中空產品、製造中空產品的方法和設備以及使用這種中空產品的流體運輸系統的製作方法
2023-05-26 14:06:31 6
專利名稱：中空產品、製造中空產品的方法和設備以及使用這種中空產品的流體運輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種中空產品、製造該中空產品的方法和設備以及使用這種中空產品的流體運輸系統。特別是，本發明涉及一種中空產品，該產品包括連接在一起的一個中空元件和另一個元件，製造這種中空產品的方法和設備；一種中空產品，該產品包括雙壁中空元件和另一個具有與雙壁中空元件連接在一起的連接部分的元件，以及使用這種中空產品的流體運輸系統。
背景技術：
連接在汽車的內燃機或者其它燃燒發動機上用來排放廢氣的排氣系統是流體運輸系統的一個例子，這種流體運輸系統包括多種中空產品，形式為流體的廢氣通過這些中空產品得以運輸或者排放。例如，排氣系統包括多個中空產品，例如排氣歧管1、催化式排氣淨化器2、管道3、前置消音器4和主消音器5，如圖15所示。配置催化式排氣淨化器2是為了引起化學反應，例如氧化還原反應，以便淨化由燃燒發動機產生並通過排氣歧管接收的廢氣。配置前置消音器4和主消音器5是為了通過降低經過催化式排氣淨化器2和管道3接收到的高壓廢氣的壓力，以減小將廢氣排放到空氣中時產生的噪音。
每個中空產品，例如排氣歧管1、催化式排氣淨化器2、管道3、前置消音器4和主消音器5，通常是一個部件組合，該部件組合包括例如容器或者連接管的中空元件100，以及形式為連接在中空元件100的連接部分100b上的法蘭元件110的其它元件，如圖16所示(在該圖中只顯示了一個連接部分100b和一個法蘭元件110)。為了便於裝配中空元件或者便於替換連接的中空產品中受到損壞的某個產品，在法蘭元件110上使用螺栓將相鄰的中空產品可以移動地連接在一起。
JP-A-9-324623披露了用來製造中空產品的已知技術的一個例子，這種中空產品由諸如連接管的中空元件100和形式為法蘭元件110的其它元件組成。這種技術使用對接(butt)摩擦焊接將中空元件100和法蘭元件110連接在一起。
JP-A-7-144287披露了一種摩擦焊接設備，該設備包括一個去毛刺杆，用來在使中空元件和其它元件連接在一起的摩擦焊接中除去在中空元件的內部產生的毛刺。配置去毛刺杆是為了將所產生的毛刺壓在中空元件的內表面上。
JP-A-52-75641披露了一種將具有圓形孔的第一元件和具有比圓形孔直徑大很多的外直徑的第二元件摩擦焊接在一起的摩擦焊接和安裝方法，其中第二元件與圓形孔同軸布置，通過壓配合安裝在圓形孔中，同時第一和第二元件可以相對彼此繞著共同的軸轉動。
JP-A-55-61389披露了一種將管狀的滾柱體和軸頸摩擦焊接在一起的方法，其中軸頸具有一個錐形部分、一個從錐形部分的大直徑端面上伸出來的轉動軸部分以及一個圓周槽部分和一個在錐形部分的小直徑端面上形成的擋板部分。擋板部分具有與管狀滾柱體的內直徑基本上相等的直徑。在摩擦焊接中，軸頸通過將擋板部分壓在滾柱體的一端上而以壓配合的方式安裝在滾柱體中，以便在錐形部分的圓周表面上將軸頸摩擦焊接在滾柱體上，這樣在滾柱體內產生的毛刺就被放置在圓周槽部分中。
然而，兩個中空元件100、100之間進行對接摩擦焊接以形成如JP-A-9-324623中所披露的中空產品會遇到在對接焊接部分的外部和內部產生毛刺的問題，如圖17所示。如果這樣製造的中空產品作為一個部件用在流體運輸系統中，由於這些毛刺的存在會導致一些缺陷。亦即，在中空產品內部的毛刺將降低諸如廢氣之類的流體通過流體運輸系統流動或者運輸的效率，並且中空產品外部的毛刺使該中空產品的表面變差。如果使用在JP-A-7-144287中披露的去毛刺杆來除掉在中空產品內部產生的毛刺，那麼摩擦焊接設備將很大，這是不希望發生的，而且設備的製造成本也會增加。
在JP-A-52-75641中披露的通過摩擦焊接將第二元件以壓配合裝入第一元件中的方法，要求第一元件的圓形孔的內直徑大於第二元件的外直徑以便有效地進行摩擦焊接，這樣就不能直接控制第一元件的圓形孔和第二元件的外圓周表面之間的壓力。進一步，這種方法不允許在摩擦焊接工藝的最後階段施加鐓鍛壓力。如果第二元件是一個中空元件，例如管子，那麼由於在中空元件以壓配合裝入第一元件的過程中中空元件發生變形，就不能控制在直徑方向上作用在中空元件上的壓力，從而導致一些問題，例如由於在第一和第二元件之間的摩擦而產生的熱量不足，以及在直徑方向上摩擦焊接力不足。
在JP-A-55-61389中披露的對接摩擦焊接方法要求軸頸具有錐形部分、圓周槽部分以及擋板部分，這導致軸頸無法高效製造的問題。進一步，要求插入管狀或者中空滾柱體的擋板部分具有不大於滾柱體內直徑的直徑，這樣就存在這樣一種危險，在對滾柱體內的軸頸進行摩擦焊接過程中滾柱體內部產生的毛刺會或多或少地流出圓周槽部分，超過擋板部分的邊緣。進一步，在目前的方法中軸頸的錐形部分與滾柱體摩擦焊接，該方法要求加工錐形部分時其圓錐角具有很高程度的精度。另外，錐形部分和滾柱體之間在軸線方向上的相對移動對於徑向上的摩擦焊接力具有很大的影響，這樣就很難控制摩擦焊接力。
發明內容
本發明的一個目的是提供製造中空產品的方法和設備，允許中空元件和另一個元件容易而精確地連接在一起並具有很高的穩定性，以形成中空產品。該方法和設備應該具有確保製造中空產品的生產率和效率都很高的優點，其中該設備另外還具有減小的尺寸。
本發明的另一個優點是使用這種中空產品的流體運輸系統具有很高的流體運輸效率。
按照本發明，提供一種製造中空產品的方法，該產品包括連接在一起的一個中空元件和另一個元件，其中中空元件和上面指出的另一個元件摩擦焊接在一起，並且加壓元件至少與中空元件和上面指出的另一個元件中的一個保持壓力接觸，同時中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面可以相對彼此移動。
按照上面描述的本發明，中空元件和另一個元件通過加壓元件摩擦焊接在一起，其中該加壓元件與中空元件和/或上面指出的另一個元件保持壓力接觸，同時中空元件和另一個元件的圓周表面能夠相對彼此移動。因此，中空產品可以這樣製造中空元件和上面指出的另一個元件精確而可靠地連接在一起並且在整個圓周上具有高的穩定性。
按照本發明的一個有利方面，製造包括具有預定形狀的中空元件和與中空元件連接在一起的另一個元件的中空產品的方法，包括如下連續完成的步驟使用與管狀坯料保持接觸的加壓元件在管狀坯料上執行旋壓操作(spinning)，以形成具有預定形狀的中空元件的步驟；以及使用與中空元件和上面指出的另一個元件之中的至少一個保持壓力接觸的加壓元件將中空元件和上面指出的另一個元件摩擦焊接在一起，同時中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面可以相對彼此移動的步驟。
按照上面描述的本發明的這種有利的方面，相繼或者連續執行下列步驟使用與管狀坯料接觸的加壓元件在管狀坯料上執行旋壓操作，以形成具有預定形狀的中空元件的步驟；以及使用與中空元件和/或上面指出的另一個元件保持壓力接觸的加壓元件將中空元件和上面指出的另一個元件摩擦焊接在一起，同時中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面可以相對彼此移動的步驟。因此，可以以很高的生產率和效率製造中空產品，這樣中空元件和上面指出的另一個元件可以精確而牢固地連接在一起並在整個圓周上具有很高的穩定性。
在按照如上面所述的本發明的方法中，可以控制使加壓元件和上面指出的另一個元件在徑向上相互壓緊的力。在這種情況下，根據中空元件和上面指出的另一個元件的材料特性，通過控制使中空元件和上面指出的另一個元件相互壓緊的力，可以很容易地控制由於中空元件和上面指出的另一個元件之間的摩擦接觸而產生的摩擦熱量。因此，中空產品可以這樣製造，中空元件和上面指出的另一個元件精確而牢固地連接在一起並具有很高的穩定性。
按照本發明，提供用於製造包括連接在一起的一個中空元件和另一個元件的中空產品的設備，該設備包括當中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面彼此相對時，使中空元件和/或上面指出的另一個元件相對彼此移動的驅動裝置；以及一個加壓元件，可以操縱該元件迫使(擠壓)中空元件和上面指出的另一個元件中的至少一個，通過摩擦焊接使它們的圓周表面連接在一起，同時中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面可以優選地通過驅動裝置相對彼此移動。
因此，當連接在一起的圓周表面彼此相對，中空元件和上面指出的另一個元件在驅動裝置的作用下相對彼此移動(例如轉動)時，中空元件和/或上面指出的另一個元件受到加壓元件的作用力(擠壓)，這樣在相互作用的圓周表面上將產生摩擦熱，而中空元件和上面指出的另一個元件可以精確而牢固地摩擦焊接在一起，並且在整個圓周表面上具有高的穩定性。加壓元件配置可能用於在徑向向內的方向上或者徑向向外的方向上擠壓中空元件和上面指出的另一個元件中的至少一個。
按照本發明的優選方面，用於製造包括具有預定形狀的中空元件和與中空元件連接在一起的另一個元件的中空產品的設備，包括當中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面彼此相對時，使中空元件和/或上面指出的另一個元件相對彼此移動的驅動裝置；一個加壓元件，可以操縱該元件與管狀坯料保持接觸，在管狀坯料上執行旋壓操作，用來形成具有預定形狀的中空元件，並且使中空元件和上面指出的另一個元件的圓周表面相互擠壓，以便摩擦焊接中空元件和上面指出的另一個元件，同時中空元件和上面指出的另一個元件可以在驅動裝置的作用下相對彼此發生移動；以及控制裝置，用於控制加壓元件運動，以便在管狀坯料上執行旋壓操作，然後摩擦焊接中空元件和上面指出的另一個元件。
因此，通過控制裝置控制加壓元件的運動，以便在管狀坯料上執行旋壓操作以形成具有預定形狀的中空元件，然後當通過驅動裝置中空元件和上面指出的另一個元件相對彼此移動時，執行摩擦焊接操作使得通過它們的圓周表面相互擠壓，摩擦焊接中空元件和上面指出的另一個元件。因此，可以提高設備的生產率和製造效率。進一步，在結構上設備可以設計得更加簡單並且尺寸減小，而可以製造這樣的中空產品，其中中空元件和上面指出的具有連接部分的另一個元件可以精確而牢固地連接在一起，並且具有高度的穩定性。注意到，可以通過相同的加壓元件或者不同的加壓元件來執行旋壓操作和摩擦焊接操作，而用於摩擦焊接操作的加壓元件可以配置為在徑向向內方向或者徑向向外方向上擠壓中空元件和上面指出的另一個元件中的至少一個。
在本發明的設備中，可以控制在中空元件和上面指出的另一個元件的徑向方向上加壓元件擠壓這兩個元件中的至少一個的力。這種配置便於調整加壓元件所產生的徑向擠壓力，使得有可能根據中空元件和上面指出的另一個元件的材料特性控制在摩擦焊接操作中產生的摩擦熱量，從而允許這樣製造中空產品，使得中空元件和上面指出的另一個元件更加精確而牢固地連接在一起並具有很高的穩定性。
按照本發明，提供一種中空產品，包括連接在一起的一個中空元件和另一個元件，其中中空元件和上面指出的另一個元件在它們彼此相對的圓周表面上摩擦焊接在一起。
在上面描述的按照本發明的中空產品中，中空元件的圓周表面摩擦焊接在另一個元件的連接部分的圓周表面上，該連接部分的圓周表面與中空元件的圓周表面相對，優選情況下超過一個預定的軸向長度。因此，該中空產品不會具有毛刺，而通常在中空元件內會產生毛刺，並且在中空元件和上面指出的另一個元件之間的界面上表現出很高的強度。
按照本發明的一個有利方面，中空產品包括一個具有兩層壁的連接部分的雙壁中空元件和另一個具有連接部分的元件，這兩個元件連接在一起，其中上面指出的另一個元件的連接部分插入中空元件的連接部分的兩層壁之間，而中空元件和上面指出的另一個元件在中空元件的連接部分的兩層壁和上面指出的另一個元件的連接部分處摩擦焊接在一起。
在按照上面描述的本發明的中空產品中，上面指出的另一個元件的連接部分插入雙壁中空元件的連接部分的兩層壁之間，並且摩擦焊接在兩層壁上。因此，中空產品不會具有通常在雙壁中空元件內產生的毛刺，並且在中空元件和上面指出的另一個元件的界面上表現出高的強度。
按照本發明，提供一種流體運輸系統，該系統包括至少一個中空產品，每個中空產品的結構如上面所描述。
按照本發明的流體運輸系統在中空產品的中空元件內部不會具有毛刺，因而確保了通過流體運輸系統的流體流動和運輸的高效率。進一步，如果流體運輸系統包括兩個或者更多的中空產品，每個中空產品包括中空元件和上面指出的另一個元件，那麼相鄰的中空產品可以很容易地相互連接摩擦焊接在各個中空元件上的另一個元件。
圖1為顯示按照本發明第一實施例構造的用於製造中空產品的設備的平面圖；圖2為圖1中的設備的正視圖；圖3為用於解釋由圖1和圖2中設備實現的摩擦焊接的一種形式的局部放大圖；圖4為解釋按照本發明的摩擦焊接的另一種形式的局部放大圖；圖5為按照本發明的第二種實施例所構造的製造中空產品的設備的平面圖；圖6為圖5中的設備的正視圖；圖7為解釋徑向驅動器機構的一個例子的一個示意圖；圖8為解釋圖5和圖6的設備所實現的摩擦焊接的局部放大圖；圖9為作為按照第二種實施例的中空產品的一個示例製造的催化式排氣淨化器的局部橫截面圖；圖10為解釋由中空產品製造設備所實現的摩擦焊接的視圖，該中空產品製造設備是按照本發明的第三種實施例所構造的；圖11為顯示處於加壓元件插入催化箱的連接部分狀態下的催化箱的放大側視圖；圖12為解釋通過按照本發明第四種實施例的中空產品製造設備進行摩擦焊接，連接中空元件和另一種元件的操作的視圖；圖13為解釋通過圖10的中空產品製造設備進行摩擦焊接來連接雙壁中空元件和另一種元件的操作的視圖；圖14為解釋通過圖12的中空產品製造設備進行摩擦焊接來連接雙壁中空元件和另一種元件的操作的視圖；
圖15為形式為排氣系統的流體運輸系統的分解透視圖，該排氣系統連接在汽車上的燃燒發動機上，例如內燃機上，並且包括形式為中空產品的各種元件；圖16為顯示連接催化箱和法蘭元件的一種已知方法的橫截面圖和側向正視圖的組合；以及圖17為顯示當兩個中空產品通過已知的對接摩擦焊接連接在一起時產生毛刺的橫截面圖。
優選實施例參照圖1-3，將要描述製造中空產品的設備，該設備按照本發明第一實施例構造。在圖1-3中使用的參考符號也同樣用於在功能上識別其它實施例中對應的元件或者部分。在這個實施例中，中空產品是一個使用在與汽車發動機連接的排氣系統中的催化式排氣淨化器2，如圖1 5所示。催化式排氣淨化器2是用來引起諸如氧化或者還原反應之類的化學反應，以淨化由發動機產生並通過排氣歧管1收集的廢氣。催化式排氣淨化器2是一個部件組合，包括一個形式為管狀坯料10′或催化箱10的中空元件，和形式為法蘭元件11的其它元件，這些元件用來在催化箱(中空元件)10的連接部分10b將催化箱10連接在其它部件組合，例如管道3(圖15)上。催化箱10由管狀坯料10′形成，以提供放置催化劑的催化劑載體(圖中未顯示)。然而，根據本發明所製造的中空產品不僅僅局限於催化式排氣淨化器2，而可以是連接在一起的一個中空元件和另一個元件的其它中空產品，例如，汽車發動機的排氣系統中的排氣歧管1、管道3、前置消音器4和主消音器5中的任意一個，如圖15所示。
在第一種實施例中，作為中空元件提供的催化箱10包括一個作為催化劑載體支撐部分10a的軸向中間部分，該軸向中間部分具有一個相當大的直徑，催化劑載體放置在其中。催化箱10進一步包括作為連接部分10b的軸向相對端部(在圖1和3中僅僅顯示了其中的一個)，該軸向相對端部具有一個相對較小的直徑，在此處催化箱10連接在法蘭元件11上(在圖1-3中僅僅顯示了其中的一個)。催化箱10進一步包括一個位於具有相對較大直徑的催化劑載體支撐部分10a和具有相對較小直徑的每個連接部分10b之間的錐形部分10c(具有連續變化的直徑)。如圖3所示，每個法蘭元件11包括一個環狀板形式的法蘭部分11a，和一個在法蘭部分11a的軸向方向上從法蘭部分11a的相對表面中的一個伸出的圓柱形連接部分11b。在第一種實施例中，催化箱10和法蘭元件11通過在連接部分10b的內圓周表面和連接部分11b的外圓周表面之間進行摩擦焊接連接起來，如圖3所示。
簡而言之，按照本發明的第一種實施例所構造的設備最初由形式為管狀坯料10′的中空元件形成催化箱10，這樣催化箱10可以成形，用於放置催化劑載體，然後將催化箱10和每個法蘭元件11連接起來以製造催化式排氣淨化器2。該設備包括夾持管狀坯料10′或催化箱10並繞自身軸線轉動的旋轉驅動裝置20；法蘭夾持裝置21，用於固定法蘭元件11、使得法蘭元件11可以相對催化箱10移動到一個位置，在該位置上連接部分11b的外圓周表面正對催化箱10的連接部分10b的內圓周表面，這樣法蘭元件11就不能繞自身軸線旋轉；一個加壓元件，例如，可操作的成形輥22A，成形輥22A與管狀坯料10′或催化箱10相接觸以執行旋壓操作，以形成具有預定形狀的催化箱10，並且把催化箱10的連接部分10b壓緊在法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面上，以產生用於摩擦焊接連接部分10b、11b的摩擦熱；以及控制裝置(圖中未顯示)，用來控制成形輥22A的軸向和徑向的運動，以實現所需的旋壓和摩擦焊接操作。控制裝置的控制成形輥22A的操作將得到詳細的描述。配置旋轉驅動裝置20是用來夾持催化箱10並且使它相對於法蘭元件11轉動，法蘭元件11是通過法蘭夾持裝置21固定夾持的。
旋轉驅動裝置20包括一個夾持管狀坯料10′或催化箱10的卡盤30，一根支撐卡盤30以便卡盤30可以繞著轉軸轉動的轉軸31，一個驅動電機32，以及一個帶式動力傳輸機構33，該動力傳輸機構將驅動電機32連接在轉軸31上，以便將驅動電機32的旋轉運動傳遞到轉軸31上。
法蘭夾持裝置21包括一對卡盤35，該卡盤用於夾持法蘭元件11以便法蘭元件11不會相對轉動的催化箱10旋轉；一個用來打開和閉合卡盤35的卡盤驅動器36；一個軸向驅動器37，用來在其軸線方向上移動法蘭元件11，該軸線方向與催化箱10同軸，這樣由卡盤35夾持的法蘭元件11的連接部分11b就插入由旋轉驅動裝置20的卡盤30夾持的催化箱10的連接部分10b上。
在設備的支座40上，安裝了一對導軌41和一個滾珠絲槓42，這樣導軌41和滾珠絲槓42可以在管狀坯料10′或催化箱10的軸線方向上延伸。軸向滑塊43安裝在導軌41上，滾珠絲槓42的一個相對端連接在驅動電機44上。軸向滑塊43的下表面具有一個與滾珠絲槓42相配合的滾珠螺母45。當操作驅動電機44使滾珠絲槓42繞軸線旋轉時，軸向滑塊42通過滾珠螺母45在導軌41上沿著管狀坯料10′或催化箱10的軸線方向移動。
在軸向滑塊43上，安裝了一對導軌51和一個滾珠絲槓52，這樣導軌51和滾珠絲槓52可以在管狀坯料10′或催化箱10的徑向上延伸。徑向滑塊53安裝在導軌51上，滾珠絲槓52的一個相對端連接在驅動電機54上。徑向滑塊53的下表面具有一個與滾珠絲槓52相配合的滾珠螺母55。當操作驅動電機54使滾珠絲槓52繞軸線旋轉時，徑向滑塊52通過滾珠螺母55在導軌51上沿著管狀坯料10′或催化箱10的徑向移動。
在徑向滑塊53上支撐著成形輥22A。驅動電機44、54在控制裝置的控制下，使成形輥22A相對於由卡盤30夾持的管狀坯料10′或催化箱10在軸向和徑向上移動想要的距離。一對成形輥22A可能支撐在徑向滑塊53上，這樣兩個成形輥22A將布置在管狀坯料10′或催化箱10直徑上相對的各自位置上，這樣兩個成形輥22A可以在管狀坯料10′或催化箱10的徑向上相向或者相背地彼此同步移動。
然後，將描述一種使用按照如上所述的方法構造的設備製造中空產品的方法，該中空產品的形式為按照第一種實施例的催化式排氣淨化器2。
簡而言之，製造按照第一種實施例的中空產品的方法表示為，當催化箱10由管狀坯料10′成形後，作為其形狀可以放置催化劑載體(未顯示)的中空元件，通過將催化箱10和法蘭元件11在其連接部分10b、11b處連接起來，來製造催化式排氣淨化器2。在本方法中，催化箱10和法蘭元件11相對彼此轉動，同時連接部分11b徑向向內布置在連接部分10b上。在這種狀態下，成形輥22A移動與催化箱10的連接部分10b形成輾壓接觸，以向著法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面擠壓連接部分10b的內圓周表面，從而在它們之間產生摩擦熱將連接部分10b、11b分別在它們的內、外圓周表面上連接起來。在這種方法中，管狀坯料10′開始時由成形輥22A加工成具有理想形狀的催化箱10，然後成形的催化箱10和法蘭元件11使用成形輥22A摩擦焊接在一起。
為了製造催化式排氣淨化器2，首先製備具有足夠大的內直徑以允許催化劑載體插入其中的管狀坯料10′。然後管狀坯料10′受到旋轉驅動裝置20的卡盤的夾持，並且通過驅動電機32在轉軸31的轉動作用下旋轉，同時操縱驅動電機44、54使成形輥22A擠壓管狀坯料10′，以便在管狀坯料10′的一個軸端部分上執行旋壓操作，以形成錐形部分10c和連接部分10b。隨後，催化劑載體通過另一個軸端部分的開口端插入管狀坯料10′。然後，該另一個軸端部分同樣經過旋壓操作，形成錐形部分10c和連接部分10b。這樣，管狀坯料10′就形成了催化箱10。
然後，催化箱10由旋轉驅動裝置20的卡盤30夾持，同時法蘭元件11由法蘭夾持裝置21的兩個卡盤35夾持，這樣在催化箱10的一端的連接部分10b與法蘭元件11的連接部分11b同軸，該法蘭元件的連接部分11b從相對法蘭部分11a的一個表面伸出，在法蘭部分11a處法蘭元件11由直徑方向上相對的兩個卡盤35夾持，這兩個卡盤由卡盤驅動器36閉合。操作軸向驅動器37可以在軸向上移動法蘭元件11，從而將連接部分11b插入連接部分10b中，這樣連接部分11b的外圓周表面與連接部分10b的內圓周表面在徑向上相對。然後，啟動旋轉驅動裝置20的驅動電機32來轉動轉軸31，並測量驅動電機32的驅動轉矩。當檢測到驅動電機32的所測驅動轉矩增加到一個預定值時，啟動驅動電機44、54並移動成形輥22A，以便在徑向向內的方向上向著法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面擠壓催化箱10的連接部分10b的內圓周表面。轉動的催化箱10的連接部分10b與法蘭元件11的連接部分11b擠壓接觸的結果是，在接觸連接部分10b、11b之間產生摩擦熱。在這個擠壓接觸過程中，由於催化箱10轉動的摩擦阻力，操作時使催化箱10轉動的驅動電機32的驅動轉矩發生改變。同時，也測量操作時使成形輥22A在徑向上擠壓催化箱10的連接部分10b的驅動電機54的驅動轉矩。由於驅動電機54通過成形輥22A受到靜止的法蘭元件11的連接部分11b的反作用力，驅動電機54的驅動轉矩也發生改變。可能通過監測通過驅動電機32、54的電流量來檢測兩個驅動電機32、54的驅動轉矩值的改變。當這樣檢測到的在操作時使轉軸31轉動和將成形輥22A壓在連接部分10b上的驅動電機32、54的電流量穩定在預定值上時，表示在兩個連接部分10b、11b之間的界面上產生了希望的摩擦熱量。此時，成形輥22A在驅動電機54的作用下在連接部分10b的徑向向內的方向上進一步移動，以便向界面施加一個墩鍛壓力，而旋轉驅動裝置20的驅動電機32被關掉，因而在催化箱10的一端上的連接部分10b和法蘭元件11的連接部分11b分別在其內外圓周表面上摩擦焊接在一起。以與上面描述的同樣的方式，催化箱10按照需要在其另一端的連接部分10b處摩擦焊接在另一個法蘭元件11的連接部分11b上。墩鍛壓力根據檢測到的驅動電機54的驅動轉矩或者檢測到的成形輥22A在徑向上的操作衝程(根據電機54的操作量進行檢測)進行控制。驅動電機32、54的驅動轉矩值的改變可以通過除了傳感器以外的任何合適的用來監測驅動電機32、54的電流的已知裝置進行檢測，例如通過布置在驅動電機32、54的驅動軸上的測壓元件進行檢測。為了執行摩擦焊接操作，在催化箱10的徑向向內的方向上與連接部分10b保持壓力輾壓接觸的成形輥22A，可能在驅動電機44的驅動下在連接部分10b、11b重疊的軸向距離之內軸向移動，如圖3中箭頭X所示。
如果成形輥22A的直徑小於連接部分10b、11b的直徑，或者連接部分10b、11b的直徑大於成形輥22A的直徑，則法蘭元件11的軸向延伸的連接部分11b可能被去掉。在這種情況下，法蘭元件11可能是環形板元件，具有形式為中心孔11b的連接部分，在該中心孔中插入催化箱10的連接部分10b的末端，如圖4所示。為了將催化箱10摩擦焊接在該法蘭元件11上，連接部分10b的末端徑向向內布置在法蘭元件11的中心孔11b上，這樣中心孔11b的內圓周表面和連接部分10b的末端的外圓周表面在徑向上彼此相對。成形輥22A位於連接部分10b之內，當催化箱10相對於法蘭元件11轉動時，成形輥22A在催化箱10的徑向向內的方向上壓在連接部分10b的內圓周表面上。參照圖7，將對可通過操縱移動成形輥22A在催化箱10的徑向向外的方向上與催化箱10發生壓力接觸的徑向驅動機構23進行詳細描述。製造如上所述的中空產品的方法不限於上面所描述的實施例的細節，在該實施例中摩擦焊接操作開始於在其相對端具有連接部分10b的催化箱10。亦即，摩擦焊接操作可能從管狀坯料10′上開始，該坯料已經加工成只在其相對的一端上具有錐形部分10c和連接部分10b。在這種情況下，管狀坯料10′首先在其一端的連接部分10b上與法蘭元件11摩擦焊接，而催化劑載體通過另一端插入管狀坯料10′中。然後，在管狀坯料10′的另一端上加工錐形部分10c和連接部分10b，從而形成催化箱10，這樣形成的催化箱10在上面指出的另一端的連接部分處與另一個法蘭元件11摩擦焊接在一起。因此，連接在法蘭元件11(作為另一個元件)上的中空元件可能是管狀坯料10′和催化箱10。
使用如上所述所構造的設備來製造形式為催化式排氣淨化器2中空產品的方法將得到更為詳細的描述。
將要作為本實施例的中空產品而製造的催化式排氣淨化器2，包括由管狀坯料10′加工以具有一定形狀的催化箱10，和連接在催化箱10的連接部分10b上的法蘭元件11，以便催化箱10的連接部分10b和法蘭元件11的連接部分11b在其圓周表面上摩擦焊接在一起。
在包括連接在一起的催化箱10和法蘭元件11的催化式排氣淨化器2中，連接部分10b、11b相互之間摩擦焊接在一起，在整個圓周上具有很高的穩定性。如果催化式排氣淨化器2使用在流體運輸系統中，該系統的形式為汽車發動機的排氣系統，那麼排氣系統將不會出現作為流體流過它的廢氣排放的洩漏。進一步，在內外圓周表面上摩擦焊接連接部分10b、11b，不會導致在中空元件內部產生毛刺，而這在以前工藝中會出現(如圖17所示)。因此，不必去除這些毛刺，而阻止流體流過流體運輸系統的阻力得以降低，以提高流體流動和運輸的效率。
如果連接部分10b的內圓周表面焊接在連接部分11b的外圓周表面上，該連接部分11b從法蘭元件11的相對的表面中的一個伸出，正如在上面描述的實施例中一樣，則催化箱10可能包括一個在連接部分10b和錐形部分10c之間成形的錐形或者臺肩部分10b′，如圖9所示。臺肩部分10b′這樣形成其沒有摩擦焊接在連接部分11b的內圓周表面的直徑小於連接部分10b的直徑，而與連接部分11b的內圓周表面平齊並相接。這種配置進一步降低了流體的流動阻力，進一步提高了流體運輸系統的流動和運輸效率。
如果催化箱10的連接部分10b摩擦焊接在法蘭元件11的中心孔11b的內圓周表面上，如圖4所示，則法蘭元件11的表面中沒有一個在催化箱10的連接部分10b之內，亦即，在流體運輸系統之內，這樣流體的流動阻力非常低，因而流體運輸效率很高。
接下來參照圖5到8，將詳細描述製造中空產品的設備，該設備按照本發明的第二實施例構造。在第二實施例中將使用在第一實施例中使用的相同的參考符號，以便在功能上識別對應的元件或部分，這些將不再進行描述。
儘管配置按照第一實施例的設備是為了夾持法蘭元件11，以便法蘭元件11不能繞自身軸線轉動，而使管狀坯料10′或者催化箱10繞其自身軸線轉動，但是配置按照第二實施例的設備是為了使法蘭元件11繞其軸線轉動，同時夾持管狀坯料10′或者催化箱10使管狀坯料10′或者催化箱10不能繞其自身軸線轉動。這是第一和第二實施例之間的區別。
簡言之，這個第二實施例的設備包括旋轉驅動裝置25，用於夾持並使法蘭元件11繞其軸線轉動；坯料夾持裝置26，用於夾持管狀坯料10′或者催化箱10以便管狀坯料10′或者催化箱10可以在軸向上相對法蘭元件11移動到一個位置，在該位置上連接部分10b的內圓周表面與法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面在徑向上相對；以及加壓元件，例如成形輥22A，該成形輥22A可以通過操作而與管狀坯料10′接觸以執行旋壓操作從而將管狀坯料10′加工成具有理想形狀的催化箱10的，並在徑向上向著轉動的法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面擠壓催化箱10的連接部分10b，以便在它們之間產生摩擦熱，從而將連接部分10b、11b摩擦焊接在一起。
如圖5和6所示，旋轉驅動裝置25包括用於夾持法蘭元件11的法蘭夾持裝置60，用於支撐法蘭夾持裝置60以便法蘭夾持裝置60可以在軸線方向上移動的轉軸61，一個用於使法蘭夾持裝置60在其軸線方向上移動的軸向驅動器62，一個驅動電機32，以及一個帶式動力傳輸機構33，該機構連接驅動電機32和轉軸61，以便將驅動電機32的旋動運動傳遞到轉軸61。轉軸61具有內齒，而法蘭夾持裝置60具有與轉軸61的內齒嚙合的外齒。軸向驅動器62通過一個旋轉分離軸承63連接在法蘭夾持裝置60上。當轉軸61在驅動電機32的驅動下轉動時，法蘭夾持裝置60和轉軸61一起轉動，並且通過軸向驅動器62的操作而在軸向上移動。成形輥22A由轉軸61支撐，這樣成形輥22A通過徑向驅動機構23可以在轉軸61的徑向上移動。
如圖7中的示意性顯示，徑向驅動機構23包括塊體65，夾持各個成形輥22A，並布置在轉軸61上可以在轉軸61的徑向上移動；由滾珠絲槓67形成的拉杆67；與拉杆67的滾珠絲槓66配合的滾珠螺母68；驅動滾珠螺母68使拉杆67在其軸向上移動的驅動電機69；以及用於將拉杆67的軸向運動轉化為塊體65的徑向運動的連杆元件70。拉杆67具有在軸向中間部分加工的延長槽，以及與延長槽保持配合的銷釘71，用於阻止拉杆67繞其軸線轉動。轉動元件73通過一個軸承72安裝在拉杆67的遠離滾珠螺母68的端部上，這樣轉動元件73繞轉軸61轉動。每個連杆元件70都實際上是具有兩個臂狀物的L形元件，該元件在兩個臂狀物的連接點處連接到固定於轉軸61的銷釘74上，從而連杆元件70可繞銷釘74旋轉。連杆元件70的一個臂狀物與對應的塊體65配合，而另一個臂狀物與轉動元件73配合。當配置有滾珠絲槓66的拉杆67在電機69的驅動下沿軸向向右移動時，如圖7中上側的單點劃線所示，連杆元件70繞各自的銷釘74轉動，這樣夾持成形輥22A的塊體65就在轉軸61的徑向上向外移動。當拉杆67如圖7所示向左移動時，連杆元件70繞銷釘74轉動，這樣塊體65在轉軸61的軸向上向內移動。因此，通過控制驅動電機69來控制拉杆67的軸向運動距離，可以控制成形輥22A的操作行程來調節它們的擠壓力。
坯料夾持裝置26包括一對卡盤80，用來夾持管狀坯料10′或者催化箱10，以便管狀坯料10′或者催化箱10不能轉動，並且與可轉動的法蘭元件11同軸布置；一個卡盤驅動器81，用於打開或者閉合卡盤80；以及一個軸向驅動器，用於相對於被旋動驅動裝置25的法蘭夾持裝置60所夾持的法蘭元件11沿軸向移動管狀坯料10′或者催化箱10(由卡盤80夾持)。在如圖5和6中所示的設備中，軸向驅動器由軸向滑塊43構成，滑塊43在驅動電機44的驅動下在管狀坯料10′或催化箱10的軸向上移動。卡盤80和卡盤驅動器81安裝在徑向滑塊53上。徑向滑塊53不在催化箱10的徑向上移動，用來將催化箱10和法蘭元件11連接在一起，但是當有必要將管狀坯料10′加工成形為催化箱10時能夠在徑向上移動，例如催化箱與法蘭元件11的軸線之間存在一個偏心。
然後，將描述使用顯示在圖5到7中的設備製造中空產品的方法，該產品形式為按照第二實施例的催化式排氣淨化器2。
為了製造催化式排氣淨化器2首先製備具有足夠大的內徑以允許催化劑載體插入其中的管狀坯料10′。然後管狀坯料10′由坯料夾持裝置26的卡盤30夾持，操縱軸向驅動器62用於在軸向上移動法蘭夾持裝置60以便該裝置從轉軸61上突出，這樣法蘭元件11就由法蘭夾持裝置60夾持。然後操縱軸向驅動器62，在相反的方向上將法蘭夾持裝置60拉迴轉軸61。隨後，操縱驅動電機44向著轉軸61移動軸向滑塊43，直到管狀坯料10′的一個預定軸向部分位於成形輥22A的軸向位置。然後操縱驅動電機32以轉動由轉軸61支撐的成形輥22A，徑向驅動機構23的驅動電機69受到操縱使得成形輥22A與管狀坯料10′發生壓力接觸，用來執行旋壓操作以便在管狀坯料10′的一個末端部分上形成錐形部分10c和連接部分10b。然後，催化劑載體通過另一個端插入管狀坯料10′中。按照與上面描述的相同的方式，在管狀坯料10′的另一末端上成形錐形部分10c與連接部分10b。在管狀坯料10′的旋壓操作執行完畢之後，法蘭元件11可能由法蘭夾持裝置60夾持，亦即，在催化箱10由管狀坯料10′加工成形後。
接著操縱軸向驅動器62，這樣通過花鍵與轉軸61的中心部分連接的法蘭夾持裝置60在軸向上移動，以便從轉軸61上突出，如圖8所示，同時由轉軸61支撐的成形輥22A和由法蘭夾持裝置60夾持的法蘭元件11在驅動電機32的驅動下轉動。其結果是，已經位於轉軸61之內的法蘭元件11的連接部分11b插入催化箱10的連接部分10b中。然後成形輥22A在催化箱10的徑向上移動，向著轉動的法蘭元件11的連接部分11b擠壓催化箱10的連接部分10b，這樣由於靜止的催化箱10的連接部分10b和轉動的法蘭元件11的連接部分11b之間的壓力接觸而導致產生摩擦熱。操縱徑向驅動機構23的驅動電機69，進一步在催化箱10的徑向上移動成形輥22A，以便當檢測到在兩個連接部分10b、11b之間的界面上已經產生了希望的熱量時，在連接部分10b、11b之間施加一個墩鍛壓力。當操縱徑向驅動機構23的驅動電機69以便在徑向上移動成形輥22A的驅動轉矩到達一個預定值時，亦即，當向著連接部分11b擠壓連接部分10b的力達到一個預定值時，並且當旋轉驅動裝置25的驅動電機32的驅動轉矩達到一個預定值時，會檢測到這種狀況。當徑向驅動機構23的驅動電機69的驅動轉矩或者操作量(成形輥22A的操作行程)增加到一個最終預定值時，旋轉驅動裝置25的驅動電機32斷電。因此，完成催化箱10和法蘭元件11的摩擦焊接。
在製造上述的催化式排氣淨化器2的方法中，由卡盤80夾持而無法轉動的催化箱10的連接部分10b的內圓周表面，被繞轉軸61的軸線轉動的成形輥22A擠壓在轉動的法蘭元件11的連接部分11b的外圓周表面上，在連接部分10b的整個圓周上該法蘭元件徑向向內布置在連接部分10b上。這種配置允許催化箱10和法蘭元件11通過摩擦焊接在其連接部分10b、11b的整個圓周上牢固地連接在一起。與第一實施例一樣，第二實施例可能配置為通過同步操縱驅動電機44和軸向驅動器62，相對於繞轉軸61的軸線轉動的成形輥22A，在軸向上移動催化箱10和法蘭元件11。這種配置允許在足夠大的軸向長度上摩擦焊接連接部分10b、11b。同樣在第二實施例中，催化箱10可能包括在連接部分10b和錐形部10c之間形成的錐形或者臺肩部分10b′，如圖9所示。臺肩部分10b′這樣形成其沒有摩擦焊接在連接部分11b的內圓周表面的直徑小於連接部分10b的直徑，並且與連接部分11b的內圓周表面平齊並相接。這種配置降低了流體的流動阻力，並且提高了通過使用這種催化式排氣淨化器2的流體運輸系統的流體流動或運輸效率。
下面將參照圖10到12詳細描述製造中空產品的設備，該設備按照本發明的第三和第四實施例構造。在第一和第二實施例中使用的相同的參考符號將用於第三和第四實施例，用來在功能上識別對應的元件或部分，這些將不作描述。
儘管按照第一和第二實施例中的每一個的設備使用可轉動支撐的成形輥22A作為加壓元件來執行旋壓操作和摩擦焊接操作，按照第三和第四實施例中的每一個的設備使用形式為環形陣列的加壓塊22B的加壓元件，這些加壓塊沿著與催化箱10的連接部分10b同心的圓排列。加壓塊22B同時在連接部分10b的徑向上移動，更為精確的說，在徑向向內和向外的方向上，這樣當加壓塊22B在徑向向外的方向上移動時，加壓塊22B的環形陣列與連接部分10b在整個圓周表面上同時發生壓力接觸，產生相當大的恆定接觸壓力。這是第一和第二實施例與第三和第四實施例之間的區別。
如圖11所示，在第三和第四實施例中配置了作為加壓元件的多個加壓塊22B，這樣可以沿著催化箱10的連接部分10b的內圓周表面而共同提供一個外圓周表面。每個加壓塊22B在橫截面上具有一個一般為扇形的形狀，這樣加壓塊22B陣列在橫截面上具有一個圓形的形狀，如圖11所示。加壓塊22B具有各自的凸輪表面85，並通過夾持機構86進行支撐，這樣加壓塊22B不能在軸向上移動，但是能夠在徑向上移動，從而所有的加壓塊22B能夠共同提供一個錐形的內圓周表面。按照第三和第四實施例的每個設備包括一個徑向驅動機構83，該機構包括一個錐形凸輪元件87，能夠在軸線方向上移動與每個加壓塊22B的凸輪表面87接觸，以便在陣列的徑向向外的方向上移動加壓塊22B；一個凸輪驅動器88，能夠可操縱地在相反的軸線方向上沿軸線移動凸輪元件87；以及一個轉動離合軸承89，該軸承配置在凸輪元件87和凸輪驅動器88之間，以便當催化箱10的連接部分10b被加壓塊22B的陣列在徑向向外的方向上擠壓時，阻止凸輪元件87的轉動運動被傳遞到凸輪驅動器88上。通過控制凸輪驅動器88，可以控制凸輪元件87的軸向移動距離，從而控制每個加壓塊22B的擠壓力和操作行程。正如圖4中的例子所示，法蘭元件11是一個環形元件，具有直徑足夠大的中心孔11b，以便允許催化箱10的連接部分10b插入其中。
在圖10到12的實施例中，凸輪元件87是錐形的，這樣其直徑在凸輪驅動器88的一側從自由端到固定端沿軸線方向上逐漸變小，亦即，在從圖10和12中可見的向右方向上。然而，凸輪元件87的錐形可能是這樣，其直徑在上面提到的軸向上從自由端到固定端或者凸輪驅動器88逐漸增加。在這種情況下，每個加壓塊22B具有一個凸輪表面，該表面隨著在凸輪元件的錐形表面逐漸變小。注意到按照圖10和12的第三和第四實施例的每個設備還包括支撐在轉軸61或者徑向滑塊53上的成形輥22A。成形輥22A(在圖10和12中沒有顯示)用於在管狀坯料10′上執行旋壓操作。
在圖10中所示的第三實施例中，催化箱10由旋轉驅動裝置20的轉軸31的卡盤30夾持(在圖1和2中顯示)，而法蘭元件11由法蘭夾持裝置21的卡盤35夾持，在法蘭夾持裝置21上提供用於夾持加壓塊22B的圓形陣列(作為加壓元件)的夾持機構86和徑向驅動機構83。
在圖12中顯示的第四實施例中，法蘭元件11由支撐在旋轉驅動裝置25(在圖5和6中顯示)的轉軸61上的法蘭夾持裝置60夾持，而催化箱10由坯料夾持裝置26的卡盤80夾持，在坯料夾持裝置26上提供用於夾持加壓塊22B的圓形陣列的夾持裝置86。
然後，將描述使用如圖10和12中所示構造的第三和第四實施例的設備製造中空產品的方法，該中空產品的形式為催化式排氣淨化器2。
在製造這些實施例的方法中，管狀坯料10′要經過由可轉動支撐的成形輥22A繞管狀坯料10′的軸線轉動而執行的旋壓操作，以加工成催化箱10，該催化箱在它的兩個相對的端部上包括錐形部分10c和連接部分10b，並用於放置催化劑載體。
在使用按照圖10的第三實施例的設備的方法中，催化箱10由旋轉驅動裝置20的轉軸31的卡盤30夾持，而法蘭元件11由法蘭夾持裝置21的卡盤35夾持。在使用按照圖12的第三實施例的設備的方法中，法蘭元件11由支撐在旋轉驅動裝置25的轉軸61上的法蘭夾持裝置60夾持，而催化箱10由坯料夾持裝置26的卡盤80夾持。然後，催化箱10和法蘭元件11在驅動電機32的驅動下相對彼此轉動，加壓塊22B的圓形陣列位於催化箱10的一端的連接部分10b之內，並且催化箱10在軸向上移動，這樣連接部分10b的自由端部分就布置在法蘭元件11的中心孔11b之內。當檢測到驅動電機32的驅動轉矩達到預定值，操作凸輪驅動器86軸向移動凸輪元件87，這樣在與加壓塊22B滑動接觸的凸輪表面85的作用下，加壓塊22B沿著連接部分10b的徑向向外移動。其結果是，催化箱10的連接部分10b被加壓塊22B的圓形陣列向著法蘭元件11的中心孔11b的內圓周表面擠壓，同時催化箱10和法蘭元件11相對彼此轉動，這樣在它們之間產生摩擦熱。當驅動電機32的驅動轉矩和凸輪驅動器88的負載穩定在各自的預定值上時，可以確定在連接部分10b、11b之間的界面上產生了足夠的摩擦熱量。此時，凸輪驅動器88進一步操作以便在徑向向外的方向上另外移動加壓塊22B一個距離，這就在界面上施加了一個墩鍛的壓力，而驅動電機32已經斷電，因而催化箱10和法蘭元件11在連接部分10b的外圓周表面和中心孔11b的內圓周表面上摩擦焊接在一起。如果有必要，按照上面描述的方式，催化箱10在另一端的連接部分10b上與另一個法蘭元件摩擦焊接在一起。根據凸輪驅動器88的負載或者凸輪元件87的軸向操作行程，可以控制墩鍛壓力。
進一步參照圖13，接著將描述使用按照如圖10所示構造的設備，在一個雙壁中空元件和一個法蘭元件的連接處對其進行摩擦焊接的方法。
開始時，雙壁管狀坯料10′通過繞管狀坯料10′的軸線轉動並與雙壁管狀坯料10′保持輥壓接觸的成形輥22A執行旋壓操作，以形成雙壁催化箱10，該催化箱在其相對的兩個端部上具有錐形部分10c和連接部分10b並包含催化劑載體。
然後，催化箱10由旋轉驅動裝置20的轉軸31的卡盤30夾持，而法蘭元件11由法蘭夾持裝置21的卡盤35夾持，如圖1和2所示。加壓塊22B的陣列位於催化箱10的連接部分10b之內，操縱驅動電機32使催化箱10和法蘭元件11相對彼此轉動，而操縱軸向驅動器37將連接部分11b插入雙壁催化箱10的連接部分10b的兩層壁之間。然後，操縱徑向驅動器23在法蘭元件11的徑向向內的方向上移動成形輥22A，同時操縱徑向驅動機構83在連接部分10b的徑向向外的方向上移動加壓塊22B，這樣轉動的催化箱10的連接部分10b的兩層壁被成形輥22A和加壓塊22B壓向插入兩層壁之間的連接部分11b。其結果是，在催化箱10和法蘭元件11相對彼此轉動的過程中，由於連接部分10b的兩層壁與連接部分11b的內外圓周表面之間的摩擦接觸，在連接部分10b、11b之間產生摩擦熱。當驅動電機32的驅動轉矩和徑向驅動機構23的驅動電機69以及凸輪驅動器83的負載穩定在預定值上時，可以確定在連接部分10b、11b的內外圓周表面上已經產生了合適的熱量。此時，進一步操縱徑向驅動機構23的驅動電機69和凸輪驅動器88，分別在連接部分10b、11b的徑向向內和向外的方向上移動成形輥22A和加壓塊22B，以便在界面上施加一個墩鍛壓力，並且驅動電機32斷電。其結果是，催化箱10和法蘭元件11在催化箱一端的連接部分10b和法蘭元件11的連接部分11b處摩擦焊接在一起。如果有必要，按照如上所述的相同方式，催化箱10在另一端的雙壁連接部分10b處摩擦焊接在另一個法蘭元件11的連接部分11b上。根據徑向驅動機構23的電機69和凸輪驅動器88的負載或者拉杆67和凸輪元件87的軸向操作行程，可以控制墩鍛壓力。
參照圖14，接著將描述使用如圖12所示構造的設備，在雙壁中空元件和法蘭元件的連接部分上對其進行摩擦焊接的方法。這種方法中與上面參照圖13所描述的方法中相同的方面將不再描述。
開始時，雙壁管狀坯料10′經過旋壓操作，如上所述，以加工成在相對的端部上具有錐形部分10c和連接部分10b的雙壁催化箱10，該催化箱還包含催化劑載體。
然後，法蘭部分11由支撐在旋動驅動裝置25的轉軸61上的法蘭夾持裝置60夾持，而催化箱10由法蘭夾持裝置26的卡盤80夾持，如圖5和6所示。然後，由法蘭夾持裝置60夾持的法蘭元件11和加壓塊22B的陣列移動到轉軸61之外，法蘭元件11的連接部分11b插入由卡盤80夾持的雙壁催化箱10的連接部分10b的兩層壁之間，並且操縱驅動電機44在連接部分10b的軸向上移動軸向滑塊43，以便將加壓塊22B陣列移入連接部分10b。在這種狀態下，催化箱10和法蘭元件11在驅動電機32的驅動下相對彼此轉動，並且操縱徑向驅動機構23在法蘭元件11的徑向向內的方向上移動成形輥22A，同時操縱徑向驅動機構83在徑向向外的方向上移動加壓塊22B，這樣催化箱10的雙壁連接部分10b的兩層壁被成形輥22A和加壓塊22B擠向插入兩層壁之間的連接部分11b。其結果是，在催化箱10和法蘭元件11轉動的過程中，由於連接部分10b的兩層壁和連接部分11b的內外圓周表面之間的摩擦接觸，在連接部分10b、11b之間產生了摩擦熱。當確定在連接部分10b、11b的內外圓周表面的界面之間產生了適當的摩擦熱量，進一步操作徑向驅動機構23的驅動電機69和凸輪驅動器88以在界面上施加一個墩鍛壓力，並且驅動電機32斷電。其結果是，催化箱10和法蘭元件11在連接部分10b、11b處摩擦焊接在一起。
在上文中參照圖13和14所描述的製造形式為催化式排氣淨化器2的中空產品的方法中，另一個元件(法蘭元件11)的連接部分在整個圓周上摩擦焊接到雙壁中空元件(雙壁催化箱10)的兩層壁上，在該中空元件中插入上面指出的連接部分，該方法中毛刺的產生量得以降低，導致中空產品外觀的改善，而且當使用在流體運輸系統中時，可以避免通過中空產品的連接法蘭部分時發生流體洩漏，並且提高了通過流體運輸系統的流體流動和運輸的效率。
權利要求
1.一種製造中空產品的方法，所述中空產品包括通過焊接步驟連接在一起的一個中空元件(10)和另一個元件(11)，其特徵在於中空元件(10)和所述另一個元件(11)在焊接步驟中通過摩擦焊接連接在一起，和中空元件(10)和所述另一個元件(11)中的至少一個與一個加壓元件(22A、22B)發生接觸，並且當中空元件(10)和所述另一個元件(11)的圓周表面相對彼此移動時受到加壓元件(22A、22B)的擠壓。
2.如權利要求1所述的製造中空產品的方法，其特徵在於，在管狀坯料(10′)上執行旋壓操作以形成具有預定形狀的中空元件的步驟，和管狀坯料(10′)與加壓元件(22A、22B)接觸並受到加壓元件(22A、22B)擠壓的步驟以及焊接步驟是連續執行的。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，使用加壓元件(22A、22B)控制中空元件(10)的徑向方向上的壓力。
4.如權利要求1所述的製造中空產品的方法，包括具有預定形狀的所述中空元件，其特徵在於，在焊接步驟之前，執行以下步驟使用與管狀坯料(10′)保持接觸的加壓元件(22A、22B)在管狀坯料(10′)上執行旋壓操作、以形成具有預定形狀的中空元件(10)的步驟，其中至少在焊接步驟中的所述相對運動是中空元件(10)和所述另一個元件(11)中的至少一個的旋轉運動，而所述的壓力接觸指向徑向方向。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，使用加壓元件(22A、22B)控制中空元件(10)的徑向方向上的壓力。
6.一種製造中空產品的設備，所述中空產品包括連接在一起的一個中空元件(10)和另一個元件(11)，其特徵在於包括驅動裝置(20)，用於在中空元件(10)和所述另一個元件(11)的圓周表面彼此相對時，使中空元件(10)和/或所述另一個元件(11)相對彼此移動；和加壓元件(22A、22B)，可操作所述加壓元件，在中空元件(10)和所述另一個元件(11)的圓周表面相對彼此移動時，擠壓中空元件(10)和所述另一個元件(11)中的至少一個，以便通過摩擦焊接將它們的圓周表面連接在一起。
7.如權利要求6所述的製造中空產品的設備，進一步包括控制裝置，用來控制加壓元件(22A、22B)的運動，以便在管狀坯料(10′)上執行旋壓操作並且通過連續的摩擦焊接將中空元件(10)和所述另一個元件(11)連接在一起。
8.如權利要求6或7所述的設備，其特徵在於，在受到加壓元件(22A、22B)擠壓的中空元件(10)的徑向方向上的壓力是可以控制的。
9.一種包括通過焊接連接在一起的一個中空元件(10)和另一個元件(11)的中空產品，其特徵在於彼此相對的中空元件(10)和另一個元件(11)的圓周表面通過摩擦焊接連接在一起。
10.如權利要求9所述的中空產品，包括一個具有包含兩層壁的連接部分的中空元件(10)和具有一個連接部分的另一個元件(11)，這兩個元件通過焊接連接在一起，其特徵在於，插入中空元件(10)的連接部分的兩層壁之間的所述另一個元件(11)的連接部分(11b)和中空元件(10)的連接部分的兩層壁通過摩擦焊接連接在一起。
11.一個流體運輸系統，包括在權利要求9或10中各自所定義的至少一個中空產品。
全文摘要
催化式排氣淨化器(2)包括一個由管狀坯料(10′)加工成並具有一個催化劑載體的催化箱(10)，和一個連接在中空元件上的法蘭元件(11)。管狀坯料(10′)受成形輥(22A)的旋壓操作，以加工成具有所希望形狀的催化箱(10)；在催化箱和法蘭元件相對彼此轉動時，催化箱(10)和法蘭元件(11)的相對的圓周表面通過成形輥(22A)或者加壓塊(22B)的陣列相互擠壓，這樣就可以產生摩擦熱，用於在催化箱和法蘭元件的連接部分(10b、11b)上將它們摩擦焊接起來。
文檔編號B23K101/04GK1509219SQ02809942
公開日2004年6月30日 申請日期2002年5月14日 優先權日2001年5月15日
發明者大沼正史, 長谷川務, 務 申請人:豐田自動車株式會社