CN101758637B - 成型设备的反作用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成型设备的反作用装置，特别是一种装置可以包括气缸和贮存器，该气缸包括活塞杆和在其中容纳工作流体以抵抗活塞杆移动进入其中的腔室，该贮存器具有与气缸腔室连通的第一腔室，以便一旦活塞杆移入气缸腔室中时从气缸腔室接收流体。该装置还包括压力控制器，该压力控制器具有在其中可以容纳一些工作流体的流体腔室、以及促动器，所述促动器当活塞杆缩回气缸腔室时可操作以增加流体腔室的容积，从而用以增加可以容纳工作流体的总容积，其中流体腔室增加的容积可以适应在装置中的不是由活塞杆的移动引起的流体移动。

Description

成型设备的反作用装置

相关申请的引用

本申请主张2008年10月7日提交的美国临时申请序列号61／103,329的权益，并且整体援引作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及成形设备并且更加具体地涉及可以和成形设备一起使用的反作用装置。

背景技术

气压弹簧一般使用在各种成形设备的实现形式中，用以提供可移动的元件、或用以通过屈服力或回复力来支撑成形模具或工件。例如，在结合环应用中，当压力机压头形成工件时，气压弹簧可以提供屈服力来抵靠成形模具的结合环以夹持金属工件。当压力机压头收回时，气压弹簧还可以暂时夹持工件。

发明内容

一种装置可以具有汽缸和贮存器，所述汽缸包括活塞杆和腔室，在该腔室中接收有工作流体以抵抗活塞杆进入腔室内的运动；所述贮存器具有与气缸腔室相连通的第一腔室，用以当活塞杆移入气缸腔室中时接收来自气缸腔室的流体。该装置还可以具有压力控制器，所述压力控制器具有其中可以接收一些工作流体的流体腔室和可操作的促动器，所述促动器用以当活塞杆收回进入气缸腔室中时增加流体腔室的容积，从而增加了可以接收的工作流体的总容积，其中流体腔室增加的容积可以容纳不是由活塞杆的运动所引起的在组件中的流体的运动。

在一个应用中，用于成形设备的反作用装置可以包括气缸、贮存器和压力控制器。该气缸可以包括具有一端部延伸出气缸的活塞杆，以及其中接收了工作流体以抵抗活塞移动进入其中的腔室。贮存器可以具有第一腔室、第二腔室、以及设置在第一腔室与第二腔室之间并且限定它们两者局部的活塞，所述第一腔室与气缸腔室相连通用以当活塞杆移动进入气缸腔室时接收来自气缸腔室的流体，所述第二腔室接收可压缩流体。压力控制器可以与其中可接收一些工作流体的流体腔室相连通，并且具有当活塞杆收回入气缸腔室内时可操作以增加流体腔室内的工作流体容积的促动器，其中流体腔室连通气缸腔室，并且流体腔室接收来自气缸腔室的工作流体，以便适应不由活塞杆的运动引起的工作流体的压力变化，从而防止活塞杆出现不想要的运动。

附图说明

下面具体实施例和最佳模式的详细描述将参照附图阐述，附图中：

图1显示了在形成一个零件之前的位置处，包括多个反作用装置的成形设备的一个实现形式的示意侧视图；

图2显示了在延伸的位置处用以形成一个零件的成形设备的示意侧视图；

图3显示了在零件已被形成之后，在中间缩回位置处的成形设备的示意侧视图；

图4显示了在完全缩回位置处的成形设备的示意侧视图；

图5是去掉一些部分的示例性反作用装置的透视图；

图6显示了在第一状态的图5中装置的部分剖面侧视图；

图7显示了在第二状态的图5中装置的部分剖面侧视图；

图8显示了在第三状态的图5中装置的部分剖面侧视图；

图9显示了图5中装置的示例性贮存器的透视图；

图10是具有压力控制器的反作用装置组件的示意图；

图11显示了图10中反作用装置组件的部分侧视图；

图12是压力控制器沿着图11中的线12-12的剖视图；

图13是图12中的圆形部分13的局部放大视图；以及

图14是压力循环的图形表示。

具体实施例

更加具体地参照附图，图1至4示出了成形设备比如压力机10，包括用于形成零件的压头12、基座14、可移动的下部垫16和用以保持住将要成形的坯料20(该坯料是用于成形的材料)外围的夹紧环18。气压弹簧22可以由压力机压头12承载并且可以接合夹紧环18，以提供夹紧环18的受控运动，所述受控运动作为压力机压头12运动的函数。由压力机(例如基座14)承载的反作用装置24支撑着下部垫16，用于在零件成形过程中执行下部垫的受控运动，并且用以在一个成形循环后便利从压力机中移除该零件。

如图1所示，在启动成形循环之前，反作用装置24使得下部垫16朝向压头12延伸，坯料20被设置在基座14的外围支撑26、以及下部垫16上，并且压力机压头12和夹紧环18最初被完全地从坯料20缩回。然后压力机压头12被推进到如图2所示的位置用以使坯料20成形。在压头12的这个移动过程中，压头12和夹紧环18接合坯料20。夹紧环18抵靠着支撑26而将坯料20保持在所述坯料的外围处，并且压头12压陷(trap)坯料20使其抵靠着下部垫16。压头12的进一步移动使下部垫16克服反作用装置的力而移位，并且使坯料成形为所需的形状。如图3所示，在坯料20已成形后，压力机压头12缩回的同时，在这个应用中，气压弹簧22和反作用装置24包括旨在延迟这些装置回动(return movement)的控制机构，以便在压头12开始缩回时保持住经成形的坯料20的位置。如图4中所示，经成形的坯料20可以朝向压头12被提升，从而当压头12充分缩回、气压弹簧22和反作用装置24充分移动时，用以便利从压力机10中移除掉经成形的坯料20。

在图5至8中显示了示例性反作用装置组件30的至少一部分。反作用装置组件30可以包括贮存器32和弹簧气缸34。弹簧气缸34可以包括具有开口端部38的外壳36，和部分收纳于外壳36中的用于相对外壳做往复运动的活塞杆40，该活塞杆40还具有延伸出外壳36的自由端42。当使用如图1至4所示般构造和设置的压力机10时，活塞杆40的自由端42可以接合下部垫16。在弹簧气缸34中的压力腔室44可以充满工作流体(例如液压流体)，其中在压力机压头12的一个冲程期间，当活塞杆40进一步移入外壳36中时所述工作流体的压力可以增加。压力腔室44可以通过可称作传输通道46的第一通道而与贮存器32相连通。

贮存器32可以包括活塞杆组件50和外壳52。活塞杆组件50可以包括活塞杆54和连接于杆54的活塞56，其用于相对于外壳52进行联合往复运动。活塞56可以装有密封(没有示出)，其抵紧密封着外壳52，以将外壳内部分为并限定为两个腔室的部分。第一腔室58可以与弹簧气缸34的压力腔室相44连通以接收其中的液压流体。第二腔室60可以包含可压缩流体，比如气体，例如像受到压力、并且作用在活塞56上以便施加力到第一腔室58和压力腔室44内的液压流体上的氮气这样的气体。单向阀62可以被设置在压力腔室44和第一腔室58之间，以允许流体从压力腔室44流到该第一腔室58，但阻止流体的逆流。第一腔室58还可以通过可以选择性地由阀(比如电磁阀66)关闭的第二通道64而与压力腔室44相连通，以便利控制流体流过第二通道64。正如图所示，当电磁阀66被打开以允许流体流过第二通道64时，第二通道可以与传输通道46连接并且提供绕过单向阀62的旁路。活塞杆54的一部分可以延伸出外壳52，并且可以具有标记以提供在组件中位于活塞56给定位置的液压流体液位的指示(例如，当活塞56完全地收回时，提供第一腔室58的最大容积)。

贮存器32可以包括限定出外壳52一部分的块体70。如图9所示，块体70可以承载电磁阀66、装配件72和压力计74或其他仪器、阀或装置，其中，液压流体可以通过所述装配件72而添加到系统中或从系统中移除。传输通道46的至少一部分76可以形成在块体70中，而传输通道46的其余部分可以由管子、管道、通道或其他通向弹簧气缸的元件形成。

最好如图10所示，传输通道46还可以连通所述压力控制器80。如图11和／或12所示，压力控制器80可以包括端部开口的气缸82、位于气缸82的一个端部处的基座84、和位于气缸82另一端部处的头部86，基座84可被安装在块体70上。基座84中的孔88限定了流体腔室，并且促动器90相对于流体腔室可移动以改变流体腔室的容积。促动器90可以包括活塞组件，其具有可滑动地接收于气缸82中的活塞92，以及从该活塞92延伸出来或者以别的方式由活塞92承载并且通过轴承和密封组件96而接收到孔88内的杆94。如图13中最佳地显示，轴承和密封组件96可以包括止动卡盘(retainer cartridge)98，所述止动卡盘具有环绕着杆94并且由径向向内延伸的凸缘102所支撑的环形杆密封100。轴承104还可以由止动卡盘98承载以引导杆94的往复运动。活塞92可以承载密封和／或轴承107用以引导它的往复运动。密封107优选地限定了在活塞92上面的促动腔室106(以上如图12所示)，并且阻止活塞92周围的泄漏进入位于促动腔室106与杆密封100之间的第二腔室108。第二腔室108可以通到大气，以阻止在活塞的往复运动期间形成真空。或者系统可以是双重作用的，压力源还应用于第二腔室108，其中此压力源的力将克服促动腔室106中流体的力。流体可以被允许通过控制阀进入或排出促动腔室，以改变促动腔室106中的压力。流体可以是可压缩的。

如图10所示，传输通道46与孔88连通，同时受压缩的促动流体经由合适的通道110(图12)与活塞92连通，该通道110位于通向促动腔室106的头部86中。促动流体所作用到其上的活塞92的第一表面积可以大于由液压流体作用到其上的杆94限定的第二表面积，从而使得促动流体的给定压力可以抵消液压流体的比较高的压力。第一表面积可以显著大于第二表面积，例如大15至60倍。在一个实现形式中，活塞的表面积大于杆94的相对面积约39倍，从而使得促动流体可以抵抗大于促动流体压力39倍的液压流体压力，而将活塞组件保持在适当的位置上。当然，如果需要，也可以使用其他的尺寸。

在使用中，促动流体(作为例子，其可以象压缩空气一样为经压缩的气体)可以被允许进入促动腔室106，以推进所述活塞组件且使得杆94占据孔88的一些或基本上全部的容积。在这个位置中，只要液压流体的压力没有高到足以将活塞装置移位，则在其中可以接收液压流体的孔88中就几乎没有一点空间。于是，该系统将会像压力控制器80不存在一样实际运转。然而，如果促动腔室106中的压力减小了(或如果活塞92在相反的方向上被驱动，例如由来自第二腔室108内、作用在活塞上的力加以驱动)，于是活塞92将被孔88中的液压流体移位，并且杆94将会从孔88中退回，则可接收液压流体的孔的容积就有所增加。这种方式中，当孔88的容积增加时，其中接收了工作流体的元件的总容积(例如，气缸腔室44、通道46和孔88)可以有所增加。在这种情况下能够接收工作流体的元件所增加的容积可以受控地减少作用在气缸活塞杆40上的液压流体的压力，用以，例如，阻止非计划中的压力波动将活塞杆40移位。一个这种例子将在下面加以描述，其参考显示在图1至4中的压力机10的成形循环。

在成形循环中，压力机压头12从其缩回位置开始移动，该缩回位置显示在图1中并且在图14用点：T.D.C”(上死点)表示，直到其完全推进的位置，该完全推进的位置显示在图2中并且在图14中用点C表示。在T.D.C与点C之间，图14中的点A代表与活塞杆40的初始接触。在压头12的这种移动的过程中，下部垫16随着反作用装置组件30的活塞杆40的移动而被移位。随着活塞杆40进一步移动进入它的外壳中，液压流体从压力腔室44移出，通过传输通道46和单向阀62，接着进入第一腔室58。在这个冲程期间，电磁阀66可以关闭(在图14中由点B代表)，由此阻止流体经由第二通道64流入第一腔室58。通过单向阀62进入第一腔室58的流体使活塞杆组件50移位，并且因而增加了贮存器32的第二腔室60内的压力。关闭电磁阀66，第二腔室60中的压力被单向阀62与压力腔室44隔离，并且甚至当压力机压头12开始向其缩回位置返回时，气缸活塞杆40仍然保持在它的缩回位置上，如图3所示并且在图14中由点C1代表。在示例性的压力机10中所示，气压弹簧22最初不与压力机压头12一起缩回，从而它们使夹紧环18向下保持在经成形的坯料20上。因此，在夹紧环18被允许移动之前，活塞杆40的移动可以改变经成形的坯料20的形状、或破坏经成形的坯料20，尤其是如果经成形的坯料20的材料比较薄，成形在相对较小的范围内(例如，浅的拉延)或如果在成形工序中需要高精度。

在这种压力机10中，活塞杆40的移动可以由“弹性回弹(spring back)”产生。“弹性回弹”可以由反作用装置组件30中的残余压力产生，诸如当软管、管子或金属元件在高压力冲程期间膨胀时可以形成，并且，当返回到它们没有膨胀的形态时，“弹性回弹”可以在移动所述活塞杆40的系统中提供压力。弹性回弹还可以由液压流体的减压产生，虽然其被认为是不可压缩的，但实际上在高压下被压缩一些很少的量(典型情况下小于几个％，0.5％是代表性的值)。弹性回弹的另外来源可以包括系统30中的空气、以及压缩比如密封件一样的其它弹性元件。至少在一些系统中，总的弹性回弹可以是在压力腔室44和传输通道46中的液压流体(也就是，被单向阀62和电磁阀66与第一腔室58隔离开的流体)容积的1％到5％的量级。

记住这一点，则压力控制器80的促动腔室106被气体(例如，空气)压缩，用以在孔88中驱动活塞杆94并且将活塞杆94保持在孔88中，这样孔88的最小容积可用来接收液压流体。当气缸活塞杆40到达它的底部或完全缩回的位置时，可以减小压力控制器80的促动腔室106中的气压，比如通过打开阀以允许一些促动流体离开促动腔室106，因而活塞杆94至少部分地从孔88中退回。由活塞杆94排空的孔88的容积然后可用于接收液压流体，从而系统中的任何弹性回弹压力将简单地将流体移入孔88中，而不是移入气缸压力腔室44中。这将允许气缸压力腔室44中的压力变为零或轻微的负压，以进一步使气缸活塞杆40缩回。

如果期望完全消除弹性回弹，则可能在考虑到元件的公差等的前提下期望将系统如此设计：使得压力控制器80在它的孔88中具有足够的容积以操作比在系统中的任何弹性回弹流体体积移动更大的至少一定量(在以上描述的情形中，流体体积移动源自元件从膨胀状态的返回，或流体从其压缩状态发生膨胀)。这样做将使得当活塞杆94从孔88缩回时，压力腔室44中的压力变得略微小于零。如此，气缸活塞杆40不被任何弹性回弹压力推进(即，流体移动和所引起的压力增加将另外发生在压力腔室44中)。

为了允许气缸活塞杆40从其缩回位置(例如如图3所示)朝其延伸位置(例如，如图4所示)移动，电磁阀66被打开(如图14中用点D代表)，以允许在第一腔室58中的受压缩流体通过第二通道64、电磁阀66和传输通道46而流向压力腔室44。流体的流率可以通过提供穿过具有相对较小流通面积的电磁阀66的流动路径或者第二通道64的至少一部分来加以控制，以便控制气缸活塞杆40的返回流率。当气缸活塞杆40已经延伸出时，电磁阀66可以被关闭并且压力控制器80的杆能够被推进(通过将压力引入促动腔室106)，从而反作用装置组件为下一次成形周期做好准备。

已经描述了反作用装置组件目前的优选实施例，本领域的技术人员将会想到采用各种变型和改造，其中变型和改造属于由所附的权利要求书限定的本发明的范围内。例如，反作用装置组件可以被用在除了所描述的其它应用中，液压流体或其他受压缩的流体源可以替换在贮存器和压力控制器中的受压缩的气体并且，当然，还可以有其他变型、改造和实现形式。更进一步地，虽然压力系统和反作用装置组件的操作的以上描述被设定为相对于单个气缸，但是对于贮存器32和压力控制器80，可以使用这些元件中的各元件中的多个。一个例子是，一个贮存器和一个压力控制器80可以经由歧管或其他设置而与多于一个的气缸一起使用。进一步地，压力控制器80可以与流体腔室连通，在该流体腔室中可以接收一些工作流体，而非其实际上包括流体腔室本身，如以上对孔88的描述。流体腔室可以连通气缸腔室44，从而流体腔室从气缸腔室44接收工作流体，以适应不是由活塞杆40的移动引起的工作流体压力的改变，从而阻止了活塞杆40不希望的移动。在这点上，压力控制器可以包括或由阀组成，该阀阻止流动到流体腔室直到活塞杆44完全地缩回，然后其被打开以允许一些工作流体进入流体腔室。其他的变型和布置也是可能的。

Claims (9)

1.一种成型设备的反作用装置，包括：

气缸，其包括活塞杆和腔室，在所述腔室中容纳有工作流体以抵抗活塞杆移动进入所述腔室；

贮存器，其具有与气缸腔室连通的第一腔室，用以当活塞杆移入气缸腔室中时从气缸腔室接收流体；以及

压力控制器，其具有流体腔室和促动器，所述流体腔室中可以容纳一些工作流体，流体腔室连续地连通气缸腔室，所述促动器当活塞杆缩回气缸腔室内时可操作来增加流体腔室的容积，从而用以增加可以容纳工作流体的总容积，其中流体腔室增加的容积可以适应在组件中的不是由活塞杆的移动所引起的流体移动，其特征在于，

压力控制器包括容纳有可压缩的气体的促动腔室，并且促动器包括具有第一表面积和第二表面积的活塞，该气体作用于所述第一表面积上，并且流体腔室中的工作流体作用于第二表面积上，且其中气体作用于所述第一表面积上的压力足以抵抗工作流体作用于第二表面积上的压力而保持住活塞、且同时活塞杆收回入气缸腔室内，并且活塞的移动至少部分地通过减小作用于第一表面积上的该气体的压力完成。

2.如权利要求1所述的反作用装置，其特征在于，第一表面积大于第二表面积。

3.如权利要求1所述的反作用装置，其特征在于，其还包括与促动腔室连通的控制阀，以选择性地允许减小促动腔室中的气体的压力。

4.如权利要求1所述的反作用装置，其特征在于，其中第二表面积是由利用活塞而承载的直径减小的杆的端面所限定的。

5.如权利要求3所述的反作用装置，其特征在于，当活塞杆移动进入气缸腔室时，控制阀被关闭用以维持促动腔室中的压力；而当活塞杆到达其完全缩回的位置时，控制阀被打开用以减小促动腔室中的压力，在该完全缩回的位置处所述活塞杆最大限度地被移入气缸腔室内。

6.如权利要求1所述的反作用装置，其特征在于，气体是可压缩的空气。

7.如权利要求1所述的反作用装置，其特征在于，其还包括设置在促动腔室与流体腔室之间的第二腔室。

8.如权利要求7所述的反作用装置，其特征在于，第二腔室通向大气。

9.如权利要求7所述的反作用装置，其特征在于，第二腔室设置为用以容纳克服促动腔室中的气体的力而作用的受压缩的流体。