KR20230156757A - Rotational rolling forming apparatus for high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container and forming method thereof - Google Patents
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Abstract
고압 수소 가스 실린더용 알루미늄 내부 용기 (1)의 회전 성형 장치는 공정 제어 호스트, 구동되어 회전되는 스핀들, 제어를 통해 개폐되고 스핀들과 연결되어 동기화되어 회전하는 클로 유닛, 및 파이프 블랭크에 작용하는 성형 유닛을 포함하고, 성형 유닛은 스윙 암 및 그 단부에 연결된 회전 롤러(3)로 구성되고, 회전 롤러는 구동에 의해 스윙 암의 회전 중심을 따라 아래로 회전하여 파이프 블랭크(11)의 외벽을 압착한다. 상기 성형 유닛은 공정 제어 호스트에 연결된 공급 서보 유압 실린더가 제공되며, 스윙 암의 회전 중심은 공급 서보 유압 실린더에 의해 스핀들과 평행한 Z 축 방향으로 이동한다. 파이프 블랭크에 가까운 회전 롤러의 윤곽 형상은 둔각 모양의 접힌 가장자리 (31)로 설정되며, 접힌 모서리 부분은 밀봉 헤드(15)의 실린더 개구부로 과도되는 라운드 코너(32)에 대응되도록 설정되되, 스핀들의 회전 속도, 회전 롤러의 스윙 각도 및 공급 서보 유압 실린더의 출력은 공정 제어 호스트의 CNC 프로그래밍에 따라 조정할 수 있다. 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 성형 방법은 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기 회전 성형 장치를 사용하여 진행되며, 직경이 412mm보다 큰 알루미늄 합금 내부 용기가 제조되며, 밀봉 헤드의 성형 및 표면 특성이 우수하여 감는 것이 편리하고, 탄소 섬유 비용을 절약하고 실린더 용량을 증가시킨다.The rotational molding device for the aluminum inner vessel (1) for high-pressure hydrogen gas cylinders consists of a process control host, a spindle that is driven and rotated, a claw unit that opens and closes under control and rotates in synchronization with the spindle, and a forming unit that acts on the pipe blank. The forming unit is composed of a swing arm and a rotary roller 3 connected to an end thereof, and the rotary roller rotates downward along the rotation center of the swing arm by driving to press the outer wall of the pipe blank 11. . The forming unit is provided with a supply servo hydraulic cylinder connected to a process control host, and the rotation center of the swing arm is moved in the Z-axis direction parallel to the spindle by the supply servo hydraulic cylinder. The contour shape of the rotating roller close to the pipe blank is set to an obtuse-shaped folded edge (31), the folded corner part of which is set to correspond to the round corner (32) that transitions into the cylinder opening of the sealing head (15), The rotational speed, swing angle of the rotating roller and the output of the feeding servo hydraulic cylinder can be adjusted according to the CNC programming of the process control host. The rotational molding method of the high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container is carried out using high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container rotational molding equipment, and the aluminum alloy inner container with a diameter larger than 412mm is manufactured, and the forming and surface properties of the sealing head are excellent. This makes it convenient to wind, saves carbon fiber costs and increases cylinder capacity.
Description
본 발명은 금속 제품 가공 성형 장비에 관한 것으로, 특히 직경이 φ412mm보다 큰 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 장치 및 그의 성형 방법에 관한 것이며, 메카트로닉스 응용 분야에 속한다.The present invention relates to metal product processing and forming equipment, especially to a rotary rolling forming device and a forming method for a high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container with a diameter larger than ϕ412mm, and belongs to the field of mechatronics applications.
청정 에너지 응용의 중요성과 보급화에 따라, 수소 압축 저장의 핵심 부품(즉, 고압 저장 실린더)에는 주로 금속 강철 용기와 복합 재료 용기 두 가지 유형이 있다. 금속 강철 용기는 무게가 크고 단위 무게당 수소 저장 밀도가 작아 연료 전지 자동차에서의 응용이 제한된다. 연료 전지 전기 자동차의 발전에 따라, 차량용 수소 저장 시스템의 질량 및 부피별 수소 저장 밀도에 대한 요구도 매우 높아졌다(어느 한 국가의 에너지부 목표 요구는 6Wt％H2/m3 및 60kg H2/m3이다). 그러나 복합 재료 고압 용기는 가볍고, 구조 효율이 높고, 신뢰성이 높으며, 파괴 시 살상력을 갖는 파편이 생성되지 않는 등 많은 장점이 있으며, 동일한 규격 및 압력 등급의 복합 재료 알루미늄 내부 용기 용기는 금속 강철 용기에 비해 약 40%~60%의 중량 감소를 실현할 수 있고, 고작업 압력을 실현할 수 있어 연료 전지 자동차의 고압 수소 저장 시스템에 매우 적합하다.According to the importance and diffusion of clean energy applications, the key components of hydrogen compressed storage (i.e. high-pressure storage cylinders) mainly have two types: metal steel containers and composite material containers. Metal steel containers have a large weight and low hydrogen storage density per unit weight, limiting their application in fuel cell vehicles. With the development of fuel cell electric vehicles, the requirements for hydrogen storage density by mass and volume of vehicle hydrogen storage systems have also become very high (the target requirements of the Ministry of Energy in one country are 6Wt%H 2 /m 3 and 60 kg H 2 /m 3 ). However, composite material high-pressure containers have many advantages, such as light weight, high structural efficiency, high reliability, and no fragments with lethal force are generated when destroyed. Composite aluminum inner container containers of the same specifications and pressure ratings are superior to metal steel containers. Compared to this, it can achieve a weight reduction of about 40% to 60% and achieve high working pressure, making it very suitable for the high-pressure hydrogen storage system of fuel cell vehicles.
고압 복합 재료 수소 저장 실린더의 내부 용기는 알루미늄 합금 재료를 사용하여 밀폐 및 스트레스 효과를 발휘하며, 알루미늄 합금 내부 용기 제조의 핵심은 밀봉 헤드의 회전 압연 성형 기술이다. 현재 시중에서 판매하는 통상적인 회전 압연 장비의 구경은 267~412mm 범위 내에 있으며, 412mm 이하의 직경을 갖는 알루미늄 내부 용기를 제작할 수 있다. 그러나 동일한 길이의 차량 공간 내에서 가스 실린더 용량을 늘리려면 알루미늄 내부 용기의 직경을 늘려야 한다. 현존하는 대형 직경 파이프형 회전 압연 장비는 주로 긴 파이프형 강철 재질의 트레일러 컨테이너를 제작하는 데 사용되는 바, 알루미늄 내부 용기의 성형 요구 사항을 충족시키지 못한다. 또한, 알루미늄 파이프의 직경이 커지면 밀봉 헤드의 회전 압연 성형 과정에서 불안정하고 주름이 생기거나, 심지어는 성형 실패로 이어질 수도 있으며, 당연히 어려움도 동반하여 증가된다.The inner container of the high-pressure composite hydrogen storage cylinder uses aluminum alloy material to achieve sealing and stress effect, and the key to manufacturing the aluminum alloy inner container is the rotary rolling forming technology of the sealing head. The diameter of typical rotary rolling equipment currently available on the market is within the range of 267 to 412 mm, and aluminum inner containers with a diameter of 412 mm or less can be manufactured. However, to increase the gas cylinder capacity within the same length of vehicle space, the diameter of the aluminum inner container must be increased. Existing large-diameter pipe rotary rolling equipment is mainly used to produce long pipe-type steel trailer containers, and cannot meet the forming requirements of aluminum inner containers. In addition, as the diameter of the aluminum pipe increases, it may become unstable and wrinkled during the rotary rolling forming process of the sealing head, or may even lead to forming failure, which naturally increases the difficulty.
현존하는 회전 압연 장비 기술의 불일치성을 구체적으로 분석하면 다음과 같다. 첫째, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비는 길이가 6.5m보다 큰 긴 강철 파이프를 가공하기 위해 설계되었다. 그러나 알루미늄 내부 용기의 길이는 약 2m 정도에 불과하므로, 장비의 꼬리 받침대를 사용할 수 없다. 알루미늄 파이프는 전단의 클램프만을 통해 홀딩되며, 이러한 홀딩 방식은 꼬리부분에 대한 지지 및 동심 위치 결정이 결여된다. 이로 인해 알루미늄 파이프의 회전 중 흔들림이 크게 발생하며, 심할 경우 5~13mm까지도 발생할 수 있다. 이는 밀봉 헤드의 과도부분에 압흔이나 돌기를 발생시킬 수 있고, 이로 인해 성형 후 알루미늄 내부 용기의 스트레스 횟수가 심하게 감소하여 가스 실린더 스트레스 실험 기준 요구 사항을 충족시키지 못할 수 있다.A detailed analysis of the inconsistencies in existing rotary rolling equipment technology is as follows. First, the long pipe-type steel gas cylinder rotary rolling equipment is designed to process long steel pipes with a length greater than 6.5 m. However, the length of the aluminum inner container is only about 2 m, so the equipment's tail stand cannot be used. Aluminum pipes are held only by clamps at the front end, and this holding method lacks support and concentric positioning for the tail. This causes significant shaking during the rotation of the aluminum pipe, and in severe cases, it can occur up to 5 to 13 mm. This may cause indentations or protrusions in the transient part of the sealing head, which may result in a severe decrease in the number of stresses in the aluminum inner container after forming, which may not meet the requirements of the gas cylinder stress test standard.
둘째, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비는 약 130mm의 대구경 실린더 입구를 회전 압축하는 데 사용된다. 그러나 알루미늄 내부 용기의 입구 직경은 작으며, 약 85mm 정도에 불과하다. 전통적인 회전 압연 장비의 스윙 암 회전 중심의 편심은 이미 극한 위치까지 도달했으며, 입구 직경을 줄이려면 장비의 스윙 암 각도를 증가시켜야 하는데 이 경우 실린더 입구가 심한 원뿔 모양이 될 수 있으며, 또한 실린더 입구의 내부 구멍이 부실하여 합격된 실린더 입구 나사산을 가공해낼 수 없다.Second, the gas cylinder rotary rolling equipment made of long pipe-shaped steel is used to rotary compress the large diameter cylinder inlet of about 130mm. However, the inlet diameter of the aluminum inner container is small, only about 85 mm. The eccentricity of the rotation center of the swing arm of traditional rotary rolling equipment has already reached its extreme position. To reduce the inlet diameter, the swing arm angle of the equipment must be increased, in which case the cylinder inlet may become severely conical, and also the inlet of the cylinder may have a severe cone shape. The internal hole is poor, so the accepted cylinder inlet thread cannot be machined.
셋째, 알루미늄 파이프의 직경이 커지면 회전 압연 과정에서 불안정하고 주름이 발생되어 성형이 실패할 확률이 높아지는 바, 적절한 회전 압연 패스(pass), 스핀들 회전 속도, 공급량 및 스윙 암 속도를 선택하는 것이 관건이다.Third, as the diameter of the aluminum pipe increases, instability and wrinkles occur during the rotary rolling process, which increases the probability of molding failure. The key is to select the appropriate rotary rolling pass, spindle rotation speed, feed amount, and swing arm speed. .
마지막으로, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비에서 일반적으로 제작되는 밀봉 헤드의 모양은 반구 모양인데, 알루미늄 내부 용기는 이를 전체적으로 와인딩하는 섬유 재료가 필요하므로, 반구 모양 밀봉 헤드를 와인딩할 때 실을 거는(hanging) 과정이 어렵고 실이 미끄러지는 등 문제가 발생하여 탄소섬유의 낭비를 일으키며, 동일한 길이 대비 가스 실린더 용량이 축소되어 제품의 시장 경쟁력이 부족해지는 등 문제점이 존재한다.Lastly, the shape of the sealing head commonly produced in gas cylinder rotary rolling equipment made of long pipe-shaped steel is hemispherical, but the aluminum inner container requires a fiber material to wind it as a whole, so when winding the hemispherical sealing head The hanging process is difficult and problems such as slipping of the thread occur, causing waste of carbon fiber, and the gas cylinder capacity is reduced compared to the same length, resulting in a lack of market competitiveness of the product.
본 발명은 현존하는 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비를 사용하여 직경이 φ412mm보다 큰 알루미늄 내부 용기 회전 압연 성형을 수행하는 경우에 발생하는 문제를 해결하기 위한 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container to solve problems that arise when performing rotary rolling forming of an aluminum inner container with a diameter larger than ϕ412 mm using existing long pipe-type steel gas cylinder rotary rolling equipment. The purpose is to provide a rotational rolling forming device and method.
본 발명의 상술한 일 목적을 달성하기 위한 기술방안은, 공정 제어 호스트, 구동되어 회전되는 스핀들, 제어를 통해 개폐되고 스핀들과 연결되어 동기화되어 회전하는 클로 유닛, 및 파이프 블랭크에 작용하는 성형 유닛을 포함하고, 성형 유닛은 스윙 암 및 그 단부에 연결된 회전 롤러로 구성되고, 상기 회전 롤러는 구동에 의해 스윙 암의 회전 중심을 따라 아래로 회전하여 파이프 블랭크의 외벽을 압착하는 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 장치에 있어서, 상기 성형 유닛에는 공정 제어 호스트와 연결된 공급 서보 유압 실린더가 설치되어 있고, 상기 스윙 암의 회전 중심은 공급 서보 유압 실린더의 구동에 의해 Z 축 방향과 평행하는 방향으로 이동하고, 상기 회전 롤러의 파이프 블랭크에 가까이 위치한 윤곽 형상은 둔각 형상의 접힌 가장자리로 설정되고, 접힌 모서리 부분은 밀봉 헤드의 실린더 개구부로 과도되는 라운드 코너에 대응되도록 설정되되, 상기 스핀들의 회전 속도, 회전 롤러의 스윙 각도 및 공급 서보 유압 실린더의 출력은 공정 제어 호스트의 CNC 프로그래밍에 따라 조정될 수 있다.A technical solution for achieving the above-described object of the present invention includes a process control host, a spindle that is driven and rotated, a claw unit that opens and closes through control and is connected to the spindle and rotates in synchronization, and a forming unit that acts on the pipe blank. The forming unit is composed of a swing arm and a rotating roller connected to an end thereof, wherein the rotating roller rotates downward along the rotation center of the swing arm by driving and presses the outer wall of the pipe blank inside the high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum. In the rotary rolling forming device for containers, the forming unit is equipped with a supply servo hydraulic cylinder connected to a process control host, and the rotation center of the swing arm is rotated in a direction parallel to the Z-axis direction by driving the supply servo hydraulic cylinder. Moving, the contour shape located close to the pipe blank of the rotating roller is set to a folded edge of an obtuse shape, and the folded corner part is set to correspond to a round corner that passes into the cylinder opening of the sealing head, wherein the rotational speed of the spindle, The swing angle of the rotating roller and the output of the supply servo hydraulic cylinder can be adjusted according to the CNC programming of the process control host.
진일보로, 상기 회전 롤러의 스윙 각도는 스윙 암 구동에 따라 자체 중심축이 변화하는 각도 범위이다.Furthermore, the swing angle of the rotating roller is the angle range in which its central axis changes according to the swing arm drive.
진일보로, 상기 둔각 형상의 접힌 가장지리는 회전 롤러의 원주 방향으로 일치하다.Furthermore, the folded edge of the obtuse shape coincides with the circumferential direction of the rotating roller.
진일보로, 상기 클로 유닛은 원주 방향으로 균일하게 분포된 세 개 이상의 클로 및 이들의 신축 오일 실린더를 포함하며, 모든 클로의 내벽 호도는 닫힌 상태에서 파이프 블랭크의 외벽과 일치한 것을 만족한다.Furthermore, the claw unit includes three or more claws uniformly distributed in the circumferential direction and their telescopic oil cylinders, and the inner wall angles of all claws are satisfied with the outer wall of the pipe blank in the closed state.
더 진일보로, 상기 클로의 축 방향 길이는 파이프 블랭크의 축 방향 길이의 3 분의 1보다 크게 설정된다.Furthermore, the axial length of the claw is set to be greater than one-third of the axial length of the pipe blank.
본 발명의 상술한 다른 목적을 달성하기 위한 기술방안은 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 방법인데, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비를 개조하여 구현하며,A technical solution for achieving the above-described other objects of the present invention is a method of rotary rolling forming of an aluminum inner container of a high-pressure hydrogen gas cylinder, which is implemented by modifying a gas cylinder rotary rolling equipment made of long pipe-type steel,
S1, 스핀들 방향으로 회전 압연 장비의 클로를 증장시켜, 클로로써 끌어 잡아 클램핑한 파이프 블랭크의 회동이 평온하게 진행되게 하되, 축 방향 흔들림이 1mm 미만이 되도록 하며, 파이프 블랭크의 외경 및 필요한 실린더 개구부 직경에 따라 회전 롤러의 크기 및 윤곽 형상을 조정하고, 둔각 형상의 접힌 가장자리와 실린더 개구부 과도 구간 R 각도에 대응하는 라운드 코너를 설정하는 장비 개조 단계; S1, extend the claws of the rotary rolling equipment in the direction of the spindle, so that the rotation of the pipe blank pulled and clamped by the claws proceeds smoothly, and the axial runout is less than 1 mm, and the outer diameter of the pipe blank and the required cylinder opening diameter are ensured. Equipment modification steps to adjust the size and contour shape of the rotating roller accordingly, and to set the folded edge of obtuse shape and the round corner corresponding to the R angle of the cylinder opening transition section;
S2, 파이프 블랭크를 스핀들에 장착하고, 클로가 파이프 블랭크의 가운데 부분과 꼬리 부분을 끌어잡아 클랭핑하며, 성형 유닛의 회전 롤러 간격이 파이프 블랭크의 외벽과 맞춰지고 회전 롤러의 중심축이 스핀들과 평행하도록 조정하는, 성형 준비 단계; S2, the pipe blank is mounted on the spindle, the claw pulls and clamps the middle part and tail part of the pipe blank, the spacing of the rotating roller of the forming unit is aligned with the outer wall of the pipe blank, and the central axis of the rotating roller is parallel to the spindle. A molding preparation step that adjusts to do so;
S3, 스핀들, 공급 서보 유압 실린더, 스윙 암에 대향한 10 패스 이상의 회전 압연 공정 파라미터 설정을 포함하되, 상기 스핀들은 균일한 속도의 회전을 유지하고, 상기 공급 서보 유압 실린더는 점차적으로 추진되는 패스에 따라 스윙 암 회전 중심의 공급량을 증감시키고, 상기 스윙 암은 회전 롤러를 동작시키되, 점차적으로 추진되는 패스의 회동에 따라 상기 회전 롤러의 스윙 각도가 기설정된 각도 상한에 도달할 때까지 점차적으로 커지며, 마지막 패스의 출력 제어가 완료되면 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 밀봉 헤드 및 실린더 개구부의 성형이 완료되는, 장비의 공정 제어 호스트를 통하여 CNC 프로그래밍을 수행하는 단계;를 포함한다.S3, spindle, supply servo-hydraulic cylinder, rotational rolling process parameter setting of more than 10 passes against the swing arm, wherein the spindle maintains rotation at a uniform speed, and the supply servo-hydraulic cylinder is gradually driven in a pass. Accordingly, the supply amount of the rotation center of the swing arm is increased or decreased, and the swing arm operates a rotating roller, but as the rotation of the path is gradually promoted, the swing angle of the rotating roller gradually increases until it reaches a preset upper angle limit, and performing CNC programming through the process control host of the equipment, wherein once output control of the last pass is completed, forming of the sealing head and cylinder opening of the gas cylinder aluminum inner container is completed.
진일보로, S3 단계에서는 공급 서보 유압 실린더의 공급 속도를 감소시키고 스핀들의 회전 속도를 높여, 파이프 블랭크의 밀봉 헤드 성형의 공급 비율을 조절한다.Furthermore, in the S3 stage, the feeding speed of the feeding servo hydraulic cylinder is reduced and the rotation speed of the spindle is increased to adjust the feeding rate of the sealing head forming of the pipe blank.
진일보로, S3 단계에서는 공급 서보 유압 실린더의 Z축 방향 상의 공급량을 조절하여 디스크 모양의 밀봉 헤드를 성형한다.Furthermore, in step S3, a disk-shaped sealing head is formed by controlling the supply amount in the Z-axis direction of the supply servo hydraulic cylinder.
진일보로, S2와 S3 사이에, 가열 총을 적용하여 파이프 블랭크의 가공 예정 밀봉 헤드 및 그 과도 구간을 승온시켜 연화 처리하는 단계를 더 포함한다.Furthermore, between S2 and S3, a step of applying a heating gun to raise the temperature of the sealing head to be processed and its transition section of the pipe blank to soften it is further included.
본 발명의 개선된 회전 압연 성형 방법을 적용하면, 현저한 실질적 특징과 뚜렷한 진보성을 갖추게 된다:Applying the improved rotary rolling forming method of the present invention has significant practical features and significant inventive step:
본 방안은 클램프의 길이 규격과 회전 롤러의 외형 윤곽을 재설계하여, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비에서 직경이 412mm 보다 큰 알루미늄 합금 내부 용기의 제작을 실현하였으며, 알루미늄 파이프 회전 압연 제작 과정에서 흔들림이 크고 쉽게 변형되며 원뿔형 실린더 개구부가 발생되는 문제를 해결하며, 제품의 과도 구간에 압흔 및 돌기가 발생하지 않는 표면 특성을 향상시키고, 제품이 스트레스 실험의 표준에 도달하도록 한다; 또한, 회전 압연 패스 방법을 설계함으로써, 스핀들 회전 속도와 회전 롤러의 이동 파라미터를 합리적으로 제공하여 합격된 회전 압연 성형 알루미늄 내부 용기를 제작하고, 동시에 회전 롤러와 파이프 블랭크 접촉점의 궤적을 최적화하여 디스크형 밀봉 헤드를 성형함으로써, 복합 가스 실린더의 후속 와인딩 공정의 정상적인 수행 및 탄소 섬유 사용 비용을 절감에 유리하며, 제한된 실린더 길이에서 가스 실린더의 용량을 증가시킨다.This method redesigned the length standard of the clamp and the external outline of the rotary roller to realize the production of an aluminum alloy inner container with a diameter larger than 412 mm in a long pipe-type steel gas cylinder rotary rolling equipment, and the production of aluminum alloy pipe rotary rolling. In the process, it solves the problem of large shaking, easy deformation, and conical cylinder openings, improves the surface characteristics of the product without indentations and protrusions in the transition section, and ensures that the product reaches the standard of stress testing; In addition, by designing the rotary rolling pass method, the spindle rotation speed and movement parameters of the rotary roller are reasonably provided to produce a passed rotary rolling formed aluminum inner container, and at the same time, the trajectory of the contact point between the rotary roller and the pipe blank is optimized to form a disk shape. By molding the sealing head, it is advantageous for the normal performance of the subsequent winding process of the composite gas cylinder and reducing the cost of using carbon fiber, and increases the capacity of the gas cylinder in limited cylinder length.
도 1은 본 발명의 회전 압연 성형으로 제작된 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 축 단면 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 회전 압연 성형 장치의 국부 주요 부품의 축 단면 구조 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치 중 클램프 유닛의 다른 시각으로 본 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 장치 중 회전 롤러가 서로 다른 패스에 따라 수행하는 이동 궤적 개략도이다.
도 5는 도 4의 A 부분 공급량의 세부적인 확대 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram of the axial cross-sectional structure of an aluminum inner container of a high-pressure hydrogen gas cylinder manufactured by rotational rolling molding of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of the axial cross-sectional structure of the main local parts of the rotational rolling forming device of the present invention.
Figure 3 is a schematic view of the clamp unit of the device shown in Figure 2 from another perspective.
FIG. 4 is a schematic diagram of movement trajectories performed by rotating rollers in the device shown in FIG. 2 along different paths.
Figure 5 is a detailed enlarged schematic diagram of the supply amount of part A of Figure 4.
이하, 본 발명의 구체적인 구현 방법에 대해 실시 예와 함께 도면을 참조하여 더 자세히 설명하여, 본 발명의 기술방안을 보다 쉽게 이해하고 파악하여 본 발명의 보호 범위를 더욱 명확하게 정의할 수 있도록 한다.Hereinafter, specific implementation methods of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings along with embodiments, so that the technical solution of the present invention can be more easily understood and grasped and the scope of protection of the present invention can be more clearly defined.
본 발명의 개발자는 기존의 압축 수소의 핵심 부품인 고압 저장 가스 실린더의 요구 사항 및 적용에 수요되는 기술 파라미터 조정 요구사항에 대응하여, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더의 회전 압연 장비의 가공에 사용될 수 있는 기존의 회전 압연 장비를 기반으로 일부 구성 요소의 구조를 최적화하여 φ 412mm 이상의 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 장치 및 성형 방법을 제안한다. 이러한 장치는 φ412mm ~ 610mm의 대직경 알루미늄 파이프 회전 압연 성형에 적용될 수 있으며, 성형 후 과도 구간, 밀봉 헤드의 표면 외형 및 실린더 입구의 성형 상태를 크게 개선하여 이어지는 기타 가공 작업을 수행하기 적합하게 하며, 더 높은 가스 저장 성능을 얻을 수 있다.The developer of the present invention responded to the requirements of high-pressure storage gas cylinders, which are key components of existing compressed hydrogen, and the requirements for adjusting technical parameters required for application, to be used in the processing of rotary rolling equipment for gas cylinders made of long pipe-type steel. Based on the existing rotary rolling equipment that can be used, we propose a rotary rolling device and forming method for a high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container of ϕ 412 mm or more by optimizing the structure of some components. These devices can be applied to the rotary rolling forming of large diameter aluminum pipes of ϕ412mm to 610mm, greatly improving the forming condition of the transition section, the surface appearance of the sealing head and the cylinder inlet after forming, making it suitable for performing other subsequent processing operations; Higher gas storage performance can be achieved.
도 1은 본 발명의 회전 압연 성형을 통해 제작된 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 축 단면 구조 개략도를 도시한다. 일반적으로 이러한 알루미늄 내부 용기는 외부에 다양한 섬유 제품을 와인딩하여 병체의 폭발 견딤 강도를 높이는 것이 수요된다. 그러나 이는 본 발명이 보호하고자 하는 제조 범위에 속하지 않으므로 생략하고, 알루미늄 내부 용기 성형의 외형 상태만이 후속 와인딩 복합 작업에 어느 정도 영향을 미친다. 도면에서 볼 수 있듯이, 당해 알루미늄 내부 용기(1)는 축 방향에 따른 각 위치에서 직경이 동일한 원통형 탱크로 구성되어 있으며, 양 단에는 작업자가 조립, 연결 및 밀폐 또는 병체 내부 고압 가스 충전을 용이하게 수행하기 위하여 외경이 크게 내부 축소되는 밀봉 헤드(15)와 실린더 입구가 형성되어 있다. 여기서 밀봉 헤드(15)와 본체의 병체 사이에는 표면이 라운드진 과도 구간(14)이 형성되어 있으며, 그림에서 볼 수 있듯이, 당해 과도 구간이 만곡 변화가 있기 시작하면서 병체 벽 두께가 밀봉 헤드(15)에 이르기까지 점차적으로 커진다. 양 단의 외형 구조가 기본적으로 대칭이므로, 아래의 설명은 일 단만을 예로 들어 설명하되; 실제 성형 공정에서는 먼저 헤드(13)로 가정한 일 단을 완성한 다음 파이프 블랭크(11)의 방향을 바꾸어 동일한 방식으로 꼬리(12)로 가정한 타단을 완성하면 되며, 이 때 머리와 꼬리 부분은 서로 교환 가능하고, 구체적인 성형 공정은 아래에서 자세히 설명한다.Figure 1 shows a schematic diagram of the axial cross-sectional structure of an aluminum inner container of a high-pressure hydrogen gas cylinder manufactured through rotational rolling molding of the present invention. In general, these aluminum inner containers are required to have various fiber products wound on the outside to increase the explosion resistance of the bottle. However, this is omitted because it does not fall within the manufacturing scope that the present invention seeks to protect, and only the external state of the aluminum inner container molding has some influence on the subsequent winding composite operation. As can be seen in the drawing, the aluminum inner container (1) is composed of a cylindrical tank with the same diameter at each position along the axial direction, and has both ends that allow workers to easily assemble, connect and seal, or fill the high-pressure gas inside the bottle. In order to perform this, a sealing head 15 and a cylinder inlet whose outer diameter is greatly reduced are formed. Here, a transitional section 14 with a rounded surface is formed between the sealing head 15 and the bottle of the main body. As can be seen in the figure, as the transitional section begins to change in curvature, the bottle wall thickness increases with the sealing head (15). ) gradually increases. Since the external structure of both ends is basically symmetrical, the explanation below takes only one end as an example; In the actual molding process, first complete one end assumed to be the head 13, then change the direction of the pipe blank 11 and complete the other end assumed to be the tail 12 in the same manner. At this time, the head and tail parts are connected to each other. It is interchangeable, and the specific molding process is described in detail below.
당해 회전 압연 성형 장치에 대하여 구조적 특징을 간략하게 설명하면, 공정 제어 호스트, 구동되어 회전되는 스핀들, 제어를 통해 개폐되고 스핀들과 동기화되어 회전하는 클로 유닛, 및 파이프 블랭크에 작용하는 성형 유닛 등 몇 가지 주요 부분으로 구성되는 것이다. 여기서 공정 제어 호스트와 스핀들은 모두 기존 장비의 원래 기능 단위를 계승하고, 당해 장비는 상대적으로 크기 때문에 관련 도면은 생략되었으며, 장비 개조를 위한 본 발명의 중요 부분만 강조하여 도시하였다. 도 2와 같이, 성형 유닛은 스윙 암 및 그 끝부분에 연결된 회전 롤러(3)로 구성된다. 당해 회전 롤러(3)는 구동에 의해 스윙 암의 회전 중심을 따라 아래로 회전하여 파이프 블랭크(11)의 외벽을 압착한다. 주요 개선 특징으로는, 당해 성형 유닛에 공정 제어 호스트와 연결된 공급 서보 유압 실린더가 설치되어 있고, 스윙 암의 회전 중심은 공급 서보 유압 실린더의 제어에 의해 스핀들에 평행한 Z 축 방향으로 구동 가능하게 이동하며, 회전 롤러(3)의 파이프 블랭크에 가까이 위치한 윤곽 형상은 둔각 형상의 접힌 가장자리(31)로 설정되고, 접힌 모서리 부분은 밀봉 헤드에 대응하여 실린더 개구부로 과도되는 라운드 코너(32)로 설정되되, 여기서 스핀들(J)의 회전 속도, 회전 롤러의 스윙 각도, 및 공급 서보 유압 실린더가 포함하는 공급 속도 및 공급 양의 출력은 공정 제어 호스트의 CNC 프로그래밍에 따라 조정될 수 있는 것이다.Briefly explaining the structural features of this rotational rolling forming device, there are several components, such as a process control host, a spindle that is driven and rotated, a claw unit that opens and closes under control and rotates in synchronization with the spindle, and a forming unit that acts on the pipe blank. It consists of main parts. Here, both the process control host and the spindle inherit the original functional units of the existing equipment, and since the equipment is relatively large, related drawings are omitted and only important parts of the present invention for equipment modification are emphasized. As shown in Figure 2, the forming unit consists of a swing arm and a rotating roller 3 connected to its end. The rotating roller 3 is driven to rotate downward along the rotation center of the swing arm and presses the outer wall of the pipe blank 11. The main improvement feature is that the molding unit is equipped with a supply servo-hydraulic cylinder connected to the process control host, and the rotation center of the swing arm can be drivably moved in the Z-axis direction parallel to the spindle under the control of the supply servo-hydraulic cylinder. The contour shape located close to the pipe blank of the rotating roller (3) is set as an obtuse-shaped folded edge (31), and the folded corner portion is set as a round corner (32) that transitions into the cylinder opening corresponding to the sealing head. , where the rotational speed of the spindle (J), the swing angle of the rotating roller, and the output of the feed speed and feed amount included by the feed servo hydraulic cylinder can be adjusted according to CNC programming of the process control host.
다시 말하면, 당해 회전 압연 성형 장치의 구조적 개진은 파이프 블랭크 회전 압연 성형 공정 요구에 따라 두 가지 측면에서 주로 나타난다: 첫째, 파이프 블랭크의 축 방향 안정성을 보장하여, 흔들림의 증가에 의해 성형에 주름 및 오차가 증가되는 것을 방지하여야 한다. 이를 위해, 회전 롤러에 압력을 가하기 전후의 파이프 블랭크와 스핀들의 축 방향 안정성을 유지하도록, 파이프 블랭크의 클램핑 효과를 더욱 향상시켜야 한다. 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 길이가 원래의 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더의 3 분의 1로 줄어들었기 때문에, 기존의 장비가 스핀들 방향의 3 포인트 위치에서의 클램핑은 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 성형 가공 중에서 축 방향 길이에서의 단일 점 위치 클램핑으로 변경해야 한다. 이상적인 클램핑 효과를 얻기 위해 클로 유닛을 개선해야 한다. 도 2와 같이, 클로 유닛(2)의 축 방향 길이는 파이프 블랭크의 축 방향 길이의 3 분의 1보다 크게 설정되어야 한다. 즉, 클로 유닛은 면적이 크고 알루미늄 내부 용기의 가운데 부분 및 꼬리부분을 더 잘 끌어잡을 수 있어야 한다. 또한, 회전 압연 후 알루미늄 내부 용기의 밀봉 헤드와 실린더 개구부의 외형을 제어하여, 원뿔체의 발생 또는 직접적인 닫힘이 발생하지 않도록 하여야 한다. 이를 위해 회전 압연 성형의 중요 부분(즉, 회전 롤러)의 윤곽선이 최적화되도록 설계하고, 장비의 스윙 암 중심 위치 제한 문제를 보완하기 위하여, 재설계된 둔각 형상의 접힌 가장자리 및 라운드 코너는, 스윙 암이 90° 미만의 특정한 스윙각 상한에 위치 시 파이프 블랭크의 외벽이 스핀들의 실린더 개구부(원뿔체가 아님)와 평행을 이룰 수 있게 하여야 하며, 또한, 실린더 개구부 내경의 분포도 합리적인 범위 내에 있게 하여야 한다.In other words, the structural improvement of the rotary rolling forming equipment mainly appears in two aspects according to the requirements of the pipe blank rotary rolling forming process: first, to ensure the axial stability of the pipe blank, which will cause wrinkles and errors in the forming due to the increase in shaking; must be prevented from increasing. To this end, the clamping effect of the pipe blank must be further improved to maintain the axial stability of the pipe blank and spindle before and after applying pressure to the rotating roller. Because the length of the hydrogen gas cylinder aluminum inner container is reduced to one-third of the original long pipe-type steel gas cylinder, the existing equipment clamping at three point positions in the spindle direction is limited to the length of the hydrogen gas cylinder aluminum inner container. During forming processing, a change must be made to single-point position clamping along the axial length. The claw unit needs to be improved to achieve the ideal clamping effect. As shown in Figure 2, the axial length of the claw unit 2 should be set larger than one-third of the axial length of the pipe blank. In other words, the claw unit must have a large area and be better able to grip the center and tail of the aluminum inner container. In addition, after rotary rolling, the outer shape of the sealing head and cylinder opening of the aluminum inner container must be controlled to prevent the formation of a cone or direct closure. For this purpose, the outline of the important part of rotational rolling forming (i.e., rotational roller) is designed to be optimized, and in order to compensate for the problem of limiting the center position of the swing arm of the equipment, the folded edges and round corners of the redesigned obtuse shape are designed so that the swing arm is When positioned at the upper limit of a specific swing angle of less than 90°, the outer wall of the pipe blank must be parallel to the cylinder opening (not a cone) of the spindle, and the distribution of the inner diameter of the cylinder opening must also be within a reasonable range.
세부적인 특징에 대해 설명하자면, 상술한 회전 롤러의 스윙 각도는 스윙 암 구동에 따라 자체 중심축(K)이 변화하는 각도 범위이다. 다만, 회전 롤러는 파이프 블랭크와 함께 패시브하게 회전하므로, 설정된 둔각 형상의 접힌 가장자리는 회전 롤러의 원주 방향으로 일치하며, 따라서 밀봉 헤드는 성형 과정에서 외형 윤곽이 일정하게 유지된다.To explain the detailed features, the swing angle of the above-mentioned rotating roller is the angle range in which its central axis (K) changes according to the swing arm drive. However, since the rotating roller passively rotates together with the pipe blank, the folded edge of the set obtuse angle coincides with the circumferential direction of the rotating roller, and thus the external outline of the sealing head is maintained constant during the forming process.
상술한 클로 유닛은 원주 방향으로 균일하게 분포된 세 개 이상의 클로(2) 및 이들의 신축 오일 실린더(일반적인 메커니즘이므로 도면에 도시되지 않음)로 구성되며, 모든 클로(2)의 내벽 호도(radian)는 닫힌 상태에서 파이프 블랭크의 외벽과 일치한 것을 만족하여야 한다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 당해 클로의 축 방향 상의 길이는 800mm로 증가되었으며, 파이프 블랭크의 둘레 방향을 따라 다섯 개의 클로가 타일 모양으로 구현되며 파이프 블랭크를 둘러싸도록 설치된다. 클로가 신축 오일 실린더에 의해 구동되어 벌려질 때, 내경이 약 30mm 증가하면 파이프 블랭크가 클로로 원활하게 출입할 수 있다. 신축 오일 실린더에 의해 구동되어 닫혀질 때, 클로가 형성하는 내경은 파이프 블랭크의 외경과 일치하다. 이로 인해 알루미늄 파이프의 가운데 부분과 꼬리 부분이 대면적으로 끌어잡혀 클램핑되며, 노출된 부분의 파이프 블랭크는 장비의 스핀들과 동심을 이루고, 스핀들이 회전 시 노출된 부분의 파이프 블랭크가 평온하게 회전하며 흔들림이 1mm 이내로 제어되도록 하고; 동시에 부분적으로 압력의 세기가 너무 커서 파이프 블랭크가 변형되는 것을 억제하여, 알루미늄 내부 용기의 스트레스 실험이 표준에 도달할 수 있게 한다.The above-described claw unit consists of three or more claws 2 uniformly distributed in the circumferential direction and their telescopic oil cylinders (not shown in the drawing as it is a general mechanism), and the inner walls of all claws 2 are radian. must be consistent with the outer wall of the pipe blank in the closed state. As shown in Figures 2 and 3, the length of the claw in the axial direction has been increased to 800 mm, and five claws are implemented in a tile shape along the circumferential direction of the pipe blank and are installed to surround the pipe blank. When the claw is driven by the telescopic oil cylinder and opened, the inner diameter increases by approximately 30 mm, allowing the pipe blank to enter and exit the claw smoothly. When driven and closed by a telescopic oil cylinder, the inner diameter formed by the claws matches the outer diameter of the pipe blank. As a result, the center and tail portions of the aluminum pipe are pulled and clamped over a large area, and the pipe blank in the exposed portion is concentric with the spindle of the equipment, and when the spindle rotates, the pipe blank in the exposed portion rotates and shakes calmly. Ensure that this is controlled within 1mm; At the same time, it suppresses the pipe blank from being deformed because the pressure is partially too large, allowing the stress test of the aluminum inner container to reach the standard.
본 발명의 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 방법의 구현은 다음과 같은 개요적인 단계들을 포함한다: S1, 앞의 설명에 기반한 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비의 개조 단계, 구체적으로 스핀들 방향으로 회전 압연 장비의 클로를 증장시켜, 클로로 끌어잡아 클램핑한 파이프 블랭크의 회동이 평온하게 진행되게 하되, 축 방향 흔들림이 1mm 미만이 되도록 하며, 파이프 블랭크의 외경 및 필요한 실린더 개구부 직경에 따라 회전 롤러의 크기 및 윤곽 형상을 조정하고, 둔각 형상의 접힌 가장자리와 실린더 개구부 과도 구간(R) 각도에 대응하는 라운드 코너를 설정함; S2, 성형 준비 단계, 파이프 블랭크를 스핀들에 장착하고, 클로가 파이프 블랭크의 가운데 부분과 꼬리 부분을 끌어잡아 클랭핑하며, 성형 유닛의 회전 롤러 간격이 파이프 블랭크의 외벽과 맞춰지고 회전 롤러의 중심축이 스핀들과 평행하도록 조정함; S3, 장비의 공정 제어 호스트를 통하여 CNC 프로그래밍을 수행하는 단계, 스핀들, 공급 서보 유압 실린더, 스윙 암에 대향한 10 패스 이상의 회전 압연 공정 파라미터를 포함하되, 이 때 스핀들은 균일한 속도로 회전하고, 공급 서보 유압 실린더는 점차적으로 추진되는 패스에 따라 스윙 암 회전 중심의 공급량을 증감시키고, 스윙 암은 회전 롤러를 동작시키되, 점차적으로 추진되는 패스의 회동에 따라 회전 롤러의 스윙 각도가 기설정된 각도 상한에 도달할 때까지 점차적으로 커지며, 마지막 패스의 출력 제어가 완료되면, 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 밀봉 헤드 및 실린더 개구부가 성형된다. 물론, 회전 압연 성형이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여, 단계 S2와 S3 사이에는 가열 총을 적용하여 파이프 블랭크의 가공 예정 밀봉 헤드 및 그 과도 구간을 승온시켜 연화 처리하는 단계도 포함된다.The implementation of the rotary rolling forming method of the high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container of the present invention includes the following schematic steps: S1, a modification step of the gas cylinder rotary rolling equipment made of long pipe-shaped steel based on the previous description; Specifically, the claws of the rotary rolling equipment are extended in the spindle direction, so that the rotation of the pipe blank drawn and clamped by the claws proceeds smoothly, but the axial runout is ensured to be less than 1 mm, and the outer diameter of the pipe blank and the required cylinder opening diameter are ensured. Adjust the size and outline shape of the rotating roller accordingly, and set the folded edge of the obtuse shape and the round corner corresponding to the cylinder opening transition section (R) angle; S2, forming preparation stage, the pipe blank is mounted on the spindle, the claw pulls and clamps the middle part and tail part of the pipe blank, the gap between the rotating rollers in the forming unit is aligned with the outer wall of the pipe blank, and the central axis of the rotating roller Adjusted to be parallel to this spindle; S3, performing CNC programming through the process control host of the equipment, including the rotary rolling process parameters of more than 10 passes against the spindle, supply servo hydraulic cylinder, and swing arm, wherein the spindle rotates at a uniform speed; The supply servo hydraulic cylinder increases and decreases the supply amount of the rotation center of the swing arm according to the gradually propelled path, and the swing arm operates the rotating roller, and according to the rotation of the gradually promoted path, the swing angle of the rotating roller is set to the preset upper angle limit. It increases gradually until it reaches , and when the output control of the last pass is completed, the sealing head and cylinder opening of the gas cylinder aluminum inner container are molded. Of course, in order to ensure smooth rotational rolling, a step of softening the pipe blank to be processed and the sealing head to be processed is also included between steps S2 and S3 by applying a heating gun.
보다 구체적으로, 단계 S1의 장비 개조에 있어서, 회전 롤러의 둔각 형상의 접힌 가장자리가 형성하는 각도와 라운드 코너의 호도는 실제 알루미늄 내부 용기의 기설정된 크기 규격에 따라 미세적으로 조정 가공될 수 있으며, 반복적인 디버깅과 금형 수정을 통해 합리적인 규격 크기를 얻는다. 단계 S2는 장비 개조를 기반으로 구현되며, 전통적인 성형 기술의 작업 특성과 구별되지 않는다. 핵심 단계인 단계 S3에 있어서는, 이론 계산과 실험 시제작을 통해 성공적인 대관경 회전 압연의 단계 패스를 제정하고, 제정된 스핀들 회전 속도, 공급량 및 공급 속도 등 기술 파라미터로써 CNC 가공 프로그램을 작성한다.More specifically, in the equipment modification of step S1, the angle formed by the obtuse-shaped folded edge of the rotating roller and the arc of the round corner can be finely adjusted according to the preset size standard of the actual aluminum inner container, A reasonable standard size is obtained through repeated debugging and mold modification. Stage S2 is implemented on the basis of equipment modification and is indistinguishable from the operational characteristics of traditional forming technology. In step S3, which is the key step, the step pass of successful large-diameter rotary rolling is established through theoretical calculations and experimental prototypes, and a CNC machining program is created using the established technical parameters such as spindle rotation speed, feed amount, and feed rate.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 회전 압연 패스 파라미터(스핀들 회전 속도, 공급 속도, Z 축 공급량, X 축 스윙 각도를 포함)를 설계한다. 공급 속도 χ 스핀들 회전 속도 = 공급 비율, 즉 파이프 블랭크의 회전당 금속 변형량을 설정한다. 공급 비율이 크면 금속 변형량이 크기 때문에, 변형 크랙이 증가하여 성형에 불리하다. 파이프 블랭크의 직경이 커질 수록 회전 압연이 불안정하고 주름이 생겨 성형되지 않을 수 있으므로, 공급 속도를 줄이고 스핀들 회전 속도를 높여 적절한 공급 비율을 얻는다. 또한, Z 축 공급량과 X 축 스윙 각도는 각 패스의 회전 압연 금속량을 결정하며, 이 때 Z 축 공급량은 스윙 암 중심이 위치한 기준면(L)의 위치를 결정한다. 처음 시작된 패스의 X 축 스윙 각도는 비교적 작고, 이후에 점차 증가한다; Z 축 공급량은 시작 패스에서는 25mm 이내로 제어하고, 이후 각 패스의 공급량을 15mm 이내로 제어하면 합격된 가스 실린더 밀봉 헤드를 성공적으로 회전 압연 성형해낼 수 있다.Design the rotary rolling pass parameters (including spindle rotation speed, feed speed, Z-axis feed amount, and X-axis swing angle) as shown in Figures 4 and 5. Feed speed χ Spindle rotation speed = feed rate, that is, sets the amount of metal deformation per rotation of the pipe blank. When the supply ratio is large, the amount of metal deformation is large, so deformation cracks increase, which is disadvantageous for forming. As the diameter of the pipe blank increases, rotational rolling becomes unstable and wrinkles may occur and may not be formed, so reduce the feeding speed and increase the spindle rotation speed to obtain an appropriate feeding ratio. In addition, the Z-axis supply amount and the The X-axis swing angle of the first starting pass is relatively small, and then gradually increases; If the Z-axis supply amount is controlled to within 25 mm in the starting pass and the supply amount of each subsequent pass is controlled to within 15 mm, the passed gas cylinder sealing head can be successfully rotationally rolled.
또한, 만약 디스크형 밀봉 헤드로 개선하여 형성하려면, 회전 롤러 윤곽을 X 축의 서로 다른 스윙 각도로 얻고자 하는 밀봉 헤드 곡선상에 피팅시키는 방법을 통해, 서로 다른 스윙 암의 서로 다른 X 각 값에 대응하는 Z 축 변화 값을 얻고 밀봉 헤드의 곡선 회전 압연 노드를 얻어, 디스크형 궤적 CNC 프로그램을 작성한다.In addition, if an improved disk-type sealing head is to be formed, the rotating roller contour must be fitted to the desired sealing head curve at different swing angles of the Write a disk-shaped trajectory CNC program to obtain the Z-axis change value and obtain the curved rotation rolling node of the sealing head.
본 발명의 회전 압연 성형 기술에 대하여, 직경 538mm, 두께 7.5mm, 길이 2070mm, 용량 385L의 디스크형 밀봉 헤드 알루미늄 내부 용기의 제작을 예로 들면:Regarding the rotational rolling forming technology of the present invention, take as an example the production of a disc-shaped sealing head aluminum inner container with a diameter of 538 mm, a thickness of 7.5 mm, a length of 2070 mm, and a capacity of 385 L:
단계 1 : 설계된 538 클로를 사용하여 알루미늄 합금 파이프 블랭크를 클램프하고, 알루미늄 파이프는 클로에 의해 스핀들과 동심으로 끌어잡으며, 꼬리 부분도 클로에 의해 효과적으로 지지되되, 알루미늄 파이프 회전 흔들림＜1mm이고; 회전 롤러와 알루미늄 파이프 직통 구간 간격을 0.5mm로 조정하여, 회전 롤러가 0°에서 각도를 형성하도록 스윙할 때, 과도 구간 부분에서 병체와 밀봉 헤드의 원활하고 매끄러운 과도를 실현하고 돌기와 압흔이 없도록 한다.Step 1: Use the designed 538 claw to clamp the aluminum alloy pipe blank, the aluminum pipe is pulled concentrically with the spindle by the claw, the tail part is also effectively supported by the claw, and the aluminum pipe rotational swing is <1mm; By adjusting the gap between the rotating roller and the aluminum pipe direct section to 0.5mm, when the rotating roller swings to form an angle at 0°, a smooth and smooth transition between the bottle body and the sealing head is achieved in the transition section and there are no protrusions or indentations. .
단계 2 : 클램프된 알루미늄 파이프 블랭크의 외부 노출 구간을 천연 가스/산소 가열총으로 가열하여 온도를 380~420°C가 되게 한다.Step 2: Heat the externally exposed section of the clamped aluminum pipe blank with a natural gas/oxygen heat gun to reach a temperature of 380-420°C.
단계 3 : 스핀들이 클로를 동작시키고, 클로가 알루미늄 파이프를 동작시켜 회전시키되, 회전 속도는 700rpm이며; 동시에, 회전 롤러는 미리 작성된 공급 속도, Z 축 공급량, X 축 스윙 각도 및 윤곽 궤적의 CNC 가공 프로그램에 따라, 15 패스로 나누어 회전 롤러 공급 및 스윙을 완료하여, 밀봉 헤드를 성형하고 원하는 실린더 개구부를 회전 압연해낸다.Step 3: The spindle operates the claw, and the claw operates the aluminum pipe to rotate, the rotation speed is 700rpm; At the same time, the rotating roller is divided into 15 passes according to the CNC machining program of pre-written feeding speed, Z-axis feeding amount, Rotation rolling is performed.
회전 압연 패스 공정 파라미터는 다음과 같다.The rotary rolling pass process parameters are as follows.
디스크 형 밀봉 헤드의 성형에 대해서는, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, CNC 프로그램의 회전 롤러 패스 궤적은 0°로부터 순차적으로 10°→20°→30°→40°→50°→60°→70°→74°각도로 스윙하며, 대응되는 회전 롤러 윤곽이 설계된 곡선에 맞춰질 때의 Z 축 변화 값은 9.66, 4.85, 4.47, 4.74, 4.98, 5.20, 2.41, 0.12으로 공급되어, 최종적으로 디스크 형 밀봉 헤드를 회전 압연해낸다.For the forming of the disk-type sealing head, as shown in Figures 4 and 5, the rotation roller pass trajectory of the CNC program is sequentially 10°→20°→30°→40°→50°→60° from 0°. →Swing at an angle of 70°→74°, the Z-axis change values when the corresponding rotating roller contour is aligned with the designed curve are supplied as 9.66, 4.85, 4.47, 4.74, 4.98, 5.20, 2.41, and 0.12, and finally the disk The mold sealing head is rotated and rolled.
이상, 본 발명의 개선된 회전 압연 성형 방안 및 구체적인 실시예에 따르면, 본 방안은 실질적인 특징과 진보성을 갖추고 있다: 본 방안은 클램프의 길이 규격과 회전 롤러의 외형 윤곽을 재설계하여, 긴 파이프형 강철 재질의 가스 실린더 회전 압연 장비에서 직경이 412mm 보다 큰 알루미늄 합금 내부 용기의 제작을 실현하였으며, 알루미늄 파이프 회전 압연 제작 과정에서 흔들림이 크고 쉽게 변형되며 원뿔형 실린더 개구부가 발생되는 문제를 해결하며, 제품의 과도 구간에 압흔 및 돌기가 발생하지 않는 표면 특성을 향상시키고, 제품이 스트레스 실험의 표준에 도달하도록 한다; 또한, 회전 압연 패스 방법을 설계함으로써, 스핀들 회전 속도와 회전 롤러의 이동 파라미터를 합리적으로 제공하여 합격된 회전 압연 성형 알루미늄 내부 용기를 제작하고, 동시에 회전 롤러와 파이프 블랭크 접촉점의 궤적을 최적화하여 디스크형 밀봉 헤드를 성형함으로써, 복합 가스 실린더의 후속 와인딩 공정의 정상적인 수행 및 탄소 섬유 사용 비용을 절감에 유리하며, 제한된 실린더 길이에서 가스 실린더의 용량을 증가시킨다.As mentioned above, according to the improved rotary rolling forming method and specific embodiments of the present invention, the method has substantial features and inventive step: the method redesigns the length standard of the clamp and the outer contour of the rotary roller to form a long pipe type We realized the production of aluminum alloy inner containers with a diameter larger than 412 mm on steel gas cylinder rotary rolling equipment. We solved the problems of large shaking, easy deformation, and conical cylinder openings during the aluminum pipe rotary rolling production process, and solved the problem of the product. Improves surface properties that prevent indentations and protrusions from occurring in the transition zone, and ensures that the product reaches the standard of stress testing; In addition, by designing the rotary rolling pass method, the spindle rotation speed and movement parameters of the rotary roller are reasonably provided to produce a passed rotary rolling formed aluminum inner container, and at the same time, the trajectory of the contact point between the rotary roller and the pipe blank is optimized to form a disk shape. By molding the sealing head, it is advantageous for the normal performance of the subsequent winding process of the composite gas cylinder and reducing the cost of using carbon fiber, and increases the capacity of the gas cylinder in limited cylinder length.
상기한 실시예 이외에도, 본 발명은 기존 크기 및 해당 제품 규격 모양 및 용도 등에 제한되지 않는 다른 구현 방식이 가능하며, 초음파 탐상 및 경도 검사가 필요한 다양한 제품에 널리 적용될 수 있으므로, 균등한 대체 또는 균등한 변환을 적용하여 형성된 기술 방안이라면 모두 본 발명이 청구하는 보호 범위 내에 속할 것이다.In addition to the above-described embodiments, the present invention can be implemented in other ways that are not limited to existing sizes, product specifications, shapes, and uses, and can be widely applied to various products requiring ultrasonic flaw detection and hardness testing, so it can be used as an equivalent replacement or equivalent. Any technical solution formed by applying the transformation will fall within the scope of protection claimed by the present invention.
Claims (9)
S1, 스핀들 방향으로 회전 압연 장비의 클로를 증장시켜, 클로로써 끌어 잡아 클램핑한 파이프 블랭크의 회동이 평온하게 진행되게 하되, 축 방향 흔들림이 1mm 미만이 되도록 하며, 파이프 블랭크의 외경 및 필요한 실린더 개구부 직경에 따라 회전 롤러의 크기 및 윤곽 형상을 조정하고, 둔각 형상의 접힌 가장자리와 실린더 개구부 과도 구간 R 각도에 대응하는 라운드 코너를 설정하는 장비 개조 단계;
S2, 파이프 블랭크를 스핀들에 장착하고, 클로가 파이프 블랭크의 가운데 부분과 꼬리 부분을 끌어잡아 클랭핑하며, 성형 유닛의 회전 롤러 간격이 파이프 블랭크의 외벽과 맞춰지고 회전 롤러의 중심축이 스핀들과 평행하도록 조정하는, 성형 준비 단계;
S3, 스핀들, 공급 서보 유압 실린더, 스윙 암에 대향한 10 패스 이상의 회전 압연 공정 파라미터 설정을 포함하되, 상기 스핀들은 균일한 속도의 회전을 유지하고, 상기 공급 서보 유압 실린더는 점차적으로 추진되는 패스에 따라 스윙 암 회전 중심의 공급량을 증감시키고, 상기 스윙 암은 회전 롤러를 동작시키되, 점차적으로 추진되는 패스의 회동에 따라 상기 회전 롤러의 스윙 각도가 기설정된 각도 상한에 도달할 때까지 점차적으로 커지며, 마지막 패스의 출력 제어가 완료되면 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 밀봉 헤드 및 실린더 개구부의 성형이 완료되는, 장비의 공정 제어 호스트를 통하여 CNC 프로그래밍을 수행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고압 수소 가스 실린더 알루미늄 내부 용기의 회전 압연 성형 방법.In the rotary rolling forming method of a high-pressure hydrogen gas cylinder aluminum inner container, the rotary rolling forming method is implemented by modifying a gas cylinder rotary rolling equipment made of long pipe-shaped steel,
S1, extend the claws of the rotary rolling equipment in the direction of the spindle, so that the rotation of the pipe blank pulled and clamped by the claws proceeds smoothly, and the axial runout is less than 1 mm, and the outer diameter of the pipe blank and the required cylinder opening diameter are ensured. Equipment modification steps to adjust the size and contour shape of the rotating roller accordingly, and to set the folded edge of obtuse shape and the round corner corresponding to the R angle of the cylinder opening transition section;
S2, the pipe blank is mounted on the spindle, the claw pulls and clamps the middle part and tail part of the pipe blank, the spacing of the rotating roller of the forming unit is aligned with the outer wall of the pipe blank, and the central axis of the rotating roller is parallel to the spindle. A molding preparation step that adjusts to do so;
S3, spindle, supply servo-hydraulic cylinder, rotational rolling process parameter setting of more than 10 passes against the swing arm, wherein the spindle maintains rotation at a uniform speed, and the supply servo-hydraulic cylinder is gradually driven in a pass. Accordingly, the supply amount of the rotation center of the swing arm is increased or decreased, and the swing arm operates a rotating roller, but as the rotation of the path is gradually promoted, the swing angle of the rotating roller gradually increases until it reaches a preset upper angle limit, performing CNC programming through the process control host of the equipment, such that forming of the seal head and cylinder opening of the gas cylinder aluminum inner container is completed once output control of the last pass is completed; A method of rotational rolling forming of an aluminum inner container of a high-pressure hydrogen gas cylinder, comprising:
7. The method of claim 6, further comprising the step of applying a heating gun to soften the sealing head of the pipe blank and its transition section by applying a heating gun between S2 and S3. Rotational rolling forming method of cylinder aluminum inner container.
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