专利名称：一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法
技术领域：
本发明涉及气瓶制造工艺领域，特别涉及一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法。
背景技术：
汽车工业的迅速发展带来了大气污染和能源紧张，大力推广新能源汽车具有十分 重要的意义。压缩天然气(CNG)汽车由于其排放性能好，运行成本低、技术成熟、安全可靠， 在全球得到快速发展，对车用CNG气瓶的需求也越来越大。原有的车用CNG气瓶都是钢质 气瓶或钢质内胆环向缠绕气瓶，重量大。而铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶由于其先进的加 工技术和材料，具有安全性能好、重量轻、耐腐蚀等特点，已成为车用CNG气瓶的发展趋势， 市场需求越来越大，对铝内胆的需求也随之增加。车用复合气瓶铝内胆除了要求内胆强度等力学性能满足要求外，还要求重量轻， 抗疲劳性能好，因此对内胆的直径、壁厚等几何尺寸精度及内外表面的质量要求较高。目前 车用复合气瓶铝内胆制造主要有以下两种方式一种是采用无缝铝管两端旋压收口，然后经热处理后再加工口部螺纹制成；另一 种是采用铝棒坯料经过冲拔拉伸得到管型料坯，再进行收口、热处理、螺纹加工制成。这两 种方法生产的铝内胆其缺欠在于产品重量较大，内表面质量差，产品可靠性差。另外一种方法是采用铝板经过冲压拉伸成型，再进行收口、热处理、螺纹加工制成 铝内胆，可得到质量较好、重量轻的铝内胆，但铝板冲压拉伸工艺需要在中间工序对材料进 行退火热处理，对不同规格产品模具投入较大，成本过高，而且铝板加工尺寸受限于拉伸设 备大小，很难加工直径200mm以上、容积100L以上的内胆。而车用复合气瓶铝内胆需要的 产品容积通常为100L到300L。故直至目前为止，仍然缺少生产成本低，产品直径大、重量轻、几何尺寸精度高、内 外表面质量好的符合要求的用于车用复合气瓶的铝内胆的制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的生产成本较低的车用复合气瓶铝内胆制造方法，用 此法制作的车用复合气瓶的铝内胆具有产品直径大、重量轻、几何尺寸精度高、内外表面质 量好等优点。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种车用复合气瓶铝内胆的制造方 法，包括铝合金无缝管，450强旋减薄机、412旋压收口机、硬质合金带锯和数控机床，制造 车用复合气瓶铝内胆4的方法与步骤如下①、选材根据产品设计选取合适的铝合金无缝管原料作为基材，并按标准检验其表面质 量、直径与壁厚，②、下料按照设计要求锯切下料所需长度的铝合金无缝管，
③、将合格的铝合金无缝管中部强旋减薄，形成铝内胆薄壁筒体1，铝合金无缝管 两端各200mm范围内的壁厚不减薄，强旋减薄后的铝合金无缝管成为瓶坯，④、使用硬质合金带锯将瓶坯两端齐口，⑤、清洗齐口后的瓶坯内、外表面，⑥、对清洗后的瓶坯逐只进行超声探伤及外观的检测，⑦、采用412旋压收口机分别在瓶坯两端各200mm范围内旋压收口形成封头渐变 增厚部位2和口部3，所述铝内胆薄壁筒体1与所述封头渐变增厚部位2和口部3形成所述车用复合气 瓶铝内胆4的半成品，⑧、对上述两端旋压收口后的所述车用复合气瓶铝内胆4的半成品整体进行 T6(固熔时效)热处理，⑨.采用数控机床对上述热处理后的所述车用复合气瓶铝内胆4半成品两端的所 述口部3分别进行连接螺纹的加工后，即形成所述车用复合气瓶铝内胆4成品，⑩、对所述车用复合气瓶铝内胆4成品进行清洗烘干及按产品标准进行成品检 验。将合格的铝合金无缝管强旋减薄的方法为选定450强旋减薄机的强旋机芯模尺 寸，将芯模表面清理干净，采用450强旋减薄机对上述合格的铝合金无缝管料中部进行强 旋减薄，使铝合金无缝管壁厚达到铝内胆筒体设计要求，形成所述铝内胆薄壁筒体1，铝合 金无缝管两端各200mm范围内的壁厚不减薄，强旋减薄后的铝合金无缝管成为瓶坯。清洗齐口后的瓶坯的内、外表面的方法为用热水对齐口后的瓶坯内、外表面进行 喷射清洗，水温为80°C，清洗时间为3分钟，使清洗后瓶坯的内、外表面无杂质、油渍。对清洗后的瓶坯逐只进行超声探伤及外观的如下检测①、瓶坯中部的所述铝内胆薄壁筒体1的尺寸控制范围为经450强旋减薄机强旋 后的所述铝内胆薄壁筒体1的壁厚公差为5%，极差为0. 4mm,②、表面质量检测所述铝内胆薄壁筒体1的内外表面应没有压痕、重叠、突起、裂 纹和夹杂，清除上述缺欠后的所述铝内胆薄壁筒体1的实际壁厚不得小于设计壁厚。旋压收口形成所述车用复合气瓶铝内胆4半成品的封头渐变增厚部位2的方法 为通过412旋压收口机采用小变形量多道次的变形方式，使封头中心部位的壁厚达到所 述铝内胆薄壁筒体1设计壁厚的4倍，并实现渐变厚度圆滑过渡。对旋压收口后的所述车用复合气瓶铝内胆4半成品整体进行T6(固熔时效)热处 理的方法如下①、对上述铝内胆4的半成品加热温度在515-575°C时，保温120-130分钟后出炉 淬火，进行固熔处理，淬火工艺可用油或水中加20%聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合 物作为淬火介质，②、对上述铝内胆4的半成品进行时效处理，时效加热温度在170-180°C时，保温 时间为300-310分钟，所述车用复合气瓶铝内胆4的半成品出炉后在空气中自然冷却。
采用数控机床对所述车用复合气瓶铝内胆4的半成品的所述口部3进行连接螺纹 加工后，形成所述车用复合气瓶铝内胆4的成品，该连接螺纹应为完全贯通的直螺纹，螺纹 尺寸及公差符合GB/T 196和GB/T 197的要求。牙型应没有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上明显的波纹和毛刺。对所述车用复合气瓶铝内胆4进行清洗烘干的方法为用热水对所述车用复合气 瓶铝内胆4内、外表面进行喷射清洗，水温为80°C，清洗时间为3分钟，然后用压缩空气吹干 表面。由于采用了上述技术方案，本发明具有以下显著特点1、本发明开发了采用450强旋减薄机一次旋压将管壁厚减薄60%以上、再用412 旋压收口机进行封头成型、然后经固熔时效热处理后再加工口部螺纹制成的生产车用复合 气瓶的铝内胆新工艺，其中，450强旋减薄机旋压后的管坯的壁厚公差5%，极差0. 4mm。2、采用本发明制作的车用复合气瓶的铝内胆质量高、产品直径大、壁厚薄，重容比 (重量/容积)小、几何尺寸精度高、内外表面质量好。3、本发明工艺简单、生产成本低，产量大，适合大工业生产。4、安全性好，本发明中用412旋压收口机进行封头成型时，采用小变形量多道次 的变形方式，使封头中心部位的壁厚达到筒体设计壁厚的4倍以上，并实现渐变厚度圆滑 过渡，确保铝内胆满足压力循环试验、爆破试验性能要求。5、采用本发明制作的车用复合气瓶的铝内胆的壁厚公差小。
图1-本发明结构示意图其中1一铝内胆薄壁筒体，2—封头渐变增厚部位，3— 口部，4一车用复合气瓶铝 内胆。
具体实施例方式本发明用于制作车用复合气瓶的铝内胆，该铝内胆4由铝内胆薄壁筒体1、封头渐 变增厚部位2和口部3构成，采用将厚壁铝合金无缝管经450强旋减薄机一次旋压将管壁 厚减薄60%以上，再用412旋压收口机进行封头和口部成型，然后经固熔时效热处理后再 加工口部连接螺纹方法制成。采用本发明制作的车用复合气瓶的铝内胆具有质量高、直径 大、壁厚薄，重容比小(重量/容积)、几何尺寸精度高、内外表面质量好等显著特点。车用复合气瓶铝内胆制造的难点就是难以满足生产成本低，产品直径大、几何尺 寸精度高、重容比小(重量/容积)、内外表面质量好的产品要求。而本专利通过采用450 强旋减薄机一次旋压将管壁厚减薄60%以上，在容积不变的情况下，大大减轻了铝内胆的 重量；再采用412旋压收口机进行封头和口部成型，采用小变形量多道次的变形方式，使封 头中心部位的壁厚达到筒体1设计壁厚的4倍以上，并实现渐变厚度圆滑过渡，确保成品铝 内胆4满足疲劳、爆破试验性能要求。本发明详细工艺步骤如下1、根据产品设计选取合适的铝合金无缝管原料作为基材，并检验其表面质量、直
径、壁厚。2、按照设计要求锯切下料所需长度的铝合金无缝管。3、根据铝内胆设计直径选定强旋机芯模尺寸，芯模表面须清理干净，对铝合金无 缝管管料进行强旋减薄，形成铝内胆薄壁筒体1，铝合金无缝管两端各200mm范围内的壁厚 不减薄，强旋减薄后的铝合金无缝管成为瓶坯。
4、使用硬质合金带锯将瓶坯两端齐口。5、清洗齐口后的瓶坯表面，用热水对齐口后的瓶坯内、外表面进行喷射清洗，水温 为80°C或以上，清洗时间为3分钟，使清洗后瓶坯的内、外表面无杂质、油渍。6、对清洗后的瓶坯逐只进行超声探伤及外观进行如下检测①、瓶坯中部的铝内胆薄壁筒体1的尺寸控制范围为经412旋压收口机旋压后的 铝内胆薄壁筒体1的壁厚公差为5%，极差为0. 4mm,②、表面质量检测铝内胆薄壁筒体1的内外表面应没有压痕、重叠、突起、裂纹和 夹杂，清除上述缺欠后的铝内胆薄壁筒体1的实际壁厚不得小于设计壁厚。7、旋压收口形成车用复合气瓶铝内胆4半成品的封头渐变增厚部位2的方法为 通过412旋压收口机采用小变形量多道次的变形方式，使封头中心部位的壁厚达到铝内胆 薄壁筒体1设计壁厚的4倍，并实现渐变厚度圆滑过渡。8、对旋压收口后的车用复合气瓶铝内胆4的半成品整体进行T6(固熔时效)热处 理①、对上述铝内胆4的半成品加热温度在515-575°C时，保温120-130分钟后出炉 淬火，进行固熔处理，淬火工艺可用油或水中加20%聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合 物作为淬火介质，②、对上述铝内胆4的半成品进行时效处理，时效加热温度在170-180°C时，保温 时间为300-310分钟，车用复合气瓶铝内胆4的半成品出炉后在空气中自然冷却。9.采用数控机床对上述铝内胆4的半成品进行口部连接螺纹的加工，加工后形成 铝内胆4的成品，该连接螺纹应为完全贯通的直螺纹，螺纹尺寸及公差符合GB/T 196和GB/ T197的要求。牙型应没有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上明显的波 纹和毛刺。10.对成品铝内胆4进行清洗烘干，用热水对铝内胆内、外表面进行喷射清洗，水 温80°C或以上，清洗时间为3分钟，然后用压缩空气吹干表面。11.按国家标准对铝内胆4进行成品检验，检验内容包括内、外表面质量，逐只检 查口部连接螺纹扣的数量、关键尺寸应符合设计要求，铝内胆壁厚应不小于最小设计壁厚 等，具体内容如下1)铝内胆的圆度偏差不得超过该截面平均外径的2%。2)铝内胆筒体外径偏差不得超过公称外径的士2%。3)铝内胆筒体的轴向直线度不超过3%0。4)铝内胆同心度，即在同一横截面上最大和最小壁厚之间的偏差，不应超过测量 处平均壁厚的10%，当平均壁厚小于4mm时，偏差应小于0. 8mm。5)铝内胆长度公差为士 15mm。实施例本发明是以公称容积为300L、规格为406X4. 5mm的铝内胆为实施目标，选用材质 为6061铝合金无缝管经过壁厚减薄、旋压收口、T6(固熔时效)热处理、部口加工和产品检 测等工序制成，具体工艺步骤如下1、选取规格为428 X 15mm的6061铝合金无缝管原料，并检验其表面质量、直径、壁厚。
2、按照设计要求锯切下料所需长度的铝合金无缝管。3、选定强旋机芯模尺寸397mm，芯模表面清理干净，对铝合金无缝管管料进行强 旋减薄成瓶坯。4、使用硬质合金带锯对瓶坯两端齐口。5、对齐口后的瓶坯表面清洗，用热水对齐口后的瓶坯内、外表面进行喷射清洗，水 温为80°C，清洗时间为3分钟，清洗后瓶坯内外表面应无杂质、油渍。6、对瓶坯逐只进行超声探伤及外观检测。406X4. 5mm的铝内胆薄壁筒体1尺寸的控制范围为经450强旋减薄机旋压后的 铝内胆薄壁筒体1的壁厚公差为5%，极差为0. 4mm。表面质量铝内胆薄壁筒体1的内外表面应没有压痕、重叠、突起、裂纹和夹杂，清 除上述缺欠后的铝内胆薄壁筒体1的实际壁厚不得小于设计壁厚。7、旋压收口，采用小变形量多道次的变形方式，使封头中心部位的壁厚达到筒体 设计壁厚的4倍，并实现渐变厚度圆滑过渡。8、对铝内胆的半成品进行整体T6(固熔时效)热处理，首先对铝内胆加热温度 在515-575°C时，保温120-130分钟后出炉淬火，进行固熔处理，淬火工艺可用油或水中加 20%聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合物作为淬火介质。然后进行时效处理，时效加热 温度在170-180°C时，保温300-310分钟，出炉后在空气自然冷却。9、采用数控机床进行铝内胆半成品口部连接螺纹的加工，加工后形成铝内胆4的 成品，该连接螺纹应为完全贯通的直螺纹，螺纹尺寸及公差符合GB/T 196和GB/T 197的要 求。牙型没有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上明显的波纹和毛刺。10、对铝内胆成品进行清洗烘干，用热水对铝内胆内、外表面进行喷射清洗，水温 至少80°C，清洗时间为3分钟，然后用压缩空气吹干表面。11、对铝内胆进行成品检验，检验内容包括；内、外表面质量进行检查，逐只检查瓶 口螺纹扣的数量、关键尺寸应符合设计要求等，具体内容如下1)铝内胆壁厚应不小于最小设计壁厚。2)铝内胆的圆度偏差不得超过该截面平均外径的2%。3)铝内胆简体外径偏差不得超过公称外径的士2%。4)铝内胆筒体的轴向直线度不超过3%。5)成品铝内胆同心度，即在同一横截面上最大和最小壁厚之间的偏差，不应超过 测量处平均壁厚的10%，当平均壁厚小于4mm时，偏差应小于0. 8mm。6)成品铝内胆长度公差为士 15mm。12、成品铝内胆热处理后的力学性能参照下表。
以上结果显示本发明方法采用450强旋减薄机一次旋压将管壁厚减薄60%以 上，再用412旋压收口机进行封头成型的生产工艺，生产出满足要求的高质量、大直径、薄 壁厚，重容比小(重量/容积)、几何尺寸精度高、内外表面质量好的用于车用复合气瓶的铝 内胆，方法工艺简单、成本低，产量大，适合大工业生产。以上所述仅为本发明的一种实施例，并非限制本发明的保护范围。采用本方法制 作的车用复合气瓶的铝内胆具有质量高、铝内胆直径大、薄壁厚，重容比(重量/容积)小、 几何尺寸精度高、内外表面质量好、工艺简单、成本低，产量大，适合大工业生产等诸多优 点，故极具良好的应用前景和市场前景。凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的 任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。
权利要求
一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，包括铝合金无缝管，450强旋减薄机、412旋压收口机、硬质合金带锯和数控机床，其特征在于制造车用复合气瓶铝内胆(4)的方法与步骤如下①、选材根据产品设计选取合适的铝合金无缝管原料作为基材，并按标准检验其表面质量、直径与壁厚，②、下料按照设计要求锯切下料所需长度的铝合金无缝管，③、将合格的铝合金无缝管中部强旋减薄，形成铝内胆薄壁筒体(1)，铝合金无缝管两端各200mm范围内的壁厚不减薄，强旋减薄后的铝合金无缝管成为瓶坯，④、使用硬质合金带锯将瓶坯两端齐口，⑤、清洗齐口后的瓶坯内、外表面，⑥、对清洗后的瓶坯逐只进行超声探伤及外观的检测，⑦、采用412旋压收口机分别在瓶坯两端各200mm范围内旋压收口形成封头渐变增厚部位(2)和口部(3)，所述铝内胆薄壁筒体(1)与所述封头渐变增厚部位(2)和口部(3)形成所述车用复合气瓶铝内胆(4)的半成品，⑧、对上述两端旋压收口后的所述车用复合气瓶铝内胆(4)的半成品整体进行T6(固熔时效)热处理，⑨.采用数控机床对上述热处理后的所述车用复合气瓶铝内胆(4)半成品两端的所述口部(3)分别进行连接螺纹的加工后，即形成所述车用复合气瓶铝内胆(4)成品，⑩、对所述车用复合气瓶铝内胆(4)成品进行清洗烘干及按产品标准进行成品检验。
2.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于将合格的 铝合金无缝管强旋减薄的方法为选定450强旋减薄机的强旋机芯模尺寸，将芯模表面清 理干净，采用450强旋减薄机对上述合格的铝合金无缝管料中部进行强旋减薄，使铝合金 无缝管壁厚达到铝内胆筒体设计要求，形成所述铝内胆薄壁筒体(1)，铝合金无缝管两端各 200mm范围内的壁厚不减薄，强旋减薄后的铝合金无缝管成为瓶坯。
3.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于清洗齐口 后的瓶坯的内、外表面的方法为用热水对齐口后的瓶坯内、外表面进行喷射清洗，水温为 80°C，清洗时间为3分钟，使清洗后瓶坯的内、外表面无杂质、油渍。
4.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于对清洗后 的瓶坯逐只进行超声探伤及外观的如下检测①、瓶坯中部的所述铝内胆薄壁筒体(1)的尺寸控制范围为经450强旋减薄机强旋后 的所述铝内胆薄壁筒体(1)的壁厚公差为5%，极差为0.4mm，②、表面质量检测所述铝内胆薄壁筒体(1)的内外表面应没有压痕、重叠、突起、裂纹 和夹杂，清除上述缺欠后的所述铝内胆薄壁筒体(1)的实际壁厚不得小于设计壁厚。
5.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于旋压收口 形成所述车用复合气瓶铝内胆(4)半成品的封头渐变增厚部位(2)的方法为通过412旋 压收口机采用小变形量多道次的变形方式，使封头中心部位的壁厚达到所述铝内胆薄壁筒 体(1)设计壁厚的4倍，并实现渐变厚度圆滑过渡。
6.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于对旋压收 口后的所述车用复合气瓶铝内胆(4)半成品整体进行T6(固熔时效)热处理的方法如下①、对上述铝内胆(4)的半成品加热温度在515-575°C时，保温120-130分钟后出炉淬 火，进行固熔处理，淬火工艺可用油或水中加20%聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合物 作为淬火介质，②、对上述铝内胆(4)的半成品进行时效处理，时效加热温度在170-180°C时，保温时 间为300-310分钟，所述车用复合气瓶铝内胆(4)的半成品出炉后在空气中自然冷却。
7.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于采用数控 机床对所述车用复合气瓶铝内胆(4)的半成品的所述口部(3)进行连接螺纹加工后，形成 所述车用复合气瓶铝内胆(4)的成品，该连接螺纹应为完全贯通的直螺纹，螺纹尺寸及公 差符合GB/T 196和GB/T 197的要求。牙型应没有倒牙、平牙、牙双线、牙底平、牙尖、牙阔 以及螺纹表面上明显的波纹和毛刺。
8.如权利要求1所述的一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法，其特征在于对所述车 用复合气瓶铝内胆(4)进行清洗烘干的方法为用热水对所述车用复合气瓶铝内胆(4)内、 外表面进行喷射清洗，水温为80°C，清洗时间为3分钟，然后用压缩空气吹干表面。
全文摘要
本发明公开了一种车用复合气瓶铝内胆的制造方法。用于制作车用复合气瓶的铝内胆，该铝内胆由铝内胆薄壁筒体、封头渐变增厚部位和口部构成，采用将厚壁铝管经450强旋减薄机一次旋压将管壁厚减薄60％以上，再用412旋压收口机进行封头和口部成型，然后经固熔时效热处理后再加工口部连接螺纹的方法制成，采用本发明制作的车用复合气瓶的铝内胆具有质量高、直径大、壁厚薄，重容比小(重量/容积)、几何尺寸精度高、内外表面质量好等诸多优点，故极具良好的应用前景和市场前景。
文档编号B23P15/00GK101885137SQ20101023539
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者张增营, 张金秀 申请人:北京天海工业有限公司