CN109622716A - 压边力自动控制系统及冲压成型液压设备及冲压模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压边力自动控制系统、冲压成型液压设备及冲压模具。压边力自动控制系统包括数据采集单元、压边力调控单元以及伺服电机泵组，通过数据采集单元反馈辅助液压缸内的压力值至压边力调控单元，压边力调控单元通过计算向伺服电机发出脉冲信号，伺服电机根据脉冲信号改变电机转速来实现辅助液压缸压力的变化。电机泵组不需要一直在最高转速运行，在压边状态下，辅助液压缸的速度为零，电机只需要很低转速即可保持液压缸的压力，避免了大量的无用做功，减少系统能耗，避免了液压油快速升温；同时，电机转速是一个线性变化过程，整个过程无抖动，功率损失小。

Description

压边力自动控制系统及冲压成型液压设备及冲压模具

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种压边力自动控制系统、冲压成型液压设备及冲压模具。

背景技术

在金属材料的拉深过程中，起皱和拉裂是常见的两种失效形式。起皱的原因是压应力造成的失稳，而拉裂是拉应力过大超过强度所致。防止起皱的最为有效的方式是在拉深过程中施加压边力，合理的压边力对于减小废品率、提高工件质量具有重要意义，此外，增加压边力可有效降低工件的回弹率。

压边力的设定大多通过独立的液压缸来实现，调整液压缸内压力就可以达到压边力调整的目的(主拉伸为另外一个液压缸)；板材在成形过程中经过拉伸变薄时，液压压边可以保持压力恒定，并自动补偿推进压边单元，防止板材在变薄时发生起皱的现象。

目前调整液压缸压力最主流的方法是在液压管路上配置电液比例溢流阀，通过PID控制器、压力传感器组成一个简单的闭合回路。这也是一种最简单的压力动态平衡控制方式回路。但该压边单元回路有诸多不足：单元电机泵组一直处于高速运行状态，系统能耗损失大；因系统液压油温较高，需加装辅助散热器；电液比例溢流阀阀芯一直处于高速往复运动状态，长时间运行的阀芯因机械摩擦增大间隙，需更换新阀组。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种压边力自动控制系统、冲压成型液压设备及冲压模具，电机泵组不需要一直在最高转速运行，避免了大量的无用做功，节能，避免了液压油快速升温，同时，电液比例溢流阀阀芯不需一直处于高速往复运动状态，安全平稳，提高系统寿命。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种压边力自动控制系统，其特征在于，包括：

辅助液压缸，用于对待加工板材施加压边力；

伺服电机，用于调整所述辅助液压缸施加的压边力大小；

数据采集单元，用于采集所述辅助液压缸的实际压边力以及所述待加工板材的拉伸深度，所述实际压边力为所述辅助液压缸对所述待加工板材施加的压力，所述拉伸深度为主液压缸对所述待加工板材的拉伸量；

压边力调控单元，用于根据预设的压边力曲线以及所述拉伸深度计算出所述辅助液压缸的理论压边力；

所述压边力调控单元的数据输出端与所述伺服电机的数据输入端连接，若所述实际压边力与所述理论压边力的差值不在预设偏差范围，则所述压边力调控单元向所述伺服电机发送电机转速调控信号以使所述辅助液压缸的实际压边力与所述理论压边力的差值在预设偏差范围内；

其中，预设的压边力曲线是所述待加工板材的压边力曲线。

优选地，所述数据采集单元包括：

力传感器，用于采集所述辅助液压缸对所述待加工板材施加的压力作为所述辅助液压缸的实际压边力；以及

位移传感器，用于采集所述主液压缸对应的凸模的行程作为待加工板材的拉伸深度。

优选地，所述压边力调控单元为PID控制器。

一种冲压成型液压设备，其特征在于，包括：

主液压设备，所述主液压设备包括有主液压缸；和

上述的压边力自动控制系统。

一种冲压模具，其特征在于，包括

凹模；

凸模；

上述的冲压成型液压设备。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明通过调节伺服电机转速的方法来实现辅助液压缸压力的变化，电机泵组不需要一直在最高转速运行，在压边状态下，辅助液压缸的速度为零，电机只需要很低转速即可保持液压缸的压力(一般在10～30n/min)，避免了大量的无用做功，减少系统能耗，避免了液压油快速升温；同时，通过调节伺服电机转速的方法来实现辅助液压缸压力的变化，只需伺服电机转速改变即可，不需要改变转速方向，电液比例溢流阀阀芯不需一直处于高速往复运动状态，安全平稳，提高系统寿命。

2)本发明提供的一种压边力自动控制系统，将利用模拟平台、近似的压边力数学模形，并结合实验，获取的不同材料的冲压拉伸位移与压边力值组成的曲线存入压边力调控单元内，从而满足不同板材的成形。

3)本发明还提供了一种冲压成型液压设备，将主压机控制系统与压边装置控制系统关联，压边力曲线库与伺服压机成形控制系统的数据实时交互，组成一套同步协作的冲压成型液压设备。

附图说明

图1为一种压边力自动控制系统的简图；

图2为数据采集单元的组成框图；

图3为一种冲压模具的工作示意图。

附图标记说明：

100：数据采集单元；101：力传感器；102：位移传感器；200：压边力调控单元；201：PC系统；300：伺服电机；301：油泵；302：溢流阀；303：泄压阀；400：辅助液压缸；401：三位四通电磁阀；500：油箱；1：板材；2：凹模；3：压边圈；4：凸模。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种压边力自动控制系统、冲压成型液压设备及冲压模具作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1，本发明提供了一种压边力自动控制系统，其特征在于，包括：

辅助液压缸400，用于对待加工板材1施加压边力；

伺服电机300，用于调整所述辅助液压缸400施加的压边力大小；

数据采集单元100，用于采集所述辅助液压缸400的实际压边力以及所述待加工板材1的拉伸深度，所述实际压边力为所述辅助液压缸400对所述待加工板材1施加的压力，所述拉伸深度为主液压缸对所述待加工板材1的拉伸量；

压边力调控单元200，用于根据预设的压边力曲线以及所述拉伸深度计算出所述辅助液压缸400的理论压边力；

所述压边力调控单元200的数据输出端与所述伺服电机300的数据输入端连接，若所述实际压边力与所述理论压边力的差值不在预设偏差范围，则所述压边力调控单元200向所述伺服电机300发送电机转速调控信号以使所述辅助液压缸400的实际压边力与所述理论压边力的差值在预设偏差范围内；

其中，预设的压边力曲线是所述待加工板材1的压边力曲线。下面对该压边力自动控制系统的组成部分进行具体说明。

数据采集单元100，参看图2，数据采集单元100包括力传感器101和位移传感器102，力传感器101置于辅助液压缸400上，用于实时收集辅助液压缸400内的压边力值，位移传感器102置于凸模4上面，用于实时收集板材1在进行拉伸时的拉伸深度值，从而得到压边力与拉伸深度的关系曲线。数据采集单元100的数据输出端与压边力调控单元200数据输入端连接，数据采集单元100将收集的压边力与拉伸深度的关系曲线实时反馈至压边力调控单元200。

压边力调控单元200将从数据采集单元100处实际获取的压边力与拉伸深度的关系曲线与设定的压边力-拉伸深度曲线进行对比，通过判定后向伺服电机300输出脉冲信号，本发明中，压边力调控单元200优选为PID控制器，基于PID控制器的预设程序中数值和模拟信号的数学关系和力传感器设定中模拟信号和压边力的数学关系对实时检测得到的信号进行分析计算，就能够获得实时压边力的大小，采用曲线拟合的方式得到实时压边力和拉伸深度的关系曲线，与预设的压边力-拉伸深度曲线作出对比，依照对比结果，改变PID控制器的输出信号，控制实时压边力按照预设压边力曲线进行变化。PID 控制器通过曲线拟合运算，在压力差减小过程中，已经计算过液压缓冲，从而在块接近目标值过程中，PID控制器会调控伺服电机300的转速逐渐减小，慢慢地使辅助液压缸400内的压力值逐渐逼近目标压力值，整个调整过程平滑，无惯性缓冲等震动。

优选地，本发明还包括一PC系统201，PC系统201的数据输出端与压边力调控单元200的数据输入端连接。在基于板材力学性能、成形极限FLD/FLC 实验基础上，利用仿真模拟平台、近似的压边力数学模形，并结合实验，获取一连串冲压拉伸位移与压边力值组成的一幅X-Y轴点阵图，随后把这些值做曲线拟合，获取连续的压边力-拉伸深度曲线，将得到的压边力-拉伸深度曲线存入PC系统201中。压边力调控单元200可以根据需要选择需要导入的压边力-拉伸深度曲线，从而可以满足不同板材的成形。

伺服电机300用于调整所述辅助液压缸400施加的压边力大小，压边力调控单元200的数据输出端与伺服电机300的数据输入端连接，压边力调控单元200将实际获取的压力状态与设定的压力值进行对比，通过判定后向伺服电机300输出脉冲信号，若压差比较大，压边力调控单元200会向伺服电机300输出较大脉冲信号，伺服电机300在接收到脉冲信号后加速电机转动，伺服电机300的输出端连接油泵301，从而油泵301的进油量增加，进而调节液压油的流量差达到压力补偿，直到实际压力值在设定值上下波动后就输出较小脉冲数，维持恒定保压，实现对压边力的控制，在维持恒定保压时，伺服电机300的电机处于低转速状态。基于PID控制器的曲线拟合运算调控伺服电机的脉冲信号，电机转速是一个线性变化过程，整个过程无抖动，功率损失较小，从而达到节能减排的目的。

优选地，参看图1，本发明在油泵301的出油端连接一溢流阀302，溢流阀302后连接一泄压阀303，油泵301、溢流阀302、泄压阀303与油箱500 组成一回路，用于对压边力调整的精确控制。

辅助液压缸400用于对待加工板材1施加压边力，参看图1，辅助液压缸400连接一个三位四通电磁阀401，三位四通电磁阀401、辅助液压缸400 与泄压阀303组成一回路，本发明提供的压边力自动控制系统通过伺服电机泵组、叠加式溢流阀、旁通泄压阀实现对压边力调整的精确控制。

油箱500为整个压边力自动控制系统提供液压油。

本发明提供的一种压边力自动控制系统，预先将不同板材的压边力-拉伸深度曲线加载到PC系统201中，当需要拉伸某板材时，将该板材的压边力- 拉伸深度曲线从PC系统201输出到PID控制器，PID控制器接收程序后， PID控制器将数据采集单元100反馈的压边力-拉伸深度曲线与设定的压边力 -拉伸深度曲线进行对比，通过判定后，向伺服电机300输出脉冲信号，伺服电机300在接收到脉冲信号后对电机转速进行调节，进而调节液压油的流量差达到压力补偿，实现对压边力的控制。本发明通过调节伺服电机转速的方法来实现辅助液压缸压力的变化，电机泵组不需要一直在最高转速运行，在压边状态下，辅助液压缸的速度为零，电机只需要很低转速即可保持液压缸的压力(一般在10～30n/min)，避免了大量的无用做功，减少系统能耗，避免了液压油快速升温；同时，电机转速是一个线性变化过程，整个过程无抖动，功率损失小。通过调节伺服电机转速的方法来实现辅助液压缸压力的变化，只需伺服电机转速改变即可，不需要改变转速方向，电液比例溢流阀阀芯不需一直处于高速往复运动状态，安全平稳，提高系统寿命；利用模拟平台、近似的压边力数学模形，并结合实验，获取的不同材料的冲压拉伸位移与压边力值组成的曲线存入压边力调控单元内，从而满足不同板材的成形。

实施例二

本发明还提供了一种冲压成型液压设备，包括：

主液压设备，包括有主液压缸，用于为板材1的拉伸提供主拉伸力；和

上述的压边力自动控制系统，用于为板材1的拉伸提供压边力。将主拉伸力控制系统与压边装置控制系统关联，压边力曲线库与伺服压机成形控制系统的数据实时交互，组成一套同步协作的冲压成型液压设备。

实施例三

参看图3本发明还提供了一种冲压模具，包括

凹模2；

凸模3；

上述的冲压成型液压设备。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种压边力自动控制系统，其特征在于，包括：

辅助液压缸，用于对待加工板材施加压边力；

伺服电机，用于调整所述辅助液压缸施加的压边力大小；

数据采集单元，用于采集所述辅助液压缸的实际压边力以及所述待加工板材的拉伸深度，所述实际压边力为所述辅助液压缸对所述待加工板材施加的压力，所述拉伸深度为主液压缸对所述待加工板材的拉伸量；

压边力调控单元，用于根据预设的压边力曲线以及所述拉伸深度计算出所述辅助液压缸的理论压边力；

所述压边力调控单元的数据输出端与所述伺服电机的数据输入端连接，若所述实际压边力与所述理论压边力的差值不在预设偏差范围，则所述压边力调控单元向所述伺服电机发送电机转速调控信号以使所述辅助液压缸的实际压边力与所述理论压边力的差值在预设偏差范围内；

其中，预设的压边力曲线是所述待加工板材的压边力曲线。

2.如权利要求1所述的压边力自动控制系统，其特征在于，所述数据采集单元包括：

力传感器，用于采集所述辅助液压缸对所述待加工板材施加的压力作为所述辅助液压缸的实际压边力；以及

位移传感器，用于采集所述主液压缸对应的凸模的行程作为待加工板材的拉伸深度。

3.如权利要求1所述的压边力自动控制系统，其特征在于，所述压边力调控单元为PID控制器。

4.一种冲压成型液压设备，其特征在于，包括：

主液压设备，所述主液压设备包括有主液压缸；和

权利要求1至3任意一项所述的压边力自动控制系统。

5.一种冲压模具，其特征在于，包括

凹模；

凸模；

权利要求4所述的冲压成型液压设备。