专利名称：中空产品、流体处理系统以及中空构件的连接方法
技术领域：
本发明涉及一种中空产品、流体处理系统和中空构件的连接方法，更具体地说涉及一种包括用来让流体能够在其中流动的相连中空构件的中空产品，以及一种包括相连中空构件的流体处理系统，其中至少一个中空构件具有处理功能部分，该部分对在其中流动的流体进行预定的处理。本发明还涉及一种用于使中空构件相互连接的连接方法。
中空构件，例如排气歧管1、催化剂转换器2、管道3、前消音器4和主消音器5，可拆卸地连接在相邻中空构件上，从而该中空构件在它损坏时能够很容易由另一个构件替代。因此，这些中空构件在容器或连接管道的端部处设有能够由螺栓紧固的凸缘部件，因此这些中空构件形成为一个整体。
图20显示出将作为一个中空构件的凸缘部件11′连接在另一个中空构件10′例如连接管道上的相关技术。在这个相关技术中，板形成有孔以形成中空凸缘部件11′，例如连接管道的中空构件10′插入穿过凸缘部件11′，并且这两个部件通过包层焊接相互连接。
例如，日本专利申请公开No.9-234877、No.10-29077、No.9-242540和No.63-132790披露了沿着纵向方向通过摩擦焊接连接管状中空构件的端部的技术。
日本专利申请公开No.63-132790披露了一种转轴的制造方法，其中管状转轴组成部件的端面摩擦焊接在另一个管状转轴组成部件的端面上，从而形成转轴体。在这个方法中，转轴组成部件在用于防止产生毛刺的芯部部件插入这些转轴组成部件的管子中的状态中相互摩擦焊接在一起。该文献披露了所述芯部部件使如此形成的，从而其外径基本上与转轴组成部件内径相同。该文献还披露了，芯部部件插入在转轴组成部件的管子中，该部件在摩擦焊接操作之前保持在其固定状态中。
日本专利公开No.2957163披露了双层热绝缘结构的排气系统部分，它包括其相对端部直径逐渐减小的内管和其相对端部直径逐渐减小的外管，其中内管和外管在它们之间设有间隙。该文献还披露了一种排气系统部件的制造方法。在该文献中，披露了“外管的两个直径逐渐减小部分的顶端在旋压辊的作用下延展，从而将这些顶端推压在内管的连接部分的外圆周表面上以便使这些顶端塑性变形，并且该延展连接部分和内管的连接部分相互连接，从而一体地形成内管和外管，”，或者“通过拉伸将一个减震部件插入在形成在内管和外管的连接部分上的台阶之间，从而防止内管和外管由于震动而相互接触，让内管和外管能够沿着它们的轴线方向相对滑动，从而缓解了由内管和外管之间的温度以及热膨胀系数的差异引起的应力以提高耐久性”(段落标号0024、0029和0030)。
在上述传统技术中，在图20中所示的对构成凸缘部件的板材和插入在这些凸缘部件的孔中的管子进行包层焊接的技术存在这样的问题，中空产品的重量由于焊接引起的包层金属而增加。这个问题在具有内燃机的运动体例如汽车的排气系统的情况中尤为严重。另外，在这个相关技术中，必须采取保护措施例如罩子来保护中空构件和焊接设备在进行包层焊接时产生的飞溅，并且其问题在于设备成本增加了。另外，在这个相关技术中，当该中空产品用来使得流体能够在其中流动时，为了可靠地确保在中空产品中流动的流体的气密性，必须通过焊接在整个圆周上连续进行包层，并且这个问题在于，需要通过高度专业的焊接才能确保连接质量。另外，还有这样一个问题，相连的中空构件的质量由于焊接引起的热效应而不同。
另外，在上面的传统技术中，通过摩擦焊接连接管子的技术存在这样的问题，当连接相对较薄的中空构件的端面时连接质量不稳定。如图21中所示，在日本专利申请公开No.9-234877、No.10-29077和No.9-242540中，由于摩擦焊接所以不仅在中空构件30′和31′的外侧上而且还在其内侧上产生出毛刺。当中空产品用来使得在其中的流体能够进行预定处理时，由于在内侧上产生的在从中伸出的毛刺变为流体的流动阻力，从而削弱了流动效率，所以必须除去该毛刺。但是，还有如在日本专利申请公开No.63-132790中所描述的一样，难以除去在内侧上产生的毛刺。因此，在通过摩擦焊接连接管子的相关技术中，不可能提高在中空构件中流动的流体的流动效率。在日本专利申请公开No.63-132790中的芯部部件仅仅插入在转轴组成部件的管子中，并且没有任何有关在转轴组成部件的摩擦焊接之后是从转轴组成部件中将芯部部件拉出或者将它留在其中的说明。
在上面的传统技术中，在日本专利公开No.2957163中，主要通过使用旋压辊进行拉伸来使外管的连接部分直接或通过减震部件连接在内管的连接部分上。因此，其问题在于内管和外管之间的连接不牢固。
根据本发明的第一方面，提供一种中空产品，它包括相互连接以使得流体能够在其中流动的中空构件，其中一个中空构件通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件上的连接部分。
根据这个方面，由于一个中空构件通过旋压加工形成有连接部分，所以可以提供一种具有优良流动效率的轻型中空产品，其中连接部分稳定且可靠地形成在一个中空构件的整个圆周上。
在上面的方面中，通过旋压加工形成的一个中空构件的连接部分可以通过摩擦焊接连接在另一个中空构件上。
通过这个布置，由于形成在一个中空构件上的连接部分通过摩擦焊接连接在另一个中空构件上，所以可以提供一种使得流体能够在其中流动的中空产品，其中所述中空构件容易且可靠地连接在整个圆周上而不会受到中空构件的厚度的影响，并且该中空产品的重量减小。
在上面的方面中，任意中空构件都可以进行延展以便设置在连接部分中。
通过这种布置，由于任意中空构件都能够延展以便在径向上设置在连接部分内部，所以可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内部产生毛刺。还有，因为内侧是连续地形成的，所以可以提供一种具有更高流体流动效率的中空产品。
这里，连接部分可以形成为在一个中空构件的中间部分中向外伸出，一个中空构件可以插入进另一个中空构件中，并且一个中空构件的连接部分可以通过摩擦焊接连接在另一个中空构件上。一个中空构件从连接部分朝着顶端的部分在径向上位于摩擦焊接部分内侧。因此，可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内侧产生毛刺。
另外，连接部分逐步地形成在一个中空构件的中间部分处，从而其直径朝着顶端减小，并且一个中空构件插入在另一个中空构件中，并且逐步地形成在一个中空构件上的连接部分通过摩擦焊接连接在另一个中空构件的顶端上。通过这个结构，由于一个中空构件在径向上位于摩擦焊接部分里面，所以可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内部产生毛刺。
另外，连接部分可以如此形成，从而其顶端直径增加成宽于一个中空构件的中间部分，另一个中空构件插入在一个中空构件中，并且一个中空构件的直径增加的顶端和与该顶端相对应的另一个中空构件的一部分通过摩擦焊接连接。由于另一个中空构件从连接部分朝向顶端的部分在径向上位于摩擦焊接部分里面，所以可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内部产生毛刺。
根据本发明的第二方面，提供一种流体处理系统，它包括相互连接的中空构件，其中至少一个中空构件是具有用来使流进该中空构件的流体进行预定处理的中空构件，其中一个中空构件通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件上的连接部分。
根据第二方面，由于一个中空构件通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件上的连接部分，所以可以提供一种具有优良流动效率的轻型流体处理系统，其中连接部分稳定且可靠地形成在一个中空构件的整个圆周上。
在上面的方面中，通过旋压加工形成的一个中空构件的连接部分可以通过摩擦焊接连接在另一个中空构件上。
通过这种布置，由于形成在一个中空构件上的连接部分通过摩擦焊接连接在另一个中空构件上，所以可以提供一种用于使在中空构件中流动的流体进行预定处理的流体处理系统，其中中空构件容易且可靠地连接在整个圆周上且与中空构件的厚度无关，从而降低了中空产品的重量并且提高了流体的流动效率。
另外，任意中空构件都可以进行延展以便能够在径向上设置在连接部分的内部。
通过这种布置，可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内部产生毛刺，并且该内侧连续地形成。因此，可以提供一种具有更高流体流动效率的流体处理系统。
根据本发明的第三方面，提供一种使中空构件相互连接以便使得流体能够在其中流动的方法，它包括以下步骤在一个中空构件上通过旋压加工形成连接部分；并且通过摩擦焊接将一个中空构件的连接部分连接在另一个中空构件上。
通过该第三方面，一个中空构件通过旋压加工形成有连接部分，然后一个中空构件的连接部分以及另一个中空构件通过摩擦焊接相互连接。因此，可以提供一种中空构件的连接方法，其中中空构件容易且可靠地在整个圆周上相互连接而与中空构件的厚度无关，并且流体的流动效率由于重量降低而优异。
在上面的方面中，在通过摩擦焊接连接中空构件的步骤中，连接部分可以形成在一个中空构件上，从而这些中空构件的任意一个可以在径向上设置在连接部分里面。
通过这种布置，由于一个中空构件延展以便能够在径向上设置在连接部分里面，所以可以防止由于摩擦焊接而在中空产品内部产生毛刺，并且该内侧连续地形成。因此，可以提供一种具有更高流体流动效率的中空构件的连接方法。
另外，至少一个中空构件可以具有用于使在中空构件中流动的流体进行预定处理的处理功能部分。
通过这种布置，可以提供一种中空构件的连接方法，该方法可以用来制造用来使在相连中空构件中流动的流体进行预定处理的流体处理系统。
优选实施方案的详细说明下面将根据
图1-11对本发明的第一实施方案进行说明。在该实施方案中，如图10中所示的汽车发动机的排气系统包括催化剂转换器2(一个中空构件)，该构件是用来使从发动机中排出并且流经排气歧管的废气产生化学反应例如氧化还原反应的一个组成单元，从而使废气净化。该排气系统还包括其中装有作为处理功能部分的催化剂转换器2的催化剂载体12(参见图10)的容器10。容器10包括容纳部分10a、其直径从容纳部分10a开始逐渐减小的锥形部分10b以及通过锥形部分10b与容纳部分10a连接的小直径连接部分10c。下面将对连接连接部分10c和凸缘11(另一个中空构件)以固定在另一个组成单元1和3的凸缘21上的方法进行说明。
催化剂转换器2(它是作为本发明中空产品的排气系统的一个组成单元)如此形成，从而一个中空构件(其中装有催化剂载体12的催化剂转换器2的容器10的连接部分10c)通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件(凸缘部件11)的连接部分16上的连接部分15。另外，通过旋压加工形成的连接部分15通过摩擦焊接连接在另一个中空构件(凸缘部件11)的连接部分16上。一个中空构件(催化剂转换器的容器的连接部分10c)和另一个中空构件(凸缘部件11)中的一个如此延展，从而它们中的一个在径向上设置在连接部分15和16的里面。
本发明的中空构件10和11的连接方法包括通过旋压加工在一个中空构件(其中装有催化剂载体12的催化剂转换器的容器的连接部分10c)上形成连接部分15，并且包括用于通过摩擦焊接连接这个连接部分15和另一个中空构件的连接部分16(凸缘部件11的)的步骤。在旋压加工步骤中，一个中空构件(催化剂转换器的容器的连接部分10c)和另一个中空构件(凸缘构件11)中的一个如此延展，从而它们中的一个在径向上设置在连接部分15和16的里面。
如图1中所示，凸缘部件11如此形成，从而形成为预定形状的板材形成有孔20，并且孔20的圆周经过去毛刺处理，从而将凸缘部件11形成为中空结构，可以将催化剂转换器的容器的连接部分10c插入(在这个实施方案的情况中)穿过该中空结构，并且其一部分从凸缘部件11的一个表面中伸出。在该实施方案中，从凸缘部件11的一个表面中伸出的部分构成连接部分16，该连接部分将连接在如下面所述形成的催化剂转换器的连接部分上。如图10中所示，凸缘部件11形成有环形凹槽11a，用来容纳密封件53以在凸缘部件11通过螺栓52邻接并且紧固在作为另一个组成单元的凸缘部件51上时保持气密性。如图10中所示，凸缘部件11和51是这样的，其中一个凸缘部件11在催化剂转换器2的侧面上形成有用来插入螺栓52的孔11b，并且另一个凸缘部件51形成有用来与螺栓52螺纹啮合的内螺纹孔51a。
如图2和3中所示，用于进行去毛刺加工的设备的一个实施例包括用于固定将变成凸缘部件11的板材并且使该板材绕着孔20转动的轴60、以及沿着转动轴线方向以及轴60的径向方向转动的去毛刺工具61。轴60包括有皮带轮65，在该皮带轮以及与电机62连接的皮带轮63上卷绕着皮带64，还包括用于固定将变成凸缘部件11的板材的卡盘66。该去毛刺设备包括轴向运动工作台69，它在由伺服电机70驱动的丝杠机构68作用下移动；以及径向运动工作台72，它设在轴向运动工作台69上并且在由伺服电机70驱动的丝杠机构71的作用下运动。去毛刺工具61由径向运动工作台72支撑。如果驱动电机62以通过皮带64使轴60转动的话，则由夹盘66夹住的将变成凸缘部件11的板材绕着前面形成的孔20转动。在这个状况中，驱动伺服电机67以使轴向运动工作台69向前运动(使该工作台在图2和3中向左运动)，并且将去毛刺工具61插入在将变成凸缘部件11的板材的孔20中，从而该去毛刺工具61不会接触如图1A中所示的孔20。驱动伺服电机70以使径向运动工作台72沿着径向方向向外运动，从而使该去毛刺工具61与将变成凸缘部件11的板材的孔20的内周边接触。在这种状态中，驱动伺服电机67以使轴向运动工作台69向后运动(在图2和3中向右)，并且孔20的内周边如此成形，从而该内周边朝向一个侧面伸出。通过重复上述步骤，从而可以将孔20形成为其尺寸使得催化剂转换器2的连接部分10c能够插入在孔20中，并且该孔20如此形成，从而连接部分16从凸缘部件11的一个表面中伸出。该去毛刺设备并不限于在图2和3中所示的实施方案，只要该去毛刺工具能够围绕着形成在将变成凸缘部件11的板材中的孔20相对旋转就行。
如图4中所示，催化剂转换器的容器10一体地包括锥形部分10b，它从催化剂载体12的容纳部分10a朝向相对端部逐渐变细；以及直径减小的连接部分10c，它通过对其尺寸能够容纳催化剂载体12的管状坯料反复进行旋压加工同时使成形辊81相对于管状坯料旋转而设置在相对端部处。在本发明中，如图4A中所示，通过对管状坯料进行旋压加工，从而将至少一个锥形部分10b和连接部分10c形成为基本上最终形状和尺寸，并且如图4B中所示，使每个连接部分10c的从锥形部分10b到连接部分10c的轴向中间部分的部分进一步拉伸成最终所要求的外径，然后使成形辊81径向向外回撤一次。然后，如图4C中所示，使成形辊81从连接部分10c的顶端移动到轴向中间部分，并且使那个部分拉伸成最终所要求的外径。连接部分10c在锥形部分10b的那个部分和顶端的直径减小，并且在直径减小时使坯料的材料向连接部分10c的轴向中间部分聚集。因此，在连接部分10c的轴向中间部分处可靠地将环形连接部分15形成在整个周边上，从而径向向外伸出。可以通过连接部分10c在锥形部分10b的侧面上的和连接部分10c朝着轴向中间部分的顶端侧面的直径减少量以及材料的聚集量来调节连接部分15径向向外伸出的量。
接下来，如图4D中所示，将要变成催化剂转换器的容器10的管状坯料形成有连接部分10c，该连接部分具有锥形部分10b和连接部分15中的一个，并且凸缘部件11通过去毛刺加工形成有连接部分16，它们由支撑设备82设置和支撑，从而其中心轴线与共轴延伸线一致。支撑设备82包括用于保持安装在绕着其轴线转动的轴(未示出)上的凸缘部件11的夹盘90以及由设在夹盘90的中心处的轴承91转动的轴92。由夹盘90和轴92保持的凸缘部件11可以相对转动。轴92形成为这样一个尺寸，从而轴92可以插入装配进在催化剂转换器2的容器10的端部处的连接部分10c中以便支撑该轴。轴92的顶端逐渐变细以相对于连接部分10c的内圆周表面形成大约5-15°的角度。在这个实施方案的情况中，如在图4D和4E中所示一样，形成在催化剂转换器2的容器10的端部处的连接部分10c由夹具93不可转动地夹紧并固定。设有夹盘90和轴92的轴(未示出)以及用于夹紧催化剂转换器2的容器10的夹具93可以沿着轴向方向相对运动。
在其中催化剂转换器的容器的连接部分10c由夹具93不可转动地夹紧并且凸缘部件11由夹盘90固定的情况中，如果设有夹盘90的轴(未示出)绕着其轴线转动从而使凸缘部件1转动的话，催化剂转换器的凸缘部件11和容器10沿着轴向方向彼此相对运动得更加靠近同时使凸缘部件11转动，首先从催化剂转换器的容器的连接部分10c的端部将轴92插入，然后使凸缘部件11相互对准。由于轴92与由夹盘90夹持的凸缘部件无关地可转动地受到支撑，所以该轴92不会相对于催化剂转换器的受到夹紧的容器10转动。因此，在催化剂转换器的容器10和轴92之间不会产生摩擦热。因此，即使催化剂转换器的容器10的厚度t较薄，也可以防止催化剂转换器的容器10被摩擦热熔融并且受到损坏。
如果催化剂转换器的容器10和凸缘部件11沿着轴向方向彼此相对运动得更近，则将催化剂转换器得容器的连接部分10c插入在凸缘部件11中。如图4E、5或9中所示一样，通过用预定的镦锻压力将推压力施加在预定的区域Y上来使两个连接部分15和16的被接触端面软化，从而进行摩擦焊接。通过进行摩擦焊接，从而在两个连接部分15和16上产生出毛刺。但是在本发明中，由于连接部分15形成在催化剂转换器的容器的连接部分10c的轴向中间部分处，即由于在催化剂转换器的连接部分10c插入在凸缘部件11中以便进行摩擦焊接时，位于连接部分15和连接部分10c的顶端之间的部分10d延伸到在凸缘部件11内部位置处，所以该部分10d在径向上设置在连接部分15和16内部。因此，沿着两个连接部分15和16的径向方向只在外面产生毛刺，并且在催化剂转换器2内部没有产生任何毛刺。沿着这两个连接部分15和16的径向方向在外面产生的毛刺在必要时很容易除去。通过进行摩擦焊接使催化剂转换器的容器10和凸缘11的连接部分15和16在整个周边上气密地连接。
这里，如图7中所示，如果摩擦焊接所需要的区域Y是催化剂转换器的容器的连接部分10c的厚度t的1.5倍，则难以只是通过连接部分10c从其在锥形部分10b的侧面上的部分以及其从顶端朝向轴向中间部分的部分的直径减小量并且通过材料的聚集量来形成具有与区域Y对应的轴向厚度的连接部分15。因此，在这种情况中，如图6A中所示，径向向外伸出的环形突起15′如此形成在催化剂转换器的容器的连接部分10c的轴向中间部分上，从而其伸出量大于在图4和5中所示的连接部分15的伸出量，并且如此进行旋压加工，从而通过如图6B中所示的成形辊使突起15′朝向连接部分的顶端倾斜。通过这种布置，如图7A和7B中所示一样，可以形成其厚度是厚度t的1.5倍的连接部分15，从而能够足以与进行摩擦焊接所需的区域Y对应。
本发明并不限于上面的实施方案，并且催化剂转换器2的容器10和凸缘部件11的两个连接部分15和16可以相对转动。在这个摩擦焊接中，优选的是，凸缘部件11和催化剂容器的连接部分10c的相对转数和推压速度保持恒定直到在这两个连接部分15和16的邻接表面上形成塑性流动层，然后以预定的减速比使相对转速减少直到转动停止，并且之后使推压力停止。
如果通过旋压加工使催化剂转换器2的容器10在其一个侧面处形成有锥形部分10b和连接部分10c的话，则从另一个侧端插入催化剂载体12。这个另一个侧端同样经过旋压加工，并且一体地形成有锥形部分10b和连接部分10c。该另一个侧面连接部分110c还形成有相同的连接部分15，并且这个连接部分15通过摩擦焊接连接在凸缘部件11的连接部分16上。在如图4-7所示的实施方案的催化剂转换器2的容器10中，一个连接部分15连接成从凸缘部件11中稍微伸出。因此，如图10中所示，将要连接在连接部分10c上的另一个组成单元连接成从中空构件例如另一个组成单元的管子的连接部分50的顶端中稍微伸出。因此，当凸缘部件11和51相互紧固在一起时，两个连接部分10c和50的端部在另一个组成单元的凸缘部件51中相互邻接在一起。
除了上述实施方案之外，本发明还可以应用在这样一种情况中，其中如图11中所示一样催化剂转换器的容器的连接部分10c的轴线相对于催化剂载体12的容纳部分10a的轴线以预定的角度倾斜。在这个情况中，在摩擦焊接时，通过设定使凸缘部件11相对于连接部分10c的相对转动停止的相位，从而可以在相对于倾斜催化剂转换器2设定的阶段位置处连接凸缘部件2，从而凸缘部件11可以与另一个组成单元的凸缘部件51的相位一致。
接下来，将根据图12对本发明的第二实施方案进行说明。在下面的说明中，将只对与上面的实施方案不同的部分进行说明，并且相同或相应的部分将用相同的标号来表示，并且其说明将省略。
在这个实施方案中，如图12A中所示一样，对管状坯料进行旋压加工，从而使锥形部分10b和连接部分10c中的至少一个形成为如在图12B中所示的最终形状和尺寸。然后，如图12C中所示，连接部分10c其直径从其轴向中间部分到顶端部分10d逐渐减小到这样一个程度，从而可以通过旋压加工将连接部分10c插入在凸缘部件11中，从而在其整个圆周上拉伸出阶梯状连接部分15。连接部分10c的阶梯状连接部分15的径向尺寸如此设定，从而连接部分10c可以插入在凸缘部件11中，并且可以将连接部分10c摩擦焊接在从凸缘部件11的一个表面(该表面将变成连接部分)中伸出的端面上。然后，如图12D中所示，形成有连接部分16的凸缘部件11和管状坯料(将变成形成有具有一个锥形部分10b和连接部分15的连接部分10c的催化剂转换器2的容器10)通过支撑设备如此设置，从而其中心轴与共轴延伸线一致。在其中催化剂转换器的容器10由夹具93夹紧并固定的情况中，凸缘部件11沿着轴向方向运动同时转动，凸缘部件11插入装配在催化剂转换器的容器的连接部分10c外面。然后，如图12E中所示一样，进行摩擦焊接，以便通过以预定的镦锻压力在预定区域Y上施加推压力来软化和焊接连接部分15和16的相连端面。那时，由于象上面实施方案一样连接部分10c的直径减小部分10d朝着凸缘部件11延展并且在径向上位于连接部分15和16外侧，所以当进行摩擦焊接时只在连接部分15和16的径向外侧产生出毛刺，而在催化剂转换器2里面没有产生任何毛刺。
接下来，将根据图13-15对本发明的第三实施方案进行说明。在以下说明中，将只对与上面实施方案不同的部分进行说明，并且相同或相应的部分将用相同的标号表示，并且其说明将省略。
在该实施方案中，如图13A中所示一样，对管状坯料进行旋压加工，从而将锥形部分10b和连接部分10c中的至少一个形成为如在图13B中所示的最终形状和尺寸。将变成阶梯状连接部分15的部分的尺寸如此设定，从而可以将从凸缘部件11的一个表面伸出的部分插进连接部分15中。接下来，如图13C中所示一样，一部分连接部分10c从锥形部分10b到轴向中间部分进一步被拉伸成最终所要求的外径，并且使成形辊81径向向后回撤一次。催化剂转换器的容器的连接部分10c如此形成，从而连接部分10c的部分10d的直径从轴向中间部分到其顶端在整个圆周上相对增加。在这个实施方案的情况中，催化剂转换器的容器10的连接部分15包括顶端表面和连接部分10c的内圆周表面，它形成为直径相对增加。凸缘部件11的连接部分16包括从其一个表面伸出的部分的周边和这个部分的外周表面。优选的是，将连接部分10c从锥形部分10b到其轴向中间部分的内径和凸缘部件11的内径设定得基本上相等。从凸缘部件11得一个表面中伸出的部分的顶端如此设定，从而它不会与催化剂转换器的容器的连接部分10c接触。
然后，如图13D中所示一样，管状坯料(将变成形成有具有一个锥形部分10b和连接部分15的连接部分10c的催化剂转换器2的容器10)和形成有连接部分16的凸缘部件11通过支撑设备如此设置，并且中心轴线设置成共轴延伸线一致。在其中催化剂转换器的容器10由夹具93夹紧并固定的情况中，凸缘部件11沿着轴向方向运动同时转动，凸缘部件11插入装配在催化剂转换器的容器的连接部分10c外面。然后，如图13E中所示一样，进行摩擦焊接，以便通过以预定的镦锻压力在预定区域Y上施加推压力来软化和焊接连接部分15和16的相连端面。那时，由于象上面实施方案一样凸缘部件11的从其一个表面伸出的部分朝着催化剂转换器的容器的连接部分10c延伸并且在径向上位于连接部分15和16内侧，所以当进行摩擦焊接时只在连接部分15和16的径向外侧产生出毛刺，并且在催化剂转换器2里面没有产生任何毛刺。当将凸缘部件11的内径和连接部分10c的内径设定为基本上相等时，可以降低流体例如流经排气系统的废气的流动阻力。
在这个实施方案中，如图14和15中所示一样，优选在从凸缘部件11的一个表面中伸出的部分的底端的外周边中形成凹槽11c。通过形成凹槽11c，在摩擦焊接连接部分15和16时使催化剂转换器的容器的连接部分10c的材料软化，并且该材料流进凸缘部件11的凹槽11c中从而进行焊接。因此，可以强化催化剂转换器的容器的凸缘部件11和连接部分10c之间的连接。
接下来，将参照图16根据其中所要连接的两个部件都是用在排气系统等中的管子30和31的情况对本发明的第四实施方案进行说明。在下面的说明中，将只对与上面实施方案不同的部分进行说明，并且相同或相应的部分将用相同的标号表示，并且其说明将省略。
在图16A、16B、16D和16E中的每一个中，右侧管子将称为“一根管子30”，而右侧管子将被称为“另一根管子31”。如图16A中所示，采用直径基本上相同的直管作为管子30和31。
如图16B中所示，成形辊81沿着轴向方向从在顶端附近的预定位置朝着一根管子30的顶端在图16B中向右移动预定长度同时使成形辊81相对转动，以便对一根管子30进行旋压加工以减小其直径。接下来，如图16C中所示，成形辊沿着轴向方向从一根管子30的顶端在图16C中向左移动预定长度同时使成形辊81相对旋转以便对一根管子30进行旋压加工以减小其直径。通过这种操作，在顶端附近中的一部分一根管子30上形成了径向向外伸出的环形连接部分15。当在图16中的连接部分15的部分向其左右直径减小时，通过使成形辊81沿着轴向方向向连接部分15移动来聚集一根管子30的材料。因此，连接部分15沿着轴向方向并且沿着径向方向具有足够的厚度以便相对于其它管子31的连接部分16进行摩擦焊接。
如图16B中所示，成形辊31沿着轴向方向从顶端附近中的预定位置朝着另一根管子31的顶端在图16B中向右移动预定长度同时使成形辊81相对转动，以便对另一根管子31进行旋压加工，从而减小其直径。保持另一根管子31的顶端的原始直径，并且通过另一根管子31的顶端表面构成连接部分16。
如图16D中所示一样，以上述方式形成的两根管子30和31如此设置，从而它们的轴线与共轴延伸线一致，它们在绕着轴线相对转动的同时沿着轴向方向朝着彼此移动得更近。如图16E中所示一样，将一根管子30插进另一根管子31中，并且通过用预定的镦锻压力在预定区域Y上施加推压力，以软化并焊接连接部分15和16的接触端面，从而进行摩擦焊接。在那时，由于一根管子30的一部分30d从连接部分15延伸到顶端以便在径向上设置在连接部分15和16里面，所以只在连接部分15和16的径向外面产生毛刺，并且在管子30和31内部没有产生任何毛刺。
接下来，将参照图17根据其中所要连接的两个中空构件是构成用于排气系统的催化剂转换器2的双层中空产品的内管40和外管41的情况对本发明的第五实施方案进行说明。在下面的说明中，将只对与上面实施方案不同的部分进行说明，并且相同或相应的部分将用相同的标号表示，并且其说明将省略。
在该实施方案中，如图17A中所示，对其尺寸能够容纳催化剂载体12的管状坯料进行旋压加工同时使成形辊81相对旋转。因此，内管40与锥形部分40b一体地形成，该锥形部分从催化剂载体12的容纳部分40a和设置在相对端部上的直径减小连接部分40c朝着内管40的相对端部逐渐变细。每个连接部分40c的端部其直径径向向外增加，从而形成连接部分15。如图17B中所示，构成外管41的圆柱形坯料沿着径向方向在离内管40的催化剂载体12的容纳部分40a预定距离处设置在以这样方式形成的内管40的外面。然后如图17C所示，通过对外管41反复进行旋压加工同时使成形辊81相对转动，从而使外管41直径减小同时沿着径向方向在用于催化剂12的容纳部分40a、锥形部分40b以及内管40的连接部分40c之间保持预定的距离。在那时，外管41的端部与形成在内管40的连接部分40c上的端部的直径增加部分15的边界基本上一致，该端部构成连接部分16。之后，如图17D中所示，通过在使成形辊81转动的同时进行旋压加工，从而使形成在内管40的连接部分40c上的端部的直径增加部分返回，并且以能够保持气密性这样一种方式将外管41的端部夹在内管的连接部分40c和返回部分15之间。
在其中外管41的端部16夹在内管的连接部分40c和返回部分15之间的情况中，内管40和外管41在绕着轴线进行相对转动的同时受到成形辊81的挤压，并且这两个管子40和41的连接部分15和16通过摩擦焊接相连。
接下来，将参照图18根据其中将要连接的中空构件是构成用于排气系统的双层直管的内管40′和外管41′的情况对本发明的第六实施方案进行说明。在下面的说明中，将只对与上面实施方案不同的部分进行说明，并且相同或相应的部分将用相同的标号表示，并且其说明将省略。
在这个实施方案中，如图18A中所示，通过在使成形辊81进行相对旋转的同时使成形辊81相对于管状坯料沿着轴向方向移动以便朝着轴向中间部分聚集其材料，从而在其轴向中间部分中的内管40′上形成用于构成连接部分15的径向向外伸出的环形突起15′。如图18B中所示，外管41′安装在形成有沿着径向方向与内管40′相隔预定距离的突起15′的内管40′上面。然后，如图18C中所示，使外管41′的端部直径减小，从而通过使成形辊81相对转动来使该端部与内管40′的突起15′接触。之后，在使成形辊81转动的同时使形成在内管40′上的突起15′倾斜，将外管41′的端部夹在由突起15′形成的连接部分和内管40′的外圆周表面之间，从而将这两根管子连接在一起。还有在该实施方案中，与在图17中所示的实施方案一样，在使这些管子绕着轴线转动的同时，通过成形辊81推压内管和外管，并且可以通过摩擦焊接使这两根管子40′和41′的连接部分15和16相连。
本发明并不限于上面的实施方案，而是可以应用在需要流体的流动效率的系统上。也就是说，本发明适用于这样一种流体处理系统，它具有作为处理功能部分的功能材料，用来通过使流体与功能材料接触以在该流体上施加物理作用和/或化学作用，从而对流动的流体进行预定的处理。除了作为处理功能部分的用于对排出流体产生化学反应例如氧化还原反应的催化剂之外，该申请还包括具有降低噪音的消音器以及具有用来对吸入流体进行物理分离的过滤器的吸入系统。本发明还可以应用在其它流体处理系统例如只用与汽车之外的内燃机，如果该系统具有用来对流动的流体进行预定处理的处理功能部分的话。流体本身并不限于气体，并且材料的状态没有限制，只要该流体具有流动性例如液体和气体的混合物和/或液体和包括小固体在内的粉末的混合物。
权利要求
1.一种中空产品，它包括相互连接的中空构件，用来让流体能够在其中流动，其中所述中空构件中的一个通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件上的连接部分。
2.如权利要求2所述的中空产品，其特征在于，通过旋压加工形成的所述一个中空构件的所述连接部分通过摩擦焊接连接在所述另一个中空构件上。
3.如权利要求2所述的中空产品，其特征在于，使所述中空构件中的任一个延展成在径向上设置在所述连接部分内部。
4.一种流体处理系统，它包括相连的中空构件，所述中空构件中的至少一个具有处理功能部分，用来对在所述中空构件中流动的流体进行预定的处理，其中，所述中空构件中的一个通过旋压加工形成有将要连接在另一个中空构件上的连接部分。
5.如权利要求4所述的流体处理系统，其特征在于，通过旋压加工形成的所述一个中空构件的所述连接部分通过摩擦焊接连接在所述另一个中空构件上。
6.如权利要求5所述的流体处理系统，其特征在于，使所述中空构件中的任一个延展成在径向上设置在所述连接部分内部。
7.一种用于使中空构件相连以便使得流体能够在其中流动的方法，它包括以下步骤通过旋压加工在所述中空构件中的一个上形成连接部分；并且通过摩擦焊接将所述一个中空构件的所述连接部分连接在另一个中空构件上。
8.如权利要求7所述的连接方法，其特征在于，所述中空构件中的至少一个具有处理功能部分，用来对在中空构件中流动的流体进行预定的处理。
9.如权利要求7所述的连接方法，其特征在于，在通过摩擦焊接连接中空构件的所述步骤中，在所述一个中空构件上形成连接部分，从而所述中空构件中的任意一个在径向上设置在所述连接部分的内部。
10.如权利要求9所述的连接方法，其特征在于，所述中空构件中的至少一个具有处理功能部分，用来对在中空构件中流动的流体进行预定的处理。
全文摘要
通过旋压加工使催化剂转换器的容器(10)的连接部分(10c)连接在凸缘部件(11)的连接部分(16)上，并且通过摩擦焊接使通过旋压加工形成的连接部分(15)连接在凸缘部件(11)的连接部分(16)上。该催化剂转换器的连接部分(10c)和凸缘部件(11)中的一个延展成在径向上设置在连接部分(15)和(16)的内部。
文档编号B21D22/14GK1431944SQ01810547
公开日2003年7月23日 申请日期2001年5月30日 优先权日2000年6月2日
发明者坂本达哉, 石津诚二, 涌出和志 申请人:丰田自动车株式会社