CN1140241A - 紧固装配的螺纹件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧固装配的螺纹件，其主要是利用形状记忆合金所独特具有的形状记忆效应，以达到紧固装置的功能，其主要是依照实际需要，选择适当的合金系统，在其产生塑性变形后，进行成型加工而制成螺纹件，而在组装作业完成后，以加热回复方式使螺纹件回复到塑料变形前的形状达到完全紧固而不松脱的效能。

Description

紧固装配的螺纹件

本发明为一种紧固装配的螺纹件，其是利用形状记忆合金来制成的，通过加工后回复而达到紧固装配的螺纹件。

在机械结构、交通工具以及建筑工程的钢骨结构……中，运用螺纹件来进行装配的设计随处可见，在许多装配结合位置一旦结合后，即不允许其再行松脱，诸如汽车、摩托车、火车、电车等交通工具，其上的各个螺纹件在组装固定后，在长时间使用的振动中，不允许其产生松脱，因为一但松脱即有可能遭到危险；又目前的建筑工程中经常运用钢骨结构来兴建高楼，而其钢骨间的结合亦是运用螺纹件来达成，然而，由于受到地面振动或是工作时的振动，在整栋大楼钢骨结构尚未完成之前，某些螺纹件便已经开始松脱，而会减低钢骨间的结合力，此时便必须重新锁紧，非但耗时耗工而增加成本，甚至引起安全性问题。

在目前的螺纹件锁固方式中，已开发出多种不同的紧固方法或装置，但其均有其未尽理想的缺陷存在，兹分别叙述如下：

一.并紧螺帽式(Jam nut)：其是用两个厚度不等的锁紧螺帽作双重锁紧；此种设计必须仰仗操作人员的施力操作，故其可靠性不佳，同时无法适用于较细小的螺纹件。

二.弹簧垫圈式(Spring locking washer)：其是在螺帽下加置一弹簧垫圈，利用垫圈的向上弹性力量，使螺栓与螺帽摩擦力增加，阻止松脱；此种设计所能够增加的摩擦力相当有限，同时在长期的振动中其弹簧垫圈亦有可能形成疲劳而失去功效。

三.锁紧螺钉式(Locking screw)：以固定螺钉水平或垂直锁入螺帽中，前者是抵住螺栓防止转动，后者则使螺帽产生分向张应力，增加摩擦锁紧能力；此种设计虽可提供较佳的紧固作用，但其操作上费时费工，同时在较细小的螺纹件上无法适用。

四.开口销式(Cotter pin)：在螺帽锁上螺栓后，在二者上钻一孔以插入开口销，使二者无法转动；此种设计的紧固效果佳，但在操作上相当麻烦，同时无法适用较细小的螺纹件。

五.反置垫圈式(Upturn washer)：利用反置垫圈在螺帽锁紧后，一边沿螺帽边缘翻起，另一边则沿机件边缘折下，如此可使螺栓及螺帽的强度不变而又有确实锁紧的功效；此种设计一般运用在较大型的螺纹件上，同时是为了便于再次拆开而设计，对于紧固后不再拆卸的结构并不适用，因为其增加了反置垫圈即增加了施工上的困难度，同时其反置垫圈亦有其使用环境的限制，在较小的螺纹件上及在平板状结构上组装的螺纹件均无法适用。

六.弹簧线式(Spring wire locking)：利用螺帽上的圆周沟槽及小孔，在螺帽锁紧后，将弹簧线套上沟槽里并穿过小孔进入螺栓内；此种设计在操作时困难度相当高，同时绝对无法运用在较小型的螺纹件上。

由以上的说明可知，现有的螺纹件紧固方法均未尽完善，而未能提供一种使用时能够确实紧固的螺纹件。

本发明的主要目的在于：提供一种紧固装配功效很好的螺纹件。

本发明的技术方案在于：提供一种紧固装配的螺纹件，其中，其是以形状记忆合金产生塑性变形后，进行成型加工而制成螺纹件，并在组装作业完成后，以加热回复方式使螺纹件回复塑性变形前的形状，而可获得紧固装配的作用。

前述的紧固装配的螺纹件，其中，螺纹件可为螺帽，而该塑性变形可为扩大管状基材内径的塑性变形。

前述的紧固装配的螺纹件，其中，螺纹件可为螺栓，而该塑性变形可为拉伸杆状基材长度的塑性变形。

前述的紧固装配的螺纹件，其中，形状记忆合金可采用铁基形状记忆合金。

前述的紧固装配的螺纹件，其中，较佳铁基形状记忆合金成份如下：

Fe：balance

Mn：28～32wt％

Si：4～6.5wt％

Cr：0.1～5wt％

Ni：0.1～5wt％

Ti、Al、B、C：各为2wt％以下

本发明的优点在于：采用形状记忆合金来制作螺纹件，而可使其在组装完成后，利用其回复形状的作用，提供极佳的紧固装配作用，而可适用于各项机械设备、交通工具及建筑物钢骨结合上，而获得优异的成效，又在实施例中是以扩管的塑性变形方式以形状记忆合金来制成螺帽，而与一般的螺栓相搭配运用，当然亦可采用杆状基材而以拉伸或其他的塑性变形方式以形状记忆合金来制成螺栓，而与一般的螺帽相搭配使用。

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构特征及目的。

附图简要说明：

图1是形状记忆效应的变形状况示意图，其中，图1A为由形状记忆合金制成的弹簧；图1B为受外力拉伸变形后的状态；和图1C表示经加热而回复至变形前的状态。

图2是本发明的紧固装配的螺纹件以螺帽为例的较佳实施例实施流程示意图，其中，图2A为六角螺帽状管材，图2B扩大管材内径和图2C加热回复到变形前状态。

图3是本发明的图2中所示螺帽实施例回复位移时的抗旋扭力比例图表

图4是本发明的紧固螺纹件的制造程序及装配流程图。

首先就形状记忆合金的形状记忆效应作说明，一般金属若受外力超过降伏强度，则在外力除去后，会留下永久变形，但对于某些特殊合金而言，在适当的外力作用下，经由麻田散体调整机构或是产生应力诱起麻田散体变态，使其留下有限度的变形，再将合金加热到母相的温度范围时，此合金会恢复到原来未变形前的形状，此种特性即称之为形状记忆效应，而具有形状记忆效应的合金即称为形状记忆合金。

请参阅图1所示，其是为形状记忆效应的变形状况示意图，在图1-A中显示出一由形状记忆合金制成的弹簧，在经过适当外力拉伸变形后，释放该外力则会形成图1-B中的变形状态，但是若将其加热至适当的温度时，该弹簧即会慢慢回复到图1-C中所示未变形前的形状，并且在其回复过程中，具有相当大的回复力量，又在回复至图1-C中所示的形状后，既使再施以高温或低温，其均不会再产生任何变形。

在图2中所示，是为本发明的紧固装配的螺纹件以螺帽为例的较佳实施例实施流程示意图，其中可以看出先以形状记忆合金制成图2-A中所示内径为10mm的管状基材10(其可采用挤压成型的方式先行将管状基材10的外径制成六角螺帽状的外形，并施以退火处理，而可适于后续的加工)，然后再以塑性加工使其变形成为图2-B中所示，而使管状基材10的内径扩大4％，成为内径为10.4mm的管状元件11，然后再对该扩大后的管状元件11进行加工，成为一标准规格的螺帽12，如此即可进行螺帽12的组装作业，当将其组装至定位后，即可将其加温至某一临界温度(即所谓的麻田散体逆变态温度，其依合金成份不同而改变，故可适当调整以配合各种实际用途的需要)，该螺帽12即会逐渐收缩，而回复到原来内径为10mm管状基材10的比例，之后，即使再提高或降低温度，螺帽12的内径即不再改变。

由前述的实施例可知，以形状记忆合金在扩大变形后制成螺帽，然后再将其与螺栓组装结合至定位后，加热至适当温度100～200℃后，螺帽开始回复成原来较小的内径，使得螺帽与螺栓间产生紧密结合，而且产生相当大的压缩力，如此即可使该螺帽紧紧地咬住螺栓，而完成一极为紧固的装配效果；此种紧固性装配的抗旋扭力为一般用力旋紧的螺纹件组合的3倍以上(请参看图3中所示)，而且螺纹接合部份的抗拉强度几乎与螺栓本体的强度相同，也就是说以本发明的方法制成的螺纹件在结合完成后，其结合强度可相当于焊接技术所得，但其在操作上却要较焊接作业容易得多，同时不会影响到相结合的构件材料。

目前实用化的形状记忆合金有TiNi基、铜基及铁基记忆合金三大系统，其中，由于铁基记忆合金的制造成本相当低廉，故极适合于一般工业上的应用，故本案可采用铁基形状记忆合金为制造原料，当本发明由于其是采用铁基形状记忆合金为母材进行制造时，其可采用一般的大气熔炼技术，使得其成本与一般钢铁材料相近，并可大量生产；本发明紧固螺纹件的制造程序及装配流程兹配合图4的流程图作说明：

1.母材熔炼：采用一般的大气熔炼技术，配制适当成份比例的铁基记忆合金，借以调整变形后的回复温度，并且可添加特殊元素，以增进其抗蚀性或其他相关性质。

2.基材制造：与一般制管程序相似，可采用有缝或无缝管的制造技术，或由板状铁基形状记忆合金直接冲压而成，皆可显现良好的形状记忆效应。

3.塑性变形：采用冲压或其他塑性加工方式，扩大管状基材的内径，使其产生适当程度的塑性变形。

4.成型加工：可采用一般螺帽的内螺纹加工技术。

5.组装作业：以一般的螺纹件组装方式进行，将一般的螺栓及铁基形状记忆合金制成且经塑性变形的螺帽相搭配，将目标物体以旋紧方式组合。

6.加热回复：旋紧组合后，利用适当的加热方法，如感应加热或火焰加热等，将螺帽加热至适当温度，使其产生形状记忆回复，而与螺栓形成紧固性组合。

本发明依实验所得的较佳实施形状记忆合金成份如下：

Fe：balance

Mn：28～32wt％

Si：4～6.5wt％

Cr：0.1～5wt％

Ni：0.1～5wt％

Ti、Al、B、C：各为2wt％以下

其回复温度约在150℃左右。

Claims (5)

1.一种紧固装配的螺纹件，其特征在于：其是以形状记忆合金产生塑性变形后，进行成型加工而制成螺纹件，并在组装作业完成后，以加热回复方式使螺纹件回复塑性变形前的形状，而可获得紧固装配的作用。

2.根据权利要求1所述的紧固装配的螺纹件，其特征在于：螺纹件可为螺帽，而该塑性变形可为扩大管状基材内径的塑性变形。

3.根据权利要求1所述的紧固装配的螺纹件，其特征在于：螺纹件可为螺栓，而该塑性变形可为拉伸杆状基材长度的塑性变形。

4.根据权利要求1所述的紧固装配的螺纹件，其特征在于：形状记忆合金可采用铁基形状记忆合金。

5.根据权利要求4所述的紧固装配的螺纹件，其特征在于：较佳铁基形状记忆合金成份如下：

Fe：balance

Mn：28～32wt％

Si：4～6.5wt％

Cr：0.1～5wt％

Ni：0.1～5wt％

Ti、Al、B、C：皆2wt％以下。

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