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一种无缝高压气瓶的制备方法及气瓶

阅读:61发布:2023-02-12

专利汇可以提供一种无缝高压气瓶的制备方法及气瓶专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种无缝高压气瓶的制备方法,包括如下步骤:步骤1、制备坯料;步骤2、反 挤压 制粗 管坯 ;步骤3、精锻拔管,形成精锻管坯;步骤4、对精锻管坯进行 热处理 ;步骤5、旋压制备管件,通过减薄旋压设备将精锻管坯减薄至所需厚度,形成管件,并在管件内壁通过旋压制备与管件一体成型的环形加强筋,步骤6、热旋压收口,制备气瓶;本发明还涉及一种采用上述方法制备的无缝高压气瓶,气瓶的内壁上有一体成型的环形加强筋,增加了管件的承压能 力 ,且管件外部美观,易安装,且节约材料,成本低。,下面是一种无缝高压气瓶的制备方法及气瓶专利的具体信息内容。

1.一种无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、制备圆柱形坯料;
步骤2、反挤压制粗管坯,利用反挤压原理,制备粗管坯;挤压圆柱形坯料的过程中,保持圆柱形坯料的温度控制在1000℃~950℃之间,具体步骤如下:
2.1)将圆柱形坯料装入加热炉内,加热至1000℃~1050℃并保温热透;
2.2)取出圆柱形坯料,对其进行表面除磷,然后在其表面涂抹润滑剂
2.3)将涂抹润滑剂后的圆柱形坯料迅速装入反挤压模具内,冲头挤压圆柱形坯料,形成盲管;
2.4)将盲管放至盲管冲底工装中,利用压机将盲管冲底,形成通管,即粗管坯;
步骤3、精锻拔管,将反挤压制得的粗管坯进行精锻,形成精锻管坯,精锻过程中温度保持在1000℃~800℃;
步骤4、对精锻管坯进行热处理,采用再结晶退火,将步骤3中得到的精锻管坯放入加热炉中,并进行加热,升温速度不高于100℃/h,升温至800~850℃时,进行保温,保温时间按每50mm保温75min计,其中50mm是指精锻管坯的壁厚;保温结束后,对其进行空冷,直至室温;
步骤5、旋压制备管件
利用减薄旋压设备对精锻管坯进行管壁旋压减薄,所述减薄旋压设备包括第二主轴箱、芯模、顶紧装置及两个对称设置的移动支撑设备,所述芯模的长度大于所述精锻管坯的长度,所述芯模的外径与所述精锻管坯的内径相适配,所述第二轴箱与所述芯模连接,并带动所述芯模转动;
对精锻管坯的旋压减薄具体步骤如下:
5.1)将长度合适的精锻管坯装夹至所述芯模上,并通过顶紧装置顶紧所述芯模;所述精锻管坯的上方和下方设有两个对称设置的移动支撑设备;
5.2)调整各参数,包括第二主轴箱的转速、旋压深度和移动支撑设备沿精锻管坯轴向上的移动速度;
5.3)启动第二主轴箱及移动支撑设备,开始对精锻管坯进行该道次的减薄;
5.4)在上一道次的减薄旋压完成之后,再次调整两个外旋轮的旋压深度,进行下一道次的减薄处理,直至减薄至所需厚度,形成管件;
步骤6、热旋压收口,对管件的两端进行热旋压收口,形成高压气瓶。
2.根据权利要求1所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,所述无缝高压气瓶包括气瓶本体,所述气瓶本体一体成型,且所述气瓶本体的内壁上设有多个环形加强筋。
3.根据权利要求2所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,相邻两个所述环形加强筋的间距在50~1000mm之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,所述高压气瓶采用合金材料。
5.根据权利要求4所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,还包括步骤5.5)在管件内壁制备环形加强筋的步骤,
将管件放入加强筋旋压设备内,所述加强筋旋压设备包括第一主轴箱、内旋筒、侧床体和移动支撑设备,所述第一主轴箱带动所述内旋筒转动,所述侧床体包括侧床本体和旋轮伸臂,所述侧床本体能够带动所述旋轮伸臂沿所述管件本体的轴向和径向运动,所述旋轮伸臂包括竖直臂和平臂,所述水平臂可伸入所述内旋筒内,且所述水平臂的长度不小于所述内旋筒的长度,所述水平臂的一端设有内旋轮;
所述移动支撑设备包括移动机构、支撑臂和外旋轮,所述外旋轮可转动的设置在所述支撑臂一端,所述支撑臂连接在所述移动机构上,所述移动机构能够带动所述支撑臂沿所述管件本体的轴向及径向移动;所述外旋轮和所述内旋轮分别压靠在所述内旋筒的外壁上和管件本体的内壁上,所述管件本体固定在所述内旋筒内,所述内旋筒的内径与所述管件本体的外径相适配;具体步骤如下:
5.51)将管件放入内旋筒内,将外旋轮与内旋轮调节到管件本体的一端,再调节第一主轴箱的转速,同时调节侧床体的轴向移动速度及内旋轮的旋压深度,并使移动支撑设备上的外旋轮与所述内旋轮始终对齐;
5.52)首先,启动第一主轴箱、侧床体及移动支撑设备,并按如下步骤加工:a)内旋轮及外旋轮沿所述管件本体的轴向运动,移动一段距离L0,b)使内旋轮退出并越过一个环形加强筋的宽度L1后,再使内旋轮先径向移动达到旋压深度,然后使内旋轮和外旋轮继续沿轴向移动旋压,并旋压移动距离L2,L2为相邻两个环形加强筋之间的间距;c)重复上述步骤b),直到旋压到所述管件本体的另一端,完成第一道次旋压;
5.53)调整内旋轮的高度,重复步骤a)至步骤c),进行多道次旋压;直至管件内的环形加强筋的厚度达到要求为止。
6.根据权利要求5所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,步骤1中制备初始坯料的具体方法如下:
1.1)制备初始坯料,采用VAR熔炼技术,将各合金元素按照配比进行熔炼,并保证形成的初始坯料化学成分(以重量百分比计)满足:
合金元素:Al5.5%~6.5%、Zr1.5%~2.5%、Nb2.5%~3.5%、Mo0.6%~1.5%,杂质元素Fe≤0.25%、Si≤0.15%、C≤0.1%、N≤0.05%、H≤0.015%、O≤0.2%,其他单一元素≤0.1%、其他元素总和≤0.3%,剩余元素为Ti;
对初始坯料表面进行机加工,去除表面连皮和皮下缺陷,并打磨清理过渡剧变的凹陷区,使之平滑过渡;
1.2)制备圆柱形坯料,采用自由锻造或径向锻造方法对初始坯料进行开坯,形成圆柱形坯料,锻造1火次,锻比2~3之间,锻造温度在1060℃~750℃之间。
7.根据权利要求6所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,步骤2中,圆柱形坯料自加热炉加热后取出至装入反挤压模具进行反挤压操作的中间过程不超过60s,以减少圆柱形坯料温度下降。
8.根据权利要求7所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,在步骤4后,还包括对精锻管坯进行机加工、激光检测及分切的步骤,机加工使精锻管坯的外壁见光,两端齐平,对机加工后管件进行UT检测,确保无缺陷,而后按照需求分切至所需长度。
9.根据权利要求8所述的无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,还包括步骤7、退火,步骤6中得到的气瓶放入加热炉内进行加热,升温速度不高于100℃/h,保温温度700~800℃,保温时间1h,然后空冷至室温,保温期间,保温温度的最大允许偏差为±10℃。

说明书全文

一种无缝高压气瓶的制备方法及气瓶

技术领域

[0001] 本发明涉及一种气瓶的制备方法及气瓶,特别涉及一种无缝高压气瓶的制备方法及气瓶。

背景技术

[0002] 及钛合金因其具有低密度、高比强、耐高温、耐腐蚀、无磁性生物相容性好等优异的综合性能,在航空、航天、航海、石油、化工、医疗等领域得到广泛的应用。以往潜艇用高压气瓶为制,随着科技的进步,钛合金因其特殊的优势开始进入潜艇用气瓶领域,新一代潜艇用钛合金气瓶在性能和容量上提出了更高的要求,要求达到40MPa级甚至以上的承压设计要求,且容量达到400L以上,因此对钛合金材料的制造工艺及设备能提出了更高的要求。
[0003] 现有的无缝钛合金管一般采用热轧或冷拔的方式生产,采用热轧的方式制备无缝钛管,尤其是制备直径大于200mm的无缝钛管,壁厚不均、成材率低,且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多,尤其是内表面缺陷难以去除;冷拔钛管工序复杂、成本高、产量低。
[0004] 无论是冷拔还是热轧,生产出的管件都无内筋,内筋是至管件内壁上的加强筋,在能够达到一定承压能力的前提,势必导致管件壁厚较大,而现有技术中,又无制备带内筋管件的方法;容易想到的有如下两种方法制备带内筋的无缝管件:一是直接将内筋焊接在管件的内壁上,但是焊接易导致材料的变形,影响材料的承压能力,焊接工艺复杂,对设备要求较高,投入成本较大;二是采用机加工,将管件内壁多余的材料铣掉,形成内筋,该方法材料浪费严重,成本较高,且对于直径较大的管件,机加工设备难以实现。
[0005] 在现有技术中,有管件外壁带环形加强筋的设计,一般是采用机加工的方法,形成外部的环形加强筋,该方法制成的环形加强筋虽然也能够起到加强管件承压能力的效果,但是会影响管件的美观及安装要求,且机加工去除多余材料形成外部环形加强筋,浪费材料,即使切除的材料能够回收利用,回收利用也需要浪费很多的成本。

发明内容

[0006] 本发明针对上述现有技术存在的不足,提供一种无缝高压气瓶的制备方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种无缝高压气瓶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
[0008] 步骤1、制备圆柱形坯料;
[0009] 步骤2、反挤压制粗管坯,利用反挤压原理,制备粗管坯,所述粗管坯的内径200~500mm之间,壁厚在70~100mm之间,长度在1000~2500mm之间;挤压圆柱形坯料的过程中,保持圆柱形坯料的温度控制在1000℃~950℃之间,具体步骤如下:
[0010] 2.1)将圆柱形坯料装入加热炉内,加热至1000℃~1050℃并保温热透;
[0011] 2.2)取出圆柱形坯料,对其进行表面除磷,然后在其表面涂抹润滑剂
[0012] 2.3)将涂抹润滑剂后的圆柱形坯料迅速装入反挤压模具内,冲头挤压圆柱形坯料,形成盲管;
[0013] 2.4)将盲管放至盲管冲底工装中,利用压力机将盲管冲底,形成通管,即粗管坯。
[0014] 步骤3、精锻拔管,将反挤压制得的粗管坯进行精锻,形成精锻管坯,所述精锻管坯的长度在3000~9000mm之间,壁厚在40~80mm之间,首先,将粗管坯放入加热炉内进行加热,1000℃~1050℃并保温热透,然后,取出粗管坯,判断其内壁表面质量是否满足精锻要求,不满足时,先镗一次内孔,再进行后续步骤,满足时,直接进行后续的步骤,后续的步骤包括:内孔除磷、串芯棒及径向锻造;在整个精锻的过程中保持温度在1000℃~800℃,后期温度下降时进行感应补温,保证近等温锻造;
[0015] 步骤4、对精锻管坯进行热处理,采用再结晶退火,将步骤3中得到的精锻管坯放入加热炉中,并进行加热,升温速度不高于100℃/h,升温至800~850℃时,进行保温,保温时间按每50mm保温75min计,其中50mm是指精锻管坯的壁厚;保温结束后,对其进行空冷,直至室温;
[0016] 步骤5、旋压制备管件
[0017] 利用减薄旋压设备对精锻管坯进行管壁旋压减薄,所述减薄旋压设备包括第二主轴箱、芯模、顶紧装置及两个对称设置的所述移动支撑设备,所述芯模的长度大于所述精锻管坯的长度,所述芯模的外径与所述精锻管坯的内径相适配,所述第二轴箱与所述芯模连接,并带动所述芯模转动;
[0018] 对精锻管坯的旋压减薄具体步骤如下:
[0019] 5.1)将长度合适的精锻管坯装夹至所述芯模上,并通过顶紧装置顶紧所述芯模;所述精锻管坯的上方和下方设有两个对称设置的移动支撑设备;
[0020] 5.2)调整各参数,包括第二主轴箱的转速、旋压深度和移动支撑设备沿精锻管坯轴向上的移动速度,第二主轴箱的转速控制在30~500rmp之间、旋压深度控制在2~5mm之间,移动支撑设备在精锻管坯轴向上的移动速度控制在在20~150mm/min之间,所述旋压深度是指本道次旋压之前的管坯壁厚与本道次旋压之后的管坯壁厚之差,所述旋压深度可通过两个外旋轮的径向移动进行调整;
[0021] 5.3)启动第二主轴箱及移动支撑设备,开始对精锻管坯进行该道次的减薄;
[0022] 5.4)在上一道次的减薄旋压完成之后,再次调整两个外旋轮的旋压深度,进行下一道次的减薄处理,直至减薄至所需厚度,形成管件,管件的壁厚在2~35mm之间,长度在500~12000mm之间。
[0023] 步骤6、热旋压收口,对管件的两端进行热旋压收口,形成高压气瓶。
[0024] 本发明中的有益效果是:可制得无缝的高压气瓶,在气瓶本体壁厚相同的情况下,可制备直径较大、承压能力较大的气瓶,且工艺简单;反挤压原理、精锻拔管及减薄旋压结合起来制得的气瓶用管件,表面质量好,壁厚均匀,产量高且成本低,且采用反挤压制备的粗管坯的组织更加均匀,力学性能更好;另外,精锻后对管坯进行热处理,采用再结晶退火,合理的升温速度和保温时间,能够消除精锻管坯应力及加工硬化,稳定组织,降低硬度,提高塑性。
[0025] 进一步,所述无缝高压气瓶包括气瓶本体,所述气瓶本体一体成型,所述气瓶本体包括瓶口和筒体,所述瓶口通过瓶肩设置在所述筒体的两端,且所述气瓶本体的内壁上设有多个环形加强筋。
[0026] 采用上述进一步技术方案的有益效果是:无缝管件的内壁上设有环形加强筋,一是保证了管件外部的美观、易安装等特点,二是增加了管件的承压能力;另外气瓶本体一体成型,进一步提高气瓶的承压能力,管壁不会因为焊接而变形,不会降低其自身材料的承压能力。
[0027] 进一步,相邻两个所述环形加强筋的间距在50~1000mm之间。
[0028] 进一步,所述高压气瓶采用钛合金材料。
[0029] 进一步,还包括步骤5.5)在管件内壁制备环形加强筋的步骤,
[0030] 将管件放入加强筋旋压设备内,所述加强筋旋压设备包括第一主轴箱、内旋筒、侧床体和移动支撑设备,所述第一主轴箱带动所述内旋筒转动,所述侧床体包括侧床本体和旋轮伸臂,所述侧床本体能够带动所述旋轮伸臂沿所述管件本体的轴向和径向运动,所述旋轮伸臂包括竖直臂和平臂,所述水平臂可伸入所述内旋筒内,且所述水平臂的长度不小于所述内旋筒的长度,所述水平臂的一端设有内旋轮,所述内旋轮的内径在50~125mm之间,与所述管件本体的内径之比在0.1~0.5之间;所述内旋筒的长度大于所述管件本体的长度;
[0031] 所述移动支撑设备包括移动机构、支撑臂和外旋轮,所述外旋轮可转动的设置在所述支撑臂一端,所述支撑臂连接在所述移动机构上,所述移动机构能够带动所述支撑臂沿所述管件本体的轴向及径向移动;所述外旋轮和所述内旋轮分别压靠在所述内旋筒的外壁上和管件本体的内壁上,所述管件本体固定在所述内旋筒内,所述内旋筒的内径与所述管件本体的外径相适配;具体步骤如下:
[0032] 5.51)将管件放入内旋筒内,将外旋轮与内旋轮调节到管件本体的一端,再调节第一主轴箱的转速,即第一主轴箱输出轴的转速,所述第一主轴箱的输出轴转速控制在30~400rpm之间,同时调节侧床体的轴向移动速度及内旋轮的旋压深度,侧床体的轴向移动速度控制在20~150mm/min之间,内旋轮的旋压深度控制在2~5mm之间,并使移动支撑设备上的外旋轮与所述内旋轮始终对齐;
[0033] 5.52)首先,启动第一主轴箱、侧床体及移动支撑设备,并按如下步骤加工:a)内旋轮及外旋轮沿所述管件本体的轴向运动,移动一段距离L0,b)使内旋轮退出并越过一个环形加强筋的宽度L1后,L1一般取5~50mm,再使内旋轮先径向移动达到旋压深度,然后使内旋轮和外旋轮继续沿轴向移动旋压,并旋压移动距离L2,L2为相邻两个环形加强筋之间的间距,L2一般取50~1000mm;c)重复上述步骤b),直到旋压到所述管件本体的另一端,完成第一道次旋压;其中L2不小于L0;
[0034] 5.53)调整内旋轮的高度,每道次旋压开始之前都要调整内旋轮的高度,使内旋轮升高一个旋压深度的距离,即每道次的旋压深度一致,重复步骤a)至步骤c),进行多道次旋压;直至管件内的环形加强筋的厚度达到要求为止。
[0035] 采用上述进一步技术方案的有益效果是:采用该方法能够制备出与气瓶本体一体成型的内部环形加强筋,制成的气瓶承压能力较大,且避免了焊接产生的变形;另外,不需要机加工,不用去除材料,在同样壁厚的情况下,更加节约材料,外表更加美观,更易安装。
[0036] 进一步,步骤1中制备初始坯料的具体方法如下:
[0037] 1.1)制备初始坯料,采用VAR熔炼技术,将各合金元素按照配比进行熔炼,并保证形成的初始坯料化学成分(以重量百分比计)满足:
[0038] 合金元素:Al5.5%~6.5%、Zr1.5%~2.5%、Nb2.5%~3.5%、Mo0.6%~1.5%,杂质元素Fe≤0.25%、Si≤0.15%、C≤0.1%、N≤0.05%、H≤0.015%、O≤0.2%,其他单一元素≤0.1%、其他元素总和≤0.3%,剩余元素为Ti;
[0039] 对初始坯料表面进行机加工,去除表面连皮和皮下缺陷,并打磨清理过渡剧变的凹陷区,使之平滑过渡;
[0040] 1.2)制备圆柱形坯料,采用自由锻造或径向锻造方法对初始坯料进行开坯,形成圆柱形坯料,锻造1火次,锻比2~3之间,锻造温度在1060℃~750℃之间。
[0041] 进一步,步骤2中,圆柱形坯料自加热炉加热后取出至装入反挤压模具进行反挤压操作的中间过程不超过60s,以减少圆柱形坯料温度下降。
[0042] 采用上述进一步技术方案的有益效果是:减少圆柱形坯料温度的下降,保证反挤压过程的挤压温度。
[0043] 进一步,在步骤4后,还包括对精锻管坯进行机加工、激光检测及分切的步骤,机加工使精锻管坯的外壁见光,两端齐平,对机加工后管件进行UT检测,确保无缺陷,而后按照需求分切至所需长度。
[0044] 进一步,还包括步骤7、退火,步骤6中得到的气瓶放入加热炉内进行加热,升温速度不高于100℃/h,保温温度700~800℃,保温时间1h,然后空冷至室温,保温期间,保温温度的最大允许偏差为±10℃。
[0045] 进一步,还包括步骤8、机加工,包括瓶口加工工序以及内喷外抛丸工序,瓶口加工工序主要包括瓶口螺纹、端面及外壁加工;内喷外抛丸工序包括内壁的喷丸喷砂修磨和外壁的抛丸喷砂修磨,以保证内外表面质量要求。
[0046] 进一步,还包括步骤9、打印标识,在气瓶本体的外部打印标识。
[0047] 进一步,步骤6中,热旋压收口的具体方法如下:对管件的两端进行收口,收口段的长度比管件的外径长20~50mm,收口段加热温度为900℃~1000℃,补温枪补温时不得使管件温度升高,期间需用红外测温仪对管坯温度进行实时监测;收口旋压机主轴转速为80~220r/min,收口旋轮转为25~28°,第一道次收口旋轮向内轴向进给量为80~120mm,收口旋轮转角为25~28°,其后各道次收口旋轮向内轴向进给量为5~30mm,收口旋轮转角依次递增1~5°,最后一道次收口旋轮保持角度不变沿轴向移动5~10mm,每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到管件收口段外表面,直至完成半椭球形收口段、瓶口段的热旋压成型,最后收口旋轮从管件收口段的外表面以6r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部,保证整个瓶肩和端部瓶口表面光滑,最终得到半椭球形封头,封头与筒体无缝连接。
附图说明
[0048] 图1为本发明工艺流程图
[0049] 图2为本发明中步骤5制备管件本体时的状态示意图;
[0050] 图3为本发明中步骤6制备管件环形加强筋时的状态示意图;
[0051] 图4为本发明中坯料的结构示意图;
[0052] 图5为本发明中粗管坯的结构示意图;
[0053] 图6为本发明中精锻管坯的结构示意图;
[0054] 图7为本发明中步骤5.4)制得的管件的结构示意图;
[0055] 图8为本发明中步骤5.53)制得的管件的剖面示意图;
[0056] 图9为本发明中反挤压制粗管坯的状态示意图;
[0057] 图10为本发明中气瓶的结构示意图;
[0058] 在附图中,各标号所表示的部件名称列表如下:1、坯料,2、粗管坯,3、精锻管坯,4、管件,4-1、环形加强筋,5、第一主轴箱,6、侧床体,6-1、侧床本体,6-2、旋轮伸臂,6-21、竖直臂,6-22、水平臂,6-3、内旋轮,7、移动支撑设备,7-1、外旋轮,8、内旋筒,9、第二主轴箱,10、芯模,11、顶紧装置,12、气瓶,12-1、瓶肩,12-2、瓶口,12-3、筒体,13、反挤压模具,14、冲头。

具体实施方式

[0059] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
[0060] 本发明涉及一种无缝高压气瓶的制备方法,以Ti80钛合金高压气瓶所用钛合金管件为例,Ti80钛合金高压气瓶的外径为500mm,长度为3000mm,包括如下步骤:
[0061] 步骤1、制备圆柱形坯料,
[0062] 首先,制备初始坯料,采用VAR熔炼技术,将各合金元素按照配比进行熔炼,并保证形成的初始坯料化学成分(以重量百分比计)满足:
[0063] 合金元素:Al5.5%~6.5%、Zr1.5%~2.5%、Nb2.5%~3.5%、Mo0.6%~1.5%,杂质元素Fe≤0.25%、Si≤0.15%、C≤0.1%、N≤0.05%、H≤0.015%、O≤0.2%,其他单一元素≤0.1%、其他元素总和≤0.3%,剩余元素为Ti;
[0064] 对初始坯料表面进行机加工,去除表面连皮和皮下缺陷,并打磨清理过渡剧变的凹陷区,使之平滑过渡;
[0065] 然后,制备圆柱形坯料,采用自由锻造或径向锻造方法对初始坯料1进行开坯,形成圆柱形坯料,所述坯料如图4所示,锻造1火次,所述火次是指在锻造过程中,入炉加热的次数,锻比2~3之间,锻造温度在1060℃~750℃之间;
[0066] 步骤2、反挤压制粗管坯2,利用反挤压原理,制备粗管坯2,所述粗管坯2的内径450mm,壁厚在90mm,长度在2200mm;
[0067] 挤压圆柱形坯料1的过程中保持圆柱形坯料1的温度控制在1000℃~950℃,具体步骤如下:
[0068] 步骤2.1、将圆柱形坯料1装入加热炉内,加热至1000℃~1050℃并保温热透;
[0069] 步骤2.2、取出圆柱形坯料1,对其进行表面除磷,然后在其表面涂抹润滑剂;
[0070] 步骤2.3、将涂抹润滑剂后的圆柱形坯料1迅速装入反挤压模具13内,圆柱形坯料1自加热炉加热后取出至装入反挤压模具13进行反挤压操作的中间过程不超过60s,以减少圆柱形坯料1温度下降,利用冲头14挤压圆柱形坯料1,形成盲管;如图9所示;
[0071] 步骤2.4、将盲管放至盲管冲底工装中,利用压力机将盲管冲底,形成通管,即粗管坯2,如图5所示。
[0072] 步骤3、精锻拔管,将反挤压制得的粗管坯2进行精锻,形成精锻管坯3,首先,将粗管坯2放入加热炉内进行加热,1000℃~1050℃并保温热透,然后,取出粗管坯2,判断其内壁表面质量是否满足精锻要求,不满足时,先镗内孔,再进行后续步骤,满足时,直接进行后续的步骤,后续的步骤包括:内孔除磷、串芯棒及径向锻造,最终形成精锻管坯3,精锻管坯的内径为430mm,长度为4400mm,壁厚约为50mm,由于芯棒的直径要小于所述粗管坯的内径,故精锻之后,精锻管坯的内径小于粗管坯的内径,如图6所示;在整个精锻的过程中保持温度在1000℃~800℃,后期温度下降时进行感应补温,保证近等温锻造;
[0073] 步骤4、对精锻管坯3进行热处理,采用再结晶退火,将步骤3中得到的精锻管坯3放入加热炉中,并进行加热,升温速度不高于100℃/h,升温至820℃时,进行保温,保温时间135min,在保温期间,温度一直处于810~830℃之间,保温结束后,对其进行空冷,直至室温;
[0074] 还包括对精锻管坯进行机加工、激光检测及分切的步骤,机加工使精锻管坯的外壁见光,两端齐平,对机加工后管件进行UT检测,确保无缺陷,而后按照需求分切成两段,每段长2200mm。
[0075] 步骤5、旋压制备管件4,如图2所示,通过减薄旋压设备将精锻管坯减薄至所需厚度,形成管件4,所述管件4的内径440mm,为满足旋压内径尺寸及粗糙度的要求,精锻完后的精锻管坯3镗一刀内孔,此时内径变为440mm,在经过减薄旋压后壁厚30mm左右,长度3500mm左右;其中,所述减薄旋压设备是指通过旋压能够对管件的管壁进行减薄的设备;
[0076] 所述减薄旋压设备包括第二主轴箱9、芯模10、顶紧装置11及两个对称设置的所述移动支撑设备7,所述芯模10的长度大于所述精锻管坯3的长度,所述芯模10的外径与所述精锻管坯3的内径相适配,所述第二主轴箱9与所述芯模10连接,并带动所述芯模10转动;
[0077] 具体步骤如下:
[0078] 5.1)将长度合适的精锻管坯3装夹至所述芯模10上,并通过顶紧装置11顶紧所述芯模10;所述精锻管坯3的上方和下方设有两个对称设置的移动支撑设备7;
[0079] 5.2)调整各参数,包括第二主轴箱9的转速、旋压深度和移动支撑设备7在精锻管坯3轴向上的移动速度,调节第二主轴箱的转速为100rmp、旋压深度为3mm,移动支撑设备在精锻管坯轴向上的移动速度为50mm/min,所述旋压深度为该道次减薄之前与减薄之后的管件壁厚差,旋压深度由两个外旋轮7-1之间的距离控制;
[0080] 5.3)启动第二主轴箱及移动支撑设备7,开始对精锻管坯3进行该道次的减薄;
[0081] 5.4)在上一道次的减薄旋压完成之后,再次调整两个外旋轮之间的距离,进行下一道次的减薄处理,每道次的旋压深度一致,直至减薄至所需厚度,形成管件4,如图7所示。
[0082] 5.5)如图3所示,在管件4内壁制备环形加强筋12-1,如图8所示;将管件4放入加强筋旋压设备内,所述加强筋旋压设备包括第一主轴箱5、内旋筒8、侧床体6和移动支撑设备7,所述第一主轴箱5带动所述内旋筒8转动,所述侧床体6包括侧床本体6-1和旋轮伸臂6-2,所述侧床本体6-1能够带动所述旋轮伸臂6-2沿所述管件4的轴向和径向运动,所述旋轮伸臂6-2包括竖直臂6-21和水平臂6-22,所述竖直臂6-21的一端连接在所述侧床本体6-1上,另一端连接所述水平臂6-22的一端,所述水平臂6-22的另一端设有内旋轮6-3,所述内旋轮
6-3与所述水平臂6-22可转动连接,所述水平臂6-22可伸入所述内旋筒8内,且所述水平臂
6-22的长度不小于所述内旋筒8的长度;所述内旋轮的内径在60mm左右。
[0083] 所述移动支撑设备7包括移动机构、支撑臂和外旋轮7-1,所述外旋轮7-1可转动的设置在所述支撑臂一端,所述支撑臂连接在所述移动机构上,所述移动机构能够带动所述支撑臂沿所述管件4的轴向及径向移动;所述外旋轮7-1和所述内旋轮6-3的尺寸一致,且所述外旋轮7-1和所述内旋轮6-3分别压靠在所述内旋筒8的外壁上和管件4的内壁上,所述管件4固定在所述内旋筒8内,所述内旋筒8的内径与所述管件4的外径相适配;具体步骤如下:
[0084] 5.51)将管件4放入内旋筒8内,将外旋轮与内旋轮调节到管件本体的一端,如图3所示,在图3中管件4的右端,调节第一主轴箱5的转速,调节所述第一主轴箱5的转速为100rpm,同时调节侧床体6的轴向移动速度及内旋轮6-3的旋压深度,侧床体的轴向移动速度为50mm/min,内旋轮的旋压深度为3mm,并使移动支撑设备上的外旋轮7-1始终与内旋轮
6-3对齐;
[0085] 5.52)首先,启动第一主轴箱5、侧床体6及移动支撑设备7,并按如下步骤加工:a)内旋轮6-3及外旋轮7-1沿所述管件本体的轴向运动,移动一段距离L0后,L0=200mm,b)使内旋轮6-3退出并越过一个环形加强筋的宽度L1后,L1一般取20mm,再使内旋轮6-3先径向移动达到旋压深度,然后使内旋轮6-3和外旋轮7-1继续沿轴向移动旋压,并旋压移动距离L2,L2为相邻两个环形加强筋4-1之间的间距,L2=200mm;c)重复上述步骤b),直到旋压到所述管件4的另一端,完成第一道次旋压;
[0086] 5.53)调整内旋轮6-3的高度,每道次旋压开始之前都要调整内旋轮6-3的高度,使内旋轮6-3升高一个旋压深度的距离,即每道次的旋压深度一致,重复步骤a)至步骤c),进行多道次旋压,直至管件4内的环形加强筋4-1的厚度达到要求为止,完成内壁带环形加强筋4-1的管件4的制备,最终管件4的外径为500mm,环形加强筋4-1的厚度为12mm,经4道次旋压形成。
[0087] 步骤6、热旋压收口,制备气瓶12,热旋压收口的具体方法如下:对管件4的两端就行收口,收口段的长度比管件4的外径长20~50mm,收口段加热温度为900℃~1000℃,补温枪补温时不得使管件温度升高,期间需用红外测温仪对管坯温度进行实时监测;收口旋压机主轴转速为80~220r/min,收口旋轮转角为25~28°,第一道次收口旋轮向内轴向进给量为80~120mm,其后各道次收口旋轮向内轴向进给量为5~30mm,收口旋轮转角依次递增1~5°,最后一道次收口旋轮保持角度不变沿轴向移动5~10mm,每道次完成后按照半椭球形轨迹以旋压机工进速度返回到管件收口段外表面,直至完成半椭球形收口段、瓶口段的热旋压成型,最后收口旋轮从管件收口段外表面以6r/min的转速运动到瓶口后沿瓶口外表面运动到端部,保证整个瓶肩12-1和端部瓶口12-2表面光滑,最终得到半椭球形封头,封头与筒体12-3无缝连接。
[0088] 步骤7、退火,步骤6中得到的气瓶放入加热炉内进行加热,升温速度不高于100℃/h,保温温度700~800℃,保温时间1h,然后空冷至室温,保温期间,保温温度的最大允许偏差为±10℃。
[0089] 步骤8、机加工,包括瓶口12-2加工工序以及内喷外抛丸工序,瓶口12-2加工工序主要包括瓶口螺纹、端面及外壁加工;内喷外抛丸工序包括内壁的喷丸喷砂修磨和外壁的抛丸喷砂修磨,以保证内外表面质量要求。
[0090] 步骤9、打印标识,在气瓶本体的外部打印标识。
[0091] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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