CN106862362B - 自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统，控制方法包括：在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；根据总体积的初始值和管材内部液体的实时压力确定液体的总体积的体积压缩量；确定管材内部液体的实时体积；判断管材内部液体的实时体积是否大于目标成形件的最终容积；若是，记录泄漏点，增加管端轴向进给量至管材的管端被再次密封，并根据预设的位移‑内压加载曲线从泄漏点开始完成内高压成形；若否，根据位移‑内压加载曲线完成内高压成形。采用本发明的控制方法及系统，可以精确判断出管端的泄漏情况，并通过增加管端轴向进给进行自动补偿。

Description

自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及管材成形加工领域，特别是涉及一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统。

背景技术

内高压成形技术是一种先进的管材成形工艺，其原理是通过对管材施加内压与轴向力，使管材发生塑性变形贴靠模具型腔，成形为所需形状的管件。

内高压成形过程最高内压达到300MPa-400MPa，必须由增压器来提供，同时还需要使内压与轴向位移相匹配，实现预设的位移-内压加载曲线。内压控制原理是通过控制增压器低压腔的压力来间接控制增压器高压腔的液体压力，一般采用比例伺服阀来控制增压器低压端活塞，进行压力闭环伺服控制，控制系统根据压力目标值与压力实际值的差值来确定发送至比例伺服阀的控制量，如目标值与实际值差值大，则比例伺服阀开度大，增压器快速排出高压液体，可以实现快速增压，如果如目标值与实际值差值小，则比例伺服阀开度小，增压器排出高压液体慢，可以精确控制增压器压力。轴向进给一般由伺服油缸提供，也采用比例伺服阀进行控制，其控制方式是位移闭环伺服控制。

内高压成形过程中的管端泄漏指管端初始密封已经建立，管件开始变形后所发生的液体泄漏，此时控制器驱动增压器与轴向伺服油缸对管材进行位移和内压加载，执行预设位移-内压加载曲线，随着加载过程进行，管材内部压力数值将在4s-6s内，由管端初始密封建立阶段约5MPa-10MPa内压，上升至约300MPa-400MPa的整形内压，在这一快速增压阶段有两种原因会导致管端发生泄漏：

1)管材中部变形区材料受内压作用会在管材轴向方向产生拉应力，管材端部受到拉应力作用会向变形区中部移动，如果加载曲线设置不合理，管材端部受到拉应力产生向变形区内侧移动的位移，大于轴向冲头位移时，会在管材端部与冲头之间产生间隙，导致高压液体泄漏。

2)管材端部与密封冲头之间是通过两者接触时管端产生塑性变形来实现密封的，如果管端密封建立过程中管材端部塑性变形量较小，在变形开始阶段内压较低时(5MPa-10MPa)不泄漏，但在内压较高时(300MPa-400MPa)会发生泄漏。

这两种泄漏方式均需要通过增加管端轴向进给，使冲头与管端重新接触，通过增大密封冲头与管材端部的塑性变形量重新建立密封使管件顺利成形。但是在管端未产生泄漏的情况下，如增加管端轴向进给量，会导致管件出现起皱，屈曲等失效形式，因此必须在确认密封失效后才能增加轴向进给量。

根据管端泄漏量的大小可以将管端泄漏分为三种情况：

1)管端泄漏量很大，如大于1.0L/s(泄漏量具体数值与管材总容积有关)，此时管材内部压力快速降低，压力目标值与实际值差值变大，虽然控制系统自动增大增压器比例阀开度，提高增压器排出高压液体速度，但是由于泄漏量过大，管材内部压力会快速突降为0，控制器根据压力突降为0这一现象可以判断出现了严重管端泄漏，可以自动控制两侧伺服油缸向内侧进给一预设距离，例如，管材两端各进给1mm，如能恢复管端密封，则可以继续加载，完成管材成形。这种管端产生严重泄漏的情况可以根据管材内部压力的突降来进行判断。

2)管端泄漏量比较小，如<0.5L/s，虽然管端存在液体泄漏，但是控制系统可自动增大增压器比例阀开度，提高增压器排出高压液体速度，因此管材内压仍可缓慢上升。由于一般采用单动式增压器加载内压，每个行程可以提供的液体体积有限，这种存在泄漏加载过程的结果是增压器前进至其行程终点，管件内压仍未达到加载曲线设定值，管件成形失败，造成废品。

3)管端泄漏量介于0.5L/s与<1.0L/s时，管材内部压力基本维持在泄漏发生时的压力数值，具体情况由管件体积，增压器高压腔容积与增压器比例阀额定流量，控制器参数等共同作用决定。

当内高压成形过程中产生条件2)，3)所述轻微管端泄漏情况时，由于管材内部液体压力没有下降，仍然符合预设加载曲线，因此无法通过管材内部压力变化判断泄漏发生。如果能够判断出管材内高压成形时这种轻微泄漏现象并及时自动控制恢复管端密封，就可以保证该管件继续成形，有效降低废品率。

现有专利中对液体泄漏的检测集中在静态压力管道的检测，可分为以下几类，但是均无法用于内高压成形这种动态的快速增压过程：

专利CN201610719854.4公开了一种智能试压机，其泄漏液体进入一个密封的容积，泄漏量增大时液体压力将升高，可以通过检测泄漏部分液体的压力升高来判断发生了泄漏。

专利CN201610260148.8公开了一种基于压力感应的带包覆层的液氨管道泄漏检测系统及其方法，也是通过检测密闭气室压力来检测是否有泄漏发生，与上一专利原理类似。

内高压成形时所产生的液体泄漏无法引入密闭容积内，因此无法采用该种方法进行泄漏检测。

专利CN201610673810.2公开了一种管道泄漏检测系统及其方法，利用分布式光纤温度场测量技术对管道泄漏进行检测，该测量装置无法安装于内高压成形模具中，因此无法进行内高压成形过程泄漏检测。

上述液体泄漏检测方法只适用于静态的管道泄漏检测，需要较长时间才能检测出泄漏发生，而内高压成形时的增压过程是在很短的时间内完成的，增压过程仅为4s-6s，压力动态变化速度非常快，现有技术中的压力检测方法均无法用于内高压成形过程中出现的、无法从压力数值上判断的轻微泄漏的检测。因此，如何提供一种能够精确检测内高压成形中出现的、无法从压力数值上判断的轻微管端泄漏并进行自动补偿的方法及系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，能够精确检测内高压成形中出现的、无法从压力数值上判断的轻微管端泄漏并控制内高压成形机进行自动补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，所述控制方法包括：

在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

根据所述总体积的初始值和所述管材内部的液体的实时压力确定所述总体积的体积压缩量；

根据所述体积压缩量、所述总体积的初始值、在所述实时压力下所述高压腔中的液体的实时体积及所述高压管路内部的液体的实时体积确定所述管材内部液体的实时体积；

判断所述管材内部液体的实时体积是否大于所述管材的目标成形件的最终容积；

若是，记录泄漏点，增加所述管材的管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封，并根据预设的位移-内压加载曲线从所述泄漏点开始完成所述内高压成形；

若否，根据所述位移-内压加载曲线完成所述内高压成形。

可选的，所述增加所述管材的管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封具体包括：

增加内高压成形机的管端轴向进给量，并实时检测进给过程中，所述管材内部的液体的进给中实时压力；

判断所述管材内部的液体的所述进给中实时压力是否大于设定阈值，

若是，则所述管材的管端被再次密封，所述内高压成形机停止增加管端轴向进给量；

若否，控制所述内高压成形机继续向所述管材增加管端轴向进给量。

可选的，根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

可选的，所述确定所述总体积的体积压缩量具体包括：

获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。

可选的，所述增压器的高压腔中的液体的实时体积根据增压器的位移传感器实时测量的增压器的活塞的位移确定。

可选的，所述高压管路内部的液体的实时体积为内高压成形开始时刻，所述高压管路内部的液体的体积。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明在计算液体体积时，考虑了不同压力下液体的体积压缩量，因而可以精确判断出内高压成形过程中发生的管端泄漏情况，通过控制内高压成形机增加管端轴向进给进行自动补偿，恢复管端密封，从而提高了内高压成形加工的成品率，本发明尤其适用于成形压力较高或零件容积大的管件成形。

本发明的目的是提供一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统，能够精确检测内高压成形中出现的、无法从压力数值上判断的轻微管端泄漏并控制内高压成形机进行自动补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统，所述控制系统用于控制内高压成形机，所述控制系统包括：

初始总体积模块，用于在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

体积压缩量模块，用于根据所述总体积的初始值和所述管材内部的液体的实时压力确定所述总体积的体积压缩量；

实时体积模块，用于根据所述体积压缩量、所述总体积的初始值、在所述实时压力下所述高压腔中的液体的实时体积及所述高压管路内部的液体的实时体积确定所述管材内部液体的实时体积；

判断模块，用于判断所述管材内部液体的实时体积是否大于所述管材的目标成形件的最终容积；

自动补偿控制模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，记录泄漏点，控制所述内高压成形机增加管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封；

内高压成形控制模块，用于当所述判断模块的判断结果为是且所述管材的管端被再次密封时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线从所述泄漏点开始完成所述内高压成形，当所述判断模块的判断结果为否时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线完成所述内高压成形。

可选的，所述初始总体积模块用于根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

可选的，所述体积压缩量模块具体包括：

参数获取单元，用于获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

压缩量确定单元，用于根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明在计算液体体积时，体积压缩量模块考虑了不同压力下液体的体积压缩量，因而判断模块可以精确判断出内高压成形过程中发生的管端泄漏情况，自动补偿控制模块通过控制内高压成形机增加管端轴向进给进行自动补偿，恢复管端密封，从而提高了内高压成形加工的成品率，本发明尤其适用于成形压力较高或零件容积大的管件成形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1控制方法的流程图；

图2为本发明实施例1步骤106的流程图；

图3为本发明实施例2控制系统的结构图；

图4为本发明实施例3增压器处于行程最下端时系统的初始状态图；

图5为本发明实施例3控制系统控制内高压成形机进行自动补偿的流程图；

图6为本发明实施例3出现管端泄漏时内高压成形机的状态图；

图7为本发明实施例3确定泄漏点的示意图；

图8为本发明实施例3将管材加工为目标成形件的状态图；

图9为本发明实施例3各单元回路中液体体积的变化趋势图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种内高压成形中管端液体泄漏的自动补偿方法，能够精确检测内高压成形中出现的管端泄漏并进行自动补偿。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法包括以下步骤：

步骤101：在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

步骤102：根据总体积的初始值和管材内部的液体的实时压力确定总体积的体积压缩量；

步骤103：根据体积压缩量、总体积的初始值、在实时压力下高压腔中的液体的实时体积及高压管路内部的液体的实时体积确定管材内部液体的实时体积；其中，高压腔中的液体的实时体积根据增压器的位移传感器实时测量的增压器的活塞的位移确定；高压管路内部的液体的实时体积为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

步骤104：判断管材内部液体的实时体积是否大于管材的目标成形件的最终容积，

步骤105：若是，记录泄漏点；

步骤106：增加管材的管端轴向进给量至管材的管端被再次密封，

步骤107：并根据预设的位移-内压加载曲线从泄漏点开始完成内高压成形；

步骤108：若否，根据位移-内压加载曲线完成内高压成形。

如图2所示，步骤106：增加管材的管端轴向进给量至管材的管端被再次密封，具体包括：

步骤201：使内高压成形机增加管端轴向进给量；

步骤202：实时检测进给过程中，管材内部的液体的进给中实时压力；

步骤203：判断管材内部的液体的进给中实时压力是否大于设定阈值，其中设定阈值与泄漏点的内压相关；

步骤204：若是，则所管材的管端被再次密封，轴向进给系统停止增加管端轴向进给量；

步骤205：执行步骤201。

其中，步骤101中，根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

其中，步骤102：根据总体积的初始值和管材内部的液体的实时压力确定总体积的体积压缩量，具体包括：

获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。

实施例2：

如图3所示，自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统包括：

初始总体积模块301，用于在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

体积压缩量模块302，用于根据所述总体积的初始值和所述管材内部的液体的实时压力确定所述总体积的体积压缩量；

实时体积模块303，用于根据所述体积压缩量、所述总体积的初始值、在所述实时压力下所述高压腔中的液体的实时体积及所述高压管路内部的液体的实时体积确定所述管材内部液体的实时体积；

判断模块304，用于判断所述管材内部液体的实时体积是否大于所述管材的目标成形件的最终容积；

自动补偿控制模块305，用于当判断模块304的判断结果为是时，记录泄漏点，控制内高压成形机增加管端轴向进给量至管材的管端被再次密封；

内高压成形控制模块306，用于当所述判断模块304的判断结果为是且所述管材的管端被再次密封时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线从所述泄漏点开始完成所述内高压成形，当所述判断模块304的判断结果为否时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线完成所述内高压成形。

其中，体积压缩量模块302具体包括：

参数获取单元3021，用于获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

压缩量确定单元3022，用于压缩量确定单元，用于根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。

其中，初始总体积模块301用于根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

实施例3：

如图4所示，自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制器10用于控制内高压成形机401，控制器10包括：初始总体积模块，体积压缩量模块，实时体积模块，判断模块，自动补偿控制模块和内高压成形控制模块。

如图4所示，左侧冲头5安装在左侧伺服油缸6上，左侧伺服油缸6安装有内置的第一位移传感器7，左侧伺服油缸6由第一比例伺服阀8控制，右侧冲头2安装在右侧伺服油缸22上，右侧伺服油缸22安装有内置的第二位移传感器21，右侧伺服油缸22由第二比例伺服阀12控制。

增压器压力闭环伺服控制原理是在增压器高压腔的出口管路布置超高压压力传感器，将压力测量值作为反馈变量，输入PID控制程序计算获得比例伺服阀的控制量，建立压力闭环伺服控制，从而实现超高压的精确控制。PID控制程序可以根据压力目标值与压力实测值的差值自动调整发给比例伺服阀的控制量，例如，如果比例伺服阀控制阀芯开度50％时增压速度无法满足预设加载曲线要求，则控制程序会自动增加控制量，调整阀芯开度为60％，如仍无法满足要求，则继续增大控制量，加大阀芯开度，以满足预设加载曲线的要求。高效的PID的算法是内高压成形高效率生产的保证，汽车工业中常见管件的完整成形过程时间约30s-40s，内压快速增压阶段的时间仅约为4s-6s，增压速度约为50MPa/s-70MPa/s。

本实施例中的增压器16为单动式增压器，增压器低压端安装有第三位移传感器14，可以精确测量增压器活塞15的位移，增压器活塞15的动作由增压器比例伺服阀13控制，增压器的高压腔19一端与水泵17相连，水泵17与增压器高压腔19中间设置有超高压单向阀18，防止增压时高压端的高压液体倒流向水泵17，增压器高压腔19的另一端与高压管路23相连，增压器高压腔19排出的高压液体可通过高压管路23、右侧冲头2中的通道24进入管材1内部，高压管路23上安装有超高压压力传感器20，用于测量管材1内部液体的实时压力，超高压压力传感器20、左侧油缸位移传感器7、右侧油缸位移传感器21、第三位移传感器14的信号输入控制器10，控制器10接受来自输入模块9的给定内压与左右油缸位移数值，经PID控制算法计算后，输出控制量至输出模块11，然后分别发送至左侧伺服油缸比例伺服阀8，右侧伺服油缸比例伺服阀12，增压器比例伺服阀13，从而控制左侧伺服油缸6，右侧伺服油缸22和增压器16动作，实现预设位移-内压加载曲线。

所述内高压成形机的工作过程如下：

初始状态时，管材1放置在下模4上，上模3下行闭合模具，然后安装在左侧伺服油缸6上的左侧冲头5与安装在右侧伺服油缸22上的右侧冲头2均向管材1内侧进给，左侧冲头5与右侧冲头2首先前进至与管材1两端头距离较小的位置，该距离可设置为1mm-2mm，此时管材1两侧端部空间基本被左侧冲头5与右侧冲头2挡住，但管材1内部气体可通过冲头与管材端部的间隙排出，此时水泵17排出液体介质，经超高压单向阀18进入增压器高压腔19，首先将增压器高压腔19填满，然后经过高压管路23，右侧冲头2中的通道24进入管材1内，将管材1内部空气全部排出并填充满液体介质，水泵17持续工作3s-5s确保将管材1内部填充满液体介质后，左侧冲头5与右侧冲头2继续向管材1的管端内侧各前进2mm-3mm，与管材1两端部接触，发生塑性变形并完成管端密封。

控制器10发出控制命令使水泵17关闭，通过超高压压力传感器20检测管材1内部液体的压力，如果液体压力大于等于预设密封压力则开始内高压成形过程，如果液体压力小于预设密封压力则重新打开水泵17再次对增压器高压腔与管材充液，3-5s后关闭水泵17，重新检测管材1内部液体否压力，如压力大于预设密封压力则开始内高压成形过程，如仍小于预设密封压力则提示管材端部密封失败，退出本次成形过程。

设内高压成形过程的开始时刻为t₀时刻，有公式(1)成立，

液体总体积V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C (1)

其中，V⁰为液体的总体积的初始值，即t₀时刻将要开始增压的液体体积总和，包括增压器高压腔19中液体的体积，管材1内部液体的体积，高压管路23内部液体的体积；

V⁰ _A为管材内部液体压力为预设密封压力时，增压器高压腔中的液体的体积，即t₀时刻增压器高压腔19中液体的体积，可由增压器的第三位移传感器14测量增压器活塞15位移，可根据增压器高压腔19液体部分的长度与增压器高压腔19缸筒内直径计算获得；

V⁰ _B为管材内部液体压力为预设密封压力时，管材内部的液体的体积，即t₀时刻管材1内部液体的体积，可根据管材1初始长度与管材1内径计算获得；

V⁰ _C为管材内部液体压力为预设密封压力时，高压管路内部的液体的体积，即t₀时刻高压管路23内部液体体积，可根据高压管路23的长度与管路内径计算获得；

增压器比例伺服阀13接受来自输出模块11的指令，驱动增压器活塞15动作开始增压，通过增压器超高压压力传感器20测量管材1内压数值。

随着增压器中活塞15的运动，液体介质受到压缩，液体总体积逐渐减小，压力逐渐升高，在增压器中活塞15增压过程中的任意时刻t₁，管件1内部液体压力为p_t1，如内高压成形过程中没有泄漏发生，可以通过公式(2)计算t₁时刻，管材1的内部液体的压力为p_t1时液体总体积的压缩量，从而获得t₁时刻的液体总体积V¹。

其中，K为液体介质的体积弹性模数，内高压成形采用乳化液作为液体介质，可以通过查表获得其体积弹性模数数值为1.95×10³/MPa；

Δp表示变形前后的压力差，等于t₁时刻增压器超高压压力传感器20读数与t₀时刻增压器超高压压力传感器20读数之差；

V⁰表示变形开始时的液体总体积，即t₀时刻的液体总体积；

ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为时，液体总体积的体积压缩量，即变形前后的液体体积压缩量，为负值；

根据公式(2)可以计算获得液体体积压缩量，然后根据公式(3)可以计算出t₁时刻液体总体积V¹，

V¹＝V⁰+ΔV (3)

在t₁时刻，有公式(4)成立

V¹＝V¹ _A+V¹ _B+V¹ _C (4)

V¹ _A表示t₁时刻增压器高压腔19液体的体积，通过增压器中的第三位移传感器14实时测量的增压器活塞15位移计算获得，增压器16增压过程中高压腔19液体的体积是逐渐减小的；

V¹ _B表示t₁时刻管件1内部液体的实时体积，但是由于管材已发生塑性变形，该数值无法直接测量获得；

V¹ _C表示t₁时刻高压管路23液体的体积，由于高压管路23直径很小，仅约5mm-7mm，长度也较短，一般约2m-3m，管壁厚度很大，因此可以忽略高压管路23的弹性变形，即变形过程中该部分液体体积保持不变，有V⁰ _C＝V¹ _C。

根据公式(5)可以获得t₁时刻管件实时液体体积V¹ _B的计算值：

V¹ _B＝V¹-V¹ _A-V¹ _C (5)

因此，根据增压器16超高压压力传感器20与增压器中的第三位移传感器14数据，结合液体体积压缩公式即可获得管件在t₁时刻，液体的实时体积V¹ _B的计算值，该数值为考虑高压下液体体积存在压缩时的计算值。

本发明通过任意时刻，管件中液体的实时体积的计算值V¹ _B来判断管材1成形过程中是否存在管端泄漏流程图如图5所示，控制系统采集增压器压力和位移，计算内高压成形过程中管件液体体积，如果管件实时液体体积大于最终管件容积，表明有管端泄漏发生，立即停止成形过程，如果管件体积小于最终零件容积，则继续向控制系统发送目标值，按照预设加载曲线控制管材变形，具体过程如下：

变形开始时刻，即t₀时刻管材中液体的初始体积为V_B ⁰，管件成功成形时，其目标成型件的最终容积V^F _B可根据管件设计图3D数模计算获得。当增压器活塞15的位移增大时，任意时刻，如t₁时刻管件中液体的实时体积计算值V_B ¹始终也在增大，如果任意时刻管件中液体的实时体积的计算值V_B ¹大于管件最终零件容积V^F _B，则表明管件成形过程中有泄漏发生。

当确定成形过程有泄漏发生时，管材1的状态如图6所示。控制器10中的自动补偿控制模块根据发生泄漏时刻管材内压p_Q与轴向冲头位移s_Q记录泄漏点为加载曲线上的Q点，如图7所示。控制器10中的自动补偿控制模块发出控制命令给输出模块11，输出模块11根据控制器10发出的控制命令驱动左侧伺服油缸6，右侧伺服油缸22分别向管材1内侧轴向进给来恢复管端密封，同时，实时检测进给过程中，管材内部的液体的进给中实时压力，若管材内部的液体的所述进给中实时压力大于设定阈值，则管材的管端被再次密封，所述轴向进给系统停止运动，然后从加载曲线上的Q点开始继续内高压成形加工，使管材成形为合格零件，如图8所示，其中，设定阈值与泄漏点(Q点)处的管材内压p_Q相关。

内高压加工完成时停止增压，控制器10发出指令至增压器比例伺服阀13，控制增压器16的活塞15向下方运动，卸载内压，当内压降至0后，左侧伺服油缸6带动左侧密封冲头5向左侧运动，右侧伺服油缸22带动右侧密封冲头2向右侧运动，两个冲头与管材1相分离，上模3上行，模具打开，取出成形管件1，成形过程结束。

图9所示为管材内高压成形过程中，液体总体积V、增压器高压腔中液体的体积V_A、管材中液体体积的计算值V_B和高压管路中液体的体积V_C的变化趋势图。由于压力升高，液体体积被压缩，液体总体积V是逐渐减小的。增压器活塞进行增压，把高压腔液体排出到管件中，增压器高压腔中液体的体积V_A也是减小的。忽略弹性变形，高压管路容积保持不变，即高压管路中液体的体积V_C保持不变，由于增压器排出液体进入管材，压力升高管材发生变形，体积增大，因此管材中液体体积的计算值V_B增大。

如果管件液体总体积大于理想状态最终零件体积V^F _B时，表明出现了特殊情况，即成形过程中存在泄漏，由于该方法考虑了不同压力下，液体体积存在压缩量，因此可以精确判断管端泄漏发生。如果不考虑高压下液体的压缩量，该方法将存在很大的误差，无法用于实际生产。

实施例4：

增压器最大压力为400MPa，超高压压力传感器量程为450MPa，增压器高压腔内径为100mm，增压器行程为900mm，高压腔容积7.07L，增压器位移传感器的量程为1050mm。

增压器比例伺服阀额定流量为125L/min，水泵的额定流量为90L/min，额定压力为5MPa，控制器为西门子系列PLC315-2DP，输出模块为SM332。采用乳化液作为液体介质，其体积弹性模数数值为1.95×10³/MPa。

管材内径100mm，壁厚3mm，长度2000mm，原始管材容积为15.7L，最终零件容积为18.8L。

超高压管路内径8mm，长度3000mm，容积为0.15L。

增压器初始位移为0mm，增压器初始液体体积为7.07L，初始液体总体积为：22.92L。

管材初始压力为5MPa，当最终成形压力为200MPa与300MPa时，根据公式(2)可计算获得体积压缩量，再计算出增压器活塞位移，考虑液体体积压缩与不考虑液体体积压缩时获得的增压器活塞位移计算结果如表1所示。

表1内高压成形过程各单元液体体积变化(V＝22.76L)

由表1可以看出，不考虑超高压下液体体积压缩影响时，通过液体体积变化计算值来判断管端是否发生泄漏，误差会非常大，无法在实际生产中使用。

实施例5：

增压器最大压力为60MPa，超高压压力传感器量程为100MPa，增压器高压腔内径为600mm，增压器行程为2000mm，高压腔容积565.2L，增压器位移传感器的量程为2150mm。

增压器比例伺服阀额定流量为300L/min，水泵的额定流量为400L/min，额定压力为5MPa，控制器为西门子系列PLC315-2DP，输出模块为SM332。采用乳化液作为液体介质，其体积弹性模数数值为1.95×10³/MPa。

管材内径1000mm，壁厚5mm，长度3000mm，管材原始容积为2355L，最终成形零件容积为2708.3L。

增压器活塞初始位移为0mm，增压器初始液体体积为565.2L。管路内径40mm，长度4000mm，液体容积为5.0L。

液体初始压力为5MPa，最终成形压力50MPa。考虑液体体积压缩与不考虑液体体积压缩时获得的液体体积变化计算结果如表2所示。

由表2可见，如不考虑液体体积压缩量误差也非常大。对于某些尺寸较大零件，如运载火箭护环，运载火箭隧道管等，其直径可以达到9500mm，长度最大可达到7000mm，其初始体积可以达到3000L-5000L，虽然这些零件的成形压力不是很高，仅约30MPa-50MPa，但是由于变形时受压缩液体体积很大，通过体积变化来判断管端泄漏也必须考虑到液体的体积压缩。因此，对于容积较大的零件，即使成形压力不是很高，也必须考虑液体体积压缩才能获得高精度的预测结果。

表2内高压成形过程各单元液体体积变化(P＝50MPa，V＝2925.2L)

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

根据所述总体积的初始值和所述管材内部的液体的实时压力确定所述总体积的体积压缩量；

根据所述体积压缩量、所述总体积的初始值、在所述实时压力下所述高压腔中的液体的实时体积及所述高压管路内部的液体的实时体积确定所述管材内部液体的实时体积；

判断所述管材内部液体的实时体积是否大于所述管材的目标成形件的最终容积；

若是，记录泄漏点，增加所述管材的管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封，并根据预设的位移-内压加载曲线从所述泄漏点开始完成所述内高压成形；

若否，根据所述位移-内压加载曲线完成所述内高压成形。

2.根据权利要求1所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，所述增加所述管材的管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封具体包括：

增加内高压成形机的管端轴向进给量，并实时检测进给过程中，所述管材内部的液体的进给中实时压力；

判断所述管材内部的液体的所述进给中实时压力是否大于设定阈值，

若是，则所述管材的管端被再次密封，所述内高压成形机停止增加管端轴向进给量；

若否，控制所述内高压成形机继续向所述管材增加管端轴向进给量。

3.根据权利要求1所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

4.根据权利要求1所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，所述确定所述总体积的体积压缩量具体包括：

获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。

5.根据权利要求1所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，所述增压器的高压腔中的液体的实时体积根据增压器的位移传感器实时测量的增压器的活塞的位移确定。

6.根据权利要求1所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法，其特征在于，所述高压管路内部的液体的实时体积为内高压成形开始时刻，所述高压管路内部的液体的体积。

7.一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统，所述控制系统用于控制内高压成形机，其特征在于，所述控制系统包括：

初始总体积模块，用于在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；

体积压缩量模块，用于根据所述总体积的初始值和所述管材内部的液体的实时压力确定所述总体积的体积压缩量；

实时体积模块，用于根据所述体积压缩量、所述总体积的初始值、在所述实时压力下所述高压腔中的液体的实时体积及所述高压管路内部的液体的实时体积确定所述管材内部液体的实时体积；

判断模块，用于判断所述管材内部液体的实时体积是否大于所述管材的目标成形件的最终容积；

自动补偿控制模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，记录泄漏点，控制所述内高压成形机增加管端轴向进给量至所述管材的管端被再次密封；

内高压成形控制模块，用于当所述判断模块的判断结果为是且所述管材的管端被再次密封时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线从所述泄漏点开始完成所述内高压成形，当所述判断模块的判断结果为否时，控制所述内高压成形机根据预设的位移-内压加载曲线完成所述内高压成形。

8.根据权利要求7所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统，其特征在于，所述初始总体积模块用于根据公式：V⁰＝V⁰ _A+V⁰ _B+V⁰ _C，计算所述总体积的初始值，其中，V⁰为所述总体积的初始值；V⁰ _A为内高压成形开始时刻，增压器高压腔中的液体的体积；V⁰ _B为内高压成形开始时刻，管材内部的液体的体积；V⁰ _C为内高压成形开始时刻，高压管路内部的液体的体积。

9.根据权利要求7所述的自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制系统，其特征在于，所述体积压缩量模块具体包括：

参数获取单元，用于获取所述总体积的初始值、液体介质的体积弹性模数、所述管材内部的液体的实时压力及内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力；

压缩量确定单元，用于根据公式：确定所述总体积的体积压缩量，其中，K为液体介质的体积弹性模数，p_t为所述管材内部的液体的实时压力，p₀为内高压成形开始时刻，所述管材内部的液体的初始压力，V⁰为所述总体积的初始值，ΔV为所述管材内部的液体的实时压力为p_t时，所述总体积的体积压缩量。