基于记忆合金制造的连接组件及其装配方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010822085.7 (22)申请日 2020.08.15 (71)申请人 西北工业大学 地址 710068 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 李恒张艳红杨智伟唐明武 刘欣王鑫昊谷箐菲 (74)专利代理机构 北京润捷智诚知识产权代理 事务所(普通合伙) 11831 代理人 孙巍 (51)Int.Cl. F16B 35/00(2006.01) F16B 5/02(2006.01) F16B 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于记忆合金制造的连接。

2、组件及其装 配方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于记忆合金制造的连接 组件及其装配方法, 基于记忆合金制造的连接组 件包括杆状件, 所述杆状件包括光滑段, 光滑段 的一端或者两端分别为连接段; 在预制阶段、 所 述光滑段直径比与之适配的安装孔孔径大; 在低 温预拉伸变形阶段、 所述光滑段的低温预拉伸变 形量为1012; 在加热升温阶段、 所述光滑段 与安装孔之间形成的干涉量在23.5之间。 本发明安装工艺简单、 柔性高、 操作空间小, 杆状 件与安装孔配合时不会对孔壁造成损伤, 克服了 传统安装工艺的弊端, 并可实现均匀干涉连接、 充分发挥干涉量对提高飞行器结构抗疲劳性能 作用。 权利要求书。

3、1页 说明书5页 附图4页 CN 112112874 A 2020.12.22 CN 112112874 A 1.一种基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 包括杆状件, 所述杆状件包括光滑 段, 光滑段的一端或者两端分别为连接段; 在预制阶段、 所述光滑段比与之适配的安装孔孔 径大; 在低温预拉伸变形阶段、 所述光滑段的低温预拉伸变形量为10-12; 在加热升温 阶段、 所述光滑段与安装孔之间的干涉量在2-3.5之间。 2.根据权利要求1所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 所述杆状件为记 忆合金。 3.根据权利要求2所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 所述记忆。

4、合金为 NiTiNb基材材质。 4.根据权利要求3所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 所述NiTiNb记忆 合金为Ni47Ti44Nb9。 5.根据权利要求4所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 所述连接段为螺 纹段, 所述螺纹段上还适配有螺母。 6.根据权利要求5所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 还包括防松垫 片, 所述螺纹段上套接防松垫片。 7.根据权利要求2所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特征在于: 低温预拉伸变形 阶段的低温环境温度在记忆合金相变温度MfMs+30温度范围内选择。 8.根据权利要求1所述的基于记忆合金制造的连接组件, 其特。

5、征在于: 低温预拉伸变形 阶段、 所述杆状件拉伸变形卸载后光滑段的直径比安装孔的孔径小0.01-0.05mm。 9.连接组件的装配方法, 其特征在于: 包括权利要求1-8任一项所述的基于记忆合金制 造的连接组件, 所述杆状部与安装孔的装配步骤如下: 步骤1, 低温预拉伸变形: 将杆状件在低温状态下进行低温预拉伸变形, 使杆状件的光 滑段直径在升温回复前比安装孔孔径小0.01-0.05mm; 步骤2, 低温预拉伸变形后的杆状件装配进入安装孔内, 所述杆状件与安装孔形成间隙 配合; 步骤3, 将步骤2中低温预拉伸变形后的杆状件连同装配件一起加热升温至150-350 , 之后保温15-20min, 。

6、在此加热升温过程中, 杆状件光滑段升温回复径向膨胀, 继而与安 装孔的孔壁接触形成干涉配合连接。 10.根据权利要求9所述的连接组件的装配方法, 其特征在于: 还包括步骤4, 步骤3完成 后将杆状件与装配件共同冷却至室温, 最后在杆状件上依次安装防松垫片与螺母, 使螺母 与杆状件的螺纹段实现紧固配合。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112112874 A 2 一种基于记忆合金制造的连接组件及其装配方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于记忆合金制造的连接组件及其装配方法。 背景技术 0002 紧固件是航空航天等领域高端装备研发中应用最广泛、 使用量最大的基础性构 件, 可用于各种零部件。

7、的连接和紧固, 其连接质量和构件性能将直接影响飞行器的整体性 能和服役疲劳寿命。 干涉配合连接作为提高飞机连接结构寿命最有效的先进连接工艺之 一, 已经在航空航天等高端领域得到了广泛应用。 干涉配合螺栓连接工艺通过螺栓杆与孔 形成一定干涉, 在孔周围产生较大的径向预压应力, 在交变载荷作用下, 使孔边缘处应力幅 值显著降低, 可推迟疲劳裂纹的产生和发展, 从而可有效提高飞行器连接结构寿命。 然而, 传统的干涉配合螺栓连接采用强迫安装或冷冻安装的方法, 只能达到较低的干涉量且难以 实现均匀干涉; 应力波安装作为一种新的安装方法, 虽然能实现较高干涉的螺栓配合连接, 但仍然存在凸瘤等缺陷, 尤其是。

8、针对厚夹层结构和复合材料的高干涉配合, 连接质量难以 保证; 发明内容 0003 本发明提供一种连接件和实现干涉配合连接的装配方法, 实现上述目的的技术方 案如下: 0004 一种基于记忆合金制造的连接组件, 包括杆状件, 所述杆状件包括光滑段, 光滑段 的一端或者两端分别为连接段; 在预制阶段、 所述光滑段直径比与之适配的安装孔孔径大; 在低温预拉伸变形阶段、 所述光滑段的低温预拉伸变形量为10-12; 在加热升温阶段、 所述光滑段与安装孔之间的干涉量在2-3.5之间。 0005 可选地, 所述杆状件为记忆合金。 0006 可选地, 所述记忆合金为NiTiNb基材材质。 0007 可选地, 。

9、所述记忆合金为Ni47Ti44Nb9。 0008 可选地, 所述连接段为螺纹段, 所述螺纹段上还适配有螺母。 0009 可选地, 还包括防松垫片, 所述螺纹段上套接防松垫片。 0010 连接组件的装配方法, 包括基于记忆合金制造的连接组件, 所述杆状部与安装孔 的装配步骤如下: 0011 步骤1, 低温预拉伸变形: 将杆状件在低温状态下进行低温预拉伸变形, 使杆状件 的光滑段直径在升温回复前比安装孔直径小0.01-0.05mm; 0012 步骤2, 低温预拉伸变形后的杆状件装配进入安装孔内, 所述杆状件与安装孔形成 间隙配合; 0013 步骤3, 将步骤2中低温预拉伸变形后的杆状件连同装配件一。

10、起加热升温至150- 350, 之后保温15-20min, 在此加热升温过程中, 杆状件光滑段升温回复径向膨胀, 继而与 安装孔的孔壁接触形成干涉配合连接。 说明书 1/5 页 3 CN 112112874 A 3 0014 本发明安装工艺简单, 操作空间小, 杆状件与安装孔配合时不会对孔壁造成损伤, 克服了传统安装工艺的弊端, 可实现均匀干涉连接、 充分发挥干涉量对提高飞行器结构抗 疲劳性能作用。 附图说明 0015 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案, 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,。

11、 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0016 图1为杆状件示意图; 0017 图2为板材采用双剪切搭接形式进行搭接示意图; 0018 图3为实施例一板材与杆状件组合示意图; 0019 图4为实施例一疲劳测试曲线示意图; 0020 图5为实施例一疲劳测试数据; 0021 图6为板材采用单剪切搭接形式进行搭接示意图; 0022 图7为实施例二板材与杆状件组合示意图; 0023 图8为实施例二疲劳测试曲线示意图; 0024 图9为实施例二疲劳测试数据; 0025 附图序号说明: 杆状件1、 光滑段10、 连接段11、 安装孔2、 螺母3。

12、、 防松垫片4、 板一5、 板二6、 板三7。 具体实施方式 0026 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 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, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例, 都属于本发明保护的范围。 0027 在本发明的描述中, 需要理解的是, 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“前” 、“后” 、“左” 、 “右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系,。

13、 仅是为了便于描述本发明和简化描述, 而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此不能理解为对本发明的限制。 0028 术语 “第一” 、“第二” 仅用于描述目的, 而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此, 限定有 “第一” 、“第二” 的特征可以明示或者隐含 地包括一个或者更多个该特征。 在本发明的描述中, 除非另有说明,“多个” 的含义是两个或 两个以上。 0029 在本发明的描述中, 需要说明的是, 除非另有明确的规定和限定, 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解, 例如, 可以是固定连接,。

14、 也可以是可拆卸连接, 或一体地连接; 可 以是直接相连, 也可以通过中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的 普通技术人员而言, 可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 本发明的至少一 个实施例提供了如下技术方案: 说明书 2/5 页 4 CN 112112874 A 4 0030 图中, 基于记忆合金制造的连接组件包括杆状件1, 所述杆状件1包括光滑段10, 光 滑段10用于与安装孔2实现配合, 光滑段10的一端或者两端分别为连接段11, 连接段11起到 锁紧的作用; 安装孔位于需要使用杆状件进行连接的装配件上, 所述装配件可以是板材等。 0031 杆状件1与安。

15、装孔配合分为三个阶段, 第一个阶段为预制阶段, 预制阶段就是杆状 件1被加工出来的阶段, 在预制阶段、 所述光滑段10直径比与之要配合的安装孔2孔径大, 光 滑段具体的预制直径可依据被连接件孔径, 预变形量和干涉量需求等综合优化设计; 0032 第二个阶段为低温预拉伸变形阶段, 在低温预拉伸变形阶段、 所述光滑段10被拉 伸, 所述光滑段10的低温预拉伸变形量为10-12; 本发明中, 所述低温环境的温度可在 合金相变温度MfMs+30温度范围内选择, 具体的温度为-120-57; 低温预拉伸变 形后的光滑段10直径比安装孔孔径小0.01-0.05mm; 0033 第三个阶段为加热升温阶段, 。

16、将低温预拉伸变形阶段的杆状件1再进行加温, 使光 滑段10发生升温回复膨胀, 使其与安装孔之间实现干涉配合连接; 在加热升温阶段、 所述光 滑段10与安装孔孔径之间的干涉量在2-3.5之间, 如此杆状件1与安装孔之间形成过盈 配合连接。 本发明中, 所述加热升温阶段的温度可以在150350的区间范围内进行选 择; 0034 本发明中, 所述杆状件1采用NiTiNb记忆合金材料作为基材, 更加优选的是所述记 忆合金材质为Ni47Ti44Nb9(at., 原子比)。 0035 作为一个选择, 所述连接段11为螺纹段, 如此杆状件形成单头或者双头的螺杆; 螺 纹段11的公称直径与安装孔的孔径大小一致。

17、, 或者螺纹段的公称直径与安装孔的孔径大小 之间存在0.005-0.01mm的间隙; 0036 作为一个选择, 所述螺纹段上适配有螺母3, 螺母3与螺纹段配合可以将需要连接 的装配件紧固在一起。 0037 更加优选的是, 所述螺纹段上套接防松垫片4, 之后再旋紧螺母3, 防松垫片4的设 计可以防止螺母3松脱。 0038 下面结合具体的实施例对杆状件1的加工、 杆状件1与装配件之间的配合做详细的 描述: 0039 实施例一: 0040 所述装配件为三块板材, 厚度分别为2mm, 板材分别为板一5、 板二6、 板三7, 三块板 材采用双剪切搭接形式进行搭接, 三块板材共同叠加之处设置安装孔2, 安。

18、装孔2孔径为 6mm, 板材材质为铝合金板, 杆状件为NiTiNb记忆合金; 三块板材采用双剪切搭接形式与杆 状件1进行干涉配合连接; 光滑段10的长度大于或等于安装孔的深度, 其中在预制阶段, 光 滑段10的长度可以比安装孔2的深度大0-5mm。 0041 杆状件1采用双头螺柱的形式, 杆状件1原材料选用热轧态的Ni47Ti44Nb9(at., 原 子比)记忆合金棒材为原料, 该棒材经由真空自耗熔炼、 均匀化退火, 热锻和热轧等工艺制 备而成, 对其进行850退火热处理, 调节其相变温度点, 改善其形状记忆效应后按照设计 尺寸经过机加工而成, 其低温预拉伸变形量可选1012, 可回复应变为7。

19、8, 低温 预拉伸变形后可室温保存, 无需保存在液氮环境中。 0042 在预制阶段, 杆状件1的光滑段10的预制直径(低温预拉伸变形前)大于安装孔孔 径, 螺纹段公称直径与被装配孔孔径统一。 说明书 3/5 页 5 CN 112112874 A 5 0043 具体的, 杆状件的光滑段10预制直径为6.246.26mm, 长为66.75mm, 两端螺纹 段部分11加工标准M6螺纹, 公称直径为6mm, 螺距为1mm, 直径公差等级6g, 螺纹段11长度分 别为10mm。 0044 杆状件1与安装孔之间的干涉配合步骤如下: 0045 步骤1, 低温预拉伸变形: 借助万能试验机, 高低温环境试验箱(。

20、-190350)等 装置以及拉伸杆等模具对预制阶段加工出来的杆状件1进行马氏体状态下的低温预拉伸变 形, 低温预变形温度为-57, 变形量优选为11, 低温预拉伸变形后卸载取下杆状件1备 用。 0046 步骤2, 杆状件1与安装孔2的间隙配合装配: 将步骤1中低温预拉伸变形后的杆状 件1插入安装孔内, 此时杆状件1光滑段10直径比安装孔2的孔径小0.010.03mm, 实现了杆 状件1与安装孔的间隙配合装配。 0047 步骤3, 杆状件1与安装孔2的干涉配合连接: 将步骤2中低温预拉伸变形后的杆状 件连同装配件一起加热升温至200, 之后保温20min, 在此加热升温过程中, 杆状件发生均 匀。

21、径向膨胀, 继而光滑段10与安装孔2的孔壁接触形成可靠的均匀干涉配合连接, 此时二者 之间的干涉量约为22.5。 0048 步骤4, 安装防松垫片4和螺母3: 将步骤3中的杆状件与装配件干涉配合后的组件 冷却至室温, 接着安装防松垫片4与螺母3, 拧紧螺母3, 使其与杆状件的螺纹段11实现紧固 配合, 整个安装过程完成。 0049 装配完成后可以测定其连接组件的交变拉-拉应力高周疲劳寿命, 获得如图4所示 的疲劳测试曲线, 经测定此连接组件的疲劳寿命在拉-拉交变载荷/50应力水平/载荷比 0.1/正弦波幅值加载/15Hz测试条件下为53711循环周次, 如图4、 图5所示。 0050 实施例二。

22、: 0051 本实施例中, 所述板材包括板一5和板二6, 采用单剪切搭接形式, 安装孔2设置在 板一5和板二6的叠加之处, 板材厚度为8mm, 板材上的安装孔孔径为10mm, 板材材质为铝合 金板。 0052 优选地, 杆状件光滑段10的预制直径为10.3710.40mm, 长为18mm, 两端螺纹段部 分加工标准M10螺纹, 公称直径为10mm, 螺距为1.5mm, 直径公差等级6g, 螺纹段长度分别为 15mm。 0053 按照如图3所示的一种基于NiTi基记忆合金紧固件的连接组件的干涉配合连接示 意图, 利用实施例2中的组件进行干涉配合连接, 获得如图6、 图7所示的一种基于NiTiNb。

23、记 忆合金紧固件的干涉配合连接组件。 0054 本实施例2中, 杆状件低温预拉伸温度为-57, 变形量为10, 预拉伸变形后升温 回复前杆状件的光滑段10直径比安装孔直径小0.010.05mm; 加热温度为250, 保温时间 为15min, 加热升温回复后杆状件光滑段10与安装孔之间的干涉量约为2.53。 0055 杆状件与板一5、 板二6干涉配合连接后进行其连接组件交变拉-拉应力高周疲劳 寿命测定, 获得如图8所示的疲劳测试曲线, 经测定此连接组件的疲劳寿命在拉-拉交变载 荷/50应力水平/载荷比0.1/正弦波幅值加载/15Hz测试条件下为50313循环周次。 0056 本发明的增益效果在于。

24、: 可充分发挥记忆合金连接组件和装配方法的优势, 其连 接成形工艺简单、 柔性高、 操作空间小; 并可有效解决现有干涉配合螺栓连接存在的干涉量 说明书 4/5 页 6 CN 112112874 A 6 小、 干涉量不均匀现象以及凸瘤、 缺陷等问题, 尤其是杆状件与厚夹层板和复合材料板的均 匀高干涉连接瓶颈问题。 0057 当然上述实施例中, 板材的尺寸(长度、 宽度、 厚度、 孔直径等)亦可根据实际工程 需要选取。 0058 以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已, 并不用以限制本发明实施例, 凡在本 发明实施例的精神和原则之内, 所作的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明实 施例的保护范围内。 说明书 5/5 页 7 CN 112112874 A 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/4 页 8 CN 112112874 A 8 图4 图5 说明书附图 2/4 页 9 CN 112112874 A 9 图6 图7 图8 说明书附图 3/4 页 10 CN 112112874 A 10 图9 说明书附图 4/4 页 11 CN 112112874 A 11 。

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