CN116498427B - 一种耐高温高压的弯头结构的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温高压的弯头结构的加工方法，属于汽车技术领域，包括弯管以及散热块，所述散热块固定于所述弯管的弯折部一侧，该侧的所述弯管内壁设置有往内凸起的扰流部，且对应位置的所述弯管外壁往内凹陷，所述扰流部沿气流方向设置在所述散热块的两端；所述扰流部的凸起程度自弯管的外壁往内壁方向逐渐增大，且最大凸起高度与最小凸起高度差不超过1.7mm；凸起的所述扰流部截面为圆弧状，且其宽度大于1/16的弯管管径，小于等于1/8的弯管管径。设置扰流部一方面提供蠕变的变形空间，使得管内压力往扰流部位置释放，同时扰流部的存在使得内部气体在经过该位置时紊乱聚集，使得扰流部蠕变强于其他位置。
Description
技术领域
本发明涉及弯管技术领域，尤其涉及一种耐高温高压的弯头结构的加工方法。
背景技术
汽车的排气歧管是用于排出发动机产生的废气的，废气最高温度能达到800多度，同时废气压强能有1000kpa。为了优化排气歧管的排布，需要在发动机与排气歧管之间设置一个弯头进行连接。
但是弯头在大角度的弯折之后外侧壁较为薄弱，同时在高温高压下使得蠕变更加迅速，使得弯头使用寿命下降。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供解决以上问题中的一种耐高温高压的弯头结构，对弯头结构进行优化，使得在高温高压环境下不容易出现损坏性质的蠕变变形，保证弯头的使用寿命。
本实施例采取的方案是：一种耐高温高压的弯头结构，包括弯管以及散热块，所述散热块固定于所述弯管的弯折部一侧，该侧的所述弯管内壁设置有往内凸起的扰流部，且对应位置的所述弯管外壁往内凹陷，所述扰流部沿气流方向设置在所述散热块的两端；所述扰流部的凸起程度自弯管的外壁往内壁方向逐渐增大，且最大凸起高度与最小凸起高度差不超过1.7mm；凸起的所述扰流部截面为圆弧状，且其宽度大于1/16的弯管管径，小于等于1/8的弯管管径。
为了保证扰流部成型时有足够的变形空间，同时保证成型后的扰流部更好的释放形变空间。本发明优选的技术方案在于，所述扰流部沿着弯折部的径向设置，且2/3部分长度的扰流部位于弯管轴线与外壁之间的一侧，1/3部分长度的扰流部位于弯管轴线与内壁之间的一侧。
为了增强散热来减低蠕变，同时对管壁进行补强，本发明优选的对散热块结构优化，所述散热块中部设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽内侧面与所述弯管的外侧壁贴合，所述散热块沿着所述弯管侧壁往上延伸，所述散热块靠近外壁的一端的延伸高度大于靠近内壁的一端。
为了尽可能的优化发动机排气，同时使得排气歧管空间结构更好排布，对弯管的连接管端结构优化，所述弯管两端分别设置有短管部和长管部，所述短管部的长度小于所述长管部的长度，所述长管部的端部设置有与发动机连接三孔接头，所述短管部的端部设置有与排气歧管连接的两孔接头。
本发明还提供一种用于耐高温高压的弯头结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤S00：选择合适管径的不锈钢管，使用弯管机对不锈钢管弯折至目标角度的60％；
步骤S10：采用第一矫正模具将弯折部分包裹住，第一矫正模具内部设置有第一凸起部，第一凸起部高度为扰流部高度的一半，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体保持一段时间；
步骤S20：对处理好的不锈钢管进行二次折弯至目标角度，然后采用第二矫正模具将弯折部分包裹住，第二矫正模具内部设置有第二凸起部，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体使得扰流部达到预定高度；
步骤S30：对弯折成型的不锈钢管切割成合适尺寸，在切割后的不锈钢管两端分别焊接三孔接头和两孔接头，并将散热块焊接在扰流部的外侧。
其中优选的方案在于，在步骤S10中，第一矫正模具包括第一上模板和第一下模板，所述第一凸起部位于所述第一上模板的凹槽内壁，在矫正成型时，所述不锈钢管放置于所述第一下模板中，不锈钢管两端连接有加压设备，第一上模板通过液压机向下合模时缓慢对不锈钢管内部加压，并在合模后保持最高压力一段时间。
进一步的，在步骤S10中，不锈钢管通入的压强从5Mpa不断增加至20Mpa，加热温度控制在200℃，压力保持时间为1分钟至3分钟。
优选的一种方案在于，在步骤S20中，在弯折前先将不锈钢管预热至500-600℃，第二矫正模具包括第二上模板、第二下模板以及活动加压件，所述活动加压件滑动连接在第二上模板上，所述第二凸起部位于所述活动加压件端部。
在矫正成型时，第二上模板、第二下模板先合模将不锈钢管固定，然后对不锈钢管加热至200℃，液压机控制活动加压件往不锈钢管移动，在活动加压件完全与不锈钢管侧壁挤压后缓慢对不锈钢管内部加压，在活动加压件移动到位后保持一段时间然后泄压，移出活动加压件并开模获得弯折成型的不锈钢管。本发明耐高温高压的弯头结构及其加工方法具有以下技术效果：
本申请耐高温高压的弯头结构，包括弯管以及散热块，所述散热块固定于所述弯管的弯折部一侧，该侧的所述弯管内壁设置有往内凸起的扰流部，且对应位置的所述弯管外壁往内凹陷，所述扰流部沿气流方向设置在所述散热块的两端；所述扰流部的凸起程度自弯管的外壁往内壁方向逐渐增大，且最大凸起高度与最小凸起高度差不超过1.7mm；凸起的所述扰流部截面为圆弧状，且其宽度大于1/16的弯管管径，小于等于1/8的弯管管径。设置扰流部一方面提供蠕变的变形空间，使得管内压力往扰流部位置释放，同时扰流部的存在使得内部气体在经过该位置时紊乱聚集，产生涡流和湍流现象，大量的热量会在该位置聚集，使得扰流部蠕变强于其他位置，同时散热块设置在该位置有助于热量导出。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式中提供的耐高温高压的弯头结构整体结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的耐高温高压的弯头结构剖面结构示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的扰流部所在截面结构示意图；
图中：
1、弯管；11、短管部；12、弯折部；13、长管部；2、散热块；3、三孔接头；4、两孔接头；5、扰流部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一
下面结合附图及实施例，详细说明该耐高温高压的弯头结构。
如图1所示，本发明提供的一种耐高温高压的弯头结构，包括弯管1以及散热块2，所述散热块2固定于所述弯管1的弯折部12一侧，该侧的所述弯管1内壁设置有往内凸起的扰流部5，且对应位置的所述弯管1外壁往内凹陷，所述扰流部5沿气流方向设置在所述散热块2的两端；扰流部5设置有两个，在两个扰流部5之间形成一个变速区域，当气流在经过这个区域时由于扰流部5的阻挡会使得速度产生变化，在稳定的流体系统中突然产生的速度变化使得该区域流体紊乱，产生涡流和湍流现象，同时会使得该位置热量聚集。大量的热可以通过散热块2导出，使得热量均匀分布在散热块2中，而该位置的大量热量聚集会使得蠕变强于其他位置，使得该位置的蠕变反应最明显，而凸起的扰流部5提供了大量的蠕变空间，使得长时间的蠕变也不会影响其他位置，确保弯头在长时间时候后性能依旧稳定。所述扰流部5的凸起程度自弯管1的外壁往内壁方向逐渐增大，且最大凸起高度与最小凸起高度差不超过1.7mm；位于弯管1内侧的气流在输送时方向改变最大，加大该侧的扰流部5高度可以使得扰流效果更加明显，同时内侧的管壁在弯折时加厚了，使得该侧的管壁具有更大的形变空间，承受更大程度的形变也不会影响性能，而加高的扰流部5使得该位置温度增加更多，从而将蠕变更加集中在弯折内侧，该侧加大的壁厚使得蠕变影响降低。凸起的所述扰流部5截面为圆弧状，且其宽度大于1/16的弯管1管径，小于等于1/8的弯管1管径。以45mm管径的弯头为例，用于其的扰流部5宽度可以选择2.8mm-5.6mm，其中较优的方案为3.6mm，且同时扰流部5高度最低处选择1mm，最高处选择2.5mm即可。其中扰流部5宽度与最低点高度的对应公式为h＝D/kθ，其中h为扰流部5最低点高度，D为管径，k为扰流部5宽度，θ为材料调节系数，不锈钢调节系数为12.5。对于不同的管径，扰流部5的宽度以及宽度的选择对扰流效果不同，同时对加工难度和成品率都有影响。扰流部5过小的宽度使得很难加工出大的高度，从而使得扰流效果不明显，优选的宽度大于1/16的弯管1管径，而宽度过大使得弯管1大幅变形，对弯管1本身性能会产生影响，优选的小于等于1/8的弯管1管径。
为了保证扰流部5成型时有足够的变形空间，同时保证成型后的扰流部5更好的释放形变空间。本发明优选的技术方案在于，所述扰流部5沿着弯折部12的径向设置，且2/3部分长度的扰流部5位于弯管1轴线与外壁之间的一侧，1/3部分长度的扰流部5位于弯管1轴线与内壁之间的一侧。位于弯折部12外侧的管壁较薄，蠕变时属于最容易损坏的部分，而将扰流部5的大部分设置在该侧使得提供更多的蠕变空间，且该侧的扰流部5高度较小，通过加长长度使得来保证该侧有足够的蠕变空间，而位于弯折部12内侧的扰流部5有足够高度，较小的长度就可以提供足够的蠕变空间。
为了增强散热来减低蠕变，同时对管壁进行补强，本发明优选的对散热块2结构优化，所述散热块2中部设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽内侧面与所述弯管的外侧壁贴合，所述散热块2沿着所述弯管1侧壁往上延伸，所述散热块2靠近外壁的一端的延伸高度大于靠近内壁的一端。散热块2贴合在管壁上进行热量的传导，使得热量较为均匀的分布在散热块2中，通过散热块2较大的表面积增加散热。同时该侧由于热量聚集使得蠕变更强，虽然有扰流部5来承受大部分蠕变，但是温度聚集使得该侧弯管1侧边还是蠕变会增加，而散热块2贴合的管壁上可以很好的对管壁进行补强。
为了尽可能的优化发动机排气，同时使得排气歧管空间结构更好排布，对弯管1的连接管端结构优化，所述弯管1两端分别设置有短管部11和长管部13，所述短管部11的长度小于所述长管部13的长度，所述长管部13的端部设置有与发动机连接三孔接头3，所述短管部11的端部设置有与排气歧管连接的两孔接头4。三孔接头3和两孔接头4使得方便连接，同时三孔接头3和两孔接头4端部设置有密封圈。与发动机连接的一侧设置为长管部13，使得排气出来后尽可能经过一段较长的管段排出，减低排出时的阻力避免影响气缸排气。采用弯折向下的弯头连接后，可以使得发动机排气侧的空间优化出来，排气歧管可以更好的往纵向设计。
实施例二
本发明还提供一种用于耐高温高压的弯头结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤S00：选择合适管径的不锈钢管，使用弯管机对不锈钢管弯折至目标角度的60％；本实施例以小排量发动机为例，不锈钢管采用内径为45mm的材料，本实施例目标角度为90°，在第一次弯折时将角度弯折至54°左右，忽略材料回弹等带来的角度不准确性。90°弯折角度一次成型使得材料变形严重，且后续扰流部5成型困难。第一次弯折60％的角度可以使得成型简单，且较好的保证成型后弯管1的质量。
步骤S10：采用第一矫正模具将弯折部12分包裹住，第一矫正模具内部设置有第一凸起部，第一凸起部高度为扰流部5高度的一半，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体保持一段时间；其中优选的方案在于，在步骤S10中，第一矫正模具包括第一上模板和第一下模板，所述第一凸起部位于所述第一上模板的凹槽内壁，在矫正成型时，所述不锈钢管放置于所述第一下模板中，不锈钢管两端连接有加压设备，第一上模板通过液压机向下合模时缓慢对不锈钢管内部加压，并在合模后保持最高压力一段时间。进一步的，在步骤S10中，不锈钢管通入的压强从5Mpa不断增加至20Mpa，加热温度控制在200℃，压力保持时间为1分钟至3分钟。在第一弯折后，不锈钢管内存在残留应力，加热至200℃可以有效的消除残留应力。加压设备采用小型的流体成型设备，加压介质采用乳化液，通过加压设备控制通过不锈钢管内部的压力。在内部高压下可以改善不锈钢管的椭圆度。同时加压情况下进行合模，使得第一凸起部对不锈钢管施压时，由于内部高压的存在使得形变部分主要集聚在第一凸起部附近，减少扰流部5在成型时形变部分的扩散，确保成型的扰流部5形状合适。同时在第一矫正模具包裹限位下，以及高温高压下保持一段时间使得不锈钢管应力基本释放。
步骤S20：对处理好的不锈钢管进行二次折弯至目标角度，然后采用第二矫正模具将弯折部12分包裹住，第二矫正模具内部设置有第二凸起部，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体使得扰流部5达到预定高度；优选的一种方案在于，在步骤S20中，在弯折前先将不锈钢管预热至500-600℃，第二矫正模具包括第二上模板、第二下模板以及活动加压件，所述活动加压件滑动连接在第二上模板上，所述第二凸起部位于所述活动加压件端部。在矫正成型时，第二上模板、第二下模板先合模将不锈钢管固定，然后对不锈钢管加热至200℃，液压机控制活动加压件往不锈钢管移动，在活动加压件完全与不锈钢管侧壁挤压后缓慢对不锈钢管内部加压，在活动加压件移动到位后保持一段时间然后泄压，移出活动加压件并开模获得弯折成型的不锈钢管。不锈钢管弯管1的工作温度大概在750℃左右，而不锈钢形变温度大概在900摄氏度以上，而在弯折前将温度先预热至500-600℃处于一个相对低温，在这个状态下弯折已经进入了不锈钢蠕变的温度区间，该温度下不锈钢管进行二次弯折成型更加容易。在弯折之后直接放入第二矫正模具中固定，同时加热保持在200℃以消除残余应力。在不锈钢管固定之后通过液压机驱动活动加压件挤压成型，使得扰流部5成型。在这个过程中不断对不锈钢管内部增压，并且成型后保持最高压力一段时间，在这个保持压力的过程中活动加压件始终固定在最大顶出位置上，保证压力不会使得扰流部5回弹，并且通过高温和高压的作用下消除应力，使得扰流部5成型稳定。
步骤S30：对弯折成型的不锈钢管切割成合适尺寸得到弯管1，在弯管1两端分别焊接三孔接头3和两孔接头4，并将散热块2焊接在扰流部5的外侧。不锈钢管在成型加工时两端预留有操作部分，在弯折成型后通过切割去除不需要的部位。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
弯头结构包括弯管以及散热块，所述散热块固定于所述弯管的弯折部一侧，该侧的所述弯管内壁设置有往内凸起的扰流部，且对应位置的所述弯管外壁往内凹陷，所述扰流部沿气流方向设置在所述散热块的两端；
所述扰流部的凸起程度自弯管的外壁往内壁方向逐渐增大，且最大凸起高度与最小凸起高度差不超过1.7mm；
凸起的所述扰流部截面为圆弧状，且其宽度大于1/16的弯管管径，小于等于1/8的弯管管径；
所述扰流部沿着弯折部的径向设置，且2/3部分长度的扰流部位于弯管轴线与外壁之间的一侧，1/3部分长度的扰流部位于弯管轴线与内壁之间的一侧；
所述方法包括以下步骤：
步骤S00：选择合适管径的不锈钢管，使用弯管机对不锈钢管弯折至目标角度的60％；
步骤S10：采用第一矫正模具将弯折部分包裹住，第一矫正模具内部设置有第一凸起部，第一凸起部高度为扰流部高度的一半，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体保持一段时间；
步骤S20：对处理好的不锈钢管进行二次折弯至目标角度，然后采用第二矫正模具将弯折部分包裹住，第二矫正模具内部设置有第二凸起部，对不锈钢管加热并且在其内部通入高压液体使得扰流部达到预定高度；
步骤S30：对弯折成型的不锈钢管切割成合适尺寸得到弯管，在弯管两端分别焊接三孔接头和两孔接头，并将散热块焊接在扰流部的外侧。
2.如权利要求1所述的耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
所述散热块中部设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽内侧面与所述弯管的外侧壁贴合，所述散热块沿着所述弯管侧壁往上延伸，所述散热块靠近外壁的一端的延伸高度大于靠近内壁的一端。
3.如权利要求1所述的耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
所述弯管两端分别设置有短管部和长管部，所述短管部的长度小于所述长管部的长度，所述长管部的端部设置有与发动机连接三孔接头，所述短管部的端部设置有与排气歧管连接的两孔接头。
4.如权利要求1所述的耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
在步骤S10中，第一矫正模具包括第一上模板和第一下模板，所述第一凸起部位于所述第一上模板的凹槽内壁，在矫正成型时，所述不锈钢管放置于所述第一下模板中，不锈钢管两端连接有加压设备，第一上模板通过液压机向下合模时缓慢对不锈钢管内部加压，并在合模后保持最高压力一段时间。
5.如权利要求4所述的耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
在步骤S10中，不锈钢管通入的压强从5Mpa不断增加至20Mpa，加热温度控制在200℃，压力保持时间为1分钟至3分钟。
6.如权利要求1所述的耐高温高压的弯头结构的加工方法，其特征在于：
在步骤S20中，在弯折前先将不锈钢管预热至500-600℃，第二矫正模具包括第二上模板、第二下模板以及活动加压件，所述活动加压件滑动连接在第二上模板上，所述第二凸起部位于所述活动加压件端部；
在矫正成型时，第二上模板、第二下模板先合模将不锈钢管固定，然后对不锈钢管加热至200℃，液压机控制活动加压件往不锈钢管移动，在活动加压件完全与不锈钢管侧壁挤压后缓慢对不锈钢管内部加压，在活动加压件移动到位后保持一段时间然后泄压，移出活动加压件并开模获得弯折成型的不锈钢管。
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