颈部部分的原因之一：其必须具有足够的壁厚度以允许切割螺纹。替代实施方案可以 是在外部车螺纹。将阀配件46螺旋到衬套中以封闭这个端部并且准备使用。
[0061]为了完成圆柱体制造的工艺，利用浸渍有环氧树脂的高强度碳纤维来加固衬套 10。将这些纤维以常规方式，例如在螺旋形方向和环形方向上缠绕，以便针对纵向应力和周 向应力提供阻力。还将也浸渍有环氧树脂的玻璃纤维层缠绕在圆柱体上以提供对碳纤维的 另外的保护。纤维/环氧树脂复合物包装随后完全固化。最终，使包装好的圆柱体进行自 紧操作以便通过引发残余压缩应力来增加耐久性。
[0062] 现在回到冷拉操作S40和过渡区20b的成形，现将陈述有助于确定这些参数的细 节的因素。
[0063] 通过拉伸而在圆柱体中所引发的冷加工量必须足以在随后的退火工艺之后产生 晶粒细化。也就是说，以避免二次晶粒生长。这一所需量取决于以下因素，诸如合金组成以 及退火工艺的细节。二次晶粒生长在相对低程度的冷加工下特别容易发生。实际上并且对 于AA7060合金来说，20%的冷加工（如冠部表面积的变化所定义）可能是最低要求。另 一方面，如果冷加工量过高，那么外壳10在加工期间会断裂。系列AA7xxx合金相对难以 加工并且在冷拉操作期间特别有可能断裂。在该区域中已发现，AA7060的冷加工上极限为 38%〇
[0064] 这一限制主要适用于外壳的鼓部分18和冠部部分16。较厚的端部部分20在拉 伸阶段S40大体经历了较少的冷加工，但随后进一步形成了颈部的工艺改变了合金微观结 构，从而使得早期加工的影响不那么显著。
[0065] 再次参照图4c至图4e，可以看出，在从冲头24移除外壳10的工艺中，从冲头向 向内取向的过渡区20a施加力，从而迫使该过渡区向外。最强烈地感受到这个力的影响是 在第一曲率R1开始时。也就是说，当初始楔形形状在距离FTL处开始向内弯曲时。曲率半 径因此保持相对大，以便沿着外壳的较长长度分布这个力并且因此减小了材料断裂的可能 性。
[0066] 参照图7,很显然，希望在颈部区域处，即在过渡区20a的较厚端部处具有更多的 外壳材料，以便支撑螺纹。返回参照图6,可以看出，使过渡区20b从楔形形状再成形（这 是初始机械加工步骤S20的结果）的作用是从楔形物的中间部分移除一些材料并且将其重 新分配到较厚的部分。材料减少以及第一非线性部分的大的曲率半径帮助进行冷拉以及从 冷拉冲头移除外壳。上部部分的材料添加有助于旋压或其它颈部成形过程。R1的值优选为 R2的值的大约两倍。
[0067] 图9陈述了为具体衬套结构设计过渡区的过程中所涉及的步骤。这参照冷拉工艺 进行并且基本上是通过制造工艺所满足的要求的工作纵向。一开始，在S80中，外壳的颈部 部分和鼓部分的拉伸后厚度被选择用于实现最终圆柱体设计的目的，例如，根据设计标准 的压力阻力、圆柱体重量等。拉伸比容差随后确定鼓区域和端部区域的拉伸前厚度（S82)。 在冷拉后，经验表明，对于AA7060合金来说，楔形角a优选在1.5°与3°之间。R1和R2(对 于冲头来说）通过以下公式来确定（S84):
[0070] 其中Tfm是外壳端部区域20a的厚度，FTT是过渡区的线性楔形部分的端部处的 厚度并且A是常数。A的值在11与60之间。
[0071] 根据FTL、R1和R2的值，可以确定过渡区20b的长度（S86)。这可用于确定冷拉 之前的长度（S88)，并且因此可以确定应当一开始机械加工成外壳的楔形物的形状和大小。
[0072] 在图3和图5中的图示所基于的特定例子中，冷拉并没有围绕外壳10均匀地分 布。外壳10的长度从235mm增大到290mm。也就是说，延长23%。鼓区域18从1.75mm减 小到1. 3mm并且端部区域20a从4. 4mm减小到4. 0mm。也就是说，分别减小26 %和9. 1 %。 为了获得在这个拉伸阶段S40对外壳10所进行的冷加工量的度量，有用的度量是冠部部分 16的表面积在拉伸前后的比。
[0073] 衬套是使用AA7060铝合金制成的并且将其性能与典型的现有技术AA6061合金衬 套的性能进行比较。已发现，AA7060衬套的屈服应力与极限抗拉强度增大。
【主权项】
1. 一种制造用于压力容器中的衬套的方法，所述方法包括以下步骤： (a) 提供具有封闭的冠部端（16)和开放的顶部的铝合金杯形外壳（10)，所述外壳有具 有较薄壁的鼓区域（18)、在所述开放的顶部具有较厚壁的端部区域（20a)以及具有逐渐变 小的厚度的中间过渡区（20b); (b) 使用具有大体上圆柱形的壁和成形上部区域（24a)的冲头（24)来冷拉所述外壳， 所述上部区域（24a)在拉伸操作期间与所述外壳的所述过渡区（20b)相接； (c) 形成所述端部区域（20a)和过渡区（20b)以封闭所述开放的顶部且形成从其中延 伸的颈部（32);以及 (d) 在所述颈部中切割螺纹。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述冲头的所述成形上部区域（24a)大体上向内 延伸且所述冷拉步骤包括以下步骤： (i) 将所述冲头（24)和外壳（10)推动至直径至少小于所述外壳的所述端部区域 (20a)的外径的冲模中；以及 (ii) 将所述冲头从所述外壳（10)撤回，使得所述冲头的圆柱形部分进一步形成所述 外壳的所述过渡区（20b)。3. 根据权利要求2所述的方法，其中步骤b(ii)导致所述外壳的所述过渡区（20b)的 内表面变平。4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中所述冲头的所述成形上部区域（24a)包括凸 曲率半径为Rl的第一向内弯曲的部分，其邻近于凹曲率半径为R2的第二向内弯曲的部分。5. 根据权利要求4所述的方法，其中Rl大于R2。6. 根据权利要求5所述的方法，其中Rl= 2xR2±20%。7. 根据权利要求6所述的方法，其中Rl和R2由以下等式设定其中所述外壳的所述端部区域（20a)在拉伸之后具有厚度Tfm，所述过渡区在拉伸之 后具有楔形部分，其中最大厚度为FTT且A是在11与60之间的恒定值。8. 根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中所述冲模具有比所述外壳的所述鼓 区域（18)的直径小的直径。9. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中步骤（a)，即提供所述杯形外壳的步骤， 包括以下步骤： (i) 提供具有封闭的冠部端（16)和开放的顶部的所述杯形外壳（10);以及 (ii) 对所述杯形外壳进行机械加工以产生所述外壳，所述外壳有具有较薄壁的鼓区域 (18)、具有较厚壁的所述端部区域（20a)以及具有逐渐变小的厚度的所述过渡区（20b)。10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述杯形外壳（10)通过挤压所述铝合金而形成。11. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述步骤（c)通过旋压成形而执行。12. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述铝合金是强合金，诸如从AA7XXX 或AA2xxx系列中选出的一种。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述铝合金是从所述AA7xxx系列中选出的。14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述铝合金是AA7060。15. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述冷拉步骤涉及对所述外壳冷加工 15%与38%之间的量。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述冷加工是在25%与38%之间的量。
【专利摘要】一种制造用于压力容器中的衬套的方法包括冷拉工艺，其使铝合金衬套外壳(10)的过渡区(20b)部分成形。所述过渡区(20b)连接具有较薄壁的鼓部分(18)与具有较厚壁的端部区域(20a)，所述端部区域(20a)在所述外壳的开放的顶部。所述过渡区(20b)可通过所述冷拉工艺而成形，使得其降低所述外壳在从冷拉压机移去期间断裂的敏感性，而且还重新分布外壳材料以为从所述端部区域(20a)形成带螺纹的颈部的后续工艺作准备。此工艺特别适合处理较硬的铝合金材料，诸如AA7060或AA7032。
【IPC分类】F17C1/14, B21D51/24, B21D35/00, B21D22/21, B21D22/28
【公开号】CN105142816
【申请号】CN201480014857
【发明人】B.A.J.查兰登, R.G.M.达瓦尔, W.赫普尔斯
【申请人】勒克斯弗气瓶有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2014年3月14日
【公告号】CA2904078A1, WO2014140610A1