專利名稱：中空構(gòu)件、其制造方法、使用其的流體分配系統(tǒng)及中空材料的成形設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中空構(gòu)件、其制造方法、使用其的流體分配系統(tǒng)以及中空材料的成形設(shè)備。
背景技術(shù)：
在各種技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用用于分配特定氣體和在分配過程中改變其組分的流體分配系統(tǒng)。例如，在如內(nèi)燃機的燃燒機中，用于將廢氣排出到大氣中的排氣管包括用于廢氣凈化的流體分配系統(tǒng)。
排氣管被連接到催化轉(zhuǎn)換器上以去除在廢氣中所包含的有害物質(zhì)。催化轉(zhuǎn)換器在催化劑容器中設(shè)有催化劑載體。如圖26(d)所示，在催化劑容器101中，一般催化劑載體安裝部101a形成于其中心，并且管狀接合部101b形成于兩端，該兩端被連接到來自內(nèi)燃機的輸入管和到下一個排氣處理過程的一部分如消聲器的排出管。安裝部101a被形成為直徑較大，接合部101b被形成為直徑較小。安裝在催化劑容器101的一端的接合部101b的數(shù)量可為一個或多個，這取決于將連接的管的數(shù)量。如圖26所示，當(dāng)在催化劑容器101的一端安裝單個接合部101b時，具體而言，一漏斗形的、其直徑逐漸變化的錐部101c形成于較寬的安裝部101a和較窄的接合部101b之間。當(dāng)在催化劑容器101的一端安裝多個按合部101b時，在形成多個接合部101b的地方存在分支部分(見
圖11e中的分支部分1d)。這種催化轉(zhuǎn)換器必須形成氣密，以致于廢氣不會泄漏到催化劑容器101的外側(cè)。
在制造催化轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)技術(shù)中，如圖26(a)所示，該催化轉(zhuǎn)換器包括在兩端具有單個接合部101b的形狀的催化劑容器101，催化劑載體2，還準(zhǔn)備了一構(gòu)成安裝部101a的中空管件WJ1，一構(gòu)成通過壓制等形成的錐部101c的中空管件WJ2，和單個接合部101b，或者按安求將部件WJ2分成兩半的形狀的部件WJ2’。如圖26(b)所示，在被分成兩半的部件WJ2’構(gòu)成錐部101c和單個接合部101b的情況下，通過焊接等將兩個半部件WJ2’連接起來形成部件WJ2。于是，一個接合部件WJ2的錐部101c的開口和構(gòu)成安裝部101a的中空管件WJ1的一端被抵接連接，并通過弧焊等被連接到一起。接著，如圖26(c)所示，催化劑載體2如整料隨后被插入并安裝在中空管件WJ1中，最后，如圖26(d)所示，另一個接合部件WJ2的錐部101c的開口和中空管件WJ1的另一端通過焊接等被連接到一起，從而制造出在催化劑容器101內(nèi)安裝的具有催化劑2的催化轉(zhuǎn)換器。
但是在這種制造方法中，要求對焊接質(zhì)量高度控制以在各部件的抵接部分維持良好氣密性。為了解決這些問題，提出了如圖27所示的制造方法，并由本申請人在日本專利申請公開號9-112259中公開。
將簡要說明這種制造方法。首先，如圖27(a)所示，準(zhǔn)備矩形平工件WJ3，如圖27(b)所示，將該矩形平工件WJ3彎曲，將側(cè)邊WJ3a通過弧焊等連接并接合在一起以形成如圖27(c)所示的中空材料。這里，如圖27(c)所示，為了增強中空材料的圓度，通過旋壓加工等對直徑進行擴展操作。隨后如圖27(d)所示，催化劑載體2如一整料被插入并安裝在形成中空形狀的工件WJ3中，并且如圖27(e)所示，通過旋壓加工等使一端收縮，從而形成錐部101c和單個接合部101b。最后，如圖27(f)所示，通過旋壓加工等使另一端同樣收縮，并形成錐部101c和單個接合部101b，從而制造出具有在催化劑容器101內(nèi)安裝的催化劑2的催化轉(zhuǎn)換器。根據(jù)該制造方法，部件的鄰接部位數(shù)量減少，催化劑容器101的氣密可靠性明顯增加。
此外，例如為了形成用于消音器殼體內(nèi)的中空材料，如日本專利申請公開號11-324637中所公開的，已知方板件被彎曲成基本上圓柱形狀，并通過在輥式電極之間壓平縫焊重疊和連接彼此相對的軸向側(cè)邊。
為了提高燃料的經(jīng)濟性，在流體分配系統(tǒng)等中使用的中空構(gòu)件，具體而言，車輛內(nèi)燃機的催化轉(zhuǎn)換器的催化劑容器被要求減少重量。還有，為了抑制輻射噪音等產(chǎn)生，希望以合適的板厚(壁厚)形成各個中空構(gòu)件組件，如催化劑載體安裝部101a、接合部101b和錐部101c(見圖27(f))。
但是，圖27所示的制造方法包括下面其它問題。圖28示出根據(jù)如圖27所示的制造方法的催化轉(zhuǎn)換器的剖視圖，和表示在催化劑容器101的各個部件的板厚變化的圖表。在圖中，位于催化劑容器101兩端的接合部101b和錐部101c形成于部分a和部分c，中間催化劑安裝部101a形成于圖中所示的部分b。圖中箭頭F指出廢氣的流動方向。圖28圖表中所示的板厚的變化根據(jù)在旋壓加工之前的板厚表示為板厚的增加或減少率。
如圖28圖表中所示，假定在旋壓加工之前中空構(gòu)件WJ3的板厚為t0，在部分b中催化劑容器101的各個部分的板厚恒定為厚度t0，但是在其形狀在圖中變化很大的部分a中板厚變化為約t0±20％。圖29表示了部分a中催化劑容器的部分放大圖，參考標(biāo)記t1表示最小厚度部分的厚度。因此，在實際板厚小于理想值t0的部分，由于排出阻力使得抑制輻射噪音的能力下降。
一種可能的解決這些問題的方法是，考慮到厚度損失，在旋壓加工之前增加中空材料WJ3的板厚，使得板厚在厚度損失之后為t0。但是以這種結(jié)構(gòu)，整個催化劑容器的板厚增加大于所需值，增加了該催化劑容器的重量。
當(dāng)旋壓加工如日本專利申請公開號11-324637中所示形成的中空材料時，同樣產(chǎn)生這樣的問題。此外，當(dāng)通過使用形成為如日本專利申請公開號11-324637中所示的中空材料制造催化轉(zhuǎn)換器時，催化劑載體被插入和安裝到作為催化劑容器的中空構(gòu)件中。在中空構(gòu)件內(nèi)部，通常沿周圍纏繞出一墊。但是當(dāng)由于中空構(gòu)件接合部的外周方向形成的臺階等破壞了圓度時，需要被處理的廢氣等流體可通過該臺階而不通過催化劑載體泄漏。此外，當(dāng)在中空構(gòu)件外側(cè)形成這樣的臺階時，還存在該產(chǎn)品的外觀不好的問題。
另一方面，在通過連接材料板以形成板件，并彎曲該板件和連接相對側(cè)邊形成中空材料的情況下，分別提供用于連接板件的壓平縫焊機和另外的用于連接彎曲的板件的相對側(cè)邊的壓平縫焊機，就存在形成中空材料的設(shè)備變大、并且制造成本不能減少的問題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述問題，本發(fā)明的目的是在制造中空構(gòu)件時要有利于控制板厚和控制形狀，該中空構(gòu)件例如是在燃燒機的排氣管中使用的催化轉(zhuǎn)換器的容器。本發(fā)明的另一目的是，通過減少由于不充分控制板厚的中空構(gòu)件和使用這樣的中空構(gòu)件的流體分配系統(tǒng)的負面效果(例如，在催化劑容器中，在減少板厚的情況下由于排氣阻力而增加輻射噪音，或者在增加板厚的情況下，而增加催化劑容器的重量)，提供用于穩(wěn)定提供具有良好氣密性的中空構(gòu)件的設(shè)備，和使用該中空構(gòu)件的流體分配系統(tǒng)，并且可方便形成中空材料(中空構(gòu)件和中空材料之間的關(guān)系在“具體實施方式
”中將詳細描述)。
為了解決上述問題，本發(fā)明的中空構(gòu)件的特征在于，通過旋壓加工改變由板件構(gòu)成的中空材料的截面形狀，所述板件的板厚或材料局部不同。
使用這樣的中空構(gòu)件，使得在通過旋壓加工改變截面形狀時，所述中空材料的每一部分的特性可最適合于旋壓加工，該中空材料由板材料整體構(gòu)成，所述板材料的板厚或材料局部不同。當(dāng)由板厚局部不同的板件構(gòu)成時，所述中空材料的每一部分的剛度通過改變每個部分的板厚來控制。此外，當(dāng)由材料局部不同的板件構(gòu)成時，所述中空材料的每一部分的剛度和耐用性通過局部變化材料來控制。在任何情況下，通過旋壓加工得到的所述中空材料的每一部分的形狀和特性是最優(yōu)化的。另外，當(dāng)結(jié)合板厚和材料都不同的板件，可得到兩種板件的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在中空構(gòu)件的中心部分使用的材料板的板厚被設(shè)置成小于在中空構(gòu)件的端部使用的材料板的板厚。
通過使用這種中空構(gòu)件，由于當(dāng)兩端部被拉深時，中空構(gòu)件端部的板厚可設(shè)置成幾乎和中空構(gòu)件中心部分的板厚相等，并且板厚小于在該處理之前的板厚，所以可通過旋壓加工在直徑上收縮中空材料的端部，使整個中空構(gòu)件被加工成基本上均勻的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，部分中空構(gòu)件端部使用的材料板的板厚可設(shè)置成大于中空構(gòu)件中心部分和其它部分中空構(gòu)件端部使用的材料板的板厚。
根據(jù)這樣的中空構(gòu)件，可通過旋壓加工在直徑上收縮中空材料的端部，使整個中空構(gòu)件被加工成基本上均勻的板厚，因為當(dāng)部分中空構(gòu)件端部使用的材料板的板厚大于其它部分中空構(gòu)件端部的厚度，并且也大于中空構(gòu)件中心部分的板厚時，在其它部分厚度較小的中空構(gòu)件端部的方向上的偏心變形量較大，從而板厚減小。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在該中空構(gòu)件中，通過壓平縫焊連接多個板厚或材料不同的板而形成板厚或材料局部不同的各個板件，通過彎曲該板件并在軸向通過壓平縫焊連接該板件而形成中空材料。
壓平縫焊是一種電阻焊接和這樣的一種方法，其中兩種材料板例如鋼板的邊緣以特定寬度稍微重疊，并且通過圓形旋轉(zhuǎn)電極從上部和下部壓緊該重疊部分和給它們加電，工件相對移動以連續(xù)焊接?？傻玫礁吆附訌姸群兔芊庑Ч?，而壓緊該重疊部分的結(jié)果是，該重疊部分的厚度可小于在焊接前兩種材料板例如鋼板的板厚的總和。因此，通過壓平縫焊連接材料或厚度不同的各個板，可得到具有平接合部和高焊接強度的板件。此外，當(dāng)形成具有彎曲板件的中空構(gòu)件時，還可在板材料彼此相對的軸向側(cè)邊端部連接處施加這種壓平縫焊，以致于在不犧牲接合部處的焊接強度等情況下可形成具有平接合部的中空材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該中空構(gòu)件的特征在于，通過壓平縫焊連接的接合部是倒角的。
由于接合部是倒角的，所以當(dāng)接合部在電極之間被壓緊同時被連續(xù)重疊和焊接時，就光滑地形成了不同厚度或材料的材料板的接合部，并且更平地形成了板件彼此相對的軸向側(cè)邊的接合部。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空構(gòu)件的特征在于，該中空構(gòu)件的截面形狀可以被改變以形成適合于定位插入到中空材料中的插入件的拉深形狀。
由于中空構(gòu)件的截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料中的插件的拉深形狀的這種結(jié)構(gòu)，該中空構(gòu)件高度密封插入到內(nèi)部的插件，并且該插件被合適地固定。
例如通過中空構(gòu)件的制造方法可進一步實現(xiàn)上述目的。該制造方法的特征在于，其形成板厚或材料局部不同的板件，彎曲該板件以形成中空材料，并通過旋壓加工改變中空材料的截面形狀。
在本發(fā)明中，由于形成板厚或材料局部不同的板件，中空材料的每個部分的特性可以是最適合于旋壓加工，通過旋壓加工可改變通過彎曲和成形下述的板件而整體形成的中空構(gòu)件的截面形狀。當(dāng)中空材料由板厚局部不同的板件制成時，可以通過改變每個部分的板厚來控制中空材料的每個部分的剛度。當(dāng)中空材料由材料局部不同的板件制成時，可以通過局部變化材料來控制中空材料的剛度和使用壽命。在任意情況下，可優(yōu)化通過旋壓加工得到的中空材料的每個部分的形狀和性能。當(dāng)組合采用板厚和材料都不同的板件時，可得到兩種板件的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空構(gòu)件的制造方法的特征在于，通過壓平縫焊連接多個板厚或材料不同的板來形成板厚或材料局部不同的板件，通過彎曲板件和通過壓平縫焊連接板件的相對側(cè)邊來形成中空材料。
如上所述，通過壓平縫焊，可得到高焊接強度和密封效果，并且由于所述重疊部分的加壓，該重疊部分的厚度可小于在焊接前的兩個材料板例如鋼板的板厚的總和。因此，通過壓平縫焊連接板厚或材料不同的板可得到具有平和光滑接合部以及高焊接強度的板件。在彎曲板件形成中空材料的過程中連接板材料的彼此相對的軸向側(cè)端中也可施加這種壓平縫焊，從而可在不犧牲接合部處的焊接強度等的情況下形成具有平和光滑接合部的中空材料。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空構(gòu)件的制造方法的特征在于，通過壓平縫焊連接的接合部是預(yù)先倒角的。
由于接合部是預(yù)先倒角的，當(dāng)接合部在電極之間被加壓時接合部被連續(xù)重疊和焊接，光滑地形成板厚或材料不同的板的接合部，以及更平坦地形成板件的彼此相對的軸向側(cè)邊的接合部。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空構(gòu)件的制造方法的特征在于，通過旋壓加工拉深中空材料，其截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料中的插件的形狀。
通過該制造方法得到的中空構(gòu)件高度密封插入到內(nèi)部的插件，并合適地固定該插件。
根據(jù)本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備，是這樣一種制造中空材料的設(shè)備，其通過將板厚或材料不同的各個材料板配置在電極之間，通過壓平縫焊彼此連接材料板以形成板厚或材料局部不同的板件，彎曲板件，將板件的相對軸向側(cè)邊配置在電極之間，并通過壓平縫焊將板件的相對軸向側(cè)邊連接到一起，其特征在于，該設(shè)備包括用于固定板厚或材料不同的多個材料板以通過壓平縫焊將材料板連接起來的平板件固定裝置；用于彎曲所連接的板件的彎曲成形設(shè)備；用于固定彎曲的板件的彼此相對的軸向側(cè)邊以通過壓平縫焊將彎曲板件連接起來的彎板件固定裝置；設(shè)置于平板件固定裝置中用于壓平縫焊的第一電極；設(shè)置于彎板件固定裝置中用于壓平縫焊的第二電極；與第一和第二電極合作的用于壓平縫焊的公用第三電極；以及壓平縫焊方向移動裝置，其用于在壓平縫焊方向上相對靠近和遠離第三電極移動用于固定板件的平板件固定裝置和彎板件固定裝置。
根據(jù)本發(fā)明的這種中空材料的成形設(shè)備，由平板件固定裝置通過重疊接合部側(cè)邊固定板厚或材料不同的多個材料板，并由壓平縫焊方向移動裝置使之相對于第三電極在壓平縫焊方向上相對移動。板材料的彼此重疊接合部側(cè)邊在設(shè)置于平板件固定裝置中的用于壓平縫焊的第一電極和第三電極之間被擠壓，同時被連續(xù)焊接和連接，形成板厚或材料局部不同的板件。所連接的板件由彎曲成形設(shè)備彎曲，由彎板件固定裝置通過重疊彼此相對的軸向側(cè)邊固定，并由壓平縫焊方向移動裝置相對于第三電極在壓平縫焊方向上相對移動。彎曲的板件的彼此相對的軸向側(cè)邊在設(shè)置于壓平縫焊方向移動裝置中的用于壓平縫焊的第二電極和第三電極之間被擠壓，同時被連續(xù)焊接和連接，從而整體形成具有高連接強度的板厚或材料局部不同的中空材料。由于用于壓平縫焊的一對電極的另一個電極(第三電極)在材料板的連接和彎曲板件的軸向側(cè)邊的連接中是公用的，所以該中空材料的成形設(shè)備尺寸減小。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空材料的成形設(shè)備的特征在于，彎曲成形設(shè)備包括設(shè)置于將被彎曲的板件內(nèi)側(cè)的滾筒，其在中空材料的軸向方向延伸，并且其一端被可轉(zhuǎn)動地支撐；設(shè)置于彎板件固定裝置中用于壓平縫焊的第二電極，其被成形為條狀，并具有被固定和被支撐的一端；以及還包括用于支撐的自由端支撐機構(gòu)，其可拆卸地與彎曲成形設(shè)備的滾筒的自由端以及彎板件固定裝置中的條狀第二電極中至少任意一個接合。
在該成形設(shè)備中，彎曲成形設(shè)備的滾筒和/或彎板件固定裝置的條狀電極在兩端被支撐，因為其自由端與自由端支撐機構(gòu)接合，因此剛度較高，從而增大了成形精度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空材料的成形設(shè)備的特征在于，其包括倒角裝置，其用于將通過壓平縫焊連接的接合部倒角。
根據(jù)這種成形設(shè)備，在由平板件固定裝置固定之前至少一個材料板的接合邊或在由彎板件固定裝置固定之前的板件的至少一個軸向側(cè)邊由倒角裝置倒角。因此，在通過壓平縫焊連接時，接合邊被擠壓，接合部區(qū)域伸展，光滑地形成板厚或材料不同的材料板的接合部，以更平坦成形的狀態(tài)更牢固地連接板件的彼此相對的軸向側(cè)邊的接合部。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該中空材料的成形設(shè)備的特征在于，彎板件固定裝置包括接合邊重疊裝置，該接合邊重疊裝置用于重疊彎曲的板件的彼此相對軸向側(cè)邊，以便通過壓平縫焊將板件連接起來。
在該成形設(shè)備中，當(dāng)使用彎板件固定裝置由彎曲成形設(shè)備固定板件時，由接合邊重疊裝置引導(dǎo)板厚不同的板件的彼此相對軸向側(cè)邊，以便以特定壓力和預(yù)定重疊間隙將其重疊。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，該中空構(gòu)件的成形設(shè)備的特征在于，其包括將插入件插入到所成形的中空構(gòu)件內(nèi)部的插入裝置。
在這種成形設(shè)備中，在完成通過連接彎曲板件的彼此相對軸向側(cè)邊來形成中空材料之后，通過使用壓平縫焊方向移動裝置使固定于彎板件固定裝置中的中空構(gòu)件相對移動到插入裝置，使得根據(jù)使用目的的一預(yù)定插件可被插入到中空構(gòu)件內(nèi)部。
此外，根據(jù)本發(fā)明的用于解決上述問題的流體分配系統(tǒng)，是一種用于在其內(nèi)部分配流體的系統(tǒng)，其特征在于，其包括中空構(gòu)件，該中空構(gòu)件由板厚或材料局部不同的板件形成的中空材料制成，并通過旋壓加工改變該中空材料的截面形狀。
根據(jù)本發(fā)明，作為流體分配系統(tǒng)的一組成元件的中空構(gòu)件是由板厚或材料局部不同的板件形成，以致于該中空材料的每個部分的特性可以是最適合于旋壓加工，通過旋壓加工改變該中空構(gòu)件的截面形狀。當(dāng)中空材料由板厚局部不同的板件制成時，可以通過改變每個部分的板厚來控制中空材料的每個部分的剛度。當(dāng)中空材料由材料局部不同的板件制成時，可以通過局部變化材料來控制中空材料的剛度和使用壽命。在任意情況下，可優(yōu)化通過旋壓加工得到的中空材料的每個部分的形狀和性能。此外，當(dāng)組合采用板厚和材料都不同的板件時，可得到兩種板件的優(yōu)點。由于包含這樣的中空構(gòu)件，可以構(gòu)造在剛度、使用壽命、形狀或性能方面優(yōu)化的流體分配系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，流體分配系統(tǒng)的特征在于，通過壓平縫焊彼此連接板厚或材料不同的多個板形成板厚或材料局部不同的板件，該中空構(gòu)件包括通過彎曲板件和通過壓平縫焊在軸向上連接該板件形成的中空材料。
如上所述，通過壓平縫焊，可得到高焊接強度和密封效果，并且由于所述重疊部分的加壓，該重疊部分的厚度可小于在焊接前的兩個材料板例如鋼板的板厚的總和。因此，通過壓平縫焊連接板厚或材料不同的板可得到具有平和光滑接合部以及高焊接強度的板件。在彎曲板件形成中空構(gòu)件時連接板材料的彼此相對的軸向側(cè)端中也可施加這種壓平縫焊，從而可在不犧牲接合部處的焊接強度等的情況下形成具有平接合部的中空構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，流體分配系統(tǒng)的特征在于，通過壓平縫焊連接的接合部包括倒角的中空構(gòu)件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)造該流體分配系統(tǒng)的中空構(gòu)件的接合部是倒角的，當(dāng)接合部在電極之間被加壓時接合部被連續(xù)重疊和焊接，光滑地形成板厚或材料不同的材料板的接合部，以及更平坦地形成板件的彼此相對的軸向側(cè)邊的接合部。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該流體分配系統(tǒng)的特征在于，該系統(tǒng)包括中空構(gòu)件，該中空構(gòu)件的截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料中的插件的形狀。
通過該構(gòu)造，其中該中空構(gòu)件的截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料中的插件的拉深形狀，該中空構(gòu)件對于插入到內(nèi)部的插件具有高度密封性，并可合適地固定該插件。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該流體分配系統(tǒng)也是內(nèi)燃機的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，將被容納在中空構(gòu)件中的插件是催化劑載體。
根據(jù)本發(fā)明，用于處理供應(yīng)到內(nèi)燃機或從內(nèi)燃機排出的流體的催化劑載體可被合適地固定在具有高度密封性的中空構(gòu)件中。在通過壓平縫焊連接中空材料的接合部時，接合部被平整，可防止中空構(gòu)件中流體分配阻力的增加。
附圖簡述結(jié)合附圖考慮，閱讀下面本發(fā)明示例性實施例的詳細說明可更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點、技術(shù)和工業(yè)意義，附圖中圖1表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的催化轉(zhuǎn)換器的剖視圖，以及表示在催化劑容器中各個部分的板厚變化的圖表；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的催化劑容器的主要剖視圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的催化轉(zhuǎn)換器的制造過程的處理流程圖；圖4是表示圖3之后的制造過程的處理流程圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的催化轉(zhuǎn)換器的另一個制造過程的透視圖；圖6是表示在本發(fā)明實施例中使用的壓平縫焊設(shè)備的示意圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明將催化劑載體插入到中空材料中的步驟的剖視圖；圖8是表示通過旋壓加工從環(huán)形平工件制造催化轉(zhuǎn)換器的過程的處理流程圖；圖9是表示通過旋壓加工從環(huán)形平工件制造催化轉(zhuǎn)換器的另一個過程的處理流程圖；圖10是表示通過圖8和圖9中所示的制造過程得到的催化劑容器形狀的類型的示意性示圖；圖11是表示通過旋壓加工從環(huán)形平工件制造催化轉(zhuǎn)換器的又一個過程的處理流程圖；圖12是用于說明在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中通過連接材料板而形成板件的狀態(tài)的實施例的正視圖；圖13是用于說明在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中滾壓和彎曲所形成的板件的狀態(tài)的實施例的正視圖；圖14是用于說明在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中通過固定滾壓和彎曲的板件來壓平縫焊側(cè)邊緣的狀態(tài)的實施例的正視圖；圖15是用于說明在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中將插入件插入到所形成的中空構(gòu)件內(nèi)部的狀態(tài)的實施例的正視圖；圖16是用于說明在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中平板件固定裝置的實施例的平面圖；圖17是圖16的縱向側(cè)視圖；圖18是圖16的縱向正視圖；圖19是表示在將材料板的接合邊倒角之后通過壓平縫焊成形板件的模式的示意圖；圖20是表示定位通過彎曲形成裝置滾壓和彎曲所形成的板件的邊緣的模式的示意圖；圖21是表示本發(fā)明的彎板件固定裝置的一實施例的局部放大剖視圖；圖22是圖21的側(cè)視圖；圖23是說明本發(fā)明的接合邊重疊裝置的一實施例的局部剖視圖；圖24是用于說明板件的一個接合邊的加壓模式的、設(shè)置有接合邊重疊裝置的的夾持件的橫截面平面圖；圖25是表示對重疊板件的側(cè)邊緣施加壓力的電極的壓緊中心和由壓平縫焊連接的部分的示意圖；圖26是表示在傳統(tǒng)技術(shù)中在兩端設(shè)置有接合部和錐部的催化轉(zhuǎn)換器的制造方法的例子的示意圖；圖27是表示在傳統(tǒng)技術(shù)中具有在兩端設(shè)置的接合部和錐部的催化轉(zhuǎn)換器的制造方法的另一個例子的示意圖；圖28是表示圖27中所示的方法得到的催化轉(zhuǎn)換器的剖視圖，和表示在催化劑容器中各個部分板厚變化的圖表；圖29是圖28中所示的催化劑容器的主要剖視圖。
具體實施例方式
在下面的說明和附圖中，將根據(jù)優(yōu)選實施例詳細說明本發(fā)明。
下面將根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施例，其中所述流體分配系統(tǒng)是用于凈化燃燒機如內(nèi)燃機的廢氣的排出系統(tǒng)，所述中空構(gòu)件是用于將催化劑載體固定在內(nèi)部的催化轉(zhuǎn)換器的催化劑容器1。這里和傳統(tǒng)技術(shù)中相同的零件用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略其詳細說明。在本說明中，該方法中的圓柱形部件被叫做“中空材料”，而在完成用于將該中空材料制成預(yù)定形狀的旋壓加工之后，截面形狀被拉深的變化的圓柱形部件被叫做“中空構(gòu)件”。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明實施例的催化轉(zhuǎn)換器的剖視圖，以及表示在催化劑容器1中板厚的局部變化的圖表。根據(jù)本發(fā)明的實施例的催化劑容器1和圖26(d)和圖27(f)中所示的傳統(tǒng)催化劑容器101的結(jié)構(gòu)相同，并且位于催化劑容器1兩端的接合部1b和錐部1c形成于圖1中的部分a和部分c，并且中央的催化劑安裝部1a形成于部分b。圖中箭頭F表示廢氣的流動方向。圖28中圖表中所示的板厚變化被表示為在旋壓加工之前基于板厚的板厚的增加率或減少率。
在本發(fā)明中的實施例中，考慮到旋壓加工引起的變形，中空材料W由板厚或材料局部變化的板材制成，通過旋壓加工改變由板材料制成的中空材料W的截面形狀，預(yù)定形狀的催化劑容器1形成為中空構(gòu)件。具體而言，和傳統(tǒng)技術(shù)中一樣，在旋壓加工之前，位于中空材料W的催化劑容器1兩端的接合部1b以及錐部1c的部分a和部分c的板厚為t0，但是在中央的催化劑安裝部1a的部分b的板厚為t0’，大約比t0小30％(圖2(a))。下面將說明板厚或材料局部變化的中空材料W的形成過程。
在旋壓加工之后，在部分b中的催化劑安裝部1a處的中空材料W的每個部分的板厚不變?yōu)閠0’(大約比t0小30％)，并且如圖1和圖2(a)所示為恒定的。但是，由于在部分a中的接合部1b以及錐部1c處經(jīng)受明顯的拉深變形，板厚變化為t0±20％，和傳統(tǒng)技術(shù)一樣，最小厚度部分的厚度為t2。
順便提及，因為形成的中空材料W的直徑相同于或稍小于催化劑安裝部1a的直徑，催化劑容器1的催化劑安裝部1a不需要通過旋壓加工進行處理以將部分b變形得稍大些，并且由于旋壓加工幾乎不必考慮板厚變化，且由于催化劑載體2保持所述形狀，所以將厚度降低到t0’也不會影響強度減小。因此，在不受由通過旋壓加工降低厚度引起的強度減小的影響的部分中，預(yù)先減小厚度，可有助于減少催化劑容器1的重量。
此外，如圖2(b)所示，和傳統(tǒng)技術(shù)中一樣，在旋壓加工之前，中空材料W的催化劑容器1中央的催化劑安裝部1a的部分b的板厚設(shè)為t0，位于兩端的接合部1b以及錐部1c的部分a的板厚設(shè)為t0”，大約比t0大30％。在這種情況下，在中空材料W的旋壓加工之后，各部分板厚在部分b保持為t0并且為恒定的，甚至在經(jīng)受明顯的拉深變形的部分a，最小厚度部分的厚度也保持為t0。
也就是說，通過預(yù)先旋壓加工僅僅在壁厚減少的部分中稍微增加厚度，可保持催化劑容器1的剛度，并且可充分保持降低由于排氣阻力的輻射噪音的能力。通過這樣增加壁厚，增強了旋壓加工中的材料剛度，增加了成形速度以提高效率，同時可改進催化劑容器1的圓度。
這里，同時參照圖3和圖5，說明板厚或材料局部變化的中空材料W的成形過程和通過在將催化劑載體2插入到中空材料W之后進行旋壓加工而將催化劑容器1成形為所需形狀的過程。
圖3和圖4表示通過使用中空材料制造催化轉(zhuǎn)換器的過程，該中空材料包括與軸向上的中間部位不同的在軸向上兩端部的特定范圍的部件。
步驟(1)如圖3(1)所示，準(zhǔn)備三種不同的材料板W1、W2和W3。選擇材料板W1、W2和W3的板厚使得這些部分的特性適合于隨后的旋壓加工，并且所要求作為催化劑容器的耐熱性、耐磨損性等可能是最合適的。例如在圖2(a)的例子中，材料板W1和W3的厚度為t0，材料板W2的厚度為t0’(比t0小30％)。在圖2(b)的情況下，材料板W1和W3的厚度為t0”(比t0大30％)，而材料板W2的厚度為t0。
步驟(2)如圖3(2)所示，材料板W1、W2和W3通過壓平縫焊連接，形成板厚或材料局部變化的板件W0。壓平縫焊是一種阻力焊接，其中兩種材料板如鋼板的邊緣以特定寬度稍微重疊(重疊允許值通常約為2倍于板厚或更小)，重疊部分被壓緊并被圓形旋轉(zhuǎn)電極從上方和下方加電，并且工件移動以連續(xù)焊接。因此，可得到高焊接強度和密封(封閉)效果，另外，由于重疊部分的壓緊，重疊部分的厚度還可以被減小成小于在焊接前兩種材料板如鋼板的總厚度。此外，如下所述，通過將材料板W1、W2和W3的隨后互相連接邊緣中的至少一個進行倒角，可增加接合部面積，并增強接合部強度，可在焊接之后光滑接合部。
步驟(3)滾壓和彎曲板件W，互相相對的軸向側(cè)邊緣Wa在軸向上以特定寬度稍微重疊(見圖3(3))。
步驟(4)在軸向上通過壓平縫焊連接互相重疊部分，可得到中空材料W(見圖3(4))。
步驟(5)為了加強中空材料的圓度，通過旋壓加工等進行中空材料W直徑的擴展操作(見圖3(5))。
步驟(6)在壓平縫焊各個接合部處按要求進行滲漏檢查(見圖3(6))。
步驟(7)催化劑載體2(插入物)如整料被插入并安裝在中空材料W中(見圖4(7))。
步驟(8)通過旋壓加工等收縮一端，并形成一錐部1c和一個接合部1b(見圖4(8))。
步驟(9)同樣通過旋壓加工等收縮另一端，并形成一錐部1c和一個接合部1b。在此時，催化劑載體2被放置成其兩端在軸向上(見圖4(9))。
步驟(10)接合部1b的端部被切成預(yù)定長度(見圖4(10))。
步驟(11)按要求進行滲漏檢查，可得到安裝在催化劑容器1中的具有催化劑2的催化轉(zhuǎn)換器(見圖4(11))。
作為如圖3和圖4中的方法的應(yīng)用實例，圖5表示由中空材料制造催化轉(zhuǎn)換器的一個過程，其中形成圓周上的板厚與軸向上兩端部特定范圍的不同的中空材料。
步驟(i)準(zhǔn)備三種不同的材料板W2、W4和W5。材料板W2和W4的厚度相同，但材料板W5比材料板W2和W4厚(見圖5(i))。
步驟(ii)各材料板W2、W4和W5通過壓平縫焊連接，形成板厚局部不同的板件W0’。在本發(fā)明中，用于成形板件W0’的壓平縫焊不僅如上所述用于連接中空材料W的周邊，而且還用于連接軸向側(cè)邊(見圖5(ii))。
步驟(iii)滾壓和彎曲板件W0’，彼此相對的側(cè)邊緣Wa’在軸向上以特定寬度稍微重疊(見圖5(iii))。
步驟(iv)在軸向上通過壓平縫焊連接重疊部分，可得到中空材料W’(見圖5(iv))。
步驟(v)為了加強中空材料的圓度，通過旋壓加工等進行中空材料W’直徑的擴展操作(見圖5(v))。
步驟(vi)在壓平縫焊各個接合部處按要求進行滲漏檢查(見圖5(vi))。
步驟(vii)催化劑載體2(插入物)如整料被插入并安裝在中空材料W’中(見圖5(vii))。
步驟(viii)通過旋壓加工等收縮一端，并形成一錐部1c和一個接合部1b。此時，由于薄部分W4的剛度比厚部分W5的剛度小，如圖所示，錐部1c’與旋壓加工之前薄部分W4的方向偏心，所以接合部1b也形成偏心。由于錐部1c’與旋壓加工之前薄部分W4的方向偏心，因此厚部分W5的變形增加，且厚度減小以接近薄部分W4的厚度。隨后的處理和圖4中一樣，省略對其的詳細描述(見圖5(viii))。
因此，通過在周向上局部變化板件W的厚度，可按要求改變旋壓加工之后的形狀(偏心、改變角度等)，而在旋壓加工的時候在周向上保持恒定的作用力。也就是說，在這種偏心、改變角度等情況下，由于板件被用于旋壓加工的滾筒彎曲很多次，在彎曲內(nèi)側(cè)方向的部分的厚度減少，此時通過增加該部分的板厚，可得到整體上的均勻厚度。
圖6表示在如圖3中所示的步驟(4)中通過在軸向上連接彼此相對的軸向側(cè)邊而實現(xiàn)得到中空材料W的加工的壓平縫焊機10的例子。具體而言，圖6(a)是壓平縫焊機10的主視圖，圖6(b)是壓平縫焊機10的側(cè)視圖。壓平縫焊機10的上電極11是以輥的形式的可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電體。對照地，下電極12是以板或桿的形式、平行于上電極11的切向方向延伸的導(dǎo)電體。下電極12由吊架13以預(yù)定高度固定，該吊架通過線形導(dǎo)向件15平行于上電極11的切向方向移動。上電極11和下電極12的間隔可根據(jù)中空材料W的厚度調(diào)整。
馬達17設(shè)置為用于通過線形導(dǎo)向件15移動吊架13的操作源，馬達17的驅(qū)動力通過滾珠絲杠16傳遞到吊架13上。此外，設(shè)置工件卡盤14用于固定滾壓的和彎曲的板件W0。來自電源19的電力通過變壓器18被供應(yīng)到上電極11和下電極12。
在壓平縫焊的情況下，首先，下電極12被移到遠離上電極11的一位置，將滾壓和彎曲的板件W0插入到下電極12中。板件W0由工件卡盤14固定，使得板件W0的重疊側(cè)邊緣Wa可以與下電極12的上表面接觸。
接著，移動吊架13，推動上電極11以與板件W0的軸向方向的一端接觸。在上電極11和下電極12之間對板件W0的重疊邊緣Wa進行加壓和加電的同時，板件W0以恒定速度被移動，從而連續(xù)焊接。在圖3中，在壓平縫焊過程中使用的用于通過連接步驟(2)中的材料板而成形板厚或材料局部變化的板件W0的焊機具有相似的結(jié)構(gòu)，但是其工件卡盤更適合于固定平板。
具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例得到的工作效果如下。首先，在本發(fā)明的實施例中，由于用于形成中空材料W的板件W0在板厚或材料上構(gòu)造成局部不同，所以可以調(diào)整中空材料W，W’的各個部件的特性以便最適合于旋壓加工。而且，根據(jù)圖1，圖2和圖5中所示的使用目的，可以將通過旋壓中空材料(圖4中的步驟(8)，圖5中的步驟(viii))得到的中空構(gòu)件的厚度和形狀調(diào)整到優(yōu)化狀態(tài)。
在圖1和圖2(a)所示的例子中，在通過旋壓加工不減少厚度、從而沒有強度降低影響的部分中預(yù)先減少壁厚，使得有助于催化劑容器1的減重。在圖2(b)所示的例子中，只在由旋壓加工減少壁厚的部分中預(yù)先增加壁厚，從而充分保持了催化劑容器1的剛度，同時可充分確保抑制由于排氣阻力的輻射噪音的能力。此外，通過這樣增加壁厚，在旋壓加工的時候增強了材料剛度，還提高了圓度。另外，根據(jù)圖5所示的方法，在旋壓加工過程中在圓周方向恒定地作用力，在旋壓加工之后可按要求自由地改變中空構(gòu)件的形狀(偏心、變化角度等)。
在該實施例中，主要說明了板厚或材料局部不同的板件W0，但是本發(fā)明不限于該實施例。在圖1所示的催化轉(zhuǎn)換器中，例如，考慮到在上游側(cè)(部分a)的溫度要大于通過下游側(cè)(部分c)的廢氣的溫度，這種通過在部分a中使用高熱阻的材料增強催化劑容器1的使用壽命的應(yīng)用是可能的。
如上所述，當(dāng)用于形成中空材料的板件W0由板厚局部不同的板件制成時，可以通過變化每個部分的板厚來控制板的剛度，可優(yōu)化通過旋壓該中空材料所得到的形狀?；蛘弋?dāng)用于形成中空材料W的板件W0由材料局部不同的板件制成時，可以通過變化每個部分的材料來控制剛度和使用壽命。在任意情況下，可優(yōu)化通過旋壓該中空材料所得到的形狀，并且可優(yōu)化制成為產(chǎn)品的中空構(gòu)件的質(zhì)量。當(dāng)結(jié)合采用板厚或材料都不同的板件時，可得到兩種板件的優(yōu)點。因此，本發(fā)明的“厚度或材料局部不同的板件”，不僅包括或者板厚不同或者材料不同的板件，而且包括板厚和材料都不同的板件。
此外，如圖7所示，當(dāng)滾壓和成形板件W0時(圖3中的步驟(3))，在材料板W2上疊置的材料板W1，W3被滾壓和成形成使其在材料板W2的徑向方向的外側(cè)，從而部分a和部分c的內(nèi)徑A比部分b的內(nèi)徑B要大板W2的厚度部分。因此，當(dāng)將催化劑載體2如箭頭所示插入到中空材料W中時，增強了插入性能。在圖7中，附圖標(biāo)記20表示一振動絕緣墊。
在本發(fā)明的實施例中，通過連接板厚或材料不同的各個材料板W1，W2和W3(或W2，W4和W5)，進行壓平縫焊，同時成形板厚或材料局部不同的板件W0(圖3中的步驟(1)，圖5中的步驟(i))。由于在壓平縫焊中，通過稍微重疊由兩個材料板如鋼板制成的材料板的邊緣，并在通過圓形旋轉(zhuǎn)電極從上方和下方對重疊部分加壓和加電的同時移動工件，進行連續(xù)焊接，即使板厚至多1.0mm，也可實現(xiàn)高度密封的焊接和得到具有光滑或平接合部以及高焊接強度的板件W0。此外，在滾壓和成形板件W之后，通過在軸向壓平縫焊連接彼此相對的軸向側(cè)邊，形成中空材料W(圖3中的步驟(4)，圖5中的步驟(iv))，從而在不犧牲軸向接合部中的焊接強度等的情況下形成具有平接合部的中空材料W。
此外，由于通過壓平縫焊連接任何接合部，在形成催化劑容器1時，在導(dǎo)管內(nèi)部沒有形成增加排氣阻力的突起。因此，盡管是通過焊接多個材料板制造催化劑容器的技術(shù)，密封程度很高，排氣阻力低，并且在合適的部分可得到適合的強度。
通過旋壓加工收縮中空材料W的直徑來形成錐部1c和一個接合部1b(圖4中的步驟(8)，圖5中的步驟(viii)，圖4中的步驟(9))，催化劑容器1的截面形狀是適合于放置催化劑載體2的拉深形狀。因此，催化劑容器1具有高度密封性，并且能合適地固定被插入和在其中使用的催化劑載體2。
由于這些原因，根據(jù)本發(fā)明具有催化轉(zhuǎn)換器的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的特征為，重量輕，高氣密性，高使用壽命，低噪音和低排氣阻力，因此例如是特別適合作為在機動車如汽車本體中裝載的高效排氣處理系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)燃機的吸入系統(tǒng)由使用具有和本發(fā)明實施例中相同的過程形成的相似結(jié)構(gòu)的中空構(gòu)件組成時，在該吸入系統(tǒng)中可得到和當(dāng)應(yīng)用到排出系統(tǒng)時相同的工作效果。即，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在包括吸入系統(tǒng)和排出系統(tǒng)的內(nèi)燃機的流體分配系統(tǒng)中，可得到相同的工作效果。在本發(fā)明的實施例中，中空材料W的直徑由旋壓加工收縮，但是根據(jù)所需中空構(gòu)件的形狀，可通過旋壓加工擴展該直徑。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的催化轉(zhuǎn)換器和其制造方法也可以應(yīng)用到本發(fā)明人在日本專利申請No.2000-101111中公開的催化轉(zhuǎn)換器和其制造方法中。下面將參照圖8-圖11簡要說明該催化轉(zhuǎn)換器的制造方法。
在圖8所示的方法中，平工件W制成環(huán)狀形式(a)，并且該平工件W在平面方向經(jīng)受旋壓加工以從一端連續(xù)地整體形成接合部1b，錐部1c和催化劑安裝部1a(b)。此時，在一端形成的接合部1b的端表面在旋壓加工之前是由環(huán)狀平工件W的中心部構(gòu)成，其端表面是處于封閉狀態(tài)，并且另一端在旋壓加工之前是由環(huán)狀平工件W的周邊構(gòu)成，在此階段其處于沒有形成錐部1c和接合部1b的，是處于敞開狀態(tài)。催化劑容器1的催化劑安裝部1a是由環(huán)狀平工件W在旋壓加工之前的中心部和周邊之間的環(huán)形部構(gòu)成。在旋壓加工之前環(huán)狀平工件W的變形量是從中心部到周邊增加的。因此，考慮到根據(jù)工件W的部分和催化劑容器1的各個部件1a，1b，1c的最終板厚其變形量不同，在環(huán)狀平工件W的徑向的各部分的板厚被設(shè)置成不同。當(dāng)不同材料形成催化劑容器1的部件1a，1b，1c時，可以對應(yīng)于這些部件根據(jù)徑向的各部分變化環(huán)狀平工件W的材料。在直徑?jīng)]有收縮的敞開狀態(tài)的另一端，在形成接合部1b之后，如圖10(b)右端所示的接合部1b，其軸線以預(yù)定角度相對于催化劑安裝部1a的軸線傾斜(偏置角)，或者如圖10(c)右端所示的接合部1b，其軸線與催化劑安裝部1a的軸線偏心。因此，如圖8(c)所示，從敞開狀態(tài)的另一端，將催化劑載體2如整料(monolith)插入到催化劑安裝部1a中，并通過旋壓加工以在另一端收縮直徑，該催化劑2被容納并放置到催化劑安裝部1a中，錐部1c和接合部1b連續(xù)地整體形成于催化劑安裝部1a處(d)。在先前形成的一端在封閉狀態(tài)的接合部1b通過在端部刺穿一孔而開口，或者在縱向在預(yù)定位置切斷接合部1b而開口。因此，整體形成催化轉(zhuǎn)換器的催化劑容器1。
通過將圖8(a)所示的環(huán)狀工件W形成為板厚或材料局部不同的上述板件，可得到和實施例中相同的工作效果。例如，考慮根據(jù)工件W的各部分的變形量的不同，通過增加環(huán)狀中心部和周邊的板厚，可得到本發(fā)明圖1和圖2中所示實施例中相同的工作效果。
圖9所示的方法，其特征在于，考慮根據(jù)工件W的各部分的變形量和將最終形成的催化劑容器1的組分1a、1b、1c的板厚或每個組分材料的不同，將板厚或材料局部不同的平工件W成形成環(huán)形(a)；在平面方向旋壓加工平工件W，以形成在整個長度上直徑幾乎和催化劑安裝部1a的相同的、具有一側(cè)封閉的帶底的圓柱體(b)，通過切割打開封閉端部，并將催化劑2如整料插入到內(nèi)部(c)，并通過旋壓加工其中一端以首先在直徑上收縮，從而錐部1c和接合部1b連續(xù)地整體形成于催化劑安裝部1a處(d)，并通過旋壓加工另一端以收縮直徑，以將該催化劑2容納并安置到催化劑安裝部1a中，從而錐部1c和接合部1b以預(yù)定的厚度連續(xù)地整體形成于催化劑安裝部1a處(e)。在這種情況下，由于圓柱體成形的工件W被構(gòu)造成兩端直徑都幾乎和催化劑安裝部1a的相同，所以，如圖10(d)中兩端的接合部1b所示，所述軸線以預(yù)定角度與催化劑安裝部1a的軸線傾斜，或者如圖10(e)兩端的接合部1b所示，所述軸線與催化劑安裝部1a的軸線偏心。
如圖9(a)所示將圓柱形工件W成形為如上所述的板厚或材料局部不同的上述板件，可得到和本發(fā)明實施例中相同的工作效果。
圖11所示的方法是將形成設(shè)置有多個接合部1b的分支部分1d，其中形成有預(yù)定形狀的孔1b’以在其后形成中心處的接合部1b，以及考慮根據(jù)工件W的各部分的變形量和將最終形成的催化劑容器1的組分1a、1b、1c的板厚或每個部分材料的不同，將板厚或材料局部不同的平工件W形成環(huán)形(a)；平工件W在平面方向經(jīng)受旋壓加工，以形成在一端具有多個孔1b’的分支部分1d，并且催化劑安裝部1a連續(xù)地整體形成于分支部分1d處(b)，當(dāng)材料流制成工件W，通過旋壓加工，在一端形成的分支部分1d的多個孔1b’被改進成圓形開口1b”。另一端在旋壓加工之前由環(huán)形平工件W的一周向邊組成，并且沒有形成錐部1c和接合部1b地敞開著。因此，通過除去分支部分1d的開口1b”等的毛刺，形成管狀接合部1b(c)，并且從敞開狀態(tài)的另一端，將催化劑2如整料插入到催化劑安裝部1a中(d)，并通過旋壓加工另一端以收縮直徑，該催化劑2被容納并安置催化劑安裝部1a中，錐部1c和接合部1b連續(xù)地整體形成于催化劑安裝部處(e)。因此在形成催化劑容器1的催化轉(zhuǎn)換器中，具有多個管狀接合部1b和錐部1c的分支部分1d和單個接合部1b可在催化劑安裝部1a的兩端整體的、穩(wěn)定的以及精確地形成，并且和傳統(tǒng)技術(shù)不同，整個結(jié)構(gòu)不受焊接的或其它連接的部分的約束，和不必測試漏氣。在這種情況下，不僅錐部1c和接合部1b、而且分支部分1d可以以圖10中所示的偏置和/或偏心角成形，就好象和成形單個接合部1b的情況中一樣。
此外，如圖11(a)所示將環(huán)形工件W成形為如上所述的板厚或材料局部不同的上述板件，可得到和本發(fā)明實施例中相同的工作效果。
如這里所述，本發(fā)明的實施例適用于在通過旋壓加工制造具有必要截面形狀的中空構(gòu)件的情況下，以高精度控制板厚或控制形狀。
下面參照圖12-圖25具體描述用于成形在構(gòu)成催化劑容器1的中空構(gòu)件等中使用的中空材料的本發(fā)明設(shè)備的實施例。
如圖12-圖25所示，本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備是一種用于通過以下步驟形成中空材料W的設(shè)備，所述步驟包括將板厚或材料不同的各個材料板W1、W2、W3等配置在電極21和22之間，通過壓平縫焊將它們彼此連接起來以形成板厚或材料局部不同的板件W0，彎曲板件W0，將彼此相對的軸向側(cè)邊Wa配置在電極21和22之間，通過壓平縫焊將它們連接起來，該設(shè)備包括用于固定板厚或材料不同的各個材料板W1、W2、W3等以通過壓平縫焊將它們連接起來的平板件固定裝置24，用于滾壓和彎曲所連接的板件W0的彎曲成形設(shè)備25，用于固定彎曲的板件W0的彼此相對的軸向側(cè)邊Wa、以通過壓平縫焊將它們連接起來的彎板件固定裝置26，一個設(shè)置于平板件固定裝置24中用于壓平縫焊的電極22，一個設(shè)置于彎板件固定裝置26中用于壓平縫焊的電極23，另一個與兩個電極22和23合作的用于壓平縫焊的公用電極21，以及用于在壓平縫焊方向上相對靠近和遠離另一個電極21移動用于固定板件W0的平板件固定裝置24和彎板件固定裝置26的壓平縫焊方向移動裝置27。
此外，在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中，彎曲成形設(shè)備25包括設(shè)置于將被彎曲的板件W0的內(nèi)側(cè)的滾筒28，其在中空材料W的軸向方向延伸，并在一端被可轉(zhuǎn)動地支撐，以及還有一用于支撐的自由端支撐機構(gòu)29，其中一個設(shè)置于彎板件固定裝置26中用于壓平縫焊的電極23被成形為條狀，其具有被固定和被支撐的一端，所述自由端支撐機構(gòu)29可拆卸地與彎曲成形設(shè)備25的滾筒28的至少一個自由端以及彎板件固定裝置26中的條狀電極23接合。
本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備還包括倒角裝置30，其用于將通過壓平縫焊連接的成形為接合部的側(cè)邊Wa倒角，其中彎板件固定裝置26包括接合邊重疊裝置31和插入裝置32，接合邊重疊裝置31用于重疊彎曲板件W0的彼此相對軸向側(cè)(邊)Wa，以便通過壓平縫焊連接起來，插入裝置32用于將插件如催化劑載體2插入到成形的中空材料W的內(nèi)部。
在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中，一對導(dǎo)軌35，35被平行設(shè)置于基座33上。至少在基座33的一側(cè)，滾珠絲杠34被設(shè)置成壓平縫焊方向移動裝置27以平行于導(dǎo)軌35延伸，設(shè)置于支架36上的滾珠螺母37與滾珠絲杠34嚙合，連接馬達38以控制滾珠絲杠34和繞滾珠絲杠34轉(zhuǎn)動。支架36按要求可拆卸地連接到平板件固定裝置24上和彎板件固定裝置26中任意一個上。在基座33內(nèi)，用于壓平縫焊的另一個電極21通過驅(qū)動汽缸39而可升高地支撐。電極21被成形為類似滾筒狀或盤狀，并被支撐以致于其側(cè)邊平行于導(dǎo)軌35，也就是說，轉(zhuǎn)動中心軸21C可以幾乎垂直于導(dǎo)軌35。
如圖16-圖18所示，平板件固定裝置24包括在導(dǎo)軌35上可滑動地設(shè)置于基座33上的機架40，用于固定材料板W1和W2，或W2和W3的夾具41，用于驅(qū)動打開或閉合夾具41的汽缸42，用于引導(dǎo)夾具41的打開或閉合動作的導(dǎo)向銷43，以及用于壓平縫焊的電極22。用于壓平縫焊的電極22被成形為在接觸材料板W1，W2和W3等的表面上幾乎是扁平的條狀，機架40通過隔板44安裝以設(shè)置成平行于在兩個夾具41之間的導(dǎo)軌。每個夾具41具有固定到機架40上的固定件40a，以及由設(shè)置于機架40中的汽缸42驅(qū)動而相對于固定件40a打開或閉合的可移動件40b。一個夾具41的固定件40a的固定面(在圖17中所示的實施例的左側(cè))被設(shè)置成位于幾乎和條狀電極22的前緣端基本上相同的高度。另一個夾具41的固定件40a的固定面(在圖17中所示的實施例的右側(cè))被設(shè)置成較低，為減少被一個夾具41固定的材料板W1或W3的板厚部分的高度。為了檢測材料板W1，W2和W3是否由夾具41牢固地夾住，設(shè)置了用于檢測可移動件41b運動的傳感器46。
此外在該實施例中，支撐件47被放置于機架40的一個側(cè)邊緣處，導(dǎo)軌48被設(shè)置于頂部以平行于由夾具41夾住的材料板W1，W2和W3等的側(cè)邊緣。在導(dǎo)軌48上，滑動器50可滑動地安裝以致于可手工地平行于作為材料板W1，W2和W3的接合部側(cè)邊(見圖16的箭頭Y)移動或通過致動器如馬達49移動，切削刀具51以特定的角度傾斜設(shè)置于滑動器50上，用于使材料板的側(cè)邊緣倒角。
在這樣組成的平板件固定裝置24中，首先如圖19(a)所示，將被連接的材料板W1，W2和W3的至少一個將被倒角的側(cè)邊緣被固定成與切削刀具51相對并在馬達49驅(qū)動切削刀具51時沿導(dǎo)軌48移動，材料板W1，W2和W3的側(cè)邊緣被倒角。根據(jù)如下所述的原因，優(yōu)選從通過壓平縫焊將被連接的材料板W1，W2和W3選出較厚的材料板(W1，W3)倒角。倒角范圍可按要求設(shè)置，但是通?？稍诓牧习錡1，W2和W3的板厚方向和寬度方向上倒角板厚的約50％。為了和將被倒角的材料板W1，W2和W3的寬度一致，材料板W1，W2和W3可固定在夾具41的可移動件40b和機架40之間，或者，盡管圖中未示出，也可以設(shè)計成在幾乎垂直于滑動器50的移動方向的方向上調(diào)整和移動切削刀具51的位置。
接著，通過驅(qū)動汽缸42，使夾具41的可移動件41b實現(xiàn)靠近固定件41a，從而以特定的寬度重疊板厚不同的材料板W1，W2和W3。直到這時候，如圖12所示，具有與滾珠絲杠34嚙合的滾珠螺母37的支架36，與平板件固定裝置24的機架40相連。通過驅(qū)動汽缸39，在升高滾筒狀的另一個電極21以靠近設(shè)置于平板件固定裝置24的條狀電極22的狀態(tài)下，驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，并且與支架36相連的平板件固定裝置24沿導(dǎo)軌35移動，因此，滾筒狀式的另一個電極21在從由夾具41，41固定的材料板W1，W2和W3選出的連接的材料板(如W1，W2)上滾壓，材料板W1，W2的重疊部分在條狀電極22和滾筒狀的電極21之間加壓和加電，使其連續(xù)焊接。同時在設(shè)置于平板件固定裝置24中的條狀電極22和滾筒狀的電極21之間，根據(jù)將被連接的材料板W1，W2和W3側(cè)邊緣的板厚，將通過汽缸39施加在材料板W1，W2和W3接合部上的電極壓力，施加的電流值，和根據(jù)驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38的焊接速度控制到最佳值。也就是說，當(dāng)將被連接的材料板W1，W2和W3側(cè)邊緣的板厚較厚時，通過這種控制，將電極壓力和/或施加的電流值設(shè)置成高于當(dāng)板厚較小時的值，或?qū)⒑附铀俣仍O(shè)置成較小。通過夾具41，41將彼此連接的材料板W1，W2和W3固定在一起，使得條狀電極22和滾筒狀的電極21的壓力P的中心可設(shè)置成幾乎在側(cè)邊緣的重疊寬度的中間。
通過預(yù)先將從材料板W1，W2和W3選出的較厚的材料板W1，W3倒角，靠近材料板W1和W2，或W3和W2的邊界形成熔融部分，使得材料板W1和W2，或W3和W2可彼此以特定的焊接速度被連接到一起，此外由于它們被擠壓在電極22和21之間，可以光滑地形成板厚不同的材料板W1和W2，或W3和W2的接合部。
當(dāng)如上所述制造催化劑容器1時，通過將較厚的材料板W1，W3倒角，如圖19(c)所示，通過壓平縫焊將它們連接到較薄的材料板W2上，板件W0被成形為中空材料。將被連接的、之后將彎曲的板件W0的至少一個側(cè)邊緣Wa被固定成與切削刀具51相對并在馬達49驅(qū)動切削刀具51時通過沿導(dǎo)軌48移動倒角。當(dāng)如圖12所示連接材料板W1，W2和W3時，為了不妨礙平板件固定裝置24相對于滾筒狀電極21的運動，彎板件固定裝置26如下文所述被移到彎曲成形設(shè)備25側(cè)，但是在這種情況下，為避免彎曲成形設(shè)備25的滾筒28和彎板件固定裝置26的條狀電極23在此時干涉，彎曲成形設(shè)備25的滾筒28在此實施例中被拆下。
接著，下面將主要參照圖20說明本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中的彎曲成形設(shè)備25的實施例。彎曲成形設(shè)備25包括設(shè)置于將被彎曲的板件W0的內(nèi)側(cè)的滾筒28，與滾筒28以預(yù)定間隔設(shè)置的一對輔助滾筒52，52，用于引導(dǎo)和支撐在滾筒28和輔助滾筒52之間彎曲的板件W0的導(dǎo)板53，用于將馬達54的驅(qū)動力傳遞給滾筒28的傳動機構(gòu)55，用于通過檢測位于彎曲板件W0的彼此相對側(cè)邊緣Wa，Wa之間的開口位置來定位將被連接的側(cè)邊緣的開口位置檢測裝置56。
滾筒28被設(shè)置成在將成形的中空材料W的軸向上延伸，并且在彎板件固定裝置26的相對側(cè)的端部可拆卸地支撐在設(shè)置于基座33上的支撐支架57的旋轉(zhuǎn)軸(未示出)上。滾筒28的自由端設(shè)置有可拆卸地嚙合和支撐自由端支撐機構(gòu)29(下文描述)的軸承58。
輔助滾筒52，52的兩端都被可轉(zhuǎn)動地支撐，使得可根據(jù)將被制造的中空材料W的直徑大小，通過控制把柄59(見圖12-圖15)調(diào)整相對于滾筒28的間隔和/或彼此的間隔。輔助滾筒52可由汽缸等(未示出)可升降地支撐，以便于在將滾壓和彎曲的板件W0傳遞到彎板件固定裝置26上時通過升高下述開口位置檢測裝置56的定位件60使輔助滾筒與滾筒28隔開。
導(dǎo)板53根據(jù)將制造的中空材料W的直徑在周向上被彎曲，其一端由支撐支架57支撐。
本實施例中的傳動機構(gòu)55由支撐滾筒28的轉(zhuǎn)動軸上和馬達54的轉(zhuǎn)動軸上的安裝皮帶輪61，62組成，并且在兩個皮帶輪61，62之間應(yīng)用皮帶63。
開口位置檢測裝置56設(shè)置有包括設(shè)置于輔助滾筒52，52之間的近端開關(guān)的傳感器64，以及如圖20(a)-20(c)中所示可升降設(shè)置的定位件60。如圖20(b)所示，當(dāng)在滾筒28和輔助滾筒52之間輸送的、完成滾壓和彎曲的板件W0的側(cè)邊緣Wa，Wa被定位于輔助滾筒52，52之間時，傳感器64檢測，并輸出一信號以停止馬達54，馬達54是滾筒28的轉(zhuǎn)動驅(qū)動源。然后，如圖20(c)所示，降低輔助滾筒52，52，并且當(dāng)升高定位件60以插入到滾壓和彎曲的板件W0的相對側(cè)邊緣Wa，Wa之間時，滾壓和彎曲的板件W0的相對側(cè)邊緣Wa，Wa由彎板件固定裝置26定位，以便通過壓平縫焊連接。
同時如圖20(a)中的雙點劃線所示，除了用于將材料板W2倒角的一個倒角裝置以外，可在彎曲成形設(shè)備25中設(shè)置一個以上的倒角裝置30，用于通過滾壓和彎曲材料板W1，W2和W3的連接板件W0來將至少一個相對側(cè)邊緣Wa，Wa倒角。
下面將主要參照圖21-圖24說明本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中的彎板件固定裝置26的實施例。彎板件固定裝置26包括彎板夾持部65，用于固定條狀電極23的電極固定部66，該條狀電極23在接觸將接合滾壓和彎曲的板件W0的側(cè)邊緣Wa的側(cè)面處具有特定曲度，以及接合部67，該接合部67用于接合以便于斷開彎板夾持部65和電極固定部66(見圖15)。
在圖21所示的實施例的情況下，用于接合以便于斷開彎板夾持部65和電極固定部66的接合部67包括具有用于在彎板夾持部65中在垂向伸展和收縮工作桿68a的汽缸的致動器68，具有接合孔69a以與設(shè)置于電極固定部66中的致動器68的工作桿68a接合的接合件69，以及包括限位開關(guān)或類似裝置的、用于檢測致動器68的工作桿68a是在接合件69的接合孔69a中接合還是脫離的檢測裝置70。
彎板夾持部65包括用于抓持滾壓和彎曲的板件W0的一對夾持件71，71，用于驅(qū)動打開或閉合夾持件71的致動器72如汽缸，用于引導(dǎo)夾持件71的打開或閉合動作的導(dǎo)向件73，以及機架74，其可拆卸地設(shè)置有壓平縫焊方向移動裝置27的支架36。另一方面，電極固定部66保持被設(shè)置成在中空材料W的軸向延伸的條狀電極23的與彎曲成形設(shè)備25相對側(cè)的一端。彎板夾持部65包括彎曲成形設(shè)備25的滾筒28，和用于支撐的自由端支撐機構(gòu)29，所述自由端支撐機構(gòu)29可拆卸地與電極固定部66中的條狀電極23的自由端接合，且一個夾持件71設(shè)置有接合邊重疊裝置31，其用于重疊滾壓和彎曲的板件W0的彼此相對的軸向側(cè)(側(cè)邊緣Wa)，以便通過壓平縫焊連接起來。在兩個夾持件71，71的彎曲成形設(shè)備25的側(cè)端，下文將說明的插入裝置32的導(dǎo)向件75(見圖15)可拆卸地設(shè)置。
如圖22和圖23中所示，根據(jù)將被制造的中空材料W的直徑將夾持件71分成兩半，并連接于汽缸72的活塞桿72a上。當(dāng)汽缸72的活塞桿72a處于向前的限定位置以固定板件W0時，夾持件71的固定面71a形成圓的一部分。如圖22所示，夾持件71形成一間隙，以便于在固定板件W0的狀態(tài)下不與滾筒狀電極21干涉。如圖24所示，汽缸72使其活塞桿72a基本上連接于夾持件71的軸向的中間部，導(dǎo)向件73連接于每個夾持件71軸向的兩端附近。此外，如圖21所示，彎板件固定裝置26具有用于使從彎曲成形設(shè)備25傳遞過來的板件W0與由電極固定部66支承的條狀電極23保持合適接觸的升降機構(gòu)76，該升降機構(gòu)76包括設(shè)置于電極固定部66頂部的滾筒77和滾筒接受件78，該滾筒接受件78在圖21所示的實施例的情況下被設(shè)置于彎板夾持部65的機架74的下方。如下文所述，更具體而言，彎板夾持部65與電極固定部66隔開，并接受來自彎曲成形設(shè)備25的板件W0，當(dāng)其再次與電極固定部66接合時，滾筒接受件78騎在滾筒77上，使得被固定的板件W0的連接側(cè)邊(側(cè)邊緣Wa)變得更靠近于電極固定部66的條狀電極23。
如圖21所示，自由端支撐機構(gòu)29包括通過在將被制造的中空材料W的軸向上移動而繞軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸79，具有用于在軸向上驅(qū)動的汽缸的致動器80，其與轉(zhuǎn)動軸79的一端相連，以及通過設(shè)置于轉(zhuǎn)動軸79的另一端的鍵81連接使其不相對轉(zhuǎn)動的機臂82。連接件83的一端與汽缸80的活塞桿80a的前緣端相連，連接轉(zhuǎn)動軸79的一端使其可相對于連接件83的另一端轉(zhuǎn)動。在彎板夾持部65的機架74的頂部上，形成可滑動地載有轉(zhuǎn)動軸79的圓筒部74a。在該實施例中，溝槽79a形成于轉(zhuǎn)動軸79中間的外周上。溝槽79a螺旋形地形成以在軸向預(yù)定長度范圍的周向轉(zhuǎn)動約90度，在該螺旋部分的彎曲成形設(shè)備25側(cè)(在圖21中左側(cè))，以與軸向平行的直線形式形成。在圓筒部74a中，設(shè)置用于和溝槽79a接合的銷84。在機臂82的前緣端彎曲成形設(shè)備側(cè)，形成設(shè)置于滾筒28的自由端的用于支撐軸承58的配合部82a，并且在電極固定部66的側(cè)面，設(shè)置有在電極23的自由端的前緣端面形成的與接合孔23a接合的接合件82b，電極23具有由電極固定部66固定的一端。在機臂82的接合件82b的相對端側(cè)，設(shè)置有矩形截面的接合件82c，在圓筒部74a之上的彎曲成形設(shè)備25側(cè)之上，形成有對應(yīng)于接合件82c的定位孔74c。
在該實施例中，如圖21所示，通過伸展和驅(qū)動汽缸80的活塞桿80a，當(dāng)轉(zhuǎn)動軸79在圓筒部74a中通過連接件83移動到圖21中的右邊時，轉(zhuǎn)動軸79繞該軸轉(zhuǎn)動90度，并且臂82的前緣端下降并繞轉(zhuǎn)動軸79轉(zhuǎn)動，接合件82c緊鄰機架74與定位孔74c接合，臂82定位于支撐位置。
當(dāng)滾壓和彎曲板件W0時，如圖13所示，通過驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27使彎板件固定裝置26與彎曲成形設(shè)備25靠得較近，并且如圖21部分所示，滾筒28的軸承58和定位于支撐位置的臂82的配合部82a配合，從而支撐滾筒28的自由端。
當(dāng)滾壓和彎曲的板件W0的側(cè)邊緣經(jīng)受壓平縫焊時，接合部67的汽缸68的工作桿68a從接合孔69a脫離，并可離開電極固定部66，通過驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27使得只有彎板夾持部65靠近彎曲成形設(shè)備25移動，接受在滾壓、彎曲和定位狀態(tài)下的板件W0，通過驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27使彎板夾持部65再次與電極固定部66靠得較近，以與接合部67接合，并且臂82被定位于支撐位置，使得接合件82a與電極23的接合孔23a接合，如圖21所示，從而支撐電極23的自由端。
另一方面，如圖12或圖15，當(dāng)不支撐滾筒28和電極23的自由端時，如圖21點劃線所示，回退驅(qū)動汽缸80的活塞桿80a，轉(zhuǎn)動軸79在圓筒部74a中通過連接件83移動到圖21中的左邊。因此，臂82與機架74隔開，連接件82c從定位孔74c中被拉出，轉(zhuǎn)動軸79繞其軸轉(zhuǎn)動90度，使得臂82的前緣端上跳到退回位置。
如圖23和24中所示的實施例的接合部側(cè)邊重疊裝置31包括多個徑向孔71b，其定位于靠近板件W0的將被連接的側(cè)邊緣Wa，該板件W0被保持在一個夾緊件71的滾壓、彎曲和定位的狀態(tài)下；軸向孔71c，其與徑向孔71b連通；壓緊件85，其在徑向孔71b中可滑動接合和保持，凸輪軸86，其具有最大直徑部分86a和用于回移的最小直徑部分86b，該最大直徑部分86a用于通過在軸向上移動和被插入到軸向孔71c中來使壓緊件85從夾緊件71的固定面71a上伸出；致動器87，其包括用于在軸向上驅(qū)動凸輪軸86的汽缸或類似裝置。在圖23和24中所示的實施例中，壓緊件85制成球狀，在圖23中，多個球狀的壓緊件85被設(shè)置于徑向孔71b中，但是本發(fā)明白限于這些實施例，這些件可被制成為通過在軸向孔71b中滑動而合適地在固定面71a中伸出和退回。
在如圖24中所示的實施例中的具有這種結(jié)構(gòu)的接合部側(cè)邊重疊裝置31中，當(dāng)通過驅(qū)動以退回致動器87的工作桿87a來固定滾壓和彎曲的板件W0時，依靠凸輪軸86的最大直徑部分86a，壓緊件85從一個夾緊件71的固定面71a上伸出，并且滾壓和彎曲的板件W0的一個側(cè)邊緣(接合部側(cè)邊)Wa從另一側(cè)邊緣Wa徑向內(nèi)側(cè)處被壓緊(a)，從而避免了兩個側(cè)邊緣Wa，Wa的端面的磨損。在通過驅(qū)動以伸出致動器87的工作桿87a來完成固定滾壓和彎曲的板件W0的基礎(chǔ)上，壓緊件85安置到凸輪軸86的最小直徑部分86b中，并從一個夾緊件71的固定面71a上退回(b)。因此，滾壓和彎曲的板件W0回彈，以致于一個側(cè)邊緣Wa可被定位于另一側(cè)邊緣Wa的徑向內(nèi)側(cè)，并且以特定寬度被重疊。
接著，下面將說明使用具有這種結(jié)構(gòu)的彎曲成形設(shè)備25和彎板件固定裝置26將板件W0成形為中空材料W的操作。
在將板件W0成形為中空材料W時，首先如圖13所示，通過驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，與支架36連接的平板件固定裝置24沿導(dǎo)軌35移動到圖中的右邊，具有與滾珠絲杠34嚙合的滾珠螺母37的支架36從平板件固定裝置24的機架40上分離，并連接到彎板件固定裝置26的機架74上。滾筒28的一端連接到彎曲成形設(shè)備25的轉(zhuǎn)動軸(未示出)上。伸展和驅(qū)動自由端支撐機構(gòu)29的汽缸80的活塞桿80a，連接到轉(zhuǎn)動軸79上的臂82被轉(zhuǎn)動到支撐位置。驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，使彎板件固定裝置26與彎曲成形設(shè)備25靠得較近，并且設(shè)置于滾筒28自由端的軸承58被裝配和支撐于在臂82前緣端的配合部82a。此時，如圖15所示，彎曲固定裝置26的彎板夾持部65可離開電極固定部66，僅有彎曲固定裝置26的彎板夾持部65可靠近彎曲成形設(shè)備25移動。通過控制把柄59，可根據(jù)將被成形的中空材料W的直徑或板件W的板厚來調(diào)整輔助滾筒52的位置。
在該狀態(tài)，由馬達54通過傳動機構(gòu)55轉(zhuǎn)動和驅(qū)動滾筒28。如圖20(a)所示，板件W0被傳送到滾筒28和輔助滾筒52之間。如圖20(b)所示，板件W0以特定的曲率在滾筒28和輔助滾筒52之間滾壓和彎曲，傳送方向前緣端邊緣(側(cè)邊緣)Wa由導(dǎo)板53引導(dǎo)，并再次被傳送到滾筒28和輔助滾筒52之間，同時傳送方向后緣端Wa穿過開口位置檢測裝置56的傳感器64。當(dāng)檢測到板件W0的傳送方向后緣端Wa通過時，作為滾筒28的轉(zhuǎn)動驅(qū)動源的馬達54由從傳感器64輸出的停止信號停止。因此，如圖20(c)所示，當(dāng)輔助滾筒52降低時，定位件60升高并被插入到滾壓和彎曲的板件W0的相對側(cè)邊緣Wa之間，滾壓和彎曲的板件W0的傳送方向前緣端和后緣端，即在軸向上將被連接的側(cè)邊緣Wa被定位。
驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，使彎板件固定裝置26與彎曲成形設(shè)備25分開，設(shè)置于滾筒28自由端的軸承58從臂82的前緣端配合部82a脫離，通過汽缸80的回退驅(qū)動，轉(zhuǎn)動軸79被回移，從而使臂82轉(zhuǎn)動90度以移到退回位置。通過接合部67的致動器68，工作桿68a從接合孔69a脫離，并且彎板件固定裝置26的彎板夾持部65和電極固定部66被分離，只有彎板件固定裝置26的彎板夾持部65靠近彎曲成形設(shè)備25移動。由檢測裝置70檢測工作桿68a從接合孔69a的脫離。接著，在保持兩個夾緊件71打開的同時，驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，只有彎板件固定裝置26的彎板夾持部65靠近彎曲成形設(shè)備25移動到該位置，在該位置夾緊件71與彎曲成形設(shè)備25的滾壓和彎曲的板件W0相鄰。由于電極固定部66從彎板夾持部65分離，電極固定部66沒有靠近彎曲成形設(shè)備25移動，以致于可避免滾筒28和條狀電極23之間的干涉。
驅(qū)動夾緊件71使得其可通過驅(qū)動汽缸72被閉合。此時，如上所述，通過驅(qū)動以退回接合部側(cè)重疊裝置31的致動器87的工作桿87a，并從一個夾緊件71的固定面71a突出壓緊件85，被滾壓和彎曲的、由定位件60定位的板件W0的一個側(cè)邊緣(接合部側(cè)邊)Wa被牢固壓緊到另一個側(cè)邊緣Wa的徑向內(nèi)側(cè)，使得可避免兩個側(cè)邊緣Wa的端部的碰撞。在完成固定被滾壓和彎曲的板件W0的基礎(chǔ)上，通過驅(qū)動以伸展致動器87的工作桿87a，當(dāng)壓緊件85從夾緊件71的固定面71a退回，由于側(cè)邊緣Wa在被滾壓和彎曲后在徑向內(nèi)側(cè)被夾緊件71固定，并由定位件60定位，如圖25(a)所示，由條狀電極23和滾筒狀電極21產(chǎn)生的壓力P的中心被基本上牢固定位于板件W0的側(cè)邊緣Wa的重疊寬度的中心處。
當(dāng)夾緊件71固定滾壓和彎曲的板件W0的時候，驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，并且彎板夾持部65從彎曲成形設(shè)備25分離，與電極固定部66結(jié)合，如圖21所示，接合部67的汽缸68，工作桿68a與電極固定部66的接合件69的接合孔69a接合。當(dāng)彎板夾緊件71與電極固定部66結(jié)合，彎板夾持部65的滾筒接受件78騎在電極固定部66的滾筒77上，并到達電極固定部66的條狀電極23，使得所固定的板件W0的接合部端部(側(cè)邊緣)Wa通過壓平縫焊被連接到一起。之后，通過驅(qū)動以伸展自由端支撐機構(gòu)29的汽缸80，臂82被定位到支撐位置，在臂82前緣端的接合件82c被接合和支撐于形成于條狀電極23自由端的前緣端面的接合孔23a中。接著，如圖14所示，在驅(qū)動汽缸39和升高滾筒狀電極21以更接近于條狀電極23的情況下，通過驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，彎板件固定裝置26沿導(dǎo)軌35移動，滾筒狀電極21在板件W0上滾壓，該板件在接合部端的側(cè)邊緣Wa與條狀電極23接觸的情況下重疊，使得在加壓和加電的同時可連續(xù)用壓平縫焊將邊緣連接起來。
在條狀電極23和滾筒狀電極21之間、設(shè)置于彎板件固定裝置26的電極固定部66中的、由汽缸對板件作用的電極壓力，要被激勵的電流值以及根據(jù)驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置的馬達38的焊接速度可以根據(jù)將被連接的W0的側(cè)邊緣Wa的板厚進行合適的控制，正如上述情況下通過連接材料板W1，W2，W3形成板件W0。
在通過壓平縫焊連接時，W0的側(cè)邊緣Wa被壓在條狀電極23和滾筒狀電極21之間，并被移動以在打開方向上彼此脫離。但是，側(cè)邊緣Wa的脫離由形成兩個夾緊件71的環(huán)的固定面71a限制，被壓到固定面71a上以致于所形成的中空材料W的圓度增強。此外，由于通過壓平縫焊連接預(yù)先倒角的側(cè)邊緣，如圖25(b)所示，側(cè)邊緣的端面不會突出到中空材料W的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，并且由于熔化部分M很寬地形成以致于傾斜，板件W0的側(cè)邊緣Wa被牢固地彼此連接在一起，并得到中空材料W。
接著，下面將主要參照附圖15說明由本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備形成的用于將插件插入到中空材料W中的插入裝置32。在該實施例中，將插入到中空材料W中的插件是纏繞著一墊20的催化劑載體2。但是必須注意的是，在圖12-圖14中省略了插入裝置32。
插入裝置32包括用于支撐的導(dǎo)向件75，壓緊件88和軸向移動裝置(之后說明)，該導(dǎo)向件75引導(dǎo)催化劑載體2插入到中空材料W中，該催化劑載體2是可拆卸地裝配到夾緊件71的端面的插件，該壓緊件88設(shè)置用于在基座33中推進和在基座33中退回，該軸向移動裝置用于在軸向上相對移動夾緊件71和壓緊件88，該夾緊件71安裝有導(dǎo)向件75。
在圖15中所示的實施例中，導(dǎo)向件75的形狀象設(shè)置于和壓緊件88相對的兩個夾緊件71的側(cè)端的臂(在圖15中僅示出一側(cè))，彼此的間隔設(shè)置成支撐纏繞著墊20的催化劑載體2并且可避免與壓緊件88干涉。導(dǎo)向件75具有傾斜的錐部75’，以將纏繞著催化劑載體2的墊20推入中空材料W中，從而使其大于所形成的中空材料W的直徑。
壓緊件88被成形為L形，其垂直部分與包括汽缸等的升降驅(qū)動致動器89相連。升降驅(qū)動致動器89使壓緊件88降低到基座33的導(dǎo)軌35的下方，以致于不和通過壓平縫焊方向移動裝置在基座33上移動的彎板件固定裝置26或平板件固定裝置24干涉，以及使壓緊件88升高以推進到基座33上，以致于在將催化劑載體2插入到所形成的中空材料W中時與由導(dǎo)向件75支撐的催化劑載體2同軸定位。
在該實施例中，該軸向移動裝置使由導(dǎo)向件75支撐的催化劑載體2和由夾緊件71固定的中空材料W相對于在基座33上升高的壓緊件88在軸向上移動，并且如上所述，壓平縫焊方向移動裝置27構(gòu)造成可充當(dāng)該軸向移動裝置在軸向上移動彎板件固定裝置26。
在這樣構(gòu)造的插入裝置32中，當(dāng)將催化劑載體2插入到中空材料W中時，通過放開彎板件固定裝置26的接合部67，使得彎板夾持部65與電極固定部66分離，驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，使彎板夾持部65沿導(dǎo)軌35移動到圖15中的右側(cè)。導(dǎo)向件75與夾緊件71的壓緊件88相對與彎板件固定裝置26的端面相連，并且移動壓緊件88以通過升降驅(qū)動致動器89在基座33上推進。帶有預(yù)定體積的將被纏繞的墊20的催化劑載體2被放置在導(dǎo)向件75上，驅(qū)動壓平縫焊方向移動裝置27的馬達38，彎板件固定裝置26沿導(dǎo)軌35移動到圖15中的左側(cè)以致于更靠近壓緊件88。當(dāng)壓緊件88在導(dǎo)向件75上壓緊催化劑載體2時，覆蓋催化劑載體2的墊由導(dǎo)向件75的錐部75’壓緊，以致于使其大于所形成的中空材料W的直徑，并確保和催化劑載體2一起被插入到中空材料W中。現(xiàn)在拉深包含纏繞墊20的催化劑載體2的中空材料W，將其兩端通過旋壓加工成形，構(gòu)成形狀適合于定位催化劑載體2、整體形成錐部1c和接合部1b的催化劑容器1，從而完成催化轉(zhuǎn)換器。
在本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備中，通常可使用滾筒狀電極21用于通過連接板厚或材料不同的材料板W1，W2，W3來形成板厚或材料局部不同的板件W，和連接滾壓和彎曲的板件W0的彼此重疊的側(cè)邊Wa，并且條狀電極22和23與材料板W1，W2，W3或板件W0的側(cè)邊Wa一起相對于滾筒狀電極21移動，因此該設(shè)備尺寸減小并且成本降低。此外，由于條狀電極23用于連接滾壓和彎曲的板件W0的彼此重疊的側(cè)邊Wa，所以即使制造小直徑的中空材料W，也可很容易地和可靠地整體制造所需要的中空材料W。此外，由于在由形成夾持件71的圓的固定面71a固定的狀態(tài)下通過壓平縫焊連接滾壓和彎曲的板件W0的側(cè)邊(接合部側(cè))Wa，可以制造高圓度的中空材料W。通過壓平縫焊連接倒角的材料板W2或板件W0，周向上的接合部(材料板W1，W2，W3)在軸向上是光滑的，軸向上的接合部(滾壓和彎曲的板件W0的側(cè)邊Wa)在周向上是光滑的，因此即使在旋壓加工過程中按壓成形輥也不會施加沖擊，外觀良好，接合部強度高，并且當(dāng)在催化劑容器1中使用時，在內(nèi)周圍和纏繞在插入到其內(nèi)的催化劑載體2上的墊20之間不會形成間隙，從而不會讓廢氣逸出，并且在旋壓后形成特定厚度的板。
本發(fā)明的中空材料的成形設(shè)備不限于所述的實施例，例如也可以用于如圖5所示的形成中空材料Wa’的情況。
總之，根據(jù)本發(fā)明，通過壓平縫焊連接板厚或材料不同的各個材料板以形成中空材料，并且控制各個部分的剛度。通過旋壓中空材料以適宜形式形成接合部和錐部，制造中空構(gòu)件。因此，盡管用薄的板材料，可得到接合部光滑和焊接強度高的中空構(gòu)件。當(dāng)將中空構(gòu)件用于催化劑容器中時，密封性能良好而不會伴隨有輻射噪音的增加或重量的增加。
雖然參照其優(yōu)選實施例已經(jīng)說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于該優(yōu)選的實施例或結(jié)構(gòu)。相反，本發(fā)明將覆蓋各種變型和等同的結(jié)構(gòu)。此外，盡管以各種組合和結(jié)構(gòu)表示了優(yōu)選實施例的各種元件，其是示例性的，包括了更多的、更少的或僅一個元件的其它組合和結(jié)構(gòu)也是包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一中空構(gòu)件(1)，其特征在于，其包括由板厚或材料局部不同的板件(W0，W0‘)形成的中空材料(W，W’)，中空構(gòu)件(1)具有通過旋壓加工改變的截面形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的中空構(gòu)件，其特征在于，在中空構(gòu)件(1)的中心(b)中使用的材料板(W2)的板厚比在中空構(gòu)件(1)的兩端(a，c)中使用的材料板(W1，W3)的板厚薄。
3.如權(quán)利要求1所述的中空構(gòu)件，其特征在于，在中空構(gòu)件(1)的部分端部(a)中使用的材料板(W5)的板厚比在中心(b)中使用的材料板(W2)和在中空構(gòu)件(1)的另一部分端部(a)中使用的材料板(W4)的板厚厚。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的中空構(gòu)件，其特征在于，通過壓平縫焊連接板厚或材料不同的各個材料板(W1，W2，W3，W4，W5)來形成板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)，通過彎曲板件(W0，W0’)和通過壓平縫焊在軸向上連接板件(W0，W0’)來形成中空材料(W，W’)。
5.如權(quán)利要求4所述的中空構(gòu)件，其特征在于，通過壓平縫焊連接的接合部(Wa，Wa’)是倒角的。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的中空構(gòu)件，其特征在于，中空構(gòu)件(1)的截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料(W，W’)中的插件(2)的拉深形狀。
7.中空構(gòu)件(1)的制造方法，其特征在于，通過彎曲板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)形成中空材料(W，W’)，通過旋壓加工改變中空材料(W，W’)的截面形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的中空構(gòu)件的制造方法，其特征在于，通過壓平縫焊連接板厚或材料不同的材料板(W1，W2，W3，W4，W5)來形成板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)，通過彎曲板件(W0，W0’)和通過壓平縫焊連接板件(W0，W0’)的相對側(cè)邊來形成中空材料(W，W’)。
9.如權(quán)利要求8所述的中空構(gòu)件的制造方法，其特征在于，通過壓平縫焊連接的接合部(Wa，Wa’)是預(yù)先倒角的。
10.如權(quán)利要求7-9中任意一項所述的中空構(gòu)件的制造方法，其特征在于，通過旋壓加工拉深中空材料(W，W’)，其截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料( W，W’)中的插件(2)的形狀。
11.中空材料的成形設(shè)備，其用于通過將板厚或材料不同的各個材料板(W1，W2，W3，W4，W5)配置在電極之間，通過壓平縫焊彼此連接板厚或材料不同的材料板(W1，W2，W3，W4，W5)形成板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)，彎曲板件(W0，W0’)，將板件(W0，W0’)的相對軸向側(cè)邊配置在電極(21，23)之間，通過壓平縫焊將板件(W0，W0’)的相對軸向側(cè)邊連接到一起來形成中空材料(W，W’)，其特征在于，該設(shè)備包括平板件固定裝置(24)，其用于固定板厚或材料不同的各個材料板(W1，W2，W3，W4，W5)，以通過壓平縫焊將材料板(W1，W2，W3，W4，W5)連接起來；彎曲成形設(shè)備(25)，其用于彎曲所連接的板件(W0，W0’)；彎板件固定裝置(26)，其用于固定彎曲的板件(W0，W0’)的彼此相對的軸向側(cè)邊，以通過壓平縫焊將板件(W0，W0’)連接起來；第一電極(22)，是一個設(shè)置于平板件固定裝置(24)中用于壓平縫焊的電極；第二電極(23)，是一個設(shè)置于彎板件固定裝置(26)中用于壓平縫焊的電極；第三電極(21)，是分別與第一和第二電極(22，23)合作的用于壓平縫焊的另一個公用電極；以及壓平縫焊方向移動裝置(27)，其用于在壓平縫焊方向上相對靠近和遠離另一電極(21)移動用于固定板件(W0，W0’)的平板件固定裝置(24)和彎板件固定裝置(26)。
12.如權(quán)利要求11所述的中空材料的成形設(shè)備，其特征在于，彎曲成形設(shè)備(25)包括設(shè)置于將被彎曲的板件(W0，W0’)的內(nèi)側(cè)的滾筒(28)，其在中空材料(W，W’)的軸向方向延伸，并在其一端被可轉(zhuǎn)動地支撐；設(shè)置于彎板件固定裝置(26)中用于壓平縫焊的第二電極(23)，其被成形為條狀，并具有被固定和被支撐的一端；以及還設(shè)置有自由端支撐機構(gòu)(29)，其可拆卸地與彎曲成形設(shè)備(25)的滾筒(28)的自由端和彎板件固定裝置(26)的條狀第二電極(23)中至少任意一個接合。
13.如權(quán)利要求11或12所述的中空材料的成形設(shè)備，其特征在于，設(shè)置倒角裝置(30)，其用于將通過壓平縫焊連接的接合部(Wa，Wa’)倒角。
14.如權(quán)利要求11-13中任意一項所述的中空材料的成形設(shè)備，其特征在于，彎板件固定裝置(26)包括接合邊重疊裝置(31)，該接合邊重疊裝置(31)用于重疊彎曲的板件(W0，W0’)的彼此相對軸向側(cè)邊，以便通過壓平縫焊將板件(W0，W0’)連接起來。
15.如權(quán)利要求11-14中任意一項所述的中空材料的成形設(shè)備，其特征在于，設(shè)置插入裝置(32)，該插入裝置(32)用于將插件(2)插入到成形的中空材料(W，W’)的內(nèi)部。
16.流體分配系統(tǒng)，是一種可在其內(nèi)部分配流體的系統(tǒng)，其特征在于，其包括中空構(gòu)件(1)，該中空構(gòu)件(1)由板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)形成的中空材料(W，W’)制成，該中空構(gòu)件(1)具有通過旋壓加工改變的截面形狀。
17.如權(quán)利要求16所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括中空構(gòu)件(1)，其中，通過壓平縫焊彼此連接板厚或材料不同的各個材料板(W1，W2，W3，W4，W5)形成板厚或材料局部不同的板件(W0，W0’)，通過彎曲板件(W0，W0’)和通過壓平縫焊在軸向上連接板件(W0，W0’)形成中空材料(W，W’)。
18.如權(quán)利要求17所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括中空構(gòu)件(1)，在該中空構(gòu)件中通過壓平縫焊連接的接合部(Wa，Wa’)是倒角的。
19.如權(quán)利要求16-18中任意一項所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括中空構(gòu)件(1)，該中空構(gòu)件(1)的截面形狀被改變以形成適合于定位被插入到中空材料(W，W’)中的插件(2)的拉深形狀。
20.如權(quán)利要求16-19中任意一項所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，該流體分配系統(tǒng)是內(nèi)燃機的流體處理系統(tǒng)，將被容納在中空構(gòu)件(1)中的插件是催化劑載體(2)。
全文摘要
板厚或材料不同的各個板件(W1，W2，W3，W4，W5)通過壓平縫焊被連接到一起以形成中空材料(W，W’)，通過旋壓加工該中空材料(W，W’)，以最適宜的形狀形成接合部(1b)和錐部(1c)，制造中空構(gòu)件(1)。因此，盡管板材料薄，中空構(gòu)件(1)可得到光滑的接合部和高焊接強度。當(dāng)中空構(gòu)件(1)被用于催化劑容器內(nèi)時，其密封性能優(yōu)異，不會伴隨有輻射噪音增加或重量增加。
文檔編號B21D41/04GK1473086SQ01818483
公開日2004年2月4日 申請日期2001年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者梅田正浩, 吉本健次, 石津誠二, 大沼正史, 大山剛, 二, 史, 次 申請人:豐田自動車株式會社