CN103398245A - 锥形螺帽管头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于包括导管夹持装置和阴配件体的导管配件的阳螺帽，阳螺帽包括：其中形成有管头的前端，和包括工具接合部分的后端，管头包括相对于阳螺帽的中心纵轴线以角度θ延伸的成角度表面，管头包括锥形壁，锥形壁形成了当阳螺帽组装为导管配件一部分时容纳导管夹持装置至少一部分的锥形凹槽，锥形壁相对于阳螺帽的纵向轴线以角度ε逐渐变细，锥形凹槽包括用于在上紧导管配件期间与导管夹持装置的从动表面接合的驱动表面。

Description

锥形螺帽管头
相关申请
本申请要求于2004年4月22日提交的序列号为60/564,358、发明名称为“HARDENED TUBE FITTING(硬化管子配件)”和于2004年12月7日提交的序列号为60/633,885、发明名称为“FITTING FOR TUBE AND PIPE(用于管子和管道的配件)”的美国临时专利申请的优先权，这些临时专利申请的全部公开内容通过参考完全结合在本发明之中。
技术领域
本发明涉及管子和管道，具体涉及用于管子和管道的配件。
背景技术
几十年以来，非扩口式配件一直用于导管，如管子和管道。非扩口式配件用于连接或结合两个管子或管道，或者将导管端连接到另一个组件，如容器、阀门、歧管等等。与配件一起使用的组件有多少种类，配件的用途就有多少种类。一种非常普遍的非扩口式配件是箍式配件。在箍式配件中，使用一个或多个箍来将导管端连接到配件构件，这种配件构件典型地称为配件体。然后可将配件体连接到另一个组件（或者成为另一个组件的一部分）。在箍式配件中，一个或多个箍必须建立流体密封，尤其是在压力下，并且足够地将导管夹紧并保护不受振动疲劳的影响。高性能配件，如可从俄亥俄州Solon市的Swagelok公司得到的配件，能够多次经受配件的额定压力，而并不泄漏、没有振动疲劳而且也不会爆裂到导管将在密封受到损害或箍可能失去对导管的夹紧之前爆裂的点。
与其它端连接相比，箍式配件的优点在于除了低成本的矩形成形和修边之外，它们并不依赖于管子或管道端的特别准备。这是因为箍产生密封和管的夹紧。
由于其高可靠性，使用箍的非扩口式配件广泛地用于精密化学处理装置。例如，在半导体工业中，这样的配件确保昂贵的或有毒化学物质不泄漏。典型地来讲，这些用途高度洁净，并因此而依赖于用不锈钢或其它低腐蚀性高强度合金制成的导管。
低成本市场，如汽车产业，对流体连接有着其本身的性能要求。最明显的是，汽车组装要求较为简单的组装程序。汽车产业一直以来坚持使用箍式配件，不仅仅是出于成本的原因，还因为组装的需要。箍是低成本高产量设备中成本可以降低或减少的非常小的环状构件。典型的箍式配件也通过旋转用一般称为上紧的方式组装。两个螺纹元件，如螺帽和本体，容纳导管端和一个或多个箍。组装首先是紧到手紧(finger tight)状态，然后，规定的圈数，如1 又1/4圈或1又1/2圈，用于将配件上紧到其最终的组装状态。小心地对圈数做出规定以避免过转矩或上紧不足。而从另一方面来讲，汽车产业典型地需要通过转矩来组装零件。这就允许使用转矩扳手或工具来进行最终的组装，以确保配件已正确组装。
下一代机动车辆，尤其是客用车辆，可能会属于替代燃料领域，如高压氢，将会要求的压力等级要远远超过目前的箍式非扩口式配件的额定压力（虽然并不是高性能箍式非扩口式配件的压力容量）。例如，预计气态氢将会需要以15,000psi（15ksi）的压力来容纳。目前的非扩口式管道配件的额定压力在10ksi以下。
对于目前的高压非扩口式配件来讲，在至少某些用途中，必须将用于配件的流体元件的材料进行硬化。为了实现这个目的，制造配件体的材料模可以是通过热处理硬化的材料，或者在奥氏体不锈钢示例中，可用加工硬化棒料制造。对于直的连接配件来讲，用加工硬化棒料制造是适当的。不过，更复杂的构造，如弯头和T形，基本上要求更大的材料模。对于这些类型的配件来讲，必须将大量的材料排除，这样就提高了制造成本。
另一方面，一些螺纹管道配件用紧密锻件制造，紧密锻件既节约材料又节约成本。锻造配件元件在低压用途中被广泛地接受。不过，锻造工序会导致材料退火，而退火导致不能够进行任何前期的加工硬化。因此，锻造元件典型地不适于高压用途。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种配件，这种配件在高压等级下运行，而并不降低由较早的两个箍管道配件所实现的泄漏。夹紧和振动性能方面的品质，甚至在利用低成本制造工艺和材料的一些实施例中也是这样。在一个实施例中，阳配件元件，如螺帽，包括结构，这种结构限制管道夹紧装置，如一个或多个箍。这样，配合阴配件元件就无需用硬化材料制造。因此，根据本发明的其它方面，本发明提供利用一种材料的配件体的高压配件，且配合螺帽用较硬的材料制成。例如，配件体可以是退火不锈钢，且螺帽可以是加工硬化不锈钢。这种组合可用于具有大于8ksi甚至大于12ksi的额定压力的较高压力的用途中。这部分地是因为螺帽的使用，这种螺帽具有约1.3:1至2:1（维氏硬度表）甚至更大的相对于配件体的硬度比。在另一个实施例中，利用如低温渗碳工艺将箍进行表面硬化以提供非常硬的箍。在另一个实施例中，螺帽提供对配件体的表面的二次压力密封。
根据本发明的另一个方面，提供一种配件，这种配件具有第一配件元件，第一配件元件具有适于限定管子夹紧装置的部分，将该元件的外部加工硬化，例如，在径向限定的区域。在一个实施例中，将配件的选定部分加工硬化，例如，通过将阴配件元件外部部分上或表面上的材料物理变形来将阴配件元件加工硬化。由于将选定的部分加工硬化，所以阴配件元件可在最初通过锻造或铸造方式用非硬化材料制成。在另一个实施例中，加工硬化向配件提供更有用的构造。例如，加工硬化可包括允许配件与另一装置或结构连接的外螺纹匝。本发明还涉及选择性地加工硬化的方法，如通过轧制圆周脊或螺纹，例如，在阴螺纹配件元件上，阴螺纹配件元件可在最初制成锻件。
根据本发明的另一个方面，提供一种箍式非扩口式配件，可通过转矩而不是旋转将这种配件有选择地上紧到其最终组装状态。在一个实施例中，阳配件元件如螺帽包括一种结构，这种结构具有表面，该表面与阴配件元件上的表面接合以便于通过转矩上紧。在另一个实施例中，提供箍，且凸缘与阴配件元件上的表面接合以便于通过转矩上紧。在另一个实施例中，螺帽包括与配件体上的外表面接合的外表面，例如，工具接合部分的表面。
根据本发明的另一个方面，提供一种箍式非扩口式配件，这种配件允许通过提供单一的组件来容易地安装，该单一组件具有用配件元件夹持的一个或多个箍。在一个实施例中，管头(cartridge)螺帽组件允许将一个或多个箍在安装之前牢固地保持在配件元件上，以使这些箍和配件元件在安装之前分离。在本发明的另一个实施例中，提供一种工具，这种工具将一个或多个箍在安装之前牢固地保持在配件元件上，并且在组装期间可以拆去。
本发明还提供具有退火阴配件体和阳硬化螺帽组合的配件，这种配件具有通过转矩进行的上紧功能。本发明还提供具有上紧至转矩功能组合的配件，这种配件的螺帽具有将一个或多个箍保持在未安装状态的功能。本发明还提供具有上紧至转矩功能组合的配件，这种配件的螺帽具有对配件体形成密封的功能。本发明还提供一种具有阴螺纹体的配件，阴螺纹体具有至少两个锥形或凸轮形表面。
根据本发明的另一个方面，提供一种箍式非扩口式配件，这种配件包括阳螺帽，当配件处于上紧状态时，阳螺帽与配件体平齐或凹入配件体。在一个实施例中，提供对应于楔形工具的楔形阳螺帽，将这种楔形阳螺帽的六角形区域去除以减少其总长度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于包括导管夹持装置和阴配件体的导管配件的阳螺帽，所述阳螺帽包括：其中形成有管头的前端，和包括工具接合部分的后端，所述管头包括相对于所述阳螺帽的中心纵轴线以角度θ延伸的成角度表面，所述管头包括锥形壁，所述锥形壁形成了当所述阳螺帽组装为所述导管配件一部分时容纳所述导管夹持装置至少一部分的锥形凹槽，所述锥形壁相对于所述阳螺帽的纵向轴线以角度ε逐渐变细，所述锥形凹槽包括用于在上紧所述导管配件期间与所述导管夹持装置的从动表面接合的驱动表面。
根据本发明的另一个方面，提供了一种第二配件元件，所述第二配件元件适于与导管配件的第一配件元件连接以在所述导管配件上紧时使导管夹持装置夹持导管并密封，所述第二配件元件包括：用于在与所述第一配件元件连接之前将所述导管夹持装置与所述第二配件元件保持到一起成为单一组件的结构；和工具，其与所述结构配合并且可松开地保持所述导管夹持装置和所述第二配件元件。
附图说明
通过下面对本发明进行的描述并参考附图，本领域中熟练的技术人员会明白前面所描述的本发明的特征，在这些图中：
图1是根据本发明的配件的一个示范性实施例的纵向截面图；
图1A、B和C示出了用于示于图1的示范性配件的配件元件的不同螺纹选择；
图2是示于图1的示范性配件的第一箍的放大截面图；
图3是示于图1的示范性配件的第二箍的放大截面图；
图4是示于图1的示范性配件的螺帽的截面图；
图5是示于图5的螺帽的截面图，在管头区域放大；
图6是示于图1的示范性配件的配件体的截面图；
图7是示于图1的示范性配件的半纵向截面图，该配件处于手紧状态，且在箍区域放大；
图8是示于图1的示范性配件的半纵向截面图，该配件处于上紧状态，在箍区域放大；
图9是用于示于图1的示范性配件的转矩与螺帽的解释性数据曲线图；
图10是示于图1的示范性配件的螺帽和两个箍的纵向截面图，螺帽和两个箍安装在工具上；
图11示于图10中的工具的透视图；
图12A和B是示于图1的示范性配件的截面侧视图，该图示出了利用工具装配配件的不同步骤；
图13是本发明中的另一个示范性配件的纵向截面图，图中示出的配件处于手紧状态；
图14是示于图13的示范性配件的半纵向截面图，该配件处于上紧状态，且在箍区域放大；
图15是示于图13的示范性配件的螺帽的截面图；
图16是示于图15的螺帽的截面图，该图在管头区域放大；
图17是示于图13的示范性配件的第一箍的放大截面图；
图18是示于图13的示范性配件的第二箍的放大截面图；
图19是本发明中的另一个示范性配件的纵向截面图，图中示出的配件处于手紧状态；
图20是示于图19的示范性配件的半纵向截面图，该配件处于上紧状态，且在箍区域放大；
图21是本发明中的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中示出的配件处于手紧状态；
图22是与示于图21的示范性配件一起使用的楔形工具的透视图；
图23是本发明中的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中示出的配件处于上紧状态；
图24是本发明中的另一个示范性配件的半纵向截面图，该配件处于手紧状态，且在箍区域放大；
图25是本发明中的另一个示范性配件的半纵向截面图，该配件处于手紧状态，且在箍区域放大。
具体实施方式
虽然本说明书通过具体参考多种结构性特征和材料特征对本发明进行描述，但这些描述在本质上是示范性的，且不应在限制的意义上进行解释。例如，主要对用于汽车用途的不锈钢管子配件的示范性实施例进行描述。不过，本领域中熟练的技术人员会容易地理解本发明的任何一个或多个方面和特征均可用于汽车产业之外的领域，可与不锈钢之外的其它材料一起使用，而且可与许多导管一起使用，这些导管包括但并不仅限于管子或管道。而且，本发明的许多方面可用于低压配件，或者，本说明书中所公开的更高的额定压力概念甚至在配件本身将用于低压用途中时也可用在配件中。更进一步来讲，本说明书中的示范性实施例说明了通常所称的阴式配件，也就是指阴（即内部）螺纹元件容纳并邻接导管端部。正如本领域中熟练的技术人员会明白的那样，本发明的许多方面可用于阳式配件用途中。本发明还可用于并不要求配件元件之间的螺纹连接的配件组件用途中，例如，可以使用夹持或螺栓结合的配件。本发明还可用于远远超出本说明书中的示范性实施例的连接用途中，这些连接可用于宽广且非常广大种类的流体元件中，这些流体元件包括但并不仅限于其它导管、流控设备、容器和歧管，等等。
虽然本说明书结合示范性实施例对本发明的不同方面进行描述和说明，但这些不同方面可单独或以不同组合或这些组合的分组合在许多替代实施例中实现。除非明确排除在本说明书之外，所有的这些组合和分组合均旨在包括在本发明的范围之内。进一步来讲，虽然本发明的不同方面和特征的不同替代实施例可在本说明书中进行描述，如替代材料、结构、管子、方法、设备、软件、硬件、控制逻辑等等，但这些描述并不旨在可得到的替代实施例的完整或详尽清单，无论是目前所知的或以后提出的。本领域中熟练的技术人员可容易地将本发明的一个或多个方面、概念或特征用于本发明的范围之内的另外的实施例中，即便是在这些实施例并没有在本说明书中明确地公开的情况下也是如此。此外，虽然本发明的某些特征、概念或方面在本说明书中可描述为优选排列或方法，但这样的描述并不旨在建议这样的特征是所要求的或必需的，除非本说明书中有明确的说明。而且，可包括示范性或具有代表性的值和范围以有助于对本发明的理解，不过，这些值和范围不应在限制的意义上进行解释，且如果有这样的明确说明，仅应解释为严格的值或范围。
虽然本说明书通过具体参考用不锈钢制成的配件元件对不同的实施例进行描述，但这样的描述在本质上旨在是示范性的，且不应在限制的意义上进行解释。本领域中熟练的技术人员会容易地理解，可通过使用任何数量的不同种类的配件元件材料以及金属管道材料来实现本发明，这些金属管道材料包括但并不仅限于：316、316L、304和304L；任何奥氏体或铁素体不锈钢；任何双不锈钢；任何镍合金，如哈氏合金(HASTALLOY)、英科合金(INCONEL)、蒙乃尔合金(MONEL)、合金825和合金625；任何沉淀硬化型不锈钢，如17-4PH；黄铜和铜合金；任何碳或低合金钢，如12L14钢。材料选择的一个重要方面是最好应将管道夹持装置渗碳或穿透硬化到一个比率，这个比率大于配件将使用的最硬的管道材料的比率至少3.3倍，优选4倍或更大。因此，管道夹持装置不必用与管道本身相同的材料制造。例如，管道夹持材料可选自前面所提到的不锈钢材料，或者可碳渗硬化的其它适当的材料，如镁、钛和铝，这些材料在其它的示例中列出。
参看图1，配件10包括第一配件元件12，第一配件元件12可以以阴螺纹体的形式实现，因此又称为阴配件元件12，该阴螺纹体具有内螺纹14。第一配件元件12接合或连接第二配件元件16，第二配件元件16可以以阳螺纹螺帽的形式实现，该阳螺纹螺帽具有外螺纹18，外螺纹18在配件10装配或组装时与第一配件元件12的内螺纹14螺纹配合。不同的螺纹选择和非螺纹连接设计可用于第一和第二配件元件。
图1A、B和C示出了用于第一配件元件12与第二配件元件16之间的螺纹连接的不同螺纹选择。图1A示出了与法线（即60度的包括角）成30°角的对称螺纹面19a和19b。图1B示出了斜梯形螺纹设计的选择使用，在这种斜梯形螺纹设计中，这些螺纹面非对称，且一个螺纹面19a典型地在与法线成约45度的范围内，相邻的螺纹面在与法线成约3度至约7度的范围内。这种斜梯形螺纹设计在一侧提供高强度负载，以在高转矩组装期间和高压用途中帮助降低螺帽的扩口。图1C示出了梯形螺纹的使用，其中螺纹面再次对称，但角度更陡，如与法线成约3度至约7度。与60度的螺纹相比，这种梯形螺纹设计均匀地提供更高强度的负载。
配件10还包括管子夹持装置。箍是管子夹持装置的示例，且在本示例中包括两个箍：前第一箍20和后或第二箍22。不过，可将配件设计成使用单一的箍或替代管子夹持装置。第二配件元件16以及箍20和22安装在导管端部T中，导管端部T由第一配件元件12所容纳。
图2是示于图1中的示范性配件的第一或前箍的放大截面图。第一箍20是具有一般呈圆柱形的内壁24的通常呈环状的部件，内壁24在管子端部T（见图1）的外表面S上方滑动。第一箍20具有外表面26，外表面26通常以锥形方式从向前部分28到向后部分30向外逐渐变细。向前部分28可包括尖前边缘32和圆鼻部分34。向后部分30包括截头圆锥体凹槽36，截头圆锥体凹槽36形成凸轮表面38。变细的外表面26可汇聚于轴向对齐的凸缘40（其中X轴线是导管和配件10的中心纵向轴线）。
图3是示于图1中的示范性配件的第二或后箍的放大截面图。第二箍22是具有一般呈圆柱形的内壁42的通常呈环状的部件，内壁42在管子端部T（见图1）的外表面S上方滑动。第二箍22还包括鼻部分46和轴向延伸的外表面44，轴向延伸的外表面44在箍的向后部分48的周围延伸。鼻部分46包括尖前边缘50和第一锥形部分52，第一锥形部分52以如约15度的前角α从尖边缘50朝着后部分48延伸。第一锥形部分52沿着第一弯曲部分56如半径与第二锥形部分54合并或结合。第二锥形部分54在角或边缘58与轴向部分44合并或结合，角或边缘58也可以是半径。第二锥形部分54以如约35度的角β延伸。
第二箍22还包括后端部分60，后端部分60具有从动表面62。从动表面62以如约5度（以与X轴垂直为参考）的角δ径向向外延伸。从动表面62沿着第二弯曲部分64与轴向部分44合并或结合。
图4至图5示出了示于图1中的示范性配件的螺帽的截面图。第二配件元件16具有限定中心孔66的总圆柱形构造，在组装期间，中心孔66容纳管子端部T。第二配件元件16具有限定承座、凹槽或笼70的前端部68。承座70由圆柱形第一部分72和截头圆锥体部分74限定，截头圆锥体部分74朝着第二配件元件16的后端部75径向向内逐渐变细。截头圆锥体部分74形成驱动表面74，在上紧期间，该驱动表面与第二或后箍的从动表面62接触。驱动表面74以如约15度的角度τ形成。由于角度τ不同于角度δ，所以后箍22的从动表面62最初在外半径64与驱动表面74接触（见图7）。差异角度φ确保第二配件元件16与第二箍22之间的接触与管子端部T径向隔开，其中φ＝τ－δ；这样，从动表面62与驱动表面74之间的接触就并不平齐。
承座70在径向延伸并通常呈圆柱形的壁或管头76内形成。管头76按照尺寸要求制成以在其内部保持后箍22并保持前箍20的向后部分30的至少一部分，以形成螺帽和箍组件或管头螺帽组件78（见图10）。本说明书中所使用的词语管头是配件元件概念的简略涵义，在本示例中是具有一种结构的阳螺纹螺帽16，这种结构可在其中保持一个或多个箍，甚至在组件并未与配合配件元件安装时也是如此。因此，包括第二配件元件16和一个或多个箍20和22的管头螺帽组件78既可在组件未安装时也可在组件以手紧状态仅安装在第一配件元件12中时用于将这些箍和螺帽保持在一起。
许多不同的技术可用于在最终的上紧之前将一个或多个箍20和22保持在第二配件元件16中，或者甚至将最初的组件保持在配合配件元件中。例如，无污染胶或粘合剂可用于将箍20和22保持在适当的位置，且胶在上紧力下释放其夹持力。或者，可使管头壁76略微地径向向内卷曲，以将箍20和22保持在管头壁76之中。而且可使用粘合剂，该粘合剂在上紧时拆分成润滑剂，以帮助减少上紧转矩。在本发明所公开的另一个实施例中，利用工具将这些部件保持在一起而作为组件78（见图10）。
参看图5，管头76可包括锥形部分82，锥形部分82朝着第二配件元件16的后端部75径向向外逐渐变细。锥形部分82以如约45度的角度θ延伸。
第二配件元件16还包括工具接合部分80，工具接合部分80允许使用转矩扳手或其它工具以拧紧并上紧配件10。图1中示范性实施例的工具接合部分80作为六角形部分来实现。工具接合部分80可以以多种方式形成。例如，第二配件元件16可包括楔形孔，这种楔形孔允许使用相应的楔形扳手以拧紧并上紧配件，如在与图21和22相关的描述中那样。
第二配件元件16还可包括颈部77，颈部77的外径稍微减小并位于螺纹18与工具接合部分80之间。颈部77可用于提供固有计量(intrinsic gauge)功能以验证通过转矩的进行的上紧和通过旋转进行的上紧的正确上紧。固有计量是指与配件本身（与单独的工具或量具相反）关联的结构或器件，这种结构或器件向组装人员提供配件已正确组装和上紧的指示。多种结构或器件可实现这种固有计量功能，它们的示例在国际申请No.03/07739以及美国专利申请No.10/711,353和美国专利No.6,640,457 B2中公开，这些专利/申请的全部公开内容通过参考整体地结合在本发明之中。可以以已知的方式使用隙规，以确认配件10的正确上紧。
参看图6，第一配件元件12是置于X轴线的中心位置上的总体上呈圆柱形的部件。第一配件元件12具有位于向前端部84的开口83，向前端部84适于容纳管子端部T。中心钻孔86延伸穿过第一配件元件12并形成端口88，端口88限定流体流通道。端口88可用于建立与另一个部件的流体连通，如阀门、T形管、弯管和歧管等。应注意到，虽然所示出的阴螺纹配件元件12是单一的独立部件，但在建立与阳螺纹配件元件的流体连接时所利用的该元件的特征可结合在块体85轴，如歧管、阀门、泵、罐等，一般称为流体端口。
该阳螺纹体还包括形成肩部90的埋头孔89。管子端部T在由第一配件元件12容纳时位于肩部90的底部。埋头孔89可具有略微的锥度，以在配件10上紧时帮助在管子端部T周围形成密封。
阴配件元件12还包括第一锥形表面和第二锥形表面，第一锥形表面如截头圆锥体表面92，第二锥形表面如截头圆锥体表面94。第一截头圆锥体表面92在第一配件元件12中形成第一或箍凸轮表面并可轴向邻接于埋头孔89的向前端部。第二截头圆锥体表面94在第一配件元件12中形成第二或管头凸轮表面并可轴向邻接于第一截头圆锥体表面92的向前端部，或位于第一截头圆锥体表面92的向前端部附近。第一或箍凸轮表面以角σ形成。可对角σ进行选择以优化与第一箍20的鼻部分34的凸轮作用。在典型的双箍和单箍配件中，这个角可约为20度，但可以是从约10度到45度之间任何适当的值。
第二或管头凸轮表面94以角ρ形成。在此示例中，这个角约为45度，但并不要求这个角。角σ和ρ相互之间可以相同或不同。在本说明书的示例中，这两个角不同，所以有将两个凸轮表面92和94结合在一起的径向梯级96。这个梯级可以是径向的或者可根据需要而具有其本身的角度或锥度或其它型面。
第一配件元件12还包括与第二配件元件16上的螺纹18螺纹配合的阴螺纹14。应注意到还可以通过关闭或去除端口86来将体84形成帽，如用于盖在流体线的端部上的帽。第一配件元件12可设有六角形平坦部分，以在上紧期间向下拧紧第二配件元件16时便于夹持该体。当然，上紧涉及配件元件、第二配件元件16和第一配件元件12之间的相对轴向平移，在此情况下，这种相对轴向平移由螺帽与体之间的相对旋转所导致，无论夹持哪个配件元件和旋转哪一个。在非螺纹连接中，上紧涉及通过两个螺纹元件之外的方式进行的两个配件元件之间的相对轴向平移，例如，由夹持装置使两个元件在一起。
第一配件元件12还可包括从箍20和22通常径向向外形成的加工硬化部分81。除了从管子夹持装置20和22径向向外以外，还可对加工硬化的量和位置进行适当选择以用于指定用途。优选加工硬化部分从第一配件元件12的向前端部84延伸到径向梯级96的径向向外的至少一个位置。不过，加工硬化部分可延伸到如第一截头圆锥体表面92的向后端部的径向向外的位置或者延伸第一配件元件12的外表面的整个长度。加工硬化通过将配件元件12的外部部分上的材料塑性变形来实现。可以以多种方式将这种材料塑性变形。例如，加工硬化可通过产生一系列通常轧制的圆周脊来实现或者通过轧制第一配件元件12上的外阳螺纹98来实现。
图7和8分别示出了在手紧状态和上紧状态的配件体10，这些图在箍区域放大。在图7示出的手紧状态中，第一或前箍鼻部分28部分地位于由箍凸轮表面92所形成的凸轮口中。应注意后箍22以差异角φ与第二配件元件16的驱动表面74接合。这就确保在上紧期间第二箍22的后端部分60会从管子端部T的外表面S径向向外移动或保持。同时，将后箍22的鼻部分46塑性变形以使尖边缘50咬入或凹进表面S，这样就产生有力的管子夹持肩部100和流体密封。箍鼻46还依铰链转动，以使圆柱形壁42的部分102径向压缩在管子壁表面S上，以将后箍22挤压（swage）或嵌入在与咬合装置100轴向隔开的表面上。后箍22的这种高度径向压缩和嵌入的区域提供对咬合或凹口100的很好的保护而不受振动的影响。因此，将后箍22设计成在变形时依铰链转动，并且在上紧时影响咬合或凹口100与箍的后端部60之间的嵌入区域(collect area)102，而使后端部部分60从管子端部T的外表面S径向向外移动或径向向外保持。除了其它手段之外，嵌入区域102的精确位置还由箍22的尺寸所确定。在某些情况下，嵌入区域102可邻接于咬合或凹口100，而在其它情况下，该嵌入区域与该咬合或凹口径向隔开而出现。在某些情况下，嵌入区域102还以凸面外形为特点，这种凸面外形挤压管子端部。
在两个配件元件12和16之间进行相对轴向平移，以使管头76的向前锥形表面82与第一配件元件12的第二锥形表面94接触并在第一配件元件12的第二锥形表面94上呈凸轮形。管头76与v形表面94之间的接触产生类似模压的动作，以使管头锥形表面82形成对凸轮表面94的有力流体密封。同时，前箍表面，尤其是在半径34处的前箍表面，形成对第一截头圆锥体表面92的密封。前箍20可选择挤压或咬入管子壁S，以提供对管子的夹持。
箍20和22的基本功能是流体密封和管子夹持以及抵抗来自外部系统所引致的振动疲劳。前箍20基本上用于对第一配件元件12和管子外表面S的密封，而后箍22用于对管子外表面S的备用密封并提供良好的管子夹持。在这些用途中，可根据具体用途的要求和所使用的材料种类来选择多个或单个箍的具体几何形状和操作方法。例如，后箍22可设有在箍的内圆柱形壁42中的一个或多个凹槽，且箍的从动表面62可仿形制造。而且，可将箍20和22中的一个或两个都进行表面硬化，例如，通过低温渗碳工艺来提供非常硬的抗腐蚀箍。可对箍表面的部分或全部进行表面硬化。多个已公告的专利公开了可用于这些箍的表面硬化和几何形状概念,如美国专利No.6,629,708、No.6,547,888、No.6,165,597和No.6,093,303以及PCT国际申请WO 02/063195A2和WO 02/063194A3，这些美国专利在授权给了本发明的受让人，这些专利的所有公开内容通过参考整体地结合在本发明中，且这些PCT国际申请也通过参考结合在本发明中。不过，这些专利和本说明书中的概念在本质上是对本发明的示范，而且不应在限定的意义上进行解释。许多不同的表面硬化工艺和多种几何构造可用于在上紧期间对箍的塑性变形进行适当控制，以确保足够的密封和管子夹持。
在升高的压力下，如15ksi，管子壁往往会径向扩张并因此而向外推动箍20和22。管头76用于径向容纳箍20和22并避免密封和管子夹持的损失。注意：第一配件元件12对前箍20的任何部分并没有太多的限制。在压力下径向容纳前箍20的应力由管头76来实现，对于后箍的情况也是如此。这一点非常重要，原因将在下面进行描述。还应注意：特别是在图1中，选择性加工硬化外部81还会通过将管头76径向限制和支撑在组装状态中来起作用，以容纳更高的压力。
在上紧时，当管头76与第一配件元件12中的第二截头圆锥体表面94接合时，不仅管头会形成对流体压力的密封，而且组装人员也会注意到上紧转矩的急剧而明显的增加。图9是转矩与螺帽的解释性数据曲线图。注意在区域A中，由于箍20和22在咬入管子T并在体凸轮表面92和前箍凸轮表面38上呈凸轮形时塑性变形，所以转矩稍慢且稳定地增加。不过，一旦管头76与第一配件元件12中的第二截头圆锥体表面94接触，区域B中的转矩就急剧而明显地增加。通过对对应于适当的上紧的转矩值进行适当地选择，配件10就会由转矩上紧，而不是由旋转上紧。因此，简单的转矩扳手就可以装配配件10。这与现有技术中的配件形成了明显的对比，在现有技术中，转矩在箍变形时逐渐增加。由于太多的因素能够影响渐次转矩读数，所以转矩并不总是可以用于精确地计量现有技术中配件的正确上紧。而现有技术中的配件典型地由计数圈数或螺帽相对于体的位移来上紧。例如，图9中的区域A表明，与螺帽相对于体的极大的位移相比，转矩的增加可以相当地小，这样就避免转矩产生与圈数或位移的太紧密关系。
使凸轮表面94转动一个角度，如以角ρ转动，允许配件10重新形成。配件10的每次重新形成使管头分组件进一步地进入用于每次重新形成的体中，即便是仅仅一点点。对于非常急剧的转矩增加来讲，角ρ可接近于90度（相对于X轴）。这种替代排列将提供转矩的明显增加，以由转矩进行上紧，但在某些情况下可降低初始上紧之后的重新形成配件10的能力。
参看图8以及如图14和21中的替代实施例，管头向前表面82与体锥形表面94之间用以实现由转矩进行的上紧的接触还为管头在上紧之后产生对体的径向支撑。在进一步使用时，这些实施例的这种特征有利于与转矩所进行的上紧功能一道的在高压时配件的使用。
其它的替代实施例可用于实现由转矩进行的上紧，而不是使管头76与第一配件元件12接合。例如，箍可设计成以实现由转矩进行的上紧的方式与体接合，如在下面通过参考图19和20所进行的描述那样。此外，第二配件元件16和第一配件元件12中的任何两个总体上呈径向的表面可设计成在配件的适当上紧时接合，以提供急剧的转矩增加。例如，配件体上的外表面可设计成在完全上紧时与螺帽的外表面接合。这些表面，如凸轮表面94和管头锥形表面82，可转动一个角度，以虑及配件的重新形成。
根据本发明的配件可用于压力低于12ksi甚至8ksi的压力用途中，但更明显的是可用作高于8ksi甚至12ksi的较高额定压力的配件。本发明的许多特征和方面与配件经受较高额定压力的能力有关，正如将要进行的描述中那样。
与传统的阴式配件不同，本发明提供配件10，在这种配件中，箍20和22尤其是前箍20由阳配件元件而不是由阴配件元件径向进行压力限制。换言之，前箍20以类似于现有技术中的阴配件设计的方式与凸轮表面92接合，但由管头76进行压力限制并在压力下保持。
对于用不锈钢制成的配件来讲，第二配件元件16可以是加工硬化部件，如可以用杆材加工，因为螺帽必须足够地坚固，以在较高压力下限制箍20和22。不过，第一配件元件12无需用加工硬化材料形成，因为第一配件元件12不必用于在压力下保护箍20和22。因此，第一配件元件12可用退火材料形成，如通过锻件或铸件。通过锻件或铸件形成第一配件元件12如奥氏体不锈钢的成本可大大低于通过加工用硬化杆材形成配件体的成本。在配件体（或其一部分）的形状复杂情况下尤其是这样，如T形或弯管形。因此，利用本发明可极大地降低成本。而且，不能够通过加热处理进行硬化的奥氏体不锈钢可用于形成体而无需将钢加工硬化。用奥氏体不锈钢形成体在许多用途中是有好处的，因为奥氏体不锈钢具有极好的抗腐蚀性。
提供能够在较高额定压力或工作压力下运行并具有退火体的配件10的能力还极大地扩展其有效用途。例如，可通过在用较软的退火金属制成的多种流体元件中提供阴端口来形成第一配件元件12，这些流体元件如泵外壳、气缸盖、歧管和罐，等等。不过，另一个替代实施例规定，如果有要求，第一配件元件12可用加工硬化材料制成或者对体的一部分进行加工硬化，尤其是在较高额定压力和工作压力情况下。
对第一配件元件12的一部分有选择地进行加工硬化能够使配件经受高的内部压力，而并不变形或损坏，这种变形或损坏会导致配件10的泄漏。因此，对配件体的一部分有选择地进行加工硬化所提供的优点类似于不使用体来在压力下保护管子夹持装置20和22。特别地，第一配件元件12可用退火材料而不是硬化杆材形成。这样做的结果是配件10能够在较高额定压力或工作压力下运行，但成本远远低于现有技术中的高压配件。
例如，如果配件10的额定压力为15ksi，那么，按照工业上的习惯，典型地对配件进行达到或超过额定压力4倍（4：1的管子夹持性能因素）的液压试验，或者60ksi。对统计上大量的配件进行达到和超过60ksi的试验，以有信心而可靠地预测配件会耐受预期工作压力的至少4倍而并不泄漏。申请人已发现根据本发明的配件10可以耐受约75ksi及更大的压力，这样就提供了至少5：1的管子夹持性能因素。因此，对配件10的一部分有选择地进行加工硬化也允许相对较软的锻件用于配件体20。
正如前面描述的那样，可通过将配件的部分81塑性变形来选择性地将配件10加工硬化。通过轧制第一配件元件12上的一组周缘脊或外阳螺纹98将从箍20和22径向向外的配件10的一部分进行加工硬化。加工硬化可与第一配件元件12或其它部件的加工同时进行。明确地来讲，对一个部分如第一配件元件12典型地在多轴机器上进行加工，这种多轴机器具有多个分度位置，不同的加工操作在这些分度位置连续进行。在这些操作中的一个是轧制脊或螺纹98的情况下，在加工硬化第一配件元件12时，该体就无需进行单独的加工操作（离开机器）来将其硬化。部分12可装在机器上一次，其加工与加工硬化一起进行，以形成螺纹98，然后将其卸载。
此外，能够在加工硬化过程中形成的阳螺纹98可向配件10提供更加有用的构造。特别地，螺纹98可用于将某些配件增强附在配件上。例如，可将锁紧螺帽螺纹连接到阳螺纹98上以进一步加强配件10。另外的示例可包括利用螺纹98将第一配件元件12安装在面板上或者附着一种装置，这种装置能够支撑管子T、帮助将管子保持在配件10中、帮助衰减外部振动的影响或者其它提供功能。
可利用本发明中所公开的配件10来进一步实现较高的额定压力，如15ksi或更高，因为有表面硬化或渗碳箍的能力。这就允许箍20和22咬合加工硬化导管并对加工硬化导管密封，加工硬化导管如较高压力用途中所需的厚壁管子或1/8硬或应变硬化材料。配件10提供具有坚固大体积材料的后箍22，以使箍在夹持导管时更有力，并且能够咬入导管。更进一步地来讲，由管头76对第二截头圆锥体表面94所形成的密封向由前箍20对第一截头圆锥体表面92的密封所形成的体密封提供二次或备用密封。通过较软退火体的使用可有利于管头对第二截头圆锥体表面94的密封。
不过，本发明并不仅限于与不锈钢材料一起使用。例如，汽车工业，尤其是对于替代燃料车辆来讲，可决定推行碳钢而不是不锈钢来用于不同的配件和导管。即使可通过退火来将碳钢硬化，但本发明还提供在碳钢的使用中的优点。这些优点包括但并不仅限于用于更易于组装的管头概念（在下面进行详细描述）、提供管头对体的密封以及提供通过转矩上紧而不是通过旋转上紧的配件。
图10是示于图1中的第二配件元件16以及两个箍20和22的纵向截面图，其中，这两个箍安装在工具103上。工具103提供在配件10装配之前将管头16以及一个或多个箍20和22夹持在一起而作为单独的组件。因此，组件78和工具103共同提供单独的单元104，单元104可安装在配合配件元件中，如阴配件元件12中，以使组装人员仅需处理两个配件部分。这样就没有松散箍来进行组装，并且这些箍可在制造厂进行安装，以避免安装错误。提供管头螺帽组件如粘合剂的使用的其它技术已在前面进行了描述。
图11示出了工具103的示范性实施例的透视图。参看图10和11，工具103包括头部105，头部105可以手动夹持或者由简单的工具夹持，如钳子。工具103是单独的塑料元件，但根据要求也可以使用其它材料。柔性指部106a和106b从头部105伸出并在它们各自的远端包括凸唇部107a和107b。唇部107a和107b以及头部105限定狭槽或管头108，第二配件元件16以及箍20和22可安装在狭槽或管头108上。柔性指部106a和106b径向足够地压缩，以允许第二配件元件16且然后允许箍20和22朝着头部105移动并到达唇部107a和107b上方。一旦经过唇部107a和107b，指部106a和106b迅速向外返回并因此而将箍20和22以及第二配件元件16作为单独的组件78保持在一起并位于工具103上。
图12A和12B示出了利用工具103装配配件10中的不同步骤。为了装配配件10，将组件78插入第一配件元件12中，且组装人员可容易地使用指压来旋转并螺纹接合第二配件元件16和第一配件元件12（或者旋转螺帽进入另一个体中的阴端口中）。由于第二配件元件16螺纹连接到第一配件元件12中，唇部107a和107b将与第一配件元件12内的表面接合，在本示例的情况下是第一截头圆锥体表面92。组件78和工具103向第一配件元件12中的进一步的轴向位移使指部106a和106b由于对第一配件元件12的凸轮作用而径向压缩。
组件78和工具103的连续轴向位移使指部106a和106b足够地压缩，以使唇部107a和107b在尺寸上小于箍20和22以及第二配件元件16的内部直径。因此，工具103自身与这些箍断开。当这种情况发生时，可将工具103容易地从组件78和第一配件元件12中拔出。注意工具103可容易地适用于任何尺寸的配件，并且可以进行色彩编码或设有其它标记，以指示与组件78有关的信息，如尺寸、材料和上紧转矩，等等。例如，可将凹槽109或其它适当的记号、标记或结构设在工具103上，以向用户提供视觉指示，这种视觉指示表明已将配件充分地装配在手紧位置以允许容易地将工具取下。
图13至18示出了本发明中的另一个示范性配件。本实施例的许多功能性特征类似于前面的实施例，除非另有说明。图13至18中的示范性配件110包括阴螺纹体112和阳螺纹螺帽114。体112包括第一凸轮表面116和第二凸轮表面118。第二凸轮表面118与有角度的表面120接合，表面120在管头124的内端部122上，在上紧期间，管头124作为螺帽114的一部分而形成（图14）。表面120的角θ可相对于配件110的中心纵向X轴呈约45度，但按照要求也可使用其它角度。不过，在此实施例中，管头124包括锥形或圆锥形壁126，壁126形成用于后箍130的锥形承座128以及前箍132的至少一部分。在拆卸期间，锥形承座128能够使螺帽114容易地取出，因为在螺帽取出期间，这些箍可从与壁126的接触中断开。壁126可以以相对于中心纵向X轴呈约5至约20度的角度ε逐渐变细，但按照要求也可使用其它角度。后箍130可包括锥形外壁部分134以便于拆卸，且前箍132也可包括锥形外壁部分136。后箍和前箍锥形外壁134和136可以以适于实现所希望的效果的角度形成，例如，相对于X轴呈约5至约20度，但根据需要也可使用其它角度。因此，本发明构思出一种管头设计，在这种设计中，在拆卸时，可将由螺帽114以及两个箍130和132所组成的整个组件取出或者将螺帽单独拆下。将锥形承座包括在内对于较高压力用途可能会特别有用，因为这些箍在上紧或施加高压时不会粘结或“焊接”到锥形承座壁。在螺帽取出时，这些箍会与锥形承座壁断开，以在拆卸期间不会将转矩施加到这些箍上。这样就有助于确保可有效地进行配件的重新形成。
图19和20示出了本发明的另一个实施例，其中图19是处于手紧位置的配件的纵向截面图，图20示出了处于上紧位置的配件。在此实施例中，配件150包括螺帽152和体154，螺帽152和体154在设计上类似于前面所描述的那些实施例。不过，在此实施例中，将管头156的轴向长度155变短，因为管头156仅用于保持后箍158。前箍160不再容纳在管头156中。与在图10至12中所示出的工具类似的工具可用于像在前面所描述的实施例中那样保持单独的元件。
在此示例中，前箍160包括加大的径向延伸凸缘162。确定凸缘162的尺寸以安装在配件体154的钻孔164中。凸缘162还包括位于凸缘的向前部分169处的从动后表面166和密封表面168。密封表面168以角度θ延伸，如约45度的角度。在上紧期间，密封表面168与体154的第一凸轮表面170接合。这就为转矩设计提供了可靠的二次压力密封和上紧，这种设计在功能上类似于前面所描述的实施例中管头前端部的接合。
在此示例中，从动表面166通常呈径向且在上紧期间与管头156的前端部172接合，以使管头将前箍160直接向前驱动。后箍158也将前箍160向前驱动，直到管头156与前箍凸缘162接合。前箍160还包括锥形鼻部分174，鼻部分174与体154的第二凸轮表面176接合。可适当地确定凸缘162的尺寸，以使该凸缘由体壁178所支撑，尤其是在压力下。因此，体154可用加工硬化原材料形成，或者在退火体有选择地使用加工硬化。
图21是本发明的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中所示出的配件处于手紧状态。在此实施例中，配件180包括体182以及箍184和186，箍184和186在设计上类似于前面所描述的那些实施例。不过，在此实施例中，配件180包括不同的螺帽188。螺帽188具有通常呈圆柱形的构造，这种构造限定容纳管子端部T的通道190。螺帽188具有外螺纹192，外螺纹192用于与阴配件元件的内螺纹194接合，阴配件元件如配件体182。螺帽188具有包括楔形孔(key hole)198的后部面或外部面196。楔形孔198适于容纳楔形扳手202的楔形凸出200。
参看图22，楔形扳手202具有伸长的手柄部分203，手柄部分203的截面通常呈矩形。手柄部分203的截面形状可以是矩形以外的其它形状。例如，手柄部分203可具有椭圆形或圆形截面。楔形凸出200大约成直角从手柄部分203伸出。楔形凸出200可以以直角以外的其它角度从手柄部分203伸出，但优选直角。楔形凸出200适于与楔形孔198配合以允许楔形扳手202将螺帽188足够地旋转来上紧配件180。
楔形扳手202还包括隙孔204，隙孔204沿着手柄部分203的中心轴线206延伸。确定隙孔204的尺寸和位置以允许楔形扳手202跨越导管并与螺帽188接合，而并不对管子造成影响。
对螺帽188的长度进行选择，以在螺帽完全旋入配件体182时螺帽96的后部面196与体182的端部平齐或凹入。没有从配件体182凸出的标准六边形构造。因此就会降低无意中松开螺帽188或将螺帽188取下的几率，因为拆卸配件180的能力仅限定在有特定楔形扳手202的人员中。此外，向螺帽188上的楔形孔198提供不同的位置允许特定的产品（尺寸等）与特定的扳手联合制造。
进一步来讲，由于螺帽188并不从配件体182凸出，所以组装后的配件180较小。这对于空间非常珍贵的用途是有利的，例如，在汽车用途中。最后，螺帽188还有利于成本的降低，因为完整的螺帽可以镀银（用于螺纹192的润滑），而无需对螺纹进行电镀或将镀层从六边形区域剥离（如在标准阴螺帽中所进行的那样）以达到装饰性效果。因此，通过浸渍整个螺帽188可实现镀银。
图23是本发明的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中所示出的配件处于上紧状态。在此实施例中，配件210包括体212、螺帽216以及箍220和222，箍220和222在设计上类似于前面所描述的那些实施例。不过，在此实施例中，体212包括外凸轮表面224，在适当地上紧时，外凸轮表面224可与螺帽216上的锥形表面226接合。外凸轮表面224可位于体212的向前端部228上。螺帽216的锥形表面226从X轴向外逐渐变细并离开体212。例如，锥形表面226可位于工具接合部分上，如六边形部分230。
图24是本发明的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中所示出的配件处于手紧状态。在此实施例中，配件250包括体252、螺帽256以及箍第一260，第一箍260在设计上类似于前面所描述的那些实施例。不过，在此实施例中，螺帽256包括整体箍262，箍262作为第二箍既可以替代第一箍260也可以像在图24中所示出的那样。对整体箍262的几何形状（如锥形外表面部分264、半径部分266和268以及鼻部分270等等）进行选择，以实现整体箍的适当径向向内铰链接合动作，以对将鼻部分驱动进入凸轮表面做出回应，这种凸轮表面如第一箍260的向后部分274上的凸轮表面272。用在配件中的整体箍的概念已在国际公布No. WO 02/063194A2中公开，该国际公布的全部公开内容通过参考整体地结合于本发明之中。不过，该公布及其概念在本质上对于本发明来讲是示范性的且不应在限制的意义上进行解释。
图25是本发明的另一个示范性配件的半纵向截面图，图中所示出的配件处于手紧状态。在此实施例中，配件280包括体282、螺帽286以及第一箍290，第一箍290在设计上类似于前面所描述的那些实施例。不过，在此实施例中，螺帽286包括可分箍292，箍292作为第二箍既可以替代第一箍290也可以像在图25中所示出的那样。可分箍292由易卸网部分294附在螺帽286上。在上紧配件280时，可分箍292与凸轮表面接合，如第一箍290的向后部分298上的凸轮表面296，并且从螺帽286脱落或分离。一旦分离，可分箍292起到类似于前面所描述的实施例中的箍的作用。用在配件中的可分箍的概念已在国际公布No. WO 02/063195A2中公开，该国际公布的全部公开内容通过参考整体地结合于本发明之中。不过，该公布及其概念在本质上对于本发明来讲是示范性的且不应在限制的意义上进行解释。
通过参考优选实施例已对本发明进行了描述。在阅读并理解了本说明书之后，其他人可对本发明进行修改和变化。这些修改和变化旨在包括在所附的权利要求书或与其等同的内容的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于包括导管夹持装置和阴配件体的导管配件的阳螺帽， 所述阳螺帽包括：
其中形成有管头的前端，和包括工具接合部分的后端，所述管头包括相对于所述阳螺帽的中心纵轴线以角度θ延伸的成角度表面，
所述管头包括锥形壁，所述锥形壁形成了当所述阳螺帽组装为所述导管配件一部分时容纳所述导管夹持装置至少一部分的锥形凹槽，所述锥形壁相对于所述阳螺帽的纵向轴线以角度ε逐渐变细，所述锥形凹槽包括用于在上紧所述导管配件期间与所述导管夹持装置的从动表面接合的驱动表面。
2.根据权利要求1所述的阳螺帽，其特征在于，所述锥形壁在拆卸所述导管配件期间帮助将所述阳螺帽与导管夹持部件分离。
3.一种第二配件元件，所述第二配件元件适于与导管配件的第一配件元件连接以在所述导管配件上紧时使导管夹持装置夹持导管并密封，所述第二配件元件包括：
用于在与所述第一配件元件连接之前将所述导管夹持装置与所述第二配件元件保持到一起成为单一组件的结构；和
工具，其与所述结构配合并且可松开地保持所述导管夹持装置和所述第二配件元件。
4.根据权利要求3所述的第二配件元件，其特征在于，所述工具可通过将所述第二配件元件和所述导管夹持装置与所述第一配件元件组装而从所述导管夹持装置和所述第二配件元件上松开。
5.根据权利要求3所述的第二配件元件，其特征在于，所述导管夹持装置包括单个箍。
6.根据权利要求3所述的第二配件元件，其特征在于，所述导管夹持装置包括两个箍。
7.根据权利要求3所述的第二配件元件，其特征在于，所述工具包括将所述导管夹持装置与所述第二配件元件保持在一起的柔性指部。
8.根据权利要求7所述的第二配件元件，其特征在于，所述第二配件元件和所述导管夹持装置与所述第一配件元件的组装将所述指部向内推，以将所述工具与所述导管夹持装置和所述第二配件元件分离。
9.根据权利要求3所述的第二配件元件，其特征在于，所述导管夹持装置的至少一部分通过所述工具被保持在所述第二配件元件内的凹槽中。
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