专利名称：气瓶碟形封头成型工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种缠绕气瓶钢质内胆的碟形封头的成型工艺，属于机械 制造领域。
背景技术：
石油的短缺和环境的不断恶化，使各国正积极发展天然气汽车，但 由于天然气气体能量密度低，天然气汽车携带的燃料量较少， 一般行驶距 离较汽油车短，因此，我们需要研究在相同长度下气瓶的容积增加技术， 以解决与汽油燃料相比行驶距离短的问题，更好地体现天然气汽车的优越 性。
由于气瓶安装在出租车后备箱上，其长度方向上的安装空间有限， 因此相同长度，容积大的气瓶，充装量大，可以提高汽车的行使距离。目
前，市场上直径为338毫米，长度为1020毫米的复合材料气瓶容积为68L， 这种气瓶封头结构为半球形，容积没有被优化为最大。如图l所示，现有 技术的缠绕气瓶钢质内胆包括有一个内胆本体l，其两端都为球形封头2， 其中一个球形封头上还设有一个开口3。此类气瓶的成型工艺简单，普通 的刮板旋压设备即可生产；而且气瓶的受力均匀，安全系数较高，所以目 前此类气瓶是市场的主流。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种用于制造更安全、 外形更加美观、容积更大、综合制造成本低的气瓶的碟形封头的成型工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现
一种气瓶碟形封头成型工艺可用于收底和收口工艺，其中收底工艺 包括以下步骤
首先用机械手抓起钢管并伸入到中频加热炉加热；
当钢管的实测温度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频炉，然
后将钢管放在送料机械上；
送料机械将钢管送入旋压机的主轴，卡盘夹紧后主轴开始转动带动 钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的旋轮靠近钢管被加热的一端，
并由于钢管接触旋轮而带动旋轮转动；
接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第一次旋压 过程，经过若干道次的旋压后，钢管的一端变成封闭的半球形；
然后开始第一次吹底，吹底烧嘴以一定的距离和角度对着钢管的半 球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部中心部分加热到熔融状 态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹掉；
第一次吹底结束后，底部出现一个小孔，然后再旋压一个道次，将 小孔封闭并切料；
接着开始第二次吹底，吹底烧嘴以一定的距离和角度对着钢管的半 球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部中心部分加热到熔融状 态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹掉；
接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第三次旋压 过程，经过若干道次的旋压后，最终将气瓶的底部形状变成碟形封头。
本发明除了揭示一种气瓶的碟形收底工艺，还揭示了这种气瓶的碟 形收口工艺，包括以下步骤机械手将一端已形成碟形封头的钢管的另 一端抓起并伸入到中频加热炉加热；
当钢管的实测温度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频炉，然 后将钢管放在送料机械上；
送料机械将钢管送入旋压机的主轴，卡盘夹紧后主轴开始转动带动 钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的旋轮靠近钢管，并由于钢管接 触旋轮而带动旋轮转动；
接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第四次旋压 过程，经过若干道次的旋压后，钢管的另一端变成封闭的半球形；
再经过第五次若干道次的旋压过程，将气瓶的口部形状变成碟形封
头；
最后再经钻孔、螺纹加工工序在这一端的碟形封头上开一个用于进 气的开口。
进一步地，所述伸入中频炉的钢管长度为500毫米。所述钢管的设
定温度为1000度到1400之间。
再进一步地，在所述的收底工艺中，所述吹底烧嘴与瓶体轴线的角 度在第一次吹底时呈10-40度，在第二次吹底时呈0度。
更进一步地，所述第一次旋压过程需要12道次的旋压。所述第三次 旋压过程需要10道次的旋压。所述第四次旋压过程需要12道次的旋压。 所述第五次旋压过程需要6道次的旋压。
本发明的有益效果主要体现在本发明主要从结构上提高相同长度 下气瓶的容积，独特设计了多曲线封头的结构形式，即碟形结构，用来 代替传统的半球形封头，以减小封头的长度，增加同样长度下气瓶的容 积，使气瓶容积提高到70L，相同直径气瓶容积提高3%;并通过有限元 分析方法对碟型结构进行有限元分析，保证封头应力分布均匀，使设计 安全可靠；同时，本发明的多曲线封头旋压成型工艺，解决碟形封头成 型旋压收底和收口工艺关键技术难题，确保曲线成型的精度和一致性， 实现设计与工艺的完美结合。最终使气瓶更安全、外形更加美观、容积 更大、综合制造成本低，体现更好的经济性。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明 图l:现有技术球形封头气瓶的示意图。 图2:本发明碟形封头气瓶的示意图。
其中
1:气瓶本体；2:球形封头；3:开口； 4:碟形封头。
具体实施例方式
本发明揭示了一种具有碟形封头的缠绕气瓶钢质内胆的制造工艺。 如图2所示，这种缠绕气瓶钢质内胆包括有一个内胆本体1，其两端都 为碟形封头4，其中一个碟形封头上还设有一个开口 3。碟形封头用来代 替传统的半球形封头，以减小封头的长度，增加同样长度下气瓶的容积， 使气瓶容积提高到70L，相同直径气瓶容积提高百分之三。其中，该制 造工艺包括收底工艺和收口工艺。所谓的收底工艺和收口工艺即为两个 碟形封头的成型工艺，区别在于收口工艺是指带开口的碟形封头的成型 工艺，收底工艺是指另一端的碟形封头的成型工艺。
下面分别介绍一下收底工艺和收口工艺。
收底工艺包括以下步骤
首先用机械手抓起钢管并伸入到中频加热炉加热；当钢管的实测温 度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频炉，然后将钢管放在送料机 械上；送料机械将钢管送入旋压机的主轴，卡盘夹紧后主轴开始转动带 动钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的旋轮靠近钢管被加热的一端， 并由于钢管接触旋轮而带动旋轮转动；接着旋压机的摇臂开始转动，X 轴和Z轴两轴联动开始第一次旋压过程，经过12道次的旋压后，钢管 的一端变成封闭的半球形；然后开始第一次吹底，吹底烧嘴以一定的距 离和角度对着钢管的半球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部 中心部分加热到熔融状态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹 掉；第一次吹底结束后，底部出现一个小孔，然后再旋压一个道次，将 小孔封闭并切料;所述的切料是指旋轮以一定的进给量摆到一定的角度， 在将底部封住的同时，把有缺陷的材料或者多余的材料切掉。
接着开始第二次吹底，吹底烧嘴仍然以一定的距离和角度对着钢管
的半球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部中心部分加热到熔 融状态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹掉；接着旋压机的
摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第三次旋压过程，经过10道
次的旋压后，最终将气瓶的底部形状变成碟形封头。
在收底工艺中，吹底的目的是将底部的夹渣等不好的缺陷熔化并吹 掉，可以理解为把有缺陷的材料烧掉。吹底的烧嘴以一定的距离和角度 摆到底部，先用高温将底部有缺陷的材料熔化，再用高压将己经融化的 不好的材料吹掉，底部就会有一个小孔，然后再旋压一个道次用材料将 底部封住。第二次吹底也会出现小孔，然后再旋压用材料封住底部。两 次吹底是相似的，只是吹底烧嘴的角度有细微的区别，所述吹底烧嘴与
瓶体轴线的角度在第一次吹底时呈10-40度，在第二次吹底时呈0度。 收口工艺包括以下步骤
机械手将一端己形成碟形封头的钢管的另一端抓起并伸入到中频加
热炉加热；当钢管的实测温度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频 炉，然后将钢管放在送料机械上；送料机械将钢管送入旋压机的主轴， 卡盘夹紧后主轴开始转动带动钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的 旋轮靠近钢管，并由于钢管接触旋轮而带动旋轮转动；接着旋压机的摇 臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第四次旋压过程，经过12道次 的旋压后，钢管的另一端变成封闭的半球形；再经过6道次的第五次旋 压过程，将气瓶的口部形状变成碟形封头；最后再经过开口程序在这一 端的碟形封头上开一个用于进气的开口。所述的开口程序包括钻孔、螺 纹加工工序。
进一步地，上述的两次工艺中，所述伸入中频炉的钢管长度为500 毫米，所述钢管的设定温度为1000度到1400之间。
碟形结构封头气瓶的关键技术为封头曲线设计技术和旋压成型技 术，由于其封头部位受力状况较半球形结构复杂，使封头曲线在设计上
比较困难，必须经过大量的参数选择，然后通过有限元进行结构分析， 最后进行实际验证，反复多次取得最佳设计参数。同时这种结构的封头 在成型时也比较困难，对设备、工装及工艺水平要求较高，普通的刮板 旋压设备不能达到设计的要求，设备必须具有自动温度控制、多轴联动、 数控编程等功能。旋压工艺要不断地摸索，找到温度、进给量、进给速 度等工艺参数的最佳值。成型温度与瓶体的总体加工质量密切相关，加 工中要避免材料过烧引起的晶粒粗大，同时也要注意因温度低出现的气 瓶底部未融合现象。进给量大容易引起毛坯失稳和旋轮前材料堆积，过 小则影响生产效率，进给速度选择不合理容易出现皱折等影响气瓶性能 的缺陷。
封头成型采用整体热旋压技术，毛坯的加热采用中频加热，提高了 加热的效率和温度均匀性，经过试验，毛坯加工温度控制在1000-1400°C 时加工性能较好，由瓶底和瓶口解剖分析可以看到，合金流线和熔合状 态良好，而且为正常合金组织。成型采用多道次滚轮旋压，先将其成型 为半球型结构封头，然后采用逐步逼近法，旋压成碟形结构，加工过程 中每一道次的逼近量和速度为控制的关键。封底时采用两次吹底两次融 合的技术，减少了底部缺陷，使气瓶更加安全可靠。
权利要求
1、一种气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于包括以下步骤，首先用机械手抓起钢管并伸入到中频加热炉加热；当钢管的实测温度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频炉，然后将钢管放在送料机械上；送料机械将钢管送入旋压机的主轴，卡盘夹紧后主轴开始转动带动钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的旋轮靠近钢管被加热的一端，并由于钢管接触旋轮而带动旋轮转动；接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第一次旋压过程，经过若干道次的旋压后，钢管的一端变成封闭的半球形；然后开始第一次吹底，吹底烧嘴以一定的距离和角度对着钢管的半球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部中心部分加热到熔融状态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹掉；第一次吹底结束后，底部出现一个小孔，然后再旋压一个道次，将小孔封闭并切料；接着开始第二次吹底，吹底烧嘴以一定的距离和角度对着钢管的半球形中心喷出氧气和乙炔产生高温火焰，将底部中心部分加热到熔融状态，然后烧嘴喷出高压氧气将熔融状态的金属吹掉；接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第三次旋压过程，经过若干道次的旋压后，最终将气瓶的底部形状变成碟形封头。
2、 根据权利要求1所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于机械手将一端已形成碟形封头的钢管的另一端抓起并伸入到中频加热炉加 执.当钢管的实测温度达到设定温度时，机械手将钢管退出中频炉，然后将钢管放在送料机械上；送料机械将钢管送入旋压机的主轴，卡盘夹紧后主轴开始转动带动钢管转动，保温喷枪火焰点燃，旋压机的旋轮靠近钢管，并由于钢管接触旋 轮而带动旋轮转动；接着旋压机的摇臂开始转动，X轴和Z轴两轴联动开始第四次旋压过 程，经过若干道次的旋压后，钢管的另一端变成封闭的半球形；再经过第五次若干道次的旋压过程，将气瓶的口部形状变成碟形封头；最后再经过开口程序在这一端的碟形封头上开一个用于进气的开口。
3、 根据权利要求1或2所述的任意一种气瓶碟形封头成型工艺，其 特征在于所述伸入中频炉的钢管长度为500毫米。
4、 根据权利要求1或2所述的任意一种气瓶碟形封头成型工艺，其 特征在于所述钢管的设定温度为1000度到1400之间。
5、 根据权利要求1所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所 述吹底烧嘴与瓶体轴线的角度在第一次吹底时呈10-40度，在第二次吹底 时呈O度。
6、 根据权利要求1所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所 述第一次旋压过程需要12道次的旋压。
7、 根据权利要求1所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所述第三次旋压过程需要10道次的旋压。
8、 根据权利要求2所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所述第四次旋压过程需要12道次的旋压。
9、 根据权利要求2所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所述第五次旋压过程需要6道次的旋压。
10、 根据权利要求2所述的气瓶碟形封头成型工艺，其特征在于所述的开口程序包括钻孔、螺纹加工工序。
全文摘要
本发明提供了一种钢质气瓶内胆的碟形封头的成型工艺，采用多道次滚轮旋压，先将其成型为半球型结构封头，然后采用逐步逼近法，旋压成碟形结构，加工过程中每一道次的逼近量和速度为控制的关键。封底时采用两次吹底两次融合的技术，减少了底部缺陷，使气瓶更加安全可靠。
文档编号B23P15/00GK101391372SQ20081019484
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者宫丽丽, 武孟献, 宽 米 申请人:中材科技(苏州)有限公司