专利名称：压力容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种压力容器以及这种压力容器的制造方法。尤其涉及用于汽车空调系统中的压力容器，如致冷剂容器或蓄电池除水器。
美国专利US5191775(Shiina等人)公开了一种用于汽车空调系统中的容器以及这种容器的制造方法。Shiina等人的参考文献中的容器包括一个大体呈圆筒形的圆筒体，它具有环形薄壁；第一个整体的不可分开的端部；以及一个呈圆盘状的封闭元件，通常是指插入圆筒体另一开口端的圆盘。当把致冷回路中所用的容器的干燥材料或容器的其它元件插入圆筒体内部后，把这个封闭元件固定到圆筒体上。Shiina等人披露，在把封闭元件插入后，通过电磁成型使圆筒体的开口端再定型，以使圆筒体开口端的内侧与封闭元件和圆筒体相互固定。Shiina等人指出，封闭元件和圆筒体是用O形圆环密封的。然而，根据这篇参考文献，对封闭元件和圆筒体间的组装并不能获得一个压力密闭的容器，即能消除致冷液分子的全部泄露通道的容器。因此，对于这篇参考文献中的容器在封闭元件的外侧和圆筒体的内侧之间，必须使用O形圆环，以便把致冷液维持在这个容器内。
Hutchinson等人的美国专利US5425250也公开了一种用于汽车空调系统中的容器，它包括一个大致呈圆筒状的铝制圆筒体，这个圆筒体具有环形薄壁和一个开口端，这个开口端最初是打开的，当把干燥材料或其它元件插入圆筒体内后，把一个圆盘状的铝制封闭元件或圆盘插入圆筒体的这个开口端，这样就把这个开口端封闭了。根据HutchinSon等人的这篇参考文献，这个封闭元件是采用环形焊接与圆筒体相连的。然而，在本技术领域中，众所周知，空调系统的容器中的焊接缝、甚至是硬焊接头都会发生泄露，正是因为存在这种泄露现象，使得这种容器在使用中不是很令人满意。
对于空调系统中的压力容器采用摩擦焊(Spin welding)也是众所周知的，例如在下面的专利文献中就披露了这种技术，这些专利文献有US4628704，4675971，US5245842以及US5375327。
本文的参考文献包括前面提到的美国专利5,191,775，5,425,250；4,628,704；4,675,971，5,245,842，以及5,375,327。
利用本发明的容器及其制造方法，克服了现有技术中的前面所提到的问题以及其它方面的问题。在本发明中，通过一种摩擦焊的方法(Spin Weldingprocess)，把一个铝制圆盘状的封闭元件固定到一个大致呈圆筒状的圆筒体的开口端，这个开口端起初是打开的，圆筒体是铝制的，壁面是薄的。本发明的摩擦焊方法最好与滚压操作一起使用，滚压操作把圆筒体的筒壁压入封闭件外侧的环形凹槽内，从而在圆筒体与封闭件之间形成一个可靠的机械锁定。由于这种滚压操作而在封闭元件和圆筒体之间形成可靠的机械锁定，克服了封闭元件因容器内的高压而从容器中喷出的倾向。通过本发明中的摩擦焊步骤，在圆筒体和封闭元件之间形成一条连续的不漏的焊缝，从而不需要在圆筒体与封闭元件之间使用O形圆环或其它密封元件，而且不需用常规的焊接或硬焊操作使得在封闭元件和圆筒体之间形成一条焊缝，就能达到不用O形圆环或其它密封件的目的，从而消除了常规焊接方法中存在的加工问题。
为了有效地进行本发明容器的圆筒体与封闭元件之间的摩擦焊接，在封闭元件和圆筒体上都设置有较薄的环形凸缘，它们分开布置，为了开始进行摩擦焊接操作，需要把封闭元件和圆筒体正确地定位，定位好后，封闭元件上的凸缘与圆筒体上的凸缘相互紧靠在一起。在本发明的一个实施例中，封闭元件和圆筒体上的凸缘的延伸方向基本上平行于圆筒体的纵向中轴，在这个实施例中，最好是通过旋转一个旋转工具来完成摩擦焊接步骤。当把圆筒体和封闭元件置于固定位置时，旋转工具的转轴与圆筒体的纵向中轴成一直线，这是相对于圆筒体及封闭元件而言的。在本发明的另一个实施例中，封闭元件和圆筒体上的凸缘的延伸方向都基本上垂直于圆筒体的纵向中轴，在这个实施例中，最好是通过旋转封闭元件及圆筒体来完成摩擦焊接的，这种旋转是相对于一个直线运动的工具进行的，这个工具的直线运动是沿大体垂直于圆筒体纵向中轴的轴线进行的。
因此，本发明的发明目的是提供一种经改进的压力容器，它有一个圆柱筒体，圆柱筒体具有环状薄壁，以及一个封闭元件，这个封闭元件插在圆筒体的一个开口端内并与之固定，该开口端最初是打开的，另外，本发明还提供制造这种压力容器的改进了的制造方法。
为了更一步地理解本发明及其发明目的，应将注意力放在附图以及它们的简要说明、本发明的最佳实施例的细节描写以及权利要求上。
图1是根据本发明的最佳实施例而制造的压力容器的圆筒体的局部剖面图，该圆筒体的一个起初是开着的开口端用一个封闭元件将其封闭，从而形成本发明的压力容器。
图2是一个局部剖面图，大略地说明了将图1中的圆筒体和封闭元件制造成本发明的一个最佳实施例中的压力容器所要执行的加工步骤。
图3是一个局部剖面图，大略地说明了将图1中的圆筒体和封闭元件制造成本发明的这个最佳实施例中的压力容器时，在完成图2所示的加工步骤后所要执行的后续步骤。
图4是与图2相类似的图，它表示图1中圆筒体和封闭元件在完成图3所示步骤后的情形。
图5是与图1相类似的图，它说明本发明另一个实施例中圆筒体和封闭元件相互连接，从而制造出本发明另一实施例中的压力容器。
图1说明了一个圆筒体10，图中只是部分地画出了该圆筒体，这个圆筒体10有一个起初是开着的开口端12，并且圆筒体最好用铝或铝合金制成。圆筒体10有一环形薄壁14，圆筒体10的端部12最好被扩大，例如通过锻造或扩管操作或通过深拉拔工艺的一部分来扩张该端部12，从而使圆筒体10最好有一个向外突出的肩部16，这个肩部16也朝开口端12向上延伸，如图1所示。
圆筒体10的开口端12被一个插入该开口端12并随后被固定在圆筒体10上的封闭元件或圆盘20封闭。在下文中将会对封闭元件与圆筒体的固定作更详细的描述。封闭元件20的制作材料与圆筒体10的材料相容，从而可以通过摩擦焊接将封闭元件20焊接到圆筒体10上。因此，当圆筒体10是由铝或铝合金制成时，封闭元件20最好也是由这种材料制作。在任何情况下，封闭元件20最好采用己知的机械加工方式制成图示那样复杂的构造，封闭元件有一个紧密配合在圆筒体10开口端12内的主体部分22，一个较小的端部24和一肩部26，该肩部26在主体部分22和端部24之间延伸，最好是使封闭元件20的肩部26的延伸方向基本上平行于圆筒体10的肩部16。
封闭元件20包括一个相对较薄的环形凸缘28，凸缘28从主体部分22向外延伸，并大致平行于圆筒体10的纵向中轴。由于某些原因，环形凸缘28配置在圆筒体10的起初是打开着的开口端12的最外侧附近，并与之相隔一定的距离，这些原因在后面将有更详细的描述。相对于圆筒体10开口端12的封闭元件的轴向位置，以及相对于开口端12最外部分18的环状凸缘28的轴向位置最好由圆筒体10的肩部16来精确地固定，这个肩部16限定了封闭元件20能插入圆筒体10的距离。
封闭元件20的主体部分22也设置有一条环形槽30。当封闭元件20位于相对于圆筒体10的图1所示的位置之后，一个滚压工具R最好与圆筒体10的开口端12的外部相接合，接合位置与环形槽30相对准，从而将开口端12的一部分12a压入环形槽30内，如图2所示。圆筒体的开口端12上被滚压的部分12a与封闭元件20的环形槽30相互啮合，这种啮合使得封闭元件20和圆筒体10之间相互锁定，从而防止了因圆筒体内的正压力而使封闭元件20从圆筒体10上喷出，在汽车空调系统的容器内，这种封闭元件的喷出是经常发生的。在容器的制造过程完结时，将圆筒体10和封闭元件20联接起来。然而，除了用滚压方法外，还可以用任何己知的技术来把开口端上的那部分12a压入环形槽30。
在完成图2所示的加工步骤后，圆筒体10和封闭元件20就被机械地锁在一起了，但此时还没有被密封。然后使圆筒体10和封闭元件20与旋转工具S轴向对齐，当把圆筒体10置于一个固定位置时，例如置于一个传统的夹盘内，图中未示，此时使旋转工具S绕着它的中轴高速旋转，并使它朝圆筒体10及封闭元件20平移。随着旋转工具S的径向前进，旋转工具S就渐渐地把圆筒体10开口端12的最外部分18和封闭元件20的环形凸缘28夹在旋转工具S上大致呈V形的凹槽G内，并推动最外部分18和环形凸缘28，使它们朝相互靠近的方向运动。旋转工具S相对于固定的圆筒体10进行高速旋转，产生足够的热量，从而可把最外部分18和环形凸缘28焊接在一起，构成一个连续构件，这连续构件是完全不泄露的，具有完全的密封性，它与用传统的将铝制部件相互连接起来的硬焊方法或其它焊接方法所形成的焊缝不同。
应当知道，在进行旋转操作之前，可以进一步进行滚压最外部分18，使得这个最外部分18与环形凸缘28更加啮合。
图中未画出的与开口端12相对的圆筒体10的开口端最好与环形筒壁14构成一个整体，或更进一步地利用己知的现有技术如深拉拔将圆筒体10做成一个整体的单一构件。例如，在前面提到的美国专利5191775中就披露了这种单一构件，在这篇文献中，这个单一构件由标号11所表示。另一种方法是，将圆筒体10的图中未示出的开口端用一个单独的封闭元件来封闭，图中未示，这个封闭元件与固定在圆筒体10的开口端12上的封闭元件20相类似，并且象前面描述的固定方式那样将封闭元件固定到圆筒体的开口端上。
虽然图中没有表示出，但是可以知道，在封闭元件20上可以，而且最好是设置一些通孔，用来将必需的输入管和输出管连接到封闭元件20上，图中未示出，以便使致冷液可以流入和流出圆筒体10，这在前面所提到的美国专利5191775中有所描述。
图5表示的容器是由一个圆筒体40构成，它具有一个起初是打开着的开口42。圆筒体40由一个环形壁44围成，并最好是用铝或铝合金制成。圆筒体40的自由端或起初打开着的开口端42上具有延径向向外突出的环形凸缘48。一个封闭元件50也具有沿径向向外突出的凸缘58，把这个封闭元件50插入到圆筒体40的开口端42内，直到封闭元件50的径向凸缘58与圆筒体40的径向凸缘48相对接，使径向凸缘48和58相互对齐，以便进一步加工。所说的封闭元件50最好也是用铝或铝合金制做，并最好用机械加工来制做。
与图1至图4所示实施例中的封闭元件20上的环形槽30相类似，封闭元件50的外侧也具有一条环形槽60，并且也最好将圆筒体40的环形筒壁44被滚压入环形槽60内，从而牢固地将封闭元件50和圆筒体40相互锁定在一起，这一步骤在图5中没有明确表示出来。另外，封闭元件50有一个开口62从中通过，这个开口62具有被环形槽台肩62c分开的一个小直径的最内部分62a和一个较大直径的最外部分62b。一条环形管70通过开口62插在圆筒体40内，用来把致冷液输入圆筒体40。环形管70有一个最外侧的环形凸缘70a和一个卷边70b，该最外侧的环形凸缘70a紧靠在开口62的环形台肩62c上，该卷边70b紧靠封闭元件50的内表面64上，从而相对于封闭元件50来说，使管70牢固地在轴向上被定位。卷边70b可以用任何己知的方法来加工形成，如冷成型法，最好是用滚压法(rolling)。
为了在封闭元件50和圆筒体40之间，特别是在环形凸缘48和环形凸缘58之间形成一条不泄露的焊缝，使圆筒体40和封闭元件50构成的组件绕圆筒体40的纵向中轴作高速旋转，当圆筒体40和封闭元件50作旋转时，使平移工具T朝环形凸缘48和环形凸缘58移进。工具T有一条大致呈V形的槽G1，当环形凸缘48和环形凸缘58旋转时，V形槽G1就与环形凸缘48和环形凸缘58相互啮合，从而产生足够的热量，使环形凸缘48和环形凸缘58相互熔合或焊接在一起，于是便消除了致冷液分子的任何潜在的泄露通道。利用图5中的方法制造的压力容器将有一个外唇，这个外唇有利于把这种压力容器安装到汽车上，并且用这种制造方法能制造出一种密封性好的、安全可靠的压力容器。
在本发明中，虽然详细地描述了发明人设想的实施本发明的最佳实施方式，但是，对于本领域技术人员来说，很明显地可以对本发明作出适当的改型、变化及一些等同替换，但这些都没有脱离本发明的范围，本发明的范围只由下面权利要求中的条件及它们的合法的等同方案来限定。
权利要求
1.一种用于汽车空调系统中的容器，所述的容器包括一个具有环形筒壁和一个开口端的圆筒体；一个具有环形凸缘的封闭元件，所说的封闭元件位于所说的圆筒体的所说的开口端内，所说的封闭元件的环形凸缘的周边被摩擦焊接(Spin Welded)到所说圆筒体的环形筒壁的一部分上，从而使所说封闭元件的环形凸缘与所说的环形筒壁被封堵，以防止致冷液从所说的容器中泄露出来。
2.根据权利要求1所述的容器，其特征在于其中所说的封闭元件的环形凸缘与所说的圆筒体的纵向中轴同轴，并且所说的圆筒体的环形筒壁上所说的部分与所说圆筒体的纵向中轴同轴。
3.根据权利要求1所述的容器，其特征在于所说的封闭元件的最外表面上有一条环形槽，所说的圆筒体的一环形部分在圆周上被向内滚压入所说的环形槽，从而把所说的封闭元件和圆筒体锁定在一起。
4.根据权利要求2所述的容器，其特征在于所说的封闭元件的最外表面上有一条环形槽，所说的圆筒体上一环形部分被滚压入所说的环形槽内，从而把所说的封闭元件和圆筒体锁定在一起。
5.根据权利要求1所述的容器，其特征在于所说的圆筒体的所说的开口端具有一扩大的最外部分、一个在内部分以及一个连接所说最外部分和所说在内部分的环形肩部，并且所说的封闭元件被插在所说的圆筒体的所说开口端内，插入的深度由所说的环形肩部来限定。
6.根据权利要求1所述的容器，其特征在于所说的圆筒体由铝制成，所说的封闭元件由铝制成。
7.根据权利要求1所述的容器，其特征在于所说的封闭元件的所说环形凸缘基本上在垂直于所说圆筒体的纵向中轴的方向上延伸，并且所说的圆筒体包括一个环形凸缘，该凸缘的延伸方向基本上垂直于所说圆筒体的纵向中轴。
8.一种从一个圆筒体形成一个具有纵向中轴的容器的方法，其中的圆筒体具有一个环形筒壁，环形筒壁在所说的圆筒体的一个开口端有一个端部，圆筒体配有一个封闭元件，封闭元件上有一环形凸缘，所说的制造这种容器的方法包括以下步骤把封闭元件装入圆筒体的开口端，使得封闭元件的凸缘位于一部分圆筒体的环形壁附近；准备一个具有槽的工具，工具上的这条槽应与封闭元件的环形凸缘及圆筒体的端部相配合；一方面，使得在工具、封闭元件及圆筒体之间发生快速的相对转动，同时使得工具与封闭元件上的环形凸缘以及圆筒体的端部相互配合，另一方面，这种快速的相对转动产生足够的热量，从而把封闭元件上的环形凸缘与圆筒体的对应部分相互熔合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于封闭元件上的环形凸缘与圆筒体的纵向中轴其轴，圆筒体上的端部是指环形筒壁的最外部分，并且这个端部与圆筒体的纵向中轴共轴延伸，而且是通过对工具进行旋转来形成这种快速的转动，而在工具的转动期间，圆筒体和封闭元件相互固定不转动。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于封闭元件的最外表面上有一条环形槽，并且这个方法还包括以下步骤把一部分环形圆筒体滚压入封闭元件的环形槽内，从而把封闭元件和环形体锁定在一起。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于封闭元件的最外表面上有一条环形槽，并还包括以下步骤把一部分环形圆筒体滚压入封闭元件的环形槽内，从而把封闭元件和环形体锁定在一起。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于环形圆筒体的开口端具有一个扩大的最外部分、一个在内部分以及一个连接最外部分和在内部分的环形肩部，其中安装封闭元件的步骤包括把封闭元件插入环形圆筒体的开口端内，插入的深度由这个环形肩部来限定。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于封闭元件的环形凸缘的延伸方向大致垂直于圆筒体的纵向中轴，而且圆筒体的端部是一个环形凸缘，该环形凸缘的延伸方向大致垂直于圆筒体的纵向中轴，这种方法还包括以下步骤使圆筒体和封闭元件相对于不转动的工具发生旋转；使工具相对于转动着的圆筒体发生平移。
全文摘要
一种适合用于汽车空调系统的压力容器,包括一个具有环形壁(14,44)的圆筒体(10,40)。圆筒体最好包括一个顶头封闭着的端部、一个起初是打开着的开口端部(12,42)以及一个插在圆筒体开口端内的封闭元件(20,50)。每个封闭元件和圆筒体都具有延伸部分或环形凸缘(28,58),封闭元件和圆筒体上的上述环形凸缘被摩擦焊接在一起。当把封闭元件上的环形凸缘(28,58)被摩擦焊接到圆筒体的环形最外部分上时,圆筒体就被熔合到封闭元件上了。通过把环形壁的一部分被滚压入封闭元件最外表面上的环形槽(30,60)内,使得封闭元件和圆筒体被进一步地锁定在一起。
文档编号F25B43/00GK1182195SQ9712138
公开日1998年5月20日 申请日期1997年9月27日 优先权日1996年9月27日
发明者R·J·斯莱伊斯 申请人:汽车流体系统有限公司