冷却管道和成形方法

冷却管道和成形方法
【专利摘要】一种形成冷却管道的方法包括将底料填充到工件的腔，沿工件的轴向长度滚轧成形至少一个螺旋槽以限定冷却部分，且从工件移除底料以提供冷却管道。底料可为凝聚体或颗粒材料，比如沙，其在滚轧成形槽期间填充腔以提供支撑力到工件。该冷却管道的冷却部分包括外部凹处和由槽限定的内部突出物，其每个相对于工件表面面积增加的传导表面面积。该底料从冷却管道移除且可以被回收用于在形成随后的冷却管道中使用。
【专利说明】冷却管道和成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷却管道和使用滚轧成形形成冷却管道的方法。
【背景技术】
[0002]冷却管道可被包括在器具中，在该器具中在高温的流体被运输或流动穿过冷却管道，通过引导热量穿过冷却管道的壁远离流体以减少流体的温度到较低温度。例如，冷却管道可被使用在热交换器和/或发动机系统(其可包括车辆动力系统)中以循环流体(该流体可为气体或液体)且降低被流动的流体的温度。例如，冷却管道可被使用于再循环排气且减少燃机内的排气的温度且在这个配置中可被称为废气再循环(EGR)管道。
[0003]冷却管道将热量传输远离流动穿过冷却管道的流体的能力，例如，冷却管道的冷却效率或热传输效率是一些因素的函数，这些因素包括管道在流体流动穿过冷却管道时使流体对流以及传导热量远离流体的能力。冷却管道使流体对流的能力可为冷却管道的流通能力或流率的函数，其可由管道腔体的横截面积限定且与其成比例。冷却管道将热量传导远离流体的能力可为将热量传导远离流动穿过管道的流体的管道的内表面面积的，管道壁的厚度和导热率，和辐射热量远离管道的冷却管道的外表面面积的函数。
[0004]制作冷却管道的其他考虑是配置冷却管道的总尺寸和形状以使其安装在由系统限定的包装外壳内，冷却管道被合并入该系统，例如，提供绕冷却管道的外表面的间隙和/或空气循环。在诸如发动机系统的系统中，包装外壳可由发动机舱的尺寸限制，由发动机的配置和冷却管道所被连接的进出端口的定位限制，且由在冷却管道和邻近冷却管道的部件之间的所需间隙所限制。冷却管道在运行中可经受显著的温度波动，振动，高温和高压条件。因此，冷却管道必须被配置具有足够的耐热应力性，疲劳强度，抗裂强度和管道爆裂强度，以保持冷却管道在运行中随着时间的完整性并抵抗裂开，爆裂或其他密封损坏。冷却管道的重量也可为设计因素，例如，在车辆应用中，其中车辆系统的总重量，包括来源于冷却管道的重量，可影响燃油效率。
[0005]参考图5A和5B，用于从胚料管道50A铣削冷却管道50C的传统的器具被示出。在本文中所用的术语胚料管道是指管道的长度可为标准尺寸或可为市场上可买到的，例如库存的，管道。胚料管道可为沿它的长度基本直的。图5A示出了胚料管道50A的横截面视图，其具有基本圆柱形壁52，该壁限定了中空部分58和纵向轴线60。该壁52包括外表面54和内表面56，该外表面54具有外半径B4，该内表面56具有内半径B5。该壁52在沿胚料管道50A的轴向长度铣削螺旋槽64以形成图5B中横截面视图中所示的冷却管道之前具有一致的厚度BI。该铣削螺旋槽64包括铣削表面62且以具有铣削深度B3。
[0006]传输通过经铣削的冷却管道50C的流体(未示出)的冷却通过流动被加热流体穿过中空部分58使得热量通过流体的对流被传输并传导穿过壁52的厚度到外表面54而发生，其中被传递的热量从外表面54辐射到冷却管道50C周围的环境。通过在外表面54加工槽以形成铣削的螺旋槽64，冷却管道50C的外表面54的面积通过被铣削表面62而逐渐增加，从而增加可以用来从冷却管道50C辐射热量的表面面积(与胚料管道50A的外表面54相比)，且相对于胚料管道50A增加了被铣削的冷却管道50C的热传导率。
[0007]然而，在铣削部分，铣削螺旋槽64将总壁厚BI减少铣削深度B3到到壁厚B2，从而减少冷却管道50C的壁52相对于未被铣削的胚料管道50A的强度。作为壁52的最薄部分，有效壁厚度B2限定冷却管道50C的完整性和有效壁强度，包括例如冷却管道50C对于裂化，爆炸或热疲劳的抵抗力。经铣削表面62的表面特征还可影响冷却管道50C的有效强度。如果经铣削表面62的表面光洁度是粗糙，带划痕或带沟槽，例如研磨操作导致，应力集中点可产生，热疲劳裂纹可在冷却管道操作期间从应力集中点处萌生，其可减少经铣削冷却管道50C的抗热疲劳性和/或爆裂强度。因此，胚料管道50A必须具有初始壁厚度BI，该初始壁厚度BI足够厚以提供机加工裕度，以铣削槽64到足以提供冷却管道50C所需的冷却效率的深度B2，，同时在机加工后保持最小有效壁厚度，其中最小有效壁厚度必须为足够的厚度以补偿在铣削表面62上的残留的任何应力集中点。
[0008]流体传输能力(例如流体被运输穿过冷却管道50C的流动速率)由中空部分58的横截面面积(其与内半径B5成比例)限定。当流动速率增加时流体的对流和热量传输效率增加。如上所述，系统包装限制可限制冷却管道50C的总尺寸和外半径B4的尺寸，以致内半径B5和冷却管道50C的流体运输能力可由在铣削槽64之后提供有效壁厚度B2所需的壁厚度BI约束。此外，壁52的较厚部分(例如那些具有厚度BI处)在传导热量方面比壁52的较薄部分(例如具有厚度B2的开槽部分)更没有效率。
[0009]经铣削的冷却管道50C的缺点是要求将增加的壁厚度B3的较厚壁部分BI来提供机械加工裕度以铣削槽64。增加的壁厚度B3降低了通过壁52的热传递效率，引入了更大重量，且通过限制中空部分58的尺寸约束冷却管道50C的流体输送能力。该经铣削冷却管道50C另一缺点是铣削槽64产生废物和废料，且引入了由槽表面62的铣削表面抛光导致应力集中点的可能性。
[0010]用于生产螺旋形波纹状金属管道的另一方法(未示出)包括首先在金属板的细长的条状物上形成纵向的波纹，其中波纹沿条状物的长度延伸。随后带波纹的条状物被盘旋成螺旋形旋转以便带波纹条状物的相对边缘会聚且可通过压接，咬接或焊接接合，以形成沿管道的带波纹的长度的接缝。这个方法的不利处在于多个形成步骤(涉及起波纹，盘旋和接合金属条)。此外，壁强度(包括爆裂强度，热疲劳强度和管道的抗应力裂纹性)可由接合带波纹条状物的相对边缘的接缝或压接的完整性限定，其易于受到在被接合带波纹边缘中的过程变化和尺寸变化导致的压接或焊接的不连续性影响，且其可影响管道完整性和密封性。

【发明内容】

[0011]提供了冷却管道和由工件滚轧成形冷却管道的方法，该工具包括限定中空部分的基本圆柱形壁。该工件可被配置包括壁，该壁具有绕工件的纵向轴线同心布置的圆柱形圆柱形外表面和内表面。冷却管道可被配置为用于发动机的废气再循环管道(EGR)。该方法包括将底料填充到由工件的内表面限定的中空部分，且使用滚轧工具(该滚轧工具被配置为施加滚轧力在壁的外表面上)滚轧成形沿壁轴向延伸的螺旋槽以形成冷却管道。该底料被配置为抵靠内表面施加于与滚轧力相反的支撑力。由此形成的该螺旋槽包括形成在壁的外表面中的螺旋形凹处和从壁的内表面径向延伸且进入底料的螺旋形突出物。螺旋形凹处以由在滚轧成形槽期间工件材料的变形导致的沿螺旋槽的轴向长度延伸的连续受挤压的晶粒流动为特征。在一个配置中，工件的壁以第一径向厚度为特征，且螺旋槽以第二径向厚度为特征，第一厚度和第二厚度基本相同。在另一实施例中，多个螺旋槽可以轴向间隔被形成在工件上以构成冷却管道。
[0012]该方法还包括在滚轧成形工件以形成冷却管道之后将底料从冷却管道移除。该底料可通过在滚轧成形之后从冷却管道振动，摆动和重量作用于底料的每个部分中的一种和/或通过使用流体和气体中的一个从中空部分冲洗底料，而从冷却管道按部分地移除。该方法可包括在底料从冷却管道移除后回收底料且在形成随后的冷却管道期间重复利用底料的至少一部分为底料。
[0013]由底料材料提供的支撑力足以阻止在滚轧成形期间壁的坍塌。该底料可包括凝聚体和/或颗粒材料，比如沙，且可配置为悬浮液，该悬浮液包括颗粒材料。该方法可包括在滚轧成形螺旋槽之前压缩在工件的中空部分中的底料。该底料可被配置为使得从壁的内表面延伸且进入底料的螺旋形突出物移位和/或压缩中空部分内邻近螺旋形突出物的底料。
[0014]本文提供的滚轧成形的冷却管道，通过消除产生铣削槽所需的加工裕度，而相对于经铣削的冷却管道可制造为具有更薄的壁厚度，由此得到滚轧成形的冷却管道，其比传统的经铣削的冷却管道具有更低的重量，更高的热传递效率且基本相同或更棒的壁强度，热疲劳强度以及抗裂性，且其可在形成螺旋槽期间滚轧成形而没有产生碎片或废料。
[0015]当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征，以及其它特征和优点。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1A是限定中空部分的工件的示意性部分平面图；
[0017]图1B是图1A中的工件的截面1B-1B的示意性横截面视图；
[0018]图2A是图1A中的工件的示意性部分平面图，示出了充满底料的中空部分和工件被滚轧成形以形成冷却管道；
[0019]图2B是图2A中的工件的截面2B-2B的示意性横截面视图；
[0020]图3A是由图1A中的工件通过如图2A中所示的滚轧成形形成的冷却管道的示意性部分平面图，其中底料被移除；
[0021]图3B是图3A中的冷却管道的截面3B-3B的示意性横截面视图；
[0022]图4A是图1A中的工件在没有底料情况下的截面1B-1B的示意性横截面视图；
[0023]图4B是图3A中的工件在没有底料的情况下的截面3B-3B的示意性横截面视图；
[0024]图5A是胚料管道的示意性横截面视图；及
[0025]图5B是通过铣削图5A中的胚料管道形成的常规冷却管道的示意性横截面视图。【具体实施方式】
[0026]参考附图，其中相同的参考标号在几个附图中表示相同的部件，图1-5B示出的元件不是按尺寸或比例的。因此，在这里的附图中提出的特殊尺寸和应用不被认为是限制性的。图1A-3B示出了由工件形成冷却管道的方法，所述冷却管道大体被示出在10处，且在图1A-1B中示出为未成形工件10A，在2A-2B中示出为部分成形冷却管道10B，且在图3A-3B中示出为成形的冷却管道10C。在一个实例中，冷却管道IOC可被配置为废气再循环(EGR)管道，用于与发动机(未示出)一起使用。冷却管道IOC通过使用滚轧工具40沿冷却长度L滚轧成形螺旋槽30而形成，该滚轧工具40在实例中示出可包括至少一个滚子40，该滚子被配置施加滚轧力38在工件IOA的外表面14上。
[0027]在图1A-1B所示的实施例中，工件IOA可为具有纵向轴线20的基本管状，且可被配置为管道。工件IOA可为胚料管道，或胚料管道的一段或一部分。在本文中所用的术语胚料管道是指可为标准尺寸或形状的一段管道且可为市场上可买到的例如常备(stocked)的管道。在实施例中示出，工件IOA可被配置为基本直的一段胚料管道。工件IOA可由可通过滚轧成形而变形的金属或金属合金材料制造，例如基于钢的材料、不锈钢、基于铝的材料或其他。在一个实施例中，工件IOA由不锈钢制造，优选具有高铬含量，以提供高的温度强度和疲劳强度，如将被期望例如用于在具有温度波动(包括高温)、振动等等的环境中操作的冷却管道10C，这样的环境使冷却管道IOC经受热和/或机械疲劳应力。冷却管道IOC在被配置为用于发动机(车辆发动机)的EGR管道或相似管道时将遭受这样的环境。
[0028]如图1A-1B中所示，工件IOA包括壁12，该壁12由外表面14和内表面16限定。该壁12以壁厚度Al为特征。该工件IOA的内表面16限定中空部分18。在所示实施例中，工件IOA是基本圆柱形的，其限定纵向轴线20和相对的工件或管道端部24，且壁厚度Al绕壁12的圆周是一致的。端部24的至少一个或两个限定开口 22，穿过该开口 22可进入中空部分18。该端部24和/或开口 22可被配置用于附接到接口部件。工件IOA的部分26可由冷却长度L限定。如图2A和3A所示，该部分26通过滚轧工具40被变形以限定螺旋槽30，从而形成冷却管道10C，其中该部分26限定冷却管道IOC的冷却部分，且冷却长度L可大致对应于螺旋槽30的轴向长度。
[0029]冷却管道IOC的形成方法(如图1A-1B所示)包括提供底料28到工件IOC的中空部分18。该底料28可经由开口 22的一个或两个，被提供到中空部分18，其数量和配置使得将中空部分18的至少长度L基本装满底料28，以致在壁12变形以形成螺旋槽30期间，底料28提供支撑到部分26。如图2A中所示，在滚轧成形期间，滚轧工具40抵靠工件IOA施加足够的滚轧力38以使工件壁12变形以形成螺旋槽30。该底料28抵靠工件IOA的内表面16施加支撑力36，且对抗滚轧力38。
[0030]通过在滚轧成形期间为工件IOA的内表面16提供临时支撑结构，该底料28阻止工件IOA的溃缩、膨胀、破裂和/或起皱或其他的不期望的成形缺陷，比如在滚轧成形过程中在螺旋槽30中和冷却管道IOC中发生皱折、不连续、工具痕迹等等。由底料28提供到工件壁12的一致的支撑力36允许具有相对薄的壁12的工件IOA的滚轧成形。在一个实施例中，相对薄的壁12的壁厚度Al可以为0.75_或更少。在另一实施例中，壁厚度Al可为
0.6-0.7mm。
[0031]该底料28可具有充分的可压缩性，以致工件IOA可被变形以形成螺旋形突出物34，该螺旋形突出物34从内表面16延伸且在滚轧成形期间突入充满中空部分18的底料28，如图2A-2B中所示，其示出了部分成形的冷却管道10B。该底料28可包括固体材料、悬浮液或凝聚体。在一个实施例中，该底料28可包括颗粒状材料，其可为基于沙或包含沙的材料。该底料28可使用填充或压缩方法被提供到工件IOA的中空部分18，其将底料28压缩或压实到预定的或最小化的压缩密度，以抵靠工件IOA的内表面16施加足够的支撑压力36，以阻止工件IOA在螺旋槽30的形成期间倒塌、鼓包和/或起皱。该被压缩的底料28在中空部分18内可渐增地压缩和/或可移位，从而，在螺旋槽30的滚轧成形期间，当形成时，接触和/或直接地接近螺旋形突出物34的底料28被螺旋形突出物34压缩或移位，以延伸或径向突入底料28，如图2B的横截面视图中所示。该螺旋形突出物34增加了冷却管道IOC的内表面16的有效表面面积,从而增加冷却管道IOC相对于具有圆柱形内表面(比如图5B中所示的经铣削的冷却管道IOC的内表面56)的冷却管道的热传递效率。通过径向延伸入冷却管道IOC的中空部分18，螺旋形突出物34可通过引导或控制穿过中空部分18的流体的流动形态而导致增加流动穿过冷却管道IOC的流体的对流(未示出)，从而增加通过流体的热传递效率。该被引导或被控制的流体流动可包括穿过中空部分18的流体运动的螺旋形的(helical)、有角度的、或回旋形(corkscrew)样式，当流体流动穿过冷却管道IOC时其可增加流体接触冷却管道IOC的内表面16的时间的量，和/或增加与流体接触的内表面16的面积，从而增加热传递效率。在使用中，该螺旋形突出物34通过径向延伸入中空部分18而作用以扰动或破坏流动穿过冷却管道IOC的中空部分18的流体的边界层，其中边界层可形成在中空部分18的周边处，例如，在滚制的冷却管道IOC的内表面16处。扰乱流动穿过中空部分18的流体的边界层，这将流动穿过中空部分的流体的至少一部分的特征从层流改变为非层流，从而增加热传递效率。
[0032]该底料28可为颗粒状材料，比如沙。该颗粒状材料可与悬浮液或凝聚体形式的一种的至少一种另一材料结合，以形成底料28。例如，该底料28可被配置为悬浮液，该悬浮液包括颗粒状材料和流体，比如水基或有机流体，其中颗粒状材料和流体的相对比例可被控制以提供具有足够密度的底料28以施加支撑力36，其中所述密度可针对在未压实的和/或压实状态中的悬浮液而被指定。在另一实施例中，该底料28可包括颗粒状材料，其可与另一材料结合以提供凝聚体。该凝聚体可为可压缩的凝聚体，例如可以压缩到较高密度的凝聚体，比如沙和泥土填充物或其他有机材料、型砂或绿沙的组合。该凝聚体可为第一尺寸和/或第一形状的第一颗粒状材料与相比第一颗粒状材料具有不同尺寸和/或形状的至少一种另一颗粒状材料的组合。
[0033]颗粒状材料的颗粒尺寸和/或颗粒形状可被控制或指定以提供具有与颗粒尺寸和/或形状对应的堆积密度的底料28，其中当在中空部分18内被压缩时，堆积密度、颗粒尺寸和/或颗粒形状可对应于由底料28施加的支撑力36的大小。例如，底料28可包括细沙，该沙具有为0.25mm或更小的颗粒尺寸。在另一实施例中，细沙可具有0.2mm或更小的颗粒尺寸。沙的形状，例如，可为有角的或圆形的。
[0034]参考图2A和2B，螺旋槽30使用滚轧工具40沿冷却长度L形成，该工具被配置为接触工件IOA的外表面14且施加变形力38 (其还可被称为滚轧力38)在壁12上以形成螺旋槽30。该滚轧工具40可被配置为(如图2A中的非限制性实施例中所示)包括一个或多个滚子40，其可相对于工件IOA布置和/或操作，从而工件IOA相对于滚轧工具40轴向及径向地前进且与滚轧工具40干涉接触，其中干涉接触足以使滚轧工具40施加滚轧力38在工件IOA的壁12和外表面14上。该滚子40可被配置为限定凹处32的轮廓或形状，且可被倒圆、成形、抛光或以其他方式进行表面处理，以平稳地与外表面14相接。
[0035]图2A中所示的实施例是非限制的。其他配置是可能的，包括，例如，将工件IOA相对于被固定的滚轧工具40旋转且轴向地前进、将滚轧工具40相对于被固定的工件IOA旋转且前进、将工件轴向地前进同时将滚轧工具40旋转等等，以形成螺旋槽30。该滚轧工具40可被配置为环形滚轧工具(未示出)，其中工件IOA在纵向轴线20相对于环形滚轧工具40的轴线倾斜的情况下被呈现且轴向行进，以限定螺旋槽30的螺旋角度。
[0036]该滚轧工具40和滚轧形成螺旋槽30的方法可被配置为控制滚轧力38和/或滚轧工具40相对于外表面14的突入深度A3，其中突入深度A3可相当于通过滚轧工具40形成的螺旋形凹处32的深度。形成具有深度A3的螺旋槽30和/或螺旋形凹处所需的滚轧力38可相对于形成工件IOA的材料化学和/或机械特性、通过底料28施加的抵抗滚轧力38的支撑力36、在中空部分18中的底料28的配置而变化。
[0037]如图2A-3B所示，通过滚轧工具40形成的螺旋槽30包括被限定在外表面14上的螺旋形凹处32和从内表面16径向向内延伸的螺旋形突出物34。连续的，例如不间断的，螺旋槽30沿部分26的冷却长度L轴向地延伸以限定冷却管道10C。壁12通过滚轧工具40的变形和/或挤压导致在凹处32的表面处和接近(例如直接地邻近)凹处的表面处的工件IOA的材料中的晶粒流动，其中限定凹处32的变形的材料导致的晶粒流动与滚轧工具40的接触轮廓和滚轧力38的方向和大小是一致的。由凹处32和螺旋槽30的挤压导致的该晶粒流动在这里可被称为受挤压的晶粒流动。在形成螺旋槽30期间，滚轧工具40与工件IOA的连续接触，以及施加在工件IOA上的不间断的滚轧力38产生连续的和不间断的受挤压晶粒流动，其延伸螺旋形凹处32的整个长度。如本文所用，“连续的受挤压晶粒流动”和“不间断的受挤压晶粒流动”是指没有被晶粒流动中的不连续性打断的晶粒流动，该晶粒流动的不连续性可通过例如次操作仳如机加工，铣削，拉孔，熔焊，钎焊，卷边、缝合等等)导致。
[0038]在形成螺旋槽30期间滚轧工具40与工件IOA的连续接触以及施加在工件IOA上的不间断的滚轧力38产生具有沿螺旋形凹处32的整个长度延伸的一致挤压表面光洁度的平滑表面，其还可被描述为滚制表面抛光。应理解由螺旋形凹处32限定的平滑表面(其由与滚轧工具40接触而形成)将没有划痕、沟槽、机加工痕迹或其他不连续或应力集中点，这些缺陷可在由机加工或铣削过程形成的加工表面上存在。该平滑表面和受挤压或被滚轧表面抛光通过提供没有形成不连续或其他应力集中点的加工硬化表面而增加冷却管道IOC的抗热应力和抗疲劳强度。
[0039]冷却管道IOC的部分26包括邻近螺旋槽30的壁部分48，该壁部分48保持未变形，例如在形成螺旋槽30期间没有被滚轧工具40接触。该壁部分48在螺旋槽30的邻近的轴向段之间延伸，使得壁部分48被配置为螺旋形壁部分，其为基本圆柱形的且以壁厚度Al为特征。参考图2B，螺旋槽30可以以厚度A2为特征，其在所示实施例可为与壁厚度Al基本相同的厚度(例如A2rAl)，以致冷却管道IOC的厚度保持与工件IOA的厚度基本相同。如本文中所用，当挤压壁12以滚轧成形螺旋槽30导致螺旋槽厚度Α2名义上或最低限度地被减少时，例如当螺旋槽厚度Α2是壁厚度Al的至少90%时，厚度Α2和Al是基本相同的。冷却管道IOC的均匀厚度Al、Α2增加了冷却管道IOC在使用中相对于例如图5Β中所示的被加工的冷却管道50C的热传递效率。冷却管道IOC的均匀厚度Α1、Α2提供了一致的管道强度，例如爆裂强度和/或对裂纹、疲劳等等的抗性，其在使用中由冷却管道IOC的厚度确定，或相对于该厚度确定。
[0040]现在参考图3Α和3Β，以工件IOA形成冷却管道IOC的方法包括在形成后将底料28从冷却管道IOC移除且从中空部分18移除。因为在形成螺旋槽30后螺旋形突出物34径向延伸入底料材料28，应该理解底料的去除可要求移除在各部分中的底料。该底料28可被松散或其他方式减少密度，以促使它从冷却管道IOC移除。例如，底料28可通过振动、摆动和/或引力作用于底料28 (其可为颗粒状材料)而被松散和/或从冷却管道IOC移除，以致底料28经由开口 22从中空部分18移除。底料28可通过使用流体(其可为液体或气体)从中空部分18冲洗底料28，或在通过冲洗、振动等等移除之前通过使底料在流体中悬浮以减少底料28的密度，或通过使用这些的组合从冷却管道IOC移除。底料28的颗粒状特征有助于底料28从冷却管道IOC的完全移除以提供干净的内表面16，例如未被底料28污染的，和/或冷却管道IOC可在移除底料28后被清洁。在从冷却管道IOC移除之后，底料28可被回收且可在另一要被滚轧成形的工件中在随后的滚轧成形操作中再次用作底料。
[0041]图1A-3B中所示的实施例不是限制性的。可使用这里描述的方法形成冷却管道IOC的其他构造。例如，滚轧工具40和方法可被配置形成冷却管道10C，该冷却管道IOC包括多个螺旋槽30，其中螺旋槽30每个沿工件的轴向长度以一间距从另一螺旋槽间隔开。多个螺旋槽可被形成以致每个螺旋槽30不与另一螺旋槽相交。多个螺旋槽的每个可具有不同的配置，例如，如可被要求以提供冷却管道IOC所需的热传递性能的不同螺旋角度、凹处深度A3等等。 [0042]现在参考图4A-5B，由本文描述的滚轧成形方法形成的滚轧成形(被滚轧)的冷却管道IOC在图4A-4B中示出，用于与通过已知的铣削操作形成且示出在图5A-5B中的铣削冷却管道50C相比较。经滚轧的冷却管道IOC的外表面和内表面14、16分别由外半径和内半径A4、A5限定。经铣削的冷却管道50C的外表面和内表面54、56分别由外半径和内半径B4、B5限定。为了便于对照，假定经滚轧冷却管道IOC和经铣削冷却管道50C处于相同的系统操作条件，包括包装事项和操作温度、压力、负载和振动，且以具有相同材料强度和/或热传导特性的相同或基本相同材料制造。假设每个管道10C、50C的最大外部尺寸被系统的包装约束所限制，其中冷却管道10C、50C在该系统内被操作，例如，假设每个相应冷却管道10C、50C的外半径A4、B4被最大化以将在系统包装内的每个相应冷却管道10C、50C的外表面14、54的辐射表面面积最大化，以致A4=B4。假设最小有效壁厚度Al、B2由系统所需的最小有效壁强度所限制，其中冷却管道10C、50C在该系统中被操作，且对于每个冷却管道10C、50C是相同的，其中有效壁厚度被保持在最小，以最小化重量和优化热传递，那么A1=B2。假设为了热传递目的，每个冷却管道10C、50C的每个相应螺旋形凹处32、62的深度A3、B3是相同的，那么A3=B3。为了便于对比，假定经滚轧的冷却管道IOC和经铣削的冷却管道50C由基本相同的材料制造，例如不锈钢材料，且A4=B4，A1=B2且A3=B3，该经滚轧的冷却管道IOC相比较于经铣削的冷却管道50C提供了多个优点，包括相对较低的重量、更高的流体流动能力、更高的热传递效率和相等的或更棒的管道强度和抗热与机械应力强度。
[0043]通过滚轧成形螺旋槽30到经滚轧的冷却管道IOC的壁12中，不需要附加材料以形成螺旋槽30，且得到的冷却管道IOC具有全部一致的壁厚度Al、A2，其中壁厚度Al可以是提供系统的有效壁强度所需的最小值，由此将冷却管道IOC的重量最小化。该最小壁厚度Al和一致的壁厚度和螺旋槽厚度A2，其中Α1ΞΑ2?提供了用于从内表面16到外表面14有效且一致的热传递。与经滚轧的冷却管道IOC相反，经铣削的冷却管道50C由于重量和壁厚度52的不一致而处于不利地位，其中壁52的厚度BI以加工裕度的厚度B3超过壁12的厚度，其中该加工裕度是保持有效最小壁厚度B2所需的，且相对于滚轧的冷却管道10C，与BI相对应的不一致且更厚的横截面区域降低了热传递效率。此外，壁52的厚度BI将经铣削冷却管道50C的中空部分58的横截面面积约束到内半径B5，其中在所示实施例中B5=A5-B2，例如，由内半径B5限定的中空部分58的横截面面积小于经滚轧冷却管道IOC的中空部分18的横截面面积，以致经铣削冷却管道50C的流通能力、从而流体冷却能力小于经滚轧冷却管道10C。
[0044]相对于经铣削冷却管道50C的中空部分58的圆柱形表面面积，从经滚轧冷却管道壁12的内表面16延伸的螺旋形突出物34增加了经滚轧冷却管道IOC的中空部分18的有效表面面积，其中由于缺乏任何突出物和由于相对较小的内半径B5，中空部分58的圆柱形表面面积更小，如前所述地，B5〈A5。由螺旋形突出物34导致的中空部分18的相对大的表面面积和流动穿过冷却管道IOC的流体的增加的对流由此相对于穿过传统的经铣削冷却管道50C的内表面54的热传递增加了从流动穿过经滚轧冷却管道IOC的流体穿过内表面16的热传递。
[0045]通过滚轧成形螺旋槽30以提供凹处32，该凹处32以具有表面抛光(其基本没有压力集中点，譬如机加工划痕，刮擦和磕伤)的平滑表面为特征，相对于经铣削冷却管道50C，该经滚轧冷却管道IOC可具有增加的对于机械和热应力疲劳裂纹的抵抗力。此外，由于在滚轧成形过程期间凹处表面的局部加工硬化，由受挤压的凹处32限定的连续的受挤压的晶粒流动还可有助于消除应力集中点和/或增加抗疲劳强度，因此增加冷却管道IOC对于热和或机械应力的抵抗力。
[0046]在这里描述的冷却管道10的范围内，其他配置是可能的。例如，管道端部24的一个或两个可被配置用于连接到由接口部件限定的端口或开口。例如，冷却管道IOC被配置为EGR管道，该EGP管道可包括第一端部24和/或开口 22，以及第二端部24和/或开口22，该第一端部24和/或开口 22被配置用于连接到发动机气体出口端口，该第二端口 24和/或开口 22被配置用于连接到入口端口。该冷却管道IOC可被配置为用于在热交换系统内使用的冷却管道，包括，通过非限制性实例的方式，散热器、中间冷却器和在发动机相关和非发动机相关系统中使用的热交换器的其他形式。
[0047]虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。
【权利要求】
1.一种由工件形成冷却管道的方法，该工件包括壁，所述壁具有圆柱形外表面和内表面，所述外表面和内表面绕工件的纵向轴线同心地布置，内表面限定中空部分，所述方法包括: 将底料填充到中空部分； 使用滚轧工具滚轧成形螺旋槽以形成冷却管道，其中所述螺旋槽沿壁轴向地延伸，所述滚轧工具被配置为在壁的外表面上施加滚轧力； 其中: 底料被配置为施加与滚轧力相对的支撑力；及 所述螺旋槽限定: 在壁的外表面中的螺旋形凹处；及 从壁的内表面径向延伸且进入底料的螺旋形突出物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述支撑力足以阻止在滚轧成形期间壁的坍塌。
3.如权利要求1所述的方法，还包括: 在滚轧成形工件以形成冷却管道之后，将底料从冷却管道移除； 其中底料包括颗粒材料。
4.如权利要求1所述的方法，其中从壁的内表面延伸且进入底料的所述螺旋形突出物执行以下之一:移位和压缩中空部分内邻近螺旋形突出物的底料。
5.如权利要求1所述的方`法，还包括: 通过以下一种将底料按部分从冷却管道移除:从冷却管道摆动底料的每个部分、振动底料的每个部分和重力作用于底料的每个部分。
6.如权利要求1所述的方法，还包括: 在滚轧成形之后，通过使用流体和气体中的一种从中空部分冲洗底料而将底料从冷却管道移除。
7.如权利要求1所述的方法，其中: 工件的壁具有第一径向厚度，且螺旋槽具有第二径向厚度 '及 所述第一厚度和第二厚度基本相同。
8.—种冷却管道，包括管状冷却部分，所述管状冷却部分限定纵向轴线，所述冷却管道包括: 由管状冷却部分限定的螺旋槽，该螺旋槽绕纵向轴线同心地布置，且包括: 由管状冷却部分的外表面限定的螺旋形凹处； 从管状冷却部分的内表面突出的螺旋形突出物； 其中所述螺旋形凹处以沿螺旋槽的轴向长度延伸的连续的受挤压晶粒流动为特征。
9.如权利要求8所述的冷却管道，其中: 所述螺旋槽是由管状冷却部分限定的多个螺旋槽中的一个； 其中所述多个螺旋槽的每个相应一个: 以沿相应螺旋槽的螺旋形凹处的轴向长度延伸的连续的受挤压晶粒流动为特征；及 与多个螺旋槽中的其他每个都不相交。
10.如权利要求8所述的冷却管道，还包括: 邻近螺旋槽且相对于纵向轴线同心的壁部分；其中:壁部分具有第一径向厚度，且螺旋槽具有第二径向厚度 '及所述第一厚度和第二厚度基`本相同。
【文档编号】F28F1/42GK103785707SQ201310530005
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】M.马尼亚, S.索拉布 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司