CN101879563B - 一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压储氢气瓶，包括内胆本体、内胆封头和所述内胆本体与所述内胆封头交接处的过渡段，其中所述内胆封头的成型工艺包括用装夹加工、坯料加热、和旋压收口三大步骤，本发明有益效果在于：通过在工装时设计卡爪进行装夹，解决了铝合金夹紧时易变形的问题，使产品表面无夹痕；通过选用合理的加热速度、道次数，解决了铝合金封头成型难的问题。本发明提供的工艺有效解决了氢气瓶过渡段的成型，节省了气瓶制造过程工序。

Description

一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺
技术领域
本发明涉及一种高压储氢气瓶铝质内胆封头成型工艺，属于机械制造领域。
背景技术
高压储气瓶是压缩储氢必不可少的关键部件之一。目前，用于充装压缩氢气的主要有金属容器和复合材料容器。金属容器一般重量较大，压力为15MPa的钢制压力容器的单位质量储氢密度一般只有1wt％左右，限制了其在燃料电池汽车上的应用。随着燃料电池电动汽车的迅速发展，对车载储氢系统的质量与体积储氢密度也提出了很高的要求(美国能源部的目标要求是6wt％H2/m3和60kgH2/m3)。复合材料高压容器具有重量轻、结构效率高、可靠性好、破坏时无杀伤性碎片产生等许多优点。同规格、同压力等级的复合材料容器与金属容器相比减重约40％～60％，且容易实现高工作压力容器的制造，非常适合于燃料电池汽车的高压储氢系统。
高压复合材料储氢气瓶的内胆采用铝合金材料制造，起密封和耐疲劳的作用。而铝合金内胆制造的关键是封头成型工艺，由于铝合金成型温度远低于钢件，适用于成型的范围窄，散热快，温度难以控制，且铝合金材料强度低，夹紧时工件易变形，且壁厚较薄，成型难度较大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中铝合金夹紧易变形的问题；
本发明的再一个目的是解决铝合金封头成型难的问题；
本发明的另一个目的是为了解决高压储氢气瓶封头与气瓶本体交接处制造过程工艺的复杂度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，所述高压储氢气瓶包括内胆本体、内胆封头和所述内胆本体与所述内胆封头交接处的过渡段，所述内胆封头的成型工艺包括以下步骤：
步骤一：装夹，用卡爪卡紧铝合金管材坯料，为了防止夹紧后铝合金管材变形，使卡爪夹紧后为圆形，且五瓣之间不留间隙；
步骤二：加热，对夹紧后的铝合金管材坯料进行预热，采用天然气-氧气加热装置，通过控制加热枪与铝合金管材之间的距离和天然气-氧气的压力来控制加热速度，使其为200mm/min，加热温度为390℃～420℃；
步骤三：将加热后的铝合金管材坯料立即进行旋压收口，旋压主轴转速为800rpm，经过14道次的旋压后收口形成封头；对于过渡段的旋压采用旋压轮直接压下的方式，即调整旋轮与直筒段的间隙为1mm，程序中控制旋轮运动的轨迹，使旋轮沿直线运动，压下过渡段部分，使过渡段部分由向外凸起，变为向内凸起。
所述铝合金管材坯料直径为267～412mm，壁厚不小于4mm。
所述步骤二中，加热枪与铝合金管材之间的距离为200mm。天然气压力设置为0.8bar，氧气压力设置为3.5bar。
本发明的有益效果主要体现在：提供一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，通过设计卡爪进行装夹，解决了铝合金夹紧时易变形的问题，使产品表面无夹痕；通过选用合理的加热速度、道次数，解决了铝合金封头成型难的问题。本发明提供的一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，有效解决了氢气瓶过渡段的成型，节省了气瓶制造过程工序。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明卡爪的结构示意简图。
图2：本发明高压储氢气瓶的结构示意简图。
图中各附图标记的含义见下表：
  附图标记 含义   附图标记 含义   附图标记 含义
  1   内胆本体   2   内胆封头   3   过渡段
具体实施方式
下面结合图1、图2对本发明进行详细说明：
本发明提供了一种高压储氢气瓶，包括内胆本体1、内胆封头2和所述内胆本体1与所述内胆封头2交接处的过渡段3，所述内胆封头2的成型工艺包括以下步骤：
步骤一：装夹加工，用卡爪卡紧铝合金管材坯料，铝合金管材坯料直径为389mm，壁厚为5.5mm，卡爪是有五个等分爪组成，卡爪上设置有锁紧螺孔；并且卡爪设计时必须考虑，使卡爪夹紧后为圆形，且五瓣之间不留间隙。
步骤二：加热，对夹紧后的铝合金管材坯料进行预热，采用天然气-氧气加热装置，通过控制加热枪与铝合金管材之间的距离为200mm和天然气-氧气的压力来控制加热速度为200mm/min，天然气压力设置为0.8bar，氧气压力设置为3.5bar，加热温度为390℃～420℃；
步骤三：将加热后的铝合金管材坯料立即进行旋压收口，旋压主轴转速为800rpm，经过14道次的旋压后收口形成封头，每道次进给量和进给速度进行控制，进给量过大，会产生失稳，口部会形成大量皱褶，进给量过小会影响生产效率，进给速度过快，产品表面质量难以保证，进给速度慢，材料会大量堆积，产生扭曲。收口时起始温度为400℃，结束温度为250℃，对过渡段3的旋压过程，控制旋轮与工件的间隙为1.0mm以内，采用直接压下的方式处理，即调整旋轮与直筒段的间隙为1mm，程序中控制旋轮运动的轨迹，使旋轮延直线运动，压下过渡段部分，使过渡段部分由向外凸起，变为向内凸起。其中旋轮的材料为UHB QRO-90。
由于铝合金管材成型温度低，壁厚较薄，散热快，因此本发明摒除在夹具外预先加热的工艺方式，采用将坯料直接在旋压机上加热的方式，缩短了坯料的散热时间。
以上实施例，并非对本发明组合物的限制，故凡依本发明之原理、技术实质、构造、形状所做的等效变化、细微修改与修饰，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，所述高压储氢气瓶包括内胆本体(1)、内胆封头(2)和所述内胆本体(1)与所述内胆封头(2)交接处的过渡段(3)，其特征在于：所述内胆封头(2)的成型工艺包括以下步骤：
步骤一：装夹，用卡爪卡紧铝合金管材坯料；
步骤二：加热，对夹紧后的铝合金管材坯料进行预热，采用天然气-氧气加热装置，通过控制加热枪与铝合金管材之间的距离和天然气-氧气的压力来控制加热速度，使其为200mm/min，加热温度为390℃～420℃；
步骤三：将加热后的铝合金管材坯料立即进行旋压收口，旋压主轴转速为800rpm，经过14道次的旋压后收口形成封头；对于过渡段(3)的旋压采用旋压轮直接压下的方式，所述步骤三中，通过调整旋轮与直筒段的间隙为1mm，程序中控制旋轮运动的轨迹，使旋轮沿直线运动，压下过渡段(3)部分，使过渡段部分由向外凸起，变为向内凸起。
2.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，其特征在于：所述铝合金管材坯料直径为267～412mm，壁厚不小于4mm。
3.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，其特征在于：所述步骤一中的卡爪是由五个等分爪组成，卡爪上设置有锁紧螺孔，且所述卡爪夹紧后为圆形，其五瓣之间不留间隙。
4.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，其特征在于：所述步骤二中，加热枪与铝合金管材之间的距离为200mm。
5.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶内胆封头成型工艺，其特征在于：所述步骤二中，天然气压力设置为0.8bar，氧气压力设置为3.5bar。
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