用于加压流体的容器的制造方法及其设备技术

本公开涉及一种压力容器，其包括封闭末端、圆柱形侧壁(11)以及肩部和颈部。压力容器的封闭末端的内表面型面包括中心区段(13)、至少一个中间环(14)和最外面的环(15)，中心区段、至少一个中间环和最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的曲率。中心区段(13)、至少中间环(14)和最外面的环(15)使端面与纵向轴线相交处的中心点与圆柱形侧壁相连接。中心区段(13)、至少中间环(14)和最外面的环(15)的半径之间的关系结合封闭末端到其与圆柱形侧壁(11)的接合部(10)的高度H提供了高压力容器，高压力容器可以使用冷或温挤压来制造，且与使用热挤压制造的等效常规高压力容器相比具有等效或改善的寿命。还公开了制造压力容器的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适于容纳加压流体的容器的制造方法、其制造设备以及使用此方法制造的压力容器。更特定来说，本专利技术涉及用于能够容纳处于压力下的流体的金属容器的制造的反向挤压方法、其挤压设备以及根据所述方法制造的压力容器。特定来说但并非排他性地，本专利技术涉及用于适于容纳处于高于大气压力的压力的气体的封闭末端式箍包气筒的制造方法以及通过所述方法制作的封闭末端式箍包气筒。
技术介绍
当前，压力容器是用铝、钢和复合材料来制造。I型压力容器仅由例如钢或铝合金等金属材料形成。相比之下，II型压力容器包括具有丝状复合套筒的金属容器(通常由铝制成)，所述丝状复合套筒例如由环氧树脂、芳纶和/或碳纤维形成，且环绕容器的仅圆柱形侧壁(本文称为箍包)。II型压力容器的重量一般比I型压力容器轻，因为II型压力容器的金属容器壁可以比I型压力容器薄且无性能损失。对于I型和II型压力容器两者，在压力下的气体的重复分配和容器再填充造成容器挠曲，且此挠曲会促进容器壁中的裂缝传播。对于金属和复合压力容器，常规制造方法包含对包括金属材料的坯料的热与冷挤压，所述金属材料通常是用于高压容器的铝合金。US3648351提供了封闭末端式中空金属容器的反向挤压的早期实施例，其中金属材料的坯块或坯料受迫沿着柱塞的侧面向上挤压，所述柱塞的末端向下压在模腔内的坯块上。WO96/11757描述了使用反向挤压的改进制造方法，其中对安装于模腔中的两种材料一起进行挤压。另外，已经使用自紧法来改善压力容器抗疲劳性。自紧法涉及在容器的镗孔内施加足以使内表面处的金属塑性变形的压力。所述技术在内部表面处或附近产生压缩残余应力，且这增强了经受循环内部压力加载的容器的抗疲劳性。WO96/11759描述了在压力容器的制造中使用自紧法来使压力容器壁中的峰值应力区移动远离内部或外部壁表面。本专利技术寻求提供一种改进压力容器的抗疲劳性的压力容器制造方法、制造设备以及使用所述方法制造的压力容器。本专利技术还寻求提供一种减少过早失效的可能性的压力容器制造方法、制造设备以及使用所述方法制造的压力容器。本专利技术进一步寻求提供一种尤其适于制造AA6XXX和AA7XXX系列铝高压圆筒和圆筒衬里的冷挤压制造方法和制造设备。再者，本专利技术寻求提供与常规封闭末端式箍包压力容器相比具有改进性能的封闭末端式箍包压力容器。本专利技术单独地寻求提供满足例如EN12257和/或ISO11119-1等压力容器标准的法规要求且具有复合曲线内表面的压力容器。
技术实现思路
本专利技术因此提供一种形成封闭末端式压力容器的方法，所述方法包括：将可挤压金属的坯料放置到模具中，所述坯料具有轴线和前向表面；使用具有纵向对称轴线、端面区和基本上圆柱形的侧壁的柱塞，通过沿着所述坯料的所述轴线迫使所述柱塞的所述端面区进入到所述坯料的所述前向表面中来致使所述金属受到挤压，以便致使所述金属挤压到所述柱塞与所述模具之间的空间中且沿着所述柱塞的所述圆柱形侧壁挤压以形成挤出物；以及从所述模具移出所述挤出物且使所述挤出物的开放末端成形以形成肩部和颈部，借此所述柱塞的所述端面区具有包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环的表面型面，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的曲率，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环使所述端面与所述柱塞的所述纵向轴线相交处的中心点与所述柱塞的所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID，其中ID是所述柱塞的所述圆柱形侧壁的横截面直径。优选地，所述轴向距离H在0.3ID至0.4ID的范围内。在尤其优选的实施方案中，所述轴向距离H基本上等于ID/3。所述中心区段优选地具有在0.5ID至1.2ID的范围内的曲率半径R。较优选地，所述中心区段具有基本上等于1.1ID的曲率半径R。更优选地，所述中间环具有在0.1ID与0.5ID之间的范围内的曲率半径r。所述中间环优选地具有在0.12ID至0.13ID的范围内的曲率半径r。在又一优选实施方案中，所述柱塞的所述端面区可以具有包含至少两个中间环的表面型面，所述至少两个中间环各自具有不同的表面曲率半径。优选地，所述最外面的环具有在ID/(3±2)的范围内的曲率半径Rc。更优选地，所述最外面的环具有在ID/(3±1)的范围内的曲率半径Rc。所述最外面的环优选地具有基本上等于ID/2的曲率半径Rc。所述方法可以进一步包括对所述压力容器进行自紧法处理的步骤。所述坯料可以包括AA6XXX系列铝合金。在尤其优选的实施方案中，所述坯料包括AA7XXX系列铝合金。在第二方面中，本专利技术提供一种用于在封闭末端式压力容器的制造中使用的挤压设备，所述挤压设备包括用于容纳可挤压金属的坯料的模具以及具有纵向对称轴线、端面区和基本上圆柱形的侧壁的柱塞，所述柱塞的所述端面区具有包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环的表面型面，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的曲率，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环使所述端面与所述柱塞的所述纵向轴线相交处的中心点与所述柱塞的所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID，其中ID是所述柱塞的所述圆柱形侧壁的横截面直径。优选地，所述轴向距离H在0.3ID至0.4ID的范围内。在尤其优选的实施方案中，所述轴向距离H基本上等于ID/3。所述中心区段优选地具有在0.5ID至1.2ID的范围内的曲率半径R。较优选地，所述中心区段具有基本上等于1.1ID的曲率半径R。所述中间环优选地具有在0.1ID与0.5ID之间的范围内的曲率半径r。较优选地，所述中间环具有在0.12ID与0.13ID之间的范围内的曲率半径r。在又一优选实施方案中，所述柱塞的所述端面区可以具有包含至少两个中间环的表面型面，所述至少两个中间环各自具有不同的表面曲率半径。所述最外面的环优选地具有在ID/(3±2)的范围内的曲率半径Rc。较优选地，所述最外面的环具有在ID/(3±1)的范围内的曲率半径Rc。更优选地，所述最外面的环具有基本上等于ID/2的曲率半径Rc。在第三方面中，本专利技术提供一种由可挤压金属形成的封闭末端式压力容器，所述压力容器包括封闭末端区段、具有横截面内径ID的基本上圆柱形的侧壁、肩部以及颈部且具有纵向对称轴线，所述封闭末端区段的内表面型面包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的曲率，所述中心区段、所述至少中间环和所述最外面的环使所述封闭末端区段与所述纵向轴线相交处的中心点与所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID。优选地，所述轴向距离H在0.3ID至0.4ID的范围内。在尤其优选的实施方案中，所述轴向距离H基本上等于ID/3。所述中心区段优选地具有在0.5ID至1.2ID的范围内的曲率半径R。较优选地，所述中心区段具有基本上等于1.1ID的曲率半径R。所述中间环优选地具有在0.1ID与0.5ID之间的范围内的曲率半径r。较优选地，所述中间环具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成封闭末端式压力容器的方法，所述方法包括：将可挤压金属的坯料放置到模具中，所述坯料具有轴线和前向表面；使用具有纵向对称轴线、端面区和基本上圆柱形的侧壁的柱塞，通过沿着所述坯料的所述轴线迫使所述柱塞的所述端面区进入到所述坯料的所述前向表面中来致使所述金属受到挤压，以便致使所述金属挤压到所述柱塞与所述模具之间的空间中且沿着所述柱塞的所述圆柱形侧壁挤压以形成挤出物；以及从所述模具移出所述挤出物且使所述挤出物的开放末端成形以形成肩部和颈部，借此所述柱塞的所述端面区具有包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环的表面型面，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的表面曲率，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环使所述端面区与所述柱塞的所述纵向轴线相交处的中心点与所述柱塞的所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID，其中ID是所述柱塞的所述圆柱形侧壁的横截面直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 FR 14554331.一种形成封闭末端式压力容器的方法，所述方法包括：将可挤压金属的坯料放置到模具中，所述坯料具有轴线和前向表面；使用具有纵向对称轴线、端面区和基本上圆柱形的侧壁的柱塞，通过沿着所述坯料的所述轴线迫使所述柱塞的所述端面区进入到所述坯料的所述前向表面中来致使所述金属受到挤压，以便致使所述金属挤压到所述柱塞与所述模具之间的空间中且沿着所述柱塞的所述圆柱形侧壁挤压以形成挤出物；以及从所述模具移出所述挤出物且使所述挤出物的开放末端成形以形成肩部和颈部，借此所述柱塞的所述端面区具有包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环的表面型面，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的表面曲率，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环使所述端面区与所述柱塞的所述纵向轴线相交处的中心点与所述柱塞的所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID，其中ID是所述柱塞的所述圆柱形侧壁的横截面直径。2.如权利要求1所述的方法，其中所述轴向距离H在0.3ID至0.4ID的范围内。3.如权利要求1所述的方法，其中所述轴向距离H基本上等于ID/3。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中心区段具有在0.5ID至1.2ID的范围内的曲率半径R。5.如权利要求4所述的方法，其中所述中心区段具有基本上等于1.1ID的曲率半径R。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个中间环具有在0.1ID与0.5ID之间的范围内的曲率半径r。7.如权利要求6所述的方法，其中所述至少一个中间环具有在0.12ID至0.13ID的范围内的曲率半径r。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述柱塞的所述端面区具有包含至少两个中间环的表面型面，所述至少两个中间环各自具有不同的表面曲率半径。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述最外面的环具有在ID/(3±2)的范围内的曲率半径Rc。10.如权利要求9所述的方法，其中所述最外面的环具有在ID/(3±1)的范围内的曲率半径Rc。11.如权利要求10所述的方法，其中所述最外面的环具有基本上等于ID/2的曲率半径Rc。12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括对所述压力容器进行自紧法处理的步骤。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述坯料包括AA6XXX系列铝合金。14.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述坯料包括AA7XXX系列铝合金。15.一种用于在封闭末端式压力容器的制造中使用的挤压设备，所述挤压设备包括用于容纳可挤压金属的坯料的模具以及具有纵向对称轴线、端面区和基本上圆柱形的侧壁的柱塞，所述柱塞的所述端面区具有包括中心区段、至少一个中间环和最外面的环的表面型面，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环分别具有相交但不同的半径R、r和Rc的表面曲率，所述中心区段、所述至少一个中间环和所述最外面的环使所述端面与所述柱塞的所述纵向轴线相交处的中心点与所述柱塞的所述圆柱形侧壁在距所述中心点轴向距离H处相连接，所述轴向距离H的范围为0.28ID至0.5ID，其中ID是所述柱塞的所述圆柱形侧壁的横截面直径。16.如权利要求15所述的挤压设备，其中所述轴向距离H在0.3ID至0.4ID的范围内。17.如权利要求16所述的挤压设备，其中所述轴向距离H基本上等于ID/3。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：B夏朗东，R达瓦尔，
申请(专利权)人：勒克斯弗气瓶有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB