專利名稱：氣瓶碟形封頭成型工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種纏繞氣瓶鋼質內膽的碟形封頭的成型工藝，屬于機械 制造領域。
背景技術：
石油的短缺和環境的不斷惡化，使各國正積極發展天然氣汽車，但 由于天然氣氣體能量密度低，天然氣汽車攜帶的燃料量較少， 一般行駛距 離較汽油車短，因此，我們需要研究在相同長度下氣瓶的容積增加技術， 以解決與汽油燃料相比行駛距離短的問題，更好地體現天然氣汽車的優越 性。
由于氣瓶安裝在出租車后備箱上，其長度方向上的安裝空間有限， 因此相同長度，容積大的氣瓶，充裝量大，可以提高汽車的行使距離。目
前，市場上直徑為338毫米，長度為1020毫米的復合材料氣瓶容積為68L， 這種氣瓶封頭結構為半球形，容積沒有被優化為最大。如圖l所示，現有 技術的纏繞氣瓶鋼質內膽包括有一個內膽本體l，其兩端都為球形封頭2， 其中一個球形封頭上還設有一個開口3。此類氣瓶的成型工藝簡單，普通 的刮板旋壓設備即可生產；而且氣瓶的受力均勻，安全系數較高，所以目 前此類氣瓶是市場的主流。
發明內容
本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種用于制造更安全、 外形更加美觀、容積更大、綜合制造成本低的氣瓶的碟形封頭的成型工藝。
本發明的目的通過以下技術方案來實現
一種氣瓶碟形封頭成型工藝可用于收底和收口工藝，其中收底工藝 包括以下步驟
首先用機械手抓起鋼管并伸入到中頻加熱爐加熱；
當鋼管的實測溫度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻爐，然
后將鋼管放在送料機械上；
送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸，卡盤夾緊后主軸開始轉動帶動 鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的旋輪靠近鋼管被加熱的一端，
并由于鋼管接觸旋輪而帶動旋輪轉動；
接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第一次旋壓 過程，經過若干道次的旋壓后，鋼管的一端變成封閉的半球形；
然后開始第一次吹底，吹底燒嘴以一定的距離和角度對著鋼管的半 球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部中心部分加熱到熔融狀 態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹掉；
第一次吹底結束后，底部出現一個小孔，然后再旋壓一個道次，將 小孔封閉并切料；
接著開始第二次吹底，吹底燒嘴以一定的距離和角度對著鋼管的半 球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部中心部分加熱到熔融狀 態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹掉；
接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第三次旋壓 過程，經過若干道次的旋壓后，最終將氣瓶的底部形狀變成碟形封頭。
本發明除了揭示一種氣瓶的碟形收底工藝，還揭示了這種氣瓶的碟 形收口工藝，包括以下步驟機械手將一端已形成碟形封頭的鋼管的另 一端抓起并伸入到中頻加熱爐加熱；
當鋼管的實測溫度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻爐，然 后將鋼管放在送料機械上；
送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸，卡盤夾緊后主軸開始轉動帶動 鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的旋輪靠近鋼管，并由于鋼管接 觸旋輪而帶動旋輪轉動；
接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第四次旋壓 過程，經過若干道次的旋壓后，鋼管的另一端變成封閉的半球形；
再經過第五次若干道次的旋壓過程，將氣瓶的口部形狀變成碟形封
頭；
最后再經鉆孔、螺紋加工工序在這一端的碟形封頭上開一個用于進 氣的開口。
進一步地，所述伸入中頻爐的鋼管長度為500毫米。所述鋼管的設
定溫度為1000度到1400之間。
再進一步地，在所述的收底工藝中，所述吹底燒嘴與瓶體軸線的角 度在第一次吹底時呈10-40度，在第二次吹底時呈0度。
更進一步地，所述第一次旋壓過程需要12道次的旋壓。所述第三次 旋壓過程需要10道次的旋壓。所述第四次旋壓過程需要12道次的旋壓。 所述第五次旋壓過程需要6道次的旋壓。
本發明的有益效果主要體現在本發明主要從結構上提高相同長度 下氣瓶的容積，獨特設計了多曲線封頭的結構形式，即碟形結構，用來 代替傳統的半球形封頭，以減小封頭的長度，增加同樣長度下氣瓶的容 積，使氣瓶容積提高到70L，相同直徑氣瓶容積提高3%;并通過有限元 分析方法對碟型結構進行有限元分析，保證封頭應力分布均勻，使設計 安全可靠；同時，本發明的多曲線封頭旋壓成型工藝，解決碟形封頭成 型旋壓收底和收口工藝關鍵技術難題，確保曲線成型的精度和一致性， 實現設計與工藝的完美結合。最終使氣瓶更安全、外形更加美觀、容積 更大、綜合制造成本低，體現更好的經濟性。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明 圖l:現有技術球形封頭氣瓶的示意圖。 圖2:本發明碟形封頭氣瓶的示意圖。
其中
1:氣瓶本體；2:球形封頭；3:開口； 4:碟形封頭。
具體實施例方式
本發明揭示了一種具有碟形封頭的纏繞氣瓶鋼質內膽的制造工藝。 如圖2所示，這種纏繞氣瓶鋼質內膽包括有一個內膽本體1，其兩端都 為碟形封頭4，其中一個碟形封頭上還設有一個開口 3。碟形封頭用來代 替傳統的半球形封頭，以減小封頭的長度，增加同樣長度下氣瓶的容積， 使氣瓶容積提高到70L，相同直徑氣瓶容積提高百分之三。其中，該制 造工藝包括收底工藝和收口工藝。所謂的收底工藝和收口工藝即為兩個 碟形封頭的成型工藝，區別在于收口工藝是指帶開口的碟形封頭的成型 工藝，收底工藝是指另一端的碟形封頭的成型工藝。
下面分別介紹一下收底工藝和收口工藝。
收底工藝包括以下步驟
首先用機械手抓起鋼管并伸入到中頻加熱爐加熱；當鋼管的實測溫 度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻爐，然后將鋼管放在送料機 械上；送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸，卡盤夾緊后主軸開始轉動帶 動鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的旋輪靠近鋼管被加熱的一端， 并由于鋼管接觸旋輪而帶動旋輪轉動；接著旋壓機的搖臂開始轉動，X 軸和Z軸兩軸聯動開始第一次旋壓過程，經過12道次的旋壓后，鋼管 的一端變成封閉的半球形；然后開始第一次吹底，吹底燒嘴以一定的距 離和角度對著鋼管的半球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部 中心部分加熱到熔融狀態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹 掉；第一次吹底結束后，底部出現一個小孔，然后再旋壓一個道次，將 小孔封閉并切料;所述的切料是指旋輪以一定的進給量擺到一定的角度， 在將底部封住的同時，把有缺陷的材料或者多余的材料切掉。
接著開始第二次吹底，吹底燒嘴仍然以一定的距離和角度對著鋼管
的半球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部中心部分加熱到熔 融狀態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹掉；接著旋壓機的
搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第三次旋壓過程，經過10道
次的旋壓后，最終將氣瓶的底部形狀變成碟形封頭。
在收底工藝中，吹底的目的是將底部的夾渣等不好的缺陷熔化并吹 掉，可以理解為把有缺陷的材料燒掉。吹底的燒嘴以一定的距離和角度 擺到底部，先用高溫將底部有缺陷的材料熔化，再用高壓將己經融化的 不好的材料吹掉，底部就會有一個小孔，然后再旋壓一個道次用材料將 底部封住。第二次吹底也會出現小孔，然后再旋壓用材料封住底部。兩 次吹底是相似的，只是吹底燒嘴的角度有細微的區別，所述吹底燒嘴與
瓶體軸線的角度在第一次吹底時呈10-40度，在第二次吹底時呈0度。 收口工藝包括以下步驟
機械手將一端己形成碟形封頭的鋼管的另一端抓起并伸入到中頻加
熱爐加熱；當鋼管的實測溫度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻 爐，然后將鋼管放在送料機械上；送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸， 卡盤夾緊后主軸開始轉動帶動鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的 旋輪靠近鋼管，并由于鋼管接觸旋輪而帶動旋輪轉動；接著旋壓機的搖 臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第四次旋壓過程，經過12道次 的旋壓后，鋼管的另一端變成封閉的半球形；再經過6道次的第五次旋 壓過程，將氣瓶的口部形狀變成碟形封頭；最后再經過開口程序在這一 端的碟形封頭上開一個用于進氣的開口。所述的開口程序包括鉆孔、螺 紋加工工序。
進一步地，上述的兩次工藝中，所述伸入中頻爐的鋼管長度為500 毫米，所述鋼管的設定溫度為1000度到1400之間。
碟形結構封頭氣瓶的關鍵技術為封頭曲線設計技術和旋壓成型技 術，由于其封頭部位受力狀況較半球形結構復雜，使封頭曲線在設計上
比較困難，必須經過大量的參數選擇，然后通過有限元進行結構分析， 最后進行實際驗證，反復多次取得最佳設計參數。同時這種結構的封頭 在成型時也比較困難，對設備、工裝及工藝水平要求較高，普通的刮板 旋壓設備不能達到設計的要求，設備必須具有自動溫度控制、多軸聯動、 數控編程等功能。旋壓工藝要不斷地摸索，找到溫度、進給量、進給速 度等工藝參數的最佳值。成型溫度與瓶體的總體加工質量密切相關，加 工中要避免材料過燒引起的晶粒粗大，同時也要注意因溫度低出現的氣 瓶底部未融合現象。進給量大容易引起毛坯失穩和旋輪前材料堆積，過 小則影響生產效率，進給速度選擇不合理容易出現皺折等影響氣瓶性能 的缺陷。
封頭成型采用整體熱旋壓技術，毛坯的加熱采用中頻加熱，提高了 加熱的效率和溫度均勻性，經過試驗，毛坯加工溫度控制在1000-1400°C 時加工性能較好，由瓶底和瓶口解剖分析可以看到，合金流線和熔合狀 態良好，而且為正常合金組織。成型采用多道次滾輪旋壓，先將其成型 為半球型結構封頭，然后采用逐步逼近法，旋壓成碟形結構，加工過程 中每一道次的逼近量和速度為控制的關鍵。封底時采用兩次吹底兩次融 合的技術，減少了底部缺陷，使氣瓶更加安全可靠。
權利要求
1、一種氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于包括以下步驟，首先用機械手抓起鋼管并伸入到中頻加熱爐加熱；當鋼管的實測溫度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻爐，然后將鋼管放在送料機械上；送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸，卡盤夾緊后主軸開始轉動帶動鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的旋輪靠近鋼管被加熱的一端，并由于鋼管接觸旋輪而帶動旋輪轉動；接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第一次旋壓過程，經過若干道次的旋壓后，鋼管的一端變成封閉的半球形；然后開始第一次吹底，吹底燒嘴以一定的距離和角度對著鋼管的半球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部中心部分加熱到熔融狀態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹掉；第一次吹底結束后，底部出現一個小孔，然后再旋壓一個道次，將小孔封閉并切料；接著開始第二次吹底，吹底燒嘴以一定的距離和角度對著鋼管的半球形中心噴出氧氣和乙炔產生高溫火焰，將底部中心部分加熱到熔融狀態，然后燒嘴噴出高壓氧氣將熔融狀態的金屬吹掉；接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第三次旋壓過程，經過若干道次的旋壓后，最終將氣瓶的底部形狀變成碟形封頭。
2、 根據權利要求1所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于機械手將一端已形成碟形封頭的鋼管的另一端抓起并伸入到中頻加熱爐加 執.當鋼管的實測溫度達到設定溫度時，機械手將鋼管退出中頻爐，然后將鋼管放在送料機械上；送料機械將鋼管送入旋壓機的主軸，卡盤夾緊后主軸開始轉動帶動鋼管轉動，保溫噴槍火焰點燃，旋壓機的旋輪靠近鋼管，并由于鋼管接觸旋 輪而帶動旋輪轉動；接著旋壓機的搖臂開始轉動，X軸和Z軸兩軸聯動開始第四次旋壓過 程，經過若干道次的旋壓后，鋼管的另一端變成封閉的半球形；再經過第五次若干道次的旋壓過程，將氣瓶的口部形狀變成碟形封頭；最后再經過開口程序在這一端的碟形封頭上開一個用于進氣的開口。
3、 根據權利要求1或2所述的任意一種氣瓶碟形封頭成型工藝，其 特征在于所述伸入中頻爐的鋼管長度為500毫米。
4、 根據權利要求1或2所述的任意一種氣瓶碟形封頭成型工藝，其 特征在于所述鋼管的設定溫度為1000度到1400之間。
5、 根據權利要求1所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所 述吹底燒嘴與瓶體軸線的角度在第一次吹底時呈10-40度，在第二次吹底 時呈O度。
6、 根據權利要求1所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所 述第一次旋壓過程需要12道次的旋壓。
7、 根據權利要求1所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所述第三次旋壓過程需要10道次的旋壓。
8、 根據權利要求2所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所述第四次旋壓過程需要12道次的旋壓。
9、 根據權利要求2所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所述第五次旋壓過程需要6道次的旋壓。
10、 根據權利要求2所述的氣瓶碟形封頭成型工藝，其特征在于所述的開口程序包括鉆孔、螺紋加工工序。
全文摘要
本發明提供了一種鋼質氣瓶內膽的碟形封頭的成型工藝，采用多道次滾輪旋壓，先將其成型為半球型結構封頭，然后采用逐步逼近法，旋壓成碟形結構，加工過程中每一道次的逼近量和速度為控制的關鍵。封底時采用兩次吹底兩次融合的技術，減少了底部缺陷，使氣瓶更加安全可靠。
文檔編號B23P15/00GK101391372SQ20081019484
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者宮麗麗, 武孟獻, 寬 米 申請人:中材科技(蘇州)有限公司