CN111853385A - 一种钝齿环、高耐压压接连接金属管的管件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钝齿环高耐压压接连接金属管的管件及其加工方法，所述的钝齿环用于管件连接，所述的钝齿环为开口环，所述的钝齿环具有内圆周面，所述的内圆周面向内凸出形成有多个齿形顶端，多个所述的齿形顶端沿着所述的内圆周面轴向均匀布置形成刀刃环；所述的齿形顶端包括第一圆弧段和第二圆弧段，所述的第一圆弧和所述的第二圆弧均径向向外凸出。本发明解决了应用于工业管道和建筑管道的金属制管件与管材之间的插入压接式连接方式所存在的过压暴脱风险及锁紧结构失效暴脱风险。

Description

一种钝齿环、高耐压压接连接金属管的管件及其加工方法

技术领域

本发明涉及管件领域，更具体涉及一种钝齿环、高耐压压接连接金属管的管件及其加工方法。

背景技术

现有的金属制管件与管材的连接技术中，因为压接连接具有施工便捷、安装周期短、施工强度低、对工人无经验要求等优势，越来越多采用密封圈卡压式和金属圈抱压式的连接方式，但目前的压接连接，大多只能应用于薄壁管材连接，且耐压性能相对而言较弱，目前的压接连接存在的共同缺陷为：

a)不能压接厚壁管道；

b)工作压力限值为PN16,在可能发生的压力超过PN16的情况下，不能保证系统连接的安全而发生暴脱；

c)当锁紧结构之元件发生化学腐蚀或物理刚性失效，管道系统则无可避免地发生暴脱。

而在流体输送管道系统，由于压力发生源及压力控制装置存在的故障必然，压力失控为PN16超出甚至更大是经常发生的事故，所以，于密封圈卡压式和金属圈抱压式的连接方式下，皆无法避免管件与管材的暴脱危险。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钝齿环、高耐压压接连接金属管的管件及其加工方法的技术方案，具体为：

一种钝齿环，所述的钝齿环用于管件连接，所述的钝齿环为开口环，所述的钝齿环具有内圆周面，所述的内圆周面向内凸出形成有多个齿形顶端，多个所述的齿形顶端沿着所述的内圆周面轴向均匀布置形成刀刃环；所述的齿形顶端包括第一圆弧段和第二圆弧段，所述的第一圆弧和所述的第二圆弧的均径向向外凸出，即所述的第一圆弧段和第二圆弧段以背靠背的方式设置，或者也可以称为第一圆弧段和第二圆弧段以外切的方式设置；径向向外凸出的设置方式使得所述的齿形顶端具有负的切入角，便于所述的齿形顶端切入到所述金属管材，减小压接管件时的压接阻力；另外，当所述的钝齿环通过压接的方式切入到所述的金属管材后，通常会因为压接而保留残余应力，负的切入角能够减小刀刃环的残余应力，避免因为残余应力而发生径向扩张，有效避免管件脱接；

优选地，所述的第一圆弧段和所述的第二圆弧段之间连接有刀刃过渡面，所述的刀刃过渡面通常具有小的周向尺寸，通过刀刃过渡面的设置，一方面能够降低刀齿加工齿形顶端的难度，避免在加工时出现崩齿的现象，另一方面能够避免齿形顶端过于锋利，防止工作人员在进行安装时发生误伤，提高管件的操作安全性；分别位于相邻的齿形顶端上的第一圆弧面和第二圆弧面之间通过过渡圆弧连接，所述的过渡圆弧的凸出方向沿着径向向外；所述的钝齿环具有外圆周面，所述的外圆周面上设置有多个圆弧形凹槽，所述的圆弧形凹槽布置在两个相邻的齿形顶端之间的径向外侧；

优选地，所述的刀刃环为单环结构；

优选地，所述的刀刃环为双环结构，两个所述的刀刃环轴向间隔设置在所述的内圆周的边缘位置处，所述的刀刃环中间形成环形空腔；

优选地，所述的刀刃环数量为三个或三个以上，多个所述的刀刃环间隔设置，所述的刃环沿着轴向方向均匀设置在所述的内圆周的上；

优选地，不同刀刃环上的齿形顶端周向错开布置，通过轴向错开布置的设置方式，能够有效提高所述管件的抗拔拉能力；

优选地，所述的刀刃过渡面沿着径向的方向内凸出；

优选地，所述的圆弧形凹槽上设置有应力孔，所述的应力孔沿着径向方向贯穿于所述的钝齿环；所述的应力孔能够进一步减小压接后的残余应力，提高管件的连接稳定性。

一种高耐压压接连接金属管的管件，包括金属管材和管件主体，金属管材与管件主体插接配合，所述的管件主体包括承口段、过渡段和管颈段，所述的过渡段连接在所述的管颈段和所述的承口段之间，所述的过渡段为锥形结构；所述的承口段内部设置有隔环；所述的隔环将所述的承口段内腔分为限位腔和密封腔，所述的限位腔内部设置有钝齿环，所述的密封腔内部设置有橡胶圈；所述的管颈段内部形成插接腔；所述的金属管材依次穿过限位腔和密封腔插接在插接腔内；所述的承口段末端连接有挡环，所述的挡环内径小于所述限位腔的内径，所述的钝齿环具有上述的结构；

优选地，所述的过渡段的锥形角为α，其中，α＝5-30°，这样能避免在压接形变时，管件材料压入管材，增加压接力，并使管材变形后，减少边上橡胶圈的形变量；

优选地，所述的隔环与所述的管件主体为一体式结构；

优选地，所述的隔环与所述的管件主体为分体式结构，所述的隔环径向外侧的轴向厚度小于所述隔环径向内侧的轴向厚度；

优选地，所述的隔环是通过机械卷弯形成。

一种用来加工所述的高耐压压接连接金属管的管件的方法，所述的方法包括以下步骤：(1)管件主体的加工：选择筒状毛坯用来制作管件主体，所述的承口段和过渡段通过机械车削的方式形成限位腔和密封腔；(2)在所述的限位腔和所述的密封腔车削加工时，预留毛坯尺寸形成所述的隔环；或者在所述的限位腔和所述的密封腔车削加工时具有相同的内径，通过设置隔环将其分开；(3)钝齿环的机械加工：将钝齿环的毛坯冲压成条状后，卷成缺口的圆形，刀刃环为单环结构时，通过在板材上直接冲压形成钝齿环上的齿形顶端结构，或者刀刃环为单环结构时通过冲压成型后在经过车削形成所述的环形空腔；成型后钝齿环进行热处理；(4)钝齿环的热处理工艺：当所述的钝齿环材料为马氏体时，不进行防腐处理；当所述的钝齿环材料为马氏体以外的碳钢材料时，进行多元合金共渗表面防腐处理；(5)步骤(3)中钝齿环的机械加工中，齿形的高度根据压接管材的规格来确定，能确保压入管材的深度均匀；

所述的金属管材厚度为D，所述的齿形顶端高度为H，H＝(0.2-0.5)D；

优选地，钝齿压入管材后，每个齿能承受0.5-1.5KN的轴向拉力。

有益效果：

(1)本发明解决了应用于工业管道和建筑管道的金属制管件与管材之间的接插式连接方式所存在的过压暴脱风险及锁紧结构失效暴脱风险。也即，本发明的结构在存在可能发生的风险情况下完成金属制管件与管材之间的防脱止功能，并且，通过多元合金共渗的工艺对钝齿环表面防腐处理，有效避免了钝齿环在使用过程中锈蚀。

(2)第一圆弧面和第二圆弧面径向向外凸出的设置方式使得所述的齿形顶端具有负的切入角，便于所述的齿形顶端切入到所述金属管材，减小压接管件时的压接阻力；另外，当所述的钝齿环通过压接的方式切入到所述的金属管材后，通常会因为压接而保留残余应力，负的切入角能够减小刀刃环的残余应力，避免因为残余应力而发生径向扩张，有效避免管件脱接；

(3)钝齿压入管材后，能承受较大的轴向拉力，根据钝齿环及管材的材料不同，每个齿能承受0.5-1.5KN；

(4)过渡段的锥形角为α，α＝5-30°，这样能避免在压接形变时，管件材料压入管材，增加压接力，并使管材变形后，减少边上橡胶圈的形变量；

(5)所述的应力孔能够进一步减小压接后的残余应力，提高管件的连接稳定性。

附图说明

图1为第一实施例的高耐压压接连接金属管的管件的剖视图；

图2为第一实施例的管件本体的剖视图；

图3为第一实施例的高耐压压接连接金属管的管件的爆炸图；

图4为第二实施例的高耐压压接连接金属管的管件的剖视图；

图5为第二实施例的管件本体的剖视图；

图6为第二实施例的高耐压压接连接金属管的管件的爆炸图；

图7为刀刃环为单环结构的钝齿环轴侧图；

图8为刀刃环为单环结构的钝齿环主视图；

图9为内视角下单环结构的钝齿环延展图；

图10为图7中A区域的局部放大图；

图11为刀刃环为双环结构的钝齿环轴侧图；

图12为刀刃环为双环结构的钝齿环主视图；

图13为内侧视角下双环结构的钝齿环延展图；

图14为图11中B区域的局部放大图。

附图标记：

金属管材1、管件主体2、承口段3、过渡段4、管颈段5、隔环6、限位腔7、密封腔8、钝齿环9、橡胶圈10、挡环11、齿形顶端12、、第一圆弧段13、第二圆弧段14、刀刃过渡面15、过渡圆弧16、环形空腔17、圆弧形凹槽18、应力孔19。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行进出、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

作为较佳的实施例1：

如图1-3所示，一种高耐压压接连接金属管的管件，包括金属管材1 和管件主体2，金属管材1与管件主体2插接配合，其特征在于：所述的管件主体2包括承口段3、过渡段4和管颈段5，所述的过渡段4连接在所述的管颈段5和所述的承口段3之间，所述的过渡段4为锥形结构；所述的承口段3内部设置有隔环6；所述的隔环6将所述的承口段3内腔分为限位腔7和密封腔8，所述的限位腔7内部设置有钝齿环9，所述的密封腔8内部设置有橡胶圈10；所述的管颈段5内部形成插接腔；所述的金属管材1 依次穿过限位腔7和密封腔8插接在插接腔内；所述的承口段3末端连接有挡环11，所述的挡环11内径小于所述限位腔7的内径；所述的过渡段4 的锥形角为α，α＝5-30°，这样能避免在压接形变时，管件材料压入管材，增加压接力，并使管材变形后，减少边上橡胶圈10的形变量，所述的管件为一体式结构。

作为较佳的实施例2：

如图4-6所示，一种高耐压压接连接金属管的管件，包括金属管材1 和管件主体2，金属管材1与管件主体2插接配合，其特征在于：所述的管件主体2包括承口段3、过渡段4和管颈段5，所述的过渡段4连接在所述的管颈段5和所述的承口段3之间，所述的过渡段4为锥形结构；所述的承口段3内部设置有隔环6；所述的隔环6将所述的承口段3内腔分为限位腔7和密封腔8，所述的限位腔7内部设置有钝齿环9，所述的密封腔8内部设置有橡胶圈10；所述的管颈段5内部形成插接腔；所述的金属管材1 依次穿过限位腔7和密封腔8插接在插接腔内；所述的承口段3末端连接有挡环11，所述的挡环11内径小于所述限位腔7的内径；所述的过渡段4 的锥形角为α，α＝5-30°，这样能避免在压接形变时，管件材料压入管材，增加压接力，并使管材变形后，减少边上橡胶圈10的形变量；所述的隔环 6与所述的管件主体2为分体式结构，所述的隔环6径向外侧的轴向厚度小于所述隔环6径向内侧的轴向厚度；所述的隔环6是通过机械卷弯形成。

钝齿环的第一种较佳表现形式：

如图7-10所示，所述的钝齿环9为开口环，所述的钝齿环9具有内圆周面，所述的内圆周面向内凸出形成有多个齿形顶端12，多个所述的齿形顶端12沿着所述的内圆周面轴向均匀布置形成刀刃环；所述的刀刃环为单环结构；优选地，所述的齿形顶端12包括第一圆弧段13和第二圆弧段14，所述的第一圆弧和所述的第二圆弧的均径向向外凸出，即所述的第一圆弧段13和第二圆弧段14以背靠背的方式设置，或者也可以称为第一圆弧段 13和第二圆弧段14以外切的方式设置；径向向外凸出的设置方式使得所述的齿形顶端12具有负的切入角，便于所述的齿形顶端12切入到所述金属管材1，减小压接管件时的压接阻力；另外，当所述的钝齿环9通过压接的方式切入到所述的金属管材1后，通常会因为压接而保留残余应力，负的切入角能够减小刀刃环的残余应力，避免因为残余应力而发生径向扩张，有效避免管件脱接；所述的第一圆弧段13和所述的第二圆弧段14之间连接有刀刃过渡面15，所述的刀刃过渡面15通常具有小的周向尺寸，通过刀刃过渡面15的设置，一方面能够降低刀齿加工齿形顶端12的难度，避免在加工时出现崩齿的现象，另一方面能够避免齿形顶端12过于锋利，防止工作人员在进行安装时发生误伤，提高管件的操作安全性；所述的刀刃过渡面15为弧形，所述的刀刃过渡面15沿着径向的方向内凸出；分别位于相邻的齿形顶端12上的第一圆弧面和第二圆弧面之间通过过渡圆弧16连接，所述的过渡圆弧16的凸出方向沿着径向向外；所述的钝齿环9具有外圆周面，所述的外圆周面上设置有多个圆弧形凹槽18，所述的圆弧形凹槽 18布置在两个相邻的齿形顶端12之间的径向外侧；

钝齿环的第二种较佳表现形式：

如图11-14所示，所述的刀刃环为双环结构，所述的刀刃环轴向间隔设置在所述的内圆周的边缘位置处，所述的刀刃环中间形成环形空腔7；优选地，所述的刀刃环为双环结构，不同刀刃环上的齿形顶端12周向错开布置；通过轴向错开布置的设置方式，能够有效提高所述管件的抗拔拉能力。

钝齿环的第三种较佳表现形式：

其刀刃环与所述的为双环结构钝齿环的刀刃环相同，不同之处在于所述的刀刃环数量为三个或三个以上，多个所述的刀刃环间隔设置，所述的刃环沿着轴向方向均匀设置在所述的内圆周的上。

另外，一种用来加工高耐压压接连接金属管的管件的方法，所述的方法包括以下步骤：(1)管件主体2的加工：选择筒状毛坯用来制作管件主体2，所述的承口段3和过渡段4通过机械车削的方式形成限位腔7和密封腔8；(2)在所述的限位腔7和所述的密封腔8车削加工时，预留毛坯尺寸形成所述的隔环6；或者在所述的限位腔7和所述的密封腔8车削加工时具有相同的内径，通过设置隔环6将其分开；

(3)钝齿环9的机械加工：冲压成条状后，卷成缺口的圆形，刀刃环为单环结构时，通过在板材上直接冲压成型，或者刀刃环为单环结构时通过冲压成型后在经过车削形成所述的环形空腔7；成型后进行热处理；

(4)钝齿环9的热处理工艺：当所述的钝齿环9材料为马氏体时，不进行防腐处理；当所述的钝齿环9材料为马氏体以外的碳钢材料时，需要进行多元合金共渗表面防腐处理；

(5)步骤(3)中钝齿环9的机械加工中，齿形的高度根据压接管材的规格来确定，能确保压入管材的深度均匀。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (15)

1.一种钝齿环，所述的钝齿环用于管件连接，其特征在于：所述的钝齿环为开口环，所述的钝齿环具有内圆周面，所述的内圆周面向内凸出形成有多个齿形顶端，多个所述的齿形顶端沿着所述的内圆周面轴向均匀布置形成刀刃环；所述的齿形顶端包括第一圆弧段和第二圆弧段，所述的第一圆弧和所述的第二圆弧均径向向外凸出，所述的第一圆弧段和所述的第二圆弧段之间连接有刀刃过渡面；分别位于相邻的齿形顶端上的第一圆弧面和第二圆弧面之间通过过渡圆弧连接，所述的过渡圆弧的凸出方向沿着径向向外；所述的钝齿环具有外圆周面，所述的外圆周面上设置有多个圆弧形凹槽，所述的圆弧形凹槽布置在两个相邻的齿形顶端之间的径向外侧。

2.如权利要求1中所述的钝齿环，其特征在于：所述的刀刃环为单环结构。

3.如权利要求1中所述的钝齿环，其特征在于：所述的刀刃环为双环结构，两个所述的刀刃环轴向间隔设置在所述的内圆周的边缘位置处，所述的刀刃环中间形成环形空腔。

4.如权利要求1中所述的钝齿环，其特征在于：所述的刀刃环数量为三个或三个以上，多个所述的刀刃环间隔设置，所述的刃环沿着轴向方向均匀设置在所述的内圆周的上。

5.如权利要求3或4中任一项所述的钝齿环，其特征在于：不同刀刃环上的齿形顶端周向错开布置。

6.如权利要求1-4中任一项所述的钝齿环，其特征在于：所述的刀刃过渡面沿着径向的方向内凸出。

7.如权利要求3或4中任一项所述的钝齿环，其特征在于：所述的圆弧形凹槽上设置有应力孔，所述的应力孔沿着径向方向贯穿于所述的钝齿环。

8.一种高耐压压接连接金属管的管件，包括金属管材和管件主体，金属管材与管件主体插接配合，所述的管件主体包括承口段、过渡段和管颈段，所述的过渡段连接在所述的管颈段和所述的承口段之间，所述的过渡段为锥形结构；所述的承口段内部设置有隔环；所述的隔环将所述的承口段内腔分为限位腔和密封腔，所述的限位腔内部设置有钝齿环，所述的密封腔内部设置有橡胶圈；所述的管颈段内部形成插接腔；所述的金属管材依次穿过限位腔和密封腔插接在插接腔内；所述的承口段末端连接有挡环，所述的挡环内径小于所述限位腔的内径，其特征在于：所述的钝齿环具有如权利要求1-7中任一项所述的结构。

9.如权利要求8所述的高耐压压接连接金属管的管件，其特征在于：所述的过渡段的锥形角为α，其中，α＝5-30°。

10.如权利要求8所述的高耐压压接连接金属管的管件，其特征在于：所述的隔环与所述的管件主体为一体式结构。

11.如权利要求8或9中任一项所述的高耐压压接连接金属管的管件，其特征在于：所述的隔环与所述的管件主体为分体式结构，所述的隔环径向外侧的轴向厚度小于所述隔环径向内侧的轴向厚度。

12.如权利要求11所述的高耐压压接连接金属管的管件，其特征在于：所述的隔环是通过机械卷弯形成。

13.一种用来加工如权利要求8-12中任一项所述的高耐压压接连接金属管的管件的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：(1)管件主体的加工：选择筒状毛坯用来制作管件主体，所述的承口段和过渡段通过机械车削的方式形成限位腔和密封腔；(2)在所述的限位腔和所述的密封腔车削加工时，预留毛坯尺寸形成所述的隔环；或者在所述的限位腔和所述的密封腔车削加工时具有相同的内径，通过设置隔环将其分开；(3)钝齿环的机械加工：将钝齿环的毛坯冲压成条状后，卷成缺口的圆形，刀刃环为单环结构时，通过在板材上直接冲压形成钝齿环上的齿形顶端结构，或者刀刃环为单环结构时通过冲压成型后在经过车削形成所述的环形空腔；成型后钝齿环进行热处理；(4)钝齿环的热处理工艺：当所述的钝齿环材料为马氏体时，不进行防腐处理；当所述的钝齿环材料为马氏体以外的碳钢材料时，进行多元合金共渗表面防腐处理；(5)步骤(3)中钝齿环的机械加工中，齿形的高度根据压接管材的规格来确定，能确保压入管材的深度均匀。

14.如权利要求13中所述的方法，其特征在于：所述的金属管材厚度为D，所述的齿形顶端高度为H，H＝(0.2-0.5)D。

15.如权利要求13中所述的方法，其特征在于：钝齿压入管材后，每个齿能承受0.5-1.5KN的轴向拉力。

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