專利名稱：無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法
技術領域：
本發明涉及無縫氣瓶熱旋壓成形工藝，具體地指一種無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收 底方法。
背景技術：
汽車用壓縮天然氣鋼瓶(或纏繞氣瓶內膽)一般采用熱軋(或冷拔)無縫鋼管熱 旋壓成形為半橢球形(或半球形)底部封頭(稱為收底)，以及頭部封頭和瓶口(稱為收 Π )。采用無縫鋼管熱旋壓成形收底的高壓無縫氣瓶，要求從鋼瓶圓柱段到封頭底部中 心的厚度逐漸增大，底部中心厚度應不小于圓柱段最小設計壁厚的1.5倍。底部熔合區經 解剖酸蝕后，斷面試樣上不得有肉眼可見的縮孔、氣泡、未融合、裂紋、夾雜物或白點。因此， 封頭底部中心熔合良好、增厚良好是熱旋壓成形收底的關鍵技術。科研人員通過熱旋壓成形收底工藝實踐、分析和總結認識到，封頭底部中心熱旋 壓熔合的實質就是鋼管材料自身的壓力焊接，是成形溫度和成形壓力的匹配組合，溫度高 則壓力可適當降低，壓力高則溫度可適當降低。無縫氣瓶熱旋壓成形收底一般采用反向旋輪旋壓。反向旋輪旋壓是旋輪從封頭底 部中心處向內軸向(-Ζ)進給道次進給量，再按照半橢圓形(或半圓形)軌跡旋轉到鋼管的 外壁，從而形成半橢球形(或半球形)底部封頭。這種成形方法的缺點是底部中心熔合區 擠壓力較小，需要設備有快速響應的穿孔槍對底部中心進行快速穿孔2次，以提高材料的 熔合溫度，保證熔合良好。目前，采用上述反向旋輪旋壓收底的方法大多需要有快速響應穿 孔槍的進口設備支持，一般選用德國萊菲爾德數控旋輪熱旋壓機，但該設備價格昂貴，一般 在1500萬元以上。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種封頭底部中心熔合良 好、增厚良好、且設備低廉的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法。為實現上述目的，本發明提供的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，包括以下步 驟1)鋼管加熱將用于加工成無縫氣瓶的鋼管的收底段加熱到1050 1100°C。2)封口旋壓對鋼管收底段進行補熱，補熱溫度控制在1050 1200°C，用旋壓機 主軸卡爪夾緊鋼管外壁，使其以300 400rpm的轉速旋轉，同時將旋輪的工作斜面靠近鋼 管收底段外壁，對其進行7 8道次的標準半球形正向封口旋壓，每道次旋輪在鋼管收底段 外壁向內軸向進給后，按照半圓形軌跡以500 SOOmm/min的正旋速度從鋼管收底段外壁 向封頭底部中心轉動，再按照相同的軌跡以1000 ISOOmm/min的返回速度轉動到鋼管收 底段外壁；其中，第一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α為45 55°，其后各道次封口旋壓 對應的旋輪轉角α依次遞增3 10°，但最后一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α僅比前一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α增加2 4°，并在最后一道次封口旋壓的過程中封口 切頭，獲得半球形封頭。3)半橢球封頭成形和底部增厚旋壓保持對鋼管收底段的補熱狀態和旋壓機主 軸轉速不變，再對所獲得的半球形封頭進行7 10道次的半橢球封頭成形和底部增厚旋 壓，每道次旋輪在鋼管收底段外壁向內軸向進給后，按照半橢圓形軌跡以500 800mm/ min的正旋速度從鋼管收底段外壁向封頭底部中心轉動88 95°，再按照相同的軌跡以 1000 ISOOmm/min的返回速度轉動到鋼管收底段外壁，獲得底部增厚的半橢球封頭。4)半橢球封頭表面光整旋壓繼續保持對鋼管收底段的補熱狀態和旋壓機主軸 轉速不變，將旋輪移至封頭底部中心，并在封頭底部中心向內軸向進給0. 3 1. 5mm后，以 80 200mm/min的返回速度和設定的半橢圓形軌跡轉動到鋼管收底段外壁，使整個半橢球 封頭表面光滑，從而完成無縫氣瓶的熱旋壓收底。所說的步驟1)中，鋼管收底段的加熱長度L與鋼管外徑Φ的數學關系為L = Φ 士(50 IOOmm)。所說的步驟2)中，在最后一道次封口旋壓時，對封頭底部中心的補熱溫度優選控 制在 1150 1200 0C ο所說的步驟2)中，第一道次封口旋壓對應的旋輪軸向進給量為80 130mm，第二 道次封口旋壓對應的旋輪軸向進給量為20 40mm，其后各道次封口旋壓對應的旋輪軸向 進給量依次遞減2 10mm。所說的步驟2)中，最后一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α僅比前一道次封口旋 壓對應的旋輪轉角α增加3°，可保證鋼管端頭因不垂直而不均勻的材料向外翻出形成的 小圓柱在封口道次被切掉，以免端頭不均勻和氧化嚴重的材料壓入底部中心的熔合區造成 熔合不良。所說的步驟2)中，封口旋壓以不失穩和提高效率為原則，對纖維纏繞型氣瓶進行 8道次的標準半球形正向封口旋壓，對其他氣瓶進行7道次的標準半球形正向封口旋壓。例 如，GB24160環纏繞氣瓶內膽等薄壁管采用8道次封口，IS011439、IS09809-1、GB17258等 厚壁管采用7道次封口。所說的步驟3)中，優選每道次旋輪在鋼管收底段外壁向內軸向進給量為1 5mm。所說的步驟3)中，最后成形的半橢球封頭的短軸比長軸減小20 30mm，封頭底部 中心的厚度為被加工鋼管圓柱段最小壁厚的2 3. 5倍。所說的步驟1)中，采用中頻加熱爐對鋼管收底段進行加熱；所說的步驟2)中，采 用自動補熱槍對鋼管收底段進行補熱。上述方法中，優選旋輪的結構參數為旋輪寬度B = 60 70mm，工作斜面與旋輪 軸心線的夾角β = 16 25°，工作斜面低端的圓角半徑R1 = 9 20mm，工作斜面高端的 圓角半徑R2 = 6 12mm。由于正向旋輪旋壓是采用不同的安裝方式，旋輪從鋼管的外壁處每道次軸向進 給，再按照半橢球形(或半球形)旋轉到封頭底部中心。這種成形方法的優點是底部中心 熔合擠壓力大，只需要正常的補熱溫度(1100 1200°C )，不需要對底部中心進行切割穿孔 就能保證熔合良好，而且底部中心增厚效果良好。因此，本發明采用正向旋輪熱旋壓收底方法進行無縫氣瓶的收底成形，與普通的反向旋壓相比，具有以下技術效果其一，底部中心熔合區擠壓力明顯增加，可以降低底部中心熔合區鋼管材料自身 壓力焊接的材料溫度；其二，解決了普通反向旋壓需要有快速響應穿孔槍的進口設備的問題，可以采用 設備價格只有進口設備20%的國產普通旋輪熱旋壓機進行熱旋壓收底成形，價格低廉，顯 著降低設備成本；其三，封頭底部中心增厚效果良好，一般為圓柱段最小壁厚的2. 5 3. 5倍，增厚 速度快，旋壓到第10道次底部中心厚度就達到了圓柱段最小壁厚的3倍。
圖1是采用旋壓機對鋼管進行熱旋壓收底加工的狀態示意圖。圖2是圖1中旋輪的放大結構示意圖。圖3是圖1中鋼管收底段的結構示意圖。圖4是鋼管收底段經附道次旋壓后的狀態示意圖。圖5是鋼管收底段最后一道次封口旋壓前的狀態示意圖。圖6是鋼管收底段最后一道次封口旋壓后的狀態示意圖。圖7是鋼管收底段底部增厚旋壓后的狀態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發 明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。如圖1所示，實施本發明方法的旋壓機1的主軸卡爪2夾緊鋼管3外壁，與此同時 安裝在旋輪座5上的旋輪4的工作斜面靠近鋼管3收底段外壁，可按要求的形狀軌跡對鋼 管3收底段進行旋壓。如圖2所示，旋輪4優選的結構參數為旋輪寬度B = 60 70mm，工作斜面與旋 輪軸心線的夾角β = 16 25°，工作斜面低端的圓角半徑R1 = 9 20mm，工作斜面高端 的圓角半徑R2 = 6 12mm。以下實施例中旋輪4的具體結構參數略有不同，但都在上述優 選的范圍內。實施例1 所用旋輪4的結構參數為旋輪寬度B = 60mm，工作斜面與旋輪軸心線的夾角β =16°，工作斜面低端的圓角半徑R1 = 9mm，工作斜面高端的圓角半徑R2 = 6mm。針對Φ356πιπιΧ7. 7mm、80升IS09809-1汽車用壓縮天然氣鋼瓶，采用國產四川德 陽泰豪科技有限公司生產的GL425數控旋輪熱旋壓機，旋壓收底的工藝過程如下1)鋼管加熱將鋼管3自動送入中頻加熱爐中加熱到1080°C，鋼管3的收底段加 熱長度L = 420mm。鋼管3的直徑Φ與加熱長度L的關系如圖3所示。2)封口旋壓開啟自動補熱槍對鋼管3收底段進行補熱，補熱溫度為1100°C，用 旋壓機1的主軸卡爪2夾緊鋼管3外壁，使其以400rpm的轉速旋轉，同時將旋輪4的工作 斜面靠近鋼管3收底段外壁，對其進行7道次標準半球形的正向封口旋壓，每道次旋輪4在 鋼管3收底段外壁向內軸向進給-Z后，按照半圓形軌跡以較慢的正旋速度F從鋼管3收底段外壁向封頭底部中心轉動α角度，再按照相同的軌跡以較快的返回速度Fl轉動到鋼管 3收底段外壁(各道次m Ν7的工藝參數見表1)。其中，在N7道次封口旋壓時封頭底部 中心的補熱溫度控制在1180°C，N7道次封口旋壓對應的旋輪轉角α比Ν6道次封口旋壓對 應的旋輪轉角α大3°，并在Ν7道次封口旋壓的過程中封口切頭。鋼管3在附 Ν7道次 封口旋壓中的形變如圖4 6所示。3)半橢球封頭成形和底部增厚旋壓保持對鋼管3收底段的補熱狀態和旋壓機 1的主軸轉速不變，再對所獲得的半球形封頭進行7道次的半橢球封頭成形和底部增厚旋 壓，每道次旋輪4在鋼管3收底段外壁向內軸向進給-Z后，按照半橢圓形軌跡以較慢的正 旋速度F從鋼管3收底段外壁向封頭底部中心轉動α角度，再按照相同的軌跡以較快的返 回速度Fl轉動到鋼管3收底段外壁，獲得底部增厚的半橢球封頭(各道次Ν8 Ν14的工 藝參數見表1)。其中，以鋼管3的外徑為橢球長軸，鋼管3的軸向為橢球短軸，長半軸與短 半軸之差e每道次遞增3mm，使最后成形的半橢球封頭的短軸比長軸小21mm。鋼管3在底 部增厚旋壓后的形變如圖7所示。4)封頭表面光整旋壓繼續保持對鋼管3收底段的補熱狀態和旋壓機1主軸轉 速不變，將旋輪4移至封頭底部中心，并在封頭底部中心向內軸向進給0. 6mm后，以120mm/ min的返回速度和設定的半橢圓形軌跡轉動到鋼管3收底段外壁，使整個半橢球封頭表面 光滑，從而完成無縫氣瓶的熱旋壓收底(該道次附5的工藝參數見表1)。表1 :Φ356_Χ7. 7mm鋼瓶收底旋壓道次及工藝參數表
權利要求
1.一種無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)鋼管加熱將用于加工成無縫氣瓶的鋼管的收底段加熱到1050 iioo°c；2)封口旋壓對鋼管收底段進行補熱，補熱溫度控制在1050 1200°C，用旋壓機主軸 卡爪夾緊鋼管外壁，使其以300 400rpm的轉速旋轉，同時將旋輪的工作斜面靠近鋼管收 底段外壁，對其進行7 8道次的標準半球形正向封口旋壓，每道次旋輪在鋼管收底段外壁 向內軸向進給后，按照半圓形軌跡以500 SOOmm/min的正旋速度從鋼管收底段外壁向封 頭底部中心轉動，再按照相同的軌跡以1000 ISOOmm/min的返回速度轉動到鋼管收底段 外壁；其中，第一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α為45 55°，其后各道次封口旋壓對應 的旋輪轉角α依次遞增3 10°，但最后一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α僅比前一道 次封口旋壓對應的旋輪轉角α增加2 4°，并在最后一道次封口旋壓的過程中封口切頭， 獲得半球形封頭；3)半橢球封頭成形和底部增厚旋壓保持對鋼管收底段的補熱狀態和旋壓機主軸轉 速不變，再對所獲得的半球形封頭進行7 10道次的半橢球封頭成形和底部增厚旋壓，每 道次旋輪在鋼管收底段外壁向內軸向進給后，按照半橢圓形軌跡以500 SOOmm/min的正 旋速度從鋼管收底段外壁向封頭底部中心轉動88 95°，再按照相同的軌跡以1000 1800mm/min的返回速度轉動到鋼管收底段外壁，獲得底部增厚的半橢球封頭；4)半橢球封頭表面光整旋壓繼續保持對鋼管收底段的補熱狀態和旋壓機主軸轉速 不變，將旋輪移至封頭底部中心，并在封頭底部中心向內軸向進給0. 3 1. 5mm后，以80 200mm/min的返回速度和設定的半橢圓形軌跡轉動到鋼管收底段外壁，使整個半橢球封頭 表面光滑，從而完成無縫氣瓶的熱旋壓收底。
2.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟1)中，鋼管收底段的加熱長度L與鋼管外徑Φ的數學關系為L = Φ + (50 100mm)。
3.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟2)中，在最后一道次封口旋壓時，對封頭底部中心的補熱溫度控制在1150 1200°C。
4.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟2)中，第一道次封口旋壓對應的旋輪軸向進給量為80 130mm，第二道次封口旋壓對應 的旋輪軸向進給量為20 40mm，其后各道次封口旋壓對應的旋輪軸向進給量依次遞減2 IOmm0
5.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟2)中，最后一道次封口旋壓對應的旋輪轉角α僅比前一道次封口旋壓對應的旋輪轉角 α增加3°。
6.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟2)中，對纖維纏繞型氣瓶進行8道次的標準半球形正向封口旋壓，對其他氣瓶進行7道 次的標準半球形正向封口旋壓。
7.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟3)中，每道次旋輪在鋼管收底段外壁向內軸向進給量為1 5mm。
8.根據權利要求1所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征在于所說的步 驟3)中，最后成形的半橢球封頭的短軸比長軸減小20 30mm，封頭底部中心的厚度為被加 工鋼管圓柱段最小壁厚的2 3. 5倍。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特征 在于所說的步驟1)中，采用中頻加熱爐對鋼管收底段進行加熱；所說的步驟2)中，采用 自動補熱槍對鋼管收底段進行補熱。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法，其特 征在于所說的旋輪結構參數為旋輪寬度B = 60 70mm，工作斜面與旋輪軸心線的夾角 β =16 25°，工作斜面低端的圓角半徑R1 = 9 20_，工作斜面高端的圓角半徑R2 = 6 12mm。
全文摘要
本發明公開了一種無縫氣瓶正向旋輪熱旋壓收底方法。其包括如下步驟1)將鋼管收底段加熱到1050～1100℃；2)對鋼管收底段進行進行7～8道次的標準半球形正向封口旋壓，獲得半球形封頭；3)再對所得半球形封頭進行7～10道次的半橢球封頭成形和底部增厚旋壓，獲得底部增厚的半橢球封頭；4)最后對封頭表面進行光整旋壓，從而完成無縫氣瓶的熱旋壓收底。本發明采用正向旋輪熱旋壓對無縫氣瓶收底成形，可以降低氣瓶底部中心熔合區鋼管材料自身壓力焊接的材料溫度，封頭底部中心增厚效果良好，設備成本顯著降低。
文檔編號B21D51/38GK102000747SQ201010288790
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者余天雄, 曾慶祝, 李明劍, 韓慶波, 高建國 申請人:國營江北機械廠