專利名稱:兩個塑料構件的偶聯方法
本發(fā)明涉及將兩個塑料管狀件偶聯，以組成閥門、接頭與管道裝置一類機械部件的方法。這兩個塑料管狀件上分別有環(huán)狀突起部分或者環(huán)狀溝槽，通過在此環(huán)狀突起部分與環(huán)狀溝槽間的嵌接而直接偶聯，同時，將圍繞此環(huán)形溝槽的一個部分通過加熱完全軟化成彈性體，這樣就能產生很高的偶聯精度、大的結合力與耐久性。
在組裝隔膜系統閥門時，是將圖9A中的螺栓F或圖9B與9C中的筒形螺釘G用于兩個塑料構件上。在組裝一閘閥時，用圖10A中的螺栓F、圖10B中的筒形螺釘G以及圖10C中的聯接圈R，將一些管狀件組裝成一閥門與一操作機構。在上述的任一種情形中，組裝的費用較高，而偶聯的部件將因粗厚的結構而增強，從而使這種偶聯部件在局部應力的作用下發(fā)生裂紋。這是因為，此種塑料構件中的剛度過高，以至在局部上因損失柔性而產生裂紋。
本發(fā)明之目的在于提供一種方法，將兩個塑料管狀件偶聯組裝成機械部件，由此構成各式閥門、接頭與管道裝置。
本發(fā)明之目的在于提供一種方法，將分別設在兩個塑料管狀件上的環(huán)形突起部分與環(huán)形溝槽直接偶聯，從而使這類構件不需使用許多螺孔與螺栓、帶大量螺距的筒形螺釘或金屬的聯結圈。
本發(fā)明之目的在于提出一些有數值關系的臨界條件，用來控制兩個塑料管狀件在管狀件的軟化彈性狀態(tài)下偶聯過程中的變形運動，使此環(huán)形突起部分與環(huán)形溝槽通過它們之間的直接嵌合而直接偶聯。
本發(fā)明之目的在于提供一種控制此直接偶聯過程中變形運動的方法，使這種過程控制能使繞該環(huán)形溝槽的部分，能隨著此環(huán)形突起部分的插入運動，按彈性動力學原則沿徑向作擴展運動而順軸向作彈性運動，從而獲得很高的偶聯精度。
本發(fā)明之目的在于提供一種使此兩個塑料構件直接偶聯的方法，并在建立起成功地完成這種偶聯過程的條件同時，也建立起能使直接偶聯部件具有高精度、高結合力與高度耐久性的條件。
本發(fā)明之目的在于提供一種方法，將一些塑料部件偶聯，用來組裝成閘型閥、隔膜系閥與聯合型接頭一類管道器件，并根據各種使用目的使其分別成為緊配合、永久性配合或松配合等。
圖1以截面圖示明用本發(fā)明方法組裝的一種閘閥;
圖2A、2B和2C以截面圖示明將本發(fā)明方法用于圖1中的偶聯過程;
圖3以部分截面圖表明在上述偶聯過程開始時的兩個構件;
圖4與5分別表示異于圖3的其它例子;
圖6A、6B、6C、6D與6E以部分截面圖表明，在前述環(huán)形溝槽的周圍部分上以數值關系顯示的臨界條件。
圖7A以截面圖示明據本發(fā)明之方法組裝的隔膜系統閥門;
圖7B與7C以部分截面圖分別表明此偶聯過程的中間與最后狀態(tài);
圖8A與8B分別表示異于圖7A的其它例子;
圖9A、9B與9C表明傳統的隔膜閥組合件;
圖10A、10B與10C表明傳統的閘閥組合件。
在本發(fā)明的方法中，參看圖6A-6E，當上面形成有環(huán)形溝槽12的陰塑料管狀件5被一上面形成有環(huán)形突起9的陽塑料管狀件8插入，而且是沿軸向插入以使此溝槽與突起部分偶聯和嵌合時，在徑向上的擴展運動與軸向上的彈性運動，將同時發(fā)生彈性動力學意義下的有效平衡。當一種變形運動即使是被彈性地推動，但當它不能加以控制時，參看圖6D與6E，就會在繞此種環(huán)形溝槽的部分上發(fā)生擠壞現象，而使此偶聯過程以失敗告終。
內表面上形成有環(huán)形溝槽12的陰管狀件5之開口端10，在其軸向厚度C、溝槽壁厚B與溝深A之間，有如下的數值關系的臨界條件3A≥B＞ 1/2 A與5A≥C≥ 1/2 A，而最好是2A≥B＞ 1/2 A與2A≥C≥A在以上臨界條件之外，無法使彈性變形運動受到控制，使此徑向擴展運動與軸向彈性運動平衡，從而將如圖6D或6E所示，擠壞該陰管狀件的開口端10。雖此軸向彈性運動一般發(fā)生于環(huán)形溝槽12的軸向壁部上，同時這一運動會有力地推迫開口端10，從而會隨著前述突起部分的插入而引起徑向的擴展，直到此環(huán)形突起部分9落入環(huán)形溝槽12中。
當開口端10的軸向厚度C比溝深A的厚度薄時，此開口端10就會破碎在環(huán)形溝槽12內。
溝深A與突起部分9的軸向厚度要相當，在這里作為一個標準關系。即使是上述厚度C變得比溝深A的厚度大到二倍、三倍、……五倍(最好高達五倍)，只要這種彈性動力學運動在進行變形控制時能使徑向與軸向的作用平衡，就能防止那種擠壞現象。
溝深A與突起部分9的軸向厚度是依據所需的結合力事先確定出的，而設計此開口端與環(huán)形溝槽12的實際尺寸時則是根據它們的臨界條件來確定的。當此溝槽的壁厚B大于溝深A的1/2時，就可起到變形控制作用。當它等于或小于溝深A的1/2時，就會發(fā)生圖6C、6D與6E中所示的擠碎變形。這就是說，即令此溝槽邊緣保持正常，但其壁部將收縮而阻止突起部分9進入溝槽。
因加熱而處于彈性狀態(tài)的塑料管狀件5的彈性變形運動，在上述臨界條件下使徑向擴張運動與軸向彈性運動平衡，不會引起喇叭狀變形?？瓷先ビ腥绱送黄鸩糠?“擠過”該開口端的圓筒形壁，即似乎該突起部分9所在的圓筒形壁部象吞進一蛇狀件而擴張開，且此圓柱形壁部象是在連續(xù)地吞進此突起部分9。
上述這樣一種連續(xù)變形運動是由于該溝槽壁B的彈性力作用在軸向上所致。可以肯定，此溝槽壁B是不會朝后彎曲的。突起部分9的變成一偶聯面的面X1，無空隙地與環(huán)形溝槽12的上壁面X1配合，且使件8的下端面X2與部件5處于下端的一個接合面之間而無空隙。這樣的偶聯精度在部件5的軸向長度為10cm時，空隙不超過0.5mm。
當此環(huán)形溝槽的空間斷面不是前述的矩形而為V形溝槽時，可通過將此開口端向外彎成喇叭形來進行變形控制。只要這種溝槽有一矩形的軸向面時，是很難通過彎曲變形來控制這種偶聯過程的。
圖6A表明了當A∶B∶C＝1∶1∶1時的偶聯結果。圖6B表明了A∶B∶C＝1∶1∶1/2時的偶聯結果。以上這樣的偶聯都是完全正確的。圖6C表明A∶B∶C＝1∶1∶1/3時的偶聯結果，此時在環(huán)形溝槽的上壁部上產生變形失常部D2。圖6D表明A∶B∶C＝1∶1/2∶1時的偶聯，此時在溝壁上產生收縮部D3。當厚度B大于溝深A的1/2時，即可防止這種“收縮”。圖6E是A∶B∶C＝1∶1/2∶1/2的偶聯，此時變形控制不起作用。自然，還存在著其它使這種彈性動力學運動不平衡的因素，但是，上述成比例關系的臨界條件則能成功地控制此偶聯過程。
環(huán)形溝槽12的徑向壁厚B之上限可給定為相當于溝深A的三倍。此時雖可以獲得彈性運動式的控制，但溝深卻不足與所用塑料管狀件匹配。這樣，為了獲得良好的結合力并得到彈性運動控制，上述厚度B最好限制為2A≥B＞ 1/2 A。
開口端10的軸向厚度C限制為5A≥C≥1/2A，而最好是2A≥C≥A。這是由于當開口端10太大，使軸向厚度C大于溝深A的五倍時，便難以進行熱控制了。在2A≥C≥A時，可以獲得最可靠的控制。此外，將開口端10至環(huán)形溝槽12所在位置的軸向距離，限制為不超過該管狀件直徑的兩倍，而最好是與此直徑相同。由于這種限制，就能在該偶聯過程中有效地維持熱控制，使彈性運動在徑向與軸向上平衡。
圖1是由本發(fā)明之方法制得的合成樹脂閘閥的截面圖。在圖1中，2為一閥室，3為一閥蓋，4為一外周緣上有陽螺紋4a的閥桿，5為一閥門，而6為安裝在閥門5上的密封件，且在此閥門5中有按本發(fā)明方法裝配成的與閥桿4之陽螺紋4a結合的旋轉體8。而收縮閉合件則分別為閥門5與支承閥桿的旋轉體8。
圖2A-2C以放大的截面圖表明，據本發(fā)明將前述旋轉體8組裝到閥門5內的過程中，按時間順序出現的各主要部件。在圖2A中，5是有注塑成型的聚氯乙烯樹脂陰部件的閥門，而在此開口端10的內表面上形成有環(huán)形溝槽12，在其開口邊緣的內周邊上則有一倒棱的斜面15。同時，作為一陽部件的旋轉體8，由注射成型的聚氯乙烯樹脂件8b固定在金屬陰螺紋的刻削件8a的外周面上，而環(huán)形突起部分9形成在此旋轉體8的外周面上，倒棱斜面14則形成在突起部分9的外周邊上。
在旋轉體8下端18的外周上設有一些供偶聯用的凹部16、16……，而在閥門5之偶聯部件11的內周下端上則有與以上凹部相對應供偶聯用的凸部17、17……。
在將旋轉體8插入并組裝于閥門5中時，使閥門5的開口端10加熱至120～150℃并軟化至類似橡膠的彈性狀態(tài)。加熱時采用周知的方法，例如將此開口端10插入一加熱器，使從此開口端起至環(huán)形溝槽12一段都呈軟化狀態(tài)。從開口端的面20至環(huán)形溝槽12的深部要求均勻加熱。然后，當將旋轉體8依箭頭方向從閥門5的開口端推入時，該環(huán)形突起部分9的倒棱斜面14觸及閥門5的外開口端的倒棱斜面15，使此開口端10的半徑在如圖2B所示的類似橡膠彈性狀態(tài)下增大。當依箭頭方向繼續(xù)插入此旋轉體8時，突起部分9即落入環(huán)形溝槽12內，而用來連接旋轉體8的凹部16、16…即與用來連接閥門5的凸部17、17……偶聯，同時，旋轉體8的下端18接觸到閥門5的壁部19，使推入過程完結。此時，閥門5的開口端10處于圖2C所示的類似橡膠狀態(tài)下，而由注射成型時調節(jié)的收縮內應力即釋放出來，產生一小的收縮變形，同時，旋轉體8在推入狀態(tài)下組裝于閥門5之開口端10與壁部之間，而無空隙。這樣便獲得了高的裝配精度。
在實施本發(fā)明時，于類似橡膠狀態(tài)下將陽部件插入開口端中所進行的變形控制是很重要的一點，而這一點已對照圖6A至6E作了詳細解釋。
圖3是本實施例中閥門5之開口端10與旋轉體8之突起部分9的放大部分之截面圖。這里，如以前所述，倒棱斜面15是形成在開口端10的內周邊上，而倒棱斜面14則形成在突起部分9的外周邊上，各倒棱斜面的相應角度θ1、θ2均取20°。開口端10之開口端面20至溝槽12的徑向距離C、溝槽12的溝深A以及此溝槽壁厚B三者的關系，給定為3A≥B＞ 1/2 A與5A≥C≥ 1/2 A;以及2A≥B＞ 1/2 A與2A≥C≥A，而以上部件正是按這種關系構成的。在上述關系下將旋轉體8插入閥門5中，由于能相對于處在類似橡膠彈性狀態(tài)下的開口端10進行有利的變形控制，故能獲得高度精確的直接偶聯。在開口端10內周面上形成溝槽12會使開口端10變得較薄一些，這將使擠碎變形與彎曲變形加劇。但是，當著從此開口端面20至溝槽12的軸向距離C、溝槽12的深度A以及此溝底壁厚B三者，具有關系3A≥B＞ 1/2 A與5A≥C≥ 1/2 A，而更好是2A≥B＞ 1/2 A與2A≥C≥A時，就能限制上述的擠碎變形與彎曲變形。通過所形成的倒棱斜面，相對于開口端10的變形控制就能因此時推力的分力而變得平穩(wěn)，而這種變形力有一部分分力朝外去推動徑向的擴展運動。
圖4與圖5是另一實施例中開口端10與突起部分9二者之主要部件放大的示意圖。在圖4中，倒棱斜面15只形成在開口端10的內周邊上，而在突起部分9的外周邊上則未形成倒棱斜面，在圖5中，倒棱斜面14是形成在突起部分9的外周邊上，而開口端10的內周邊上則未形成有倒棱斜面。與圖3相類似，關系3A≥B＞ 1/2 A與5A≥C≥ 1/2 A，而更好是2A≥B≥ 1/2 A與2A≥C≥A，可以滿意地用于圖4與圖5中開口端10所需要的變形。
圖4與5之例子中的倒棱斜面之角度θ1、θ2應為45°或較小，以便增大朝外的分力，使徑向運動變得平穩(wěn)，而防止擠碎變形。
如上所述，已給出了將本發(fā)明之方法應用于閘閥的閥體之例子，但本發(fā)明卻不必局限于這一例子。這就是說，假如一陰部件的開口端至少是由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯一類熱塑樹脂制成，而它們具有使這一部件加熱而軟化成類似橡膠彈性狀態(tài)時，就可以應用本發(fā)明，而且不僅能應用于閘閥的閥體，還可組裝成各種型式的部件，此外，對于所插入的陽部件，甚至可以不論其材料與形狀如何。代替此種環(huán)形突起部分與環(huán)形溝槽，也可在陰部件的內周面上形成許多溝槽，同時在陽部件的外周面上形成許多突起部分。
除此之外，陰部件的開口端形狀也不必局限于圓筒形，即使是六角形或八角形的，本發(fā)明都可同樣適用。
圖7A-7C中的截面圖表明本發(fā)明的另一種閥門的組裝過程。用來連接管道的旋塞74a、74b形成在閥體71的下部，而在其上部則形成有一個圓筒形的陰部件83。同時有一內周面?zhèn)鹊沫h(huán)形偶聯件84a突出在此陰部件83的內周面上，以構成一環(huán)形溝槽。陽部件79呈環(huán)狀形成在一上蓋72的下部，而一凹槽形的外周側上的環(huán)形偶聯件84b則形成的陽部件79的外周上，以構成一種對合的突起形式。在陽部件79的端部上形成有一對面?zhèn)鹊沫h(huán)形偶聯件85，嵌合到形成在一隔膜周邊上凹槽形的環(huán)形偶聯件81上。此隔膜76最外周邊上的密封圈86插入到陽部件79的外周溝槽82內，而此隔膜外周邊配置成能將陽部件79的端部裹入其中。
當上蓋72與隔膜76偶聯后，它們按圖中點劃線箭頭所示方向組合到閥門體71中，但是在這樣的條件下，陽部件79與陰部件83的嵌合阻力如以前所述是太大了，因而不能很好地偶聯，于是將陰部件83的開口端加熱至120～150℃，軟化成類似橡膠的彈性狀態(tài)。這種加熱是用周知的方法將此開口端插入一加熱器中進行的，在此要求從陰部件的開口端面90至環(huán)形溝槽83的深處均勻加熱。
同時將潤滑劑加入到此隔膜的外周88上。潤滑劑的種類不限，但一般用液態(tài)的硅油或粉煤。由摩擦阻力大的橡膠所形成的隔膜，它與摩擦阻力隨加熱而增大的陰部件83的內周面的摩擦系數，可因使用潤滑劑而得到改善。
在處理被加熱而軟化成類似橡膠彈性狀態(tài)的合成樹脂時，在偶聯工序中控制此橡膠態(tài)的彈性是極難的。在開發(fā)本發(fā)明之前這方面的許許多多失敗，都是由于未有陽部件的突起部分插入到陰部偶聯件的溝槽內而造成的。陰部件溝槽的毀壞看來是由未能有控制地使硬的突起部分與橡膠彈性狀態(tài)的溝槽相匹配而導致，于是，此溝槽與突起部分的理想的直接偶聯。應取決于如何相對于類似橡膠的彈性狀態(tài)的溝槽來控制變形運動。上述的臨界條件就能實現為獲得高精度偶聯所需的變形控制。
圖7B示明了上蓋72與隔膜76之偶聯部件按前述條件開始推入陰部件83時的狀況，與隔膜外周面88所接觸的內周面?zhèn)鹊沫h(huán)形偶聯件84a，將沿周緣方向以徑向擴展形式推入。在這里把高達45°的倒棱斜面應用于陰部件開口端與陽部件突起部分，從而促進了平穩(wěn)的偶聯。當在陽部件79頂端側上的隔膜面到達陰部件83的密封部89時，就完成了阻部件83與陽部件79的偶聯，而此沿徑向擴張之陰部件83的端部，即依據形狀記憶效應而立即恢復到其原始形狀，同時陽部件外周側的偶聯件84b與陰部件內周面?zhèn)鹊沫h(huán)形偶聯件84a，即如圖7C所示相匹配地偶聯起來。尚若此陰部件的溝槽深度A、偶聯的壁厚B與突緣厚度C三者的關系為B≤ 1/2 A與C＜ 1/2 A，則此陰部件突緣將不會充分地回復到它的原有形狀，而形成不規(guī)則的徑向擴展現象。只要這種偶聯過程被控制在前述臨界條件之內，則隔膜76的外周邊肯定會接觸并夾持在陽部件79與陰部件83之間。
權利要求
1.將兩個塑料構件偶聯在一起組裝成一機械裝置的方法，包括在陽塑料管將件上設置一環(huán)形突起部分，用于插入一或多個機械部件的步驟。在陰塑料管狀件上設置一環(huán)形溝槽，其形狀與上述環(huán)形突起部分相對應，用以形成一種嵌合聯接的步驟；當上述一或多個機械部件插入后，至少在從此陰塑料管狀件開口端至該環(huán)形溝槽一段范圍內，加熱和軟化此陰塑料管狀件使成為彈性體的步驟；通過將上述開口端擴張到該環(huán)形溝槽，將此陽塑料管狀件強制性插入該陰塑料管狀件中，而使環(huán)形突起部分與環(huán)形溝槽嵌聯的步驟，其特征是，環(huán)形溝槽的徑向深度A、此環(huán)形溝槽周圍的徑向壁厚B以及該開口端的軸向厚度C，此三者具有以下范圍所示的關系3A≥B＞ 1/2 A與5A≥C≥ 1/2 A。
2.權利要求
1所述的一種方法，其特征是，上述關系處于以下范圍2A≥B＞ 1/2 A與2A≥C≥A。
3.權利要求
1與2所述的一種方法，其特征是陰塑料管狀件支承一閥門，而此陽塑料管狀件支承一閥門操作機構。
4.權利要求
1與2所述的一種方法，其特征是陰塑料管狀件支承一閥門操作機構，而此陽塑料管狀件支承一閥門。
5.權利要求
1與2所述的一種方法，其特征是陰塑料管狀件為一閥門室，而該陽塑料管狀件支承一隔膜。
6.權利要求
1與2所述的一種方法，其特征是陽塑料管狀件是一隔膜裝置的閥室，而陰塑料管狀件是一閥蓋，在此將該隔膜固定于這一陽塑料管狀件與陰塑料管狀件之間。
專利摘要
分別設有環(huán)形突起與環(huán)形溝槽的兩個塑料管狀件，作為通過本方法直接偶聯起組成閥門或接頭裝置的兩個單元構件。對具有環(huán)形溝槽之偶聯端部，建立起數值關系的臨界條件，使通過彈性動力學意義下的徑向擴展運動與軸向彈性運動的變形過程能加以控制，而將此環(huán)形溝槽與環(huán)形突起嵌合，此時的上述具環(huán)形溝槽之偶聯端部已通過加熱軟化成彈性體。該方法可以獲得很高的偶聯精度，且有很高的嵌接強度與耐久性。
文檔編號F16K27/02GK87100830SQ87100830
公開日1987年9月9日 申請日期1987年2月14日
發(fā)明者京免純輔, 坂口真幸, 梶原秀貴, 松本圭司, 西谷憲三, 川村喜紀, 石原勝郎, 田中政一 申請人:久保田鐵工株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan