一种增加管嘴壁厚的铝合金气瓶的收口方法与流程

：本发明属于旋压成形技术领域，具体涉及一种径厚比较大的无缝铝合金管的旋压收口方法，尤其适用于对管嘴厚度要求较高的收口。

背景技术：
：随着对节能降耗的要求越来越高，使得对轻质化、高强度和安全性能高天然气瓶需求量也大大增加。有芯模无缝管材旋压主要应用于变薄旋压，对于大直径管坯旋压，芯模的加入使得生产成本也增加，所以目前铝合金气瓶的收口旋压工艺以无芯模旋压为主，旋轮通过设定的轨迹进给旋压。论文“基于数值模拟的无芯模旋压收口工艺”(夏琴香等，华南理工大学学报(自然科学版)，2006，34(2)：1-7.)指出：无芯模旋压过程中，过度圆角部位出现减薄现象，减薄严重甚至造成此处拉裂；且管嘴外端由于没有约束，管嘴末端容易出现喇叭口等缺陷，管嘴处金属流动的不均匀造成管嘴处厚度不均匀，给后继攻螺纹带来了不便。目前对于改善收口段管坯的厚度旋压工艺研究较少，中国专利CN102000746A中公开的“无缝气瓶正向旋轮热旋压收口方法”，该方法通过先封底，在对封底部位进行增厚旋压，最后在进行瓶口成形旋压，该方法虽然增加了收口管坯的厚度，同样带来了气瓶攻螺纹时需要切削口部堵死的金属，给气瓶的生产带来了不便，同时也降低了材料的利用率，增加了生产成本。论文“AnexperimentalandanalyticalstudyondomeformingofseamlessAltubebyspinningprocess”(AkkusN,KawaharaM,JournalofMaterialsProcessingTechnology,2006,173:148-150.)中，通过控制旋轮旋压轨迹，在管嘴处形成两个直径不同的管嘴，来增加金属沿着轴向流动的阻力，使得管嘴处的壁厚增加，此种工艺同样带来了管嘴长度大大增加的问题，在加工成品管嘴时，需要切除过长的管嘴，使得材料利用率下降，同时旋压道次数较多，影响生产效率。

技术实现要素：
：本发明的目的是通过提供适用于一种径厚比较大的无缝铝合金管、可控制管嘴壁厚的旋压收口方法，增加过渡圆角部位的厚度以及改善管嘴直身部分厚度分布的均匀性。为实现上述目的，本发明提供一种增加管嘴壁厚的铝合金气瓶的收口方法，该方法具体步骤如下：(1)无缝铝管收口段的加热：用旋压机主轴卡爪卡紧铝合金管，同时主轴以转速100～150r/min带动铝合金管旋转，使用加热枪对收口段进行加热，收口段温度加热到350～400℃，在此温度区间，铝合金管的塑性最佳，利于旋压加工。(2)端口圆腔的成形：在收口段加热到温度350～400℃后，调节旋压机床主轴转速，使转速稳定在250～350r/min，对收口段进行5～10道次的椭圆或者圆轨迹收口，每道次旋轮沿铝合金管轴向向夹装侧进给一定的距离，第一道次旋轮轴向进给量为60～100mm，其后几个道次旋轮轴向进给量为10～20mm；旋轮沿着半椭圆或圆轨迹进行旋压，旋轮第一道次转动角度为30～45°，后几个道次旋轮转动角度依次增加6～18°；当旋轮进给并转动到一定角度后，再以相同的轨迹返回到铝合金管的外表面，旋轮正向旋压时的进给速度为500～800mm/min，返回时旋轮的进给速度为1000～1200mm/min，经过多道次旋压，收口段端口形成圆形的空腔。(3)芯棒的移入：通过加热枪对收口段进行补热，补热温度为400～420℃，采用中频炉将装配好的芯棒工作段加热到440～460℃，通过液压马达驱动尾座小车，将芯棒移入铝合金管空腔，移动距离为300～500mm。(4)管嘴的成形：当芯棒就位后，利用芯棒的较高温度，对铝合金管收口段内部补热，对收口段进行3～6道次的旋压收口，前几道次旋轮沿着铝管外表面轴向向内进给8～18mm，最后一道次轴向进给量为3～6mm，并按设定的轨迹以500～800mm/min的进给速度进行旋压，此过程中旋轮不发生偏转，防止旋轮碰到尾座小车上的芯棒，当铝合金管管嘴颈部直径达到后，旋轮作平行于管坯轴线方向移动使管嘴延长和并进行表面光整，再以相同的轨迹返回，返回时的进给速度为1000～1200mm/min，经过多道次旋压，完成铝合金管的收口。(5)芯棒的移出：当铝合金管管嘴成形时，保持主轴转速不变，并继续对铝合金管管嘴进行补热，将芯棒移出瓶口至原来的位置，移动的速度为5～15mm/s。所述步骤(1)中，铝合金管坯的直径范围是250～600mm；管坯壁厚范围是4～20mm；成品管嘴内径r≥20mm，以保证与管嘴内径相匹配的芯棒阶梯有足够的强度。所述步骤(2)中，铝合金管空腔口部的直径为芯棒工作段直径的1.04～1.1倍，以防止芯棒移入空腔时发生碰触。所述步骤(3)中，芯棒材质选择强度和硬度较高的合金钢，工作段的长度与台阶高度可以根据成品的管嘴长度b和厚度h来确定，芯棒工作段长度L＝b+(40～100)mm,台阶的高度H＝h－(1～2)mm，设计台阶的高度小于管嘴厚度为了避免旋轮在管嘴成形时与芯棒接触，芯棒工作段的直径Ф等于铝合金气瓶成品管嘴的内径。所述步骤(5)中，加热枪补热温度为400～420℃，使得管嘴处金属的塑性较好，便于脱棒。相对于现有的工艺方法，本发明优点在于：本发明可以对管嘴厚度要求较大的且径厚比较大的铝合金管进行旋压收口，通过芯棒的作用，使得在收口段被旋轮压下的金属沿轴向移动的阻力大大增加，金属更多的向厚度方向流动，从而使得沿着轴向收口的厚度逐渐增加，同时也改善了管嘴处厚度的均匀性，有利于攻螺纹，同时也避免了过多的切削管嘴厚度不均匀的部分，材料的利用率提高。附图说明：图1是本发明的旋压安装示意图；图2是本发明中芯棒结构示意图；图3是芯模移入管坯圆形空腔示意图；图4是旋压收口完成示意图；图5是端口圆腔成形阶段的旋轮运动轨迹示意图；图6是管嘴成形阶段的旋轮运动轨迹示意图。图中：1：主轴；2：爪卡；3：铝合金管；4：旋轮；5：芯棒；6：尾座小车；7：液压马达。具体实施方式：下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细的说明。如图1所示，是本发明的旋压安装示意图，主轴1上的卡爪2夹紧铝合金管3，旋轮4靠近铝合金管坯3的外表面，在铝合金管3的右侧，是加工好的带台阶的芯棒5，芯棒5位于尾座小车6里面，芯棒5的移动通过在尾座小车6上的液压马达7驱动。旋轮4通过设定的轨迹进行端口圆腔成形，在圆腔成形后，液压马达7驱动尾座小车6带动芯棒移向圆形空腔，旋轮4在按照设定的旋压轨迹运动，最终完成管坯的收口。如图2是本发明的带台阶芯棒的示意图。芯棒的工作段直径Ф等于成品管嘴内径，芯棒的工作段长度L＝b+(40～100)mm，其中b成品管嘴的长度,芯棒的台阶高度H＝成品管壁厚度h－(1～2)mm，h是成品管壁厚度。以下实施例中的芯棒台阶根据成品管嘴不同尺寸来设计。实施例：所采用的管坯材质为6061铝合金，管坯的外径为450mm，厚度为8mm，设计成品管嘴厚度为32mm，管嘴内径为40mm，成品管嘴长度为50mm；芯棒工作段长度为100mm，芯棒工作段直径为40mm，台阶高度为30mm，具体的收口旋压工艺过程如下：无缝铝管收口段的加热：用旋压机主轴卡爪卡紧铝管，同时主轴以较低的转速100r/min带动管坯旋转，使用加热装置对收口段进行加热，收口段温度加热到380℃。端口圆腔的成形：在收口段加热到旋压温度后，调节旋压机床主轴转速，使转速稳定在300r/min；对收口段进行6道次的椭圆或者圆轨迹收口，第一道次旋轮在收口段管坯外表面轴向向内进给量为90mm，其后5个道次旋轮轴向进给量为16mm、16mm、16mm、14mm、12mm；旋轮以进给速度600mm/min，沿着半椭圆轨迹进行旋压，旋轮6个道次转动角度依次为41°、57°、67°、74°、79°、86°，当旋轮转动到相对应的角度后，再以相同的轨迹返回到管坯的外表面，旋轮返回时的进给速度为1000mm/min，经过6道次旋压，收口段端口形成圆形的空腔，空腔的直径为46.4mm。芯棒的移入：通过加热枪对收口段补热，补热温度为420℃，采用中频炉将装配好的位于尾座小车里的芯棒工作段加热到440℃，加热长度为150mm，通过液压马达驱动位于尾座小车，将芯棒移入管坯空腔，移动距离为400mm。管嘴的成形：当芯棒就位后，可以利用芯模的温度较高，可以对管坯收口段内部补热，对收口段进行5道次的旋压收口。前4道次旋轮沿着管坯外表面轴向向内进给量依次为15mm、15mm、12mm、10mm，最后一道次轴向进给量为5mm，并按设定的半椭圆轨迹以600mm/min的进给速度进行旋压，此过程中旋轮不发生转动，当管嘴颈部直径达到后，旋轮作平行于管坯轴线方向移动使管嘴延长并进行表面光整，再以相同的轨迹返回，返回时的进给速度为1000mm/min，经过5道次旋压，完成了铝合金管坯的收口。芯棒的移出：当管嘴成形时，保持主轴转速不变，并继续对管嘴的补热，将芯棒移出瓶口至原来的位置，移动的速度为8mm/s，最终完成整个收口过程。