CN101530877B - 控制液压成形过程中的流体压力 - Google Patents

Abstract

一种用于液压成形包含高压流体的工件的系统，该系统包括：模具，所述工件在该模具中成形；控制压力源；处于低压的箱；以及阀，该阀包括可移位控制元件，该可移位控制元件响应被所述控制压力源施加到所述控制元件的第一力和相反于所述第一力作用于所述控制元件的所述工件内的所述流体的压力施加到所述控制元件的第二力的相对量值而交替地在打开状态和闭合状态间移动，从而相应地打开和闭合液压地连接所述工件和所述箱内的流体的通路。

Description

控制液压成形过程中的流体压力

技术领域

本发明总体涉及在模具中液压成形工件，并且更具体地涉及在自动化液压成形操作期间控制工件内的流体压力的量值。

背景技术

液压成形是模具成形过程的特殊类型，其使用高压的液压流体来促使韧性工件接触模具的内表面。液压成形是将金属(如铝)塑造成产品(特别是具有复杂形状的产品)的低成本高效益的方法。例如，在汽车工业中，液压成形被用于制造车辆的坚固、轻质、刚性的一体式车身结构。

为了使用自动化过程将金属液压成形为车架滑轨(frame rail)，将中空管状金属工件置于具有所希望的车架滑轨形状的阴模内。高压水流入金属工件内，并且模具包围工件。之后，水压增加到非常高的量值从而导致工件抵靠模具扩展直到其符合模具的形状。之后打开模具，将液压成形的车架滑轨从模具中移除，并且对另一个工件重复该操作。

通过液压成形可以容易地制造出难以或不可能按照标准固态模具冲压法制造的具有凹度的复杂形状。与传统冲压或冲压且焊接的部件相比，液压成形的部件经常可被制成具有更高的比刚度和更低的单位成本。

需要准确且可靠地控制整个操作期间工件内水的填充压力和成形压力从而使得工件在操作的每个阶段均被施加最优压力，其中该最优压力随成形部件的材料的物理性质、形状和尺寸而改变。

发明内容

一个实施例的设想是液压成形包含高压流体的工件，该实施例包括：模具，所述工件在该模具内成形；控制压力源；处于低压的箱；以及阀，该阀包括可移位控制元件，该可移位控制元件交替地在打开状态和闭合状态间运动，其响应于由所述控制压力源施加到所述控制元件的第一力和与所述第一力相反地作用于所述控制元件的所述工件内的流体压力施加到所述控制元件的第二力的相对量值相应地打开和闭合液压地连接所述工件和所述箱内的流体的通路。

实施例的一个优点是使用单级比例减压阀在液压成形过程中提供准确、可变的填充流体压力和成形流体压力。该单级比例减压阀简化了液压回路，消除了从液压成形过程的填充阶段转变到成形阶段期间来自系统的震动，并且包括便宜、商业化的液压汽缸以控制水压。

相对于两级控制阀而言，单级阀具有较少的液压组件并且只需较低的成本。单级比例减压阀不需要往复阀，只包括单一的压力腔，不产生往复阀在多个压力腔之间转换时的压降特征，并且避免了往复阀转换以及在往复后恢复油压所需的任何延时。

水压以一定斜率(along a ramp)从填充压力增加到成形压力，从而不需要方向阀将油流从小型(小孔径)汽缸重新引导到大型(较大孔径)汽缸。

附图说明

图1是示出了用于操作和控制液压成形过程的液压系统的示意图；以及

图2是用于图1所示的液压成形过程中的减压阀的横截面。

具体实施方式

图1所示的用于液压成形工件12的系统10包括具有两个部件14、16的模具，所述两个部件14、16打开从而允许未成形的工件被插入模具中或从模具中移除，并且所述两个部件14、16闭合从而在模具内成形工件。工件12可以是具有开口端18、20的金属管，所述开口端18、20被分别连接到加压水源和用于控制工件内的压力的阀。压力机17打开和闭合模具部件14、16。工件12的内部通过其第一端18和低压管路22与填充泵24连通，该填充泵24将水从贮液器26中抽出且由电机28驱动。安全减压阀30将管路22中的压力保持在参考压力以下。工件12的内部通过其第一端18和高压管路32与成形泵34连通，该成形泵34将水从贮液器26中抽出且由电机36驱动。第二安全减压阀38将管路32内的压力保持在第二参考压力以下。止回阀40、42分别阻止从工件12向泵24、34的流动。

工件12的内部通过其第二端20和高压管路44与单级比例填充/成形压力控制阀60连通，该阀60通过响应于控制压力交替地打开和闭合与低压换水箱或贮液器46的连接来调节管路44和工件12内的压力。高压控制压力源48通过高压油管路50与阀60的汽缸76连通。与管路50连通的液压比例减压阀48调节管路50内的压力，该压力作为可变控制压力被供应给汽缸76。液压比例减压阀48包括螺线管52，该螺线管52响应于由电子控制器54所产生且在管路56上被传送给螺线管的电子控制信号，从而产生供应给汽缸76的可变控制压力。

图1和图2中示出的单级比例减压阀60包括形成有腔64的阀体62，该腔64与中心轴线66对准并且包含筒式阀芯(cartridge valveinsert)68。例如可沿轴线66移位的筒式阀提升架70这样的控制元件被固定于杆状延伸部分72，该杆状延伸部分72被连接到位于液压汽缸76内的可移位活塞72。如图所示，提升架70与在阀芯68上形成的底座78相接合从而闭合阀60。

在阀体62内形成的入口80液压地连通工件12的内部并且通过阀体通路82、84液压地连通腔64。优选地，入口80在水流出工件12的模具端部处被液压地连接到液压成形模具14、16。当阀60被这样设置时，使用与螺钉螺纹88接合的栓塞来闭合出口86。或者，阀60可以在水流入工件12的端部处液压地连接液压成形模具，在这种情况下，出口86液压地连通工件的内部并且通过阀体通路82、84液压地连通腔64，并且入口80闭合。

阀芯68形成有径向流体端口90，该径向流体端口90通过腔64、阀通路92和出口94与装有相对低压的水的箱46连通。密封件96、98防止腔64和芯68之间的泄漏。

通过端口100将油供应到活塞74之上的液压汽缸76，其中通过电子控制的液压比例减压阀48来调节油压。低压油密封件104和高压油密封件106防止杆状延伸部分72和阀体62之间的油泄漏。两个排油口108、110将油从阀体运送到油槽。

在操作中，填充流体和成形流体(优选地为水)流经将在模具14、16中成形的工件并且穿过在工件内产生压力的单级比例减压阀60。通过向上作用在阀提升架70上且由腔64内的水所施加的力与向下作用在提升架70上且由控制汽缸76内的活塞74所施加的力的相对量值来控制工件12内的压力。向下力是汽缸76上的油压与油压所作用在活塞74上的面积的乘积。向上力是腔64内的水压与水压所作用在提升架70上的面积的乘积。

响应于由控制器54供应给液压比例减压阀48的螺线管52的控制信号来确定控制汽缸76内的压力。以2800磅/平方英寸(psi)的预定压力从压力加工系统供应先导液压油(pilot hydraulic oil)。先导油流动通过比例减压阀102到达控制汽缸76。比例减压阀48响应于供应给液压比例减压阀102的电子控制命令信号将施加到控制汽缸76的油压调整到大约85psi至2800psi之间。减压阀48允许施加到活塞74的油压和力在成形过程期间根据需要响应于电子控制信号而增加和降低。阀60两侧的差动力的量值取决于形成工件12所需的压力。

首先通过液压成形填充泵24将液压成形流体供应到工件12，该液压成形填充泵24是压力液压成形系统的一部分。流体以1800psi的预设定最大压力进入工件12，但是填充压力通常小于1000psi。当流体流经工件12并且穿过单级比例减压阀60时，控制控制汽缸76内的油压以便产生将筒式提升架70从其底座78移开所需的力，从而打开阀60并且允许成形流体从入口80流到出口94，在工件内产生压降，且在工件内产生填充过程所需的理想内压。一旦达到填充压力，模具部分14、16就被压力机17完全闭合。

之后，成形泵34被用于以10000psi的预设定压力将成形流体泵送到工件12内。同时，单级阀60的控制汽缸76内的油压以一定斜率增大，从而提高工件12内的成形压力。当工件12内的压力到达填充压力时，填充泵24被阻断在系统之外并且成形泵34成为将流体供应到工件的单一供应源。通过增大控制活塞74上的油压，在提升架70上产生更大的向下力，从而需要更大的力来打开阀60内的提升架。在工件12内的成形压力是部分受控的，但是其通常从不超过8000psi。工件12内的成形压力由单级比例减压阀60的控制元件70(提升架)两端的差动力所控制。

在完全闭合两个模具之前执行的液压成形过程的填充阶段需要足够高的水压以防止工件管坍塌但是并不高到使得管扭曲。在填充阶段期间，电子地调节油压以实现所希望的水填充压力。当压力机闭合模具并且使用成形阶段所需的必要吨位时持续这种情况。当压力机17产生足够吨位以保持模具闭合之后，电子地增大油压直到实现所希望的成形压力。

当水压增大时，控制汽缸76保持提升架70闭合直到足够的水压提升控制汽缸76。当水压将提升架70从底座78提起时，水通过端口94返回到箱46，并且水压下降直到控制汽缸76能够再次促使提升架70闭合。提升架70的这种打开和闭合有效地控制了工件12内的水压。

虽然已经详细地描述了本发明的某些实施例，不过本发明所涉及领域的那些技术人员可以意识到各种可替换设计和实施例以实现所附权利要求所限定的本发明。

Claims (16)

1.一种用于液压成形包含高压液压流体的工件的系统，包括：

模具，所述工件在该模具中成形；

可变控制压力源；

处于低压的箱；

阀，该阀包括可移位控制元件，该可移位控制元件交替地在打开状态和闭合状态之间移动，响应于由所述控制压力源施加到所述控制元件的第一力和与所述第一力相反地作用于所述控制元件的所述工件内的流体压力施加到所述控制元件的第二力的相对量值而相应地打开和闭合液压地连接所述工件和所述箱内的流体的通路；以及

当所述模具闭合且所述工件在所述模具内成形时，用于在所述工件被流体填充之后将流体供应到所述工件和所述阀的泵。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

当所述工件被流体填充时并且在所述模具闭合之前用于将流体供应到所述工件和所述阀的第二泵。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述可变控制压力源进一步包括包含可移位活塞的液压汽缸，该可移位活塞具有第一区域，所述可变控制压力源所产生的控制压力作用在该第一区域上；以及

所述阀进一步包括用作可移位控制元件的固定到所述活塞并且具有第二区域的可移位提升架，所述工件内的所述流体的压力作用在该第二区域上，所述第一区域大于所述第二区域。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变控制压力源所产生的控制压力倾向于使所述控制元件朝所述打开状态移位，并且在所述工件内的所述流体的压力倾向于使所述控制元件朝所述闭合状态移位。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述可变控制压力源进一步包括含有可移位活塞的液压汽缸，该可移位活塞具有第一区域，所述可变控制压力源所产生的控制压力作用于该第一区域，以及

其中所述阀进一步包括腔；位于所述腔内、与所述箱和所述工件内的所述流体连通并且包括底座的阀芯；以及，用作可移位控制元件 的可移位提升架，该可移位提升架位于所述阀芯内、被固定到活塞、可接合所述底座并且具有第二区域，所述工件内的所述流体的压力作用于该第二区域，所述第一区域大于所述第二区域。

6.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述可变控制压力源包括：

用于重复地产生控制信号的控制器，每个所述信号均代表所述工件内的压力的所希望的量值；

处于恒定量值的第二控制压力源；和

与所述第二控制压力源连通的用于响应于所述控制信号而产生可变控制压力的液压比例减压阀。

7.一种用于液压成形包含高压液压流体的工件的系统，包括：

模具，所述工件在该模具中成形；

可变控制压力源；

低压源；

阀，其包括：

包括可移位活塞的液压汽缸，该可移位活塞具有第一区域，所述可变控制压力源所产生的控制压力作用在该第一区域上；

与所述低压源和所述工件内的流体连通的腔；

位于所述腔内的阀底座；以及

可移位提升架，该可移位提升架位于所述腔内、固定到所述活塞、可接合所述底座并且具有第二区域，所述工件内的所述流体的压力作用于该第二区域，所述提升架打开并闭合通过所述腔在所述工件内的所述流体和所述低压源之间的连接。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：

在所述工件被流体填充时并且在所述模具闭合之前用于将流体供应到所述工件和所述阀的第一泵。

9.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：

当所述模具闭合且所述工件在所述模具中成形时，用于在所述工件被流体填充之后将流体供应到所述工件和所述阀的第二泵。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述活塞倾向于使所述提升架朝打开状态移位，并且所述工件内的所述流体的所述压力倾向于使所述提升架朝闭合状态移位。 

11.根据权利要求7所述的系统，其中：

所述可变控制压力源包括：

用于重复产生控制信号的控制器，每个所述信号均与所述工件内的压力的所希望的量值有关；

处于恒定量值的第二控制压力源；和

与所述第二控制压力源连通的用于响应于所述控制信号而产生可变控制压力的液压比例减压阀。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一区域大于所述第二区域。

13.根据权利要求7所述的系统，其中响应于由所述可变控制压力源施加到所述提升架的第一力和与所述第一力相反地作用于所述提升架的所述工件内的流体压力施加到所述提升架的第二力的相对量值而使所述提升架移位。

14.一种用于控制压力的阀，工件在所述压力下被液压流体填充并且被流体压力成形，所述阀包括：

含有可移位活塞的液压汽缸，该可移位活塞具有第一区域，可变控制压力作用于该第一区域；

与低压源和所述工件内的流体连通的腔；

位于所述腔内的阀底座；以及

可移位提升架，该可移位提升架位于所述腔内、固定到所述活塞、可接合所述底座并且具有第二区域，所述工件内的所述流体的压力作用于该第二区域，所述提升架打开并闭合通过所述腔在所述工件内的所述流体和所述低压源之间的连接。

15.根据权利要求14所述的阀，进一步包括：

用于重复产生控制信号的控制器，每个所述信号均与所述工件内的压力的所希望的量值有关；以及

与第二控制压力源连通的用于响应于所述控制信号而产生所述可变控制压力的液压比例减压阀。

16.根据权利要求14所述的阀，进一步包括位于所述腔内并且与所述阀底座一起成形的阀芯。 

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