一种多功能试验机及其使用方法
技术领域
本发明涉及液压成形试验机领域,具体涉及一种多功能试验机及其使用方法。
背景技术
管材内高压成形件可以实现以空心代替实心、以变截面取代等截面、以封闭截面取代焊接截面,能够减少零部件数量,大幅度提高零件的刚度和疲劳强度,因此内高压成形技术在汽车轻量化领域得到了广泛的应用。板材充液成形技术是在凹模中充满液体,利用凸模带动板料进入凹模时建立反向液压压力的成形方法,成形之后零件回弹很少、精度也高,可以形成结构复杂的板材拉深零件。目前,冲压成形作为应用最广泛、成本最低的成形工艺在汽车零部件等领域得到了最广泛的应用。然而,随着冲压工艺向着成形性能较差的合金进行拓展时,比如铝合金、钛合金等,其材料成形性能严重制约了零部件的形状,为此需要发展难成形材料的热冲压成形技术。
现有的试验机仅能实现单一功能,没有一套试验机系统能够同时满足内高压成形、充液拉伸、冲压以及热冲压等功能。对于一般试验室来说,分别购买不同的压机来实现内高压成形、充液拉伸、冲压以及热冲压是一个巨大的资金支出;并且由于目前充液拉伸和热冲压成形零部件较少,没有特别大的设备需求,单独购买设备用于充液拉伸和热冲压成形是一个不小的浪费且容易闲置。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提供的一种多功能试验机包括:主缸(1)、两个压边缸(2)、两个溢流阀(3)、四梁四柱结构的框架和模具;
所述主缸(1)与两个压边缸(2)分别固定于框架的梁结构上,且两个压边缸(2)对称设置于主缸(1)两侧,所述主缸(1)和每个压边缸(2)之间均通过一个溢流阀(3)连接;
通过溢流阀(3)的通断实现主缸(1)的单动或主缸(1)和压边缸(2)的双动;
所述模具可根据需要设置于主缸(1)和两个压边缸(2)与框架之间,被压材料放置于模具间。
优选的,所述溢流阀(3)包括固定端与活动端,所述溢流阀(3)的固定端与主缸(1)或压边缸(2)固定连接,对应的所述溢流阀(3)的活动端与压边缸(2)或主缸(1)活动连接。
优选的,所述溢流阀(3)的活动端通过卡扣与压边缸(2)或主缸(1)活动连接。
优选的,所述四梁四柱结构的框架包括:上横梁(16)、拉伸横梁(4)、压边横梁(5)、工作台(7)和四根立柱(6);
每根立柱(6)垂直设置于工作台(7)上,所述上横梁(16)固定于立柱(6)顶部;
所述拉伸横梁(4)和压边横梁(5)位于所述工作台(7)与上横梁(16)之间,且活动套接于所述立柱(6)上。
优选的,所述上横梁(16)中心设有与主缸(1)相配适的中心孔,所述主缸(1)穿过所述上横梁(16)的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接。
优选的,所述上横梁(16)和拉伸横梁(4)两边对称设有与压边缸(2)相配适的侧孔,两个压边缸(2)分别依次穿过所述上横梁(16)与拉伸横梁(4)的侧孔与压边横梁(5)固定连接。
优选的,所述压边缸(2)和主缸(1)外接电器控制系统,用于为压边缸(2)和主缸(1)提供动力;所述电器控制系统中的位移传感器用于检测拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动位移。
优选的,所述上横梁(16)、拉伸横梁(4)和压边横梁(5)为板状结构。
优选的,所述模具包括:上模具(8)和下模具(10);
所述上模具(8)可穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)可放置在工作台(7)上。
优选的,所述试验机还包括:侧推缸(9),所述侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,用于在内高压成形过程中轴向进给补料;
所述侧推缸(9)上还设置有小孔,所述小孔外接液压系统,用于在内高压成形过程中提供不同的压力。
优选的,所述模具还包括:液室(14)、凸模(15);
所述液室(14)可放置在工作台(7)上,液室(14)的侧面设置有孔(12),液室(14)通过孔(12)与液压系统连接,用于向液室内注入液体;
所述凸模(15)的凸起端为自由端,另一端可与拉伸横梁(4)固定连接。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种多功能试验机的使用方法,包括:
当需要进行内高压成形时:
控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)断开连接;控制主缸(1)向下行,使模具被挤压进而实现被压材料的内高压成形;
当需要进行冲液拉伸成形、冲压成形或热冲压成形时:
控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现被压材料冲液拉伸成形、冲压成形或热冲压成形。
优选的,所述控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)断开连接;控制主缸(1)向下行,使模具被挤压进而实现被压材料的内高压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)可放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压管材(11)放置在下模具(10)内;
断开各溢流阀(3)的活动端,使各压边缸(2)和主缸(1)之间断开连接,主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动上模具(8)向下运动;
液压系统通过侧推缸(9)上的小孔不断加压,同时侧推缸(9)对管材(11)施加轴向进给力进行补料;
当上模具(8)和下模具(10)闭合后,侧推缸(9)将被压管材(11)封闭,再继续加压使被压管材(11)胀形紧靠上模具(8)和下模具(10),实现内高压成形;
所述模具包括:上模具(8)和下模具(10);所述被压材料包括被压管材(11)。
优选的,所述继续加压使被压管材(11)胀形紧靠上模具(8)和下模具(10)之后,还包括:
主缸(1)带动上拉伸横梁(4)和上模具(8)上行,侧推缸(9)后退,取出成形工件。
优选的,当需要进行冲液拉伸成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现板材冲液拉伸成形,包括:
将液室(14)放置在工作台(7)上,通过液室(14)的孔(12)与液压系统连接,凸模(15)的凸起端为自由端,另一端与拉伸横梁(4)固定连接,将被压板材(13)放置在液室(14)上;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接;
主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动凸模(15)向下运动;
压边缸(2)使压边横梁(5)和液室(14)接触,被压板材(13)在凸模(15)和液室(14)中液体的作用下形成凸模(15)的形状,实现冲液拉伸成形;
所述模具包括:液室(14)和凸模(15);所述被压材料包括被压板材(13)。
优选的,所述被压板材(13)在凸模(15)和液室(14)中液体的作用下形成凸模(15)的形状之后,包括:
将液室(14)中的液体进行泄压和放液,主缸(1)带动拉伸横梁(4)和凸模(15)上移,取出成形工件。
优选的,当需要进行冲压成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现冲压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)可放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压管材(11)放置在下模具(10)内;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接,
主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动上模具(8)向下运动;压边缸(2)带动压边横梁(5)向下运动;
上模具(8)和下模具(10)合模后保持设定时间,使得被压板材(13)充分成形,实现冲压成形。
优选的,当需要进行热冲压成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现热冲压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)可放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压管材(11)放置在下模具(10)内;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接,
为主缸(1)和压边缸(2)提供设定的功率,使上模具(8)和下模具(10)进行合模快速冲压,同时电器控制系统吸收快速冲压时的压力冲击,实现热冲压成形。
优选的,所述上模具(8)和下模具(10)合模后保持设定时间,使得板材(13)充分成形或所述使上模具(8)和下模具(10)进行合模快速冲压之后,还包括:
主缸(1)带动拉伸横梁(4)和上模具(8)回程,压边缸(2)带动压边横梁(5)打开,然后取出成形工件。
优选的,电器控制系统为所述主缸(1)和压边缸(2)提供动力,所述电器控制系统利用数字控制技术通过位移传感器检测拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动位移来实现闭环反馈控制的方法,可以任意自由的控制试验机中拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的多功能试验机,包括主缸、两个压边缸、两个溢流阀、四梁四柱结构的框架和模具;所述主缸与两个压边缸分别固定于框架的梁结构上,且两个压边缸对称设置于主缸两侧,所述主缸和每个压边缸之间均通过一个溢流阀连接;通过溢流阀的通断实现主缸的单动或主缸和压边缸的双动;模具可根据需要设置于主缸和两个压边缸与框架之间,被压材料放置于模具间,该试验机能够实现在试验室条件下的内高压成形、冲液拉伸成形、冲压成形以及热冲压成形,降低设备的资金需求并提高设备的利用率,满足试验和研究的迫切需求。
附图说明
图1为本发明中多功能试验机的结构图;
图2为本发明中内高压成形过程示意图;
图3为本发明板材充液成形结构示意图;
1-主缸;2-压边缸;3-溢流阀;4-拉伸横梁;5-压边横梁;6-立柱;7-工作台;8-上模具;9-侧推缸;10-下模具;11-管材;12-孔;13-板料;14-液室;15-凸模;16-上横梁。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
为了满足试验室对多功能、小批量液压成形的需要,本发明设计了一套整合了管材内高压成形、板材充液拉伸、冲压成形和热冲压等多功能的液压成形机。现有试验机的油缸都是单一功能的,完成拉伸或压制功能的叫主油缸,完成压边功能的叫压边油缸,而为了能够充分利用试验机设备,需要设计一套设备能够实现压边和拉伸作用的相互切换,因此本发明主要创新点是在一套设备上通过溢流阀实现液压系统单动和双动之间的切换。
如图1所示,该液压成形试验机的主机采用双动四梁四柱结构,包括:上横梁16、拉伸横梁4、压边横梁5、工作台7、四根立柱6、压边缸2、主缸1、液压控制系统以及电气控制系统。
上横梁16和工作台7的四角对称位置上分别设有孔,每根立柱分别穿过上横梁16和工作台7的孔并通过螺母形成固定架结构,即上横梁16、工作台7通过各立柱和多个螺母组成封闭结构,用于承受载荷;
拉伸横梁4和压边横梁5通过导套与立柱滑动连接并能在立柱内上下滑动。主缸1位于上横梁16的中心,两个压边缸2对称设置在主缸1的两侧,具体连接包括:上横梁16的中心设置有与主缸1相配适的中心孔,主缸1穿过上横梁的中心孔与拉伸横梁4固定连接,拉伸横梁4实现拉伸功能。在上横梁16和拉伸横梁4上与主缸对称设有两侧孔,两个压边缸分别依次穿过上横梁16和拉伸横梁4上的侧孔,与压边横梁5固定连接,压边横梁5能实现铝合金板材拉伸压边功能和铝合金板材充液成形的压边功能,压边横梁5上与主缸1对应的位置设有中心孔,用于将模具穿过该中心孔与拉伸横梁4固定连接。各溢流阀3分别与主缸1和压边缸2连接,每个溢流阀3的任意一端与拉伸横梁4或压边横梁5固定连接,该溢流阀3的另一端与压边横梁5或拉伸横梁4活动连接,拉伸横梁4和压边横梁5之间通过溢流阀3的活动连接,可以实现变压边力。
溢流阀3包括固定端与活动端,所述溢流阀3的固定端与主缸1或压边缸2固定连接,对应的所述溢流阀3的活动端与压边缸2或主缸1活动连接。
所述溢流阀3的活动端通过卡扣与压边缸2或主缸1活动连接。
当实现铝合金管材内高压成形时,双动试验机实现单动最大锁模力输出。
该液压成形试验机还包括侧推缸9,所述侧推缸9可拆卸的安装在上模具8和下模具10之间,侧推缸9的一侧设置有小孔,该小孔与液压系统连接,用于通过小孔形成高压环境。
其中,液压系统包括一套超高压系统及一套乳化液循环过滤系统。超高压系统主要对油路进行控制,实现不同压力的液压输出。乳化液循环过滤系统主要实现乳化液的回收再利用,包括乳化液回收装置一套以及乳化液循环净化装置一套。
电器控制系统采用计算机控制(CNC),利用数字控制技术和通过位移传感器检测拉伸横梁4和压边横梁5的运动位移来实现闭环反馈控制的方法,可以任意自由的高精度地控制液压成形试验机中拉伸横梁4和压边横梁5试验机的运动。电器控制系统上设有操作箱,安装在右前立柱,面板上布有触摸屏、操作按钮、选择开关等,用于供操作人员控制拉伸横梁4和压边横梁5的运动。
液压系统和电控系统通过外接设备与试验机连接。
如图2所示当需要进行内高压成形时,下模具10放在工作台7上,上模具8固定在拉伸横梁4上,拉伸横梁由主缸1驱动,且断开各溢流阀3的活动端,使各压边缸2和主缸1之间断开连接。首先将管材11放置在下模具10内,主缸1带动上模具8下行。内高压过程中内部压力和轴向补料是影响成形质量的关键因素,轴向进给补料需要添加侧推缸9来实现。在成形过程中,侧推缸中间开有小孔,通过注入乳化液等介质实现内压的改变。随着内部压力不断增加,需要的合模力也不断增加;侧推缸9对管材施加轴向进给力进行补料防止管材破裂和过度减薄。模具闭合后,侧推缸9将管材封闭,密封加压使之管材11胀形紧靠上下模具。内高压成形过程中,主缸1和压边缸2之间不连通,溢流阀3断开连接,设备的吨位全部供给主缸1,试验机能够实现锁模力的最大输出,满足小圆角半径和复杂形状零件内高压成形对最大合模力的要求,从而降低对设备吨位的需求。当成形过程完成后,主缸1带动上拉伸横梁4和上模具8上行,侧推缸9后退,取出管材11,完成全部内高压成形过程。
如图3所示当板材13进行充液拉伸时,将各溢流阀3的活动端闭合,使各压边缸2和主缸1之间固定连接;模具仅有一个凸模15,而凹模由液室14代替。凸模15安装在拉伸横梁4上由主缸1驱动,液室14通过小孔12充满液体,液体将原材料仅仅贴近凸模,零件的成形形状由凸模决定。压边横梁5和液室14进行接触,起到密封和压边的作用。压边力主要由压边缸2提供,而成形时主缸1下移最终成形为所需的形状。压边力是影响成形质量的关键因素。为了能够更好地提高成形质量,本设计通过溢流阀3能够实现变压边力。在设备总吨位一定的情况下,通过溢流阀3等控制系统能够合理地分配主缸1和副缸2之间的压力,达到变压边力的效果。主缸1和拉伸横梁4带动凸模15下移,而液室中的液体对板料有一个向上的压力使得板料13贴近凸模15,保持一定压力和一定时间,使得板料13最终成形为所需要的形状。然后,液室14中的液体进行泄压和放液,主缸1带动拉伸横梁4和凸模15上移,取出工件,完成板材充液拉伸全过程。
铝合金热冲压成形时对冲压速度有较高的要求,冲压速度要求200mm/s-1mm/s范围内实现无极可调,工作速度在35mm内能够从200mm/s快速下降到1mm/s。铝合金温度可以高达450摄氏度。首先控制各溢流阀3使压边缸2和主缸1之间固定连接,然后将上下模具分别安装在拉伸横梁1和工作台7上,主缸1带动拉伸横梁4和上模具、压边缸2带动压边横梁5下行,压边横梁5和下模接触实现密封和压边,上模具和下模具进行合模快速冲压时需要电机功率较大(通过电器控制系统实现),以实现快速冲压,从而降低电机功率,同时可以吸收快速冲压时的压力冲击,确保冲压平稳可靠。保持一段时间,使得板材充分成形,减少回弹量。主缸1带动拉伸横梁4和上模具8回程,压边缸带动压边横梁5打开,然后取出工件,完成铝合金热冲压成形。相对于充液成形,铝合金热冲压时下模具需要根据其形状进行单独设计。
由于加工效率高、成本低等优点,铝合金冲压成形是目前应用最广泛的成形工艺。控制各溢流阀3使压边缸2和主缸1之间固定连接,上下模具分别安装在拉伸横梁4和工作台7上,主缸1驱动拉伸横梁4,使拉伸横梁4带动下模具下行以及压边缸2带动和压边横梁5下行,压边横梁5和下模接触实现密封和压边,保持一段时间,使得板材充分成形,减少回弹量。主缸1带动拉伸横梁4和上模具8回程,压边缸带动压边横梁5打开,然后取出工件,完成铝合金冲压成形。相对于充液成形,冲压成形时下模具需要根据其形状进行单独设计。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。