CN110756647A - 一种电动静液作动内高压成形机 - Google Patents

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CN110756647A CN201810848721.6A CN201810848721A CN110756647A CN 110756647 A CN110756647 A CN 110756647A CN 201810848721 A CN201810848721 A CN 201810848721A CN 110756647 A CN110756647 A CN 110756647A
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张明河
龙治红
成晓燕
李晓锋
李小龙
吴海峰
叶倩
邓建南
吴军锋
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Abstract

本申请为一种电动静液作动内高压成形机,电动静液作动内高压成形机包括上横梁(1)、导柱(2)、上模(4)、活动横梁(5)、冲头甲(601)、冲头乙(602)、工作台(8)、下模(9)、下顶杆(10)、触摸屏(12)、按钮开关(13)、控制面板(14)、PLC(15)、AD/DA模块(16)、伺服驱动器(17)、高压水管(18)、轴向进给EHA底座(19)、电缆(20)、低压水管(22)、水箱(23)、机架(24)、合模EHA(3)、退料EHA(11)、充液增压EHA(21)、轴向进给EHA(7),其应用PBW设计思路,电动静液作动器通过各自液压泵独立供油;采用模块化设计,便于拆装更换,实现了可变合模力,降低设备发热量,提高能量利用效率,提高产品成形精度。

Description

一种电动静液作动内高压成形机
技术领域
本申请涉及一种内高压成形机,特别是一种电动静液作动内高压成形机,属于金属材料液力成形设备领域。
背景技术
内高压成形技术是用于生产复杂截面薄壁金属构件的一种先进的、特殊的、精密或者半精密的净成形技术,是一种实现金属构件结构整体化和轻量化的先进等材制造技术,具有工艺成本低、工序少,产品质量轻、强度高等特点,被广泛应用于航空、汽车及家电等领域,如航空发动机多通油管、汽车的排气管、副车架、底盘等,空调内的多支铜管,均以内高压成形方法逐渐替代传统方法成形,该项技术的基本工艺流程为:
No.1对胚料进行预处理;
No.2将管坯置于下模内正确位置;
No.3上模闭合锁模;
No.4轴向进给缸驱动冲头密封管坯的端部,同时冲头充液孔中排出的液体成形介质排尽管内空气;
No.5 随后两端的冲头同时进给补料,同时内压力增大;
No.6在内压力和轴向推力的联合作用下,管坯贴紧模具内腔而成形为所需复杂形状的构件;
No.7成形完成后冲头退回泄压,上模开模,取出工件。
目前,内高压成形机绝大部分都采用分布式的液压系统,即设置较大的液压油箱,通过液压泵向设备各油缸提供高压油;高压油通过液压油管输送会产生压力损失,影响产品成形精度;较高较大的设备远距离供油,压力损失尤为显著;高速高压的油液经过一定角度的弯管时会产生较大的冲击,造成震动、噪声、发热等不利影响,严重恶化生产环境,所述的一定角度的弯管如直角接头;电液伺服液压系统对油液污染比较敏感,油液中的细微杂质极易导致伺服阀芯卡死;现有内高压成形机即使采用恒压变量泵、恒功率变量泵、负载敏感变量泵等新型液压泵,并配用蓄能器的液压系统,在低负载或空载等所需输出功率较小的时刻发热仍然严重,导致能量的设备综合利用效率不高;现有内高压成形机分布式供油的液压系统油温度升高速度较快,一般需要加装专门的冷却装置,因此增大了设备占地面积,提高设备成本;同时,现有内高压成形设备,轴向进给缸、合模缸、退料缸等液压油缸与机架固定连接,设备出厂检测合格后,用户一般不能自行更换各油缸,因此,设备的各项主要性能参数,如最大合模力、最大轴向进给力、最大胀形压力、合模行程等均不能改变;一旦设备某一部件出现故障,需要专门的技术人员现场维修,导致维修维护成本高,时间长,效率低。
为克服或减小传统分布式液压系统的不足,近年来,能量与运动的传递逐渐向提高系统效率、电力驱动的方向发展,即提倡功率电传,并逐步发展出了机电作动器、电动静液作动器,集成电液作动系统;其中,EHA是技术相对较为成熟的一种,目前已应用在空客A380、波音B787等大型民用飞机上,其中飞控作动系统应用较多;在军事方面,目前美国的F18“大黄蜂”战斗机、F35“闪电”隐形战斗机都已应用到较多的EHA,所述的功率电传英文Power-by-wire,简称PBW”,机电作动器英文Electro-Mechanical Actuator,,简称EMA、电动静液作动器,电动静液作动器英文为Electro -Hydrostatic Actuator,简称EHA,集成电液作动系统,集成电液作动系统英文为Integrated Actuator Package,简称IAP。
EHA是目前国外研究较为热门的一种新型作动器,EHA是指采用功率电传技术和容积调速原理,将作动系统能量源和输出执行机构集成一体的一种新型作动器;EHA基本组成为伺服电机、定量液压泵、液压缸,当执行旋转运动时,执行器为液压马达;EHA不需要中心液压源供液,其内部有独立的液压泵、电动机、液压阀组、作动筒、检测元件以及控制器;EHA通过电机控制泵的转速,从而控制泵输出的压力和流量,从而控制作动筒的运动状态;根据基本工作原理,可以将EHA分为三类:分别是
No.1、定排量-变转速,简称FPVM-EHA;
No.2、变排量-定转速,简称VPFM-EHA;
No.3、变排量-变转速,简称VPVM-EHA,
其中,FPVM-EHA是通过控制电机的转向和转速来控制作动器动作的方向及速度,相比其它两种EHA,其结构更为简化,控制更为简单,是目前应用较多的一种。
目前,国内电动静液作动器的研发与产业化相对较少,尚未成熟,根据功率电传设计思路,将EHA应用到内高压成形机中的相关技术更是极为稀少,部分专利中公开的内高压成形设备在某种程度应用到了功率电传的设计思路,但其有益效果有待进一步提升。
专利CN102172704A公开了一种大吨位管材内高压成形装置,其技术原理是在上横梁上设有两套对称放置的合模伺服驱动机构,通过合模伺服电机驱动肘杆式增力机构进行合模;合模过程中根据模具内腔所受渐增的管材成形内压力精确的增大合模压力;采用以伺服电机为动力的轴向进给机构,在成形过程中精确控制轴向进给速度和轴向推力,专利CN102172704A应用了功率电传设计思路,实质是使用EMA取代传统的分布式液压作动系统,锁模力大且可变,轴向进给精度高,具有控制方便、结构简单、成本低的优点,但是目前,EMA技术国际国内均尚未完善,伺服电机转速较高,一般要配备减速器,高精度的减速器造价昂贵;减速器在冲击、震动等恶劣工况下工作其精度难以维持,EMA系统的抗过载能力相对EHA作动较差,伺服电机或减速器容易卡死。
专利CN204382688U公开了一种带有多连杆锁模机构的内高压成形油压机,技术原理是采用机械与液压组合增力,设置4组对称分布的多连杆增力机构,采用非常小的液压缸获得较大的合模压力,该设备整体结构简单,制造成本低,特别适合应用在大吨位内高压成形机中。但是,该设备仍然保留了分布式的中央液压系统及传统的轴向进给系统,虽然在某种程度上体现了功率电传的设计思路,一定程度上降低了电机装机功率,但综合能量利用效率仍然不高,达不到完全功率电传设计的效果。
发明内容
技术问题的由来:现有的内高压成形机因采用分布式供油系统或者EMA导致系统流量与压力损失大、发热量大,能量利用效率低,存在泄漏,易产生较大震动和噪声,故障率高,维修维护成本高等问题。
技术方案:
一种电动静液作动内高压成形机,包括:上横梁1、导柱2、合模EHA3、上模4、.活动横梁5、冲头甲601、冲头乙602、轴向进给EHA7、工作台8、下模9、下顶杆10、退料EHA11、触摸屏12、按钮开关13、控制面板14、.PLC15、AD/DA模块16、伺服驱动器17、高压水管18、轴向进给EHA底座19、电缆20、充液增压EHA21、低压水管22、水箱23、机架24。
圆柱形的导柱2有四根,成矩形分布;每根导柱分别穿过活动横梁5对应四个圆孔,上端与上横梁1固定连接,下端与工作台8固定连接;活动横梁5在上横梁1与工作台8间滑动。
合模EHA3有一个或者多个,成直线或者矩形分布;每个合模EHA3的底部分别与上横梁1固定连接,顶部活塞杆分别与活动横梁5的上表面固定连接;合模EHA3底部接口通过电缆20与伺服驱动器17连接;侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接。
轴向进给EHA7有两个或三个,轴向进给EHA7是两个时,分布在工作台左侧、右侧;轴向进给EHA7是三个时,分布在工作台左侧、右侧与后侧;轴向进给EHA7安装在“L”形的轴向进给EHA底座19上,轴向进给EHA底座19底面通过多个螺钉安装在工作台8的台面上;轴向进给EHA底部接口通过电缆20与伺服驱动器17连接,侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接;冲头甲601和冲头乙602粗端底部与轴向进给EHA7顶部活塞杆末端通过螺栓固定连接。
上模4位于活动横梁5中心位置,上模4上表面与活动横梁5固定连接;下模9位于工作台8中心与上模4对应位置,下模9下表面与工作台8固定连接;当模具高度不足而导致不能正常合模时,在下模9的下表面加装模座81,模座81下表面与工作台8固定连接。
工作台8位于机架24上,退料EHA11位于中空的机架24中;退料EHA11底部接口通过电缆20与伺服驱动器17连接,侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接;退料EHA11顶部活塞杆末端与下顶杆10通过螺栓固定连接;下顶杆10位于工作台8中部小孔的下侧,下顶杆10穿过小孔深入下模9中或者退回。
轴向进给EHA7的出水口通过高压水管18与右侧的冲头乙602通液孔连接,上部通过电缆20与伺服驱动器17连接,轴向进给EHA7通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接。
触摸屏12、按钮开关13位于控制面板14中;控制面板14上部与上横梁1固定连接;按钮开关位于触摸屏12右侧或者左侧,或者位于控制面板14中;触摸屏12通过电缆20与PLC15连接,AD/DA模块16通过排线与PLC15连接;伺服驱动器17通过电缆20与AD/DA模块16连接。
充液增压EHA包括:充液增压EHA进水口26、出液口单向阀29、充液电机32、联轴器甲33、充液单向定量泵34、增压伺服电机36、增压双向定量泵37、蓄能器油箱甲38、增压缸55、低压充液阀组25、增压胀形阀组39。
增压缸55包括:增压缸低压进水口27、高压出水口28、高压水腔30、增压缸有杆油腔31、增压缸有杆腔油口35、增压缸无杆油腔42、增压缸无杆腔油口40、增压缸活塞41、增压缸缸体43。
低压充液阀组25包括:过滤器52、电液比例溢流阀53、增压缸进水口单向阀54、压力变送器甲56。
增压胀形阀组39包括:单向阀A45、单向阀B46、单向阀C47、阻尼旁通阀甲48、溢流阀A49、溢流阀B50。
充液增压EHA进水口26外侧端口通过低压水管22与水箱23连接,充液增压EHA进水口26内侧端口与低压充液阀组25中的过滤器52的进液口连接;过滤器52出液口与充液单向定量泵34的进液口连接;充液电机32通过联轴器甲33与充液单向定量泵34同轴连接;电液比例溢流阀53的进油口与充液单向定量泵34的出液口连接,充液单向定量泵34进液口与水箱23连接;充液单向定量泵34进液口与低压充液阀组25中的增压缸进水口单向阀54连接;增压缸进水口单向阀54与增压缸低压进水口27连接;高压出水口28与出液口单向阀29连接;增压伺服电机36通过联轴器甲33与增压双向定量泵37同轴连接;增压双向定量泵37的上端油口与增压缸无杆腔油口40连接,增压双向定量泵37下端油口与增压缸有杆腔油口35连接;蓄能器油箱甲38通过单向阀B46与单向阀B47连接到集成电液作动系统中,为集成电液作动系统补油,使集成电液作动系统压力不低于蓄能器油箱甲38的内部压力,防止油液中出现气穴现象;同时设置一个单向阀A45连接蓄能器油箱甲38与增压双向定量泵37的溢流口,使增压双向定量泵37的回油返回蓄能器油箱甲38;设置一个溢流阀A49,溢流阀A49进液口与增压双向定量泵37的上端油口连接,溢流阀A49出液口与增压双向定量泵37的下端油口连接;设置另一个溢流阀B50,溢流阀B50进液口与增压双向定量泵37的下端油口连接,溢流阀B50出液口与增压双向定量泵37的上端油口连接;溢流阀A49和溢流阀B50起到安全阀门作用,防止增压双向定量泵37和增压缸55中的液压油压力过高;设置阻尼旁通阀甲48,阻尼旁通阀甲48进、出油口分别与增压双向定量泵37的上端、下端油口连接;当充液增压EHA21发生故障时,阻尼旁通阀甲48开启,增压双向定量泵37的流量经过阻尼旁通阀甲48全部回流到增压双向定量泵37的吸油口,保证集成电液作动系统安全泄压;压力变送器甲56安装在增压缸55的高压水腔30外侧,检测高压出水口28处的压力;压力变送器甲56的信号输出端与模数转换模块A51连接,模数转换模块A51与PLC15通过电缆连接。
轴向进给EHA7包括:轴向进给EHA伺服电机62、联轴器乙63、轴向进给EHA双向定量泵64、蓄能器油箱乙65、轴向进给缸78、轴向进给EHA阀组60。
轴向进给缸78包括:轴向进给缸有杆油腔57、轴向进给缸有杆腔油口61、轴向进给缸无杆腔67、轴向进给缸无杆腔油口66、轴向进给缸体58、轴向进给缸活塞杆59。
轴向进给EHA阀组60包括:单向阀D69、单向阀E70、单向阀F71、阻尼旁通阀乙72、溢流阀C73、溢流阀D74、压力变送器乙77、位移传感器79。
轴向进给EHA伺服电机62通过联轴器乙63与轴向进给EHA双向定量泵64同轴连接,轴向进给EHA双向定量泵64上端油口与轴向进给缸无杆腔油口66连接;轴向进给EHA双向定量泵64下端油口与轴向进给缸有杆腔油口61连接;蓄能器油箱乙65通过单向阀E70和单向阀F71连接到集成电液作动系统中,为集成电液作动系统补油,使集成电液作动系统压力不低于蓄能器油箱乙65的压力,防止油液中出现气穴现象;同时设置一个单向阀D69连接蓄能器油箱乙65与轴向进给EHA双向定量泵64的溢流口,使轴向进给EHA双向定量泵64的回油返回蓄能器油箱乙65;设置一个溢流阀D74,溢流阀D74进液口与轴向进给EHA双向定量泵64的上端油口连接,溢流阀D74出液口与轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口连接;设置另一个溢流阀C73,溢流阀C73进液口与轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口连接,溢流阀C73出液口与轴向进给EHA双向定量泵64的上端油口连接;溢流阀C73与溢流阀D74共同作用防止轴向进给EHA双向定量泵64和轴向进给缸78的压力过高;设置阻尼旁通阀乙72,阻尼旁通阀乙72进、出油口分别与轴向进给EHA双向定量泵64的上端、下端油口连接;当轴向进给EHA7发生故障时,阻尼旁通阀乙72开启,轴向进给EHA双向定量泵64的流量经过阻尼旁通阀乙72全部回到轴向进给EHA双向定量泵64的吸油口,保证轴向进给EHA安全泄压;压力变送器乙77安装在轴向进给缸无杆腔67外侧,检测轴向进给缸无杆腔67内的供油压力;压力变送器乙77通过信号线与模数转换模块C76连接;模数转换模块C76将位移信号传输给PLC15,形成液压力闭环反馈控制;位移传感器79安装在轴向进给缸活塞杆59上,检测轴向进给缸活塞杆59实时位移;位移传感器79通过信号线与模数转换模块B75连接;模数转换模块B75将位移信号传输给PLC15,形成位移闭环反馈控制。
模数转换模块A51、模数转换模块B75、模数转换模块C76,数模转换模块A44、数模转换模块B68共同组成AD/DA模块16;AD/DA模块16将接收到的模拟信号转换为数字信号传送给PLC15,接收PLC15发出的数字信号并转换为模拟信号。
有益效果:
No.1、 电动静液作动内高压成形机以电动静液作动器替代传统分布式液压系统,实现了功率电传,降低了设备发热量,提高了能量利用效率。
No.2、 电动静液作动内高压成形机,其合模EHA在内高压成形过程中提供可变的合模力,避免模具长期处于最大压力下工作,从而提高模具和设备的寿命。
No.3、 电动静液作动内高压成形机,各作动油缸独立供油,无需较长的输送液压油管道,减小了油液压力损失,提高了设备液压力控制精度,同时各作动油缸相互独立运动,互不干涉,从而提高了产品成形精度。
No.4、 电动静液作动内高压成形机,取消了分布式供油系统,减小了供油导致的震动和噪声、 改善了工作环境,减轻了噪声污染。
No.5、 电动静液作动内高压成形机,取消了中央油箱和冷却装置,降低了设备成本,降低了设备占地面积。
No.6、 电动静液作动内高压成形机,各作动器油路密封,降低了油液中参入杂质导致卡阀的概率,从而降低了设备维修、维护的成本。
No.7、 电动静液作动内高压成形机,其轴向进给EHA、合模EHA、充液增压EHA均可以由用户整体拆装,因此设备主要技术参数可变,功能可以调整,从而提高了设备的工艺适用范围。
附图说明
图1为电动静液作动内高压成形机的主机结构示意图;
图2为电动静液作动内高压成形机的充液增压EHA的原理结构示意图;
图3为电动静液作动内高压成形机的充液增压EHA系统的电液组成与控制原理图;
图4为电动静液作动内高压成形机的轴向进给EHA的原理结构示意图;
图5为电动静液作动内高压成形机的轴向进给EHA系统的电液组成与控制原理图;
图6为电动静液作动内高压成形机成形典型工件时主机合模状态示意图;
图7为实施例1中主机合模EHA分布图;
图8为实施例2中模具合模状态示意图。
图中:
1、上横梁;2、导柱;3、合模EHA;4、上模;5、活动横梁;601、冲头甲;602、冲头乙;7、轴向进给EHA;8、工作台;9、下模;10、下顶杆;11、退料EHA;12、触摸屏;13、按钮开关;14、控制面板;15、PLC;16、AD/DA模块;17、伺服驱动器;18、高压水管;19、轴向进给EHA底座;20、电缆;21、充液增压EHA;22、低压水管;23、水箱;24、机架;25、低压充液阀组;26、充液增压EHA进水口;27、增压缸低压进水口;28、高压出水口;29、出液口单向阀;30、高压水腔;31、增压缸有杆油腔;32、充液电机;33、联轴器甲;34、充液单向定量泵;35、增压缸有杆腔油口;36、增压伺服电机;37、增压双向定量泵;38、蓄能器油箱甲;39、增压胀形阀组;40、增压缸无杆腔油口;41、增压缸活塞;42、增压缸无杆油腔;43、增压缸缸体;44、数模转换模块A;45、单向阀A;46、单向阀B;47、单向阀C;48、阻尼旁通阀甲;49、溢流阀A;50、溢流阀B;51、模数转换模块A;52、过滤器;53、电液比例溢流阀;54、增压缸进水口单向阀;55、增压缸;56、压力变送器甲;57、轴向进给缸有杆油腔;58、轴向进给缸体;59、轴向进给缸活塞杆;60、轴向进给EHA阀组;61、轴向进给缸有杆腔油口;62、轴向进给EHA伺服电机;63、联轴器乙;64、轴向进给EHA双向定量泵;65、蓄能器油箱乙;66、轴向进给缸无杆腔油口;67、轴向进给缸无杆腔;68、数模转换模块B;69、单向阀D;70、单向阀E;71、单向阀F;72、阻尼旁通阀乙;73、溢流阀C;74、溢流阀D;75、模数转换模块B;76、模数转换模块C;77、压力变送器乙;78、轴向进给缸;79、位移传感器;80、金属管坯;81、模座;82、金属成品;301、合模EHA甲;302、合模EHA乙;303、合模EHA丙;304、合模EHA丁;305、合模EHA戊;306、合模EHA已,附图中,GOT为触摸屏之意,SD为伺服驱动器之意,AD为模数转换模块,DA为数模转换模块,M为电动机之意。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的实施例而已,并不用以限制本发明,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,如:轴向进给EHA增加为3个以上;改变合模EHA数量为3个、6个等;合模EHA分布方式改为圆周分布,菱形分布;充液增压EHA向左、右侧两个轴向进给EHA上的冲头同时充液;改变合模EHA、轴向进给EHA、充液增压EHA的尺寸与规格等;以上均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1、结合图1—6说明本实施方式。
电动静液作动内高压成形机见附图1,包括:上横梁1、导柱2、合模EHA3、上模4、活动横梁5、冲头甲601、冲头乙602、轴向进给EHA7、工作台8、下模9、下顶杆10、退料EHA11、触摸屏12、按钮开关13、控制面板14、PLC15、AD/DA模块16、伺服驱动器17、高压水管18、 轴向进给EHA底座19、电缆20、充液增压EHA21、低压水管22、水箱23、机架24。
导柱2有四根,导柱2是圆形的,成矩形分布;每根导柱2分别穿过活动横梁5对应的圆孔,导柱2上端与上横梁1固定连接,导柱2下端与工作台8固定连接;活动横梁5在上横梁1与工作台8间滑动。
合模EHA3有四个,成直线分布;每个合模EHA3的底部分别与上横梁1固定连接,顶部活塞杆分别与活动横梁5的上表面固定连接;合模EHA3的底部接口通过动力电缆与伺服驱动器17连接;侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接;。
轴向进给EHA7有两个,分别固定安装在工作台8的左侧、右侧;轴向进给EHA7安装在轴向进给EHA底座19上;轴向进给EHA底座19是L型的,轴向进给EHA底座19底面通过多个螺钉安装在工作台8上;轴向进给EHA7的底部接口通过动力电缆与伺服驱动器17连接,侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接;冲头甲601粗端底部与轴向进给EHA7的轴向进给缸活塞杆59的末端通过螺栓固定连接。
上模4位于活动横梁5中心位置,上模4上表面与活动横梁5固定连接;下模9位于工作台8中心位置,与上模4位置对应;下模9的下表面与工作台8固定连接;当上模4与下模9的组合高度不足而导致不能正常合模时,在下模9的下表面加装模座81;模座81下表面与工作台8固定连接。
工作台8位于机架24上,机架24为中空结构,退料EHA11位于机架24的中空位置中;退料EHA11的底部接口通过动力电缆与伺服驱动器17连接,侧部接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接;退料EHA11的活塞杆末端与下顶杆10通过螺栓固定连接;下顶杆10位于工作台8中部小孔的下侧,下顶杆10通过该小孔深入到下模9中或者退出下模9。
充液增压EHA21的出水口通过高压水管18与冲头乙602中的通液孔连接,充液增压EHA21上部通过动力电缆与伺服驱动器17连接,左侧接口通过信号线分别与PLC15和AD/DA模块16连接。
触摸屏12、按钮开关13位于控制面板14中;控制面板14上部与上横梁1固定连接;触摸屏12通过电缆与PLC15连接,AD/DA模块16通过排线与PLC15连接;伺服驱动器17通过电缆与AD/DA模块16连接。
充液增压EHA21结构图见附图2、附图3,结构包括:充液增压EHA进水口26、出液口单向阀29、充液电机32、联轴器甲33、充液单向定量泵34、增压伺服电机36、增压双向定量泵37、蓄能器油箱甲38、增压缸55、低压充液阀组25、增压胀形阀组39;所述增压缸55包括:增压缸低压进水口27、高压出水口28、高压水腔30、增压缸有杆油腔31、增压缸有杆腔油口35、增压缸无杆油腔42、增压缸无杆腔油口40、增压缸活塞41、增压缸缸体43;所述低压充液阀组25包括:过滤器52、电液比例溢流阀53、增压缸进水口单向阀54、压力变送器甲56;所述增压胀形阀组39包括:单向阀A45、单向阀B46、单向阀C47、阻尼旁通阀甲48、溢流阀A49、溢流阀B50。
充液增压EHA进水口26外侧端口通过低压水管22与水箱23连接,充液增压EHA进水口26内侧端口与低压充液阀组25中的过滤器52的进液口连接;过滤器52出液口与充液单向定量泵34的进液口连接;充液电机32通过联轴器甲33与充液单向定量泵34同轴连接;电液比例溢流阀53的进油口与充液单向定量泵34的出液口连接,充液单向定量泵34进液口与水箱23连接;充液单向定量泵34进液口与低压充液阀组25中的增压缸进水口单向阀54连接;增压缸进水口单向阀54与增压缸低压进水口27连接;高压出水口28与出液口单向阀29连接;增压伺服电机36通过联轴器甲33与增压双向定量泵37同轴连接;增压双向定量泵37的上端油口与增压缸无杆腔油口40连接,增压双向定量泵37下端油口与增压缸有杆腔油口35连接;蓄能器油箱甲38通过单向阀B46与单向阀B47连接到集成电液作动系统中,为集成电液作动系统补油,使集成电液作动系统压力不低于蓄能器油箱甲38的内部压力,防止油液中出现气穴现象;同时设置一个单向阀A45连接蓄能器油箱甲38与增压双向定量泵37的溢流口,使增压双向定量泵37的回油返回蓄能器油箱甲38;设置一个溢流阀A49,溢流阀A49进液口与增压双向定量泵37的上端油口连接,溢流阀A49出液口与增压双向定量泵37的下端油口连接;设置另一个溢流阀B50,溢流阀B50进液口与增压双向定量泵37的下端油口连接,溢流阀B50出液口与增压双向定量泵37的上端油口连接;溢流阀A49和溢流阀B50起到安全阀门作用,防止增压双向定量泵37和增压缸55中的液压油压力过高;设置阻尼旁通阀甲48,阻尼旁通阀甲48进、出油口分别与增压双向定量泵37的上端、下端油口连接;当充液增压EHA21发生故障时,阻尼旁通阀甲48开启,增压双向定量泵37的流量经过阻尼旁通阀甲48全部回流到增压双向定量泵37的吸油口,保证集成电液作动系统安全泄压;压力变送器甲56安装在增压缸55的高压水腔30外侧,检测高压出水口28处的压力;压力变送器甲56的信号输出端与模数转换模块A51连接,模数转换模块A51与PLC15通过电缆连接。
轴向进给EHA7包括:轴向进给EHA伺服电机62、联轴器乙63、轴向进给EHA双向定量泵64、蓄能器油箱乙65、轴向进给缸78、轴向进给EHA阀组60;所述轴向进给缸78包括:轴向进给缸有杆油腔57、轴向进给缸有杆腔油口61、轴向进给缸无杆腔67、轴向进给缸无杆腔油口66、轴向进给缸体58、轴向进给缸活塞杆59;所述轴向进给EHA阀组60包括:单向阀D69、单向阀E70、单向阀F71、阻尼旁通阀乙72、溢流阀C73、溢流阀D74、压力变送器乙77、位移传感器79。
轴向进给EHA伺服电机62通过联轴器乙63与轴向进给EHA双向定量泵64同轴连接,轴向进给EHA双向定量泵64上端油口与轴向进给缸无杆腔油口66连接;轴向进给EHA双向定量泵64下端油口与轴向进给缸有杆腔油口61连接;蓄能器油箱乙65通过单向阀E70和单向阀F71连接到集成电液作动系统中,为集成电液作动系统补油,使集成电液作动系统压力不低于蓄能器油箱乙65的压力,防止油液中出现气穴现象;同时设置一个单向阀D69连接蓄能器油箱乙65与轴向进给EHA双向定量泵64的溢流口,使轴向进给EHA双向定量泵64的回油返回蓄能器油箱乙65;设置一个溢流阀D74,溢流阀D74进液口与轴向进给EHA双向定量泵64的上端油口连接,溢流阀D74出液口与轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口连接;设置另一个溢流阀C73,溢流阀C73进液口与轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口连接,溢流阀C73出液口与轴向进给EHA双向定量泵64的上端油口连接;溢流阀C73与溢流阀D74共同作用防止轴向进给EHA双向定量泵64和轴向进给缸78的压力过高;设置阻尼旁通阀乙72,阻尼旁通阀乙72进、出油口分别与轴向进给EHA双向定量泵64的上端、下端油口连接;当轴向进给EHA7发生故障时,阻尼旁通阀乙72开启,轴向进给EHA双向定量泵64的流量经过阻尼旁通阀乙72全部回到轴向进给EHA双向定量泵64的吸油口,保证轴向进给EHA安全泄压;压力变送器乙77安装在轴向进给缸无杆腔67外侧,检测轴向进给缸无杆腔67内的供油压力;压力变送器乙77通过信号线与模数转换模块C76连接;模数转换模块C76将位移信号传输给PLC15,形成液压力闭环反馈控制;位移传感器79安装在轴向进给缸活塞杆59上,检测轴向进给缸活塞杆59实时位移;位移传感器79通过信号线与模数转换模块B75连接;模数转换模块B75将位移信号传输给PLC15,形成位移闭环反馈控制。
模数转换模块A51、模数转换模块B75、模数转换模块C76,数模转换模块A44、数模转换模块B68共同组成AD/DA模块16;AD/DA模块16将接收到的模拟信号转换为数字信号传送给PLC15,接收PLC15发出的数字信号并转换为模拟信号。
合模EHA3的原理结构及电液控制原理与轴向进给EHA7相同,差别之处包括:增大电机功率,增大定量泵的排量,增大油箱蓄能器油箱的额定容积、增大作动缸体的尺寸,增大活塞缸的行程。
退料EHA11的原理结构及电液控制原理与轴向进给EHA7相同,差别之处包括:减小电机功率,减小定量泵的排量,减小蓄能器油箱的额定容积、减小作动缸体的尺寸,减小活塞缸的行程。
工件成形前,设备处于图1所示开模位置;将金属管坯80置于下模9中合适位置;开启设备电源开关,此时控制面板14中的触摸屏12、按钮开关13通电,PLC15、AD/DA模块16和伺服驱动器17通电;按下按钮开关13中的急停按钮,此时合模EHA3、轴向进给EHA7、充液增压EHA21、退料EHA11均处于断电锁紧状态;随后在触摸屏12中输入内高压成形工艺程序并保存;随后将按钮开关13中的急停按钮复位,PLC开始读取工艺程序并执行。
随后,PLC15向数模转换模块B68输出对应指令数字信号,数模转换模块B68将接收到的数字信号转换为模拟信号输入到伺服驱动器17中;伺服驱动器17驱动轴向进给EHA伺服电机62高速转动,通过联轴器乙63带动轴向进给EHA双向定量泵64工作,此时轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口吸油,上端油口输出高压油;蓄能器油箱乙65此时向油路中释放液压油,油液通过单向阀E70进入到轴向进给EHA双向定量泵64的下端吸油口;轴向进给EHA双向定量泵64上端油口排出的高压油液通过轴向进给EHA阀组60内部的油孔和轴向进给缸无杆腔油口66进入轴向进给缸无杆腔67,推动轴向进给缸活塞杆59向轴向进给缸有杆油腔57一侧快速移动,此时轴向进给EHA7驱动冲头甲601快速进给;同时,轴向进给缸有杆油腔57内的液压油通过轴向进给缸有杆腔油口61排出,回流到轴向进给EHA双向定量泵64的下端吸油口;若轴向进给EHA双向定量泵64中有高压油从溢流油口流出,则此部分油液通过单向阀D69回流到油箱蓄能器油箱乙65中;溢流阀C73检测轴向进给缸无杆腔油口66处的压力,当压力超过设定值时,部分高压油通过溢流阀C73回流到轴向进给EHA双向定量泵64的下端油口;当集成电液作动系统发生故障时,PLC15发出指令给阻尼旁通阀乙72,使该阀阀芯处于左位,此时轴向进给EHA双向定量泵64上端油口的高压油液通过阻尼旁通阀乙72直接回到轴向进给EHA双向定量泵64下端的吸油口,集成电液作动系统卸荷,保证轴向进给EHA7的安全;轴向进给EHA7快速进给过程中,压力变送器乙77无需检测轴向进给缸无杆腔油口66处的压力,但此时位移传感器79检测轴向进给缸活塞杆59的实时位移,并将位移信号转换为电流信号后传送给模数转换模块B75;模数转换模块B75将模拟电信号转换为数字信号后反馈回PLC15,形成位移闭环反馈控制;
在左、右两边的轴向进给EHA7快速进给作动的同时, PLC同时发出动作指令给四个相同规格的合模EHA3;合模EHA3此时内部工作原理与轴向进给E7相同,此时合模缸活塞杆快速下行,驱动活动横梁5快速下行,使得上模4快速合模;上模4与下模9合模后,冲头进给到即将密封金属管坯80两端口的位置。
随后,充液增压EHA21开始动作;PLC15向电液比例溢流阀53输出指令,设定充液系统的压力为2~8 MPa低压,缺省值5 MPa;充液电机32启动,通过联轴器甲33驱动充液单向定量泵34吸水;水箱23中的乳化液通过低压水管22和过滤器52进入充液单向定量泵34下端的吸油口;加压乳化液通过增压缸进水口单向阀54后,再经过增压缸低压进水口27进入增压缸55的高压水腔30;充液系统多余乳化液通过电液比例溢流阀53回流到水箱23;充液阶段增压缸活塞41不动作;低压乳化液通过高压出水口28和出液口单向阀29后,通过高压水管18进入冲头乙602中的充液孔,最后进入金属管坯80,将其内部空气排净;
随后,双侧轴向进给EHA7继续分别驱动冲头甲601、冲头乙602,将金属管坯80左、右端密封;随后轴向进给EHA7转入慢速进给阶段,此阶段轴向进给EHA7工作原理与快速进给阶段相似,轴向进给EHA7双向定量泵64上端油口压油,高压油驱动轴向进给缸活塞杆59向轴向进给缸有杆油腔57慢速进给;此时压力变送器乙77检测增压缸无杆腔油口40处的压力,并将压力信号转换为标准电流信号传送给模数转换模块C76,模数转换模块C76将信号转换为数字信号后传送到PLC15,通过调节轴向进给EHA伺服电机62的转速和转角,从而控制轴向进给缸活塞杆59的进给速度;通过位移传感器79检测轴向进给缸活塞杆59的实时位移,并将位移信号转换为电流信号后传送给模数转换模块B75;模数转换模块B75将模拟电信号转换为数字信号后反馈回PLC15,形成位移闭环反馈控制;通过压力和位移双重闭环反馈,综合控制冲头进给的实时速度和位移。
冲头甲601和冲头乙602轴向进给同时,合模EHA3无杆腔加压,提供匹配的合模力,保证上模4与下模9之间不产生缝隙,避免成形产品出现“飞边”现象。
冲头甲601和冲头乙602轴向进给同时,充液增压EHA21的充液系统停止工作,充液电机32停转,电液比例溢流阀53失电泄压,此时充液增压EHA21转入增压胀形工作阶段:PLC15发出数字信号到数模转换模块A44,经过转换后送入伺服驱动器17;伺服驱动器17驱动增压伺服电机36高速旋转,通过联轴器甲33驱动增压双向定量泵37工作,此时增压双向定量泵37下端油口吸油,上端油口压油;增压伺服电机36将转速反馈回PLC15,实时调节增压伺服电机36转速;蓄能器油箱甲38此时向油路中释放液压油,油液通过单向阀B46进入到增压双向定量泵37的下端吸油口;增压双向定量泵37上端油口排出的高压油液通过增压胀形阀组39内部的油孔和增压缸无杆腔油口40进入增压缸无杆油腔42,推动增压缸活塞41向高压水腔30侧快速移动,此时高压水腔30内的液体压力快速升高,并向金属管坯80中提供高压液体,使管坯增压成形;同时,增压缸有杆油腔31内的液压油通过增压缸有杆腔油口35排出,回流到增压双向定量泵37的下端吸油口;增压双向定量泵37中若有高压油从溢流油口流出,则此部分油液通过单向阀A45回流到油箱蓄能器油箱甲38中;溢流阀A49检测增压缸无杆油腔42处的压力,当压力超过设定值时,部分高压油通过溢流阀A49回流增压到双向定量泵37的下端油口;当集成电液作动系统发生故障时,PLC15发出指令给阻尼旁通阀甲48,使阻尼旁通阀甲48的阀芯处于左位,此时增压双向定量泵37上端油口的高压油液通过阻尼旁通阀甲48直接回到增压双向定量泵37下端的吸油口,集成电液作动系统卸荷,保证充液增压EHA21的安全。
内高压成形过程中,合模EHA3提供的合模力、轴向进给EHA7的进给速度和位移、充液增压EHA21输出的液体压力三者实施匹配,共同完成金属管坯80的内高压成形;成形完成后,集成电液作动系统转入开模泄压阶段,此时,轴向进给EHA伺服电机62开始反转,轴向进给EHA双向定量泵64上端油口转为吸油口,下端油口转为压油口;轴向进给缸无杆腔67中的液压油被吸入轴向进给EHA双向定量泵64中,下端压油口排出的高压油进入轴向进给缸有杆腔77,驱动轴向进给缸活塞杆59快速回退;此时冲头甲601和冲头乙602退出模具,增压胀形液压回路泄压。
随后,轴向进给缸活塞杆59继续回退,同时合模EHA3的活塞杆也开始回退,驱动活动横梁5回退,上模4与下模9分离;与此同时,充液增压EHA21进入回退阶段;此时,充液增压EHA21中的增压伺服电机36开始反转,增压双向定量泵37上端油口转为吸油口,下端油口转为压油口;增压缸无杆油腔42中的液压油被吸入增压双向定量泵37中,下端压油口排出的高压油进入增压缸有杆油腔31,驱动增压缸活塞41快速回退;。
待轴向进给EHA7、合模EHA3、充液增压EHA21均退回到位后,取出成形后的金属管坯80,设备进入下一次内高压成形。
实施例2,结合图1~5,图7与图8,具体说明本实施例。
与实施例1相比,有以下不同之处:
在实施例2中,轴向进给EHA7有三个,分别安装在工作台的左侧、右侧、后侧;合模EHA3有六个,成矩形排列并固定在上横梁1上;见附图7,合模EHA乙302、合模EHA丁304活塞杆端面中心点位于活动横梁5纵轴中心线上,合模EHA甲301、合模EHA已306分布在上横梁左侧,合模EHA丙303、合模EHA戊305分布右侧,且合模EHA甲301、合模EHA已306、合模EHA丙303、合模EHA戊305四个合模EHA阀组部分均朝向外侧,既避免了可能的位置干涉,也保证了合模力分布均衡。
实施例2中,金属成品82为带单支管的细长金属构件,内高压成形中增加了退料EHA11的协调动作;为保证产品成形质量,冲头甲601和冲头乙602均带有充液孔,充液增压EHA21输出的乳化液同时输送到冲头甲601和冲头乙602的充液孔中。
内高压成形前,将金属管坯80放入下模9中,合模EHA3驱动上模4合模;充液增压EHA21开始低压充液,同时左、右侧的轴向进给EHA7快速进给并密封金属管坯80,此时,退料EHA11的活塞杆快速伸出,推动下顶杆10快速伸出并顶住将要成形支管的位置;在轴向进给EHA7慢速进给、充液增压EHA21增压胀形、合模EHA3提供合适的可变合模力过程中,下顶杆10缓慢回退,保证支管处不发生破裂失效;内高压成形完成后,开模,冲头甲601和冲头乙602退回,成形管件82有可能卡在下模9中,此时退料EHA11再次向上进给,将金属成品82顶出,便于取件。

Claims (6)

1.一种电动静液作动内高压成形机,包括:上横梁(1)、导柱(2)、上模(4)、活动横梁(5)、冲头甲(601)、冲头乙(602)、工作台(8)、下模(9)、下顶杆(10)、触摸屏(12)、按钮开关(13)、控制面板(14)、PLC(15)、AD/DA模块(16)、伺服驱动器(17)、高压水管(18)、轴向进给EHA底座(19)、电缆(20)、低压水管(22)、水箱(23)、机架(24)、合模EHA(3)、退料EHA(11)、充液增压EHA(21)、轴向进给EHA(7),其特征是:
所述合模EHA(3)的底部与上横梁(1)固定连接,顶部活塞杆与活动横梁(5)的上表面固定连接;合模EHA(3)底部接口通过电缆(20)与伺服驱动器(17)连接;侧部接口通过信号线分别分别与PLC(15)和AD/DA模块(16)连接;
所述轴向进给EHA(7)有两个或三个,轴向进给EHA(7)是两个时,分布在工作台左侧、右侧;轴向进给EHA(7)是三个时,分布在工作台左侧、右侧与后侧;轴向进给EHA安装在轴向进给EHA底座(19)上,轴向进给EHA底座(19)为L形,轴向进给EHA底座(19)底面通过四个或者四个以上螺钉安装在工作台(8)台面上;轴向进给EHA(7)底部接口通过电缆(20)与伺服驱动器(17)连接,侧部接口通过信号线分别与PLC(15)和AD/DA模块(16)连接;冲头甲(601)、冲头乙(602)粗端底部与轴向进给EHA(7)顶部活塞杆末端通过螺栓固定连接;
所述工作台(8)位于机架(24)上,退料EHA(11)位于机架(24)的中空结构中;退料EHA(11)底部接口通过电缆(20)与伺服驱动器(17)连接,侧部接口通过信号线分别与PLC(15)和AD/DA模块(16)连接;退料EHA(11)顶部活塞杆末端与下顶杆通过螺栓固定连接;下顶杆(10)位于工作台中部小孔的下侧,下顶杆(10)通过小孔深入下模(9)中;
所述轴向进给EHA(7)的出水口通过高压水管(18)与冲头乙(602)的)通液孔连接,上部通过电缆(20)与伺服驱动器(17)连接,轴向进给EHA(7)通过信号线分别与PLC(15)和AD/DA模块(16)连接。
2.根据权利要求1所述的电动静液作动内高压成形机,其特征是:所述充液增压EHA(21)包括充液增压EHA进水口(26)、出液口单向阀(29)、充液电机(32)、联轴器甲(33)、充液单向定量泵(34)、增压伺服电机(36)、增压双向定量泵(37)、蓄能器油箱甲(38)、增压缸(55)、低压充液阀组(25)、增压胀形阀组(39);
所述增压缸(55)包括:增压缸低压进水口(27)、高压出水口(28)、高压水腔(30)、增压缸有杆油腔(31)、增压缸有杆腔油口(35)、增压缸无杆油腔(42)、增压缸无杆腔油口(40)、增压缸活塞(41)、增压缸缸体(43);
所述低压充液阀组(25)包括:过滤器(52)、电液比例溢流阀(53)、增压缸进水口单向阀(54)、压力变送器甲(56);
所述增压胀形阀组(39)包括:单向阀A(45)、单向阀B(46)、单向阀C(47)、阻尼旁通阀甲(48)、溢流阀A(49)、溢流阀B(50);
所述充液增压EHA进水口(26)外侧端口通过低压水管(22)与水箱(23)连接,充液增压EHA进水口(26)内侧端口与低压充液阀组(25)中的过滤器(52)的进液口连接;过滤器(52)出液口与充液单向定量泵(34)进液口连接;充液电机(32)通过联轴器甲(33)与充液单向定量泵(34)同轴连接;电液比例溢流阀(53)进油口与充液单向定量泵(34)出液口连接,充液单向定量泵(34)出液口与水箱(23)连接;充液单向定量泵(34)出液口与充液阀组中的增压缸进水口单向阀(54)连接;增压缸进水口单向阀(54)与增压缸低压进水口(27)连接;高压出水口(28)与出液口单向阀(29)连接;增压伺服电机(36)通过联轴器甲(33)与增压双向定量泵(37)同轴连接;增压双向定量泵(37)的上端油口与增压缸无杆腔油口(40)连接,增压双向定量泵(37)下端油口与增压缸有杆腔油口(35)连接;蓄能器油箱甲(38)通过单向阀B(46)与单向阀C(47)连接到集成电液作动系统中,为集成电液作动系统补油,使集成电液作动系统压力不低于蓄能器油箱甲(38)的内部压力,防止油液中出现气穴现象;同时设置一个单向阀A(45)连接蓄能器油箱甲(38)与增压双向定量泵(37)的溢流口,使增压双向定量泵(37)的回油返回蓄能器油箱甲(38);设置一个溢流阀A(49),溢流阀A(49)进液口与增压双向定量泵(37)的上端油口连接,溢流阀A(49)出液口与增压双向定量泵(37)的下端油口连接;设置另一个溢流阀B(50),溢流阀B(50)进液口与增压双向定量泵(37)的下端油口连接,溢流阀B(50)出液口与增压双向定量泵(37)的上端油口连接;设置阻尼旁通阀甲(48),阻尼旁通阀甲(48)进、出油口分别与增压双向定量泵(37)的上端、下端油口连接;当充液增压EHA(21)发生故障时,阻尼旁通阀甲(48)开启,增压双向定量泵(37)的流量经过阻尼旁通阀甲(48)全部回流到增压双向定量泵(37)的吸油口,保证集成电液作动系统安全泄压;压力变送器甲(56)安装在增压缸(55)的高压水腔(30)外侧,检测高压出水口(28)处的压力;压力变送器甲(56)的信号输出端与模数转换模块A(51)连接,模数转换模块A(51)与PLC(15)通过电缆连接。
3.根据权利要求1所述的电动静液作动内高压成形机,其特征是:所述轴向进给EHA(7)包括;轴向进给EHA伺服电机(62)、联轴器乙(63)、轴向进给EHA双向定量泵(64)、蓄能器油箱乙(65)、轴向进给缸(78)、轴向进给EHA阀组(60);
所述轴向进给缸(78)包括:轴向进给缸有杆油腔(57)、轴向进给缸有杆腔油口(61)、轴向进给缸无杆腔(67)、轴向进给缸无杆腔油口(66)、轴向进给缸体(58)、轴向进给缸活塞杆(59);
所述轴向进给EHA阀组(60)包括:单向阀D(69)、单向阀E(70)、单向阀F(71)、阻尼旁通阀乙(72)、溢流阀C(73)、溢流阀D(74)、压力变送器乙(77)、位移传感器(79);
所述轴向进给EHA伺服电机(62)通过联轴器乙(63)与轴向进给EHA双向定量泵(64)同轴连接,轴向进给EHA双向定量泵(64)上端油口与轴向进给缸无杆腔油口(66)连接;轴向进给EHA双向定量泵(64)下端油口与轴向进给缸有杆腔油口(61)连接;蓄能器油箱乙(65)通过单向阀E(70)和单向阀F(71)连接到集成电液作动系统中;设置一个单向阀D(69)连接蓄能器油箱乙(65)与轴向进给EHA双向定量泵(64)的溢流口连接,使轴向进给EHA双向定量泵(64)的回油返回蓄能器油箱乙(65);设置一个溢流阀D(74),溢流阀D(74)进液口与轴向进给EHA双向定量泵(64)的上端油口连接,溢流阀D(74)出液口与轴向进给EHA双向定量泵(64)的下端油口连接;设置另一个溢流阀C(73),溢流阀C(73)进液口与轴向进给EHA双向定量泵(64)的下端油口连接,溢流阀C(73)出液口与轴向进给EHA双向定量泵(64)的上端油口连接;设置阻尼旁通阀乙(72),阻尼旁通阀乙(72)进、出油口分别与轴向进给EHA双向定量泵(64)的上端、下端油口连接;压力变送器乙(77)安装在轴向进给缸无杆腔(67)外侧,压力变送器乙(77)通过信号线与模数转换模块C(76)连接;位移传感器(79)安装在轴向进给缸活塞杆(59)上,位移传感器(79)检测活塞杆实时位移;位移传感器(79)通过信号线与模数转换模块B(75)连接。
4.根据权利要求1所述的电动静液作动内高压成形机,其特征是:所述合模EHA(3)根据设备合模力的大小,数量设置为一个,或者两个,或者三个,或者四个,或者六个。
5.根据权利要求1所述的电动静液作动内高压成形机,其特征是:所述合模EHA(3)在上横梁的分布为直线形,或者是矩形,或者是圆周形,或者是菱形。
6.根据权利要求1所述的电动静液作动内高压成形机,其特征是:所述充液增压EHA(21)同时向左、右侧的两个轴向进给EHA(21)上的冲头甲(601)、冲头乙(602)充液或者单独向冲头甲(601)、冲头乙(602)中的一个充液。
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