CN114183686A - 全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆及其成形与加工方法 - Google Patents

全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆及其成形与加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆，该内胆包括两端的各一个瓶嘴、位于中间部分的中间圆筒段以及左右两边各一个连接于瓶嘴和中间圆通段的半球封头；所述半球封头由与瓶嘴相连的半球部分、与半球部分相连的过渡圆筒段部分以及与过渡圆筒段部分相连的过渡斜面部分组成，所述中间圆筒段的两端分别与相应端方向的半球封头的过渡斜面部分相连。本发明在半球封头的半球部分与过渡斜面部分设置了过渡圆筒段，并使过渡圆筒段的厚度所述为中间圆筒段厚度的1.5～2倍，这样也相应地使得半球部分的厚度增加，加大了对应力的承受能力，从而产品可靠性好、抗疲劳性好、使用寿命长、材料利用率较高、制造成本较低。

Description

全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆及其成形与加工方法
技术领域
本发明涉及铝合金制品加工的技术领域，具体涉及一种全缠绕 高压气瓶无缝铝合金内胆及其成形与加工方法。
背景技术
铝合金比重只有钢的34％，并且耐腐蚀性好。因此，全缠绕高 压氢气瓶内胆首选铝合金材料。GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝 内胆碳纤维全缠绕气瓶》国家推荐标准规定内胆材料为6061铝合金。
由于铝合金熔点低，化学活性强，高温易氧化，收底时底部中 心熔合差。因此，直径小于200mm的铝合金内胆一般采用铝合金棒 冷挤压成形底部封头和管壁，再热旋压收口成形头部封头和瓶嘴。
对于直径大于200mm的铝合金内胆一般采用铝合金棒热挤压成 形底部封头和管壁，再热旋压收口成形头部封头和瓶嘴。但是，大 直径的铝合金内胆热挤压成形需要大吨位的热挤压设备。其主要缺 点是加热温度和挤压成形速度控制难度大。温度过低，则成形困难。 温度过高或成形速度过快，则铝合金材料容易产生组织过烧，造成 内胆报废。
车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶在使用过程中需要重复 充装高压氢气，需要有良好的耐交变应力疲劳性能，疲劳试验循环 次数不小于11000次。为了获得良好的耐交变应力疲劳性能，需要 对内胆结构进行仿真分析和优化设计，进行工艺试验研究，获得良 好的成形和加工方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种提高产品质 量、提高产品耐疲劳使用寿命、提高材料利用率、降低制造成本的 全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆及其成形与加工方法。
为实现上述目的，本发明所设计的全缠绕高压气瓶无缝铝合金 内胆的结构及其成形与加工方法：
1)内胆结构仿真分析和优化设计
经过仿真分析和优化设计，确定内胆结构。即所属内胆由位于两 端部分的各一瓶嘴、位于中间部分的中间圆筒段以及在两端瓶嘴与 中间圆筒段之间的各一半球封头组成；所述半球封头由与瓶嘴相连 的半球部分、与半球部分相连的过渡圆筒段部分以及与过渡圆筒段 部分相连的过渡斜面部分组成，所述中间圆筒段的两端分别与相应 端方向的半球封头的过渡斜面部分相连；所述半球封头的外径为d1， 所述d1＝d5+2t1，所述d5为中间圆筒段的内径，所述t1为中间圆筒 段的厚度，所述过渡圆筒段的外径为d1，长度为t4，厚度为t2，所 述t2为1.5t1～2t1，t4为5t1～10t1；所述过渡斜面部分的斜面与所 述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角为α，所述为α为10°～15°。
2)强力旋压坯料加工
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料， 所述强力旋压坯料为圆筒形状，内径为d5、壁厚为t2、长度为L6。
3)中间圆筒段强力旋压成形
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段，并保证中间圆 筒段长度L2为正偏差，中间圆筒段强力旋压成形后无缝圆管变为两 端厚壁、中间薄壁的圆筒形状，且在两端厚壁部分分别形成一个与 圆筒母线成夹角为α的过渡斜面，该两个过渡斜面分别视为两端壁厚 部分的其中一部分，圆筒的内径还是为d5、中间薄壁部分厚度为t1、 中间薄壁部分长度为L2、两端厚壁部分除与中间薄壁部分相连的过 渡斜面外，其厚度为t2、长度为L4；
4)无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴，多道次逐步 成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴，加工两端封头时，在过渡 斜面与形成的半球部分之间留有过渡圆筒段部分，成形后两端封头 和瓶嘴结构尺寸为：两端封头的半球部分为外径d1的半球体、过渡 圆筒段部分保留原无缝圆管的厚度和内径，其长度为t4，过渡斜面 与圆筒母线的夹角为α，所述为α为10°～15°，中间圆筒段长度为 L2，瓶嘴内径为d6、瓶嘴外径为d7、瓶嘴长度为L8，两端封头及 初步加工的瓶嘴总长度为L7；
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆 d1为基准加工瓶嘴内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴内径为 d3、瓶嘴外径为d2、瓶嘴长度为L3，两端封头及瓶嘴总长度为L1。
进一步地，所述步骤2)中，强力旋压坯料加工后内孔直径d5 比强力旋压芯模外圆直径大0.4mm～0.8mm，保证套装顺利。
进一步地，所述步骤2)中，按照GB/T4436优选铝合金热挤压 无缝管外径和壁厚，保证强力旋压坯料壁厚t2单边有1mm～2mm加 工余量。
进一步地，所述步骤2)中，强力旋压坯料内外型面的同轴度误 差不大于0.2mm，端面与轴线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗 糙度不大于Ra3.2。
进一步地，所述步骤3)中，采用三旋轮两道次反向强力旋压成 形中间圆筒段，首道次减薄率为30％～50％。
进一步地，所述步骤3)中，旋压芯模外径比强力旋压坯料内径 d5小0.4mm～0.8mm。
进一步地，所述步骤4)中，无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴， 采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控制加热温度不大于 400℃，并保证两端半球封头及瓶嘴成形良好；
进一步地，所述步骤4)中，头部封头旋压道次为15～20；头 部封头封底后2～3道次逐渐加长成形瓶嘴。
进一步地，所述步骤4)中，瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加 工余量，单边有加工余量1mm～3mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明全缠绕高压气 瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，1)采用了创新的结构设计， 在半球封头的半球部分与过渡斜面部分设置了过渡圆筒段，并使过 渡圆筒段的厚度为所述中间圆筒段厚度的1.5～2倍，这样也相应地使 得半球部分的厚度增加，加大了对应力的承受能力，从而产品可靠 性好、抗疲劳性好、使用寿命长；2)采用创新的整体成形加工方法， 加工周期短、加工效率高；3)采用热轧管材坯料，相对铝合金棒热 挤压坯料，材料利用率较高、制造成本较低。
附图说明
图1为仿真优化设计的全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆结构示 意图；
图2为无缝铝合金内胆强力旋压坯料示意图；
图3为无缝铝合金内胆中间圆筒段强力旋压结构示意图；
图4为无缝铝合金内胆两端半球封头及瓶嘴热旋压示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 从图1可以看出，本发明的全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆包括两 端的各一个瓶嘴1、位于中间部分的中间圆筒段3以及左右两边各有 一个连接瓶嘴1和中间圆通段的半球封头2。所述半球封头2由与瓶 嘴1相连的半球部分、与半球部分相连的过渡圆筒段部分以及与过 渡圆筒段部分相连的过渡斜面部分组成，所述中间圆筒段3的两端 分别与相应端方向的半球封头2的过渡斜面部分相连；所述半球封 头2的外径为d1，所述d1＝d5+2t1，所述d5为中间圆筒段3的内径，所述t1为中间圆筒段的厚度，所述过渡圆筒段的外径为d1，长度为 t4，厚度为t2，所述t2为1.5t1～2t1，t4为5t1～10t1；所述过渡斜 面部分的斜面与所述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角为α，所述为α 为10°～15°。该内胆可通过数控车加工铝合金热挤压管制强力旋压坯料、强力旋压中间圆筒段3、无芯模热旋压两端的瓶嘴1、半球封 头2和数控加工两端瓶嘴整体成形和加工而成。成形与加工方法的 具体过程如下：
1)内胆结构仿真分析和优化设计
进行内胆结构仿真分析和优化设计，经过仿真分析和优化设计， 得其如图1的内胆结构。将中间圆筒段3与两端半球封头2的半球 部分相接的应力集中点局部及半球封头壁厚加厚，为此，在半球封 头2的半球部分以及与中间圆筒段3相连的过渡斜面之间设置了过 渡圆筒段。
2)强力旋压坯料加工
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料， 强力旋压坯料结构尺寸见图2，强力旋压坯料为圆筒形状，内径为 d5、壁厚为t2、长度为L6。
强力旋压坯料加工后内孔直径d5、壁厚t2与图1内胆内孔直径 d5、壁厚t2相同，d5比强力旋压芯模外圆直径大0.4mm～0.8mm， 保证套装顺利。
按照GB/T4436优选铝合金热挤压无缝管外径和壁厚，保证强力 旋压坯料壁厚t2单边有1mm～2mm加工余量。
强力旋压坯料内外型面的同轴度误差不大于0.2mm，端面与轴 线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2。
强力旋压坯料长度L4为按照内胆结构图1半球封头和瓶嘴等体 积计算长度，L5为按照内胆结构图1中间圆筒段3的L2尺寸范围 内等体积计算长度。
3)中间圆筒段强力旋压成形
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段3，并保证中间圆 筒段3的长度L2为正偏差，成形后结构尺寸见图3，中间圆筒段3 强力旋压成形后的无缝圆管变为两端厚壁、中间薄壁的圆筒形状， 且在两端厚壁部分分别形成一个与圆筒母线成夹角为α的过渡斜面， 该两个过渡斜面分别视为两端壁厚部分的其中一部分，圆筒的内径 为d5、中间薄壁厚度为t1、中间薄壁长度为L2、两端厚壁厚度为t2、 两端厚壁长度为L4。内径还是为d5、中间薄壁部分厚度为t1、中间 薄壁部分长度为L2、两端厚壁部分除与中间薄壁部分相连的过渡斜 面外，其厚度为t2、长度为L4
采用三旋轮两道次反向强力旋压成形中间圆筒段，首道次减薄 率为30％～50％。
旋压芯模外径比强力旋压坯料内径d5小0.4mm～0.8mm。
4)无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴，多道次逐步 成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴，加工两端封头时，在过渡 斜面与形成的半球部分之间留有过渡圆筒段部分，成形后两端封头 和瓶嘴结构尺寸见图4，具体为：两端封头2的半球部分为外径为d1的半球体、过渡圆筒段部分保留原无缝圆管的厚度和内径，其长 度为t4，过渡斜面与圆筒母线的夹角为α，所述为α为10°～15°，中 间圆筒段长度为L2，瓶嘴内径为d6、瓶嘴外径为d7、瓶嘴长度为 L8、两端封头2及初步加工的瓶嘴总长度为L7。
采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控制加热温度不 大于400℃，并保证两端半球封头及瓶嘴成形良好。
头部封头旋压道次为15～20；头部封头封底后2～3道次逐渐加 长成形瓶嘴。
瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加工余量，按照内胆结构图1， 单边有加工余量1mm～3mm。
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆 d1为基准加工瓶嘴内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴长度为 L3，加工后结构尺寸见图1。
本发明全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，产 品可靠性、抗疲劳性好，使用寿命长；材料利用率较高、制造成本 较低。
实施例1
针对某型号全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆，其内径d5为 300mm，圆柱段长度L2为600mm，壁厚t1为4mm，全缠绕高压气 瓶无缝铝合金内胆成形与加工方法具体如下：
1)内胆结构仿真分析和优化设计
进行内胆结构仿真分析和优化设计，经过仿真分析和优化设计 的内胆结构见图1。该内胆包括两端的各一个瓶嘴1、位于中间部分 的中间圆筒段3以及左右两边各有一个连接瓶嘴1和中间圆通段的 半球封头2。所述半球封头2由与瓶嘴1相连的半球部分、与半球部 分相连的过渡圆筒段部分以及与过渡圆筒段部分相连的过渡斜面部 分组成，所述中间圆筒段3的两端分别与相应端方向的半球封头2 的过渡斜面部分相连；所述半球封头2的外径d1为308mm，所述中 间圆筒段3的内径d5为300mm，所述中间圆筒段的厚度t1为4mm， 所述过渡圆筒段的外径为308mm，长度为20mm，厚度为6mm，所 述过渡斜面部分的斜面与所述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角α为 10°。
2)强力旋压坯料加工
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料， 强力旋压坯料结构尺寸见图2。强力旋压坯料加工后内孔直径d5、 壁厚t2与图1内胆内孔直径d5、壁厚t2相同，d5比强力旋压芯模 外圆直径大0.4mm，保证套装顺利。
按照GB/T4436优选铝合金热挤压无缝管外径和壁厚，保证强力 旋压坯料壁厚t2单边有1mm加工余量。
强力旋压坯料内外型面的同轴度误差不大于0.2mm，端面与轴 线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2。
强力旋压坯料长度L4为按照内胆结构图1半球封头和瓶嘴等体 积计算长度(考虑必要的加工余量)，L5为按照内胆结构图1中间圆 筒段3的L2尺寸范围内等体积计算长度。
3)中间圆筒段强力旋压成形
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段3，并保证中间圆 筒段3的长度L2为正偏差，成形后结构尺寸见图3。采用三旋轮两 道次反向强力旋压成形中间圆筒段，首道次减薄率为50％。
旋压芯模外径比强力旋压坯料内径d5小0.4mm。
4)无芯模热旋压成形两端封头2及瓶嘴
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头2及瓶嘴，多道次逐 步成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴。无芯模热旋压成形两端 封头及瓶嘴时，采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控制 加热温度不大于400℃，并保证两端半球封头及瓶嘴成形良好。
头部封头旋压道次为15；头部封头封底后2道次逐渐加长成形 瓶嘴。
瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加工余量，单边有加工余量 1mm。
加工两端封头时，在过渡斜面与形成的半球部分之间留有过渡 圆筒段部分，成形后两端封头和瓶嘴结构尺寸具体为：两端封头2 的半球部分为外径为d1的半球体、过渡圆筒段部分保留原无缝圆管 的厚度和内径，其长度为t4＝20mm，过渡斜面与圆筒母线的夹角为 α＝10°，中间圆筒段长度为L2＝800mm，瓶嘴内径为d6＝20、瓶嘴外 径为d7＝55mm、瓶嘴长度为L8＝45mm、两端封头2及初步加工的瓶 嘴总长度为L7＝259mm。
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆 d1为基准加工瓶嘴1内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴内径 为d4＝25.4mm、瓶嘴外径为d2＝52mm、瓶嘴长度为L3＝42mm，两端 封头及瓶嘴总长度为L1＝256mm。
实施例2
针对某型号全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆，其内径d5为 340mm，圆柱段长度L2为800mm，壁厚t1为5mm，全缠绕高压气 瓶无缝铝合金内胆成形与加工方法具体如下：
1)内胆结构仿真分析和优化设计
进行内胆结构仿真分析和优化设计，经过仿真分析和优化设计 的内胆结构见图1。该内胆半球封头2的外径d1为350mm，中间圆 筒段3的内径d5为340mm，中间圆筒段的厚度t1为5mm，过渡圆 筒段的外径为350mm，长度为25mm，厚度为10mm，所述过渡斜面 部分的斜面与所述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角α为13°。
2)强力旋压坯料加工
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料， 强力旋压坯料结构尺寸见图2。强力旋压坯料加工后内孔直径d5、 壁厚t2与图1内胆内孔直径d5、壁厚t2相同，d5比强力旋压芯模 外圆直径大0.6mm，保证套装顺利。
按照GB/T4436优选铝合金热挤压无缝管外径和壁厚，保证强力 旋压坯料壁厚t2单边由1.5mm加工余量。
强力旋压坯料内外型面的同轴度误差不大于0.2mm，端面与轴 线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2。
强力旋压坯料长度L4为按照内胆结构图1半球封头2和瓶嘴1 等体积计算长度(考虑必要的加工余量)，L5为按照内胆结构图1 中间圆筒段3的L2尺寸范围内等体积计算长度。
3)中间圆筒段强力旋压成形
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段3，并保证圆筒段 3的长度L2为正偏差，成形后结构尺寸见图3。采用三旋轮两道次 反向强力旋压成形中间圆筒段3，首道次减薄率为40％。
旋压芯模外径比强力旋压坯料内径d5小0.6mm。
4)无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头2及瓶嘴，多道次逐 步成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴。无芯模热旋压成形两端 封头2及瓶嘴时，采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控 制加热温度不大于400℃，并保证两端半球封头2及瓶嘴成形良好。
头部封头旋压道次为18；头部封头封底后3道次逐渐加长成形 瓶嘴。
瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加工余量，按照内胆结构图1， 单边有加工余量2mm。
加工两端封头时，在过渡斜面与形成的半球部分之间留有过渡 圆筒段部分，成形后两端封头和瓶嘴结构尺寸具体为：两端封头2 的半球部分为外径为d1的半球体、过渡圆筒段部分保留原无缝圆管 的厚度和内径，其长度为t4＝25mm，过渡斜面与圆筒母线的夹角为 α＝13°，中间圆筒段长度为L2＝800mm，瓶嘴内径为d6＝20mm、瓶 嘴外径为d7＝55mm、瓶嘴长度为L8＝45mm、两端封头2及初步加工 的瓶嘴总长度为L7＝279mm
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆 d1为基准加工瓶嘴1内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴内径 为d4＝25.4mm、瓶嘴外径为d2＝52mm、瓶嘴长度为L3＝42mm，两端 封头及瓶嘴总长度为L1＝276mm。
实施例3
针对某型号全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆，其内径d5为 380mm，圆柱段长度L2为1000mm，壁厚t1为6mm，全缠绕高压气 瓶无缝铝合金内胆成形与加工方法具体如下：
1)内胆结构仿真分析和优化设计
进行内胆结构仿真分析和优化设计，经过仿真分析和优化设计 的内胆结构见图1。该内胆半球封头2的外径d1为392mm，中间圆 筒段3的内径d5为380mm，中间圆筒段的厚度t1为6mm，过渡圆 筒段的外径为392mm，长度为30mm，厚度为12mm，过渡斜面部分 的斜面与过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角α为15°。
2)强力旋压坯料加工
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料， 强力旋压坯料结构尺寸见图2。强力旋压坯料加工后内孔直径d5、 壁厚t2与图1内胆内孔直径d5、壁厚t2相同，d5比强力旋压芯模 外圆直径大0.8mm，保证套装顺利。
按照GB/T4436优选铝合金热挤压无缝管外径和壁厚，保证强力 旋压坯料壁厚t2单边由2mm加工余量。
强力旋压坯料内外型面的同轴度误差不大于0.2mm，端面与轴 线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2。
强力旋压坯料长度L4为按照内胆结构图1半球封头和瓶嘴等体 积计算长度(考虑必要的加工余量)，L5为按照内胆结构图1中间圆 筒段L2尺寸范围内等体积计算长度。
3)中间圆筒段强力旋压成形
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段，并保证圆筒段 长度L2为正偏差，成形后结构尺寸见图3。采用三旋轮两道次反向 强力旋压成形中间圆筒段，首道次减薄率为30％。
旋压芯模外径比强力旋压坯料内径d5小0.8mm。
4)无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头2及瓶嘴，多道次逐 步成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴。无芯模热旋压成形两端 封头2及瓶嘴时，采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控 制加热温度不大于400℃，并保证两端半球封头及瓶嘴成形良好。
头部封头旋压道次为20；头部封头封底后3道次逐渐加长成形 瓶嘴。
瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加工余量，按照内胆结构图1， 单边有加工余量3mm。
加工两端封头时，在过渡斜面与形成的半球部分之间留有过渡 圆筒段部分，成形后两端封头和瓶嘴结构尺寸具体为：两端封头2 的半球部分为外径为d1的半球体、过渡圆筒段部分保留原无缝圆管 的厚度和内径，其长度为t4＝30mm，过渡斜面与圆筒母线的夹角为 α＝15°，中间圆筒段长度为L2＝1000mm，瓶嘴内径为d6＝20mm、瓶 嘴外径为d7＝55mm、瓶嘴长度为L8＝45mm、两端封头2及初步加工 的瓶嘴总长度为L7＝299mm
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆 d1为基准加工瓶嘴1内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴内径 为d4＝25.4mm、瓶嘴外径为d2＝52mm、瓶嘴长度为L3＝42mm，两端 封头及瓶嘴总长度为L1＝296mm。

Claims (10)

1.一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆，其特征在于：所述内胆包括两端的各一个瓶嘴、位于中间部分的中间圆筒段以及左右两边各一个连接于瓶嘴和中间圆通段之间的半球封头；所述半球封头由与瓶嘴相连的半球部分、与半球部分相连的过渡圆筒段部分以及与过渡圆筒段部分相连的过渡斜面部分组成，所述中间圆筒段的两端分别与相应端方向的半球封头的过渡斜面部分相连；所述半球封头的外径为d1，所述d1＝d5+2t1，所述d5为中间圆筒段的内径，所述t1为中间圆筒段的厚度，所述过渡圆筒段的外径为d1，长度为t4，厚度为t2，所述t2为1.5t1～2t1，t4为5t1～10t1；所述过渡斜面部分的斜面与所述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角为α，所述为α为10°～15°。
2.一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)内胆结构仿真分析和优化设计：
经过仿真分析和优化设计，确定内胆结构由位于两端部分的各一瓶嘴、位于中间部分的中间圆筒段以及在两端瓶嘴与中间圆筒段之间的各一半球封头组成；所述半球封头由与瓶嘴相连的半球部分、与半球部分相连的过渡圆筒段部分以及与过渡圆筒段部分相连的过渡斜面部分组成，所述中间圆筒段的两端分别与相应端方向的半球封头的过渡斜面部分相连；所述半球封头的外径为d1，所述d1＝d5+2t1，所述d5为中间圆筒段的内径，所述t1为中间圆筒段的厚度，所述过渡圆筒段的外径为d1，长度为t4，厚度为t2，所述t2为1.5t1～2t1，t4为5t1～10t1；所述过渡斜面部分的斜面与所述过渡圆筒段的圆筒的母线的夹角为α，所述为α为10°～15°；
2)强力旋压坯料加工：
采用GB/T4437.1铝合金热挤压无缝圆管车加工强力旋压坯料，所述强力旋压坯料为圆筒形状，内径为d5、壁厚为t2、长度为L6；
3)中间圆筒段强力旋压成形：
采用强力旋压机反向强力旋压成形中间圆筒段，并保证中间圆筒段长度L2为正偏差，中间圆筒段强力旋压成形后无缝圆管变为两端厚壁、中间薄壁的圆筒形状，且在两端厚壁部分分别形成一个与圆筒母线成夹角为α的过渡斜面，该两个过渡斜面分别视为两端壁厚部分的其中一部分，圆筒的内径还是为d5、中间薄壁部分厚度为t1、中间薄壁部分长度为L2、两端厚壁部分除与中间薄壁部分相连的过渡斜面外，其厚度为t2、长度为L4；
4)无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴：
采用热旋压机无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴，多道次逐步成形，封底后多道次逐渐加长成形瓶嘴，加工两端封头时，在过渡斜面与形成的半球部分之间留有过渡圆筒段部分，成形后两端封头和瓶嘴结构尺寸为：两端封头的半球部分为外径d1的半球体、过渡圆筒段部分保留原无缝圆管的厚度和内径，其长度为t4，过渡斜面与圆筒母线的夹角为α，所述为α为10°～15°，中间圆筒段长度为L2，瓶嘴内径为d6、瓶嘴外径为d7、瓶嘴长度为L8，两端封头及初步加工的瓶嘴总长度为L7；
5)内胆固溶、时效、硬度检测、超声波探伤及瓶嘴加工：
对内胆进行固溶、时效、硬度检测、超声波探伤；以瓶口外圆d1为基准加工瓶嘴内外圆、端面、内孔及内螺纹，最终瓶嘴内径为d4、瓶嘴外径为d2、瓶嘴长度为L3，两端封头及瓶嘴总长度为L1。
3.根据权利要求2所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，强力旋压坯料加工后内孔直径d5比强力旋压芯模外圆直径大0.4mm～0.8mm。
4.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，按照GB/T4436优选铝合金热挤压无缝管外径和壁厚，保证强力旋压坯料壁厚t2单边有1mm～2mm加工余量。
5.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，强力旋压坯料内外型面的同轴度误差不大于0.2mm，端面与轴线的垂直度误差不大于0.2mm，表面粗糙度不大于Ra3.2。
6.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用三旋轮两道次反向强力旋压成形中间圆筒段，首道次减薄率为30％～50％。
7.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤3)中，旋压芯模外径比强力旋压坯料内径d5小0.4mm～0.8mm。
8.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤4)中，无芯模热旋压成形两端封头及瓶嘴，采用数控程序控制燃气加热时机和加热时间，控制加热温度不大于400℃，并保证两端半球封头及瓶嘴成形良好。
9.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤4)中，头部封头旋压道次为15～20；头部封头封底后2～3道次逐渐加长成形瓶嘴。
10.根据权利要求2或3所述一种全缠绕高压气瓶无缝铝合金内胆的成形与加工方法，其特征在于：所述步骤4)中，瓶嘴成形后，保证瓶嘴内外形有加工余量，按照内胆结构图1，单边有加工余量1mm～3mm。
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