CN106734496B - 一种汽车三通排气尾管的制造方法 - Google Patents

一种汽车三通排气尾管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三通排气尾管及其制造方法，包括下料、预缩口、退火、预液压胀形、第二次缩口、第二次液压胀形、切割、表面、表面处理成型，取代现有技术以焊接的方式，避免了焊缝的出现，提高了排气尾管内部的气密性，而且一次加工成型两个排气尾管，提高了生产效率。

Description

一种汽车三通排气尾管的制造方法
技术领域
本发明涉及汽车配件领域，特别涉及一种汽车三通排气尾管的制造方法。
背景技术
排气尾管是汽车排气系统中最后端的部件，通过它将汽车内产生的废气直接排放到空气中。一般废气的温度高达600~700℃，因此排气尾管需要较好的耐热性。
现有的三通排气尾管制造方法有两种，第一种为：将铸造成型的两块板材在冲压模具上进行冲压形成冲压半壳，再将两个冲压半壳通过焊接方式合并成一个排气尾管；第二种为：将铸造成型的一块板材利用滚压机滚压成管状，再通过点焊方式制成排气管。
上述的第一种制造方法所制成的排气尾管例如在公告号为CN202402862U的实用新型专利就公开了一种“汽车排气管三通”，由上、下对称的两块冲压半壳和法兰盘焊接而成。第二种制造方法在公布号为CN105603288A的发明专利中有公开。但上述两种制造方法必须通过焊接才能最终成型，成型后的排气尾管均会留下焊缝，而且如果通过人为焊接时，由于焊接上的水平差异以及精度问题导致不能很好的将两个冲压半壳天衣无缝的合并在一起，往往会存在焊缝的均匀度不同，各部分所能承受的温度也不均匀影响使用寿命，甚至局小部部分没有焊接到导致两个冲压半壳存在细微的间隙，高温的废气容易从间隙中溢出导致车的底盘受热变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车三通排气尾管的制造方法，通过胀形一体成型方式避免了焊缝的出现，提高排气尾管的密封性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
1、一种汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）选取空心柱形的金属管，量取设计的长度并切割下料；
2）选取切割下料后的其中一根金属管将其两头进行预缩口处理并在预缩口后形成预缩口管；
3）将预缩口管进行预退火处理，退火温度在1000～1100℃之间，完成退火后迅速放入到水池中进行速冷，捞上来后自然冷却5~8min；
4）冷却完成后的预缩口管进行预液压胀形，将预缩口管放入到设计好的三通排气尾管的预胀形模具中并完成合模过程，分别从两缩口端伸入冲头，冲头与预缩口管的缩口内壁通过高压密封圈进行密封，从冲头处喷出高压油进入到预缩口管内开始胀形，此胀形过程中的压强为20~22Mpa之间，胀形持续时间为2~3min，到时间后开模并将成型的预胀形管取下；
5）完成预液压胀形后的预胀形管进行第二次缩口；
6）第二次缩口后进行第二次液压胀形，将预胀形管放入到设计好的三通排气尾管的二次胀形模具中并完成合模过程，从二次缩口端伸入冲头，冲头与预胀形管的缩口内壁通过高压密封圈进行密封，从冲头处喷出高压油进入到预胀形管内开始胀形，此胀形过程中的压强为23~25Mpa之间，胀形持续时间为2~4min，其中二次胀形模具的型腔宽度要大于预胀形模具的型腔宽度，到时间后开模并将二次胀形管取下；
7）将二次胀形管从中间位置切割开变成两个对称的三通排气尾管；
8）将该三通排气尾管投放入酸性池中进行酸洗；
9）完成酸洗后的三通排气尾管进行抛光处理；
10）包装。
通过采用上述技术方案，以整根金属管作为直接原料下料后首先预缩口使得金属管两头的管径要小于中部的管径，经过退火后的改善由于缩口时金属管内部组织的缺陷并且消除了残余应力，其次软化了金属管，再进行预胀形使得预缩口管中部未缩口的管坯初步胀开，再进行第二次缩口，进一步缩小两管口的管径，最后通过第二次液压胀形成型出排气尾管的粗品，缩口与胀形的交替处理，提高成型的品质以及稳定，经过酸洗后将粗品表面的氧化物分解洗去，最后表面抛光，整个制造过程中金属管的外表面不存在有任何的焊缝，并且在通过酸洗处理过后提高金属管表面的光滑度，而且一次加工成型两个排气尾管，提高了生产效率。
作为优选地，步骤5）与步骤6）之间还包括二次退火处理，其中二次退火处理采用真空退火，氨分解温度为650~700℃之间，退火温度为950~1000℃之间。
通过采用上述技术方案，真空退火减少了金属管与氧气的接触，可以得到光亮的表面并提高了金属管的塑性、韧性和疲劳强度，而采用线切割大大缩短加工时间，并且切割面较为光滑，两者相结合首先减少后续抛光的时间，缩短了生产的时间。
作为优选地，
步骤2）与步骤5）中预缩口与第二次缩口形式均为斜口式；通过公式（1）确定每次的缩口变形程度；
极限缩口系数ms=d/D， （1）
其中,d是缩口后的直径，D是缩口前的直径；预缩口与二次缩口的极限缩口系数ms分别为0.70与0.85。。
通过采用上述技术方案，二次缩口处理尤其第二次缩口的极限缩口系数要小于预缩口的极限缩口系数，能避免一次性缩口程度较大而产生的切向失稳起皱现象。
作为优选地，步骤2）中所采用缩口凹模锥角为28°~30°。
通过采用上述技术方案，缩口凹模锥角的设置配合极限缩口系数可以降低缩口力，对缩口成型有利，进一步的避免了由于缩口力大于管壁失稳临界压力时发生失稳起皱的现象。
作为优选地，步骤6）的二次液压胀形处理过程中，前1.5min内预胀形管内的压强在23~24Mpa之间，后0.5~2.5min之间对预胀形管进行加压，保持预胀形管内的压强为25Mpa。
通过采用上述技术方案，采用二次加压胀形方式，使得预胀形管在二次胀形模具中首先在相对低压的环境中缓慢胀开，待预胀形管的管壁具有一定的绕性后，增大压强加速胀形变形程度，提高胀形效率并且能保证具有良好的胀形质量。
作为优选地，步骤4）与步骤6）中所采用的预胀形模具与二次胀形模具的型腔宽度比为0.78~0.85之间。
通过采用上述技术方案，预胀形模具与二次胀形模具的型腔宽度比的设计能有效的控制每次胀形的程度，避免由于一次胀形程度过大金属管发生破裂现象。
作为优选地，经过步骤2）预缩口后的预缩口管其未缩口处作为管坯，该管坯的长度不超过二倍的直径，并且管坯的直径与管厚比在20~45之间不包括两端点。
通过采用上述技术方案，预缩口管的管坯尺寸设计能减少在胀形初始阶段由于轴向力的过大导致发生屈曲失效现象。
作为优选地，在步骤7）与步骤8）之间还包括一步焊接过程，切割开后的三通排气尾管在其切割面上形成一加强板，加强板包括两个加强片，焊接两加强片的贴合面。
通过采用上述技术方案，两加强板在胀形模具的合模力下初步贴合，切开后进一步通过焊接将上下两紧密贴合后的加强板加固，提高相邻两出气管的连接强度以及单个出气管内部的气密性。
作为优选地，步骤3）中的退火采用真空退火，步骤7）中的切割过程采用线切割。
通过采用上述技术方案，真空退火减少了金属管与氧气的接触，可以得到光亮的表面并提高了预缩形管的塑性、韧性和疲劳强度，而采用线切割大大缩短加工时间，并且切割面较为光滑，两者相结合首先减少后续抛光的时间，缩短了生产的时间。
作为优选地，步骤9）中在完成酸洗后首先对三通排气尾管进行振动抛光处理，再进行精抛光处理。
通过采用上述技术方案，振动抛光在振动研磨抛光机中进行，能实现大批量的抛光处理，首先提高了生产效率，其次振动抛光作为一个粗抛光，首先能将金属管表面经过酸洗后的氧化物以及酸液振动下，再后续精抛光时能缩短时间，减少生产周期。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、金属管在通过极限缩口系数依次增大的预缩口与第二次缩口成型出指定设计的进气管管径，而在预缩口与第二次缩口之后分别进行的预液压胀形与第二次液压胀形过程，使得金属管成型稳定，其次缩口后的中部管坯的尺寸设计结合预胀形模具与二次胀形模具型腔直径比，提高了胀形的质量，避免了金属管的破裂以及屈曲；
2、采用真空退火使得金属管表面较为光亮，配合作为粗抛光的振动抛光处理以及后续的精抛光处理，总体成型后的成品表面较为光滑。
附图说明
图1为实施例一中金属管的轴测图；
图2为实施例一中在经过预缩口后所形成的缩口管的轴测图；
图3为实施例一中在经过预缩口后所形成的缩口管的正视图；
图4为实施例一中缩口管第一次胀形时在胀形模具内的安装示意图；
图5为实施例一中预胀形模具上模的俯视图；
图6为实施例一中在经过预胀形后所形成预胀形管的轴测图；
图7为实施例一中在经过预胀形后所形成预胀形管的正视图；
图8为实施例一中预胀形管第二次胀形时在胀形模具内的安装示意图；
图9为实施例一中预胀形管经过预胀形后到二次胀形管的对比示意图；
图10为实施例一中二次胀形管切割位置的示意图；
图11为实施例一中排气尾管的轴测图。
图中：1、进气管；11、过渡圆弧段；12、内弧段；2、出气管；3、加强板；31、加强片；4、金属管；4a、预缩口管；5a、上模；5b、下模；51、凸块；52、型腔；53、冲头；54、高压密封圈；6、锥形面；6a、预胀形管；6b、二次胀形管；7、凹槽；8、缩口段；9、管坯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种汽车三通排气尾管的制造方法，包括以下步骤：
1）、下料
参见图1，选取空心柱形的金属管4，金属管4的材料为不锈钢304，量取设计的长度并切割下料。
2）、预缩口
结合图1与图2，通过液压机对金属管4的两端口进行预缩口处理，并在预缩口后形成预缩口管4a，两端作为缩口段8，两缩口段8之间形成管坯9。
结合图2与图3，预缩口的形式为斜口式，根据公式（1）确定金属管4每次的缩口变形程度；
极限缩口系数ms=d/D， （1）
其中,d是缩口后的直径，D是缩口前的直径；
预缩口的极限缩口系数ms=d1/D=0.7，缩口凹模锥角a1=30°，由于缩口凹模锥度的设置在缩口段8与管坯9之间对应形成30°的锥形面6。
参见图4，预缩口处理后的预缩口管4a其管坯9的长度L不超过直径A的二倍，且管坯9直径A与管厚H比为21，能减少胀形初始阶段由于轴向力的过大导致发生屈曲失效现象。
3）、第一次退火
采用真空退火，退火温度在1000～1100℃之间，完成退火后迅速放入到水池中进行速冷，捞上来后自然冷却6min。
4）、预液压胀形
参见图4至图6，采用大型液压机，对预缩口管4a进行预液压胀形。预液压胀形所采用的胀形模具包括上模5a与下模5b，上、下模5a、5b内开设有对称的型腔52，上、下模5a、5b均在其中部设置有相对的凸块51。
在胀形时，首先通过两个冲头53插入至缩口段8内，在冲头53的外壁上嵌设有多个高压密封圈54与缩口段8的内壁相抵接密封。通过一定合模压力将预缩口管4a压紧，高压油从冲头53内喷出对预缩口管4a进行胀形。
预液压胀形过程中保持预缩口管4a内部压强为20Mpa，胀形持续时间为2min，预液压胀形后开模取出预胀形管6a，并更换胀形模具。
在完成预液压胀形所获得预胀形管6a,其中部通过上、下模5a、5b的合模压力而形成凹槽7。
5）、第二次缩口
结合图6与图7，同样采用液压机对预胀形管6a的两头进行第二次缩口，第二次缩口的极限缩口系数ms=d2/d1=0.85，缩口段8长度增大至设计长度，但保持管坯9的长度不变。
6）、二次退火
同样采用真空退火方式，氨分解温度为650~700℃之间，退火温度为950~1000℃之间。
7）、第二次液压胀形
参见图8，将预胀形管6a放置二次胀形模具中，二次胀形模具相比与胀形模具其凸块51高度要大，但凸块51的表面积要小，按照预液压胀形的操作进行，第二次液压胀形过程中保持预胀形管6a内的压强23~25 Mpa之间，胀形持续时间为4min，并且合模力要大于预液压胀形过程中合模力。
而在第二次液压胀形过程中，前1.5min内保持预胀形管6a内的压强23 Mpa，后2.5min内进行二次加压并保持预胀形管6a内的压强25Mpa。
另外二次胀形模具与预胀形模具的型腔宽度C之比为0.72。
参见图9，完成第二次液压胀形后二次胀形管中部的凹槽7深度相比预液压胀形后的凹槽7要大，且凹槽7的表面积大幅缩小。
8）、切割
参见图10与图11，采用线切割方式，从中心面D将二次胀形管6b切割成对称的两半形成排气尾管的粗品。
排气尾管的粗品包括一体成型的进气管1以及与进气管1连通的两根出气管2，三者构成一个三通的排气尾管。进气管1与两出气管2的连接处设置有过渡圆弧段11，两出气管2的管壁内侧连接处设置有内弧段12，在内弧段12上设置有连接两出气管2的加强板3，加强板3包括两块互相精密贴合的加强片31，两加强片31由于第二次液压胀形时的合模力使得两者互相贴合，其中加强板3刚好处于整个排气尾管的中层平面P上。
9）、焊接加固
在切割面对两加强片31的间隙处进行焊接加固处理。
10）、酸洗
将焊接完成后的组品投入到酸性池内进行酸洗，酸洗浸泡时间为10~15s之间。
11）、粗抛光
将完成酸洗后的产品放入到振动研磨抛光机中进行抛光处理。
12）、精抛光
通过磨砂轮人为的将产品进行打磨抛光处理。
13）、包装
人为将成品进行打包封箱处理。
实施例二
与实施例一的区别在于，在步骤2）与缩口后所形成的管坯9其直径A与管厚H比为44，步骤7）第二次液压胀形时，保持预胀形管6a内的压强23~25 Mpa之间，胀形持续时间为2.5min。其中前1.5min内保持预胀形管6a内的压强24 Mpa，后1min内进行二次加压并保持预胀形管6a内的压强25Mpa。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）选取空心柱形的金属管（4），量取设计的长度并切割下料；
2）选取切割下料后的其中一根金属管（4）将其两头进行预缩口处理并在预缩口后形成预缩口管（4a）；
3）将预缩口管（4a）进行预退火处理，退火温度在1000～1100℃之间，完成退火后迅速放入到水池中进行速冷，捞上来后自然冷却5~8min；
4）冷却完成后的预缩口管（4a）进行预液压胀形，将预缩口管（4a）放入到设计好的三通排气尾管的预胀形模具中并完成合模过程，分别从两缩口端伸入冲头（53），冲头（53）与预缩口管（4a）的缩口内壁通过高压密封圈（54）进行密封，从冲头（53）处喷出高压油进入到预缩口管（4a）内开始胀形，此胀形过程中的压强为20~22Mpa之间，胀形持续时间为2~3min，到时间后开模并将成型的预胀形管（6a）取下；
5）完成预液压胀形后的预胀形管（6a）进行第二次缩口；
6）第二次缩口后进行第二次液压胀形，将预胀形管（6a）放入到设计好的三通排气尾管的二次胀形模具中并完成合模过程，从二次缩口端伸入冲头（53），冲头（53）与预胀形管（6a）的缩口内壁通过高压密封圈（54）进行密封，从冲头（53）处喷出高压油进入到预胀形管（6a）内开始胀形，此胀形过程中的压强为23~25Mpa之间，胀形持续时间为2~4min，其中二次胀形模具的型腔宽度要大于预胀形模具的型腔宽度，到时间后开模并将二次胀形管（6b）取下；
7）将二次胀形管（6b）从中间位置切割开变成两个对称的三通排气尾管；
8）将该三通排气尾管投放入酸性池中进行酸洗；
9）完成酸洗后的三通排气尾管进行抛光处理；
10）包装。
2.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤5）与步骤6）之间还包括二次退火处理，其中二次退火处理采用真空退火，氨分解温度为650~700℃之间，退火温度为950~1000℃之间。
3.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤2）与步骤5）中预缩口与第二次缩口形式均为斜口式；通过公式（1）确定每次的缩口变形程度；
极限缩口系数ms=d/D， （1）
其中,d是缩口后的直径，D是缩口前的直径；预缩口与二次缩口的极限缩口系数ms分别为0.70与0.85。
4.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤2）中所采用缩口凹模锥角为28°~30°。
5.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤6）的二次液压胀形处理过程中，前1.5min内预胀形管（6a）内的压强在23~24Mpa之间，后0.5~2.5min之间对预胀形管（6a）进行加压，保持预胀形管（6a）内的压强为25Mpa。
6.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤4）与步骤6）中所采用的预胀形模具与二次胀形模具的型腔宽度比为0.78~0.85之间。
7.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，经过步骤2）预缩口后的预缩口管（4a）其未缩口处作为管坯（9），该管坯（9）的长度不超过二倍的直径，并且管坯（9）的直径与管厚比在20~45之间不包括两端点。
8.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，在步骤7）与步骤8）之间还包括一步焊接过程，切割开后的三通排气尾管在其切割面上形成一加强板（3），加强板（3）包括两个加强片（31），焊接两加强片（31）的贴合面。
9.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤3）中的退火采用真空退火，步骤7）中的切割过程采用线切割。
10.根据权利要求1所述的汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，步骤9）中在完成酸洗后首先对三通排气尾管进行振动抛光处理，再进行精抛光处理。
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