CN1037752C - 金属管的弯曲方法 - Google Patents

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Abstract

将熔融状态的填充料(例如脂肪酸)装填进金属管内。然后在室温下弯曲其内部填充料呈固化状态的金属管。在弯曲加工结束后，将填充料熔化和排出管道外。填充料可以是一种脂肪酸和粉状添加剂的混合物。

Description

金属管的弯曲方法
本发明涉及一种金属管的弯曲方法，例如方管、小直径管子、多层管等的弯曲方法。
摩托车的排气管需进行表面处理以美化外观，并具有双层管或多层管结构以防止排气热量破坏表面处理层的色彩。
在弯曲上述类型的多层管时，为了防止内管和外管发生扭曲并使各组元金属管之间的间隙保持在预定大小，通常是用低熔点金属、微粒(例如砂子)等等各种类型的填充料装填入各组元金属管之间的间隙后，才进行弯曲加工的。
然而，当低熔点金属被用作填充料时，在弯曲加工结束后很难将该金属排出间隙外，因此后处理十分麻烦，结果是机械加工或处理的成本高。当使用砂子一类的微粒时，由于弯曲时的压力，它们部分地团聚或固结成较大的团块，从而很难被排出来。此外，在弯曲加工结束后，有时候在金属管的表面上出现凹凸不平，从而破坏了外观。
为了克服上述问题，转而使用在弯曲加工结束后容易被排出的蜡。然而，由于蜡的硬度不够，从而产生金属管可能被压扁、或者失去圆度、或者相对于外管而言内管可能偏心的问题。还有人提出了一种在被密封于各组元金属管之间间隙的水被冻结后弯曲多层金属管的方法。这种方法必须要求大型的设施，例如使水冻结的致冷设备，以及进行弯曲加工同时又使水保持冻结状态的低温加工场所。此外，在上述方法中还有另一个问题，即在这种低温状态下，由于金属的低温脆性而使弯曲加工变得十分困难。
另一方法，在弯曲单层金属管时，在其中填插被排列成一串或一行珠粒状的金属芯件，以防止管子被压扁，或者失去圆度。这种方法存在着因调节金属芯件而耗费时间的问题。此外，由于金属芯件无法被填插进小直径的管子，故有时候使用上述以低熔点金属、微粒(例如砂子)等等的填充料装填管子然后弯曲金属管的方法。因此也出现如上所述的类似问题，即在弯曲加工结束后很难将上述填充料排出来。
鉴于上述缺点，本发明的目的是提供一种弯曲金属管的方法，在该方法中，可以在室温下进行金属管的弯曲加工，而不会使金属管失去圆度，或者使多层管子的内管相对于外管出现偏心，在该方法中也能容易进行后处理。
根据本发明，可以按照一种弯曲金属管的方法来实现上述和其它目的，该方法包括以下步骤：将主要含有脂肪酸的熔融状态的填充料装填进金属管内；在室温下弯曲其内部填充料呈固化状态的金属管，然后熔化和排出填充料。
根据本发明的另一方案，还提供一种弯曲多层管状结构的金属管的方法，该多层管子有许多不同直径的组元金属管，一根管子被设置在其它的或另一根管子的内部；上述弯曲方法包括以下步骤：将主要含有至少一种脂肪酸的熔融状态的填充料装填进各组元金属管之间的间隙内；在室温下弯曲其内部填充料呈固化状态的多层管子；然后熔化和排出填充料。
根据要弯曲或机加工状态的金属管类型，填充料最好是一种脂肪酸和粉状添加剂的混合物。此外，填充料可包括主要是一种许多脂肪酸混合的复合脂肪酸。当使用复合脂肪酸时，它可以是一种硬脂酸和棕榈酸的混合物，其混合比最好是从80∶20(按重量)到10∶90(按重量)。
因为脂肪酸可在室温下固化，而且固化时的硬度大于蜡等物质的硬度，它能使金属管在室温下进行弯曲却能使压扁度或失去圆度、或者多层管子的内管相对于外管的偏心现象受到限制。通过脂肪酸同粉状添加剂混合使其固化时的硬度增加，从而能使金属管压扁度、或失圆度，或者内管相对于外管的偏心减至最低限度。
由于脂肪酸在40-80℃熔化，所以在弯曲加工结束后脂肪酸很容易被排出来，从而后处理也变得容易。
作为硬脂酸和棕榈酸的混合比为80∶20(按重量)到10∶90(按重量)的混合物的复合脂肪酸，其熔点低但固化时硬度高。因而适宜于作为填充料。
参考以下结合附图考虑的详细叙述，将明显地看出本发明的上述和其它目的以及附带的优点，其中：
图1(a)和图1(b)是表示本发明弯曲方法的一个实施例的部分截面侧视图。
图2是沿图1(b)的II-II线截取的截面图，以及
图3(a)和图3(b)是表示熔点和硬度同硬脂酸与棕榈酸混合比(按重量)关系的变化曲线。
图(a)和图1(b)表示了用辊式弯曲设备对由外管P1和内管P2组成的多层管形式的双层管P如何进行弯曲的方法(在本说明书中，组成双层管P的各组元管子称为外管P1和内管P2)。
辊式弯曲设备由轧辊模具1、紧固夹模具2、防皱模具3、滑块压力模具4和金属芯5组成。轧辊模具1有一个横截面呈半圆形的模槽1a和一个具有沿模槽1a连续地按切向延伸的另一个模槽的紧固夹部分1b。紧固夹模具2整体地沿箭头A方向随轧辊模具1旋转，同时夹住双层金属管P的端部。防皱模具3在弯曲加工期间，防止在双层金属管P的已弯曲部分和直段部分之间的边界部分附近发生皱纹或波纹。在防皱模具3的对面处设置滑块压力模具4，它按箭头B沿所示轧辊模具1的切线方向滑动，同时以预定压力夹住多层金属管的直段部分。将金属芯5插入双层金属管内，以便使其位于直段部分向已弯曲部分过渡处的附近，从而防止要弯曲的部分发生扭曲。
如图1(a)所示，当轧辊模具1和紧固夹模具2沿A向旋转，同时用轧辊模具1和紧固夹模具2的紧固夹部分1b来夹紧被防皱模具3和滑块压力模具4固定的双层金属管P的端部时，则双层金属管P如图1(b)所示被弯曲，同时沿轧辊模具1的模槽1a牵引双层金属管P。此时，由于在双层金属管P弯曲的外圆部分产生接伸应力和其弯曲的内圆部分产生压缩应力，使得已弯曲部分的横截面将发生如图2所示的失圆变形。
为了使上述类型的变形减至最小，装入填充料S，或者将其装填进双层金属管P的外管P1和内管P2之间的间隙内。使用熔点为40-80℃并在弯曲加工结束后很容易排出的脂肪酸作为上述填充料S来进行以后的实验。
首先，使外径35mm、厚度1.2mm的外管P1和内径25.4mm、厚度1.2mm的内管P2处于彼此同心的位置，它们之间的间隙为3.6mm。内外管都是用于日本工业标准(JIS)G3472规定的机动车辆(名为STAM290G)电阻焊接构件的碳钢管。一个管端用钢板P3密封，从而构成了双层金属管P。从另一开口管端，将各种类型的加热和熔融的脂肪酸、各种类型脂肪酸和碳酸钙的混合物等等形态的填充料S装填进外管P1和内管P2之间的间隙内。在填充料S固化状态下，使用上述辊式弯曲设备，在室温下将双层金属管P弯曲成弯曲半径为80mm和弯曲角为95°。此外，为对比起见，使用石蜡、蜡和水作为填充料进行类似实验。实验结果示于表1。
                            表1
                                  填充料       双层弯管   备注
组    分   熔点(℃) 可加工性 相容性 穿透度 压扁度 间隙
  实施例  1 硬脂酸/棕榈酸(30/70)    54      ◎     3     4.5    ○
实施例  2 硬脂酸/棕榈酸(65/35 ) 58 ◎ 9 8.3 ○
实施例  3 山嵛酸/硬酯酸(85/15) 77 ◎ 16 10.6 ○
实施例  4 实施例1/碳酸钙(60/40) 56 ○ ○ 1 2.9 ○
  实施例  5 实施例2/碳酸钙(60/40)    61      ○    ○     4     4.6    ○
实施例  6 实施例3/碳酸钙(60/40 ) 78 ○ ○ 2 3.4 ○
对比例  1 145°F石蜡* 63 ◎ 14 10.2 ○
对比例  2 对比例1/碳酸钙(60/40) 65 × × 6 - -
对比例  3 蜡* 90 △ 12 9.8 ○
对比例  4 水 0 ◎ ** 4.1 ○ ***
                          (参看注解)
              表1注解*市售产品**不可测量***在管子表面上显示出的凹凸不平专门术语定义如下：熔点：根据JIS K2235可加工性：根据熔点、熔化状态下的流动性等，填充料可被装填
      和排出的容易程度来进行评价相容性：熔化状态时的脂肪酸和粉状添加剂混合程度或状态来
    进行评价穿透度：根据JIS K2235
式中D0是弯曲前管子的直径、D1是弯曲后管子的截面在较长方向上的直径，D2是弯曲后管子的截面在较短方向上的直径。
对比例1中145°F的石蜡在加热后熔化状态时具有良好的流动性，但在固化状态时的硬度差。因而管子很可能变形。对比例2中具有粉状添加剂(例如碳酸钙等)混合物的145°F石蜡的硬度增加但相容性或混合性能差。因此，它们十分容易被分开以致不能被均匀熔化和装填进间隙内。对比例3中蜡的熔点约为80℃或80℃以下，二者在固化状态时都没有足够的硬度。如果蜡的熔点较高，则在室温下固化十分迅速以致很难将其装填进间隙内。另一个缺点是蜡比脂肪酸更贵。在对比例4中使用水作为填充料，除了在常规实施例中提到的上述缺点外，还有一个问题，即冰在弯曲加工时容易破碎，因而在金属管表面上出现凹凸不平。
同上述那些对比例相反，在使用脂肪酸(例如棕榈酸、硬脂酸、山萮酸、等等)作为填充料的实施方案中，尽管压扁度或称压扁比例稍差，但加热和熔化后的流动性极好，因而在弯曲加工后填充料的排出却十分容易。在碳酸钙粉作为添加剂以40wt％的数量混合于上述脂肪酸内的实施方案中，压扁度极好，约为3.5％。尽管加热和熔化后的流动性稍次于单独使用脂肪酸时的流动性，但发现其商用价值高。
如果将混合多种脂肪酸而制得的复合脂肪酸用作在上述实施例中所述的填充料，就可能使填充料的熔点低于仅仅使用一种脂肪酸时的熔点，而且可增加固化时的硬度。例如，当硬脂酸同棕榈酸混合时，如图3(a)所示，其熔点随硬脂酸和棕榈酸的重量比而变化，它的硬度如图3(b)所示而发生变化。因此，如果硬脂酸和棕榈酸以80∶20(按重量)到10∶90(按重量)的混合比进行混合，则可以获得一种肖氏硬度约为40或更高以及较低熔点的满意的填充料。特别是，如果选择混合比为40∶60(按重量)到20∶80(按重量)，则肖氏硬度约为60或更高，同时熔点约为55℃或55℃以下，从而得到一种更适当的填充料。如果选择混合比为60∶40(按重量)左右，则肖氏硬度大于60，同时熔点低于60℃，从而得到一种用于高温地区的最佳填充料。
在已示出的那些实施方案中，脂肪酸或脂肪酸和粉状添加剂的混合物被装填进双层金属管各组元管子之间的间隙内。然而，本发明并不局限于上述那些实施例。本发明还可应用于多层金属管，例如三层金属管、四层金属管、等等。
此外，当单层金属管(例如方管、小直径管、等等)进行弯曲加工时，将上述填充料装填进金属管也可以得到良好的结果。
作为脂肪酸而言，可以使用饱和脂肪酸，例如棕榈酸、硬脂酸、山萮酸、月桂酸、肉豆蔻酸、花生四烯酸等等；以及不饱和脂肪酸，例如油酸、芥酸等等。上述饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸既可以单独使用也可以它们彼此的混合物使用。作为粉状添加剂而言，可以使用无机物粉末，例如碳酸钙、滑石、氧化钛、硅藻土、高岭石、碳酸镁、活性粘土、氧化硅、膨润土等等；以及有机物粉末，例如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、Tetron等等。如果粉状添加剂以超出50wt％的数量同脂肪酸混合，则其熔化后的流动性变差。因此，根据金属管种类及其弯曲条件，粉状添加剂的混合数量应调节在0-50wt％的范围内，较佳在20-45wt％。
如上所述，根据本发明方法，可在室温下进行金属管的弯曲加工，同时使弯曲部分的压扁度或失圆度、或在多层管子情况下内管相对于外管的偏心减至最小程度。因此，不需要使用冻结状态的水弯曲管子时所要求的大型设备。此外，后处理变得容易，因而能大大地降低处理或机加工的成本。
明显可见，上述弯曲金属管的方法达到了以上所述的全部目的，还具有广泛的商用优点。当然，上述本发明的具体形式仅仅是用来作为一种有代表性的实例，上述技术范围内的某些改变对本专业的技术人员来说是显而易见的。因此，应该参考以下本发明的权利要求所限定的全部范围。

Claims (9)

1.一种弯曲金属管的方法，该方法包括以下步骤：
将主要含有脂肪酸的熔融状态的填充料装填进金属管内；
在室温下弯曲其内部填充料呈固化状态的金属管；以及
熔化和排出该填充料。
2.一种弯曲金属管的方法，该金属管为具有管间间隙的多层管，该方法包括以下步骤：
将主要含有至少一种脂肪酸的熔融状态的填充料装填进各组元金属管之间的间隙内；
在室温下弯曲其内部填充料呈固化状态的多层管子；以及
熔化和排出填充料。
3.根据权利要求1或2的弯曲金属管的方法，其中，填充料是一种脂肪酸和粉状添加剂的混合物。
4.根据权利要求1或2中任一项弯曲金属管的方法，其中，填充料含有主要是许多脂肪酸混合成的一种复合脂肪酸。
5.根据权利要求4的弯曲金属管的方法，其中，复合脂肪酸是一种硬脂酸和棕榈酸的混合物，其混合比从80∶20(按重量)至10∶90(按重量)。
6.根据权利要求1或2的弯曲金属管的方法，其中，脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸、山萮酸、月桂酸、肉豆蔻酸、花生四烯酸、油酸或芥酸中的至少一种。
7.根据权利要求3的弯曲金属管的方法，其中，粉状添加剂包括碳酸钙、滑石、氧化钛、硅藻土、高岭石、碳酸镁、活性粘土、氧化硅、膨润土、聚乙烯、聚丙烯、尼龙或Tetron中的至少一种。
8.根据权利要求3的弯曲金属管的方法，其中，粉状添加剂以低于填充料50wt％、最好以20-45wt％的数量进行混合。
9.根据权利要求4的弯曲金属管的方法，其中，复合脂肪酸是一种硬脂酸和棕榈酸的混合物，其混合比在60∶40(按重量)左右、同时肖氏硬度在60以上、熔点在60℃以下。
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