本發(fā)明要求美國申請?zhí)枮?4/930,449,申請日為2015.11月2日的發(fā)明專利申請的優(yōu)先權。

背景技術：

本發(fā)明涉及涉及法蘭和法蘭組件，更特別地，主要在內燃機，例如在機動車，如汽車，卡車或摩托車等尾氣或排氣系統(tǒng)中使用的法蘭和法蘭組件。

在排氣系統(tǒng)技術領域中，排氣法蘭通常用于將排氣管的端部彼此連接。在這樣的系統(tǒng)中，通常使用沖壓或鍛造和/或機械加工的法蘭，法蘭被焊接到排氣管的端部，法蘭有一個平坦的配合端面，在配合端面之間放置一個墊圈通過螺栓與法蘭連接。

目前制備排氣法蘭的主要工藝如下：

a)軋出板材沖壓法蘭后精加工；

b)熱鍛后精加工；

c)粉末金屬成型和燒結；

然而上述工藝存在如下缺陷和不足。

例如，沖壓法蘭容易泄漏，因為目前的焊接工藝引入了很強的應力，從而影響了裝配端面的平坦度。這種泄漏現(xiàn)象在車輛使用過程中隨時可能發(fā)生，這是因為暴露在高溫和低溫下會促進應力釋放?？紤]到排氣法蘭連接泄漏的原因之一為腐蝕，并考慮到了未來EPA法規(guī)的改變，當務之急是采用合適的材料，甚至更高級的不銹鋼材料。

采用基本原料板材卷，不僅僅增加了如運輸，倉儲，標記和邊緣化等內在的費用，更重要的是將板材卷平直的設備成本和處理成本將增加實際制造成本。由于沖壓工藝產生廢料，會導致材料的浪費從而增加了材料成本。

對于熱鍛法蘭，原料為軋制棒料。這種材料也增加了如運輸，倉儲，標記，邊緣化等成本，最重要的是，設備成本和將切割坯料加熱并供給金屬模具的工藝成本將作為固有成本而增加實際制造成本。

粉末金屬法蘭由于技術水平有限而非常昂貴，并且需要非常高的加工成本。此外粉末金屬零件傾向于產生高孔隙度。

鑒于前述，當前需要提供一種法蘭和法蘭組件，其能夠克服上述問題，從而降低法蘭成本和延長法蘭使用壽命。

發(fā)明概述

因此，本發(fā)明的目的是提供一種在鋼廠就地制備排氣法蘭的工藝，該工藝能夠減少材料浪費，利用該工藝能夠提高產出率。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種精沖(fine blanking)加工方法制作排氣法蘭的工藝。該法蘭背面圍繞中心孔具有凸起部，由于該凸起部，它可以使得焊接部分遠離密封面和從而減少法蘭配合表面的變形和泄漏。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用由上述方法制成的法蘭的工藝，即提供一種法蘭組件，用通過精沖工藝制成的法蘭的法蘭接頭組件。所述接頭組件可以克服精沖法蘭的缺點。

本發(fā)明的具體細節(jié)將以實例的方式在下面的發(fā)明詳述和結合附圖的具體實施例中詳細描述。

附圖說明

下面將參考附圖，以示例的方式詳細描述本發(fā)明的實施方式。

圖1.顯示鋼廠就地進行的法蘭制備工藝；

圖2顯示軋輥(rolling mill)上具有壓制形狀(impressed form)的制備法蘭工藝；

圖3A顯示的是精沖工藝制備的法蘭；

圖3B顯示的圖3A的剖視圖；

圖4是精沖工藝制備的孔鋸底板；

圖5.顯示由精沖法制成法蘭的一個法蘭組件實施例的截面圖；

圖6是法蘭組件的另一個實施例的截面圖，該法蘭組件中包括一個催化轉化器；

圖7是一個催化轉化器實例的截面圖。

圖8是法蘭組件的另一個實施例的截面圖，該法蘭組件中包括一個催化轉化器；

具體實施方式

1.法蘭制備工藝

圖1所示為本發(fā)明的法蘭制備工藝的第一個實施例，這是在鋼廠就地進行。來自于最終軋輥1(rolling mill)的熱金屬板，通過同步的壓制(press)工藝，如沖壓(punching)(站1)，產生凸起環(huán)的切割(lancing)(站II)和沖裁(blanking)(站III)處理。其中來自于最終軋輥的熱金屬板的溫度的可以是大約1000℃。

所述工藝產生的沒有利用的坯料5或碎料2可直接回收到熔煉爐。基本完成毛坯3可在鋼廠就地精加工或在附近的配套廠進行處理。

由于從熱軋機來金屬板仍然是熱的，從而后續(xù)的加工更容易，且未使用的坯料/碎料可以直接再循環(huán)進入熔煉爐。它使工藝成本低，具有節(jié)能和環(huán)保優(yōu)點。

然而，本發(fā)明的另一個實施方案是使用含有壓制形狀12的軋輥11的方法從而在熱金屬板上直接壓制出法蘭的形狀，這些法蘭形狀將由網狀薄片和金屬片(thin flash web and slugs)14連接，并將后續(xù)的同步壓制站沖出。同步壓制站可以是一個沖擊站。由于網狀薄片(thin flash web and slugs)是薄的，它可以在沖壓過程很容易沖出，從而能夠節(jié)省能源，也可節(jié)省材料和提高產出率。

該方法也可以通過改變軋輥11上的壓制形狀12，從而在法蘭的中間孔周圍產生凸起項圈和加強肋。

少量的網狀薄片和金屬片14等下腳料也可以再循環(huán)回到熔煉爐。

同樣的，基本完成的坯料3可以在鋼廠直接精加工或在附近的配套廠進行處理。

軋輥11可以是用于熱軋的唯一軋輥，它也可能是唯一的熱軋輥機，或者是熱軋工藝中的最后一個軋輥機。

為了節(jié)省材料，網狀薄片和金屬片(thin flash web and slugs)14的厚度可以盡可能的薄。它可以為約5mm以下或小于5mm。該網狀薄片和金屬片(thin flash web and slugs)14可能是中心孔和各法蘭體的周邊。

本發(fā)明第三個實施方式采用精沖工藝制備法蘭，所制備的法蘭如圖3A和3B所示。精沖工藝過程包括由精沖工藝(fine blanking process)從冷的金屬板上沖出法蘭形狀。這個過程包括一系列的壓制(press)工藝，如沖壓(punching)(站1)，產生凸起環(huán)的切割(lancing)(站II)和沖裁(blanking)(站III)處理。最大的好處是，許多特征，如沉孔(counter bores)22和凸起(protrusions)21可以通過精沖完成從而無需昂貴的加工，而且中心孔將具有精密公差和高光潔度而無需任何再加工。

精沖切加工可以在法蘭的前端表面沿著中心孔周圍形成突起21和在后端面上形成沉孔22。前端表面是連接到另一法蘭的配合面。該法蘭可以通過切割(lancing)工藝以形成凸起21和含有圓弧的半沉孔(semi counter bore with radius)。

凸起21的厚度可以為所裝配管的厚度的1-1.5倍。它可以減少焊接目的的視差(disparity)。它需要管和法蘭的低熱量焊接。此外，由于將加熱區(qū)進一步遠離配合面，從而最小化焊接引起的任何變形和泄漏。

精沖過程產生的中心孔的碎片可以進一步使用，用于制備零部件如孔鋸底板31(圖4)，小滑輪等。

2.應用精沖工藝制備的法蘭的法蘭組件

上述精沖工藝制備的法蘭，由于將焊接加熱區(qū)進一步遠離配合面處，從而減少了配合面的變形和泄漏。但它也有缺點。為了沖出凸起，在排氣組件的密封表面上產生的空腔或一個埋頭孔。由此而產生了一個不利的渦流，也為凝結水生成一個袋狀區(qū)，從而促進腐蝕的產生。為了克服該缺點，本發(fā)明提供了一種法蘭組件。

1).法蘭組件第一實施例

圖5顯示了一種法蘭組件。該法蘭組件包括：第一法蘭63和第二法蘭64，用于分別接收需要連接的第一管61和第二管62的端部，所述法蘭63和64被固定到彼此，從而連接所述管61和62，所述法蘭63和64中，當彼此相配合時，具有至少兩個相對的貫通孔，并且緊固裝置定位通過所述相對孔以便將所述法蘭固定。

如圖5所示，箭頭A表示的熱氣體流過法蘭組件的方向。所述第一法蘭63通過焊接67接合到第一管子61,屬于消音器側的一個子組件元件。第二法蘭64通過焊接68接合到管62,屬于發(fā)動機/電動機側的一個子組件元件。第一法蘭63被設置在第一管61端部和第二法蘭64被設置在第二管62的端部預定長度的突出部分，當法蘭連接后，第二管子62管端突出部分從第二管子62延伸至第一管子61的端部。因此，第一法蘭63和第二法蘭64的接合面被第二管子62的突出部分的內周覆蓋。

在本實施例中，第一管子61的端部擴大，第二管子62通過第二法蘭64為緊密配合延伸到第一管61的突出部，或者，第二管子62是縮小的，以便能夠插入第一管子61內。

優(yōu)選地，所述第一管子是在下游側和第二管子是在上游側，但當然相反也可以。

這種設計提供了以下優(yōu)點：精沖工藝制備的兩個法蘭所述環(huán)或沉孔70和71被第二管子62的突出部分覆蓋，因而可避免不希望有的渦流；第二管62的突出部分還有助于減配合表面的氣體泄漏，重疊的管結構還避免了在法蘭接頭區(qū)域產生凝結空隙。

優(yōu)選地，被法蘭組件可包括一個或兩個重疊墊圈(未示出)設置在所述環(huán)或沉孔70和71內。盡管接頭可能會因此而失去一些拉伸性，但是可避免接頭處的泄漏。

該法蘭組件是通過精沖工藝制成的法蘭說明的，其具有如圖所示的沉孔22和凸起21。但是，該組件也可以用于其它不含有凸起21或沉孔22的法蘭。

在圖6所示的另一個實施方案中，催化轉換81也可包括在法蘭組件中。該催化轉換器81安裝在環(huán)或沉孔71(Undercut)上。它可以起密封作用，同時可以作為額外的空氣凈化器，因為排氣系統(tǒng)中的主催化轉換器不能100％凈化空氣。

具有安裝架的催化轉化器的一個實施例如圖7所示，其中該催化轉換器81是填充1有催化劑載體或基底和催化劑本身的圓筒形室，所述催化劑可以是任何常規(guī)催化劑，其將廢氣中的有毒污染物通過催化氧化還原反應轉化為低毒性物質。本領域熟練的技術人員可以根據需要選擇合適的催化劑。安裝框架82可以包括一個底部821，側部822和環(huán)形法蘭823。催化轉化器81被附接到底部821和底部821可以是一個環(huán)形板。側部822可以是圓筒狀從而放置在第一管子和第二管子重疊部分之間的間隙內，該環(huán)形法蘭823坐落在所述第二法蘭的環(huán)或沉孔71內。任選地，該環(huán)形法蘭823的橫截面與所述的環(huán)或沉孔71的橫截面一致，因此環(huán)形法蘭823可作為一個密封或墊圈坐落在環(huán)或沉孔71內。

在召回的情況下，例如大眾汽車公司曾在2005年召回，他們不得不添加一個小催化轉化器到排氣系統(tǒng)以減排。但在排氣系統(tǒng)外部已經沒有空間。所以這個法蘭接頭內的一個小型催化轉化器對將有助于減少排放。

由于催化轉換器被安裝在法蘭組件，它很容易在必要時被更換。另一方面，催化轉化器的安裝也可以提高接頭的密封性。

這種含有催化轉換器的法蘭組件可用于發(fā)展中國家(如印度和中國)比較普及的兩輪車或三輪車的排氣系統(tǒng)上使用。

2)法蘭組件第二實施例

法蘭組件的另一個實施例如圖8所示，其包括：第一法蘭163和第二法蘭164，分別與第一管161和第二管162的端部接合，通過將法蘭163和64連接從而將管子161和162連接，所述法蘭163和164可以以任何常規(guī)手段結合，如螺母和螺栓結合。

法蘭163和164通過精沖工藝制備，其分別具有沉孔(counter bore)171和172，當兩個法蘭結合時，兩個沉孔形成一個環(huán)形空腔173。催化轉化器174被安裝在所述空腔173中。該催化轉換器174可以是具有催化劑內的圓筒形。該催化轉換器174具有一個安裝環(huán)175，該安裝環(huán)175可以被可裝配固定在環(huán)腔173中，從而將催化轉化器固定在管道內。

由于催化轉換器被安裝在法蘭組件上，它很容易通過解開法蘭組件如松開螺栓而拆除。另一方面，催化轉化器的安裝也可以提高該法蘭接頭的密封性。

本領域技術人員根據本發(fā)明的描述能夠作出很多變化，這些變化是顯而易見的，也屬于本發(fā)明保護范圍之內。因此，應當理解的是，本發(fā)明的權利要求書的保護范圍應不限于上述的具體實施例。本發(fā)明可能的變化包括，例如，法蘭組件也可以使用其它任何法蘭，例如不具有沉孔/腔但具有凸起的法蘭，制備法蘭的方法可為沖壓(stamping)，精沖(fine blanking)，孔翻邊(hole flanging)，切縫(lancing)等等。