CN110090888A - 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统 - Google Patents

一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110090888A
CN110090888A CN201910504886.6A CN201910504886A CN110090888A CN 110090888 A CN110090888 A CN 110090888A CN 201910504886 A CN201910504886 A CN 201910504886A CN 110090888 A CN110090888 A CN 110090888A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder
displacement
pressure
internal pressure
internal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910504886.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110090888B (zh
Inventor
王小松
曹健
苑世剑
贺久强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910504886.6A priority Critical patent/CN110090888B/zh
Publication of CN110090888A publication Critical patent/CN110090888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110090888B publication Critical patent/CN110090888B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/041—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Abstract

本发明公开一种内高压成形位移‑内压加载曲线控制系统。所述系统通过在控制系统中增加内压耦合作用补偿模块，将内压变化带来的影响引入多轴轴向位移伺服闭环控制中，补偿内压变化对轴向位移控制的干扰；同时增加油缸位移耦合作用补偿模块，将轴向位移的变化引入管材内压的伺服闭环控制环节中，补偿管端轴向进给对内压控制的干扰。由于考虑了内压与位移耦合作用的影响，本发明控制系统可以实现内高压成形中的内压与位移匹配曲线的快速、高精度加载，尤其适用于直径较大管材以及较高内压的位移‑内压加载曲线的快速、精确控制。

Description

一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统
技术领域
本发明涉及管材塑性成形技术领域，特别是涉及一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统。
背景技术
管材内高压成形技术是一种先进的变截面空心构件制造方法，已广泛的应用于汽车结构件的生产中，也用于航空航天工业中的大直径封闭变截面管材成形。其主要工艺过程为：首先向管材内部填充液体，同时通过轴向冲头实现管材两端密封，然后通过增压器提高管材内部液体压力，使管材在液压与轴向力的作用下发生塑性变形，从而获得变截面管件。
为保证零件成功成形，需要精确控制管材内压-管端轴向进给(位移)加载曲线，当管材内压与管端轴向进给(位移)匹配较好时，才能够获得合格的管件。如果加载曲线不合理，管材可能会发生起皱或破裂。
内高压成形机是实现管材内高压成形的数控塑性成形设备，主要包括两个(或多个)水平油缸、增压器与合模油缸。水平油缸安装轴向冲头提供管材两个端头密封和轴向进给，通过增压器提供高压液体，合模油缸实现模具开闭并提供合模力。
水平油缸一般采用比例伺服阀控制，通过位移闭环伺服控制方法实现管端位移的精确控制。增压器也采用比例伺服阀进行内压伺服闭环控制，实现精确的压力控制。工艺人员设定内高压成形的位移-内压加载曲线，并通过内高压成形机实现管端轴向进给与管材内压的精确加载，保证管件顺利成形。
虽然目前内高压成形机中采用了先进的闭环伺服控制方法，但由于内高压成形时管端位移与管材内压是互相干扰、耦合作用的：一方面，管材增压时增压器将其高压腔液体压缩至管材内部实现内压升高，但与此同时进行的管端轴向进给也会压缩管材内部液体体积，从而导致管材内压升高，如果管端轴向位移产生超调，水平油缸后退将使液体体积增大管材内压下降，因此轴向冲头的位移会严重干扰压力闭环伺服控制精度，对于直径较大的管材，由于冲头进给/后退相同长度时对管材内部液体体积压缩/增大的影响更大，水平油缸位移变化对压力控制的干扰更严重；另一方面，管材内压作用在轴向冲头上产生液压反力，会干扰轴向位移控制，由于内高压成形时，管材内压最高至400MPa，作用在冲头面积上的液压反力远大于常规液压传动(<25MPa)时的反力，对位移精度干扰作用大；以三通管为代表的多通管成形时，需要实现多个水平油缸轴向位移与内压的匹配，控制难度更大；由于内压产生液压反力对位移闭环控制的干扰，难以实现快速高精度加载。因此，由于内高压成形时管端位移控制与管材内压压力两者互相干扰、耦合作用，如采用独立的位移与压力控制方法加载内高压成形位移-内压曲线，加载精度与效率均受到限制，无法满足实际要求。
综上所述，现有管端位移闭环伺服控制与管材内压闭环伺服控制的独立控制方法，仍无法保证快速、高精度加载位移-内压曲线，无法满足实际要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，以解决现有内高压成形加载系统采用独立的内压闭环控制与管端轴向进给控制，导致无法实现加载曲线快速精确控制的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，所述内高压成形位移-内压加载曲线控制系统包括：管材、右侧冲头、上模、下模、左侧冲头、左侧水平油缸、左侧油缸位移传感器、左侧油缸比例伺服阀、内压输入模块、左缸位移输入模块、右缸位移输入模块、油缸位移耦合作用补偿模块、内压控制器、左缸位移控制器、右缸位移控制器、内压耦合作用补偿模块、输出模块、右侧油缸比例伺服阀、增压器比例伺服阀、增压器位移传感器、增压器、水泵、超高压单向阀、超高压压力传感器、超高压管路、右侧油缸位移传感器、右侧水平油缸、右侧冲头中心孔道、左侧油缸活塞腔压力传感器、左侧油缸活塞杆腔压力传感器、右侧油缸活塞腔压力传感器、右侧油缸活塞杆腔压力传感器以及油缸推力数据模块；
所述管材放置在所述下模上；所述上模下行后与所述下模闭合后构成完整内高压成形模具；所述左侧冲头安装在所述左侧水平油缸上，所述左侧水平油缸安装有所述左侧油缸位移传感器；所述左侧水平油缸的活塞腔管路安装有左侧油缸活塞腔压力传感器；所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路安装有左侧油缸活塞杆腔压力传感器；所述左侧油缸比例伺服阀分别与所述左侧水平油缸的活塞腔管路、所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路以及所述输出模块连接；
所述右侧冲头安装在所述右侧水平油缸上，所述右侧水平油缸安装有所述右侧油缸位移传感器；所述右侧水平油缸的活塞腔管路安装有右侧油缸活塞杆腔压力传感器；所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路安装有右侧油缸活塞腔压力传感器；所述右侧油缸比例伺服阀分别与所述右侧水平油缸的活塞腔管路、所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路以及所述输出模块连接；
所述增压器的低压端安装有所述增压器位移传感器；所述增压器的第一高压腔出口依次连接所述单向阀和所述注水泵；所述增压器的第二高压腔出口与所述高压管路的一端连接；所述高压管路的另一端通过所述中心孔道与所述右侧冲头连接；所述超高压传感器安装在所述高压管路上；所述增压器比例伺服阀分别与所述增压器的低压端活塞以及所述输出模块连接；
所述油缸位移耦合作用补偿模块分别连接所述左侧油缸位移传感器和所述右侧油缸位移传感器；所述内压控制器分别与所述内压输入模块、所述油缸位移耦合作用补偿模块、所述超高压压力传感器以及所述输出模块连接；
所述左缸位移控制器分别与所述左缸位移输入模块、所述左侧油缸位移传感器、所述内压耦合作用补偿模块以及所述输出模块连接；
所述右缸位移控制器分别与所述右缸位移输入模块、所述右侧油缸位移传感器、所述内压耦合作用补偿模块以及所述输出模块连接；
所述内压耦合作用补偿模块分别与所述超高压压力传感器和所述油缸推力数据模块连接；所述油缸推力数据模块分别连接所述左侧油缸活塞腔压力传感器、所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器、所述右侧油缸活塞腔压力传感器以及所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器。
可选的，所述左侧油缸位移传感器用于采集所述左侧水平油缸的当前左缸位移，并将所述当前左缸位移分别输入至所述左缸位移控制器以及所述油缸位移耦合作用补偿模块中；所述右侧油缸位移传感器用于采集所述右侧水平油缸的当前右缸位移，并将所述当前右缸位移分别输入至所述右缸位移控制器以及所述油缸位移耦合作用补偿模块中；所述油缸位移耦合作用补偿模块根据所述当前左缸位移以及所述当前右缸位移确定内压控制补偿值，并将所述内压控制补偿值输送至所述内压控制器中。
可选的，所述超高压压力传感器用于测量所述高压管路内部的实时内压，并将所述实时内压分别输入至所述内压控制器以及所述内压耦合作用补偿模块。
可选的，所述内压控制器根据所述内压输入模块给出的内压控制目标值、所述超高压传感器检测的所述实时内压以及所述油缸位移耦合作用补偿模块确定的所述内压控制补偿值，确定内压控制量，并将所述内压控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述内压控制量控制所述增压器比例伺服阀动作，从而控制所述管材内压。
可选的，所述左侧油缸活塞腔压力传感器用于采集所述左侧水平油缸的活塞腔管路内的左缸活塞腔实时推力，并将所述左缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器用于采集所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路内的左缸活塞杆实时推力，并将所述左缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器用于采集所述右侧水平油缸的活塞腔管路内的右缸活塞腔实时推力，并将所述右缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述右侧油缸活塞腔压力传感器用于采集所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路内的右缸活塞杆实时推力，并将所述右缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块。
可选的，所述油缸推力数据模块将所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力以及所述右缸活塞杆实时推力均输入所述内压耦合作用补偿模块；所述内压耦合作用补偿模块根据所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力、所述右缸活塞杆实时推力以及所述实时内压确定位移补偿值，并将所述位移补偿值分别发送至所述左缸位移控制器和所述右缸位移控制器。
可选的，所述左缸位移控制器根据所述左缸位移输入模块发送的左缸位移目标值、所述左侧油缸位移传感器采集的当前左缸位移以及所述位移补偿值确定左缸位移控制量，并将所述左缸位移控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述左缸位移控制量控制所述左侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述左侧水平油缸的位移。
可选的，所述右缸位移控制器根据所述右缸位移输入模块发送的右缸位移目标值、所述右侧油缸位移传感器采集的当前右缸位移以及所述位移补偿值确定右缸位移控制量，并将所述右缸位移控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述右缸位移控制量控制所述右侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述右侧水平油缸的位移。
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：
本发明提供一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，通过在控制系统中增加内压耦合作用补偿模块，将内压变化带来的影响引入多轴轴向位移伺服闭环控制中，补偿内压变化对轴向位移控制的干扰；同时增加油缸位移耦合作用补偿模块，将轴向位移的变化引入管材内压的伺服闭环控制环节中，补偿管端轴向进给对内压控制的干扰。由于考虑了内压与位移耦合作用的影响，本发明控制系统可以实现内高压成形中的内压与位移匹配曲线的快速、高精度加载，尤其适用于直径较大管材以及较高内压的位移-内压加载曲线的快速、精确控制。
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性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统的结构示意图；
图2为本发明提供的考虑位移与内压耦合作用的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统的控制原理图；
图3为本发明提供的水平油缸轴向进给压缩管材内部液体体积作用示意图；
图4为本发明提供的管材内压变化产生液压反力与水平油缸受力示意图。
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位移-内压加载曲线控制系统，通过在常规内高压成形机基础上，增加内压/位移耦合作用模块，将内压的变化趋势引入多轴轴向位移伺服闭环控制中，可以根据轴向位移对内压控制变化做出反应，同时将管端轴向位移变化通过油缸位移耦合作用补偿模块引入管材内压的伺服闭环控制中，来减小管端轴向进给对内压控制的干扰。由于考虑了内压与位移耦合作用的影响，本发明系统可以实现内高压成形中内压与位移匹配曲线快速高精度加载，尤其适用于直径较大管材以及较高内压的加载曲线的精确控制，能够解决现有内高压成形加载系统采用独立的内压闭环控制与管端轴向进给控制导致的无法实现加载曲线快速精确控制的问题。
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。
图1为本发明提供的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统的结构示意图。参见图1，本发明提供的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统包括：管材1、右侧冲头2、上模3、下模4、左侧冲头5、左侧水平油缸6、左侧油缸位移传感器7、左侧油缸比例伺服阀8、内压输入模块9、左缸位移输入模块10、右缸位移输入模块11、油缸位移耦合作用补偿模块12、内压控制器13、左缸位移控制器14、右缸位移控制器15、内压耦合作用补偿模块16、输出模块17、右侧油缸比例伺服阀18、增压器比例伺服阀19、增压器位移传感器20、增压器21、水泵22、超高压单向阀23、超高压压力传感器24、超高压管路25、右侧油缸位移传感器26、右侧水平油缸27、右侧冲头中心孔道28、左侧油缸活塞腔压力传感器29、左侧油缸活塞杆腔压力传感器30、右侧油缸活塞腔压力传感器31、右侧油缸活塞杆腔压力传感器32以及油缸推力数据模块33。
其中，所述管材1放置在所述下模4上；所述上模3下行后与所述下模4闭合后构成完整内高压成形模具；所述左侧冲头5安装在所述左侧水平油缸6上，所述左侧水平油缸6安装有所述左侧油缸位移传感器7；所述左侧水平油缸6的活塞腔管路安装有左侧油缸活塞腔压力传感器29；所述左侧水平油缸6的活塞杆腔管路安装有左侧油缸活塞杆腔压力传感器30；所述左侧油缸比例伺服阀8分别与所述左侧水平油缸6的活塞腔管路、所述左侧水平油缸6的活塞杆腔管路以及所述输出模块17连接。
所述右侧冲头2安装在所述右侧水平油缸27上，所述右侧水平油缸27安装有所述右侧油缸位移传感器26；所述右侧水平油缸27的活塞腔管路安装有右侧油缸活塞杆腔压力传感器32；所述右侧水平油缸27的活塞杆腔管路安装有右侧油缸活塞腔压力传感器31；所述右侧油缸比例伺服阀18分别与所述右侧水平油缸27的活塞腔管路、所述右侧水平油缸27的活塞杆腔管路以及所述输出模块17连接。
所述油缸位移耦合作用补偿模块12分别连接所述左侧油缸位移传感器7和所述右侧油缸位移传感器26；所述内压控制器13分别与所述内压输入模块9、所述油缸位移耦合作用补偿模块12、所述超高压压力传感器24以及所述输出模块17连接。
所述左缸位移控制器14分别与所述左缸位移输入模块10、所述左侧油缸位移传感器7、所述内压耦合作用补偿模块16以及所述输出模块17连接。所述右缸位移控制器15分别与所述右缸位移输入模块11、所述右侧油缸位移传感器26、所述内压耦合作用补偿模块16以及所述输出模块17连接。所述左侧油缸比例伺服阀8接收来自输出模块17的指令，控制左侧水平油缸6的动作，右侧油缸比例伺服阀18接收来自输出模块17的指令，控制右侧水平油缸27的动作。
所述增压器21为单动式增压器，用于提供管材1变形内压。所述增压器21低压端为活塞式结构，低压端安装有所述增压器位移传感器20。所述增压器21高压腔有两个出口，分别为第一高压腔出口和第二高压腔出口。
所述增压器21的第一高压腔出口依次连接所述单向阀23和所述注水泵22，所述注水泵22排出液体介质通过所述单向阀23进入增压器高压腔。
所述增压器21的第二高压腔出口与所述高压管路25的一端连接；所述高压管路25的另一端通过所述中心孔道28与所述右侧冲头2连接。增压器21高压端液体介质可通过高压管路25、右侧冲头2上的中心孔道28进入管材1内部。所述超高压传感器24安装在所述高压管路25上，用于测量高压管路25，也即管材1内部的实时内压信号。所述增压器比例伺服阀19分别与所述增压器21的低压端活塞以及所述输出模块17连接。所述增压器比例伺服阀19接收输出模块17的信号，控制增压器21低压端活塞动作，从而调节内压。
所述内压耦合作用补偿模块16分别与所述超高压压力传感器24和所述油缸推力数据模块33连接；所述油缸推力数据模块33分别连接所述左侧油缸活塞腔压力传感器29、所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器30、所述右侧油缸活塞腔压力传感器31以及所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器32。所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器32，右侧油缸活塞腔压力传感器31，左侧油缸活塞腔压力传感器29，压力传感器30的数据均输入所述油缸推力数据模块33。所述油缸推力数据模块33可以获得左侧水平油缸6与右侧水平油缸27的实时推力，该推力数据输送至内压耦合作用补偿模块16。
所述左侧油缸位移传感器7用于采集所述左侧水平油缸6的当前左缸位移，并将所述当前左缸位移分别输入至所述左缸位移控制器14以及所述油缸位移耦合作用补偿模块12中；所述右侧油缸位移传感器26用于采集所述右侧水平油缸27的当前右缸位移，并将所述当前右缸位移分别输入至所述右缸位移控制器15以及所述油缸位移耦合作用补偿模块12中；所述油缸位移耦合作用补偿模块12根据所述当前左缸位移以及所述当前右缸位移确定内压控制补偿值，并将所述内压控制补偿值输送至所述内压控制器13中。
所述超高压压力传感器24用于测量所述高压管路25内部的实时内压，并将所述实时内压分别输入至所述内压控制器13以及所述内压耦合作用补偿模块16。
所述内压控制器13根据所述内压输入模块9给出的内压控制目标值、所述超高压传感器24检测的所述实时内压以及所述油缸位移耦合作用补偿模块12确定的所述内压控制补偿值，确定内压控制量，并将所述内压控制量发送至所述输出模块17；所述输出模块17根据所述内压控制量控制所述增压器比例伺服阀19动作，从而控制所述管材1内压。
所述左侧油缸活塞腔压力传感器29用于采集所述左侧水平油缸6的活塞腔管路内的左缸活塞腔实时推力，并将所述左缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块33；所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器30用于采集所述左侧水平油缸6的活塞杆腔管路内的左缸活塞杆实时推力，并将所述左缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块33；所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器32用于采集所述右侧水平油缸27的活塞腔管路内的右缸活塞腔实时推力，并将所述右缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块33；所述右侧油缸活塞腔压力传感器31用于采集所述右侧水平油缸27的活塞杆腔管路内的右缸活塞杆实时推力，并将所述右缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块33。
所述油缸推力数据模块33将所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力以及所述右缸活塞杆实时推力均输入所述内压耦合作用补偿模块16；所述内压耦合作用补偿模块16根据所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力、所述右缸活塞杆实时推力以及所述实时内压确定位移补偿值，并将所述位移补偿值分别发送至所述左缸位移控制器14和所述右缸位移控制器15。
所述左缸位移控制器14根据所述左缸位移输入模块10发送的左缸位移目标值、所述左侧油缸位移传感器7采集的当前左缸位移以及所述位移补偿值确定左缸位移控制量，并将所述左缸位移控制量发送至所述输出模块17；所述输出模块17根据所述左缸位移控制量控制所述左侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述左侧水平油缸6的位移。
所述右缸位移控制器15根据所述右缸位移输入模块11发送的右缸位移目标值、所述右侧油缸位移传感器26采集的当前右缸位移以及所述位移补偿值确定右缸位移控制量，并将所述右缸位移控制量发送至所述输出模块17；所述输出模块17根据所述右缸位移控制量控制所述右侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述右侧水平油缸27的位移。
结合附图1-4，本发明的考虑管端轴向进给与内压耦合作用的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统的工作过程如下：
1)初始状态时管材1放置在下模4上，上模3下行闭合模具，左侧水平油缸6和右侧水平油缸27均向模具内部运动，左侧冲头5和右侧冲头2向管材1两个端部运动，此时水泵22排出液体介质，通过超高压单向阀23进入增压器21高压腔，将增压器21高压腔填充满后，进入超高压管路25，通过右侧冲头2中心孔道28进入管材1内部，当管材1内部空气全部排出充满液体介质后，左侧冲头5和右侧冲头2封闭管材1两端，此时管材1、超高压管路25以及增压器21高压腔的液体是联通的，如图1所示，当增压器低压端活塞向高压腔方向运动时，会压缩管材1内部、超高压管路25、增压器21高压腔内的液体，使管材内部压力上升；
2)管端密封完成后，内高压成形机开始加载位移-内压加载曲线，内压输入模块9、左缸输入模块10、右缸输入模块11按照预先设定的位移-内压加载曲线，分别给出内压控制目标值、左缸位移目标值和右缸位移目标值，并分别发送至内压控制器13、左缸位移控制器14和右缸位移控制器15中，这三个控制器通过输出模块17分别发送内压控制量、左缸位移控制量和右缸位移控制量至左缸比例伺服阀8、右缸比例伺服阀18和增压器比例伺服阀19，分别控制左侧水平油缸6、右侧水平油缸27以及增压器21动作，执行预设位移-内压加载曲线；内压耦合作用模块16将位移补偿量发送至位移闭环控制单元，而位移耦合作用模块将内压补偿量发送至内压闭环控制单元，如图2所示；
3)位移耦合作用补偿模块12工作原理如下：在内压闭环伺服控制过程中，油缸位移耦合作用补偿模块12同时接收左侧水平油缸6位移传感器7的当前左缸位移数据，以及右侧水平油缸27位移传感器26的当前右缸位移数据，相同时间内左侧水平油缸6、右侧水平油缸27与增压器21动作发生的位移如图3所示。
左侧水平油缸6轴向进给对管材1内部、超高压管路25与增压器21高压腔液体体积的影响如下计算：
管材直径(外径)为D，壁厚为t，当左侧水平油缸进给量为ΔL1，则由于左侧冲头5向管材1内侧进给，导致液体体积减小为1/4*3.14(D-2t)*(D-2t)*ΔL1。
右侧水平油缸27轴向进给对管材1内部、超高压管路25与增压器高压腔液体体积的影响如下计算：
当右侧水平油缸进给量为ΔL2，则由于右侧冲头2向管材1内侧进给，导致液体体积减小为：1/4*3.14(D-2t)*(D-2t)*ΔL2。
两个冲头进给造成液体体积压缩，对压力控制的影响可参照相同时间内增压器高压腔体积的变化，其中增压器高压腔直径为Dz，增压器21当前时刻的位移为ΔLz，则增压器高压腔体积变化为：1/4*3.14*Dz*Dz*ΔLz。
以上计算压缩液体体积导致压力上升的程度与受压缩液体总体积有关，液体总体积为：增压器高压腔液体总体积+管材内部液体总体积+连接增压器与管材之间管路总体积，各个部分的体积均可根据各自的直径与长度计算获得。
在内压输入模块9、左缸输入模块10、右缸输入模块11按照预先设定的位移-内压加载曲线，给出目标值分别发送至内压控制器13、左缸位移控制器14、右缸位移控制器15时，内压控制器13要考虑到左侧水平油缸6与右侧水平油缸27的当前位移数值，即两侧油缸进给造成的管材液体体积压缩对压力控制的影响，从而调整内压的控制量，增压器压力消扰控制策略计算公式如下：
式(1)中k为比例系数，T1为油缸位移二阶微分增益，T2为油缸位移一阶微分增益，yg为当前油缸位移，G(s)为增压器应力控制策略传递函数，P目标为内压控制目标值，P实际为超高压压力传感器采集的实时内压，Ry为内压控制量。
(4)内压耦合作用模块16的工作原理与水平油缸进给对管材内压控制的影响原理相仿，如图4所示，本发明实施例以左侧水平油缸6受力为例说明此问题。
内压对左侧水平油缸6产生液压反力Fz＝pz×(D-2t)；
左侧水平油缸6此时对外出力Fl＝pl1×活塞面积-pl2×(活塞面积-活塞杆面积)，其中pz为管材内部当前内压值(相当于公式(1)中P实际，图4中用PZ表示)、pl1为水平油缸活塞腔的当前油压(图4中用PL1表示)、pl2表示水平油缸活塞杆腔的当前油压(图4中用PL2表示)。
如左侧水平油缸6想保持在当前位置，应有：
Fz≈Ft。
如左侧水平油缸6要向管材内侧进给，需要有Fz＜Fl，才能实现；如果左侧水平油缸6要快速向管材内侧进给，需要有Fz＜＜Fl，而当管材1内压快速升高时，Fz会快速升高，Fl也需要快速升高，才能保证左侧水平油缸6能够保持在当前位置。
因此以左侧水平油缸6为例，考虑内压耦合作用的位移闭环控制的工作过程为：左缸位移控制器14接收内压输入模块9输送的左缸位移目标值，根据当前左缸位移的变化值，然后根据内压耦合作用补偿模块16传输的管材当前内压数据的影响，以及左侧油缸6活塞腔压力传感器29、活塞杆腔压力传感器30传送至油缸推力数据模块33传送来的当前油缸数据，根据公式(2)给出位移控制量，通过输出模块17，传送至左侧水平油缸比例阀8，从而进行左侧水平油缸6的位移闭环伺服控制，水平缸位移消扰控制策略公式为：
式(2)中k为比例系数，T1为增压器压力二阶微分增益，T2为增压器压力一阶微分增益，Pz为增压器实时内压，G(s)为油缸位移控制策略传递函数，Y目标为位移目标值(本实施例中采用左缸位移目标值)，Y实际为水平油缸当前位移(本实施例采用左缸当前位移)，Rp为位移控制量(本实施例采用左缸位移控制量)。需要注意的是，左右缸均有单独的控制算法，当本发明公式(2)用于左缸位移控制量计算时，式中参数均采用左侧水平油缸6相关参数(如本发明实施例所示)；当公式(2)用于右缸位移控制量计算时，式(2)中参数均采用右侧水平油缸27相关参数。
作为一种具体实施例，本发明提供的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其增压器21的最大压力为500MPa，使用的左侧水平油缸比例伺服阀8、右侧水平油缸比例伺服阀18的额定流量为25L/min，水平油缸最大推力均为3000KN，行程为200mm，增压器比例伺服阀19的额定流量125L/min。本发明内压输入模块9、左缸位移输入模块10、右缸位移输入模块11、油缸位移耦合作用补偿模块12、内压控制器13、左缸位移控制器14、右缸位移控制器15、内压耦合作用补偿模块16、输出模块17均在整个内高压成形机的控制系统核心PLC中运行，控制系统核心PLC可采用西门子系列PLC315-2DP。
与现有技术相比，本发明高压成形位移-内压加载曲线控制系统至少具有以下优点：
1)本发明的内压闭环伺服控制策略中由于考虑了两个(多个)轴向油缸进给对内压控制的干扰，因此可以实现内压的快速高精度控制；
2)本发明的油缸位移闭环伺服控制策略中由于考虑了管材内压变化对轴向位移控制的干扰，因此可以实现轴向位移的快速高精度控制；
3)本发明的这种考虑了管端轴向进给与内压耦合作用的内高压成形加载曲线控制方法，可以实现内压-位移加载曲线的快速高精度控制，提高了加载曲线控制精度，同时降低了零件成形废品率，尤其适用于加载内压高于50MPa，以及管材直径大于80mm的管材加载曲线的加载控制。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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装置及其核心思想；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 (8)

1.一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述内高压成形位移-内压加载曲线控制系统包括：管材、右侧冲头、上模、下模、左侧冲头、左侧水平油缸、左侧油缸位移传感器、左侧油缸比例伺服阀、内压输入模块、左缸位移输入模块、右缸位移输入模块、油缸位移耦合作用补偿模块、内压控制器、左缸位移控制器、右缸位移控制器、内压耦合作用补偿模块、输出模块、右侧油缸比例伺服阀、增压器比例伺服阀、增压器位移传感器、增压器、水泵、超高压单向阀、超高压压力传感器、超高压管路、右侧油缸位移传感器、右侧水平油缸、右侧冲头中心孔道、左侧油缸活塞腔压力传感器、左侧油缸活塞杆腔压力传感器、右侧油缸活塞腔压力传感器、右侧油缸活塞杆腔压力传感器以及油缸推力数据模块；
所述管材放置在所述下模上；所述上模下行后与所述下模闭合后构成完整内高压成形模具；所述左侧冲头安装在所述左侧水平油缸上，所述左侧水平油缸安装有所述左侧油缸位移传感器；所述左侧水平油缸的活塞腔管路安装有左侧油缸活塞腔压力传感器；所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路安装有左侧油缸活塞杆腔压力传感器；所述左侧油缸比例伺服阀分别与所述左侧水平油缸的活塞腔管路、所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路以及所述输出模块连接；
所述右侧冲头安装在所述右侧水平油缸上，所述右侧水平油缸安装有所述右侧油缸位移传感器；所述右侧水平油缸的活塞腔管路安装有右侧油缸活塞杆腔压力传感器；所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路安装有右侧油缸活塞腔压力传感器；所述右侧油缸比例伺服阀分别与所述右侧水平油缸的活塞腔管路、所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路以及所述输出模块连接；
所述增压器的低压端安装有所述增压器位移传感器；所述增压器的第一高压腔出口依次连接所述单向阀和所述注水泵；所述增压器的第二高压腔出口与所述高压管路的一端连接；所述高压管路的另一端通过所述中心孔道与所述右侧冲头连接；所述超高压传感器安装在所述高压管路上；所述增压器比例伺服阀分别与所述增压器的低压端活塞以及所述输出模块连接；
所述油缸位移耦合作用补偿模块分别连接所述左侧油缸位移传感器和所述右侧油缸位移传感器；所述内压控制器分别与所述内压输入模块、所述油缸位移耦合作用补偿模块、所述超高压压力传感器以及所述输出模块连接；
所述左缸位移控制器分别与所述左缸位移输入模块、所述左侧油缸位移传感器、所述内压耦合作用补偿模块以及所述输出模块连接；
所述右缸位移控制器分别与所述右缸位移输入模块、所述右侧油缸位移传感器、所述内压耦合作用补偿模块以及所述输出模块连接；
所述内压耦合作用补偿模块分别与所述超高压压力传感器和所述油缸推力数据模块连接；所述油缸推力数据模块分别连接所述左侧油缸活塞腔压力传感器、所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器、所述右侧油缸活塞腔压力传感器以及所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器。
2.根据权利要求1所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述左侧油缸位移传感器用于采集所述左侧水平油缸的当前左缸位移，并将所述当前左缸位移分别输入至所述左缸位移控制器以及所述油缸位移耦合作用补偿模块中；所述右侧油缸位移传感器用于采集所述右侧水平油缸的当前右缸位移，并将所述当前右缸位移分别输入至所述右缸位移控制器以及所述油缸位移耦合作用补偿模块中；所述油缸位移耦合作用补偿模块根据所述当前左缸位移以及所述当前右缸位移确定内压控制补偿值，并将所述内压控制补偿值输送至所述内压控制器中。
3.根据权利要求2所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述超高压压力传感器用于测量所述高压管路内部的实时内压，并将所述实时内压分别输入至所述内压控制器以及所述内压耦合作用补偿模块。
4.根据权利要求3所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述内压控制器根据所述内压输入模块给出的内压控制目标值、所述超高压传感器检测的所述实时内压以及所述油缸位移耦合作用补偿模块确定的所述内压控制补偿值，确定内压控制量，并将所述内压控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述内压控制量控制所述增压器比例伺服阀动作，从而控制所述管材内压。
5.根据权利要求4所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述左侧油缸活塞腔压力传感器用于采集所述左侧水平油缸的活塞腔管路内的左缸活塞腔实时推力，并将所述左缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述左侧油缸活塞杆腔压力传感器用于采集所述左侧水平油缸的活塞杆腔管路内的左缸活塞杆实时推力，并将所述左缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述右侧油缸活塞杆腔压力传感器用于采集所述右侧水平油缸的活塞腔管路内的右缸活塞腔实时推力，并将所述右缸活塞腔实时推力输入至所述油缸推力数据模块；所述右侧油缸活塞腔压力传感器用于采集所述右侧水平油缸的活塞杆腔管路内的右缸活塞杆实时推力，并将所述右缸活塞杆实时推力输入至所述油缸推力数据模块。
6.根据权利要求5所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述油缸推力数据模块将所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力以及所述右缸活塞杆实时推力均输入所述内压耦合作用补偿模块；所述内压耦合作用补偿模块根据所述左缸活塞腔实时推力、所述左缸活塞杆实时推力、所述右缸活塞腔实时推力、所述右缸活塞杆实时推力以及所述实时内压确定位移补偿值，并将所述位移补偿值分别发送至所述左缸位移控制器和所述右缸位移控制器。
7.根据权利要求6所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述左缸位移控制器根据所述左缸位移输入模块发送的左缸位移目标值、所述左侧油缸位移传感器采集的当前左缸位移以及所述位移补偿值确定左缸位移控制量，并将所述左缸位移控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述左缸位移控制量控制所述左侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述左侧水平油缸的位移。
8.根据权利要求7所述的内高压成形位移-内压加载曲线控制系统，其特征在于，所述右缸位移控制器根据所述右缸位移输入模块发送的右缸位移目标值、所述右侧油缸位移传感器采集的当前右缸位移以及所述位移补偿值确定右缸位移控制量，并将所述右缸位移控制量发送至所述输出模块；所述输出模块根据所述右缸位移控制量控制所述右侧油缸比例伺服阀动作，从而控制所述右侧水平油缸的位移。
CN201910504886.6A 2019-06-12 2019-06-12 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统 Active CN110090888B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910504886.6A CN110090888B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910504886.6A CN110090888B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110090888A true CN110090888A (zh) 2019-08-06
CN110090888B CN110090888B (zh) 2020-05-19

Family

ID=67450768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910504886.6A Active CN110090888B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110090888B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110883179A (zh) * 2019-11-28 2020-03-17 哈尔滨工大海卓智能成形科技有限公司 一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统
CN112916710A (zh) * 2021-01-23 2021-06-08 广东思豪内高压科技有限公司 一种不锈钢管件的内高压成型控制系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002160023A (ja) * 2000-11-28 2002-06-04 Aida Eng Ltd ハイドロフォーミング装置
CN105729877A (zh) * 2016-04-15 2016-07-06 天津百利机械装备集团有限公司中央研究院 一种可变合模力的内高压成形机及内高压成形加工方法
CN108405698A (zh) * 2016-12-20 2018-08-17 田大志 一种高压成形方法
CN109590372A (zh) * 2018-12-04 2019-04-09 湘潭大学 一种管件复合成形装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002160023A (ja) * 2000-11-28 2002-06-04 Aida Eng Ltd ハイドロフォーミング装置
CN105729877A (zh) * 2016-04-15 2016-07-06 天津百利机械装备集团有限公司中央研究院 一种可变合模力的内高压成形机及内高压成形加工方法
CN108405698A (zh) * 2016-12-20 2018-08-17 田大志 一种高压成形方法
CN109590372A (zh) * 2018-12-04 2019-04-09 湘潭大学 一种管件复合成形装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110883179A (zh) * 2019-11-28 2020-03-17 哈尔滨工大海卓智能成形科技有限公司 一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统
CN110883179B (zh) * 2019-11-28 2021-03-30 哈尔滨工大海卓智能成形科技有限公司 一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统
CN112916710A (zh) * 2021-01-23 2021-06-08 广东思豪内高压科技有限公司 一种不锈钢管件的内高压成型控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110090888B (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106015139B (zh) 采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统
CN106270098B (zh) 一种全量程合模力随内压可变内高压成形机
CN104832466B (zh) 一种变面积比压力倍增装置及调节方法
CN110090888A (zh) 一种内高压成形位移-内压加载曲线控制系统
CN106734493B (zh) 一种胀形压力脉动加载的中小型内高压成形机
CN101688545A (zh) 气动致动器系统和方法
EP2795266B1 (de) Verfahren zum dosieren eines fluiden mediums
CN104634665A (zh) 一种管材充液胀形试验方法及装置
CN108687210B (zh) 一种金属内高压成形件尺寸控制方法及系统
BR112017009195B1 (pt) Prensa de forjamento hidráulica e método para controlar a mesma
CN106862362B (zh) 自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统
EP2790841B1 (de) Messvorrichtung für die bestimmung des volumenstroms von leim in einer beleimungsvorrichtung
CN108180180A (zh) 双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法
CN105058833A (zh) 一种数控液压机
CN206999733U (zh) 高精密液压机系统装置
DE2348825B2 (de) Einrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Gasdruckabfallgeschwindigkeit zur Verwendung für das Eichen und/oder Prüfen einer Leitungsbruchanzeigervorrichtung
CN207687083U (zh) 双液压缸流量补偿同步起竖装置
CN104865132B (zh) 内拉式超高压大直径钢管水压试验机及其液压系统
CN106270096A (zh) 可轴向补料的微型管件液压成型装置
DE102016203797A1 (de) Verfahren und System zur Druckminderung in einem Kraftfahrzeug
CN107584000A (zh) 一种多通管成形系统及方法
CN102310117B (zh) 液压装置的控制方法和液压装置
CN110883179A (zh) 一种基于液体体积加载的液压成形件回弹控制方法及系统
CN107131178A (zh) 一种可变刚度的伺服油缸性能测试方法及其测试系统
EP3970956A1 (en) Method of controlling a resin infusion process

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant