CN112339331B - 金属旋转挤压液压机的旋转系统及挤压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属旋转挤压液压机的旋转系统及挤压成型方法，属于金属旋转热挤压成型领域，其特征在于，所述金属旋转挤压液压机的旋转系统至少包括：旋转缸、主油缸、滑块和第一比例泵；所述滑块内安装有穿孔缸和水平缸；所述第一比例泵进油口通过油管与油箱相连，所述第一比例泵的出口分成两路，一路通过法兰管路与主油缸相连，另一路经过换向阀通过油管与旋转缸连接；所述水平缸为两个；两个水平缸的活塞杆相对设置，且位于穿孔缸的下方。通过采用上述技术方案，本发明在金属旋转挤压液压机基础上增加一套能通过电液控制速度和扭矩的旋转系统，并通过控制各个机械部件完成旋转挤压成型。

Description

金属旋转挤压液压机的旋转系统及挤压成型方法

技术领域

本发明属于金属旋转热挤压成型领域，具体涉及一种金属旋转挤压液压机的旋转系统及挤压成型方法。

背景技术

近年来，随着国际国内航天航空工业飞速发展，我国对航天航空基础零部件的形状和性能要求越来越高，然而，由于我国的航天航空领域的基础零部件制造同国际先进水平仍然存在差距，以镁合金领域为例，我国采用铸造生产的镁合金缺陷多，力学性能差，所以传统的用大坯料去除材料的方法或者铸造等加工方法已经不能满足这个领域的发展。研究表明，通过塑性成型的镁合金产品具有较好的力学性能，只有研发出新型的成型工艺和特种设备，解决航天航空用镁合金产品的质量、生产节拍、生产成本和批量化生产等问题才能给国家的战略项目提供强有力的基础支持。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种金属旋转挤压液压机的旋转系统及挤压成型方法，在金属旋转挤压液压机基础上增加一套能通过电液控制速度和扭矩的旋转系统，并通过控制各个机械部件完成旋转挤压成型。

本发明的第一目的是提供一种金属旋转挤压液压机的旋转系统，至少包括：旋转缸、主油缸、滑块和第一比例泵；

所述滑块内安装有穿孔缸和水平缸；

所述第一比例泵进油口通过油管与油箱相连，所述第一比例泵的出口分成两路，一路通过法兰管路与主油缸相连，另一路经过换向阀通过油管与旋转缸连接；

所述水平缸为两个；两个水平缸的活塞杆相对设置，且位于穿孔缸的下方。

优选地，所述旋转缸包括缸体、位于缸体内的柱塞、与柱塞连接的轴承。

优选地，所述柱塞和缸体之间设置有耐磨密封。

优选地，第二比例泵吸油口通过油管与油箱连接，第二比例泵出油口通过油管与集成阀块连接，集成阀块上安装有电磁换向阀和比例阀，PLC通过控制电线与集成阀块上的电磁换向阀和比例阀进行连接；集成阀块的出口通过管路与液压马达连接，集成阀块与液压马达连接的管路上安装有压力传感器，压力传感器与PLC进行数据交互；液压马达的输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连；变速箱经过内部齿轮变速，在变速箱输出轴上安装有齿轮，所述齿轮与旋转缸上的齿轮啮合。

优选地，在变速箱输出轴的齿轮上安装有编码器。

本发明的第二目的是提供一种金属旋转挤压液压机的旋转系统的挤压成型方法，包括：

步骤一，滑块要在上限位置，水平缸处于闭合位置，穿孔缸退回到0位，下顶出缸在下0位；

步骤二，旋转缸带动旋转台开始旋转，滑块空行程快下到设定位置转换成慢下，到设定位置停止，穿孔缸带动楔块向下运动，使分体凸模水平分开，分体凸模是分别固定在左右两个水平缸上的，分开时在水平缸的反作用下被动分开，保证凸模稳定的接触到正在旋转的工件，做到挤压成型；过程中旋转台面一直处于旋转状态；

步骤三，到达成型位置后，穿孔缸带动楔块退回，然后水平缸也将分体凸模退回并紧；此时滑块可以慢速回程，到达设定位置后快速回程到上限位置；旋转台停止旋转，下顶出缸顶出，把工件与下模分离，至此完成一次压制。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、此压力机的旋转系统，在负载工作台下增加旋转缸，充液以后成功将作用在轴承上的压力抵消，有效的将液动力利用起来保护机械机构，也提高了旋转扭矩的利用效率，更少的做无用功，优势突出。

2、旋转系统利用减速箱与齿轮组的组合，降低角速度增加旋转台的扭矩，合理的将工作台的转速和扭矩控制在工艺要求的范围内。

3、该压力机的电液系统多采用比例泵，比例阀，高频响调速阀以及压力传感器，脉冲编码器等高精度元器件，控制方法以闭环系统为主，使设备的各个动作都平稳启动，快速达到工艺参数要求的数值，相比传统的没有采用电液比例控制的压力机，启动和停止或者动作转换时避免了剧烈晃动，震动。使压力机更加稳定，优势尤其明显。

4、通过挤压形成塑性变形制造的镁合金材料力学性能大大加强，解决了铸造缺陷多，力学性能不好的难题。

附图说明

图 1为本发明优选实施例的整体结构图；

图 2为本发明优选实施例中压机系统各执行部件连接图；

图 3为本发明优选实施例中压机旋转缸的结构图；

图 4为本发明优选实施例中旋转台的液压系统图。

其中：1、主油缸；2、旋转缸；3、换向阀；4、第一比例泵；5、滑块；6、穿孔缸；7、水平缸；8、下顶出缸；9、轴承；10、柱塞；11、耐磨密封；12、缸体；13、编码器；14、液压马达；15、压力传感器；16、集成阀块；17、第二比例泵；18、比例阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图4所示，本发明的技术方案为：

一种金属旋转挤压液压机的旋转系统，包括：

旋转缸2、主油缸1、滑块5和第一比例泵4；

所述滑块5内安装有穿孔缸6和水平缸7；

所述第一比例泵4进油口通过油管与油箱相连，所述第一比例泵4的出口分成两路，一路通过法兰管路与主油缸1相连，另一路经过换向阀3通过油管与旋转缸2连接；

所述水平缸7为两个；两个水平缸7的活塞杆相对设置，且位于穿孔缸6的下方。

下顶出缸8的活塞杆竖直朝上，且与穿孔缸6的活塞杆位于同一竖直方向上；

优选地，所述旋转缸2包括缸体12、位于缸体12内的柱塞10、与柱塞10连接的轴承9。

所述柱塞10和缸体12之间设置有耐磨密封11。

第二比例泵17吸油口通过油管与油箱连接，第二比例泵17出油口通过油管与集成阀块16连接，集成阀块16上安装有电磁换向阀和比例阀18，PLC通过控制电线与集成阀块16上的电磁换向阀和比例阀18进行连接；集成阀块16的出口通过管路与液压马达14连接，集成阀块16与液压马达14连接的管路上安装有压力传感器15，压力传感器与PLC进行数据交互；液压马达14的输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连；变速箱经过内部齿轮变速，在变速箱输出轴上安装有齿轮，所述齿轮与旋转缸2上的齿轮啮合。

在变速箱输出轴的齿轮上安装有编码器13，测齿轮的转速，通过plc数据处理，反应出旋转缸的转速；

上述优选实施例主要包括压机系统和旋转台系统；其中：

压机系统主要包括主油缸、旋转缸、换向阀、比例泵，各部件位置及关系如图1所示。其中滑块的内部结构如图2虚线框所示，滑块内部包括穿孔缸和水平缸。

其中比例泵进油口通过油管与油箱相连，从油箱吸油，如图1所示比例泵出口分成两路，一路通过法兰管路与主油缸相连，另一路经过换向阀通过油管与旋转缸连接。穿孔缸和水平缸通过螺钉安装在滑块内部。

旋转台系统包括机械部分和液压部分；其中：

一、机械部分：

机械部分包括旋转油缸，油缸内部装有轴承，起到定位，支撑转动工作台和减少摩擦力的作用，当工作时载荷增加，同时给旋转油缸充油，使旋转工作台形成相同的力来抵消来自主缸的压力。如果没有油缸，单纯靠轴承，那么压制过程中，载荷不断的增大，轴承受力也会随之增大，摩擦力增大，轴承会因此受损而减少使用寿命，甚至无法工作；且摩擦力所产生的反向力矩会抵消掉工作方向的扭矩。因此，让旋转缸充油，油缸内的轴承就和空载时受到的压力相同，轴承始终保持“无负载”的状态。动态的摩擦力就不会因载荷增大而增大。

增加了旋转缸，那么缸体和柱塞之间又多了摩擦副，就要既能封油又要耐磨的密封来保证旋转时动态的密封性，这里采用特质的耐磨密封来保证旋转缸的使用寿命。

机械传动由角向减速箱，三级齿轮组成，目的在于通过降低角速度增加扭矩，依据旋转扭矩计算公式：

M=N/ω

其中M为扭矩；N为功率；ω为角速度；

可以看出角速度与扭矩成反比，在功率一定的条件下，角速度越小，扭矩越大。所以通过减速箱加组合齿轮的传动方式降低液压马达输入时的角速度，增大旋转台的扭矩。

2液压部分：

液压系统主要包括，比例泵，定量泵，集成插装阀块，比例阀，液压马达以及其他附属液压原件。

其中：比例泵吸油口通过油管与油箱连接，从油箱吸油，出油口通过油管与集成阀块连接，集成阀块上装有换向阀和比例阀，PLC通过控制电线与集成阀块上的电磁换向阀和比例阀进行连接给出信号进行控制油液的流动方向和压力大小。集成阀块的出口通过管路与液压马达连接，此段管路上装有压力传感器，压力传感器把采集到的信号作为反馈通过控制线传给PLC。液压马达的输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连，传递动力。变速箱经过内部齿轮变速，在变速箱输出轴上装有齿轮与旋转刚上的齿轮啮合连接，至此完成了从比例泵到旋转缸的动力传输。

此系统采用闭环控制系统实现对转速和扭矩的精准控制：由人机交互界面给出目标速度值以后，PLC给出比例泵给定电流，比例泵给出对应流量给液压马达，再由机械齿轮将动力传给旋转台，在齿轮上装有编码器，可以采集其反馈信号，对整个系统形成闭环，通过不断调整比例泵流量来实现转速的准确。

其中的扭矩调控主要是通过比例阀18调整系统压力实现的，系统压力的变化就能改变扭矩的输出值，再采集压力传感器的反馈值，对比例阀不断调节使之达到目标扭矩值。

当旋转缸有负载时，即压机正常压制工作时，主油缸的载荷作用到旋转缸上，此时将主油缸上腔与旋转缸连通，使之压力相同，从而两者之间的力随之抵消，使旋转油缸内的轴承不受主缸压力。

二、旋转挤压成型方法：

设备成型的工艺流程以镁合金杯型零件为例，此设备可以由内向外旋转挤压成型。

步骤一，滑块要在上限位置，水平缸处于闭合位置（即开度为0），穿孔缸退回到0位，下顶出缸在下0位。

步骤二，旋转缸带动旋转台开始旋转，滑块空行程快下到设定位置转换成慢下，到设定位置停止，穿孔缸带动楔块向下运动，使分体凸模水平分开，分体凸模是分别固定在左右两个水平缸上的，分开时在水平缸的反作用下被动分开，保证凸模稳定的接触到正在旋转的工件，做到挤压成型。过程中旋转台面一直处于旋转状态。

步骤三，到达成型位置后，穿孔缸带动楔块退回，然后水平缸也将分体凸模退回并紧。此时滑块可以慢速回程，到达设定位置后快速回程到上限位置。旋转台停止旋转，下顶出缸顶出，把工件与下模分离，至此完成一次压制。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种金属旋转挤压液压机的旋转系统，其特征在于，至少包括：旋转缸（2）、主油缸（1）、滑块（5）和第一比例泵（4）；

所述滑块（5）内安装有穿孔缸（6）和水平缸（7）；

所述第一比例泵（4）进油口通过油管与油箱相连，所述第一比例泵（4）的出口分成两路，一路通过法兰管路与主油缸（1）相连，另一路经过换向阀（3）通过油管与旋转缸（2）连接；

所述水平缸（7）为两个；两个水平缸（7）的活塞杆相对设置，且位于穿孔缸（6）的下方；

所述旋转缸（2）包括缸体（12）、位于缸体（12）内的柱塞（10）、与柱塞（10）连接的轴承（9）；

所述柱塞（10）和缸体（12）之间设置有耐磨密封（11）；

第二比例泵（17）吸油口通过油管与油箱连接，第二比例泵（17）出油口通过油管与集成阀块（16）连接，集成阀块（16）上安装有电磁换向阀和比例阀（18），PLC通过控制电线与集成阀块（16）上的电磁换向阀和比例阀（18）进行连接；集成阀块（16）的出口通过管路与液压马达（14）连接，集成阀块（16）与液压马达（14）连接的管路上安装有压力传感器（15），压力传感器与PLC进行数据交互；液压马达（14）的输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连；变速箱经过内部齿轮变速，在变速箱输出轴上安装有齿轮，所述齿轮与旋转缸（2）上的齿轮啮合；

在变速箱输出轴的齿轮上安装有编码器（13）；

所述金属旋转挤压液压机的旋转系统的挤压成型方法包括：

步骤一，滑块要在上限位置，水平缸处于闭合位置，穿孔缸退回到0位，下顶出缸在下0位；

步骤二，旋转缸带动旋转台开始旋转，滑块空行程快下到设定位置转换成慢下，到设定位置停止，穿孔缸带动楔块向下运动，使分体凸模水平分开，分体凸模是分别固定在左右两个水平缸上的，分开时在水平缸的反作用下被动分开，保证凸模稳定的接触到正在旋转的工件，做到挤压成型；过程中旋转台面一直处于旋转状态；

步骤三，到达成型位置后，穿孔缸带动楔块退回，然后水平缸也将分体凸模退回并紧；此时滑块慢速回程，到达设定位置后快速回程到上限位置；旋转台停止旋转，下顶出缸顶出，把工件与下模分离，至此完成一次压制。

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