CN108343494A - 一种整体式催化器进气弯管及汽车排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体式催化器进气弯管及汽车排气系统，其中进气弯管包括具有进气端和出气端的弯管本体，所述进气弯管还包括设置在所述弯管本体的进气端用于与汽车发动机连接的第一连接部、设置在所述弯管本体的出气端用于与催化器连接的第二连接部和设置在所述弯管本体上用于安装氧传感器的安装部，所述弯管本体、所述第一连接部、所述第二连接部及所述安装部为整体式结构。该进气弯管结构简单，进气弯管整体成型，具有结构刚度高、精度好、壁厚分布均匀、疲劳耐久和热冲击性能优异的特点，避免了焊接缺陷，使得零件质量显著提升，利于进一步总成产品的加工装配。

Description

一种整体式催化器进气弯管及汽车排气系统
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造技术领域，具体涉及一种整体式催化器进气弯管及汽车排气系统。
背景技术
当前汽车产业不断追求更显著的节能和减排效果，随着国六排放标准的实施，排气系统的结构优化也势在必行。要实现更好的排放污染物转化效果，必须将三元催化器200尽可能靠近汽车发动机100的排气口，借助更高的排气温度（700℃左右）来实现氮氧化合物的无害化处理，将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。
三元催化器200直径远大于汽车发动机100的排气口的直径，同时排气口朝向近似水平方向，三元催化器200朝向斜后方，两者构成90°左右的夹角，从而导致连接两者的三元催化器200的进气弯管1＇有着近似“蜗牛”状的结构，一端大、一端小，并有一个很小半径的弯曲段，从而保证进气弯管1＇的两端尽可能接近。这种结构给弯管工艺带来了非常大的挑战，因此工程上通常用板材对半冲压再焊接成整体的进气弯管1＇，如图1所示。对半焊接工艺具有端口不圆、焊接前组装不便、焊接疏松漏气、焊缝部位热冲击腐蚀严重等潜在质量问题。而且，与汽车发动机连接的法兰2＇需要通过机加工后焊接到进气弯管1＇的小口端再与汽车发动机100连接，焊接变形导致法兰连接密封面精度变差。氧传感器连接法兰同样通过需要机加工出连接螺母3＇然后焊接到进气弯管1＇的安装氧传感器连接法兰处，同样存在较高的加工成本和焊接问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种整体式催化器进气弯管。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种整体式催化器进气弯管，包括具有进气端和出气端的弯管本体，所述进气弯管还包括设置在所述弯管本体的进气端用于与汽车发动机连接的第一连接部、设置在所述弯管本体的出气端用于与催化器连接的第二连接部和设置在所述弯管本体上用于安装氧传感器的安装部，所述弯管本体、所述第一连接部、所述第二连接部及所述安装部为整体式结构。
优选地，所述弯管本体的所述进气端的中心轴线和所述出气端的中心轴线之间的夹角不大于90度。
优选地，所述第一连接部为设置在所述弯管本体的进气端的翻边法兰。
优选地，所述第二连接部为设置在所述弯管本体的出气端的扩口限位台阶。
优选地，所述安装部为设置在所述弯管本体上的翻边螺母。
本发明还提供一种汽车排气系统，所述汽车排气系统具有如上述任一项所述的进气弯管。
优选地，所述汽车排气系统还包括用于连接所述进气弯管与所述汽车发动机的连接结构。
进一步地，所述汽车发动机包括连接法兰，所述连接结构包括用于连接所述第一连接部和所述连接法兰的卡箍，所述卡箍采用V型卡箍，所述第一连接部和所述连接法兰均卡设在所述V型卡箍的V型槽中。
进一步地，所述连接结构还包括设置在所述进气弯管与所述汽车发动机的结合面之间的密封结构。
更进一步地，所述密封结构包括密封圈，所述汽车发动机包括用于与所述进气弯管连接的连接法兰，所述连接法兰的端面上设置有密封槽，所述密封圈位于所述密封槽中。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的整体式催化器进气弯管结构简单，进气弯管整体成型，具有结构刚度高、精度好、壁厚分布均匀、疲劳耐久和热冲击性能优异的特点，避免了焊接缺陷，使得零件质量显著提升，利于进一步总成产品的加工装配。
附图说明
附图1为现有技术中催化器进气弯管的分解图；
附图2为本发明的整体式催化器进气弯管的结构示意图；
附图3为本发明的整体式催化器进气弯管的加工工艺流程图；
附图4为本发明的整体式催化器进气弯管热气胀形工艺设备的结构示意图；
附图5为进气弯管连接汽车发动机和催化器的结构示意图；
附图6为本发明的整体式催化器进气弯管与汽车发动机连接时的结构示意图（放大图）。
其中：1、弯管本体；2、第一连接部；3、第二连接部；4、安装部；5、卡箍；6、密封圈。
10、加热炉传送系统；20、搬运机器人；30、热气胀形成型装置；301、热气胀形成型模具；302、热气胀形动力装置；40、出料传送台；
A、直管坯料；B、初始管坯；C、胀后管坯；D、切后管坯；E、翻边后管坯；
100、汽车发动机；101、连接法兰；200、催化器。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图2所示，本发明的整体式催化器进气弯管包括弯管本体1、第一连接部2、第二连接部3和安装部4。
弯管本体1为整体结构，避免了现有技术中弯管本体1采用板材对半冲压再焊接所带来的端口不圆、焊接前组装不便、焊接疏松漏气、焊缝部位热冲击腐蚀严重等潜在质量问题。弯管本体1具有进气端和出气端，进气端的直径小于出气端的直径，进气端的中心轴线与出气端的中心轴线之间的夹角不大于90度。
第一连接部2设置在弯管本体1的进气端，用于与汽车发动机100连接。第二连接部3设置在弯管本体1的出气端，用于与催化器200连接。安装部4设置在弯管本体1上，用于安装氧传感器。弯管本体1、第一连接部2、第二连接部3和安装部4为整体结构，这样，可避免出现现有技术中各部件需要焊接到弯管本体1上而由于焊接所产生的质量问题。
本实施例中，第一连接部2为设置在弯管本体1的进气端的翻边法兰，第二连接部3为设置在弯管本体1的出气端的扩口限位台阶，安装部4为设置在弯管本体1上的翻边螺母。
以下具体介绍一下该进气弯管的加工制造工艺，其加工制造工艺流程图详见图3，具体工艺流程如下：
（1）下料
制造该进气弯管的原材料为直的圆管坯料，将圆管坯料切割成一定长度的直管坯料A；
（2）弯管
将步骤（1）中所获得的直管坯料A在冷态下采用数控弯管机对其进行弯曲得到大弯曲半径的弯管坯料，此为初始管坯B，此时该初始管坯B的弯曲半径大于实际进气弯管的弯曲半径，该初始管坯B的管的直径小于实际进气弯管的直径；
（3）热气胀形
将初始管坯B送到热气胀形工艺设备中进行热气胀形工艺，从而得到与实际进气弯管的弯曲半径相同的小弯曲半径的弯管坯料，此为胀后管坯C；
（4）切边、打孔
将胀后管坯C的两个端部的直段部分切除，只留下弯头部分，此时该弯头部分的管的直径与实际进气弯管的直径相同，在弯头部分上安装氧传感器位置的部位打孔，得到切后管坯D；
（5）翻边、扩口
对切后管坯D的小端及打孔部位进行翻边处理，并对切后管坯D的大端进行扩口处理，得到翻边后管坯E；
（6）攻螺纹
在打孔部位的翻边处加工与氧传感器安装法兰相匹配的螺纹，以安装氧传感器，攻螺纹后的产品再进行去毛刺、清洗等辅助工序。
如此便完成了该进气弯管的加工制造。上述步骤（3）中所提到的热气胀形工艺设备如图4所示，其主要包括如下部件：
热气胀形工艺设备包括加热炉传送系统10、搬运机器人20、热气胀形成型装置30及出料传送台40。
加热炉传送系统10用于将初始管坯B加热，本实施例中，加热炉传送系统10的最高加热温度不低于1000℃。
热气胀形成型装置30主要是利用流体压力成形，通过流体压力胀形将大弯曲半径的弯管坯料加工成小弯曲半径的弯管坯料。具体的，热气胀形成型装置30包括用于放置弯管坯料的热气胀形成型模具301和用于向位于热气胀形成型模具301中的弯管坯料的内腔中充压胀形的热气胀形动力装置302。本实施例中，热气胀形所采用的流体介质为气体，热气胀形动力装置302包括在弯管坯料的内腔中充气以产生气压的气源装置。当然，热气胀形所采用的流体介质也可采用液体，如油或水等。
出料传送台40用于传送胀后管坯C。
搬运机器人20用于搬运弯管坯料，搬运机器人20具有耐高温的抓具，以便于将加热后呈高温状态的初始管坯B搬运到热气胀形成型装置30中进行热气胀形。
初始管坯B经热气胀形工艺设备胀形后形成胀后管坯C的工作流程如下：
（1）首先，通过加热炉传送系统10将初始管坯B加热，加热温度到930℃左右后保温3分钟左右，然后将初始管坯B推送出加热炉传送系统10，此时该初始管坯B处于非常软的红热状态；
（2）搬运机器人20通过耐热的机器人抓具将经加热的初始管坯B快速转运到热气胀形成型装置30中；
（3）将初始管坯B放置到热气胀形成型模具301中，通过热气胀形动力装置302向位于热气胀形成型模具301中的初始管坯的内腔中充气产生压力，由于此时初始管坯B的温度较高，使得用于胀形的气体的温度也迅速升高，通过热气胀形使初始管坯B的弯曲段直径增加、弯曲半径降低，从而得到小弯曲半径、大直径的弯管坯料，即胀后管坯C；
（4）通过搬运机器人20将胀后管坯C搬运到出料传送台40上；
（5）通过出料传送台40将胀后管坯C传送到切边、打孔工位处进行切边及打孔操作。
该进气弯管主要通过热气胀形加工工艺制造，该工艺方法可实现进气弯管的一次整体热气胀形，整体成型后的产品结构刚度高、精度好、壁厚分布均匀，避免了破裂、起皱等成形缺陷，而且整体零件制造工序少、成本低。同时，在热气胀成形工艺中通过搬运机器人20自动上下料，辅助转运加热后的初始管坯B，提升了生产的稳定性。经工艺试验和产品测试结果表明，该种工艺可行性好，产品质量和性能获得大幅提升，符合热冲击试验、耐久试验等相关行业验证试验标准。
该发明还公开了一种汽车排气系统，该汽车排气系统包括催化器200，催化器200通过上述的进气弯管与汽车发动机100连接，见图5和图6所示。
该汽车排气系统还包括连接进气弯管和汽车发动机100的连接结构，如图6所示，汽车发动机100包括连接法兰101，该连接结构包括卡箍5，卡箍5用于连接进气弯管的第一连接部2和汽车发动机100的连接法兰101，本实施例中，卡箍5采用V型卡箍，连接时，第一连接部2和连接法兰101均卡设在V型卡箍的V型槽内。
该连接结构还包括设置在进气弯管与汽车发动机100的结合面之间的密封结构，本实施例中，密封结构采用密封圈6。
具体的，在连接法兰101的端面上设置有密封圈6，密封圈6位于该密封槽中。为进一步提高密封效果，在第一连接部2上设置有限位台阶，密封圈6同时卡设在该限位台阶上。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种整体式催化器进气弯管，包括具有进气端和出气端的弯管本体，其特征在于：所述进气弯管还包括设置在所述弯管本体的进气端用于与汽车发动机连接的第一连接部、设置在所述弯管本体的出气端用于与催化器连接的第二连接部和设置在所述弯管本体上用于安装氧传感器的安装部，所述弯管本体、所述第一连接部、所述第二连接部及所述安装部为整体式结构。
2.根据权利要求1所述的整体式催化器进气弯管，其特征在于：所述弯管本体的所述进气端的中心轴线和所述出气端的中心轴线之间的夹角不大于90度。
3.根据权利要求1所述的整体式催化器进气弯管，其特征在于：所述第一连接部为设置在所述弯管本体的进气端的翻边法兰。
4.根据权利要求1所述的整体式催化器进气弯管，其特征在于：所述第二连接部为设置在所述弯管本体的出气端的扩口限位台阶。
5.根据权利要求1所述的整体式催化器进气弯管，其特征在于：所述安装部为设置在所述弯管本体上的翻边螺母。
6.一种汽车排气系统，其特征在于：具有如权利要求1~5中任一项所述的进气弯管。
7.根据权利要求6所述的汽车排气系统，其特征在于：所述汽车排气系统还包括用于连接所述进气弯管与所述汽车发动机的连接结构。
8.根据权利要求7所述的汽车排气系统，其特征在于：所述汽车发动机包括连接法兰，所述连接结构包括用于连接所述第一连接部和所述连接法兰的卡箍，所述卡箍采用V型卡箍，所述第一连接部和所述连接法兰均卡设在所述V型卡箍的V型槽中。
9.根据权利要求7所述的汽车排气系统，其特征在于：所述连接结构还包括设置在所述进气弯管与所述汽车发动机的结合面之间的密封结构。
10.根据权利要求9所述的汽车排气系统，其特征在于：所述密封结构包括密封圈，所述汽车发动机包括用于与所述进气弯管连接的连接法兰，所述连接法兰的端面上设置有密封槽，所述密封圈位于所述密封槽中。
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