CN101283192A - 吸能装置以及用于制造整体式吸能装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸能装置,包括一个具有第一截面宽度(5)的第一空心纵区段(2)和一个具有第二截面宽度(6)的第二纵区段(3)以及一个在两个空心纵区段之间的翻卷的过渡区域(4)。本发明还涉及一种用于制造整体式吸能装置的方法。为了实现具有可良好确定的变形特性的吸能装置,第二空心纵区段比第一空心纵区段具有更高的强度。在用于制造吸能装置的本发明方法中,使具有第一截面宽度的管在形成空心纵区段的情况下区段式缩径到第二截面宽度并且将管镦粗,从而形成翻卷的过渡区域。
Description
本发明涉及一种具有权利要求1所述特征的吸能装置以及一种用于制造整体式吸能装置的方法。
由DE9311163U1公开了被称作减震元件的同类吸能装置。此类减震元件被安装于汽车的保险杠和车身之间,当发生车祸时,在车身出现塑性变形之前,这些减震元件塑性变形。以这种方式在较短的位移距离上消除大部分动能。当发生轻微车祸时,减震元件的吸能能力足以防止车身产生塑性变形,因此能明显减少汽车的修理费。
在车身的造型和设计过程中,必须对吸能装置的变形特性和吸能能力加以考虑。如果对吸能能力的预估过高,车身就会太硬。
如果对吸能能力的预估过低,车身就会太软。为此将允许车身变形大于要求的程度。相应地,乘客舱可能更容易变形,修理费明显较高。
本发明的任务在于:提出一种具有可良好确定的变形特性的吸能装置以及一种制造此类吸能装置的方法。
所述任务可利用具有权利要求1所述特征的吸能装置解决。
通过设置具有较高强度的第二空心纵区段,吸能装置的变形由第一空心纵区段承担,而第二空心纵区段基本保持其形状不变。也就是说,吸能装置的变形特性可以良好地预先确定,从而也可以良好地预先确定其吸能能力。
第二空心纵区段最好可以通过变形来获得其较高的强度。以此方式可以将第二空心纵区段的构成和其较高强度的达成统一在一个制造步骤中。
第二空心纵区段有利地可以具有比第一空心纵区段大的壁厚。这使得第二空心纵区段的壁的强度与第一空心纵区段的壁相比提高了。
过渡区域特别优选可以具有比第一空心纵区段高的强度。这使得过渡区域稳定并且有助于第一空心纵区段的翻卷变形的开始。
吸能装置最好在其壁中具有起加固作用的型廓部。吸能装置在设置有型廓部的区域中抗变形地被加固。尤其是型廓部的截面惯性矩起加固作用。
该型廓部有利地可以基本上在吸能装置的纵向上延伸。由此使吸能装置可以垂直于其纵向得到加固,抵抗变形。
该型廓部最好设置得在第二空心纵区段的整个区域上延伸。由此使第二空心纵区段得到加固。
该型廓部有利地邻接第二空心纵区段设置在翻卷的过渡区域内。这样使过渡区域邻接第二空心纵区段被加固,这抵抗第二空心纵区段的翻卷变形并且有助于第一空心纵区段的翻卷变形的开始。
过渡区域可以特别有利地具有至少一个在从约1mm至约4mm范围内的内半径,最好在约1.5mm的范围内。按这些尺寸,第一和第二空心纵区段可布置得被良好地引导相互接近,其中翻卷变形过程可良好地进行并且能量很强。
过渡区域可以有利地具有一个在第二空心纵区段一侧形成的皱折,该皱折的壁通过接合相互连接。该皱折使过渡区域稳定并且有助于第一空心纵区段的翻卷变形良好地开始。
这些壁特别有利地可以相互焊接、钎焊或粘接。这种接合方式可以既简单又快捷地实现,粘接能够以极低的费用但良好的效果实现。
吸能装置最好可以具有在约1mm至约4mm范围内的壁厚,最好在约1.5mm至约2.5mm范围内。通过该壁厚可以实现这样的吸能值:当发生轻微碰车事故时,例如在约10km/h范围内,可以在短的距离内消除足够的能量,以便基本避免车身塑性变形。
吸能装置最好设计成整体式。由此,几何形状和材料特性流畅地变化,这有利地影响吸能装置的变形特性。
此外通过具有权利要求14所述特征的用于制造整体式吸能装置的方法来解决本发明任务。
通过使管收缩到第二截面宽度,伴随第二空心纵区段的形成发生它的被加固。具有加固的第二空心纵区段的吸能装置的优点前面已经阐述。
通过缩径和镦粗,可以快捷地用相对简单的手段用管制成整体式吸能装置。
最好在缩径期间可以镦粗。这使得可以同时构成过渡区域和第二空心纵区段。
最好可以使伴随缩径出现的材料伸长至少部分地朝向第一空心纵区段转向,其中,空心纵区段之间的过渡区域被翻卷。以这种方式同时形成翻卷的过渡区域和第二空心纵区段,镦粗过程集成于缩径过程中。
管的端部区域最好在缩径过程中在管的纵向上保持固定,其中发生伴随缩径产生的材料伸长和空心纵区段之间的过渡区域的翻卷。通过管的端部区域保持固定可以用简单的方法实现组合的镦粗,该镦粗以该保持固定的尺度实现。
有利地可以在缩径后进行镦粗。通过缩径在空心纵区段之间形成的过渡区域通过该随后的镦粗重新变形,由此被附加地加固。
第二空心纵区段的壁厚最好可以在缩径过程中增大,这使得第二空心纵区段与第一空心纵区段相比被加固,可以省时地制成第二空心纵区段和增大的壁厚。
该缩径最好可以通过滚压进行。通过滚压可以达到良好的加固,并且易于形成各种不同的横截面和纵向型廓。
该缩径最好可以通过使管穿过使横截面收缩的模具来实现。由此达到对变形材料的特别好的加固。
特别有利地可以在缩径的同时在纵区锻之间构成阶梯式的、最好是锥形的过渡区域。该阶梯式的、最好是锥形的过渡区域可通过滚压和使用一个模具来制成,可特别好地通过镦粗而翻卷。尤其是锥形过渡区域可通过翻卷被特别好地附加加固。
吸能装置的壁最好可以在缩径过程中被制成起加固作用的型廓部。这使得吸能装置在设置有型廓部的区域中被加固,抵抗变形。吸能装置尤其是通过起加固作用的截面惯性矩改变而被加强。此外这使得可以省时地构成第二空心纵区段和型廓部。
特有有利地可以用同一个模具进行缩径和制型廓部。以这种方式,缩径和制型廓部是一个组合的过程。
本发明的一些实施例在图中示出并在下面对其进行说明。图示出:
图1一个按照本发明的吸能装置的立体视图,
图2该吸能装置的正视图,
图3该吸能装置的侧视图,
图4该吸能装置沿图2中线IV-IV的纵剖面图,
图5和6按照本发明的一种改进方案设置有型廓部的吸能装置的立体视图,
图7图4所示吸能装置在变形状态下的纵剖面图,
图8该吸能装置的变形过程的力-位移曲线图,
图9作为用于制造本发明吸能装置的原料的管的纵剖面图,
图10用于制造整体式吸能装置的本发明方法的第一实施例示意图,
图11本发明制造方法的第二实施例示意图,
图12和13本发明制造方法第三实施例在不同方法步骤的示意图,以及
图14具有稳定过渡区域的本发明吸能装置的纵剖面图。
图1是本发明吸能装置1的立体视图,该吸能装置例如可以布置于保险杠和车身之间,当发生碰撞时,在车身明显塑性变形之前,该吸能装置塑性变形以吸收能量。当发生较轻微的事故时,例如车速约在10至14km/h的碰撞事故,该吸能装置的吸能能力足以保护车身避免明显塑性变形。
该吸能装置1基本上为圆柱形构造。在这里“圆柱形”指所有可以想到的横截面轮廓,可以是横截面过渡部和/或横截面阶梯,并且圆周可以封闭地、中断地和/或敞开地构成。例如作为横截面形状可以使用圆形。
在本发明的该实施例中,吸能装置具有圆形的横截面轮廓并且具有第一空心纵区段2和第二空心纵区段,第一空心纵区段2具有第一截面宽度5的,第二空心纵区段具有第二截面宽度6。如图2和3所示,第一截面宽度5大于第二截面宽度6。作为第二截面宽度6,大约60至80mm范围内、尤其是大约70mm范围内的值是有利的。第一截面宽度5的有利值在大约80至100mm的范围内,尤其在大约90mm范围内。
图3中所标注的吸能装置1的总长7优选具有在大约75至300mm范围内的值,尤其在大约100至250mm范围内的值。在本实施例中该总长大约为150mm。如图4中的纵剖面图所示,总长7大致对半地分为纵区段2、3的长度8、9。从图4还可看出,在本发明的该实施方式中吸能装置为整体式构造。
吸能装置最好用高强度钢制成,例如DP600,并且可以具有1至4mm范围内、尤其在1.5至2.5mm范围内的壁厚10、11。壁厚10、11可以在吸能装置的长度上变化。在本发明的该实施方式中,纵区段2、3的壁厚10、11大致相同,大约为1.5mm。
翻卷的过渡区域4的纵剖面轮廓大致为S形。其S曲线部分12、13的内半径14、15在大约1至4mm范围内,最好在大约1.5mm范围内。
第二纵区段3和翻卷的过渡区域4分别具有比第一纵区段2更高的强度。它们可以通过成型加工来获得其较高的强度,但也可以通过其它方法,例如热处理。相反第一纵区段2可以通过热处理来获得其较低的强度。
也可以使第二空心纵区段的壁厚大于第一空心纵区段的壁厚。这提高了第二空心纵区段抗变形的稳定性,也就是说,第二空心纵区段因此更坚硬。这使得吸能装置的翻卷变形由第一空心纵区段来承担。
除了加强之外,第二空心纵区段还可以通过成型和/或热处理设置较大的壁厚。
在本发明的一个改进构型中,吸能装置具有至少一个、最好多个起加固作用的型廓部,例如基本沿着吸能装置的纵向延伸的型廓部。这些加固装置肋可以区段式地或者沿整个吸能装置设置。它们使得设置有它们的区域既难以翻卷,也难以折弯。
这些加固装置通过其横截面轮廓起到加强作用,并且在它们通过成型构成时通过由变形引起的加强来起到加强作用。这些加固装置可以在设置有它们的区域的其它加固装置之外附加地设置,或者与这些其它加固装置相替换。
图5和6所示为本发明吸能装置的一种改进构型,具有起加固作用的型廓部。在第二空心纵区段3和翻卷的过渡区域4的壁中设置有沿这些壁纵向延伸的型廓部25、26。这些型廓部可改变第二空心纵区段3和过渡区域4的在其它位置为圆形的横截面轮廓。
该实施方式中,这些型廓部大致为卷边形状,具有近似于U形的横截面轮廓。也可采用其它横截面轮廓,例如V形的横截面轮廓。
该实施方式中型廓部使得第二空心纵区段3的外圆周27得到大致齿形轴式的外观,具有径向向外突出的区段50。第二空心纵区段3的内圆周28的轮廓跟从外圆周27的轮廓,具有在径向向外突出的区段50的区域内形成的槽状的深凹51。
这些型廓部在第二空心纵区段3的整个范围上延伸,第二空心纵区段3具有基本保持相同的横截面轮廓。型廓部的该部分用附图标记25标记。这些型廓部继续延伸到翻卷的过渡区域4中,它们大致在紧接于第二空心纵区段之后的S曲线部分13的区域内终止。型廓部的该部分26的型廓高度沿着壁朝向第一空心纵区段2方向逐渐减小,而轮廓宽度逐渐增大。也就是说,型廓部的这些部分26具有各自张开的终止端29。
通过在过渡区域上和/或第二空心纵区段上设置这些型廓部,有利于由第一纵区段来承担变形,并且可阻碍第二纵区段和过渡区域发生变形。
由于第一纵区段2的强度较小,吸能装置1的翻卷的、吸能的变形由第一纵区段2承担,而第二纵区段3则基本上保持没有塑性变形,如图7所示。当外侧的第一纵区段2翻卷时必须有比在内侧的第二纵区段3可能通过翻卷变形时更多的材料变形。因此,可以通过翻卷由第一纵区段2承担更多的能量消减。
在本发明的一个变型中,翻卷变形可以主要由内侧纵区段承担,外侧纵区段基本上保持不变形。也就是说,内侧纵区段起到“第一纵区段”的作用,而外侧纵区段则起到“第二纵区段”的作用。在本发明的该变型中也可以良好地预先确定变形特性以及吸能能力。
本发明吸能装置具有防折弯保护,通过此也可以由该吸能装置很好地承受横向力。这使得即使当作用力相对于吸能装置的纵轴线52倾斜时也能实现良好吸能的翻卷变形。最好能够良好承受这样的力:它们与纵轴线52围成最大约30°的角,尤其是约10°的角,这在以大约10°倾斜角与障碍物的正面碰撞时发生。
在本发明的该实施方式中,第一和第二空心纵区段2、3在吸能装置1处于未变形状态时略微相互嵌套。也就是说,第二空心纵区段3略微进入第一空心纵区段2中,如图4至6所示。第二空心纵区段3进入第一空心纵区段2越多,则抗折弯稳定性越高。通过翻卷的过渡区域4来吸收第一和第二空心纵区段2、3相互之间的横向负荷。在此吸能装置的相互嵌套能力仍然保持。翻卷变形所需的过渡区域4造形基本仍然保持。
吸能装置可以设置有润滑覆层。该润滑覆层最好在整个吸能装置上构成,但至少在第一空心纵区段2上构成。润滑覆层改善在吸能装置相互嵌套在期间这些壁的相互滑动。这有助于良好地完成翻卷变形。
最好使用具有助滑特性的防锈覆层作为润滑覆层。例如,润滑覆层可以是一种阴极漆膜。
在图7所示的变形后的吸能装置1′中,第二纵区段3局部地嵌入第一纵区段中,第一纵区段已经从过渡区域处开始在直径变小的情况下翻卷变形。与第一纵区段邻接的S曲线外侧部分变直,取代它出现的当前翻卷区域16在翻卷过程中远离与第二纵区段3邻接的S曲线内侧部分13。吸能装置的端部17、18相互接近。
过渡区域4′现在由在变形过程中移动的翻卷区域16和基本上没有变形的S曲线内侧部分13构成。新的过渡区域4′具有源自于第一空心纵区段的材料2″以及原始S曲线的变直部分12′。变直的S曲线部分12′在已变形的吸能装置1′的纵截面中形成一个扁平的U形,其材料由于与第一纵区段相比较高的强度而没有完全变直。从原始的第一纵区段2留下一个剩余部分2′。
图8所示为一个系统的吸能变形的力-位移曲线图,该系统具有汽车的保险杠和车身部分并具有安置在保险杠和车身部分之间的吸能装置1。在横坐标轴上作为位移绘出所述系统的端部的接近,在纵坐标轴上绘出施加于系统的这些端部上的力。第一位移段19包含符合胡克定律的区域。随着过渡到第二位移段20中,吸能装置开始塑性变形。在第二位移段20的变化曲线中,力消耗区段式增大,随后又略微下降。增大的力消耗是原始的S曲线外侧部分12变直所需的。
当力消耗在第二位移段20中下降之后,在第三位移段21内力消耗明显增高一个用附图标记22所标记的量。力消耗的该明显增高是外侧的第一空心纵区段2通过直径减小情况下的翻卷而变形所需要的。
下面说明用于制造整体式吸能装置1的本发明方法。
图9所示是用作原料的管30,具有第一截面宽度5。管30区段式缩径到第二截面宽度6,形成第一和第二空心纵区段2、3。通过管30的镦粗,在纵区段2、3之间形成翻卷的过渡区域4。
通过所述缩径,所涉及的区域通过变形被加固。该缩径不涉及的管30区段(即要形成的第一空心纵区段2)保持其强度。
图10中示出本发明制造方法的第一实施方式。为了使截面宽度区段式缩窄,在箭头方向31上将管30穿过模具32拉,该模具具有阶梯式的、最好大致锥形变细的造型区段33。这样在管30中形成相应的阶梯式的、最好大致锥形变细的过渡区段34。
在图10所示的状态下,管30通过模具32发生的变形实际上已经结束,形成了第一和第二纵区段2、3。在移去模具32之后将该管镦粗,也就是将纵区段2、3相向挤压。由此使大致锥形变细的过渡区域34翻卷,形成如图4中所示具有S形的翻卷的过渡区域4。
采用这种方式,管30在纵区段2、3之间的材料段特别好地通过两次变形被加固:第一次通过借助模具32的变形,第二次通过接着实施的镦粗。通过两次变形可以使强度增加大约30至40%。
在本发明的一种改进构型中,吸能装置的壁起加固作用地被成型或压制。这可通过使吸能装置穿过具有构造型廓部的造形型的模具来实现。
在本发明制造方法的第一实施例的一种变型方案中,在缩径过程中进行成型。模具32的造型区段33设置有构造型廓部25、26的造型。也就是说,缩径和成型同时地、在一个组合的工序中进行。
在使用模具32之后,第二空心纵区段3以及管30的大致锥形变细的过渡区段34的与该第二空心纵区段邻接的区域具有型廓部。接着进行如上所述的镦粗。
图11表示本发明制造方法的第二实施方式。在该实施方式中通过滚压实现缩径,在图11中仅以虚线表示滚压模具35。滚压模具沿箭头36的方向相对于管30运动,首先形成一个阶梯式的、最好是大致锥形变细的过渡区段37。在达到第二截面宽度6之后,构成了第二空心纵区段3。
在该方法中也在缩径之后接着进行镦粗,以形成图4中示出的翻卷的过渡区段4,如关于该制造方法的第一实施方式所描述的那样。通过两次变形获得的对过渡区域4的加固的效果良好。
图12和13中表示了本发明制造方法的第三实施方式。在该实施方式中也通过借助用虚线表示的滚压模具滚压来实现缩径,滚压模具沿着箭头方向38相对于管30运动。但与第二实施方式不同,在缩径期间就已进行镦粗。也就是说,镦粗是一个组合到缩径中的工序。
在第二实施方式中,因缩径而变得“多余”的材料已经导致管30的总长度变大,其中,管30在正在形成的具有较小第二截面宽度6的第二空心纵区段的一侧已经伸长。在本发明制造方法的第三实施方式中,伴随缩径而产生的材料伸长至少部分地被朝向正在形成或者已经构成的第一空心纵区段2转向,从而被组合地镦粗。该转向可通过使管30的端部40、41的相互间距至少基本上保持固定来实现。在图10和11中通过轴向阻挡装置42、43象征性表示该保持固定。
图12中示出在已经产生的第一空心纵区段2和正在形成的第二空心纵区段3之间利用滚压模具35构成的过渡区域。该过渡区段39仍具有基本上阶梯状的或者锥形变细的轮廓,但在第一和第二截面宽度5、6的区段之间的过渡部内已具有轻微的修圆。如图13所示,该过渡区段39′通过组合的镦粗被进一步翻卷,即它与其已经修圆的过渡部共同形成更强的S形状。该组合的镦粗一直进行到大致形成图4所示的翻卷的过渡区域4。
在本发明制造方法的一种改进构型中,通过直径的收缩来增大相关区域的壁厚。在此,通过缩径而变得“多余”的材料体积至少部分地被用于增大壁厚,尤其是增大第二空心纵区段的壁厚。
在本发明制造方法的变型方案中,在直径收缩时可发生管30的壁厚的减小,尤其是在翻卷的过渡区域4的区域中。
图14中示出具有被稳定的过渡区域4的本发明吸能装置1。此外,图14举例示出该吸能装置可以如何安置在汽车的保险杠44和车身45之间。
在图14所示的吸能装置12中,过渡区域4的一个皱折23的壁46、47,即对应于S曲线内侧部分13的壁46、47,通过接合方法相互连接。该接合可以通过粘接、焊接或钎焊进行。在图14中在S曲线内侧部分13的内半径15中示出的接合材料49是一种双组分粘结剂。通过该接合,翻卷的过渡区域4被良好地稳定,支持吸能装置1的变形由安置在外部的第一空心纵区段2承担。
在本发明的一种变型方案中,过渡区域4的另一个皱折24的壁47、48,即对应于外侧的S曲线部分12的壁47、48,可以通过接合来相互连接。以此方式来支持吸能装置的变形由安置在内部的第二空心纵区段3承担。
通过接合来达到稳定具有与良好的冷作硬化或者给翻卷的过渡区域4设置型廓部相类似的效果。在翻卷的过渡区域4没有冷作硬化或者冷作硬化太小的制造方法中,可以设置通过接合来达到稳定。
Claims (24)
1.吸能装置(1),具有一个具有第一截面宽度(5)的第一空心纵区段(2)和一个具有第二截面宽度(6)的第二空心纵区段(3)以及一个在两个空心纵区段(2,3)之间的翻卷的过渡区域(4),其特征在于,该第二空心纵区段(3)具有比第一空心纵区段(2)高的强度。
2.根据权利要求1所述的吸能装置,其特征在于,该第二空心纵区段(3)通过变形获得其较高的强度。
3.根据权利要求1或2所述的吸能装置,其特征在于,该第二空心纵区段(3)具有比第一空心纵区段(2)大的壁厚(11)。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,过渡区域(4)具有比第一空心纵区段(2)高的强度。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,吸能装置(1)在其壁中具有起加固作用的型廓部(25,26)。
6.根据权利要求5所述的吸能装置,其特征在于,所述型廓部(25,26)构造得基本在吸能装置(1)的纵向上延伸。
7.根据权利要求5或6所述的吸能装置,其特征在于,所述型廓部(25)设置得大致在第二空心纵区段(3)的整个区域上延伸。
8.根据权利要求5至7中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,所述型廓部(26)邻接第二空心纵区段(3)设置在翻卷的过渡区域(4)内。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,过渡区域(4)具有至少一个在约1mm至约4mm范围内、最好在约1.5mm范围内的内半径(14,15)。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,过渡区域(4)具有在第二空心纵区段(3)一侧形成的皱折(23),该皱折的壁(46,47)通过接合(49)相互连接。
11.根据权利要求10所述的吸能装置,其特征在于,所述壁(46,47)相互焊接、钎焊或粘接。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于,该吸能装置具有在约1mm至4mm范围内的壁厚(10,11),最好在约1.5mm至2.5mm范围内。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的吸能装置,其特征在于:该吸能装置(1)整体式构造。
14.用于制造整体式吸能装置(1)的方法,该吸能装置包括一个具有第一截面宽度(5)的第一空心纵区段(2)和一个具有第二截面宽度(6)的第二纵区段(3)以及一个在两个空心纵区段(2,3)之间的翻卷的过渡区域(4),其中,该方法具有以下步骤:
将具有第一截面宽度(5)的管(30)在形成具有第一和第二截面宽度(5,6)的空心纵区段(2,3)的情况下区段式缩径到第二截面宽度(6),
将管(30)镦粗,从而形成翻卷的过渡区域(4)。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,在缩径期间镦粗。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其中,使伴随缩径产生的材料伸长至少部分地朝向第一空心纵区段(2)转向,其中,使空心纵区段(2,3)之间的过渡区域(39,39′)翻卷。
17.根据权利要求14至16中至少一项所述的方法,其中,管(30)的两个端部区域(40,41)在缩径期间在管的纵向上保持固定,其中进行伴随缩径产生的材料伸长和空心纵区段(2,3)之间的过渡区域(39,39′)的翻卷。
18.根据权利要求14至17中至少一项所述的方法,其中,在缩径之后进行镦粗。
19.根据权利要求14至18中至少一项所述的方法,其中,在缩径过程中增大第二空心纵区段(3)的壁厚(11)。
20.根据权利要求14至19中至少一项所述的方法,其中,通过滚压进行缩径。
21.根据权利要求14至20中至少一项所述的方法,其中,通过使管(30)穿过一个使截面宽度收缩的模具(32)进行缩径。
22.根据权利要求20或21所述的方法,其中,随着缩径在纵区段(2,3)之间形成一个阶梯式的、最好是锥形的过渡区域(34,37)。
23.根据权利要求14至22中至少一项所述的方法,其中,在缩径过程中吸能装置(1)的壁被制成起加固作用的型廓部。
24.根据权利要求21至22以及权利要求23中任一项所述的方法,其中,使用同一个模具(32)进行缩径和制型廓部。
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