专利名称：加工岐管管口的反向挤压方法
技术领域：
本发明涉及热交换器，例如用于汽车空调系统中的那类热交换器。更准确地说，本发明涉及一种用于加工热交换器岐管上的管口的改进的挤压方法，其中竖管由从该岐管的周围材料受反向挤压而成，可使随后的进一步限定和修整该管口的机械加工步骤是不必要的。
热交换器在汽车工业中可以用来作为空调系统中的冷凝器和汽化器、冷却发动机的冷却剂用的散热器以及控制内部气温用的加热芯体等。为了使在环境与流过热交换器的流体之间的有效传热表面积达到最大，通常把热交换器设计成片管式类型，其中为数众多的热管与大表面积的散热片相连接。这些散热片提高了热交换器把热量从流体传递到环境的能力，反之亦然。例如，在汽车工业中作空调器的冷凝器用的热交换器通过把热量从制冷剂传递到被迫经过该冷凝器的外表面的空气中去可用来冷凝已汽化的制冷剂。
一种用于汽车工业中的热交换器是由许多平行管连接到并且在一对岐管之间而构成的，从而产生了一个平行流动的结构。这些岐管形成许多储存器，它们通过形成在岐管上的管口与管子互相流体连通。一根或两根岐管包括一个或多个进口和出口，冷却剂可以通过这些进出口进入和离开热交换器。通常，这类热交换器通过锡焊或铜焊把管子焊接在其相应的管口上而构成，这些管口可以采用在岐管壁上形成的竖管或孔的形式。最后，散热片可以采用具有小孔的翼片形式，管子就插入在该小孔中，或者采用中心板形式，它们可以定位在相邻的管子对之间。
为了使管口精确成形，加工管口的方法通常需要许多加工步骤，以使所用的材料最少而又能获得在既定用途下的足够坚固的连接。在现有技术中一种已知管口的型式主要由岐管壁上的孔构成。虽然在加工这种孔时通常包括一道冲孔工序，但是这种孔构形的缺点是用来与装配在该管口上的管子相啮合和固定的材料量太少。当为了便于管子的装配而在该孔上加工一个倒棱时，这个缺点就非常严重。现有技术中使用的第二种管口型式通过包括竖管或凸缘而克服了上述缺点，该竖管或凸缘能够提供相当多的材料用于和管子的啮合。但是与简单的孔比较，竖管较难在岐管上加工，并且一般需要许多加工工序。因此希望能减少加工这类管口所必须的加工步骤。一种这样的方法已经在授予Clausen的美国专利4663812(已转让给本发明的受让人)中公开。Clausen告诉我们要先在岐管上形成一个轴向伸出部分，然后再进一步构形或机械加工以产生实心的竖管，随后再经过反向挤压方法形成管状竖管。尽管Clausen的教导提供了一个大大简化了的加工竖管的方法，但是人们还希望进一步简化这种方法。虽然目前已经知道的某些方法可以当将岐管放在单个模腔中时通过模锻直接从岐管的厚壁锻出竖管，但这种方法必须使用上、下模，其配对的上模和下模容易发生过度的磨损。一种这样的方法已由授予Waggoner的美国专利5337447所公开，它公开了通过在加大尺寸的岐管上闭合一对半模而在该岐管上模锻出竖管的方法。一个半模构形成冲杆，以使材料流入由第二个半模形成的模腔中，使竖管围绕定位在第二个半模的通道中的芯体同时被挤压并且成形。由于竖管完全是通过闭合半模的步骤形成的，用作冲杆的半模必须充分地伸进到由配对半模形成的模腔中去，才能保证当模子闭合时有适当的材料流动。精密地配对冲杆和模腔的需要，及当模子闭合时所产生的大载荷都将大大地加速配对模面的磨损，特别是冲杆在进入模腔和随后与岐管相啮合时其边缘的磨损。此外，由于冲杆使材料在整个模腔中朝向第二半模中的通道流动，则往往会产生芯体的侧向载荷，它将使加工出的竖管具有不均匀的壁厚。
根据以上所述，存在着对于在热交换器上的管口加工所使用的方法作出进一步改进的需要是可以理解的。特别是，最好这种改进将使为加工管口所需要的加工步骤的数量减至最少，此外还必须产生一种能提高管-管口组件的连接强度的管口。
本发明的第一个目的是提供一种用于在热交换器岐管上加工管口的方法，其中加工成品管口只需要最少数量的加工步骤。
本发明的第二个目的是这样一种方法，通过增加在管口处的可用来与管子啮合的材料的数量来提高在管口与热交换管之间的连接强度。
本发明的第三个目的是这样一种方法，使一加工工序在闭合的模腔内发生，从而使在闭合两个半模期间发生的载荷最小。
本发明的第四个目的是这样一种方法，它需要一个反向挤压工序，该工序可使局部材料在管口形成的表面处以提高管口的尺寸一致性的方式流动。
本发明的第五个目的是这样一种方法，它可以以减少模具磨损的方式进行。
根据本发明的一个最佳实施例，上述和其他目的和优点可以达到，见如下所述。
根据本发明，提供了一种用于在热交换器岐管上加工管口的方法，其中竖管从该岐管的周围材料受反向挤压而成，使得随后的为进一步限定和修整该管口的机械加工步骤是不必要的。本发明能够在每个竖管上产生一个内倒棱，以便于热交换管与管口的装配，同时还提高了管与管口连接的强度。
本发明方法总地来说包括提供一个其中形成有一个通道的岐管，以使该通道在岐管的第一区域限定了第一壁，在岐管的反向放置的第二区域限定了第二壁。然后将岐管定位在第一半模内，该半模的模腔与岐管的第二壁相一致。然后把第二半模与第一半模相合模，以便把第一壁的一部分反向挤压到第二半模中的竖管空腔内，因而在岐管上形成一个凸起部分。最好第一半模的模腔充分地与岐管的第二壁相一致，以避免在第二壁上的材料的流动，使得只有在岐管的第一壁上发生局部材料流动。此后，当岐管保留在模腔内时，在一个冲杆上加力，使它沿着朝向岐管的方向通过竖管模腔并且进入该凸起部分，以反向挤压该凸起部分。该步骤使凸起部分沿着与冲杆移动的相反方向流动，从而产生一个竖管，该竖管具有一个由冲杆限定的内孔和由模腔限定的外表面。此外，在竖管的内孔上可以加工一个内倒棱，以便于管子和竖管的装配。该冲压工序所产生的竖管的精度可以使竖管不需要为了把它加工到正确的尺寸或形成倒棱而作进一步的机械加工或修整。
由上面所述可以看出，本发明的方法提供了一种在热交换器岐管上加工管口的简化方法。特别是生产成品管口只需要最少数量的加工步骤，并且所有主要加工步骤都在一个锻压位置上在单个模腔中进行。所形成的成品管口包括一个竖管，该竖管增加了可用来与热交换管啮合和固定的材料数量，因而提高了在管口与管子之间的连接强度。重要的是，形成管口的主要工序是当模具闭合时进行的，从而取消了现有技术中使用一个半模来作为冲杆以形成管口的要求。因此，在半模闭合期间，所发生的负荷最小，半模可以构形成对磨损不敏感。此外，半模和冲杆最好构形成只使形成竖管的表面处的局部材料以提高管口的尺寸均匀性和一致性的方式流动。
本发明的上述及其他的优点通过下面详细介绍连同参考附图将一清二楚，附图中
图1～6中示出了根据本发明的第一实施例在加工岐管上的热交换器管口时所需要的加工步骤；以及图7～10中示出了根据本发明的第二实施例在加工岐管上的热交换器管口时所需要的加工步骤。
在图1～6中所示出的是根据本发明的第一实施例用于加工热交换器岐管14上的管口12(图3～6)的方法。虽然在图1～6的剖视图中只示出了两个管口12，但是根据本发明的方法可以沿着岐管14的长度上同时加工任何数目的管口12，如同在图2B的剖视图中所启示的情况。从这些图中明显可见，每个管口12都构形成包括一个竖管24，该竖管是由岐管14的周围材料在两步操作中受反向挤压而成，从而使后面的进一步限定和修整管口12的机械加工不再需要。如图所示，岐管14通常的型式包括一对通道15，当制冷剂沿热交换器的管子(未示出)之间的路线运行时就通过该通道流动。虽然其他合金也可以使用，岐管14最好由适当的铝合金制成，但本发明的范围并不受任何特定的合金的限制。此外，虽然在图1～6中所示的岐管14的构形特别适合于实施本发明，完全可以预见到还有许多构形的变更型式，这从本发明示于图7～10中的实施例中将可清楚地看到。
图1示出了第一个加工步骤，在该步骤中，岐管14已经定位在一个下半模18b，该模的模腔13与岐管14的下表面和两侧面相一致。最好该下半模18b中的模腔13与岐管14的下表面和两个侧面充分一致，以避免在岐管14的这个区域的材料流动，使得材料流动只能限制发生在岐管14的暴露的上表面30上。图中所示的岐管14的上表面30是一个平面，以便形成一个稳定的变形表面并且可以提供一个比反向设置的岐管14的下表面的壁厚更大的壁厚。在上表面30处的较大的壁厚可提供竖管24随后由之形成的材料。图1中还示出了配对的上半模18a，在该上半模中有一对冲杆20被安装在一对相应的孔16中。冲杆20可以由任何适当的装置驱动，该装置能够以足够大的力可选择地驱动冲杆20，以使岐管14的上表面30变形。向下伸出的平面凸缘32位于上半模18a的下表面上，其尺寸大小应能够安放在由下半模18b形成的模腔13中。凸缘32包围着每对孔16，其尺寸只能插入模腔13中少许，如图2A中所示。
图2A和2B示出了管口加工方法的第二个加工步骤，在该步骤中，上半模18a已经与下半模18b相配对，从而使岐管的上表面30的部分22反向挤压进入上半模18a的孔16中。为进行该步骤，应将心轴17放置在每个通道15中，以阻止通道15变形或压偏。分别在上半模和下半模18a和18b上的凸缘32和模腔13这样形成，使得只来自岐管14的上平面30的材料能不受阻碍的流入孔16中。如图2A中所示，凸缘32容纳在由下半模18b形成的模腔13内并且与岐管14的上表面30相啮合，从而把上表面30的中心区域反向挤压到上半模18a的孔16中。如图2中所示，上半模18a在相邻的孔对16之间还包括突出部36，它促使金属从岐管14的上表面30流入孔16中。该突出部36与凸缘32相结合使上半模18a只从上表面30处局部地聚集材料，并且把这些材料挤压入孔16中而对岐管14的别处位置的材料具有最小的影响。相反，在该挤压工序期间，下半模18b主要起岐管14的剩余部分的容器的作用。
闭合上下半模18a和18b并不能形成竖管24而只能形成挤压部分22。因此，冲杆20在挤压期间不会挠曲。此外，下半模18b只是作为该反向挤压工艺在其上进行的一个固定平台，因而大大简化了反向挤压装置和方法。特别是，上下半模18a和18b的配对表面不需要能引起遍及模腔13的材料流动的显著的凸出表面，因此在闭合模具和挤压该部分22期间不易发生磨损。上下半模18a和18b的配对表面的磨损由于在挤压该部分22以前的岐管14的上表面30是平面以及围绕竖管24的区域仍然保持平面而可以进一步减至最少，从而使凸缘32主要作为材料流动的障碍并且不需要使岐管14显著地变形。
图3示出了下一个加工步骤，在该步骤中，冲杆20通过其各自的孔16向下驱动并且进入挤压部分22中，由此进一步反向挤压该部分22以形成管形的竖管24，同时在每个形成的竖管24的底部留下了薄壁26。该加工步骤在上下半模18a和18b在高压下保持闭合状态时进行。从图3中可见，挤压部分22沿着与冲杆20的运动方向相反的方向流动，从而使竖管24中的内孔由冲杆20限定，而竖管24的外表面则由孔16限定。该冲压工序所产生的竖管24的精度可以不需要再作进一步的机械加工或修整，其尺寸和形状就可以与要装配在岐管14上的管子相配合。业已发现，与现有技术中的固定芯体不同，该方法由于使用了移动的冲杆20，其加工精度和适应能力都有显著提高，方便地调整冲杆20的移动距离以便改变竖管24的高度的能力也提高了。
接着，使冲杆20退回，半模18a和18b互相分离，但岐管14仍保持与冲杆20相啮合，如图4中所示。此后，将脱模工具32插进岐管14与上半模18a之间，使岐管14从冲杆20上脱下，如图5中所示。图6示出最后的加工步骤，在该步骤中，用穿孔工具28把在竖管24与岐管14之间的薄壁26刺穿。该加工步骤可以使用同样的下半模18b与装有穿孔工具28的不同的上半模18c来进行。为进行此工序，应将心轴17从通道15中取走(如图所示)，以允许穿孔工具28完全刺穿岐管14的壁26。
根据上面所述可以看出，上述方法为加工热交换器岐管14上的管口12提供了一个简单而耐久的加工方法。特别是，生产成品管口12只需要数量最少的加工步骤，并且所有主要的加工步骤都在一个锻压位置上的单个模腔13中进行。制成的管口12包括一个竖管24，该竖管增加了用来与随后被装配在岐管14上的热交换管啮合和连接的材料数量，从而提高了在管口12与该管之间的连接强度。重要的是，加工管口12的主要工序都在模具闭合时进行，以使半模18a和18b闭合时发生的载荷最小，并允许使用其构形已降低了对磨损敏感性的模具。此外，该反向挤压工序只造成在竖管24由之形成的表面30处的局部材料流动，从而使管口12的尺寸一致性得到提高。
图7～10中示出了本发明的第二个实施例，其中在反向挤压的竖管124上形成了倒棱136，以便于管子与热交换器岐管114的装配。该反向挤压方法一般与第一个实施例中的方法相同，但图中所示的岐管114的外观与图1～6中所示的岐管14是不同的。如同第一实施例中的情况一样，该实施例的第一加工步骤是把岐管114定位在一个下半模118b中，该半模的模腔113与岐管114的下半部紧密地相一致。最好，为避免材料在岐管114的这个区域流动，模腔113应充分地与岐管114的下半部相一致，从而使局部材料流动只能发生在岐管114的暴露的上半部130处。为了提供竖管124随后由之形成的附加的材料，最好岐管114的上半部130具有比岐管114的下半部处的壁厚更大的壁厚。把心轴117a定位在岐管114中形成的通道115中，以防止通道115在随后的加工过程中发生变形或压扁，在该加工过程中可从岐管114的上半部130形成竖管114。此外图中示出的配对的上半模118a的孔116中已经装入了冲杆120。
图8示出了该反向挤压方法的第二个加工步骤，在该步骤中，上半模118a已经与下半模118b相配对，以便把一个凸起部分122反向挤压到上半模118a的孔116中。上和下半模118a和118b应这样形成，使得只有来自岐管114的上半部130的材料能不受阻碍的流入孔116中。如同第一个实施例中的情况一样，闭合半模118a和118b并不能形成竖管124而只能形成凸起部分122，从而使半模118a和118b都不需要有一个用来作为冲杆使岐管114变形到现有技术所要求的程度的凸出表面。特别是，诸如第一实施例的凸缘32这样的凸形表面在半模118a和118b的配对表面上是没有的，由此完全取消了将对磨损发生敏感的边缘和拐角。
图9和10示出了该方法的下面的步骤，在这些步骤中，冲杆120通过孔116向下驱动并且进入凸起部分122中，以便反向挤压凸起部分122的周围地区而形成竖管124，与此同时除去在竖管124内的岐管壁的其余中央区域126以形成管口的开口132。该工序可以使用一个与形成凸起部分122时(图8)所使用的心轴不同的心轴117b来进行，以便在岐管114上的每个凸起部分122的下面产生一个可以容纳冲杆120的端部的凹穴134。或者，也可以使用原来的心轴117a，但要纵向转换位置使在其内形成的凹穴134与凸起部分122对准。然后将冲杆120退回，半模118a和118b互相分离(未示出)以便允许岐管114从半模118a和118b中取出。
从图10中可见，竖管124比图1～6中的竖管24要小得多，以便在岐管114的管口132的周围形成一个凸缘的外形。此外，竖管124上加工有一个内倒棱136，以便于管子装入由竖管124形成的开口132。重要的是，倒棱136只形成在竖管124上，所以也就在管口132之上，该管口的内表面需要与装配热交换器时插入管口132中的热交换器管的外表面相啮合。因此，岐管114上倒棱136的存在不会减少紧紧围绕着竖管124区域的岐管114的径向壁厚。从而倒棱136不会削弱岐管-管的连接然而会使管子装配到岐管114更加方便。
倒棱136和管口132的几何形状由冲杆120限定，而竖管124的外面则由上半模118a中的孔116所限定。如同示于图1～6中的实施例的情况一样，示于图7～10中的冲压工序的精度可以使竖管124和倒棱136不再需要作进一步的机械加工或修整，其尺寸和形状就可以与岐管114所要装配的管子相配合。如图10中所示，竖管124的壁厚比岐管114原有的壁厚小，但是可以预见到具有其壁厚度大于岐管114的原有壁厚的竖管124是能够制造出来的。此外，图示的竖管124高出岐管114的外表面一段距离，该距离不大于岐管114的壁厚。因此，可以用最少的材料来形成竖管124，然而仍能获得上面所述的竖管124的各种优点。
根据上面所述可以看出，本发明的第二实施例的反向挤压方法提供了与在第一实施例中所述的相同的主要优点。即，所形成的管口包括一个竖管124，该竖管增加了用来与热交换管啮合和连接的可用的材料量，从而提高了在岐管114和该管之间的连接强度；所有的主要加工步骤都在单个模腔113中进行；使当半模118a和118b闭合时发生的载荷最小，以便允许使用其构形降低了对磨损敏感性的模具。
虽然我们的发明已经通过最佳实施例进行了说明，但应当指出，对于本领域中技术熟练的人完全可以采用其他结构形式。例如，加工步骤可以变更，可以采用与上面所述的不相同的材料和构形，以便产生适用于各种用途的热交换器。因此，本发明的范围只由下列权利要求书所限定。
权利要求
1.一种用于加工岐管管口的方法，该方法包括以下加工步骤提供一个其中形成有一个通道的岐管，该通道在该岐管的第一区域限定了第一壁，在该岐管的反向放置的第二区域限定了第二壁；把该岐管定位在第一半模内的模腔中，该模腔与该岐管的该第二壁相一致；把第二半模与该第一半模相合模，以便把该第一壁的一部分反向挤压到该第二半模中的一个模腔内，该第一壁的一部分在该岐管上形成一个凸起部分；在一个冲杆上加力使它沿着朝向该岐管的方向通过在该第二半模中的模腔并且进入该凸起部分，以便反向挤压该凸起部分，该冲杆使该凸起部分沿着与该冲杆移动的相反方向流动以便形成一个竖管，该竖管具有一个由冲杆限定的内孔和一个由在该第二半模中的模腔限定的外表面；以及将该岐管从该第二半模中取出。
2.如权利要求l中所述的方法，其特征在于该第一壁的壁厚大于该第二壁的壁厚。
3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该第一半模与该岐管的该第二壁相一致，从而可使合模和加力步骤都不会引起材料在该第二壁上的流动。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该加力步骤在该竖管中的孔与在该岐管中的该通道之间产生了一个第三壁，该方法还包括将该第三壁刺穿以便在该孔和该通道之间形成一个孔的步骤。
5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该第一壁在该岐管上限定了一个平的外表面区。
6.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该第二半模包括一个在合模步骤时容纳在该模腔内的平面表面，该平面表面在合模步骤中与该岐管的第一壁相啮合，以便把该第一壁的中央区域反向挤压到该第二半模的该模腔内。
7.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该第二半模使在相邻的模腔对之间的岐管的第一壁的一部分被反向挤压到该第二半模中的该模腔内。
8.如权利要求1中所述的方法，其特征在于该加力步骤在该竖管中产生一个内倒棱。
9.一种用于在热交换器岐管上加工一个反向挤压的管口的方法，该方法包括以下加工步骤提供一个其中形成有两个通道的岐管，每个该通道在该岐管的第一侧具有一个限定了一个平面外表面的第一壁和一个限定该岐管的一个弧形外表面的第二壁；把该岐管定位在一个第一半模中的一个模腔内，该模腔与该岐管的弧形外表面相一致；把第二半模与该第一半模相合模，以便把每个该第一壁的一部分反向挤向到在该第二半模中的相应的模腔内，该第一壁的该部分在该岐管上形成凸出部分；然后在冲杆上加力使它沿着朝向该岐管的方向通过该每个模腔并且进入该凸出部分以便使该凸出部份反向挤压，该冲杆使该凸出部分沿着与该冲杆移动的相反方向流动，其中每个凸出部分形成一个竖管，该竖管具有一个由一个相应的冲杆限定的孔和由一个相应的模腔限定的外表面；将该第一和第二半模分开；以及将该岐管从该第一半模中取出。
10.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该第一壁的壁厚大于该第二壁的壁厚。
11.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该第一半模与该岐管的第二壁相一致，从而可使该合模和加力步骤只能引起在第一壁上的局部材料的流动而不会引起在第二壁上的材料的流动。
12.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该加力步骤在每个该孔与该岐管中的一个相应的该通道之间产生了一个第三壁，该方法还包括将每个该第三壁刺穿以便在该孔和该通道之间形成孔的步骤。
13.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该第二半模包括一个在合模步骤时容纳在该模腔内的平面表面，该平面表面在合模步骤中与该岐管的平面外表面相啮合，以便把每个平面外表面的中央区域反向挤压到该第二半模中的该模腔内。
14.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该第二半模使在相邻的模腔对之间的岐管的平面外表面的一部分被反向挤压到该第二半模中的该模腔内。
15.如权利要求9中所述的方法，其特征在于该加力步骤在每个竖管中产生一个内倒棱。
16.一个用于在热交换器岐管上加工一个反向挤压的有倒棱的管口的方法，该方法包括以下加工步骤提供一个其中形成有一个通道的岐管，该通道在该岐管的第一区域限定了第一壁，在该岐管的反向放置的第二区域限定了第二壁，该第一壁的厚度大于该第二壁的厚度；把该岐管定位在第一半模内的模腔中，该膜腔与该岐管的第二壁相一致；把第二半模与该第一半模相合模，以便把该第一壁的一部分反向挤压到该第二半模中的一个模腔内，该第一壁的一部分在该岐管上形成一个凸起部分；然后在一个冲杆上加力使它沿着朝向该岐管的方向通过该第二半模中的该模腔并且进入该凸起部分，以使反向挤压该凸起部分，该冲杆使该凸起部分沿着与该冲杆移动的相反方向流动以便形成一个竖管，该竖管具有一个由该冲杆限定的孔和一个由在该第二半模中的该模腔限定的外表面，该冲杆还形成一个受限于该竖管的内倒棱，以便可以不减少该第一壁在限定该竖管的区域内的壁厚。
17.如权利要求16中所述的方法，其特征在于该模腔与该岐管的该第二壁相一致，从而合模和加力步骤可引起在该第一壁上的而不是在该第二壁上的局部材料的流动。
18.如权利要求16中所述的方法，其特征在于该加力步骤同时在该岐管中的通道和在该竖管中的孔之间产生一个孔。
19.如权利要求16中所述的方法，其特征在于该加力步骤使该竖管的壁厚小于该第一壁的壁厚。
20.如权利要求16中所述的方法，其特征在于该加力步骤使该竖管从该第一壁上突出一个距离，该距离不大于该第一壁的壁厚。
全文摘要
一种用于在热交换器岐管上加工管口的方法，该方法包括在一对半模之间锻压该岐管，以便把该岐管的一部分反向挤压到一个半模中的竖管腔内。然后，当该岐管保留在该模腔内时，在一个冲杆上加力使它沿着朝向该岐管的方向通过该竖管腔并且进入该挤压部分，以便进一步反向挤压该挤压部分，从而产生了一个竖管。该竖管具有一个由该冲杆限定的孔和一个由该模腔限定的外表面。该竖管无需再进一步加工。
文档编号F28F9/04GK1168303SQ9612322
公开日1997年12月24日 申请日期1996年12月13日 优先权日1995年12月13日
发明者J·L·因萨拉科, W·M·约翰松, D·M·哈尔比希 申请人:挪威海德罗公开有限公司