤压工具,其特征在于,所述应力集中部分包括在所述每个轴向相对侧面上的凹槽,所述每个凹槽具有离开所述内缘的内端和相对于所述轴向相对侧面中相应侧面的深度。
53.根据权利要求52所述的挤压工具,其特征在于,所述每个凹槽的深度沿从所述内缘到所述凹槽内端的方向逐渐减小。
54.根据权利要求53所述的挤压工具,其特征在于,所述轴向相对侧面的所述凹槽相互对准。
55.根据权利要求54所述的挤压工具,其特征在于,所述每个凹槽具有与所述内缘相交的外端。
56.根据权利要求55所述的挤压工具,其特征在于,所述侧板覆盖在所述夹钳臂区域的至少一部分,且所述凹槽的至少一部分是可见的。
57.根据权利要求41所述的挤压工具,其特征在于,每个所述夹钳臂为钢并具有沿夹钳臂外缘区域的塑性,以提供消除从销孔通过所述外缘的夹钳臂断裂的铰链区,其中所述钢为含镍的渗碳合金钢、8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种。
58.一种对挤压工具的枢轴式夹钳臂的破坏进行控制的方法,包括以下步骤:制造夹钳臂,所述夹钳臂具有相对的侧面、所述夹钳臂上的销孔(24)、在所述销孔纵向相对侧面上的纵向相对端部、在所述销孔横向相对侧面上并在所述端部之间的内缘和外缘;减少所述夹钳臂内外缘之间某一区域的材料量而在所述内缘上形成破坏点,使得疲劳裂纹始终在所述破坏点产生,且所述夹钳臂从所述破坏点朝所述销孔断裂。
59.根据权利要求58所述的方法,还包括通过在所述夹钳臂中形成切口来减少材料量,所述切口具有从所述内缘朝所述销孔延伸的平直侧面。
60.根据权利要求58所述的方法,还包括通过在所述夹钳臂中形成V形切口来减少材料量,所述V形切口具有相交于与所述内缘向内的顶点处并朝向所述销孔的平直侧面。
61.根据权利要求58所述的方法,还包括在所述相对侧面之间的所述内缘且朝向所述销孔形成弧形凹槽来减少材料量。
62.根据权利要求58所述的方法,还包括通过形成一个孔来减少材料量,所述孔在从所述破坏点延伸朝向所述销孔且对分所述销孔和所述孔的基准线(86)上的一点处穿过所述夹钳臂的所述相对侧面。
63.根据权利要求58所述的方法,还包括在所述夹钳臂中形成镗孔来减少材料量,所述镗孔从所述内缘朝所述销孔向内延伸并位于所述相对侧面之间。
64.根据权利要求58所述的方法,还包括在所述夹钳臂的所述至少一个相对侧面中形成从所述内缘朝所述销孔方向的凹槽来减少材料量。
65.根据权利要求64所述的方法,还包括在所述每个相对侧面形成凹槽。
66.根据权利要求65所述的方法,还包括在所述相对侧面形成相互对准的所述凹槽。
67.根据权利要求64所述的方法,还包括使所述凹槽具有与所述内缘相交的外端。
68.根据权利要求67所述的方法,还包括在所述相对侧面形成相互对准的所述凹槽。
69.根据权利要求68所述的方法,还包括使所述凹槽具有离开所述内缘的内端,并使所述凹槽的深度沿从所述内缘朝所述内端的方向逐渐减小。
70.根据权利要求58所述的方法,其特征在于,还包括所述夹钳臂由钢制造并且热处理所述夹钳臂以产生向内相邻所述外缘的塑性,提供消除通过所述外缘的夹钳臂断裂的铰链区,其中所述钢为含镍的渗碳合金钢、8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种。
71.根据权利要求70所述的方法,其特征在于,所述热处理包括屏蔽所述铰链区并且渗碳所述夹钳臂。
72.根据权利要求71所述的方法,其特征在于,所述热处理是在400°F到700°F的温度下进行回火。
73.根据权利要求70所述的方法,其特征在于,所述热处理包括渗碳所述夹钳臂并且然后对销孔的横向外侧的所述铰链区进行退火。
74.一种用来设计和制造一种挤压工具的夹钳臂的方法,夹钳臂具有用于控制夹钳臂断裂的应力集中部分,方法包括:
设计一种夹钳臂具有相对的侧面,所述夹钳臂上的销孔(24),在所述销孔纵向相对侧面上的纵向相对端部,在所述销孔横向相对侧面上位于所述端部之间的内缘和外缘;
选择夹钳臂的钢为含镍的渗碳合金钢、8620钢、9310钢、X19NiCrMo4钢中的任何一种;
选择用于夹钳臂的热处理过程为渗碳、淬硬、感应淬火、退火、碳增强、奥氏体回火中的任何一种;
选择夹钳臂断裂的最大应力水平于11,000次以上的使用寿命,使用AISI8620钢制成的棒材或锻件并在650°F的回火温度下进行渗碳,应力集中部分中的最大设计应力设定为220千磅/平方英寸;
选择沿用于所述应力集中部分的所述内缘的一个位置,位于从夹钳臂前端的挤压区域到夹钳臂后端的凸轮面区域的任何地方;
设计所述应力集中部分以提供在所述内缘处的一个破坏点,用于在所述夹钳臂的预定最大应力和断裂时从所述破坏点朝所述销孔开始疲劳裂纹;
改变夹钳臂的其余部分尺寸,从而具有比所述最大应力水平为至少小25%的应力水平;及
制造出已设计的夹钳臂的原型。
75.根据权利要求74所述的方法,其特征在于,还包括对所述原型进行测试。
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