CN1723093A - 用于膨胀管坯的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于膨胀管坯的方法，包括：提供一个中空管坯，该管坯在原始结构中具有一个带有中心轴线的第一开口端、和一个具有带有绕中心轴线延伸的封闭截面的内表面的第一部分；通过将一个第一冲头插入到管坯的第一开口端中对管坯的第一截面进行初始膨胀，以便所述内表面膨胀并向外移动，进而与在原始结构中相比远离中心轴线，以便形成一个初始膨胀结构；并且通过液压成型对管坯的第一部分进一步进行膨胀。

Description

用于膨胀管坯的方法

发明的领域

本发明主要涉及一种成型结构件的方法。更具体地说，本发明涉及一种利用包括液压成型的工艺对坯料进行膨胀。

发明的背景

已知通过将一个冲头压入到坯料中以对坯料端部进行膨胀对金属管坯进行机械成型。然而，该工艺仅能够进行坯料的有限膨胀，并且仅作用于坯料的端部。还已知利用流体压力对金属坯料进行成形，例如已知“液压成型”技术。通常的液压成型技术可以使坯料从其原始结构膨胀大约30％。然而，现有可以使用的用于管坯膨胀的技术不适于液压成型的发展趋势和对管坯的较大膨胀量的需要，这些超出了用现有的膨胀方法可以获得的范围。本发明致力于本领域中的这一需要和本领域技术人员可以从给出的公开内容理解的其它需要。

发明的概述

本发明的一个目的是提供一种用于膨胀管坯的改进的方法。

本发明的另一个目的是提供一种同时采用冲压和液压成型膨胀管坯的方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于将管坯的一部分从其原始结构膨胀至超出以前可达到的膨胀极限的改进的方法。

前述目的主要是通过提供一种用于碰撞管坯的方法来获得的，该方法包括：提供一个中空管坯，该管坯在原始结构中具有一个带有中心轴线的第一开口端、和一个具有带有绕中心轴线延伸的封闭截面的内表面的第一部分；通过将一个第一冲头插入到管坯的第一开口端中对管坯的第一截面进行初始膨胀，以便所述内表面膨胀并向外移动，进而与在原始结构中相比远离中心轴线，以便形成一个初始膨胀结构；并且通过液压成型对管坯的第一部分进一步进行膨胀，所述液压成型包括将具有初始膨胀结构的管坯放置到一个具有模具表面的模腔中，向坯料内部提供高压流体以便第一部分的内表面进一步膨胀并进一步向外移动，与模具表面一致以便成型出与在原始膨胀结构中相比更加远离中心轴线的进一步膨胀的结构。

结合附图，从下面的详细说明中将更清楚地理解本发明的这些和其它目的、特征和优点，所述附图是本公开内容的一部分，并且通过举例对本发明的原理进行说明。

附图的简单说明

这些附图有利于对本发明各种实施例的理解。在附图中：

图1是由本发明的示例性实施例膨胀的结构部件的一个例子的透视图。

图2是图1部分的一个端部的放大透视图。

图3是在各端部与其它结构件连接起来的图1部分的透视图。

图4是与另一个坯料连接起来的图3部分的一个端部的放大透视图。

图5是在利用一个根据本发明一个实施例的冲头对管坯进行预膨胀之前的坯料和冲头的透视图。

图6是在用冲头进行初始膨胀之后图5的坯料的透视图。

图7是图6的初始膨胀坯料的另一个透视图。

图8是被置于液压成型模具组件之内且在根据本发明的一个实施例利用内部流体压力进一步进行膨胀之前的图6所示初始膨胀坯料的透视图。

图9是表示利用图8所示内部流体压力进一步进行膨胀之后的图7所示初始膨胀坯料的透视图。

图10A是一个表示图1-9所示坯料的端部的剖视图，其中用实线表示膨胀之前的坯料，用短划线表示在用冲头进行初始或预膨胀之后的坯料，并且用虚线表示利用内部流体压力或液压成型进一步膨胀之后的坯料。

图10B是与图10A类似的剖视图，表示图1-9所示的坯料的一个端部，但是用短划线表示膨胀之前的坯料，用实线表示利用冲头进行初始或预膨胀之后的坯料，并且用虚线表示利用内部流体压力或液压成型进一步膨胀之后的坯料；

图10C是与图10A类似的剖视图，表示图1-9所示的坯料的一个端部，但是用虚线表示膨胀之前的坯料，用短划线表示用冲头进行初始或预膨胀之后的坯料，并且用实线表示利用初始流体压力或液压成型进一步膨胀之后坯料；

图11A至11F是前述附图中所示本发明的实施例的剖视图，其中，图11A表示初始膨胀之前的坯料，图11B表示初始膨胀之后的坯料，图11C表示利用液压成型进一步膨胀，图11D表示进一步膨胀之后的坯料，图11E表示初始切割步骤之后的坯料，图11F表示最终切割步骤之后的坯料；并且

图12是表示图11D所示坯料的一个端部在进一步膨胀之后、且在按照表示当切割成最终形状时的切割线的短划线进行切割之前的正视图。

实施例的详细说明

图1-12表示本发明的一个实施例。所示实施例提供了一种用于将管坯膨胀成再构造部件、例如在图1-4中所示且标为10的再构造部件的例子的方法。将管坯或管子膨胀并成型成部件10，该部件10与管子结构不同的所需结构，并且在其一端或两端上包括一个所需的截面。利用举例说明的方法对再构造或所需部件10进行膨胀和成型，如下面进一步说明的那样，所述方法同时采用机械和流体成型力。

图1所示的再构造部件10是本发明所示实施例的一个应用的例子。部件10具有主体部12，该主体部12的截面大致呈矩形，向外位移的对向开口端14、16的结构类似。由于开口端14、16相互类似，所以只要理解了其中一个的结构也就对两个结构都理解了。

参照图2，开口端14具有一对相对的上、下耳部18、20。耳部18、20从斜坡部22延伸出来，该斜坡部22从矩形主体部12延伸出来。耳部18、20与管坯的一个已经从部件10的坯料原始结构膨胀至大约100％的部分相对应。结果，各开口端14、16的耳部被构造成可以在其间容纳其它坯料，例如图3所示的坯料24、26，以便当进行连接时各开口端14、16的耳部可以以围绕的关系与其它构件24、26配合。特别地，图4表示与构件24对向端的外表面25、27配合的开口端14的耳部18、20。尽管开口端14、16结构类似，但是希望开口端14、16可以具有不同的结构，以便容纳与构件24和26不同形状的构件。

如在背景技术中所示，冲压和液压成型是膨胀和成型管坯的已知方法。然而，本发明的实施例对于管坯的同一部分采用这些方法，以便实现以前单独利用这些方法不能达到的膨胀量。通过对管坯的同一部分顺序进行机械冲压和施加流体压力，该部分可以实现达到大约100％的膨胀。现在，将更详细地说明将管坯膨胀成上述再构造部件10的方法。

在图5中，提供一个预定长度的管坯28或管子，该管坯或管子具有一个第一开口端30和一个第二开口端(未示出)。可以将管子28切至一定长度或制成所需长度。第一和第二开口端彼此相同，从而只要理解了第一开口端30的膨胀，就可以理解两个开口端的膨胀。管子28也可以仅具有一个开口端，而另一端封闭。管子28可以具有一个纵向中心轴线80。

首先，管子28被置于一个保持设备(未示出)中，该保持设备保持管子28并且对管子28的第一开口端30进行膨胀。如图5-6中所示，以足够的力移动第一冲头32，使其与管子28的第一开口端30强制配合，以便对第一开口端30的第一部分34进行预膨胀。同样利用第一冲头32对与第一部分34相邻且终止于第一开口端30的第二部分35进行膨胀。

第一冲头32的形状可以基本上为柱形或锥形，并且具有比管子28的直径大的直径，而第一冲头32的其它结构可以采用以被冲压表面、例如部分34的所需形状为依据的形状。在例举的实施例中，第一冲头32与管子28轴向对齐且轴向受力，以便第一冲头32径向向外地膨胀管子28。作为一个例子，冲头32可以将管子28从其原始结构膨胀至大约50％。第一冲头32的一个外表面36或形状与冲压之后管子28的第一开口端30处的所需截面对应。特别地，例举实施例的第一冲头32具有：一个具有与管子28类似直径的前部38；一个具有比管子28大的直径的后部42，在本实施例中大约比管子28的原始结构大50％；和一个将前部38和后部42逐渐结合起来的中间部分40。在将冲头32插入到管子28中之后，第一开口端30变形，使第一部分34与中间部分40一致且第二部分35与后部42一致。

冲压的目的是将第一开口端30的第一部分34预膨胀或初始膨胀至优选大致50％。膨胀的形状和/或冲压工艺可以根据部件的所需结构进行变化，但是应当获得所需的预膨胀。

例如，可以将第一冲头32多次插入到第一开口端30中，以便连同管子28第一开口端30的第二部分35一起，将第一部分34预膨胀至所需的水平，例如，膨胀至原始结构的大约50％。特别地，可以以多个步骤、例如两个步骤对第一和第二部分34、35进行预膨胀，其中，多次插入和退回第一冲头32，以便实现所需的预膨胀。

可以采用额外的冲头，以便对端部14提供不同程度的膨胀。例如，可以设置第二冲头，该冲头的直径可以大于第二冲头32，并且连同第二部分35一起对第一部分34的预膨胀，可以包括在将第一冲头32插入到管子28的第一开口端30中之后、将第二冲头插入到管子28的第一开口端30中。与此类似，第一和第二冲头的插入可以将第一开口端30的第一和第二部分34、35预膨胀至所需的量，例如预膨胀至原始结构的50％。也可以采用多个冲头，或者可以采用多个冲头的多次插入，以便除了第一部分34之外、将第二部分35预膨胀至所需的膨胀量。另外，尽管提到了“冲压”和冲头32，但是应当理解“冲压”是指将一个机械装置以足够的力插入到管子中、以便使向外远离中心轴线80对管子进行膨胀，并且可以以多种方式实施初始膨胀，并且可以利用在此例举的冲头或其它可以机械膨胀至所需水平的装置实施机械初始膨胀。

在实现所需的预膨胀之后，从管子28的第一开口端30中将冲头32退回。然后，将预膨胀管28置于一个可以向管子28提供内部流体压力的组件中。通常采用实施一种已知的“液压成型”技术的液压模具组件用于这一工艺。总体由44表示的液压成型模具包括：一对管端配合坯料，其中一个配合坯料标为46；和一个具有可动的上半模50和下半模52的模具结构48。模具结构48的上下半模50、52具有内表面54、56，确定再构造部件10的所需形状的模具结构48的内表面54、56在其间分别协同确定出一个模腔。

预膨胀管28被置于模具结构48的下半模52中，移动模具结构48的上半模54以形成模腔。然后，将管端配合坯料46机械插入到相对的第一开口端30和第二开口端中，以便对其进行封闭和密封，而将结合到成对的管端配合坯料中的一个阀(未示出)打开，以便将流体源、例如液压流体或水连通到管子28的内部。一旦将流体填充到密封的管子28中，于是在管子28的内表面29内对流体加压，以便反抗限定出模腔的内表面54、56进行膨胀。尽管图8中仅表示出了第一开口端30，但是应当理解，对第二开口端也进行类似的膨胀。

模具结构48将管子28成型成再构造矩形形状的部件10，而管子的预膨胀的第一部分34被进一步膨胀到所需的水平，例如原始结构的大约100％。换而言之，第一部分34具有一个原始外部周长，并且对第一部分34的进一步膨胀包括将原始外部周长进一步膨胀至最终外部周长，最终外部周长可以比原始外部周长大约大两倍。因此，将第一部分34进一步膨胀至比其原始形状大大约100％。

特别地，将管子28膨胀至与液压模具组件44的模具结构48的内表面54、56一致。模具结构48的上下半模50、52的一个端部具有分别对应于第一开口端30的第一部分34的所需扩大截面的扩大的内表面结构58、60。

图9表示利用内部流体压力进一步膨胀之后的管子28。将第一部分34膨胀大约100％，而第二部分35略微膨胀或保持类似的膨胀水平。第二部分35用于容纳管端配合坯料，并且有利于第一部分34的膨胀。如将要讨论的那样，可以将第二部分35去掉，以便形成再构造部件10。

图10A-10C表示在作为坯料的原始结构下、在冲压之后、和在相互液压成型之后的管子28的膨胀。特别地，图10A以实线表示膨胀之前的管子28。图10B以实线表示通过冲压达到所需预膨胀之后的管子28。图10C以实线表示在利用内部流体压力或液压成型进一步进行膨胀之后的管子28。

参照图11A-11F，说明用于膨胀坯料28的例举的方法。该例举的方法包括提供一个坯料管28(图11A)，并且通过将第一冲头32轴向插入到管子28的第一开口端30中、并随后将其移开，对管子28的第一开口端30的第一部分34进行预膨胀(图11B)。然后，通过向管子28内提供流体并且对管子28第一部分的内表面施加流体压力，对第一开口端30的第一部分34进一步进行膨胀(图11C)。因此，生产出进一步膨胀的管子28(图11D)。当然，还可以进一步对管子28进行膨胀和处理。

一旦膨胀至所需的结构，则可以将管子28切成管子28应用所需的特定形状，作为一个结构件。例如，可以将第一开口端30的第一部分34切割成部件、例如再构造部件10的最终所需的形状或结构。特别地，可以对第二部分35进行修正，并以机械方式或用激光切段(图11E)。机械切割可以包括修挖(coping？)。然后，可以进行附加的切割步骤，例如图11F所示的部分。如图11F所示，将第一部分34的侧部58、60切割成再构造部件10最终所需的整齐结构(图11)。

在图2中表示出了在切割后的实施例的部件10。部件10的开口端14指管子28的开口端30。耳部18、20对应于切割后的第一部分34的剩余部分。主体部分12对应于液压成型之后的管子28。

图12表示按照以短划线表示的切割线进行液压成型之后的管子。可以以多种方式切割开口端，以获得不同的端部结构，以便容纳其它不同的坯料。

可以在对第一部分进行膨胀之前对管子进行弯曲。可以利用例如机械弯曲或液压成型的方法进行弯曲。

尽管再构造部件具有一个大体上的矩形截面，但是该部件也可以具有其它结构，例如圆形或其它非圆形截面、例如方形或多边形。

如上面注意到的那样，可以与第一开口端类似的方式构造第二开口端。第一和第二开口端可以同时进行初始膨胀，并且可以同时进一步进行膨胀，或者可以在不同的时刻对第一和第二开口端进行初始膨胀和进一步的膨胀。

一旦将其切成最终的形状，则部件28可以与其它所需元件配合。如所说明的那样，部件28可以完全套住配合元件并且形成一个改进的连接。所述工艺与不能提供象本实施例所讨论的那样的膨胀水平的其它方法相比，其成本有效性更高。

除上面所讨论的方法之外还存在利用一个冲头对开口端进行膨胀并利用液压成型进行进一步膨胀的其它方法。一种替代方案是利用2000.10.19中请的共同转让美国临时专利申请No.60/241,337“Apparatus and Method for Hydroforming a Tubular Part”所公开的冲头对两端进行膨胀，该申请在此被整体结合作为参考。‘337申请中的冲头具有一个对应于最终结构部件的所需截面的外部截面轮廓。因此，不必去除任何材料以完成该部件。然后，如例举的实施例所公开的那样，可以进一步利用液压对端部进行膨胀。另一个替代方案是采用‘337申请公开的方法对一端进行膨胀，并且采用例举的实施例的方法对另一端进行膨胀。在‘377(‘337？)申请中，冲头还用于在液压成型过程中对端部进行密封。另一个替代方案是按照本发明对管子进行膨胀，然后采用‘377(‘337？)申请的冲头对管子的第二部分进行膨胀，以便不必去除第二部分。

在车辆悬架的设计中，例如连接强度是确定管子尺寸和规格的主要依据。如果采用上述实施例的方法将开口端“过膨胀”至大约100％，则开口端提供一个大的gloving footprint。

通过限制材料的延展和模具的摩擦系数对膨胀进行控制。通过在液压成型之前对管子进行预膨胀，如上面所述，形成再构造部件的转变急剧减小。可以直接施加推力以便使开口端的第一部分膨胀和成长。非常小的管子在膨胀区域中与模具结构接触，因此使摩擦力较小。通过是再构造构件总体保持相对为方形或矩形，减小了在推进过程中起皱的危险，并且确保拉伸应变。在膨胀过程中引入部件的应变提高了部件的强度。

对于过膨胀构件28的使用是没有限制的，而可以设想将“过膨胀”构件用于液压成型马达车架中的连接，例如在三角形发动机架中的后部连接，悬架中的前部连接，和横向构件。

因此，可以认为已经完全且有效地实现了本发明的目的。前述特定实施例对本贩卖能够的结构和功能上的原理进行了说明，但是不起限定作用。相反，本发明意在包含所附权利要求的主旨和范围内的所有改型、改变、和替代方式。

Claims (15)

1、一种用于膨胀管坯的方法，包括：提供一个中空管坯，该管坯在原始结构中具有一个带有中心轴线的第一开口端、和一个具有带有绕中心轴线延伸的封闭截面的内表面的第一部分；通过将一个第一冲头插入到管坯的第一开口端中对管坯的第一截面进行初始膨胀，以便所述内表面膨胀并向外移动，进而与在原始结构中相比远离中心轴线，以便形成一个初始膨胀结构；并且通过液压成型对管坯的第一部分进一步进行膨胀。

2、如权利要求1所述的方法，其中，第一部分被初始膨胀至大于原始结构的大约50％。

3、如权利要求1所述的方法，其中，第一部分被进一步膨胀至大于原始结构的大约80％以上。

4、如权利要求1所述的方法，其中，第一部分被进一步膨胀至大于原始结构的大约100％。

5、如权利要求1所述的方法，其中，第一部分的初始膨胀包括多次将冲头插入到坯料的第一开口端中。

6、如权利要求1所述的方法，其中，第一部分的初始膨胀包括在将第一冲头插入到管坯的第一开口端中之后、将第二冲头插入到管坯的第一开口端中。

7、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在对第一部分进行初始膨胀之前，对管坯进行弯曲。

8、如权利要求1所述的方法，进一步包括：将第一部分切割成最终形状。

9、如权利要求8所述的方法，其中，利用激光进行第一部分的切割。

10、如权利要求8所述的方法，其中，第一开口端具有一个第二部分，并且第一部分的切割包括将第二部分切割成所需的长度，并且将第一部分的侧部切割成最终形状。

11、如权利要求1所述的方法，其中，提供中空管坯包括提供具有带有一个第二部分的第二开口端的管坯，所述第二部分具有一个内表面，该内表面具有绕原始结构中的中心轴线延伸的封闭截面；

通过将一个第二冲头插入到管坯的第二开口端中对管坯的第二部分进行初始膨胀，以便向外膨胀和移动内表面，使其与在原始结构中时相比进一步远离中心轴线，以便形成一个初始膨胀结构；并且

通过液压成形对管坯的第二部分进一步进行膨胀，以便第二部分的内表面进一步向外膨胀并移动、与模具表面一致，以形成一个与在初始膨胀结构中相比进一步远离中心轴线的进一步膨胀的结构。

12、如权利要求12所述的方法，其中，同时对第一和第二开口端进行初始膨胀。

13、如权利要求12所述的方法，其中，同时对第一和第二开口端进行进一步的膨胀。

14、如权利要求1所述的方法，其中，坯料的初始膨胀包括插入一个具有预定形状的冲头，以便使开口端的终端部分形成最终的形状。

15、如权利要求1所述的方法，其中，所述利用液压成型对管坯第一部分的进一步膨胀包括：包括将具有初始膨胀结构的管坯放置到一个具有模具表面的模腔中，向坯料内部提供高压流体以便第一部分的内表面进一步膨胀并进一步向外移动、与模具表面一致，以便成型出与在初始膨胀结构中相比更加远离中心轴线的进一步膨胀的结构。

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