CN111256025A - 一种复合材料贮气筒内胆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料贮气筒内胆，包括端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件、塑料筒体内胆；该复合材料贮气筒内胆的两端端盖设计为椭球型、右端盖上对称螺母注塑件芯轴与复合材料内胆主轴设计一定夹角、端盖螺母与椭球弧面“平齐”，端盖螺母注塑件和放水阀螺母注塑件凸出筒体高度设计，放水阀部位设计为圆滑过渡凸台，以及端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件中的金属件设计了“迷宫式”沟槽和外台阶支撑结构；端盖螺母和放水阀螺母采用注塑成型工艺、复合材料贮气筒内胆总成采用中空吹塑成型工艺制作。该内胆利于纤维缠绕线型的铺放；注塑件的结构设计，提高了密封效果；采用注塑及吹塑成型，简化了制作工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及车载贮气筒制造领域，更具体的涉及到一种复合材料贮气筒内胆的结构设计。
背景技术
目前市场上销售的贮气筒采用碳钢或铝合金等金属材料制作。由于金属材质的贮气筒质量重、易腐蚀等缺点，纤维缠绕塑料内胆贮气筒（简称“复合材料贮气筒”）具有重量轻、不易腐蚀等优点，且作为轻量化的车载零部件更符合当前节能环保的发展趋势。
复合材料贮气筒采用纤维全缠绕成型工艺，一般地，由贮气筒内胆和缠绕层组成，其中内胆材质为塑料，缠绕层为纤维和浸润树脂，纤维材料可以是玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等增强材料，浸润树脂可以是添加固化剂、促进剂的环氧树脂、改性环氧树脂、不饱和树脂体系，纤维经过浸润树脂后按照一定的缠绕线型在内胆表面缠绕、固化。
专利CN 201822047252涉及到一种复合材料贮气筒内胆，其内胆采用焊接工艺将塑料筒身和玻纤增强树脂端盖焊接而成，塑料筒身制作可采用片材卷曲、注塑、挤出、缠绕、浇铸或3D打印等工艺成型、玻纤增强树脂端盖可采用注塑或模压工艺成型；此内胆制作方法较为复杂，尤其是玻纤增强树脂端盖与塑料筒身的焊接成型工艺；另外，在内胆设计上，端盖及端盖附近的管接头凸出筒体位置较高、端盖上非极轴管接头垂直端盖截面，都会直接影响到缠绕线型，进一步影响到缠绕强度。
专利CN2017210921613涉及到一种纤维缠绕复合材料贮气筒内胆，其贮气筒内胆上进气口、出气口及排水口所需金属接头均设计在筒体内，便于纤维缠绕层的成型，但此法在缠绕层完全固化后需钻孔，钻孔会破坏纤维缠绕线型、造成应力集中，也存在泄漏风险，另外，排水口金属接头在贮气筒筒体内，会造成排水不便的风险。
因此，针对上述复合材料贮气筒内胆出现的问题，迫切需要对其结构进行优化设计、并找到一种合适的制作方法。
发明内容
为克服现有技术中出现的问题，本发明提供了一种复合材料贮气筒内胆，包括所述复合材料贮气筒内胆的外形设计，包括端盖形状设计、端盖螺母在端盖上的外形设计、放水阀凸台形状设计等，利于纤维缠绕线型的铺放；设计了金属与塑料的结构，提高密封效果；采用注塑及吹塑成型，简化了制作工艺流程。
为实现上述目的，本发明将采用以下技术方案来实现：
一种复合材料贮气筒内胆，包括端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件和塑料筒体内胆；其特征在于：塑料筒体内胆的两端端盖形状为椭球形，短长轴比例a/b设计为0.4～0.5；端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件和塑料内胆采用吹塑成型工艺成型为一体；端盖螺母注塑件及放水阀螺母注塑件均采用凸出塑料筒体内胆设计，具体地端盖螺母注塑件的外端面、放水阀螺母注塑件的外端面高出塑料筒体内胆3～5mm；塑料内胆上放水阀部位的外形设计为圆滑过渡凸台。
对上述技术方案的进一步限定：端盖螺母注塑件为4个，在两个端盖的中心分别设置1个端盖螺母注塑件，其中一个端盖上对称布置2个端盖螺母注塑件，端盖螺母注塑件的中心轴线与塑料筒体的中心轴线呈20°～25°的夹角，注塑件平面与椭球弧面尽可能“平齐”（d不大于1mm）。
进一步地：其中，放水阀圆滑过渡凸台长度c为300mm～500mm、过渡角R为800mm～1000mm、凸台高度为12mm～20mm。
进一步地：所述端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件，其材质为金属和塑料的组合，端盖螺母注塑件及放水阀螺母注塑件中的金属件上设有“迷宫式”沟槽和外台阶环形支撑结构。
与现有复合材料贮气筒内胆相比，本发明有如下有益效果：优化了复合材料贮气筒内胆的外形结构，包括端盖形状、端盖螺母外形、放水阀凸台形状，利于缠绕线型的铺放；设计了金属与塑料的结构，提高密封效果；内胆采用注塑及吹塑成型，简化了制作工艺流程。
附图说明
图1为本发明复合材料贮气筒内胆的主视结构示意图。
图2为本发明中端盖上对称端盖螺母注塑件部位局部放大示意图。
图3为本发明复合材料贮气筒内胆的俯视结构示意图。
图4为本发明中放水阀部位局部放大示意图。
图5是图3中沿E-E剖视图（表达了端盖螺母注塑件在塑料筒体内胆上的结合状态）。
图6为本发明中端盖螺母注塑件示意图。
图7为本发明中端盖螺母注塑件中金属件剖面结构示意图。
图8为本发明中放水阀螺母注塑件示意图。
图9为放本发明中放水阀螺母注塑件中金属件剖面结构示意图。
图1中：1-端盖螺母注塑件，2-右端盖，3-放水阀螺母注塑件，4-筒体，5-左端盖，
a为椭球短轴半径，b为椭球长轴半径，c为放水阀圆滑过渡凸台长度，α为端盖螺母注塑件的轴线与塑料筒体内胆的中心轴线夹角；
图2中：d为端盖螺母高出椭球弧面最高距离， f为端盖螺母超出椭球弧面距离；
图3中：R为放水阀凸台与筒体之间过渡角，e为放水阀圆滑过渡凸台高出筒体的距离；
图4中：f为放水阀螺母超出筒体距离；
图7、图9中：6-外台阶环形支撑结构，7-“迷宫式”沟槽。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明如下。
实施例1
如附图1所示，一种复合材料贮气筒内胆，包括端盖螺母注塑件1、放水阀螺母注塑件3、塑料筒体内胆4（包含左右端盖），其中端盖螺母注塑件共4件（右端盖2上有2件对称螺母注塑件、左右端盖中心位置各1件端盖螺母注塑件）、放水阀螺母注塑件1件。
实施例2
其中，如附图1，右端盖2、左端盖5所示，端盖设计为椭球型，将椭球的短长轴比例（a/b）设计为0.4～0.5，端盖凸起幅度变化较小，有利于右端盖2上两个对称的螺母注塑件在筒体上的成型及注塑件与筒体之间的密封。
实施例3
其中，如附图1，右端盖2所示，对称结构的螺母注塑件外形设计：螺母注塑件的轴线与内塑料筒体内胆的中心轴线之间夹角α为20°～25°，螺母注塑件表面尽可能地与椭球端盖弧面“平齐”（如图2中d不大于1mm），这样，避免因螺母注塑件平面比椭球端盖弧面过高，纤维缠绕时导致纱线架空风险。
实施例4
其中，如附图1所示，本发明涉及到的所有螺母注塑件均采用凸出筒体设计，具体地：端盖螺母注塑件高出椭球端盖弧面及放水阀螺母注塑件高出筒体(如图2、图4中f为3～5mm的外形设计，一方面可以满足缠绕层厚度要求（缠绕层不超过3mm），另一方面可以避免采用缠绕后打孔方法造成纤维线型结构的破坏。
实施例5
其中，如附图3所示，将放水阀部位设计为圆滑过渡凸台，凸台总长度c（如附图1）设计为300mm～500mm，凸台与筒体之间过渡角R（如附图3）设计为800mm～1000mm，凸台高度e（如附图3）设计为12mm～20mm（此部位是贮气筒装车时，位置最低），这样既有利于复合材料贮气筒内胆在使用过程中将贮存的水全部排出，又有利于纤维在此部位的缠绕。
实施例6
其中，如附图6为端盖螺母注塑件，附图8为放水阀螺母注塑件，附图7和附图9中所示，将端盖螺母1-1和放水阀螺母螺母4-1外台阶环形支撑结构6直径设计至50～60mm，便于纤维缠绕时加强固定端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件，避免内胆工作状态下产生的牢固性及泄漏风险；
其中，如附图6和附图8中所示，端盖螺母注塑件和放水阀螺母注塑件中的金属件结构设计：将端盖螺母1-1内或者放水阀螺母螺母4-1外设计为“迷宫式”沟槽7，注塑成型时塑料填充在沟槽内，增加了金属与塑料之间的接触面，提高了密封性，气体若泄漏需要通过全部“迷宫式”沟槽才可完成。
实施例7
其中，端盖螺母、放水阀螺母采用注塑成型工艺制作，注塑件材质为聚乙烯和铝合金，注塑件用的聚乙烯与筒体使用材质相同，铝合金为承载结构件，采用机加工的方式提前制作，将制作好的铝合金件放入注塑模具内，经注塑成型过程制作而成（如附图6、附图8）。
实施例8
其中，复合材料贮气筒内胆总成采用中空吹塑工艺，将预先制作的端盖螺母注塑件（结合附图5所示状态）、放水阀螺母注塑件放入吹塑模具模腔内，经高温流动料坯包覆在筒体上，经吹塑成型过程制备而成。
实施例9
本发明端盖螺母、放水阀螺母采用注塑工艺制作，复合材料贮气筒内胆采用中空吹塑工艺制作，将预先制作的注塑件预埋在吹塑模具内，经吹塑成型过程一次成型。
本发明具有的优点：
1、本发明将复合材料贮气筒端盖设计为椭球型，利于端盖注塑件包覆在筒体上，且利于纤维缠绕线型的铺放；
2、本发明将端盖上的对称螺母设计为与内胆主轴成一合适角度，且螺母注塑件平面与椭圆端盖弧面尽可能“平齐”，这样有利于纤维在端盖上的线型铺放、避免纤维线型架空风险；
3、本发明将复合材料贮气筒内胆上的全部螺母设计为凸出筒体表面，避免缠绕后采用钻孔方式造成破坏纤维线型；
4、本发明在不移动放水阀位置的前提下，将放水阀部位设计为渐变式圆滑过渡凸台，利于纤维在此处的线型的铺放；
5、本发明为确保复合材料贮气筒的密封效果及加强注塑件部位的缠绕强度，对螺母注塑件中的金属件采用迷宫式结构设计和大直径外台阶支撑结构设计；
6、本发明端盖螺母、放水阀螺母采用注塑工艺制作，复合材料贮气筒内胆采用中空吹塑工艺制作，将预先制作的注塑件预埋在吹塑模具内，经吹塑成型过程一次成型。
Claims (5)
1.一种复合材料贮气筒内胆，包括端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件和塑料筒体内胆；其特征在于：塑料筒体内胆的两端端盖形状为椭球形，短长轴比例a/b设计为0.4～0.5；端盖螺母注塑件、放水阀螺母注塑件和塑料内胆采用吹塑成型工艺成型为一体；端盖螺母注塑件及放水阀螺母注塑件均采用凸出塑料筒体内胆设计，具体地端盖螺母注塑件的外端面、放水阀螺母注塑件的外端面高出塑料筒体内胆3～5mm；塑料内胆上放水阀部位的外形设计为圆滑过渡凸台。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料贮气筒内胆，其特征在于：端盖螺母注塑件为4个，在两个端盖的中心分别设置1个端盖螺母注塑件，其中一个端盖上对称布置2个端盖螺母注塑件，端盖螺母注塑件的中心轴线与塑料筒体的中心轴线呈20°～25°的夹角，注塑件平面与椭球弧面尽可能“平齐”（d不大于1mm）。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合材料贮气筒内胆，其特征在于： 其中，放水阀圆滑过渡凸台长度c为300mm～500mm、过渡角R为800mm～1000mm、凸台高度为12mm～20mm。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料贮气筒内胆，其特征在于：端盖螺母注塑件及放水阀螺母注塑件中的金属件上设有“迷宫式”沟槽和外台阶环形支撑结构。
5.根据权利要求3所述的一种复合材料贮气筒内胆，其特征在于：端盖螺母注塑件及放水阀螺母注塑件中的金属件上设有“迷宫式”沟槽和外台阶环形支撑结构。
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