CN108525610B - 一种铰链梁总成及合成压机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超硬材料技术领域，具体而言，涉及一种铰链梁总成及新型合成压机。铰链梁总成，其包括主体、推力柱、小行程超高压油缸、螺纹体和驱动装置。推力柱沿第一预设方向可滑动地设置在主体上，推力柱前端具有小行程超高压油缸，主体与推力柱之间由螺纹体构成相互之间传动和承载连接，驱动装置和螺纹体之间构成传动连接，被构造为带动推力柱沿第一预设方向往复运动，小行程超高压油缸产生超高压推力，推力柱通过螺纹体把承载力传递到主体；并由此铰链梁总成构成新型合成压机。

Description

一种铰链梁总成及合成压机

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体而言，涉及一种铰链梁总成及新型合成压机。

背景技术

铰式六面顶金刚石合成压机，是由按三维轴线互相垂直的六只超高压铰链梁油缸铰接在一起向中心施压的合成设备，是合成金刚石、立方氮化硼以及其它类超高压合成材料的主力机型，目前我国的超硬材料行业，具有万台左右的产业规模，油缸单缸推力一般在2000--5000t。

现有技术中的，铰链梁油缸从回程到底到停锤位的低压力行程占比大，一般会达到95％左右，要满足超高压模具装配和合成块的取放，而超高压全部工作范围油缸行程占比小，只有几毫米。

但在进入超高压工作时，整个油缸行程的后腔都要承受超高压液压压力，致使油缸缸体径向受到巨大的张应力，并作用于铰链梁体(本申请叙述的“主体”的概念)。一般地，按缸径大小，推力2000t的油缸其行程不小于70毫米，推力达到5000t的油缸其行程会达到120毫米左右，由张应力引起的工作缸和铰链梁径向形变可以达到1毫米以上；

由于油缸的超高压腔在铰链梁的底部位置，为了承受超高压液压油作用的径向张应力，务必要增大工作缸和铰链梁体相应部位的厚度来保证强度，这样就增大了铰链梁体的重量；

另一个方面，现有的液压控制系统对六只油缸实现精确地同步位移控制和“充液”工步的同步控制，都是低精度的，一般地，停锤位位移精度最高只能达到0.2毫米左右，甚至更差，直接造成“充液”的起始位误差，影响同步精度，而对于超高压合成来说，同步精度越高越好；

同步精度不好，严重影响超高压模具的稳定性，严重者会引起密封失效致使发生放炮事故。还有就是，由于每个油缸的液压部件的阻尼不同，连接液压的管道长度，弯头多少不一样，会造成油缸空程前进和后退有快有慢，此行程一般需要几十秒时间，影响效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铰链梁总成，以改善上述问题，其能够高效、快捷地完成推力柱的移动，实现精确的位移控制，小行程超高压油缸可以保证超高压压缩行程，并优化铰链梁体的受力结构，减小铰链梁总成的重量，降低制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种包括上述铰链梁总成的新型合成压机，具有优良的“停锤位”控制和“同步”控制，并可以实现六面顶和两面顶方式工作，合成出高品级的超硬材料制品。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种铰链梁总成，其包括：

主体；

推力柱，推力柱沿第一预设方向可活动地设置在主体上；

螺纹体和驱动装置，驱动装置和螺纹体之间构成传动连接；

推力柱与螺纹体螺纹连接，驱动装置被构造为驱动螺纹体带动推力柱沿第一预设方向往复运动；

主体通过螺纹体承载推力柱的运动。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体与主体螺纹连接，螺纹体与推力柱螺纹连接；

主体与推力柱和螺纹体之间实现差动螺旋副传动连接，且螺纹体和推力柱均被构造为沿第一预设方向往复移动。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体与推力柱螺纹连接，且推力柱被构造为沿第一预设方向移动；

螺纹体还与主体实现相互地承载连接，以支撑螺纹体的运动。

在本发明的一种实施例中：

上述铰链梁总成还包括第一导向键；

推力柱与主体通过第一导向键导向移动。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体与主体螺纹连接，且螺纹体被构造为沿第一预设方向移动；

螺纹体与推力柱螺纹连接，且推力柱被构造为沿第一预设方向移动。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体具有长度方向相对的两端，螺纹体的一端与推力柱螺纹连接，螺纹体的另一端与驱动装置传动连接。在本发明的一种实施例中：

上述主体上设置有第一内孔，第一内孔的底部设置有第一通孔；

螺纹体可活动地设置在第一内孔(业内俗称为铰链梁体内孔)中；螺纹体具备第一延伸部，第一延伸部可活动地设置在第一通孔中；

驱动装置与第一延伸部远离主体的一端连接。

在本发明的一种实施例中：

上述铰链梁总成还包括轴向限位器；

轴向限位器设置在第一延伸部与第一通孔的外侧部位。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体和推力柱均位于沿第一预设方向的同一侧；

驱动装置通过螺纹体与推力柱传动连接。

在本发明的一种实施例中：

上述铰链梁总成还包括第一导向键；

推力柱与主体通过第一导向键导向移动。

在本发明的一种实施例中：

上述推力柱包括超高压缸体、活塞、活塞杆和导向套；

导向套设置在活塞杆与超高压缸体之间；活塞通过活塞杆可活动地设置在超高压缸体内；且活塞被构造为设置在推力柱的一端。

在本发明的一种实施例中：

所述铰链梁总成还包括第二导向键；

所述第二导向键设置在活塞杆和导向套之间。

在本发明的一种实施例中：

上述超高压缸体的工作压力在70--150MPa之间。

在本发明的一种实施例中：

上述螺纹体和推力柱之间的螺旋副的承载力大于超高压油缸的推力；

推力柱的行程为70--150毫米之间。

一种新型合成压机，其包括相互铰接的六个铰链梁总成，其中四个铰链梁总成位于同一平面的铰链梁总成构成的被动承载铰链梁总成，余下的两个铰链梁总成构成主动加压铰链梁总成；由此构成两面顶工作模式合成压机主机；

被动承载铰链梁总成的铰链梁总成包括只具有机械传动和被动承载能力的铰链梁总成；

主动加压铰链梁总成的铰链梁总成包括具有机械传动和小行程超高压油缸的铰链梁总成；且主动加压铰链梁总成所在的平面与被动承载铰链梁总成所在的平面相互垂直；主动加压铰链梁总成前端具有可通电的加热顶锤；

或主动加压铰链梁总成的铰链梁总成为普通铰链梁总成；被动承载铰链梁总成前端各自具有侧向顶锤，可以围成一个和合成块同截面的矩形超高压压缸，被动承载铰链梁总成被动承载主动加压铰链梁总成的顶锤对合成块加热时合成块产生的侧向涨力，保持压缸稳定。

一种新型合成压机，其包括相互铰接的六个如上述的铰链梁总成；六个铰链梁总成相互铰接在一起，构成六面顶合成压机主机或两面顶工作模式合成压机主机。

由六只机液传动铰链梁总成相互铰接在一起，构成新型的六面顶合成压机主机或两面顶工作模式合成压机主机，其控制部分为机、液联合控制，比原超高压铰链梁油缸构成的合成压机控制系统大大简化，并具有高精度和高可靠性。

与现有技术相比，本发明的方案有益效果为：

由螺旋副实现推力柱的快速往复运动，可达到精确的位移控制，可以使合成设备具有极好的同步控制能力。推力柱前段的小行程超高压油缸，超高压工作时的径向张应力的轴向范围只有几个毫米，也就是把超高压油缸产生的(径向)张应力减小到最小值。原铰链梁油缸承受最大张应力部位只承受螺旋副的轴向力，可以减轻该部位强度设计和重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种铰链梁总成的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种铰链梁总成的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种新型合成压机的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种新型合成压机的结构示意图；

图5为图4另一个视角的结构示意图；

图6为本发明的本实施例提供又一种铰链梁总成的结构图示意图；

图7为本发明的本实施例提供再一种铰链梁总成的结构图示意图。

图标：10-铰链梁总成；110-主体；111-第一内孔；112-第一通孔；120-推力柱；121-超高压缸体；122-活塞；123-活塞杆；130-螺纹体；131-第一延伸部；140-驱动装置；150-轴向限位器；160-第一导向键；170-合成块；210-导向套；10a-铰链梁总成；20-新型合成压机；21-被动承载铰链梁总成；22-主动加压铰链梁总成；23-加热顶锤；24-侧向顶锤；30-新型合成压机；10b-铰链梁总成；10c-铰链梁总成；310-导向柱；321-第一花键；322-第二导向键；330-第一弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种铰链梁总成10的结构示意图。从图1中可以看出一种铰链梁总成10，其包括主体110、推力柱120、螺纹体130和驱动装置140。

推力柱120沿第一预设方向可活动地设置在主体110上；驱动装置140和螺纹体130之间构成传动连接；推力柱120与螺纹体130螺纹连接，驱动装置140被构造为驱动螺纹体130带动推力柱120沿第一预设方向往复运动；主体110通过螺纹体130承载推力柱120的运动。

在本发明的本实施例中，螺纹体130与推力柱120螺纹连接，且推力柱120被构造为沿第一预设方向移动；螺纹体130还与主体110实现相互地承载连接，以支撑螺纹体130的运动。进一步地，上述螺纹体130具有长度方向相对的两端，螺纹体130的一端与推力柱120螺纹连接，螺纹体130的另一端与驱动装置140传动连接。

如此实现了在主体110的厚度(行业俗称为底部)方向上，驱动装置140通过螺纹体130调节(驱动)推力柱120的移动。

需要说明的是，在发明的其他实施例中，螺纹体130和推力柱120可以是均位于沿第一预设方向的同一侧，这里仅仅是一个示例。可以理解的是，在本发明的其他实施例中，主体110、推力柱120和螺纹体130的连接关系不限于上述，这里仅仅是一个示例。进一地，在本实施例中，主体110上设置有第一内孔111(业内俗称为铰链梁体内孔)，第一内孔111的底部设置有第一通孔112；螺纹体130可活动地设置在第一内孔111中；螺纹体130具备第一延伸部131，第一延伸部131可活动地设置在第一通孔112中；驱动装置140与第一延伸部131远离主体110的一端连接。

使用时，在铰链梁的第一内孔111底部具有螺纹体130，可采用梯形螺纹的螺纹体130具有的第一延伸部131穿过第一通孔112，第一延伸部131轴径和铰链梁底孔回转配合，并由轴向限位组件150实现轴向限位固定，轴头延伸和回转驱动装置140实现传动连接，回转驱动装置140可采用电机驱动的蜗轮蜗杆减速器，螺纹体130在回转驱动装置140驱动下可以正反向回转转动，螺纹体130和(第一通孔112)主体底部的接触面回转滑动接触并具有承载力；在铰链梁第一内孔111有一个和其滑动配合的推力柱120，其前端面为承载面可连接超高压模具组件的侧向顶锤，后端具有螺纹和螺纹体130适配形成螺旋副，螺纹体130旋转驱动推力柱120做大行程空载往复运动，进一步可以驱动推力柱120产生主动加压铰链梁总成22最大推力10％左右的推力，螺旋副的自锁特性可以承载大的轴向力。

可选地，铰链梁总成10还包括轴向限位器150；轴向限位器150设置在第一延伸部131与第一通孔112的(内壁之间)外侧。为了防止推力柱120旋转，在本实施例中，推力柱120的外周面和主体110之间还具有第一导向键160。

由于螺纹体130和推力柱120之间的螺旋副的螺旋角度小于自锁角，所以推力柱120具有很大的轴向承载力，且推力柱120不会回移。推力柱120和螺纹体130以及形成的螺旋副的轴向承载力不小于配套的主动加压铰链梁总成22的最大推力；本发明可以适配目前所有主动加压铰链梁总成22的最大推力和工作行程范围，并满足以后继续增大油缸缸径和工作压力的需要，如目前超硬材料合成行业所使用的六面顶超高压合成设备，油缸缸径一般在650--800毫米范围，工作压强一般在100MPa左右，油缸的推力在33166--50240KN；本实施例可以设定推力柱120行程为120毫米，螺旋副最大推力为3500KN，被动承载能力为不小于35000KN，可以和最大推力为35000-50000KN的主动加压铰链梁总成22进行组配。

推力柱120的前端面为承载端面，可以连接超高压模具组件，一般由大垫块、小垫块、钢环和侧向顶锤组成。

该铰链梁总成10，在螺旋副驱动推力柱120往复运动时，只需克服推力柱120自重(以及前端连接的超高压模具组件的重量)或和其铰链梁第一内孔111之间的摩擦力，所以回转驱动装置140的回转扭矩并不大，而这恰好可以满足合成压机“回程”、“空程前进”的需要，并具有快速和实现高精度位移控制精度；进一步的，按最大的螺旋副驱动力，还可以让推力柱120承受给定吨位的推力，如配套的主动加压铰链梁总成22给定推力为35000KN时，让螺旋副具有不小于3500KN的推力，这也在螺旋副可实现的推力范围，则相当于超高压油缸10MPa左右的液压推力，使之在整机超压初始对合成块170进行“预压”，相当于普通六面顶合成压机的“充液”压力，(形成压缸结构)；所以，可以把铰链梁总成10的螺旋副驱动定义为“空程行程”和“推力行程”两个驱动步骤；更进一步的，螺旋副具有强大的承受轴向压力的能力，即被动承受主动加压铰链梁总成22对合成块170加压时超高压模具产生的涨力，使之形成稳定的“压缸”结构。

该铰链梁总成10在设计上，根据要求的油缸推力，首先根据配套的主动加压铰链梁油缸的工作行程和最大推力确定推力柱120行程以及最大推力和最大被动承载力，如主动加压铰链梁总成22的工作行程是120毫米，最大推力是35000KN，则可选定推力柱120行程为120毫米，主动推力为3500KN，被动承载力为35000KN；推力柱120和螺纹体130之间的螺旋副设计，首先选择承载力大的螺旋副形式，如梯形螺纹等，在满足推力柱120行程的前提下，螺纹数越多承载力越大；对铰链梁体的结构设计要保证底部的承载强度和铰链梁耳部的强度；进一步的，在设计上，应尽量增大螺旋副的推力，甚至超过10％以上，越大越好，使之增大对合成块170初始压缩量，更利于行成稳固的“压缸”结构；该项设计工作对同行业技术人员来说是显而易见的，不多赘述。

实施例2

请参照图2，图2为本发明的本实施例提供的铰链梁总成10a的结构图示意图。从图2中可以看出，这样的铰链梁总成10a与实施例1的铰链梁总成10a大致相同，不同之处在于推力柱120还包括超高压缸体121、活塞122、活塞杆123和导向套210。

进一步地，导向套210设置在活塞杆123与超高压缸体121之间；活塞122通过活塞杆123可活动地设置在超高压缸体121内；且活塞122被构造为设置在推力柱120一端。

在本实施例中，超高压缸体121和活塞杆123之间还具有导向套210；导向套210和活塞杆123之间还具有第一导向键160。

铰链梁总成10a还包括第二导向键322；所述第二导向键322设置在活塞杆123和导向套210之间。

进一步地，超高压缸体121的工作压力在70--150MPa之间，如此以满足工作需要。

可选地，活塞122总行程不大于8毫米即可满足对合成块的压缩行程，并预留有空余行程。

需要说明的是，对于本实施例来说，10mm的超高压行程足够用了，在其他实施例中，活塞122总行程可以大于10毫米，这里不做限定。因此，如行程有意超出10mm应仍纳入本方案的保护范围。

可选地，螺纹体130和推力柱120之间的螺旋副的承载力大于超高压油缸的推力；推力柱120的行程为70--150毫米之间。

在图2中，在铰链梁的第一内孔111底部具有螺纹体130，梯形螺纹的螺纹体130具有的第一延伸部131穿过第一通孔112，第一延伸部131径和铰链梁底孔回转配合，并由轴向限位组件150实现轴向固定，轴头延伸和回转驱动装置140实现传动连接。

回转驱动装置140采用电机驱动的蜗轮蜗杆减速器，螺纹体130在回转驱动装置140驱动下可以正反向回转转动，螺纹体130和(第一通孔112)主体第一内孔底部回转滑动接触并具有承载力；在第一内孔111还有一个和其轴向滑动配合的推力柱120，前端具有中空的超高压缸体121，其内具有活塞122，在超高压缸体121和活塞杆123之间还具有导向套210，导向套210和活塞杆123之间还有第一导向键160来防止活塞122转动，在活塞杆和导向套之间还具有导向键210，由此形成小行程超高压油缸。

油缸可以适应目前所有超高压铰链梁油缸的油缸直径和工作压力范围，并满足以后继续增大油缸缸径和工作压力的需要。如目前超硬材料合成行业所使用的六面顶超高压合成设备，油缸缸径一般在650--800毫米范围，工作压强一般在100MPa左右，油缸的推力在33166--50240KN，例如选定活塞122直径为700毫米，工作压强为100MPa，则具有38465KN推力；推力柱120后段具有和螺纹体130适配的螺纹形成螺旋副，由回转驱动装置140驱动螺纹体130旋转，由螺旋副传动使推力柱120实现轴向往复运动，为了防止推力柱120旋转，在铰链梁和推力柱120之间还具有第一导向键160。

由于螺纹体130和推力柱120之间的螺旋副的螺旋角度小于自锁角，所以在静止状态推力柱120具有很大的轴向承载力，且推力柱120不会回移，推力柱120和螺纹体130之间的螺旋副的承载力要大于小行程超高压油缸所具有的推力。

铰链梁总成10a在螺旋副驱动推力柱120往复运动时，只需克服推力柱120自重(以及前端连接的超高压模具组件的重量)或和其第一内孔111之间的摩擦力，所以回转驱动装置140的回转扭矩并不大，而这恰好可以满足合成压机“回程”、“空程前进”的需要，并具有快速和高精度位移控制精度；进一步的，按最大的螺旋副驱动力，可以让推力柱120承受给定吨位的推力，如前置的超高压油缸给定推力为38465KN时，让螺旋副具有不小于2310--3850KN的推力，则相当于超高压油缸6--10MPa的液压推力，正好和合成压机需要“充液”的压力相符合。所以，可以把铰链梁总成10a的螺旋副驱动定义为“空程行程”和“推力行程”两个驱动步骤；更进一步的，螺旋副具有强大的承受受压轴向力的能力，即被动承受推力柱120前端的超高压油缸的作用压力。

铰链梁总成10a在设计上，根据要求的油缸推力，首先确定超高压小行程油缸的直径和液压工作压强，如需要38465KN的油缸推力，则可选油缸直径为700毫米，液压工作压强为100MPa；推力柱120和螺纹体130之间的螺旋副设计，首先选择承载力大的螺旋副形式，如梯(弧)形螺纹等，在满足推力柱120行程的前提下，螺纹数越多承载力越大；对铰链梁体的结构设计要保证底部的承载强度和铰链梁耳部的强度；小行程超高压油缸的液压密封圈按行业通用技术条件设计，该类设计工作对同行业技术人员来说是显而易见的，不多赘述。

请参照图3，本实施例还提供一种新型合成压机30，其包括相互铰接的六个如上述任一项的铰链梁总成10a。

六只铰链梁总成10a，选定推力柱120行程为110毫米，小行程超高压油缸缸径为700毫米，工作压强为100MPa，按上、下、左、右、前、后相互铰接在一起，安装在机架上，形成一台向中心施压的六面顶合成设备主机。

每只铰链梁总成10a前端可以安装大小垫块、紧配合安装在钢环内的顶锤对合成块170施压的顶锤，合成块170处于超高压模具中心；该设备可以执行和传统六面顶合成压机一样的工步过程：

在六个铰链梁总成10a的推力柱120都处于后位且超高压油缸的活塞122也处于回程到底的位置，首先把左、后、下三个铰链梁总成10a通过驱动螺旋副使之推力柱120向前运动到“停锤位”，即各自的超高压模具的前端面正好接触合成块170位置，

然后同步驱动右、前、上三个铰链梁总成10a的螺旋副，使推力柱120向前准确地停在使各自的顶锤面刚刚贴合合成块170，该工步相当于传统六面顶合成压机的“空程前进”，此时六个铰链梁总成10a的“空程前进”停止位置称之为“停锤位”，

而后，同步控制驱动六个铰链梁总成10a的螺旋副，使推力柱120同步向前对合成块170“预压”，可以设定对合成块170的预压力为3850KN，或限定对合成块170的压缩行程为2.5毫米左右；当然，也可以由小行程超高压油缸直接超压；该过程相当于传统六面顶压机的六缸“充液”工步，至此，转入传统六面顶压机的“超压”工步；

六个铰链梁总成10a的螺旋副保持不动，转用超高压油泵同时向六个铰链梁总成10a的小行程超高压油缸供油，该工步是按照控制系统预先设定的超压曲线跟踪超压到合成压力；进入合成压力后，仍按照设定的合成压力曲线进行跟踪保压补压，同传统六面顶压机的“保压补压”；在“超压”和“保压补压”过程中，螺旋副处于“自锁”状态，并支撑小行程超高压油缸的超压和合成过程的推力，该阶段小行程超高压油缸的工作行程大概在2-3毫米之内；合成过程结束后，全部小行程超高压油缸缓慢卸压，同传统六面顶压机的“卸压”工步；卸压后，全部小行程超高压油缸活塞122回程到底，左、后、下三个铰链梁总成10a回到“停锤位”，而右、前、上三个铰链梁总成10a启动回转驱动装置140使螺纹体130反转，螺旋副驱使推力柱120回程到底，相当于传统六面顶合成压机的“快速回程”工步。至此整个合成周期结束，可以取放合成块170，进入下一次合成。对合成块170的电加热按工艺曲线跟踪控制，同传统的六面顶压机，略。

关于“预压”工步，还可以用小行程超高压油缸从“零”压力起始连续超压至合成压力。

从结构上讲，铰链梁总成10a和传统的超高压铰链梁油缸相比，改善了受力结构，铰链梁的底部不再承受来自超高压油缸100毫米左右的径向超高压压力，这也是传统铰链梁体尺寸最为厚大的位置，而在铰链梁总成10a的同部位，只承受推力柱120产生的拉应力，可以减小该部位尺寸和重量；另一方面，小行程超高压油缸的工作行程只有几个毫米，产生的径向张应力也大大减小，而以轴向力为主。

在本实施例中，六个铰链梁总成10a组成的新型六面顶压机，空载行程由螺旋副的机械传动实现，小行程超高压油缸在进入超高压工作后，小行程超高压油缸的工作行程只有几个毫米，按700毫米的小行程超高压油缸，每次工作周期按5毫米的工作行程，所用液压油只有10升左右，而传统的同吨位六面顶压机，油缸行程在100毫米左右，每个工作周期供油量会达到130L左右，而本发明也大大简化了液压控制系统，预计可以降低60％以上的液压控制系统成本，工作稳定，也大大减少了液压系统引发的故障和事故。

从控制精度来说，采用螺旋副的机械传动方式推动推力柱120实现前进后退，可以达到快速，位移控制准确，该种机电控制可以比传统的六面顶液压控制系统提高一个数量级的位移控制精度，达到10^-2毫米精度范围。

实施例3

图4为本发明的本实施例提供的新型合成压机20；图5为图4的另一个视角的结构示意图。从图4和图5中可以看出，一种新型合成压机20包括相互铰接的六个铰链梁总成。

其中四个位于同一平面的铰链梁总成构成的被动承载铰链梁总成21，余下的两个铰链梁总成构成主动加压铰链梁总成22；

被动承载铰链梁总成21的铰链梁总成为实施例1中的铰链梁总成10；

在本实施例中，主动加压铰链梁总成22的铰链梁总成为实施例2中的铰链梁总成10a。

主动加压铰链梁总成22的推力柱120包括超高压缸体121、活塞122、活塞122杆和导向套210；导向套210设置在活塞122杆于超高压缸体121之间；活塞122杆通过活塞122可活动地设置在超高压缸体121内；且活塞122被构造为设置在推力柱120的一端；且主动加压铰链梁总成22所在的平面与被动承载铰链梁总成21所在的平面相互垂直；

主动加压铰链梁总成22前端具有可通电的加热顶锤23；

被动承载铰链梁总成21前端各自具有侧向顶锤24，可以围成一个和合成块170同截面的矩形超高压压缸，被动承载铰链梁总成21被动承载主动加压铰链梁总成22的顶锤对合成块170加热时合成块170产生的侧向涨力，保持压缸稳定。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，主动加压铰链梁总成22的铰链梁总成可以是普通的铰链梁总成(推力柱与螺纹体没有螺纹连接的关系，如背景技术中提及的铰链梁总成)。这里仅仅是一个示例。

图5为图4的四个被动承载铰链梁总成21处于被动承受合成块170受压形成压缸的工作图。参照图4-图5，六个铰链梁总成包括在同一工作平面上的被动承载铰链梁总成21和与该工作平面垂直的主动加压铰链梁总成22；主动加压铰链梁总成22前端具有可通电的加热顶锤23；四只被动承载铰链梁总成21前端各自具有侧向顶锤24，可以围成一个和合成块170同截面的矩形超高压压缸，四只被动承载铰链梁总成21被动承载主动加压铰链梁总成22的顶锤对合成块170加热时合成块170产生的侧向涨力，保持压缸稳定。

两个主动加压铰链梁总成22按垂直方向，四个被动承载铰链梁总成21在水平方向按上、下、左、右、前、后互相铰接在一起，安装在机架上，构成向中心施压的新型合成设备。

本实施例的主动加压铰链梁总成22，其推力柱120行程为120毫米，小行程超高压油缸缸径为800毫米，工作压强为100MPa，最大推力为50240KN；四个被动承载铰链梁总成21，其推力柱120行程120毫米，具有推力为5000KN，最大被动承载力为不小于50240KN，两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)前端安装主动加压超高压模具组件的加热顶锤23，四个被动承载铰链梁总成21安装被动受压超高压模具组件的侧向顶锤24，合成块170处于超高压模具中心。

该设备的工步过程是：

两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)和四个被动承载铰链梁总成21的推力柱120都处于后退到底(回程到底)位置且超高压油缸的活塞122也处于回程到底的位置，首先把左、后、下的一个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)和两个被动承载铰链梁总成21通过驱动螺旋副使之推力柱120向前运动到“停锤位”，即各自的超高压模具顶锤的前端面正好接触合成块170位置；

然后同步驱动右、前、上的一个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)和两个被动承载铰链梁总成21的螺旋副，使推力柱120向前准确地停在使各自的超高压模具组件顶锤的前端面刚刚贴合合成块170位置，该工步相当于传统六面顶合成压机的“空程前进”，此时两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)和四个被动承载铰链梁总成21的停止位置称之为“停锤位”；

而后，同步控制驱动两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)和四个被动承载铰链梁总成21的螺旋副，使推力柱120同步向前对合成块170“预压”，可以设定对合成块170的预压力为5000KN，或限定对合成块170的压缩行程为2毫米左右，该过程相当于传统六面顶压机的六缸“充液”工步，至此，初步形成“矩形压缸”结构；

进而，转入主动加压铰链梁总成22的“超压”工步，即直接用超高压油泵同时向两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)的小行程超高压油缸供油，该工步是按照控制系统预先设定的超压曲线跟踪超压到合成压力，此时四个被动承载铰链梁总成21的超高压模具组件被动承受由上下方向对合成块170加压所产生的侧向涨力；

进入合成压力后，两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)的小行程超高压油缸仍按照设定的合成压力曲线进行跟踪保压补压，同传统六面顶压机的“保压补压”；在“超压”和“保压补压”过程中，合成块170侧向的涨力一般为主动加压铰链梁总成22对合成块170加压压力的70％左右，如主动加压是50240KN，合成块170压缩产生作用于被动承载铰链梁总成21的涨力约为70％左右，即主动加压：被动承载为1:0.7左右；在合成过程中，配合超高压模具的合理设计，主动加压可以对合成块170产生较大的压缩行程，大概会达到1.5毫米以上；从而接近和达到两面顶合成压机的压缩行程与合成效果。合成过程结束后，主动加压的机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)的小行程超高压油缸缓慢卸压，而四个被动承载铰链梁总成21仍保持不动，完成“卸压”工步；卸压后，上下两个机液传动铰链梁总成(即主动加压铰链梁总成22)的小行程超高压油缸活塞122回程到底至停锤位，然后四只被动承载铰链梁总成21和上主动加压铰链梁总成22启动反向回转驱动装置140开始回程，左后两只被动承载铰链梁总成21至停锤位停止，而右前两只被动承载铰链梁总成21和上主动加压铰链梁总成22驱使推力柱120越过停锤位回程到底，相当于传统六面顶合成压机的“快速回程”工步。至此整个合成周期结束，可以取放合成块170，进入下一次合成。

需要说明的是，上述实施例的主动加压铰链梁总成22，也可以采用现有技术的六面顶合成压机用的超高压铰链梁油缸，以主动加压方式工作。

结构上讲，被动承载铰链梁总成21只满足空载和预压的工作行程，没有超高压油缸，轴向尺寸可以做到最小；例如按照实施例给定的推力行程120毫米，推力为主动加压铰链梁总成的最大推力的70％计约35000KN，其轴向尺寸可以减小250毫米左右，可以减少总成重量约2-3吨左右，由此每台合成设备可以降低8-12吨左右重量，降低了制造成本；另一方面，整机的地面投影尺寸可以减小500毫米左右。

被动承载铰链梁总成21的被动载荷和主动加压铰链梁总成22的最大推力比值约为0.7:1，经济性好。

一台实现两面顶工作的合成压机，只有两个主动加压铰链梁总成22，如采用机液传动铰链梁总成10，则两个超高压油缸的总行程在10毫米左右，按800毫米的超高压油缸直径，所用液压油只有5升左右，而传统的同吨位六面顶压机，油缸行程在100毫米左右，每个工作周期供油量会达到160L以上(按三个动缸空程和六个超高压行程)，而本发明也大大简化了液压控制系统，预计可以降低60％以上的液压控制系统成本，也大大减少了液压系统引发的故障和事故。

从控制精度来说，采用螺旋副的机械传动方式推动推力柱120实现前进后退，可以达到快速，位移控制准确，该种机电控制可以实现比传统的六面顶液压控制系统提高一个数量级的位移控制精度。

实施例4

请参照图6，图6为本发明的本实施例提供的铰链梁总成10b的结构图示意图。从图6中可以看出，这样的铰链梁总成10b，其与实施例2所示的铰链梁总成10a大体类似，不同之处在于本实施例中的铰链梁总成10b的螺纹体130和推力柱120均位于沿第一预设方向的同一侧。

进一步地，螺纹体130与推力柱120位于主体110对产品施加压力的工作端(或称为承载面)。

这样的铰链梁总成10b能够较好地减小其轴向尺寸，优化结构受力情况。

可选地，在本实施例中，推力柱120还包括超高压缸体121、活塞122和活塞杆123。

可选地，活塞122总行程不大于10毫米即可满足对合成块的压缩行程，并预留有空余行程。

相较于实施例1中的铰链梁总成10b的底部(远离工作端的一侧)要承受巨大的超高压油缸推力的支撑，底部要厚大且有足够的强度，再加上螺纹体130占据的轴向尺寸，使铰链梁总成10b的轴向尺寸变大，增加重量和成本；而本实施例中将螺纹体130移至前端，由主体110前端面承载，最大限度减小了轴向尺寸，受力更加合理，且减少了很大的重量，降低了成本。

进一步地，在本实施例中，在活塞122前端面和导向套210相关面之间的弹簧(图中示出未标号)，可以迫使活塞122回程，能省却液压系统的油缸前腔回程油路。

同时，与铰链梁总成10a不同之处还在于，铰链梁总成10b的轴向限位器150设置在主体110靠近活塞杆123的一侧。

需要说明的是，实施例4所示的铰链梁总成10b，同样适用于实施例2中构成六面顶合成压机主机和实施例3用于构成主动加压铰链梁总成。

实施例5

请参照图7，图7为本发明的本实施例提供的铰链梁总成10c的结构图示意图。从图7中可以看出，这样的铰链梁总成10c，其与实施例2所示的铰链梁总成10a大体类似，不同之处在于，

铰链梁总成10c的螺纹体130与主体110螺纹连接，螺纹体130与推力柱120螺纹连接；主体110与推力柱120和螺纹体130之间实现差动螺旋副传动连接，且螺纹体130和推力柱120均被构造为沿第一预设方向往复移动。

进一步地，螺纹体130、主体110和推力柱120三者形成螺纹体130。第一内孔111的内螺纹与螺纹体130的外螺纹形成外螺旋副，推力柱120外圆螺纹与螺纹体130的内螺纹形成内螺旋副，由此形成差动螺旋传动。

可选地，推力柱120还包括超高压缸体121、活塞122和活塞杆123。推力柱120内具有活塞122，且还有导向套210形成小行程超高压油缸。在导向套210和活塞122前端面之间周向布置有第一弹簧330(第一弹簧330可以迫使活塞122回程，能省却液压系统的油缸前腔回程油路)。

可选地，活塞122总行程不大于12毫米即可满足对合成块的压缩行程，并预留有空余行程。

铰链梁总成10c还包括导向柱，导向柱310贯穿活塞122、推力柱120和主体110。导向柱310的作用是可以辅助支撑活塞122，提高活塞122的对中性，再一个重要作用就是起到活塞122与推力柱120之间和推力柱120与铰链梁之间的滑动定位，防止推力柱120和活塞122转动。

导向柱310中部和推力柱120固定连接，导向柱310的一端贯穿到活塞122底部的孔(导向柱310与活塞122形成通过第二导向键322连接，其导向柱310和油路通道)；另一端通过第一花键321滑动配合。第一花键321和第二导向键322都能够起到保障螺纹体130、主体110和推力柱120差动螺旋时，防止推力柱120和活塞122转动的作用(只能沿第一预设方向滑动)。

在本实施例中，采用外螺旋副与内螺旋副旋向相反，当采用相同螺距时，螺纹体130由驱动装置140转动并前后移动，而推力柱120可以获得双倍的前后移动行程；当小行程超高压油缸通入超高压液压油时，推力柱120底部的承载力则由螺纹体130传递到铰链梁体(主体)内孔部位。

这样的优点是，铰链梁主体110部位承载小行程的超高压油缸的推力，而不需铰链梁底部承载，可以大大地减小铰链梁总成10c的轴向尺寸以及去掉铰链梁的底部重量，最大限度地降低重量和制造成本。

需要说明的是，

实施例5所示的铰链梁总成10c，同样适用于实施例2中构成六面顶合成压机主机和实施例3用于构成主动加压铰链梁总成。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种合成压机，其特征在于：

包括相互铰接的六个铰链梁总成，其中位于同一平面的四个铰链梁总成构成为被动承载铰链梁总成，余下的两个铰链梁总成构成为主动加压铰链梁总成；由此构成两面顶合成压机主机；

所述铰链梁总成包括主体；推力柱，所述推力柱沿第一预设方向可活动地设置在所述主体上；螺纹体和驱动装置，所述驱动装置和所述螺纹体之间构成传动连接；所述推力柱与所述螺纹体螺纹连接，所述驱动装置被构造为驱动螺纹体带动推力柱沿第一预设方向往复运动；所述主体通过所述螺纹体承载推力柱的运动；所述螺纹体与所述推力柱螺纹连接，且推力柱被构造为沿第一预设方向移动；所述螺纹体还与所述主体实现相互地承载连接，以支撑所述螺纹体的运动；螺纹体和推力柱之间的螺旋副的螺旋角度小于自锁角；推力柱和螺纹体以及形成的螺旋副的轴向承载力不小于配套的主动加压铰链梁总成的最大推力；

且所述主动加压铰链梁总成的铰链梁总成的所述推力柱包括由超高压缸体、活塞、活塞杆和导向套构成的超高压油缸；所述导向套设置在所述活塞杆与所述超高压缸体之间；所述活塞通过所述活塞杆可活动地设置在所述超高压缸体内；且所述活塞被构造为设置在推力柱的一端；所述主动加压铰链梁总成所在的平面与所述被动承载铰链梁总成所在的平面相互垂直；

或所述主动加压铰链梁总成的所述铰链梁总成为普通铰链梁总成；

所述主动加压铰链梁总成前端具有可通电的加热顶锤；所述被动承载铰链梁总成前端各自具有侧向顶锤，可以围成一个和合成块同截面的矩形超高压压缸，被动承载铰链梁总成被动承载主动加压铰链梁总成的顶锤对合成块加热时合成块产生的侧向涨力，保持压缸稳定。

2.根据权利要求1所述的合成压机，其特征在于：

所述螺纹体与所述主体螺纹连接，所述螺纹体与所述推力柱螺纹连接；

所述主体与推力柱和螺纹体之间实现差动螺旋副传动连接，且所述螺纹体和所述推力柱均被构造为沿第一预设方向往复移动。

3.根据权利要求1所述的合成压机，其特征在于：

所述铰链梁总成还包括第一导向键；

所述推力柱与所述主体通过第一导向键导向移动。

4.根据权利要求1所述的合成压机，其特征在于：

在所述主动加压铰链梁总成中，所述铰链梁总成还包括第二导向键；

所述第二导向键设置在活塞杆和导向套之间。

5.根据权利要求1所述的合成压机，其特征在于：

在所述主动加压铰链梁总成中，所述超高压缸体的工作压力在70--150MPa之间。

6.根据权利要求1所述的合成压机，其特征在于：

在所述主动加压铰链梁总成中，所述螺纹体和所述推力柱之间的螺旋副的承载力大于所述超高压油缸的推力；所述推力柱的行程为70--150毫米之间。

7.一种合成压机，其特征在于：

包括相互铰接的六个铰链梁总成；六个所述铰链梁总成相互铰接在一起，构成六面顶合成压机主机；

所述铰链梁总成包括主体；推力柱，所述推力柱沿第一预设方向可活动地设置在所述主体上；螺纹体和驱动装置，所述驱动装置和所述螺纹体之间构成传动连接；所述推力柱与所述螺纹体螺纹连接，所述驱动装置被构造为驱动螺纹体带动推力柱沿第一预设方向往复运动；所述主体通过所述螺纹体承载推力柱的运动；所述螺纹体与所述推力柱螺纹连接，且推力柱被构造为沿第一预设方向移动；所述螺纹体还与所述主体实现相互地承载连接，以支撑所述螺纹体的运动；螺纹体和推力柱之间的螺旋副的螺旋角度小于自锁角；推力柱和螺纹体以及形成的螺旋副的轴向承载力不小于配套的主动加压铰链梁总成的最大推力；

所述推力柱包括由超高压缸体、活塞、活塞杆和导向套构成的超高压油缸；所述导向套设置在所述活塞杆与所述超高压缸体之间；所述活塞通过所述活塞杆可活动地设置在所述超高压缸体内；且所述活塞被构造为设置在推力柱的一端。

8.根据权利要求7所述的合成压机，其特征在于：

所述螺纹体与所述主体螺纹连接，所述螺纹体与所述推力柱螺纹连接；

所述主体与推力柱和螺纹体之间实现差动螺旋副传动连接，且所述螺纹体和所述推力柱均被构造为沿第一预设方向往复移动。

9.根据权利要求7所述的合成压机，其特征在于：

所述铰链梁总成还包括第一导向键；

所述推力柱与所述主体通过第一导向键导向移动。

10.根据权利要求7所述的合成压机，其特征在于：

所述铰链梁总成还包括第二导向键；

所述第二导向键设置在活塞杆和导向套之间。

11.根据权利要求7所述的合成压机，其特征在于：

所述超高压缸体的工作压力在70--150MPa之间。

12.根据权利要求7所述的合成压机，其特征在于：

所述螺纹体和所述推力柱之间的螺旋副的承载力大于所述超高压油缸的推力；所述推力柱的行程为70--150毫米之间。