本發(fā)明屬于鋁合金成形，具體涉及一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽及其精密旋壓成形方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氣瓶廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、消防、家庭等領(lǐng)域，其中航空航天氣瓶具有重要的應(yīng)用價值和挑戰(zhàn)性，例如航空器上的氧氣罐、動力源、液氧瓶以及航天器上的動力和推進(jìn)劑儲存設(shè)備等。航空航天領(lǐng)域惡劣嚴(yán)酷的服役環(huán)境對氣瓶的密封性、承壓能力等均提出了更高的要求。高壓氣瓶目前已從簡單的純金屬氣瓶過渡到了復(fù)合材料纏繞氣瓶。

2、復(fù)合材料纏繞氣瓶通常是由纖維纏繞材料和金屬內(nèi)襯共同組成的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的鋼制氣瓶相比，該氣瓶很好的將復(fù)合材料的高比強度與金屬內(nèi)膽的高氣密性和耐蝕性結(jié)合到了一起，使氣瓶的性能有了質(zhì)的提高，具有更高的比強度，可以避免過載時突發(fā)性破壞的產(chǎn)生。內(nèi)膽一般選擇具有良好強度、剛度的鈦合金、鋁合金等金屬材料，能夠有效保護氣瓶內(nèi)部的高壓氣體或液體，并提高氣瓶的安全性和可靠性。

3、與其他金屬材質(zhì)相比，鋁合金具有成形性好、成本低、密度低以及抗晶間腐蝕性能優(yōu)良等特點，現(xiàn)已成為金屬內(nèi)膽的理想材料，鋁合金金屬內(nèi)膽具有氣密性優(yōu)異、密度低、比強度高、使用壽命長、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，除此之外鋁合金加工性能優(yōu)異，可一體成形，形成無焊縫內(nèi)襯，此舉可將潛在的疲勞破壞可能性和成本降至最低。

4、內(nèi)膽零件在設(shè)計上需要承受內(nèi)壓、保證內(nèi)膽的容積且總重量不大于一定值，同時要求儲存壽命長、不允許存在焊縫，另外內(nèi)型面精度和粗糙度要求也較嚴(yán)格。因此，鋁合金內(nèi)膽零件需要一定的強度并且嚴(yán)格控制直段的壁厚。由于瓶身和瓶口在壁厚和直徑這兩個尺寸上差別較大，即瓶身的薄壁大直徑和瓶口的厚壁小直徑，使得采用傳統(tǒng)的鍛造、內(nèi)高壓的方法難以成形此類零件，然而封閉的凸臺結(jié)構(gòu)使得采用傳統(tǒng)的收口旋壓工藝難以滿足產(chǎn)品需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決目前鋁合金內(nèi)膽零件存在的整體成形工藝不夠完善，成形精度差的技術(shù)問題，而提供一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽及其精密旋壓成形方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽，包括一體成型的瓶口和瓶身，其特征在于：瓶身底部設(shè)有與瓶身一體成型的圓柱形凸臺，高度為10～25mm，直徑為φ15～30mm，圓度為0.05mm。

4、進(jìn)一步限定，瓶身直筒段公稱外徑為φ90～130mm，內(nèi)膽容積為0.6～3.0l。

5、進(jìn)一步限定，瓶身直筒段壁厚為0.7～1.5mm，橢圓端面壁厚為1.2～2.0mm。

6、進(jìn)一步限定，瓶口長度為15～35mm，瓶口外側(cè)帶有螺紋，螺紋規(guī)格為m12～20，瓶口內(nèi)徑尺寸為φ6～8mm，中心孔的圓度為0.02mm。

7、本發(fā)明的目的之二在于提供一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽的精密旋壓成形方法，所述方法按以下步驟進(jìn)行：

8、(1)將鋁合金板料固定在旋壓機的芯軸上，加熱狀態(tài)下進(jìn)行一道次剪切旋壓，成形出帶有一定錐角的敞口碗形件，停止加熱，待冷卻后取下工件，進(jìn)行退火熱處理；

9、(2)將步驟(1)制得的工件固定在圓柱狀芯軸上，加熱狀態(tài)下進(jìn)行多道次普通旋壓，直至獲得錐角為0的直筒杯形件，停止加熱，待冷卻后取下工件，進(jìn)行退火熱處理；

10、(3)對步驟(2)制得的杯形件底部進(jìn)行切削加工，獲得具有凸臺結(jié)構(gòu)的工件；

11、(4)將步驟(3)制得的工件的凸臺端固定在夾具上，加熱狀態(tài)下對杯形件開口端進(jìn)行多道次收口旋壓，停止加熱，待冷卻后取下工件，進(jìn)行固溶時效熱處理，得到內(nèi)膽坯；

12、(5)對步驟(4)制得的內(nèi)膽坯進(jìn)行精細(xì)車削，至獲得鋁合金內(nèi)膽。

13、進(jìn)一步限定，步驟(1)中錐角為30°～75°，碗形件碗壁厚為瓶身直筒段壁厚的5～6倍。

14、進(jìn)一步限定，步驟(2)中普通旋壓道次為8～12道次。

15、進(jìn)一步限定，步驟(2)中杯形件杯壁厚為瓶身直筒段壁厚的2～3倍。

16、進(jìn)一步限定，步驟(4)中收口旋壓道次縮徑量不大于旋輪圓角半徑。

17、進(jìn)一步限定，步驟(4)中固溶溫度為525～575℃，固溶時間為15～45min，時效溫度為180～300℃，時效時間為4～12h，固溶和時效階段的升溫速率均為5～20℃/min。

18、進(jìn)一步限定，步驟(1)、(2)、(4)中所述旋壓工藝前將旋壓機的芯軸和旋輪預(yù)熱至120-200℃。

19、進(jìn)一步限定，步驟(1)、(2)、(4)中加熱方式為氧氣/丙烷火焰加熱。

20、本發(fā)明的目的之三在于提供一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

21、本發(fā)明的目的之四在于提供一種上述成形方法用于成形薄壁無縫一體瓶或罐。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)勢在于：

23、本發(fā)明提供的一種鋁合金無縫內(nèi)膽精密旋壓成形方法，總體采用旋壓的加工方法，從板材開始，依次按照剪切旋壓、普通旋壓、收口旋壓的工序成形出所需形狀尺寸的零件，解決了薄壁鋁合金氣瓶內(nèi)膽零件的整體制造工藝，加工過程具有能耗低、污染小、材料利用率高、工藝穩(wěn)定、成本低等特點，成形出的鋁合金氣瓶內(nèi)膽零件具有安全可靠、容積大、性能好、壁厚薄、精度高、無焊縫等優(yōu)點，為同類的零件提供了高效、經(jīng)濟、綠色的成形方案。

技術(shù)特征：

1.一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽，包括一體成型的瓶口和瓶身，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)膽，其特征在于，瓶身直筒段公稱外徑為φ90～130mm，內(nèi)膽容積為0.6～3.0l，瓶身直筒段壁厚為0.7～1.5mm，橢圓端面壁厚為1.2～2.0mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)膽，其特征在于，瓶口長度為15～35mm，瓶口外側(cè)帶有螺紋，螺紋規(guī)格為m12～20，瓶口內(nèi)徑尺寸為φ6～8mm，中心孔的圓度為0.02mm。

4.權(quán)利要求1-3任一項所述的鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽的精密旋壓成形方法，其特征在于，所述方法：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(1)中錐角為30°～75°，碗形件碗壁厚為瓶身直筒段壁厚的5～6倍。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中普通旋壓道次為8～12道次，杯形件杯壁厚為瓶身直筒段壁厚的2～3倍。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(4)中收口旋壓道次縮徑量不大于旋輪圓角半徑，固溶溫度為525～575℃，固溶時間為15～45min，時效溫度為180～300℃，時效時間為4～12h，固溶和時效階段的升溫速率均為5～20℃/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(1)、(2)、(4)中所述旋壓工藝前將旋壓機的芯軸和旋輪預(yù)熱至120-200℃，加熱方式為氧氣/丙烷火焰加熱。

9.權(quán)利要求1-3任一項所述的鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求4-8任一項所述的方法用于成形薄壁無縫一體瓶或罐。

技術(shù)總結(jié)
一種鋁合金薄壁無縫內(nèi)膽及其精密旋壓成形方法和應(yīng)用。本發(fā)明屬于鋁合金成形技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決目前鋁合金內(nèi)膽零件存在的整體成形工藝不夠完善，成形精度差的技術(shù)問題。本發(fā)明的內(nèi)膽包括一體成型的瓶口和瓶身，瓶身底部設(shè)有與瓶身一體成型的圓柱形凸臺，高度為10～25mm，直徑為Φ15～30mm，圓度為0.05mm。本發(fā)明的方法：先進(jìn)行單道次剪切旋壓；然后進(jìn)行多道次普旋旋壓；再進(jìn)行多道次收口旋壓；最后經(jīng)過固溶時效強化和精密機加工切削成最終零件。本發(fā)明的內(nèi)膽應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，本發(fā)明的方法用于成形薄壁無縫一體瓶或罐。

技術(shù)研發(fā)人員：徐文臣,張偉清,陳宇,付佳,劉佳樂,單德彬
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21