專利名稱：用于膨脹管坯的方法
發明的領域本發明主要涉及一種成型結構件的方法。更具體地說，本發明涉及一種利用包括液壓成型的工藝對坯料進行膨脹。
發明的背景已知通過將一個沖頭壓入到坯料中以對坯料端部進行膨脹對金屬管坯進行機械成型。然而，該工藝僅能夠進行坯料的有限膨脹，并且僅作用于坯料的端部。還已知利用流體壓力對金屬坯料進行成形，例如已知“液壓成型”技術。通常的液壓成型技術可以使坯料從其原始結構膨脹大約30％。然而，現有可以使用的用于管坯膨脹的技術不適于液壓成型的發展趨勢和對管坯的較大膨脹量的需要，這些超出了用現有的膨脹方法可以獲得的范圍。本發明致力于本領域中的這一需要和本領域技術人員可以從給出的公開內容理解的其它需要。
發明的概述本發明的一個目的是提供一種用于膨脹管坯的改進的方法。
本發明的另一個目的是提供一種同時采用沖壓和液壓成型膨脹管坯的方法。
本發明的另一個目的是提供一種用于將管坯的一部分從其原始結構膨脹至超出以前可達到的膨脹極限的改進的方法。
前述目的主要是通過提供一種用于碰撞管坯的方法來獲得的，該方法包括提供一個中空管坯，該管坯在原始結構中具有一個帶有中心軸線的第一開口端、和一個具有帶有繞中心軸線延伸的封閉截面的內表面的第一部分；通過將一個第一沖頭插入到管坯的第一開口端中對管坯的第一截面進行初始膨脹，以便所述內表面膨脹并向外移動，進而與在原始結構中相比遠離中心軸線，以便形成一個初始膨脹結構；并且通過液壓成型對管坯的第一部分進一步進行膨脹，所述液壓成型包括將具有初始膨脹結構的管坯放置到一個具有模具表面的模腔中，向坯料內部提供高壓流體以便第一部分的內表面進一步膨脹并進一步向外移動，與模具表面一致以便成型出與在原始膨脹結構中相比更加遠離中心軸線的進一步膨脹的結構。
結合附圖，從下面的詳細說明中將更清楚地理解本發明的這些和其它目的、特征和優點，所述附圖是本公開內容的一部分，并且通過舉例對本發明的原理進行說明。
附圖的簡單說明這些附圖有利于對本發明各種實施例的理解。在附圖中
圖1是由本發明的示例性實施例膨脹的結構部件的一個例子的透視圖。
圖2是圖1部分的一個端部的放大透視圖。
圖3是在各端部與其它結構件連接起來的圖1部分的透視圖。
圖4是與另一個坯料連接起來的圖3部分的一個端部的放大透視圖。
圖5是在利用一個根據本發明一個實施例的沖頭對管坯進行預膨脹之前的坯料和沖頭的透視圖。
圖6是在用沖頭進行初始膨脹之后圖5的坯料的透視圖。
圖7是圖6的初始膨脹坯料的另一個透視圖。
圖8是被置于液壓成型模具組件之內且在根據本發明的一個實施例利用內部流體壓力進一步進行膨脹之前的圖6所示初始膨脹坯料的透視圖。
圖9是表示利用圖8所示內部流體壓力進一步進行膨脹之后的圖7所示初始膨脹坯料的透視圖。
圖10A是一個表示圖1-9所示坯料的端部的剖視圖，其中用實線表示膨脹之前的坯料，用短劃線表示在用沖頭進行初始或預膨脹之后的坯料，并且用虛線表示利用內部流體壓力或液壓成型進一步膨脹之后的坯料。
圖10B是與圖10A類似的剖視圖，表示圖1-9所示的坯料的一個端部，但是用短劃線表示膨脹之前的坯料，用實線表示利用沖頭進行初始或預膨脹之后的坯料，并且用虛線表示利用內部流體壓力或液壓成型進一步膨脹之后的坯料；圖10C是與圖10A類似的剖視圖，表示圖1-9所示的坯料的一個端部，但是用虛線表示膨脹之前的坯料，用短劃線表示用沖頭進行初始或預膨脹之后的坯料，并且用實線表示利用初始流體壓力或液壓成型進一步膨脹之后坯料；圖11A至11F是前述附圖中所示本發明的實施例的剖視圖，其中，圖11A表示初始膨脹之前的坯料，圖11B表示初始膨脹之后的坯料，圖11C表示利用液壓成型進一步膨脹，圖11D表示進一步膨脹之后的坯料，圖11E表示初始切割步驟之后的坯料，圖11F表示最終切割步驟之后的坯料；并且圖12是表示圖11D所示坯料的一個端部在進一步膨脹之后、且在按照表示當切割成最終形狀時的切割線的短劃線進行切割之前的正視圖。
實施例的詳細說明圖1-12表示本發明的一個實施例。所示實施例提供了一種用于將管坯膨脹成再構造部件、例如在圖1-4中所示且標為10的再構造部件的例子的方法。將管坯或管子膨脹并成型成部件10，該部件10與管子結構不同的所需結構，并且在其一端或兩端上包括一個所需的截面。利用舉例說明的方法對再構造或所需部件10進行膨脹和成型，如下面進一步說明的那樣，所述方法同時采用機械和流體成型力。
圖1所示的再構造部件10是本發明所示實施例的一個應用的例子。部件10具有主體部12，該主體部12的截面大致呈矩形，向外位移的對向開口端14、16的結構類似。由于開口端14、16相互類似，所以只要理解了其中一個的結構也就對兩個結構都理解了。
參照圖2，開口端14具有一對相對的上、下耳部18、20。耳部18、20從斜坡部22延伸出來，該斜坡部22從矩形主體部12延伸出來。耳部18、20與管坯的一個已經從部件10的坯料原始結構膨脹至大約100％的部分相對應。結果，各開口端14、16的耳部被構造成可以在其間容納其它坯料，例如圖3所示的坯料24、26，以便當進行連接時各開口端14、16的耳部可以以圍繞的關系與其它構件24、26配合。特別地，圖4表示與構件24對向端的外表面25、27配合的開口端14的耳部18、20。盡管開口端14、16結構類似，但是希望開口端14、16可以具有不同的結構，以便容納與構件24和26不同形狀的構件。
如在
背景技術：
中所示，沖壓和液壓成型是膨脹和成型管坯的已知方法。然而，本發明的實施例對于管坯的同一部分采用這些方法，以便實現以前單獨利用這些方法不能達到的膨脹量。通過對管坯的同一部分順序進行機械沖壓和施加流體壓力，該部分可以實現達到大約100％的膨脹。現在，將更詳細地說明將管坯膨脹成上述再構造部件10的方法。
在圖5中，提供一個預定長度的管坯28或管子，該管坯或管子具有一個第一開口端30和一個第二開口端(未示出)。可以將管子28切至一定長度或制成所需長度。第一和第二開口端彼此相同，從而只要理解了第一開口端30的膨脹，就可以理解兩個開口端的膨脹。管子28也可以僅具有一個開口端，而另一端封閉。管子28可以具有一個縱向中心軸線80。
首先，管子28被置于一個保持設備(未示出)中，該保持設備保持管子28并且對管子28的第一開口端30進行膨脹。如圖5-6中所示，以足夠的力移動第一沖頭32，使其與管子28的第一開口端30強制配合，以便對第一開口端30的第一部分34進行預膨脹。同樣利用第一沖頭32對與第一部分34相鄰且終止于第一開口端30的第二部分35進行膨脹。
第一沖頭32的形狀可以基本上為柱形或錐形，并且具有比管子28的直徑大的直徑，而第一沖頭32的其它結構可以采用以被沖壓表面、例如部分34的所需形狀為依據的形狀。在例舉的實施例中，第一沖頭32與管子28軸向對齊且軸向受力，以便第一沖頭32徑向向外地膨脹管子28。作為一個例子，沖頭32可以將管子28從其原始結構膨脹至大約50％。第一沖頭32的一個外表面36或形狀與沖壓之后管子28的第一開口端30處的所需截面對應。特別地，例舉實施例的第一沖頭32具有一個具有與管子28類似直徑的前部38；一個具有比管子28大的直徑的后部42，在本實施例中大約比管子28的原始結構大50％；和一個將前部38和后部42逐漸結合起來的中間部分40。在將沖頭32插入到管子28中之后，第一開口端30變形，使第一部分34與中間部分40一致且第二部分35與后部42一致。
沖壓的目的是將第一開口端30的第一部分34預膨脹或初始膨脹至優選大致50％。膨脹的形狀和/或沖壓工藝可以根據部件的所需結構進行變化，但是應當獲得所需的預膨脹。
例如，可以將第一沖頭32多次插入到第一開口端30中，以便連同管子28第一開口端30的第二部分35一起，將第一部分34預膨脹至所需的水平，例如，膨脹至原始結構的大約50％。特別地，可以以多個步驟、例如兩個步驟對第一和第二部分34、35進行預膨脹，其中，多次插入和退回第一沖頭32，以便實現所需的預膨脹。
可以采用額外的沖頭，以便對端部14提供不同程度的膨脹。例如，可以設置第二沖頭，該沖頭的直徑可以大于第二沖頭32，并且連同第二部分35一起對第一部分34的預膨脹，可以包括在將第一沖頭32插入到管子28的第一開口端30中之后、將第二沖頭插入到管子28的第一開口端30中。與此類似，第一和第二沖頭的插入可以將第一開口端30的第一和第二部分34、35預膨脹至所需的量，例如預膨脹至原始結構的50％。也可以采用多個沖頭，或者可以采用多個沖頭的多次插入，以便除了第一部分34之外、將第二部分35預膨脹至所需的膨脹量。另外，盡管提到了“沖壓”和沖頭32，但是應當理解“沖壓”是指將一個機械裝置以足夠的力插入到管子中、以便使向外遠離中心軸線80對管子進行膨脹，并且可以以多種方式實施初始膨脹，并且可以利用在此例舉的沖頭或其它可以機械膨脹至所需水平的裝置實施機械初始膨脹。
在實現所需的預膨脹之后，從管子28的第一開口端30中將沖頭32退回。然后，將預膨脹管28置于一個可以向管子28提供內部流體壓力的組件中。通常采用實施一種已知的“液壓成型”技術的液壓模具組件用于這一工藝。總體由44表示的液壓成型模具包括一對管端配合坯料，其中一個配合坯料標為46；和一個具有可動的上半模50和下半模52的模具結構48。模具結構48的上下半模50、52具有內表面54、56，確定再構造部件10的所需形狀的模具結構48的內表面54、56在其間分別協同確定出一個模腔。
預膨脹管28被置于模具結構48的下半模52中，移動模具結構48的上半模54以形成模腔。然后，將管端配合坯料46機械插入到相對的第一開口端30和第二開口端中，以便對其進行封閉和密封，而將結合到成對的管端配合坯料中的一個閥(未示出)打開，以便將流體源、例如液壓流體或水連通到管子28的內部。一旦將流體填充到密封的管子28中，于是在管子28的內表面29內對流體加壓，以便反抗限定出模腔的內表面54、56進行膨脹。盡管圖8中僅表示出了第一開口端30，但是應當理解，對第二開口端也進行類似的膨脹。
模具結構48將管子28成型成再構造矩形形狀的部件10，而管子的預膨脹的第一部分34被進一步膨脹到所需的水平，例如原始結構的大約100％。換而言之，第一部分34具有一個原始外部周長，并且對第一部分34的進一步膨脹包括將原始外部周長進一步膨脹至最終外部周長，最終外部周長可以比原始外部周長大約大兩倍。因此，將第一部分34進一步膨脹至比其原始形狀大大約100％。
特別地，將管子28膨脹至與液壓模具組件44的模具結構48的內表面54、56一致。模具結構48的上下半模50、52的一個端部具有分別對應于第一開口端30的第一部分34的所需擴大截面的擴大的內表面結構58、60。
圖9表示利用內部流體壓力進一步膨脹之后的管子28。將第一部分34膨脹大約100％，而第二部分35略微膨脹或保持類似的膨脹水平。第二部分35用于容納管端配合坯料，并且有利于第一部分34的膨脹。如將要討論的那樣，可以將第二部分35去掉，以便形成再構造部件10。
圖10A-10C表示在作為坯料的原始結構下、在沖壓之后、和在相互液壓成型之后的管子28的膨脹。特別地，圖10A以實線表示膨脹之前的管子28。圖10B以實線表示通過沖壓達到所需預膨脹之后的管子28。圖10C以實線表示在利用內部流體壓力或液壓成型進一步進行膨脹之后的管子28。
參照圖11A-11F，說明用于膨脹坯料28的例舉的方法。該例舉的方法包括提供一個坯料管28(圖11A)，并且通過將第一沖頭32軸向插入到管子28的第一開口端30中、并隨后將其移開，對管子28的第一開口端30的第一部分34進行預膨脹(圖11B)。然后，通過向管子28內提供流體并且對管子28第一部分的內表面施加流體壓力，對第一開口端30的第一部分34進一步進行膨脹(圖11C)。因此，生產出進一步膨脹的管子28(圖11D)。當然，還可以進一步對管子28進行膨脹和處理。
一旦膨脹至所需的結構，則可以將管子28切成管子28應用所需的特定形狀，作為一個結構件。例如，可以將第一開口端30的第一部分34切割成部件、例如再構造部件10的最終所需的形狀或結構。特別地，可以對第二部分35進行修正，并以機械方式或用激光切段(圖11E)。機械切割可以包括修挖(coping？)。然后，可以進行附加的切割步驟，例如圖11F所示的部分。如圖11F所示，將第一部分34的側部58、60切割成再構造部件10最終所需的整齊結構(圖11)。
在圖2中表示出了在切割后的實施例的部件10。部件10的開口端14指管子28的開口端30。耳部18、20對應于切割后的第一部分34的剩余部分。主體部分12對應于液壓成型之后的管子28。
圖12表示按照以短劃線表示的切割線進行液壓成型之后的管子。可以以多種方式切割開口端，以獲得不同的端部結構，以便容納其它不同的坯料。
可以在對第一部分進行膨脹之前對管子進行彎曲。可以利用例如機械彎曲或液壓成型的方法進行彎曲。
盡管再構造部件具有一個大體上的矩形截面，但是該部件也可以具有其它結構，例如圓形或其它非圓形截面、例如方形或多邊形。
如上面注意到的那樣，可以與第一開口端類似的方式構造第二開口端。第一和第二開口端可以同時進行初始膨脹，并且可以同時進一步進行膨脹，或者可以在不同的時刻對第一和第二開口端進行初始膨脹和進一步的膨脹。
一旦將其切成最終的形狀，則部件28可以與其它所需元件配合。如所說明的那樣，部件28可以完全套住配合元件并且形成一個改進的連接。所述工藝與不能提供象本實施例所討論的那樣的膨脹水平的其它方法相比，其成本有效性更高。
除上面所討論的方法之外還存在利用一個沖頭對開口端進行膨脹并利用液壓成型進行進一步膨脹的其它方法。一種替代方案是利用2000.10.19中請的共同轉讓美國臨時專利申請No.60/241,337“Apparatus and Method for Hydroforming a Tubular Part”所公開的沖頭對兩端進行膨脹，該申請在此被整體結合作為參考。‘337申請中的沖頭具有一個對應于最終結構部件的所需截面的外部截面輪廓。因此，不必去除任何材料以完成該部件。然后，如例舉的實施例所公開的那樣，可以進一步利用液壓對端部進行膨脹。另一個替代方案是采用‘337申請公開的方法對一端進行膨脹，并且采用例舉的實施例的方法對另一端進行膨脹。在‘377(‘337？)申請中，沖頭還用于在液壓成型過程中對端部進行密封。另一個替代方案是按照本發明對管子進行膨脹，然后采用‘377(‘337？)申請的沖頭對管子的第二部分進行膨脹，以便不必去除第二部分。
在車輛懸架的設計中，例如連接強度是確定管子尺寸和規格的主要依據。如果采用上述實施例的方法將開口端“過膨脹”至大約100％，則開口端提供一個大的gloving footprint。
通過限制材料的延展和模具的摩擦系數對膨脹進行控制。通過在液壓成型之前對管子進行預膨脹，如上面所述，形成再構造部件的轉變急劇減小。可以直接施加推力以便使開口端的第一部分膨脹和成長。非常小的管子在膨脹區域中與模具結構接觸，因此使摩擦力較小。通過是再構造構件總體保持相對為方形或矩形，減小了在推進過程中起皺的危險，并且確保拉伸應變。在膨脹過程中引入部件的應變提高了部件的強度。
對于過膨脹構件28的使用是沒有限制的，而可以設想將“過膨脹”構件用于液壓成型馬達車架中的連接，例如在三角形發動機架中的后部連接，懸架中的前部連接，和橫向構件。
因此，可以認為已經完全且有效地實現了本發明的目的。前述特定實施例對本販賣能夠的結構和功能上的原理進行了說明，但是不起限定作用。相反，本發明意在包含所附權利要求的主旨和范圍內的所有改型、改變、和替代方式。
權利要求
1.一種用于膨脹管坯的方法，包括提供一個中空管坯，該管坯在原始結構中具有一個帶有中心軸線的第一開口端、和一個具有帶有繞中心軸線延伸的封閉截面的內表面的第一部分；通過將一個第一沖頭插入到管坯的第一開口端中對管坯的第一截面進行初始膨脹，以便所述內表面膨脹并向外移動，進而與在原始結構中相比遠離中心軸線，以便形成一個初始膨脹結構；并且通過液壓成型對管坯的第一部分進一步進行膨脹。
2.如權利要求1所述的方法，其中，第一部分被初始膨脹至大于原始結構的大約50％。
3.如權利要求1所述的方法，其中，第一部分被進一步膨脹至大于原始結構的大約80％以上。
4.如權利要求1所述的方法，其中，第一部分被進一步膨脹至大于原始結構的大約100％。
5.如權利要求1所述的方法，其中，第一部分的初始膨脹包括多次將沖頭插入到坯料的第一開口端中。
6.如權利要求1所述的方法，其中，第一部分的初始膨脹包括在將第一沖頭插入到管坯的第一開口端中之后、將第二沖頭插入到管坯的第一開口端中。
7.如權利要求1所述的方法，進一步包括在對第一部分進行初始膨脹之前，對管坯進行彎曲。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包括將第一部分切割成最終形狀。
9.如權利要求8所述的方法，其中，利用激光進行第一部分的切割。
10.如權利要求8所述的方法，其中，第一開口端具有一個第二部分，并且第一部分的切割包括將第二部分切割成所需的長度，并且將第一部分的側部切割成最終形狀。
11.如權利要求1所述的方法，其中，提供中空管坯包括提供具有帶有一個第二部分的第二開口端的管坯，所述第二部分具有一個內表面，該內表面具有繞原始結構中的中心軸線延伸的封閉截面；通過將一個第二沖頭插入到管坯的第二開口端中對管坯的第二部分進行初始膨脹，以便向外膨脹和移動內表面，使其與在原始結構中時相比進一步遠離中心軸線，以便形成一個初始膨脹結構；并且通過液壓成形對管坯的第二部分進一步進行膨脹，以便第二部分的內表面進一步向外膨脹并移動、與模具表面一致，以形成一個與在初始膨脹結構中相比進一步遠離中心軸線的進一步膨脹的結構。
12.如權利要求12所述的方法，其中，同時對第一和第二開口端進行初始膨脹。
13.如權利要求12所述的方法，其中，同時對第一和第二開口端進行進一步的膨脹。
14.如權利要求1所述的方法，其中，坯料的初始膨脹包括插入一個具有預定形狀的沖頭，以便使開口端的終端部分形成最終的形狀。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述利用液壓成型對管坯第一部分的進一步膨脹包括包括將具有初始膨脹結構的管坯放置到一個具有模具表面的模腔中，向坯料內部提供高壓流體以便第一部分的內表面進一步膨脹并進一步向外移動、與模具表面一致，以便成型出與在初始膨脹結構中相比更加遠離中心軸線的進一步膨脹的結構。
全文摘要
一種用于膨脹管坯的方法，包括提供一個中空管坯，該管坯在原始結構中具有一個帶有中心軸線的第一開口端、和一個具有帶有繞中心軸線延伸的封閉截面的內表面的第一部分；通過將一個第一沖頭插入到管坯的第一開口端中對管坯的第一截面進行初始膨脹，以便所述內表面膨脹并向外移動，進而與在原始結構中相比遠離中心軸線，以便形成一個初始膨脹結構；并且通過液壓成型對管坯的第一部分進一步進行膨脹。
文檔編號B21D26/033GK1723093SQ02813291
公開日2006年1月18日 申請日期2002年7月4日 優先權日2001年7月5日
發明者馬克·W·巴伯 申請人:馬格納構造系統公司