IV型气瓶的封头结构与内衬成型方法与流程

本发明涉及一种成型方法，具体来说涉及一种IV型气瓶的封头结构与内衬成型方法，属于油箱成型结构部件技术领域。

背景技术：

III型气瓶的内衬是由铝合金旋压成型，特点是无缝，但是重量大。燃料电池汽车对于重量的要求很高，希望能够减轻气瓶的重量，那么IV型气瓶就具有突出的优势，因为的它的内衬是由塑料制成的，重量较轻。但是塑料内衬也有两个重要的难点，第一成型方法，第二密封性能。

关于塑料内衬的成型方法主要有两种：滚塑与吹塑。滚塑工艺简单，但是效率非常低，很难满足汽车工业化生产的节拍，一次吹塑成型内衬工艺较为复杂，结构密封较难考虑，但是生产效率非常高。这两种工艺均有各自的优点和缺点，本领域的技术人员一直尝试即满足密封性能，并且生产效率高的工艺，但是该方案一直没有实现。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种IV型气瓶的封头结构与内衬成型方法，该技术方案主要解决了挤出吹塑型坯不能穿过金属嵌件极孔的问题，同时针对该结构提出了工程实现的工艺方法，从而有效发挥出挤出吹塑工艺的优势。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种IV型气瓶的封头结构与内衬成型方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）机械手夹持上下两块金属嵌件，置于模具中相应的位置，坯料挤出，坯料下端穿过上下两块金属嵌件的极孔；

2）模具闭合；

3）底部吹针座供气，吹张型坯，型坯吹塑贴模结束，上端吹针孔内的吹针刺破吹塑假头，在型坯内部形成了一个气流通道，吹针座和上端吹针孔进行模具内部对流换热冷却，冷却到适当温度，开模，去除带有嵌件的型坯，切除吹塑飞边，随后冷却定型；

4）将冷却定型后的型坯置于台架上固定，用刀片切除吹塑假头；

5）装配金属端盖，金属端盖与金属嵌件采用螺纹连接，金属端头颈部的凹槽供扭力扳手着力，端盖的锥面结构为接触面提供了密封正压力，保证了良好的密封性；

6）纤维缠绕。待金属部件装配结束，在内衬总成表面涂覆一层树脂，用于改善表面质量和与纤维结合强度。将内衬总成固定在缠绕机上，缠绕上浸润树脂的碳纤维或是碳纤维预浸带，缠绕后的强度满足气瓶的工作压力，碳纤维外层缠绕少量玻璃纤维，用于保护内层碳纤维层。本发明描述了一次吹塑成型内衬的工艺实现方法，可实现内衬壁面没有哈夫线，结构完整，高低压交变疲劳失效风险小，气瓶的密封结构采用锥面密封结构，简单有效。金属与塑料内衬的结合方式为半嵌入式，结构简单，保证了金属与塑料之间不发生相对移动，易于吹塑成型。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）中模具闭合，具体如下，型坯形成密闭型腔，上下吹针刺入型坯，向型坯内吹入高压气体，使型坯贴模，将塑料挤入嵌件的凹槽内，此为塑料包裹金属增强连接的方法。金属嵌件在与塑料接触的一面上开设有辐射状沟槽，为后期螺纹装配提供力矩，上端嵌件在气压的作用下，不会下落，从而机械手退出，等待下一步指令。

作为本发明的一种改进，所述步骤 5）中装配金属端盖中设置了三道密封结构，包括第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈设置在金属嵌件的侧面，双层保护气体不泄漏，所述第三密封圈设置在在金属嵌件上方与金属端盖的连接处，防止外部树脂等流入螺纹间隙。当端盖装配完成后，气瓶的内衬总成就具备了完整的外形。

采用上述方法成型的内衬结构，包括金属端盖、金属嵌件、塑料内衬以及密封组件，所述金属嵌件与金属端盖之间设置有密封组件，所述金属嵌件的下方设置有塑料内衬，所述金属端盖的周围缠绕有碳纤维增强层。金属嵌件与金属端盖组成了整体的封头，封头的刚度好，有利于减少封头段的碳纤维用量，塑料内衬采用吹塑工艺将金属嵌件半包裹其中，增加了内衬与金属件的结合力，采用吹塑工艺可以将内衬做成多层结构，用于阻隔小分子气体。

作为本发明的一种改进，所述密封组件包括第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈，第一和第二密封圈截面形状设置为圆形，材料采用橡胶，所述第三密封圈的截面形状设置为矩形，材料是橡胶或是硅树脂。

相对于现有技术，本发明的优点如下：本发明整体结构设计巧妙，该结构密封采用锥面密封，简单、可靠，且闭合模具时候形成的哈夫线不在产品之中，降低了失效的风险，制造工艺易于实现。金属嵌件处于塑料内衬与碳纤维复合层中间，降低了交变压力下塑料内衬与金属嵌件脱落的风险。金属嵌件厚重，法兰幅面较大，刚度较强，让碳纤维复合层封头部位变形较小，有效保护端头部位不受气压膨胀影响。

附图说明

图1为步骤1状态示意图；

图2为步骤2状态示意图；

图3为步骤3状态示意图；

图4为步骤4状态示意图；

图5为步骤5状态示意图；

图6为本发明整体结构示意图。

图中：1、金属端盖，2、金属嵌件，3、碳纤维复合层，4、塑料内衬，5、第一密封圈，6、第二密封圈，7、第三密封圈，8、模具，9、吹针孔，10、机械手，11、挤出塑料型坯，12、吹针座，13、吹塑飞边，14、吹塑假头，15、极孔。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图6，一种气瓶封头内衬结构，包括金属端盖1、金属嵌件2、塑料内衬4以及密封组件，所述金属嵌件2与金属端盖1之间设置有密封组件，所述金属嵌件2的下方设置有塑料内衬4，所述金属端盖的周围缠绕有碳纤维复合层3。金属嵌件2与金属端盖1组成了整体的封头，封头的刚度好，有利于减少封头段的碳纤维用量，塑料内衬采用吹塑工艺将金属嵌件半包裹其中，增加了内衬与金属件的结合力，采用吹塑工艺可以将内衬做成多层结构，用于阻隔小分子气体。

实施例2：参见图6，作为本发明的一种改进，所述密封组件包括第一密封圈5、第二密封圈6以及第三密封圈7，第一和第二密封圈截面形状设置为圆形，材料采用橡胶，所述第三密封圈的截面形状设置为矩形，材料是橡胶或是硅树脂。所述第一密封圈和第二密封圈设置在金属端盖的侧面，随着金属端盖的旋紧，密封圈被压缩；双层保护气体不泄漏，所述第三密封圈设置在金属嵌件上方与金属端盖的连接处，防止第一密封圈和第二密封圈失效，同时防止外部树脂等流入螺纹间隙。当端盖装配完成后，气瓶的内衬总成就具备了完整的外形。金属件可以是钢材或是铝合金，密封圈材料可以是橡胶、硅树脂等。

实施例3：参见图1-图5，一种IV型气瓶的封头结构与内衬成型方法，所述方法包括以下步骤：

1）机械手夹持上下两块金属嵌件，置于模具中相应的位置，坯料挤出，坯料下端穿过上下两块金属嵌件的极孔；

2）模具闭合。

3）底部吹针座供气，吹张型坯，型坯吹塑贴模结束，上端吹针孔内的吹针刺破吹塑假头，在型坯内部形成了一个气流通道，吹针座和上端吹针孔进行模具内部对流换热冷却，冷却到适当温度，开模，去除带有嵌件的型坯，切除吹塑飞边，随后冷却定型；

4）将冷却定型后的型坯置于台架上固定，用刀片切除吹塑假头；

5）装配金属端盖，金属端盖与金属嵌件采用螺纹连接，金属端头颈部的凹槽供扭力扳手着力，端盖的锥面结构为接触面提供了密封正压力，保证了良好的密封性。

6）纤维缠绕。待金属部件装配结束，在内衬总成表面涂覆一层树脂，用于改善表面质量和与纤维结合强度。将内衬总成固定在缠绕机上，缠绕上浸润树脂的碳纤维或是碳纤维预浸带，缠绕后的强度满足气瓶的工作压力，碳纤维外层缠绕少量玻璃纤维，用于保护内层碳纤维层。本发明描述了一次吹塑成型内衬的工艺实现方法，可实现内衬壁面没有哈夫线，结构完整，高低压交变疲劳失效风险小，气瓶的密封结构采用锥面密封结构，简单有效。金属与塑料内衬的结合方式为半嵌入式，结构简单，保证了金属与塑料之间不发生相对移动，易于吹塑成型。

所述步骤2）中模具闭合，具体如下，型坯形成密闭型腔，上下吹针刺入型坯，向型坯内吹入高压气体，使型坯贴模，将塑料挤入嵌件的凹槽内，此为塑料包裹金属增强连接的方法。金属嵌件在与塑料接触的一面上开设有辐射状沟槽，为后期螺纹装配提供力矩，上端嵌件在气压的作用下，不会下落，从而机械手退出，等待下一步指令。

所述步骤 5）中装配金属端盖中设置了三道密封结构，包括第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈设置在金属嵌件的侧面，双层保护气体不泄漏，所述第三密封圈设置在在金属嵌件上方与金属端盖的连接处，防止外部树脂等流入螺纹间隙。当端盖装配完成后，气瓶的内衬总成就具备了完整的外形。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。