专利名称：制造高压管道部件的方法及其结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造高压管道部件的方法和由该方法制造的高压管道部件，且该发明尤其适合应用于内燃机的高压管道部件。
背景技术：
例如，高压管道部件是用于形成柴油发动机喷射器本体的组成部件，且具有使供给到内燃机的高压燃油通过的通道。
通常，在制造该管道部件时，由于考虑到设备方面的方便，将形状像图11A中所示圆柱体毛坯(billet)101沿径向以半封闭方式成型为如图11B中所示的锻压体102。然后，对飞边(毛边)103等进行修剪，以形成本体结构110。然后，在该本体结构110中形成了用于通过高压燃油的通道。
流过该喷射器本体通道的燃油具有非常高的压力(例如，180Mpa的压力)，因此需要使喷射器本体具有较大的耐压容许度。
近些年来，为了适应柴油机的大功率和较清洁尾气的趋势，已经期望进一步增大所供给燃油的压力。然而，难以提高上述现有技术中制造方法所制造的高压管道部件的喷射器本体的耐压性。因此，存在这样一个问题，即难以如同往常一样地确保相同的耐压容许度。
发明内容
本发明致力于研究提高本体结构的耐压容许度的措施。结果使得，本发明的发明人在用于检测耐压容许度的高内压试验中发现，当内部压力向本体结构施加应力的方向与本体结构的纤维流(fiber flow)方向一致时，本体结构会过早地发生破裂。也就是说，本发明的发明人发现通过控制纤维流，可以提高高压管道部件的喷射器本体的耐压容许度(the degree of allowance of theresistance to pressure)。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于制造高压流体用管道部件的方法，其中耐压容许度得到提高。
本发明的另一目的是提供高压流体用管道部件，其能够有效地提高耐压容许度。
根据本发明，一种用于制造高压流体用管道部件的方法包括将由原材料制成的毛坯设置在模具中的封闭空间中的设置步骤；及在上述设置步骤之后利用冲头挤压到毛坯上以使毛坯塑性变形，从而在形成用于高压流体的通道之前成型本体结构的成型步骤。此外，在上述成型步骤中，毛坯这样塑性变形，以使得在本体结构中形成沿着通道的纤维流。
由于在封闭空间中锻压的本体结构的纤维流沿着高压流体的通道，所以内部压力施加到通道上的应力的方向大致垂直于纤维流的方向。以这种方式，可以有效地提高管道部件中本体结构的耐压容许度。
例如，模具内部的封闭空间包括向前挤出部分，其中毛坯在设置步骤中被设置在该向前挤出部分中，并且该向前挤出部分延伸以使毛坯在成型步骤中沿冲头挤压方向塑性变形，及侧挤出部分，其中该侧挤出部分这样从向前挤出部分分支，以使得沿不同于成型步骤中冲头挤压方向的其他方向使毛坯塑性变形。在此，在成型步骤中，本体结构被形成为包括主体部分和侧臂部分，其中该主体部分与向前挤出部分相对应地塑性变形并在其中具有沿着通道的纤维流，并且该侧臂部分与侧挤出部分相对应地塑性变形并在其中具有沿着通道的纤维流。因此，具有主体部分及从主体部分分支的侧臂部分的上述本体结构能够提高高压管道部件的耐压容许度。
侧挤出部分可以这样一个方向延伸，该方向大致垂直于向前挤出部分所延伸的延伸方向。在这种情况下，在成型步骤期间，向前挤出部分中的毛坯可以很容易地从向前挤出部分朝向侧挤出部分塑性变形。因此，在侧挤出部分形成中的侧臂部分中可以稳定地形成了沿着通道的纤维流。
例如，侧挤出部分包括多个挤出部件。在这种情况下，在成型步骤中，毛坯可以沿向前挤出部分的轴的圆周方向从向前挤出部分向多个挤出部件均衡(in balance)塑性变形。根据这一点，从向前挤出部分进入多个侧挤出部分的毛坯塑性变形部分，沿向前挤出部分的轴的圆周方向是均匀的，因此不会干扰形成在向前挤出部分中的主体部分的纤维流。因此，在本体结构的主体部分中可以稳定地形成沿着通道的纤维流。可选地，多个挤出部件可以沿向前挤出部分的轴的圆周方向以相等间隔地设置。在这种情况下，在具有侧臂部分的本体结构的主体部分中可以稳定地形成沿着通道的纤维流。
而且，在设置步骤中，位于向前挤出部分中的毛坯设置有沿冲头挤压方向的纤维流。在这种情况下，在本体结构的主体部分中非常容易就能够稳定地形成沿着通道的纤维流。
根据本发明的另一方面，高压流体用管道部件包括在封闭空间中锻压的本体结构，并且该本体结构包括高压流体流过的通道，和沿着通道设置的多个纤维流。因此，有可能提高高压流体部件的耐压容许度。该本体结构包括在延伸方向上延伸的主体部分，和侧臂部分，其中该侧臂部分从主体部分分支，并在不同于主体部分延伸方向的其他方向上延伸。在这种情况下，在主体部分和侧臂部分中可以形成沿着通道的纤维流。
在本发明中，高压流体可以适当地用作内燃机的燃油。
从下面参照附图对优选实施例的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明确，其中图1是示意性纵向剖视图，示出了本发明所应用的优选实施例中的高压管道部件的本体结构；图2是示意性纵向剖视图，示出了本体，该本体具有形成在本体结构中的通道；图3是剖视图，示出了锻压本体结构的步骤；图4是剖视图，示出了锻压本体结构的步骤；图5是剖视图，示出了锻压本体结构的步骤；图6是示意性纵向剖视图，示出了从模具中分离的本体结构；图7是示意性透视图，示出了从模具中分离的本体结构；图8是示意图，示出了本体结构的纤维流的方向；图9是俯视图，示出了根据本发明变型的本体结构；
图10是俯视图，示出了根据本发明另一变型的本体结构；图11A和11B是示意图，示出了现有技术中通过半封闭锻压来形成本体结构的方法；及图12是示意图，示出了根据图11A和11B中所述方法的本体结构的纤维流的方向。
具体实施例方式
将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。
本实施例中的高压管道部件是喷射器的本体，该喷射器用于将高压燃油(例如，压力为200MPa的轻油)喷射到内燃机的柴油发动机中。
图1是纵向剖视图，示出了在喷射器本体中形成通道之前本体结构10的示意性结构。图2是纵向剖视图，示出了本体10A的示意性结构，其中通道14形成在本体结构10中。然后，图3至图5是剖视图，示出了表示用于锻压本体结构10方法的各个步骤并包括模具20。
如图1中所示，在本体结构10中，主体部分11和一对侧臂部分(侧分支部分)12、13彼此整体形成，其中该主体部分的形状几乎类似于圆柱体，且沿图面上下方向延伸，并在中间部分形成有倾斜的台阶部分，且该侧臂部分从主体部分11分支并向上延伸到附图中的侧边。
本体结构10由钢(在本实施例中为SCM 415)形成，并成型为图1所示的形状。然后，钻出如图2中所示的、用于通过高压燃油的通道14，从而本体结构10形成为本体10A。
接下来，将描述通过使用模具20来锻压本体结构10的方法。
如图3中所示，模具20为封闭的锻模，其由上模21、下模22和冲头23组成。本实施例的冲头23设置在上模21中，并构造成使得当上模21和下模22彼此相匹配时，其能够朝所形成的封闭空间的模空间(产品部分)24前后移动。
模空间24由向前挤出部分25和一对侧挤出部分26、27形成，其中该向前挤出部分25在图面中沿上下方向延伸，且该侧挤出部分26、27从向前挤出部分25处分支，并在图中的左右方向(即垂直于向前挤出部分25所延伸方向的方向)上延伸。
所述成对侧挤出部分26、27形成在横跨向前挤出部分25的对称位置处(即关于向前挤出部分25的轴线相对称的位置处)。也就是，两个挤出部分26、27均等地设置在向前挤出部分25的轴线的圆周方向上。
当使用上述方式构造的模具20制造本体结构10时，如图3中所示，上模21和下模22彼此匹配，以将原材料毛坯1限制在模空间24的向前挤出部分25中。
该毛坯1为由上述钢(在本实施例中为SCM 415)制成的圆柱形构件，并通过利用毛坯剪等将圆棒件切割成特定长度以进行制备。
而且，该毛坯1的外径略小于向前挤出部分25的内径(即在图中沿上下方向的中间部分的内径)，并因此能够很容易地插入到形成向前挤出部分25的细长孔中。然后，在毛坯1插入到细长孔中之后，毛坯1的轴线可以很容易地与向前挤出部分25的轴线相一致。
当毛坯1设置在模具20的模空间24中时，如图4中所示，冲头23向下移动，从而挤压到毛坯1内。当冲头23压入到毛坯1内时，毛坯1在向前挤出部分25中向下塑性变形，并在侧挤出部分26、27中向侧面发生塑性变形。
当冲头23进一步被挤压入毛坯1中时，如图5中所示，塑性变形继续进行，直到形成毛坯1的材料(即将进行处理的材料)几乎填满模空间24的状态，从而形成本体结构10。
当如图5中所示完成锻压时，上模21和下模22打开，并且从模具中分离出锻压后的本体，从而可以获得本体结构10，其纵向剖视图在图6中示出，其透视图在图7中示出。
该本体结构10由主体部分11和侧臂部分12、13构成，该主体部分相应于模空间24的向前挤出部分25而塑性变形，该侧臂部分相应于侧挤出部分26、27而塑性变形。也就是，本体结构10由所述成对侧臂部分12、13和在一个方向(即图6中的上下方向)上延伸的主体部分11构成。侧臂部分12、13从主体部分11分支，沿与主体部分11所延伸的方向相垂直的方向延伸，并设置在关于主体部分11对称的位置处。
图3中所示的步骤是本实施例中的设置步骤，图4和图5示出了本实施例中的成型步骤。
此处，在图3中所示的设置步骤中，将设置在模空间24中的毛坯1加热到750℃至800℃的温度范围内。在本实施例中锻压的毛坯1的温度在600℃至950℃之间也是优选的。
当毛坯1的温度低于600℃时，其延展性较小，因此难以锻压。当毛坯1的温度高于950℃时，锻压精度变低。从易于锻压和锻压精度的角度考虑，毛坯1的温度最好在600℃至950℃范围内，并且更为优选地是在750℃至800℃范围内。
通过挤压等将以这种方式形成的本体结构10的两个侧臂部分12、13在图6中向上弯曲，以产生图1中所示的基本的本体结构10。
图1中所示的本体结构10经过正火处理，然后通过钻孔等形成通道14，以形成图2中所示的本体10A。本体10A经过渗碳和淬火处理。然后，将其他喷射器组成部分与之装配到一起。
此处，将描述在图3至图5中所示的锻压步骤中纤维流的形态。
在图3中，通过切割圆棒件来制备设置在锻压空间24中的毛坯1，并且该毛坯在图3中所示的上下方向上具有纤维流。
当毛坯1以图4和图5中所示方式塑性变形时，将进行处理的材料在向前挤出部分25中沿图中向下方向塑性变形，因此形成在上下方向延伸的纤维流。由于在毛坯1塑性变形之前，在毛坯1中已经形成沿上下方向延伸的纤维流，所以很容易在向前挤出部分25中、沿上下方向(即向前挤出部分25延伸的方向)形成稳定的纤维流。
同时，由于将进行处理的材料在侧挤出部分26、27中沿左右方向塑性变形，所以形成了沿图中左右方向延伸的纤维流。
由于两个侧挤出部分26、27几乎在垂直于向前挤出部分25轴向(即延伸方向)的方向上延伸，所以将进行处理的材料从向前挤出部分25到两个侧挤出部分26、27稳定地塑性变形。因此，与侧挤出部分26、27延伸的方向和向前挤出部分25的轴向相倾斜的情况相比，在侧挤出部分26、27延伸的方向上形成稳定的纤维流。
而且，两个侧挤出部分26、27沿向前挤出部分25的轴向在相同高度位置的对称位置(轴线的圆周方向上等间隔的位置)处从向前挤出部分25分支。因此，当将进行处理的材料在侧挤出部分26、27中塑性变形时，将进行处理的材料从向前挤出部分25非常均衡地进入两个侧挤出部分26、27中，因此不会扰乱将进行处理的材料在侧挤出部分26、27从向前挤出部分25分支的多个点处的纤维流。
因此，如图8中所示，在本体结构10中，纤维流111沿虚线所示方向(即主体部分11延伸的方向)上形成在主体部分11中，并且纤维流121、131沿虚线所示的方向(即侧臂部分12、13延伸的方向)上形成在侧臂部分12、13中。
如图2中所示以及图8中的双点划线所示，在本体结构10中，通道14a沿主体部分11延伸的方向形成在主体部分11中，并且通道14b沿侧臂部分12延伸的方向形成在侧臂部分12中。
也就是，沿着通道14a的纤维流111形成在主体部分11中，且沿着通道14b的纤维流121形成在侧臂部分12中。
根据上述结构和制造方法，在本体结构10的主体部分11和侧臂部分12中，纤维流111、121沿着通道14(即通道14a和通道14b)形成在本体结构10的主体部分11和侧臂部分12中。因此，在高压燃油作用下内部压力所施加到通道14上的应力作用方向大致垂直于纤维流111、121的方向。
当形成纤维流时，毛坯(将进行处理的材料)1中导致疲劳断裂的非金属杂质如硫等沿着纤维流(即将进行处理的材料的流向)拉伸。因此，在由内部压力施加到通道14上的应力方向与纤维流的方向不一致的情况下，断裂强度变得相对较大。
根据本发明，由内部压力施加到通道14上的应力方向几乎垂直于纤维流111、121的方向，因此可以增大喷射器的本体10A的耐压容许度。
当用图11B中所示半封闭锻压方法来形成本体结构110时，如图12中的带箭头的虚线所示，从本体结构110朝飞边103形成纤维流，因此由内部压力所施加到通道114上的应力的方向(即由带箭头的实线所示的方向)很容易与纤维流的方向一致。
本发明的发明人在由本实施例所制造的本体结构10和由图11B中所示锻压方法所制造的本体结构110上重复进行了施加内部压力的测试，并发现由本实施例制造的本体结构10的耐压强度大约比图11B中所示方法制造的本体结构110要大10％。
近年来，日益要求增大供给内燃机的燃油压力，因此增大喷射器本体10A的耐压容许度的效果非常大。
有可能由单独部件来形成主体部分和侧臂部分，并利用螺纹由紧固结构将它们组合成一个部件，以形成喷射器的本体(纤维流在其中沿着通道)。然而，在这种情况下，当燃油压力增大时，难以保证通过螺纹紧固到彼此上面的各个部分的耐压可靠性。主体部分11和侧臂部分12所整体形成的本实施例喷射器本体10A具有耐压性能可靠的优点。
而且，根据本实施例的结构和制造方法，不会形成图11B中所示方法中所形成的飞边103，因此可以降低材料浪费，并可以省略修剪飞边103的步骤。
进而，可以通过将毛坯1插入到向前挤出部分25中来设置原材料，因此不再需要用于设置原材料的抓取部分104(该抓取部分在如图11B中所示常规方法是需要的)。因此，可以进一步减少材料浪费。
再进一步，与应用常规方法的情况相对比，本体结构10可以形成较高的精度。尤其是，比本体结构10的主体部分11的侧臂部分12、13更低的部分被形成在下模22的凹陷空间中，因此可以形成极高的精度。因此，不需要切割其外周表面，因而能够大量地减少后期工作的负担。
再进一步，当通过钻孔在本体结构10中形成通道14时，钻头沿着纤维流111、121移动，因而能够准确地直线移动。因此，也能够以高精度形成通道14。
(其他实施例)尽管已经参照附图结合其优选实施例对本发明进行了描述，但是应当注意，本领域技术人员将可以做出各种变化和变型。
例如，在上述实施例中，模空间24中的侧挤出部分26、27形成在横跨向前挤出部分25的对称位置处。也就是，模空间24中的侧挤出部分26、27形成在关于向前挤出部分25的轴线对称的位置处。而且，对本体结构10进行锻压，该本体结构由主体部分11和所述成对侧臂部分12、13组成，其中该主体部分在上下方向上延伸，所述成对侧臂部分从主体部分11分支并设置在关于主体部分11对称的位置处。然而，模空间的侧挤出部分，也就是将进行锻压的结构的侧臂部分，并不限于两个部分，而且可以是三个部分或更多个部分。
例如，如图9中俯视图所示，本体结构10可以沿主体部分11轴线的圆周方向以等间隔形成多个侧臂部分212(例如，在图3中形成有三个臂部分)。同时在这种情况下，将进行处理的材料从向前挤出部分均匀地(非常均衡地)进入三个侧挤出部分，因而将进行处理的材料的纤维流在侧臂部分212从主体部分11分支的多个点处不受干扰。
而且，当将进行处理的材料非常均衡地从向前挤出部分进入多个侧挤出部分时，例如图10中的俯视图所示，即使侧臂部分312从主体部分11分支，将进行处理的材料的纤维流在侧臂部分312从主体部分11分支的多个点处也不受干扰。
进而，在上述实施例中，模具20分成上模21和下模22，并且冲头23设置在上模21侧。然而，并不代表将模具的结构限于此；只要可以将进行处理的材料在封闭空间中锻压，就可以采用任何结构。例如，模具的结构可以是模具被分成左右模具的类型，或者是模具被分成三部分的类型。另外，该模具可以设置有多个冲头。
更进一步，在上述实施例中，成型主体部分11的向前挤出和成型侧臂部分12、13的侧挤出同时进行，但是它们也可以单独进行。也可以在向前挤出完成之后，再进行侧挤出。
再进一步，在上述实施例中，将进行处理的毛坯1材料为SCM415，但也可以是其他材料。例如，将进行处理的材料可以是如S45C或SCM435之类的钢。
再进一步，在上述实施例中，在封闭空间中锻压的高压管道部件为用于内燃机(柴油机)的喷射器本体结构，但是本发明可以有效地应用于其他高压管道部件。
例如，本发明可以应用于向喷射器分配和供应燃油的共轨，并可以应用于其他高压流体用的管道部件。另外，该高压管道部件的形状也不限于由主体部分和侧臂部分构成的结构。
尽管本发明已经参照其优选实施例进行了描述，但是应当理解，本发明不局限于优选实施例及其构造。本发明还包括各种变型和等效设置。另外，尽管优选实施例的各种元件示出为优选的各种组合和构造，但是包括更多、更少或者只有单个元件的其他组合和构造也在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于制造高压流体用的管道部件的方法，该方法包括如下步骤将由原材料制成的毛坯(1)设置在模具(20)中的封闭空间(24)中的设置步骤；及在上述设置步骤之后利用冲头(23)挤压到毛坯(1)上以使毛坯(1)塑性变形，从而在形成用于高压流体的通道(14)之前成型本体结构(10)的成型步骤，其特征在于在上述成型步骤中，毛坯(1)这样塑性变形，以使得在本体结构(10)中形成沿着通道(14)的纤维流(111，121)。
2.如权利要求1所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于模具(20)中的封闭空间(24)包括向前挤出部分(25)，其中，毛坯(1)在设置步骤中被设置在该向前挤出部分中，并且该向前挤出部分延伸以使毛坯(1)在成型步骤中沿冲头(23)挤压方向塑性变形，及侧挤出部分(26，27)，其中该侧挤出部分这样从向前挤出部分(25)分支，以使得沿不同于成型步骤中冲头挤压方向的其他方向使毛坯(1)塑性变形；及在成型步骤中，本体结构(10)被形成为包括主体部分(11)和侧臂部分(12，212，312)，其中该主体部分与向前挤出部分相对应地塑性变形并在其中具有沿着通道(14a)的纤维流，并且该侧臂部分与侧挤出部分(26，27)相对应地塑性变形并在其中具有沿着通道(14b)的纤维流。
3.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于，侧挤出部分(26，27)在与向前挤出部分(25)延伸的延伸方向大致垂直的方向上延伸。
4.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于侧挤出部分包括多个挤出部件(26，27)；及在成型步骤中，毛坯(1)从向前挤出部分(25)到多个挤出部件(26，27)沿向前挤出部分(25)的轴线的圆周方向均衡地塑性变形。
5.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于侧挤出部分包括多个挤出部件(26，27)；及多个挤出部件(26，27)以等间隔设置在向前挤出部分的轴线的圆周方向上。
6.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于，纤维流(111)在设置步骤中沿冲头的挤压方向形成在设置于向前挤出部分中的毛坯(1)中。
7.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，还包括通过钻孔来形成通道(14)，该通道包括设置在主体部分(11)中的第一通道部分(14a)，和设置在侧臂部分(12)中的第二通道部分(14b)；及在纤维流形成之后，通过沿纤维流方向来移动钻头进行钻孔。
8.如权利要求7所述的用于制造管道部件的方法，还包括通过挤压来弯曲侧臂部分(12，212，312)。
9.如权利要求2所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于在成型步骤中，在将毛坯(1)加热到600℃至950℃温度范围内的同时进行挤压。
10.如权利要求9所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于在成型步骤中，在将毛坯(1)加热到750℃至800℃温度范围内的同时进行挤压。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的用于制造管道部件的方法，其特征在于，高压流体为用于内燃机的燃油。
12.一种高压流体用的管道部件，包括在封闭空间(24)中锻压的本体结构(10)，其中该本体结构(10)包括用于流过高压流体的通道(14)和沿着该通道设置的多个纤维流(111，121)。
13.如权利要求12所述的管道部件，其特征在于该本体结构(10)包括在延伸方向上延伸的主体部分(11)和从主体部分分支、并沿不同于主体部分延伸方向的其他方向延伸的侧臂部分(12，212，312)；及沿着通道的纤维流(111，121)设置在主体部分和侧臂部分中。
14.如权利要求13所述的管道部件，其特征在于，侧臂部分在与主体部分的延伸方向大致垂直的方向上延伸。
15.如权利要求13所述的管道部件，其特征在于该侧臂部分包括多个臂部件(12，13，212)；及所述多个臂部件以等间隔沿主体部分的轴线的圆周方向进行设置。
16.如权利要求12至15中任意一项所述的管道部件，其特征在于，高压流体为用于内燃机的燃油。
全文摘要
高压管道部件包括在封闭空间(24)中锻压的本体结构(10)。该本体结构(10)被形成为包括由向前挤出形成的主体部分(11)和由侧挤出形成的侧臂部分(12，212，312)。该主体部分(11)具有沿着通道形成的纤维流(111)，并且侧臂部分具有沿着通道的纤维流(121)。因此，由内部压力所施加到本体结构的通道上的应力方向大致垂直于纤维流的方向，从而提高了喷射器的本体结构的耐压容许度。
文档编号B21J1/06GK1792496SQ20051002297
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月24日
发明者宫下修, 田中雅三, 今井敏博, 村中浩文 申请人:株式会社电装