汽车三通排气尾管及其制造方法与流程

本发明涉及汽车配件领域，特别涉及一种汽车三通排气尾管的制造方法。

背景技术：

排气尾管是汽车排气系统中最后端的部件，通过它将汽车内产生的废气直接排放到空气中。一般废气的温度高达600~700℃，因此排气尾管需要较好的耐热性。

现有的三通排气尾管制造方法有两种，第一种为：将铸造成型的两块板材在冲压模具上进行冲压形成冲压半壳，再将两个冲压半壳通过焊接方式合并成一个排气尾管；第二种为：将铸造成型的一块板材利用滚压机滚压成管状，再通过点焊方式制成排气管。

上述的第一种制造方法所制成的排气尾管例如在公告号为CN202402862U的实用新型专利就公开了一种“汽车排气管三通”，由上、下对称的两块冲压半壳和法兰盘焊接而成。第二种制造方法在公布号为CN105603288A的发明专利中有公开。但上述两种制造方法必须通过焊接才能最终成型，成型后的排气尾管均会留下焊缝，而且如果通过人为焊接时，由于焊接上的水平差异以及精度问题导致不能很好的将两个冲压半壳天衣无缝的合并在一起，往往会存在焊缝的均匀度不同，各部分所能承受的温度也不均匀影响使用寿命，甚至局小部部分没有焊接到导致两个冲压半壳存在细微的间隙，高温的废气容易从间隙中溢出导致车的底盘受热变形。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种一体成型的汽车三通排气尾管，内部受热均匀，使用寿命高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种汽车三通排气尾管，包括一体成型的一个进气管以及与进气管连通的两个出气管，所述进气管与出气管的连接处设置有过渡圆弧段，其中两个出气管的连接处设置有内弧段，且在内弧段上设置有连接两出气管外壁的加强板，其中加强板由两个精密贴合的加强片构成，所述加强板处于出气管中层平面上。

通过采用上述技术方案，整个汽车三通排气尾管一体成型取代现有技术以焊接的方式，避免了焊缝的出现，提高了尾管内部的气密性；进气管与两出气管的连接处通过过渡圆弧段连接以及两出气管连接处设置的内弧段，减少了连接处的应力集中提高了使用寿命，并且利用在内弧段设置加强板提高强度，减少在排废气时气流对尾管的振动，提高固定后的稳定性。

本发明的第二个目的是提供一种汽车三通排气尾管的制造方法，一体成型出排气尾管，提高内部的气密性以及使用寿命高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种汽车三通排气尾管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）选取空心柱形的金属管，量取设计的长度并切割下料；

2）选取切割下料后的其中一根金属管将其两头进行缩口处理；

3）将缩口后的缩口管进行退火处理，退火温度在950～1150℃之间，完成退火后迅速放入到水池中进行速冷，捞上来后自然冷却5~10min；

4）冷却完成后的缩口管进行液压胀形，将缩口管放入到设计好的三通排气尾管的胀形模具中并完成合模过程，分别从两缩口端伸入冲头，冲头与缩口管的缩口内壁通过高压密封圈进行密封，从冲头处喷出高压油进入到缩口管内开始胀形，此胀形过程中的压强为20~25Mpa之间，胀形持续时间为2~4min，到时间后开模取下所形成的胀形管；

5）将胀形管从中间位置切割开变成两个对称的三通排气尾管；

6）将该三通排气尾管投放入酸性池中进行酸洗；

7）完成酸洗后的三通排气尾管进行抛光处理；

8）包装。

通过采用上述技术方案，以整根金属管作为直接原料首先两头进行缩口，缩口端作为进气管，在进行退火后改善了由于缩口处理对金属管内部组织缺陷并且消除了残余应力，其次软化了金属管，使得在胀形时缩口管更容易胀开，而在胀形过程中压强的设定以及胀形时间工艺参数能避免缩口管的破裂，完成胀形后从胀形管的中部切割开就形成了两个对称的三通排气尾管粗品，经过酸洗后将粗品表面的氧化物分解洗去，最后表面抛光，整个制造过程中金属管的外表面不存在有任何的焊缝，并且在通过酸洗处理过后提高金属管表面的光滑度，而且一次加工成型两个排气尾管，提高了生产效率。

作为优选地，步骤2）中金属管依次通过三次缩口处理，缩口的形式为斜口式；通过公式（1）确定金属管每次的缩口变形程度；

极限缩口系数m_s=d/D， （1）

其中,d是缩口后的直径，D是缩口前的直径；三次缩口的极限缩口系数m_s依次为0.75、0.86、0.93。

通过采用上述技术方案，利用三次缩口逐渐缩小口径直到得到所设计的口径大小，能避免一次性缩口程度较大而产生的切向失稳起皱现象，并且三次缩口中的极限缩口系数逐步增大进一步的避免变形区管壁的失稳现象。

作为优选地，步骤2）中的缩口凹模锥角在25°~30°之间。

通过采用上述技术方案，缩口凹模锥角的设置配合极限缩口系数可以降低缩口力，对缩口成型有利，进一步的避免了由于缩口力大于管壁失稳临界压力时发生失稳起皱的现象。

作为优选地，步骤4）中缩口管依次通过三次液压胀形处理，利用三副型腔宽度依次增加的胀形模具，每副胀形模具对应一次胀形过程，第一次胀形过程中的压强为20~21Mpa之间，胀形持续时间为2~2.5min；第二次胀形过程中的压强为21~23Mpa之间,胀形持续时间为2~3min；第三次胀形过程中的压强为24~25Mpa之间，胀形持续时间为3~4min。

通过采用上述技术方案，缩口后的缩口管依次通过三次胀形过程而最终成型，每次胀形的压强逐渐增大有效防止了胀形过程中缩口管的破裂，使得胀形完成后的缩口管表面更为光滑不起皱，提高胀形质量。

作为优选地，在第二次胀形过程中，前1min内保持第一胀形管内的压强在20~20.5Mpa之间，后1~2min之间对第一胀形管内进行加压，保持第一胀形管内的压强为21Mpa；在第三胀形过程中，前2min内保持第二胀形管内的压强在24~24.5Mpa之间，后1~2min之间保持第二胀形管内的压强为25Mpa。

通过采用上述技术方案，在第二次与第三次胀形过程中均采用二次加压胀形方式，使得胀形管在胀形模具中首先在相对低压的环境中缓慢胀开，待胀形管的管壁具有一定的绕性后，增大压强加速胀形变形程度，提高胀形效率并且能保证具有良好的胀形质量。

作为优选地，经过步骤2）缩口后的缩口管其未缩口处作为管坯，该管坯的长度不超过二倍的直径，并且管坯的直径与管厚比在21~44之间不包括两端点。

通过采用上述技术方案，缩口管的管坯尺寸设计能减少在胀形初始阶段由于轴向力的过大导致发生屈曲失效现象。

作为优选地，在步骤5）与步骤6）之间还包括一步焊接过程，切割开后的三通排气尾管在其切割面上通过焊接加固两加强片的贴合度。

通过采用上述技术方案，两加强板在胀形模具的合模力下初步贴合，切开后进一步通过焊接将上下两紧密贴合后的加强板加固，提高相邻两出气管的连接强度以及单个出气管内部的气密性。

作为优选地，步骤3）中的退火采用真空退火，步骤5）中的切割过程采用线切割。

通过采用上述技术方案，真空退火减少了金属管与氧气的接触，可以得到光亮的表面并提高了金属管的塑性、韧性和疲劳强度，而采用线切割大大缩短加工时间，并且切割面较为光滑，两者相结合首先减少后续抛光的时间，缩短了生产的时间。

作为优选地，步骤7）中在完成酸洗后首先对排气尾管进行振动抛光处理，再进行精抛光处理。

通过采用上述技术方案，振动抛光在振动研磨抛光机中进行，能实现大批量的抛光处理，首先提高了生产效率，其次振动抛光作为一个粗抛光，首先能将金属管表面经过酸洗后的氧化物以及酸液振动下，再后续精抛光时能缩短时间，减少生产周期。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、金属管在通过极限缩口系数依次增大的三次缩口成型出指定设计的进气管管径，并且缩口凹槽锥角的参数设计减少缩口力，避免了变形区的失稳现象出现，同时采用三次液压胀形处理，并且在第二次与第三胀形过程通过二次加压以及缩口后中间管坯的尺寸设计，提高了胀形的质量，避免了缩口管的破裂以及屈曲，总体上使得所成型的产品在质量上以及成品率更好更高；

2、采用真空退火使得金属管表面较为光亮，配合作为粗抛光的振动抛光处理以及后续的精抛光处理，总体成型后的成品表面较为光滑。

附图说明

图1为实施例一中汽车排气尾管的轴测图；

图2为实施例二中金属管的轴测图；

图3为实施例二中金属管经过三次缩口后的轴测图；

图4为实施例二中金属管经过三次缩口后的正视图；

图5为实施例二中第一副胀形模具上模的俯视图；

图6为实施例二中缩口管第一次胀形时在胀形模具内的安装示意图；

图7为实施例二中胀形管第二次胀形时在胀形模具内的安装示意图；

图8为实施例二中胀形管经过三次胀形后的对比轴测图；

图9为实施例二中胀形管切割位置的示意图。

图中：1、进气管；11、过渡圆弧段；12、内弧段；2、出气管；3、加强板；31、加强片；4、金属管；4a、第一缩口管；4b、第二缩口管；4c、第三缩口管；5a、上模；5b、下模；51、凸块；52、型腔；53、冲头；54、高压密封圈；6、锥形面；6a、第一胀形管；6b、第二胀形管；6c、第三胀形管；7、凹槽；8、缩口段；9、管坯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参见图1，一种汽车排气尾管，包括一体成型的进气管1以及与进气管1连通的两根出气管2，三者构成一个三通的排气尾管。进气管1与两出气管2的连接处设置有过渡圆弧段11，两出气管2的管壁内侧连接处设置有内弧段12，在内弧段12上设置有连接两出气管2的加强板3，加强板3包括两块互相精密贴合的加强片31，其中加强板3刚好处于整个排气尾管的中层平面P上。

实施例二

一种汽车三通排气尾管的制造方法，包括以下步骤：

1）、下料

参见图2，选取空心柱形的金属管4，金属管4的材料为不锈钢304，量取设计的长度并切割下料。

2）缩口

参见图3与图4，通过液压机对金属管4的两端口依次进行三次缩口处理，缩口的形式为斜口式，根据公式（1）确定金属管每次的缩口变形程度；

极限缩口系数m_s=d/D， （1）

其中,d是缩口后的直径，D是缩口前的直径；

第一次缩口的极限缩口系数m_s=d₁/D=0.75，缩口凹模锥角a₁=30°，在第一次缩口后形成第一缩口管4a，其两端作为缩口段8，两缩口段8之间形成管坯9，由于缩口凹模锥度的设置在缩口段8与管坯9之间对应形成30°的锥形面6。

第二次缩口的极限缩口系数m_s=d₁/d₂=0.86，缩口凹模锥角a₁=28°，在第二次缩口后形成第二缩口管4b，锥形面6的锥度减少对应的缩口段8长度增大，但管坯9的长度不变。

第三次缩口的极限缩口系数m_s=d₂/d₃=0.93，缩口凹模锥角a₁=25°，在第三次缩口后形成第三缩口管4c, 在经过第三缩口后缩口段8的长度增长至设计长度。

3）退火

采用真空退火，退火温度在1000～1100℃之间，完成退火后迅速放入到水池中进行速冷，捞上来后自然冷却5min。

4）胀形

参见图5与图6，采用大型液压机，对第三缩口管4c依次进行三次液压胀形并对应采用三副胀形模具。第一次液压胀形所采用的胀形模具包括上模5a与下模5b，上、下模5a、5b内开设有对称的型腔52，其中型腔52的宽度C逐步增大，第一次液压胀形所采用的胀形模具型腔52宽度C最小。

上、下模5a、5b均在其中部设置有相对的凸块51，其中第一副胀形模具的凸块51高度最小，表面积最大；第二副胀形模具的凸块51高度增大，表面积减小；第三副胀形模具的凸块51高度最大，表面积最小。在胀形时，首先通过两个冲头53插入至缩口段8内，在冲头53的外壁上嵌设有多个高压密封圈54与缩口段8的内壁相抵接密封。通过一定合模压力将第三缩口管4c压紧，高压油从冲头53内喷出开始胀形。

第一次胀形过程中保持第三缩口管4c内部压强为20Mpa，胀形持续时间为2min，第一次胀形完后开模取出形成第一胀形管6a，并更换胀形模具。

参见图7，完成第一胀形后的第一胀形管6a在其中部形成一定深度的凹槽7，将第一胀形管6a放置到第二副胀形模具中，同样的合模插入冲头开始第二次胀形，第二次胀形保持内部压强为21~23 Mpa，胀形持续时间为3min，胀形完成取出形成的第二胀形管6b，并更换胀形模具。按照上述操作进行第三次胀形，第三次胀形保持内部压强为24~25 Mpa，胀形持续时间为4min。

参见图8为完成三次胀形后的状态图，第一胀形管6a其中部的凹槽7深度较浅，并且凹槽7的面积较大；在第二次胀形后，第二胀形管6b中部的凹槽7深度增大面积减小，表面更为丰满；在最后完成第三次胀形后，第三胀形管6c中不多凹槽7深度更大，使得上下面互相贴合就如图1所示形成的加强板12，且面积最小。

另外在第二次胀形过程中，前1min内保持第一胀形管6a内的压强为20~20.5 Mpa，后2min对第一胀形管6a内进行二次加压，并保持第一胀形管6a内的压强为21 Mpa；在第三次胀形过程中，前2min内保持第二胀形管6b内的压强为24 Mpa，后2min对第二胀形管6b内进行二次加压，并保持第二胀形管6b内的压强为25 Mpa。

参见图6，所要胀形的管坯9的长度L不超过直径A的二倍，且管坯9直径A与管厚H比为25，能减少胀形初始阶段由于轴向力的过大导致发生屈曲失效现象。

5）切割

参见图9，采用线切割方式，从中心面D将胀形管6c切割成对称的两半。

6）焊接加固

在切割面对两加强片31的间隙处进行焊接加固处理。

7）酸洗

将焊接完成后的组品投入到酸性池内进行酸洗，酸洗浸泡时间为10~15s之间。

8）粗抛光

将完成酸洗后的产品放入到振动研磨抛光机中进行抛光处理。

9）精抛光

通过磨砂轮人为的将产品进行打磨抛光处理。

10）包装

人为将成品进行打包封箱处理。

实施例三

与实施例二的区别在于，步骤2）中管坯9直径A与管厚H比为40，步骤4）中，在第二胀形过程中胀形持续时间为2min，前1min内保持第一胀形管6a内的压强为20~20.5 Mpa，后1min对第一胀形管6a内进行二次加压，并保持第一胀形管6a内的压强为21 Mpa；在第三次胀形过程的持续时间为3min，前2min内保持第二胀形管6b内的压强为24 Mpa，后1min对胀形管6b内进行二次加压，并保持第二胀形管6b内的压强为25 Mpa。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。