CN1219606C - 具有偏心扩张开口端的金属管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

使原金属管的开口端塑性变形成这样的同轴扩张的状态，以致在偏心扩张的侧部处的轴向壁长度大于非偏心扩张的相对侧处的轴向壁长度。然后通过将偏心扩张冲头强制插入到同轴扩张开口端中，使其塑性变形成偏心扩张的状态。偏心扩张冲头在锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘倾斜一个预定角度，从而使圆柱形主体与同轴扩张开口端的内壁在偏心扩张的那侧上形成接触早于与非偏心扩张的相对侧形成接触。当同轴扩张开口端塑性地变形成偏心扩张的状态时，在偏心扩张的那侧抑制了金属流动，但是促使了金属从非偏心扩张的相对侧流动到前侧。因此，开口端塑性变形成偏心扩张的状态，而沿着圆周方向没有厚度偏差。

Description

具有偏心扩张开口端的金属管的制造方法
技术领域
本发明涉及具有相对于其轴线进行了偏心扩张的开口端的金属管的制造方法。
背景技术
具有偏心扩张开口端的金属管用作汽车燃料等的供油管路。至此，通过下面方法制造这种金属管：使原金属管的开口端进行膨胀，或者将一个具有挤压过的开口端的金属管连接到另一个具有扩张过的开口端的金属管。但是，该过程太过复杂，从而导致制造成本增加。在这方面上，已试验了不同的方法，如通过强制插入锥形扩张冲头使原金属管在它的开口端沿径向进行扩张。
在传统扩张方法中，将扩张冲头强制插入到具有开口端的原金属管1中，该开口端垂直于它的轴线，如图1所示。通过插入扩张冲头使该开口端塑性变形成同轴扩张过的状态2。在使用顶部为锥形的扩张冲头时，锥形部分4形成于平直部分3和扩张的开口端2之间。之后，把另一冲头插入到扩张的开口端2从而形成偏心扩张的开口端5，该开口端5偏离平直部分3的轴线，而该另一冲头保持在偏移于平直部分3的轴线的位置上。
尽管通过插入冲头来形成偏心扩张的部分5，而该冲头的中心轴线沿着方向D与平直部分3的轴线偏离一定距离，但是原金属管1的变形率响应偏心而沿着圆周方向进行改变。简而言之，原金属管1的壁厚非偏心扩张的侧部7上不会减少得太多，但是原金属管1最好在进行偏心扩张的侧部6处沿着它的圆周方向进行延伸，而从侧部7流动到侧部6中的金属较少。因此，偏心扩张的侧部6沿着圆周方向变薄了。该薄壁产生了这样的问题：裂纹或者截面收缩。这些问题的产生有可能使扩张的增加加强。局部变薄的壁还降低了产品的机械强度。
发明内容
本发明的目的是通过在偏心扩张步骤之前形成同轴扩张开口端来提供一种具有偏心扩张开口端的金属管，该开口端没有裂纹和截面收缩，且该开口端沿着金属管的轴向被拉长，而在偏心扩张的那侧处拉长得比非偏心扩张的相对侧部处的长，从而促使金属从前侧流动到后侧上，而沿着圆周方向没有壁厚的局部减少。
本发明提出了一种新方法，该方法通过同轴扩张和偏心扩张这两个步骤来制造具有偏心扩张开口端的金属管。
首先，将同轴扩张冲头强制插入到原金属管的开口端，从而使开口端塑性变形成这样的同轴扩张的状态：偏心扩张的那侧沿着所述原金属管的轴向长于非偏心扩张的相对侧。
在形成同轴扩张开口端之后，从金属管中拔出同轴扩张冲头。
之后，将偏心扩张冲头强制插入到原金属管的同轴扩张开口端中，从而使开口端塑性变形成偏心扩张的状态，该偏心扩张冲头在锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘相对于原金属管的径向倾斜一个预定角度，因此圆柱形主体与同轴扩张开口端的内壁在偏心扩张的那侧上形成接触早于与非偏心扩张的相对侧形成接触。
在同轴扩张步骤中，可以使用同轴扩张冲头，该同轴扩张冲头在锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘倾斜这样的一个角度，以致沿着原金属管的轴向的圆柱形主体的长度在偏心扩张的那侧上短于非偏心扩张的相对侧处的长度。通过强制插入同轴扩张冲头使原金属管的开口端塑性变形成同轴扩张的状态，与非偏心扩张的相对侧相比，这种状态在偏心扩张的那侧上沿着它的轴向拉长。
此外，当同轴扩张开口端通过偏心扩张冲头来工作时，促使金属从非偏心扩张的相对侧流动到偏心扩张的那侧上，该偏心扩张冲头在它的锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘与同轴扩张冲头的倾斜相对地进行倾斜。因此，金属管的开口端塑性变形成偏心扩张的状态，而沿着它的圆周方向壁厚不会明显减少。
附图说明
图1是示意图，它解释了通过同轴扩张和偏心扩张这两个步骤使金属管的开口端变形成偏心扩张的状态的传统方法。
图2A是示意图，它解释了新提出的方法，原金属管的开口端塑性变形成同轴扩张的状态，在该状态时，偏心扩张的那侧处的轴向壁长度大于非偏心扩张的相对侧处的轴向壁长度。
图2B是示意图，它图解了金属管的同轴扩张开口端。
图3A是示意图，它解释了所提出的新方法的偏心扩张步骤，其中将偏心扩张冲头强制插入到同轴扩张开口端。
图3B是示意图，它图解了金属管的偏心扩张开口端。
具体实施方式
根据本发明，金属管的开口端通过同轴扩张和偏心扩张这两个步骤来进行扩张。在第一步骤即同轴扩张步骤中，开口端进行同轴扩张。在第二步骤即偏心扩张步骤中，使同轴扩张开口端进一步进行偏心扩张。
在同轴扩张步骤中，同轴扩张冲头10保持在与原金属管M同轴的位置上，该冲头10在锥形端部11和圆柱形主体12之间具有边缘13，该边缘13相对于原金属管M的径向r倾斜一预定角度α。然后，将同轴扩张冲头10强制插入到原金属管M中，如图2A所示。由于金属管M的内壁与冲头10的圆柱形主体12形成接触，并且非偏心扩张的那侧处扩张成目标直径早于在偏心扩张的那侧处扩张成目标直径，该壁的收缩变形主要位于非偏心扩张的那侧上，而不是位于偏心扩张的那侧上。因此，原金属管M的开口端塑性变形成这种同轴扩张状态M1，因此非偏心扩张的那侧上的轴向壁长度L1短于在偏心扩张的那侧上的轴向壁长度L2，如图2B所示一样。
同轴扩张开口端M1具有这样的壁：该壁长度沿着它的轴向分别拉长成L1＜L2，这种同轴扩张开口端M1可以通过各种型式的冲头来形成，只要非偏心扩张的那侧上的壁塑性变形到目标直径早于在偏心扩张的那侧上的壁进行塑性变形即可。
当冲头10用来扩张原金属管M的开口端时，倾斜角度α优选确定为3-60度，该冲头在锥形端部11和圆柱形主体12之间具有边缘，该边缘倾斜α角度。如果倾斜角度α小于3度，那么在轴向壁长度L1和L2之间不能充分达到适合于本发明目的的差值。如果倾斜角度α大于60度，那么在下面的偏心扩张步骤中使非偏心扩张的那侧的金属流出太多。过量的金属流动意味着壁厚减少，并且非偏心扩张的那侧上可以产生一些缺陷如产生裂纹。
偏心扩张冲头20在锥形端部21和圆柱形主体22之间具有边缘23，该边缘相对于同轴扩张的金属管M1的径向倾斜一预定角度θ，该冲头20用于下面的偏心扩张步骤中，如图3A所示。在将该冲头20强制插入到同轴扩张开口端M1中时，锥形端部21与在偏心扩张的那侧处的内壁形成接触比与非偏心扩张的那侧处的内壁形成接触要早。
在原金属管M通过具有倾斜角α的同轴扩张冲头10来扩张的情况下，同轴扩张开口端M1优选通过冲头20进行偏心扩张，该冲头20具有边缘23，而该边缘相对于同轴扩张冲头10的倾斜角α而倾斜一个角度θ。倾斜角θ优选与倾斜角α的在相对方向上具有相同角度。
在将具有倾斜角θ的冲头20强制插入到同轴扩张开口端M1中时，圆柱形主体22的边缘与同轴扩张开口端M1的内壁在偏心扩张的那侧处形成接触早于与非偏心扩张的相对侧处。当冲头20前推到开口端M1中时，圆柱形主体22的接触表面延伸到非偏心扩张的侧部上。即，同轴扩张开口端M1的内壁通过圆柱形主体22以这样的方式进行挤压，从而使偏心扩张的那侧的变形早于非偏心扩张的相对侧的变形。
因此，在偏心扩张的那侧处的壁的抗变形能力大于非偏心扩张的那侧处的壁的抗变形能力。在偏心扩张期间，冲头20的圆柱形主体22抑制了在偏心扩张的那侧处的金属流动。但是，金属在非偏心扩张的那侧上被拉伸，并且流向偏心扩张的那侧。其结果是，同轴扩张开口端M1塑性变形成偏心扩张的状态M2，该状态M2沿着圆周方向具有均匀的壁厚，而在偏心侧，壁厚没有局部减少。
实施例
一种外径为25.4mm、壁厚为1.0mm和长度为350mm的高频焊接金属管用作原金属管M。通过将同轴扩张冲头10强制插入到原金属管M的开口端使原金属管M的开口端塑性变形成同轴扩张的状态M1。之后，通过将偏心扩张冲头20强制插入到同轴扩张开口端M1使同轴扩张开口端M1塑性变形成偏心扩张的状态M2。原金属管M的开口端通过冲头10、20进行同轴扩张然后进行偏心扩张，这些冲头10、20由淬硬工具钢制成，在表1所示的条件下在四个步骤中把润滑剂扩散到这些冲头中。
表1直到形成偏心扩张开口端的工作步骤
工作模式的结合     形成同轴扩张开口端的步骤       形成偏心扩张开口端的步骤
第一步骤 第二步骤 第三步骤 第四步骤
扩张比 26.8％ 53.5％ 79.1％ 104.7％
偏心距 3.25mm 6.5mm
本发明的实施例 α：15度 α：15度 θ：-15度 θ：-15度
比较例1 α：0度 α：0度 θ：-15度 θ：-15度
比较例2 α：15度 α：15度 θ：0度 θ：0度
α：同轴扩张冲头的边缘的倾斜角
θ：偏心扩张冲头的边缘的倾斜角
在原金属管M在它的开口端进行偏心扩张之后，可以看到偏心扩张开口端M2，从而分析它的外形和厚度分布。表2示出了这些结果。它证明了：本发明实施例的金属管M2甚至在偏心扩张的侧部上具有足够的壁厚而没有厚度偏差或者没有截面收缩，所述金属管M2在同轴扩张开口端M1形成如L1＜L2的轴向不同壁长度之后，开口端被进行偏心扩张。在偏心扩张开口端M2处的最大壁厚减小量被控制在25％的范围内。
比较例1的金属管M2在偏心扩张的侧部上壁厚最多可以减少31％，所述金属管M2通过具有L1＝L2的、同轴扩张开口端M1进行偏心扩张来得到。但是由于壁厚减少太多而常常产生裂纹或者截面收缩。
即使在如L1＜L2的不同轴向壁长度的、同轴扩张开口端M1通过冲头20进行偏心扩张，该冲头20在锥形端部21和圆柱形主体22之间具有非倾斜的边缘23，但是在偏心扩张开口端M2处壁厚的最大减少量仍然高达33％，如比较例2所述。在一些情况下也可以探测到裂纹或者截面收缩。
通过本发明的实施例和比较例的比较可以清楚地注意到，通过同轴扩张步骤与偏心扩张步骤的结合，可以有效地形成偏心扩张开口端M2，而不会沿着圆周方向使壁厚局部减少，而该同轴扩张步骤使原金属管M的开口端塑性变形成具有L1＜L2的同轴扩张的状态，偏心扩张步骤使用具有圆柱形主体22的偏心扩张冲头20，该圆柱形主体22与同轴扩张开口端M1的内壁在偏心地进行扩张的侧部处形成接触早于非偏心扩张的相对侧部处。由于沿着圆周方向抑制了壁厚的局部减少，因此偏心扩张的金属管M2可以作为没有缺陷如裂纹或者截面收缩的产品使用。同轴扩张步骤与偏心扩张步骤的这种结合特别有利于偏心扩张开口端M2形成有这样的外径：该外径是原管M的两倍或者更多倍，如实施例中所述一样。
表2偏心扩张开口端的外形及缺陷的产生
  本发明实施例          比较例
  1   2
偏心扩张开口端M2的最大壁厚减少量(％)   25   31   33
裂纹的产生频率      (片)   0/100   7/100   15/100
截面收缩的产生频率  (片)   0/100   14/100   22/100
根据上述的本发明，原金属管的开口端塑性变形成同轴扩张的状态，在该状态时，在偏心扩张的那侧处的轴向壁长度大于非偏心扩张的相对侧处的长度，然后通过偏心扩张冲头变形成偏心扩张的状态，该冲头具有圆柱形主体，该圆柱形主体与同轴扩张开口端的内壁在前侧处形成接触早于在相对侧处。由于定时控制冲头与内壁的接触表面，因此在偏心扩张步骤中促使金属从相对侧流动到前侧，但是限制了金属从前侧进行的反向流动。因此，沿着金属管的圆周方向抑制壁厚的局部减少，并且产品具有良好形状的、偏心扩张的开口端。

Claims (2)

1.一种具有偏心扩张开口端的金属管的制造方法，该方法包括以下步骤：
将同轴扩张冲头强制插入到原金属管的开口端，从而使所述开口端塑性变形成这样的同轴扩张的状态：偏心扩张的那侧沿着所述原金属管的轴向长于非偏心扩张的相对侧；
从所述原金属管中拔出所述同轴扩张冲头；及然后
将偏心扩张冲头强制插入到所述原金属管的同轴扩张开口端中，从而使所述开口端塑性变形成偏心扩张的状态，所述偏心扩张冲头在锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘相对于所述圆柱形主体的径向倾斜一个预定角度，因此所述圆柱形主体与同轴扩张开口端的内壁在偏心扩张的那侧上形成接触早于与非偏心扩张的相对侧形成接触。
2.如权利要求1所述的具有偏心扩张开口端的金属管的制造方法，其中，同轴扩张冲头在锥形端部和圆柱形主体之间具有边缘，该边缘倾斜这样的一个角度，以致沿着原金属管的轴向的所述圆柱形主体的长度在偏心扩张的那侧上短于非偏心扩张的相对侧处的长度，并且所述边缘的倾斜与锥形端部和偏心扩张冲头的圆柱形主体之间的边缘的倾斜相反。
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