基于記憶合金制造的連接組件及其裝配方法.pdf

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1、(19)中華人民共和國國家知識產權局 (12)發明專利申請 (10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請號 202010822085.7 (22)申請日 2020.08.15 (71)申請人 西北工業大學 地址 710068 陜西省西安市友誼西路127號 (72)發明人 李恒張艷紅楊智偉唐明武 劉欣王鑫昊谷箐菲 (74)專利代理機構 北京潤捷智誠知識產權代理 事務所(普通合伙) 11831 代理人 孫巍 (51)Int.Cl. F16B 35/00(2006.01) F16B 5/02(2006.01) F16B 1/00(2006.01) (54)發明名稱 一種基于記憶合金制造的連接。

2、組件及其裝 配方法 (57)摘要 本發明涉及一種基于記憶合金制造的連接 組件及其裝配方法， 基于記憶合金制造的連接組 件包括桿狀件， 所述桿狀件包括光滑段， 光滑段 的一端或者兩端分別為連接段； 在預制階段、 所 述光滑段直徑比與之適配的安裝孔孔徑大； 在低 溫預拉伸變形階段、 所述光滑段的低溫預拉伸變 形量為1012； 在加熱升溫階段、 所述光滑段 與安裝孔之間形成的干涉量在23.5之間。 本發明安裝工藝簡單、 柔性高、 操作空間小， 桿狀 件與安裝孔配合時不會對孔壁造成損傷， 克服了 傳統安裝工藝的弊端， 并可實現均勻干涉連接、 充分發揮干涉量對提高飛行器結構抗疲勞性能 作用。 權利要求書。

3、1頁 說明書5頁 附圖4頁 CN 112112874 A 2020.12.22 CN 112112874 A 1.一種基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 包括桿狀件， 所述桿狀件包括光滑 段， 光滑段的一端或者兩端分別為連接段； 在預制階段、 所述光滑段比與之適配的安裝孔孔 徑大； 在低溫預拉伸變形階段、 所述光滑段的低溫預拉伸變形量為10-12； 在加熱升溫 階段、 所述光滑段與安裝孔之間的干涉量在2-3.5之間。 2.根據權利要求1所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 所述桿狀件為記 憶合金。 3.根據權利要求2所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 所述記憶。

4、合金為 NiTiNb基材材質。 4.根據權利要求3所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 所述NiTiNb記憶 合金為Ni47Ti44Nb9。 5.根據權利要求4所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 所述連接段為螺 紋段， 所述螺紋段上還適配有螺母。 6.根據權利要求5所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 還包括防松墊 片， 所述螺紋段上套接防松墊片。 7.根據權利要求2所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特征在于： 低溫預拉伸變形 階段的低溫環境溫度在記憶合金相變溫度MfMs+30溫度范圍內選擇。 8.根據權利要求1所述的基于記憶合金制造的連接組件， 其特。

5、征在于： 低溫預拉伸變形 階段、 所述桿狀件拉伸變形卸載后光滑段的直徑比安裝孔的孔徑小0.01-0.05mm。 9.連接組件的裝配方法， 其特征在于： 包括權利要求1-8任一項所述的基于記憶合金制 造的連接組件， 所述桿狀部與安裝孔的裝配步驟如下： 步驟1， 低溫預拉伸變形： 將桿狀件在低溫狀態下進行低溫預拉伸變形， 使桿狀件的光 滑段直徑在升溫回復前比安裝孔孔徑小0.01-0.05mm； 步驟2， 低溫預拉伸變形后的桿狀件裝配進入安裝孔內， 所述桿狀件與安裝孔形成間隙 配合； 步驟3， 將步驟2中低溫預拉伸變形后的桿狀件連同裝配件一起加熱升溫至150-350 ， 之后保溫15-20min， 。

6、在此加熱升溫過程中， 桿狀件光滑段升溫回復徑向膨脹， 繼而與安 裝孔的孔壁接觸形成干涉配合連接。 10.根據權利要求9所述的連接組件的裝配方法， 其特征在于： 還包括步驟4， 步驟3完成 后將桿狀件與裝配件共同冷卻至室溫， 最后在桿狀件上依次安裝防松墊片與螺母， 使螺母 與桿狀件的螺紋段實現緊固配合。 權利要求書 1/1 頁 2 CN 112112874 A 2 一種基于記憶合金制造的連接組件及其裝配方法 技術領域 0001 本發明涉及一種基于記憶合金制造的連接組件及其裝配方法。 背景技術 0002 緊固件是航空航天等領域高端裝備研發中應用最廣泛、 使用量最大的基礎性構 件， 可用于各種零部件。

7、的連接和緊固， 其連接質量和構件性能將直接影響飛行器的整體性 能和服役疲勞壽命。 干涉配合連接作為提高飛機連接結構壽命最有效的先進連接工藝之 一， 已經在航空航天等高端領域得到了廣泛應用。 干涉配合螺栓連接工藝通過螺栓桿與孔 形成一定干涉， 在孔周圍產生較大的徑向預壓應力， 在交變載荷作用下， 使孔邊緣處應力幅 值顯著降低， 可推遲疲勞裂紋的產生和發展， 從而可有效提高飛行器連接結構壽命。 然而， 傳統的干涉配合螺栓連接采用強迫安裝或冷凍安裝的方法， 只能達到較低的干涉量且難以 實現均勻干涉； 應力波安裝作為一種新的安裝方法， 雖然能實現較高干涉的螺栓配合連接， 但仍然存在凸瘤等缺陷， 尤其是。

8、針對厚夾層結構和復合材料的高干涉配合， 連接質量難以 保證； 發明內容 0003 本發明提供一種連接件和實現干涉配合連接的裝配方法， 實現上述目的的技術方 案如下： 0004 一種基于記憶合金制造的連接組件， 包括桿狀件， 所述桿狀件包括光滑段， 光滑段 的一端或者兩端分別為連接段； 在預制階段、 所述光滑段直徑比與之適配的安裝孔孔徑大； 在低溫預拉伸變形階段、 所述光滑段的低溫預拉伸變形量為10-12； 在加熱升溫階段、 所述光滑段與安裝孔之間的干涉量在2-3.5之間。 0005 可選地， 所述桿狀件為記憶合金。 0006 可選地， 所述記憶合金為NiTiNb基材材質。 0007 可選地， 。

9、所述記憶合金為Ni47Ti44Nb9。 0008 可選地， 所述連接段為螺紋段， 所述螺紋段上還適配有螺母。 0009 可選地， 還包括防松墊片， 所述螺紋段上套接防松墊片。 0010 連接組件的裝配方法， 包括基于記憶合金制造的連接組件， 所述桿狀部與安裝孔 的裝配步驟如下： 0011 步驟1， 低溫預拉伸變形： 將桿狀件在低溫狀態下進行低溫預拉伸變形， 使桿狀件 的光滑段直徑在升溫回復前比安裝孔直徑小0.01-0.05mm； 0012 步驟2， 低溫預拉伸變形后的桿狀件裝配進入安裝孔內， 所述桿狀件與安裝孔形成 間隙配合； 0013 步驟3， 將步驟2中低溫預拉伸變形后的桿狀件連同裝配件一。

10、起加熱升溫至150- 350， 之后保溫15-20min， 在此加熱升溫過程中， 桿狀件光滑段升溫回復徑向膨脹， 繼而與 安裝孔的孔壁接觸形成干涉配合連接。 說明書 1/5 頁 3 CN 112112874 A 3 0014 本發明安裝工藝簡單， 操作空間小， 桿狀件與安裝孔配合時不會對孔壁造成損傷， 克服了傳統安裝工藝的弊端， 可實現均勻干涉連接、 充分發揮干涉量對提高飛行器結構抗 疲勞性能作用。 附圖說明 0015 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案， 下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹， 顯而易見地， 下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，。

11、 對于本領域普通技術人員來講， 在不付出創造性勞動的前提下， 還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。 0016 圖1為桿狀件示意圖； 0017 圖2為板材采用雙剪切搭接形式進行搭接示意圖； 0018 圖3為實施例一板材與桿狀件組合示意圖； 0019 圖4為實施例一疲勞測試曲線示意圖； 0020 圖5為實施例一疲勞測試數據； 0021 圖6為板材采用單剪切搭接形式進行搭接示意圖； 0022 圖7為實施例二板材與桿狀件組合示意圖； 0023 圖8為實施例二疲勞測試曲線示意圖； 0024 圖9為實施例二疲勞測試數據； 0025 附圖序號說明： 桿狀件1、 光滑段10、 連接段11、 安裝孔2、 螺母3。

12、、 防松墊片4、 板一5、 板二6、 板三7。 具體實施方式 0026 下面將結合本發明實施例中的附圖， 對本發明實施例中的技術方案進行清楚、 完 整地描述， 顯然， 所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例， 而不是全部的實施例。 基于 本發明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例， 都屬于本發明保護的范圍。 0027 在本發明的描述中， 需要理解的是， 術語 “中心” 、“上” 、“下” 、“前” 、“后” 、“左” 、 “右” 、“豎直” 、“水平” 、“頂” 、“底” 、“內” 、“外” 等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的 方位或位置關系，。

13、 僅是為了便于描述本發明和簡化描述， 而不是指示或暗示所指的裝置或 元件必須具有特定的方位、 以特定的方位構造和操作， 因此不能理解為對本發明的限制。 0028 術語 “第一” 、“第二” 僅用于描述目的， 而不能理解為指示或暗示相對重要性或者 隱含指明所指示的技術特征的數量。 由此， 限定有 “第一” 、“第二” 的特征可以明示或者隱含 地包括一個或者更多個該特征。 在本發明的描述中， 除非另有說明，“多個” 的含義是兩個或 兩個以上。 0029 在本發明的描述中， 需要說明的是， 除非另有明確的規定和限定， 術語 “安裝” 、“相 連” 、“連接” 應做廣義理解， 例如， 可以是固定連接，。

14、 也可以是可拆卸連接， 或一體地連接； 可 以是直接相連， 也可以通過中間媒介間接相連， 可以是兩個元件內部的連通。 對于本領域的 普通技術人員而言， 可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。 本發明的至少一 個實施例提供了如下技術方案： 說明書 2/5 頁 4 CN 112112874 A 4 0030 圖中， 基于記憶合金制造的連接組件包括桿狀件1， 所述桿狀件1包括光滑段10， 光 滑段10用于與安裝孔2實現配合， 光滑段10的一端或者兩端分別為連接段11， 連接段11起到 鎖緊的作用； 安裝孔位于需要使用桿狀件進行連接的裝配件上， 所述裝配件可以是板材等。 0031 桿狀件1與安。

15、裝孔配合分為三個階段， 第一個階段為預制階段， 預制階段就是桿狀 件1被加工出來的階段， 在預制階段、 所述光滑段10直徑比與之要配合的安裝孔2孔徑大， 光 滑段具體的預制直徑可依據被連接件孔徑， 預變形量和干涉量需求等綜合優化設計； 0032 第二個階段為低溫預拉伸變形階段， 在低溫預拉伸變形階段、 所述光滑段10被拉 伸， 所述光滑段10的低溫預拉伸變形量為10-12； 本發明中， 所述低溫環境的溫度可在 合金相變溫度MfMs+30溫度范圍內選擇， 具體的溫度為-120-57； 低溫預拉伸變 形后的光滑段10直徑比安裝孔孔徑小0.01-0.05mm； 0033 第三個階段為加熱升溫階段， 。

16、將低溫預拉伸變形階段的桿狀件1再進行加溫， 使光 滑段10發生升溫回復膨脹， 使其與安裝孔之間實現干涉配合連接； 在加熱升溫階段、 所述光 滑段10與安裝孔孔徑之間的干涉量在2-3.5之間， 如此桿狀件1與安裝孔之間形成過盈 配合連接。 本發明中， 所述加熱升溫階段的溫度可以在150350的區間范圍內進行選 擇； 0034 本發明中， 所述桿狀件1采用NiTiNb記憶合金材料作為基材， 更加優選的是所述記 憶合金材質為Ni47Ti44Nb9(at.， 原子比)。 0035 作為一個選擇， 所述連接段11為螺紋段， 如此桿狀件形成單頭或者雙頭的螺桿； 螺 紋段11的公稱直徑與安裝孔的孔徑大小一致。

17、， 或者螺紋段的公稱直徑與安裝孔的孔徑大小 之間存在0.005-0.01mm的間隙； 0036 作為一個選擇， 所述螺紋段上適配有螺母3， 螺母3與螺紋段配合可以將需要連接 的裝配件緊固在一起。 0037 更加優選的是， 所述螺紋段上套接防松墊片4， 之后再旋緊螺母3， 防松墊片4的設 計可以防止螺母3松脫。 0038 下面結合具體的實施例對桿狀件1的加工、 桿狀件1與裝配件之間的配合做詳細的 描述： 0039 實施例一： 0040 所述裝配件為三塊板材， 厚度分別為2mm， 板材分別為板一5、 板二6、 板三7， 三塊板 材采用雙剪切搭接形式進行搭接， 三塊板材共同疊加之處設置安裝孔2， 安。

18、裝孔2孔徑為 6mm， 板材材質為鋁合金板， 桿狀件為NiTiNb記憶合金； 三塊板材采用雙剪切搭接形式與桿 狀件1進行干涉配合連接； 光滑段10的長度大于或等于安裝孔的深度， 其中在預制階段， 光 滑段10的長度可以比安裝孔2的深度大0-5mm。 0041 桿狀件1采用雙頭螺柱的形式， 桿狀件1原材料選用熱軋態的Ni47Ti44Nb9(at.， 原 子比)記憶合金棒材為原料， 該棒材經由真空自耗熔煉、 均勻化退火， 熱鍛和熱軋等工藝制 備而成， 對其進行850退火熱處理， 調節其相變溫度點， 改善其形狀記憶效應后按照設計 尺寸經過機加工而成， 其低溫預拉伸變形量可選1012， 可回復應變為7。

19、8， 低溫 預拉伸變形后可室溫保存， 無需保存在液氮環境中。 0042 在預制階段， 桿狀件1的光滑段10的預制直徑(低溫預拉伸變形前)大于安裝孔孔 徑， 螺紋段公稱直徑與被裝配孔孔徑統一。 說明書 3/5 頁 5 CN 112112874 A 5 0043 具體的， 桿狀件的光滑段10預制直徑為6.246.26mm， 長為66.75mm， 兩端螺紋 段部分11加工標準M6螺紋， 公稱直徑為6mm， 螺距為1mm， 直徑公差等級6g， 螺紋段11長度分 別為10mm。 0044 桿狀件1與安裝孔之間的干涉配合步驟如下： 0045 步驟1， 低溫預拉伸變形： 借助萬能試驗機， 高低溫環境試驗箱(。

20、-190350)等 裝置以及拉伸桿等模具對預制階段加工出來的桿狀件1進行馬氏體狀態下的低溫預拉伸變 形， 低溫預變形溫度為-57， 變形量優選為11， 低溫預拉伸變形后卸載取下桿狀件1備 用。 0046 步驟2， 桿狀件1與安裝孔2的間隙配合裝配： 將步驟1中低溫預拉伸變形后的桿狀 件1插入安裝孔內， 此時桿狀件1光滑段10直徑比安裝孔2的孔徑小0.010.03mm， 實現了桿 狀件1與安裝孔的間隙配合裝配。 0047 步驟3， 桿狀件1與安裝孔2的干涉配合連接： 將步驟2中低溫預拉伸變形后的桿狀 件連同裝配件一起加熱升溫至200， 之后保溫20min， 在此加熱升溫過程中， 桿狀件發生均 勻。

21、徑向膨脹， 繼而光滑段10與安裝孔2的孔壁接觸形成可靠的均勻干涉配合連接， 此時二者 之間的干涉量約為22.5。 0048 步驟4， 安裝防松墊片4和螺母3： 將步驟3中的桿狀件與裝配件干涉配合后的組件 冷卻至室溫， 接著安裝防松墊片4與螺母3， 擰緊螺母3， 使其與桿狀件的螺紋段11實現緊固 配合， 整個安裝過程完成。 0049 裝配完成后可以測定其連接組件的交變拉-拉應力高周疲勞壽命， 獲得如圖4所示 的疲勞測試曲線， 經測定此連接組件的疲勞壽命在拉-拉交變載荷/50應力水平/載荷比 0.1/正弦波幅值加載/15Hz測試條件下為53711循環周次， 如圖4、 圖5所示。 0050 實施例二。

22、： 0051 本實施例中， 所述板材包括板一5和板二6， 采用單剪切搭接形式， 安裝孔2設置在 板一5和板二6的疊加之處， 板材厚度為8mm， 板材上的安裝孔孔徑為10mm， 板材材質為鋁合 金板。 0052 優選地， 桿狀件光滑段10的預制直徑為10.3710.40mm， 長為18mm， 兩端螺紋段部 分加工標準M10螺紋， 公稱直徑為10mm， 螺距為1.5mm， 直徑公差等級6g， 螺紋段長度分別為 15mm。 0053 按照如圖3所示的一種基于NiTi基記憶合金緊固件的連接組件的干涉配合連接示 意圖， 利用實施例2中的組件進行干涉配合連接， 獲得如圖6、 圖7所示的一種基于NiTiNb。

23、記 憶合金緊固件的干涉配合連接組件。 0054 本實施例2中， 桿狀件低溫預拉伸溫度為-57， 變形量為10， 預拉伸變形后升溫 回復前桿狀件的光滑段10直徑比安裝孔直徑小0.010.05mm； 加熱溫度為250， 保溫時間 為15min， 加熱升溫回復后桿狀件光滑段10與安裝孔之間的干涉量約為2.53。 0055 桿狀件與板一5、 板二6干涉配合連接后進行其連接組件交變拉-拉應力高周疲勞 壽命測定， 獲得如圖8所示的疲勞測試曲線， 經測定此連接組件的疲勞壽命在拉-拉交變載 荷/50應力水平/載荷比0.1/正弦波幅值加載/15Hz測試條件下為50313循環周次。 0056 本發明的增益效果在于。

24、： 可充分發揮記憶合金連接組件和裝配方法的優勢， 其連 接成形工藝簡單、 柔性高、 操作空間??； 并可有效解決現有干涉配合螺栓連接存在的干涉量 說明書 4/5 頁 6 CN 112112874 A 6 小、 干涉量不均勻現象以及凸瘤、 缺陷等問題， 尤其是桿狀件與厚夾層板和復合材料板的均 勻高干涉連接瓶頸問題。 0057 當然上述實施例中， 板材的尺寸(長度、 寬度、 厚度、 孔直徑等)亦可根據實際工程 需要選取。 0058 以上僅為本發明實施例的較佳實施例而已， 并不用以限制本發明實施例， 凡在本 發明實施例的精神和原則之內， 所作的任何修改、 等同替換、 改進等， 均應包含在本發明實 施例的保護范圍內。 說明書 5/5 頁 7 CN 112112874 A 7 圖1 圖2 圖3 說明書附圖 1/4 頁 8 CN 112112874 A 8 圖4 圖5 說明書附圖 2/4 頁 9 CN 112112874 A 9 圖6 圖7 圖8 說明書附圖 3/4 頁 10 CN 112112874 A 10 圖9 說明書附圖 4/4 頁 11 CN 112112874 A 11 。