CN104624768B - 一种金属薄板拉伸节能方法 - Google Patents

一种金属薄板拉伸节能方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属薄板拉伸节能方法，其应用在压边圈固定、凸模芯可上下移动的拉伸机上，包括以下步骤：（1）放料压边：将金属薄板粘覆上润滑液后放到压边圈上，凹模在压边油缸的驱动下向下移动，压紧料边；（2）拉伸成型：凸模芯在拉伸油缸驱动下，相对压边圈向上移动，与凹模配合完成一体拉伸成型；此过程中，能通过伺服液压闭环控制系统根据生产产品的需要，实时线性调节压边力和拉伸力；（3）出料：凹模和凸模芯同时动作，凹模向上移动复位，凸模芯向下移动复位，拉伸成型的产品则裸露放置在压边圈上。本发明具有如下优点：1、节能，降低生产成本；2、速度快，提高生产效率；3、降低设备运行维护成本；4、降低产品次品率。

Description

一种金属薄板拉伸节能方法
技术领域
本发明涉及拉伸工艺技术领域，尤其是一种拉伸力、压边力线性可控的金属薄板拉伸节能方法。
背景技术
目前，大部分液压拉伸机械都采用正向拉伸工艺，如图1、2所示，现有拉伸机一般包括机架11、安装在机架上方且带动凹模12向下移动的拉伸油缸13、安装在机架下方且带有压边圈14的压边油缸15、液压驱动系统和控制器，在拉伸油缸13的带动下，压边圈14能沿着凸模芯16相对于工作台17向下移动，在此过程中，凸模芯16不动，而压边圈14相对凸模芯16向下移动，从而实现拉伸效果。在这种模式下，主缸提供的总压力F总由拉伸力F1、压边力F2和过大的背压力F3等三部分组成，即：F总= F1 + F2 + F3；
相应的，液压拉伸机械消耗的电能W总转化为拉伸功W1、压边功W2、背压损耗功W3 和机械损耗W4四部分，即：W总= W1 + W2 + W3 + W4；
上式中，拉伸功 W1 和压边功W2恒定不变，该部分能量为用给定材料生产给定产品实际需要消耗的能量；机械损耗W4由液压拉伸机械本身决定，是目前技术条件下生产产品不得不耗费的能量；而背压损耗功W3则由过大的背压力F3和压边圈移动距离L决定：W3 = F3*L 。
现有的液压设备基本能满足生产的需要，但还存在如下问题：
1、在产品拉伸过程中，实际需要的总压力仅为拉伸力F1和压边力F2这两部分，且F1、F2在产品拉伸过程中是实时变化的；但是在正向拉伸模式下，液压拉伸机械压边油缸提供的总压力F总在产品拉伸过程中不可实时调节。为了解决产品拉伸过程中F总不可实时调节而F1、F2需要实时调节这一矛盾，现在的液压拉伸机械通过溢流阀来实现对F1、F2的实时调节：液压拉伸机械压边油缸给予的总压力F总比实际所需的拉伸力F1、压边力F2之和大得多，溢流阀根据实际生产需要把过大的背压力F3泄走。溢流阀的使用实现了对F1、F2的开环控制，解决了产品拉伸过程中F总不可调节而F1、F2需要实时调节的矛盾，但过大的背压力F3产生的背压损耗功W3造成了更高的能耗，同时使得液压油的温度容易升高，也增加了机器配件的损坏机率。
2、完成整个拉伸过程，凹模的运动行程比较长，这对油缸的要求较高，增加成本；实际生产时，也由于行程长，压边油缸移动耗时长，导致生产效率低。
3、由于背压力不可调节导致生产时产品次品率较高：拉伸过程中，压力小了，产品容易起皱和扭曲；压力大了，产品容易开裂。
4、由于拉伸力、压边力调节比较麻烦，调节拉伸力、压边力对作业人员的技术水平要求较高，拉伸力、压边力调节不当又会大幅提高产品的次品率，为避免频繁调节拉伸力、压边力这一技术难题，现有的拉伸技术采用正向拉伸方法，通过溢流阀把过大的背压力F3泄走，从而实现对拉伸力F1、压边力F2的开环实时调节。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种能耗低、拉伸力及压边力线性可控的金属薄板拉伸节能方法，使用该方法制造金属制品时，节能环保、生产效率高且废品率低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种金属薄板拉伸节能方法，其应用在压边圈固定、凸模芯可上下移动的拉伸机上，该方法采用反向拉伸模式，具体包括以下步骤：
（1）放料压边：将金属薄板粘覆上润滑液后放到压边圈上，凹模在压边油缸的驱动下向下移动，压紧料边；
（2）拉伸成型：凸模芯在拉伸油缸驱动下，相对压边圈向上移动，与凹模配合完成一体拉伸成型；此过程中，能通过伺服液压闭环控制系统根据生产产品的需要，实时线性调节压边力和拉伸力；
（3）出料：凹模和凸模芯同时动作，凹模向上移动复位，凸模芯向下移动复位，拉伸成型的产品则裸露放置在压边圈上。
进一步地，所述伺服液压闭环控制系统包括微机控制器、第一伺服驱动控制模块、第一压力传感器、第一交流伺服电动机、第二伺服驱动控制模块、第二压力传感器和第二交流伺服电动机，第一、第二压力传感器分别实时检测压边力和拉伸力的变化并反馈给微机控制器；在产品成型过程中，不需变压时，伺服液压闭环控制系统控制输出恒定的压边力和拉伸力；需要变压时，由微机控制器通过第一、第二伺服驱动控制模块控制第一、第二交流伺服电动机的动作，由第一、第二交流伺服电动机驱动压边油缸和拉伸油缸分别提供所需压边力和拉伸力，实现对压边力和拉伸力的实时线性调节。
与现有技术相比，本发明的具有如下有益效果：1、节能，降低生产成本。由于采用反向拉伸模式，拉伸力F1由拉伸油缸提供，压边油缸只需提供压边力F2，且伺服液压闭环控制系统能根据生产需要对F1、F2进行实时线性调节。本发明中的压边圈由于是固定不动的，所以其移动距离L为零，并且还实现了拉伸力F1、压边力F2根据生产需要实时线性调节，不产生过大的背压力F3和背压损耗功W3，显著节约能量且避免了液压油升温而出现的问题。
2、速度快，提高生产效率。完成整个拉伸过程，与传统工艺相比，凹模的运动行程可以减少一个拉伸深度的距离。而且，出料时，凸模芯和凹模是同时动作，分离后产品直接裸露放置在压边圈上，不需顶杆顶出，拉伸及取料快，生产效率大大提高。
3、降低设备运行维护成本。采用本发明的工艺后，拉伸力F1、压边力F2根据生产需要实时线性调节，不需要溢流阀泄走，液压油的温度不容易升高，机器配件的损坏机率也大幅降低，从而有效降低设备运行维护成本。
4、降低产品次品率。伺服液压闭环控制系统实现了拉伸力、压边力的实时线性调节，故可根据实际生产需要提供最合适的拉伸力、压边力，从而提高产品质量，降低次品率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明背景技术涉及的拉伸机的结构示意图。
图2为本发明背景技术涉及的拉伸机在拉伸时的结构示意图。
图3为本发明中应用的拉伸机的结构示意图。
图4为本发明中应用的拉伸机在拉伸时的结构示意图。
图5为本发明金属薄板拉伸节能方法的流程图。
图6为本发明中伺服液压闭环控制系统的系统方框图。
具体实施方式
如图3、4所示，本发明公开了一种金属薄板拉伸节能方法，其应用在压边圈固定、凸模芯可上下移动的拉伸机上。该拉伸机的具体结构包括机架21、凹模22、压边油缸23、压边圈24、拉伸油缸25、凸模芯26和设置在机架中部的工作台27。压边圈24固定安装在工作台27上。凹模22、凸模芯26分别安装在压边油缸23、拉伸油缸25的活塞杆上，压边油缸23安装在机架上部且能带动凹模22上下移动，拉伸油缸25安装在机架的下部且能带动凸模芯26相对压边圈24上下移动。
如图5、6所示，具体的金属薄板拉伸节能方法包括以下步骤：
（1）放料压边：将金属薄板粘覆上润滑液后放到压边圈上，凹模在压边油缸的驱动下向下移动，凹模与压边圈配合压紧料边。
（2）拉伸成型：凸模芯在拉伸油缸驱动下，相对压边圈向上移动，与凹模配合完成一体拉伸成型；此过程中，能通过伺服液压闭环控制系统根据生产产品的需要，实时线性调节压边力和拉伸力。
（3）出料：凹模和凸模芯同时动作，凹模向上移动复位，凸模芯向下移动复位，拉伸成型的产品则裸露放置在压边圈上。
上述伺服液压闭环控制系统包括微机控制器、第一伺服驱动控制模块、第一压力传感器、第一交流伺服电动机、第二伺服驱动控制模块、第二压力传感器和第二交流伺服电动机，第一、第二压力传感器分别实时检测压边力和拉伸力的变化并反馈给微机控制器；在产品成型过程中，不需变压时，伺服液压闭环控制系统控制输出恒定的压边力和拉伸力；需要变压时，由微机控制器通过第一、第二伺服驱动控制模块控制第一、第二交流伺服电动机的动作，由第一、第二交流伺服电动机驱动压边油缸和拉伸油缸分别提供所需压边力和拉伸力，实现对压边力和拉伸力的实时线性调节。
通过使用传统的与本发明的工艺分别生产产品，相对应的做功对比及说明如下表 （改进前后液压拉伸机做功对比）。
工艺 总功W<sub>总</sub> 实际所需能量W<sub>需</sub> 背压功W<sub>3</sub> 机械损耗W<sub>4</sub>
传统 W<sub>总</sub>= W<sub>需</sub> + W<sub>3 </sub>+ W<sub>4</sub> W<sub>需</sub>= W<sub>1 </sub>+ W<sub>2 </sub> W<sub>3 </sub>= F<sub>3</sub>*L W<sub>4 </sub>
本发明 W<sub>总</sub>= W<sub>需</sub>+ W<sub>4</sub> W<sub>需</sub>= W<sub>1 </sub>+ W<sub>2</sub> 0 W<sub>4</sub>
1、生产产品实际所需的能量W需包括拉伸功W1和压边功W2两部分，W需由产品形状、材料材质、材料厚度等因素决定，对于给定产品，在给定材料相同的情况下，W需固定不变，该部分能量为用给定材料生产给定产品实际需要消耗的能量。
2、现有液压拉伸机械采用正向拉伸模式，使用溢流阀实现了对拉伸力F1、压边力F2的开环实时控制，用过大的背压力F3换取产品拉伸过程中F总不可调节而F1、F2需要实时调节这一矛盾的解决，但是过大的背压力F3产生了背压损耗功W3；经过改进后，反向拉伸模式下压边圈移动距离L为零，并且伺服液压闭环控制系统实现了对拉伸力F1、压边力F2的实时线性调节，避免了过大的背压力F3和背压损耗功W3的产生，从而降低能耗实现节能生产。
3、采用本发明提出的方案，液压机械反向拉伸与传统正向拉伸相比，可以节约能量： ，节能率为：。由于目前正向拉伸模式下，过大的背压力F3比实际需要的拉伸力F1大得多，背压损耗功W3占据了液压拉伸机械消耗的电能W总的大部分，采用新技术方案的节能率可达50% ~ 80%。
下面以一个本发明的具体应用实例进行说明：金属薄板为厚度为0.52mm、材质是201不锈钢的薄板。1、耗能对比：使用传统正拉伸液压拉伸机进行拉伸成产品，每生产1个产品需要耗费0.455千瓦时电能；而应用本发明提出的拉伸力、压边力线性可控的拉伸方法，每生产1个产品只需要耗费0.125千瓦时电能。即采用本发明提出的技术后，每生产一个该种产品平均节约0.330千瓦时电能，节能率为：0.330/0.455*100% = 72.53%。2、生产效率对比：与传统工艺相比，完成整个拉伸过程，凹模的运动行程可以减少一个拉伸深度的距离。而且，出料时，凸模芯和凹模是同时动作，分离后产品直接裸露放置在压边圈上，不需顶杆顶出，拉伸及取料快，生产效率大大提高。如此，可以得出，本发明相对于现有技术，是能够产生显著的技术效果的，具有广泛的推广价值。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (1)

1.一种金属薄板拉伸方法，所述方法被应用在拉伸机上，所述拉伸机包括机架、凹模、压边油缸、压边圈、拉伸油缸、凸模芯和设置在机架中部的工作台，所述压边圈固定安装在所述工作台上，所述凹模、所述凸模芯分别安装在所述压边油缸、所述拉伸油缸的活塞杆上，所述压边油缸安装在所述机架的上部且能带动所述凹模上下移动，所述拉伸油缸安装在所述机架的下部且能带动所述凸模芯相对所述压边圈上下移动，所述方法采用反向拉伸模式，具体包括以下步骤：
(1)放料压边：将金属薄板粘覆上润滑液后放到压边圈上，凹模在压边油缸的驱动下向下移动，利用压边力将金属薄板压紧到压边圈上；
(2)反向拉伸成型：凸模芯在拉伸油缸驱动下，相对压边圈向上移动，向金属薄板施加拉伸力，以与凹模所施加的压边力配合完成一体拉伸成型；在所述反向拉伸成型的步骤中，通过伺服液压闭环控制系统实时检测压边力和拉伸力的大小，并且根据生产产品的需要，相应地实时线性调节压边力和拉伸力；
(3)出料：凹模和凸模芯同时动作，凹模向上移动复位，凸模芯向下移动复位，拉伸成型的产品则裸露放置在压边圈上；
所述伺服液压闭环控制系统包括微机控制器、第一伺服驱动控制模块、第一压力传感器、第一交流伺服电动机、第二伺服驱动控制模块、第二压力传感器和第二交流伺服电动机，
所述伺服液压闭环控制系统利用第一、第二压力传感器分别实时检测压边力和拉伸力的大小，并反馈给所述微机控制器；
在所述拉伸成型的步骤中，在需要变压时，由所述微机控制器通过第一、第二伺服驱动控制模块控制第一、第二交流伺服电动机的动作，由第一、第二交流伺服电动机驱动压边油缸和拉伸油缸分别提供所述压边力和拉伸力，实现对压边力和拉伸力的实时线性调节。
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