CN1256200C - 采用高动能的材料加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高动能加工材料的方法，包括冲压装置(1)，其借助于一次击打把高动能传递给有待加工的料坯体(2)，之后冲压装置(1)出现回跳。此方法的特征在于，结合发出的所述击打采取一项措施，此措施可防止所述冲击装置发出具有显著能量含量的后击，目的在于避免后击引起的各种负面影响。

Description

采用高动能的材料加工方法

技术领域

本发明涉及一种利用高动能的材料加工方法，该方法包括非振荡式冲压装置，该装置借助单独一次击所施加的作用力被从起始位置驱动，目的在于把高动能传递给有待加工的料坯，在所述打击之后，冲压装置发生回跳。本发明还涉及实施本方法的设备。

背景技术

在高速加工时，利用高动能成形/加工料坯。与高速加工相关，采用撞击式冲压机械(percussion pressing machine)，其中的冲压活塞具有比通常加工显著较大的动能；它往往具有比常规冲压机高大约100倍或更多的速度，以便执行金属部件的切割、冲孔和成形，粉末压实等类似作业。在高速加工之内，目前存在多种不同的原理用于得到所需的高动能，以便达到技术上所能提供的种种好处。涉及的机械可以借助于压缩空气或气体、弹簧或液压装置(通常也是一种在原则上利用气动驱动的方法，蓄压器之中的压缩空气经由油液加速冲压装置)来加速某一冲击体。这一技术领域长期以来一直是受到关注的课题。大量的不同机械和方法被研制出来，比如在WO9700751之中所示。无论所有这些机械是使用空气、油液、弹簧、空气/燃料混合物、炸药或电流用于加速，它们的普遍特征是：原则上开始一种不受控制的过程，导致已被加速的冲击体冲向工具并随后在一定时间之后以某种方式返回。同样成立的是，在第一次撞击之后，加速力无例外地继续作用在冲击体上，从而导致从第一次撞击发生起出现多次撞击。这些附加的撞击、即所谓后冲击，是不希望存在的，并在多数情况下是明显有害的。

因此公认的是，使有待加工的工件在高速过程中承受一次以上的撞击，原则上无例外地是一种缺点，无论所涉及的是切割、冲孔、整体成形或粉末压实。就切割而论，额外的、不必需的一次或多次撞击可能造成过度的工具磨损和不希望的毛边。在冲孔、抹敷(smearing)、焊接的情况下，可能出现毛边和工具磨损。在整体成形中，存在着不良的材料变化的风险，冲孔可能开裂，以及坯料不必要地牢牢固定在模具之中，这结果导致压出力量随着模具磨损而增大。在对诸如陶瓷、坚硬金属等的脆性材料作粉末压实时，第二次撞击可能破坏第一次撞击时成功形成的粘合体。在对例如铜或钢等的柔软粉末作粉末压实时，在施加数次击打时密度确实持续增加，但较多次数的撞击后，坯料被更加牢固地压进模具，会导致不希望的磨损。早先未曾重视这一问题的可能原因或许是，这些作业都是非常迅速的并在许多情况下可能简直无法观测，为此原因，后冲击的有害影响显得不是很明显。此外，为了在第一次撞击之后能够中断冲击体的加速，需要极短的反应时间，这本身构成了复杂问题。同样存在的是，如果冲压装置由某种气体加速，那么原则上在技术方面不可能短时间内在第一与第二次撞击(一般在2与50ms之间)之间降低驱动腔内的压力。就弹簧操纵的机械而言，显然，设计一种在几毫秒之内释放弹簧预载的机械装置是有一定困难的。其次，多数已知的液压高速机械配备有阀机构，其不能充分迅速地予以调节以便堵住迅速前行的油液，因此，在活塞的驱动腔之中有压力积累。其原因是，大流量(300-1000立升/每分)的液压阀通常需要极长的调节时间。这又是由于以下事实而造成的，即阀体必须移动很长的距离以便形成足够大的开放面积，从而使油液有可能穿过它却没有过分的压降。

发明内容

本发明的目的是消除或至少减少以上提及的各种问题，这是由一种利用高动能的材料加工方法实现的，此方法包括非振荡式冲压装置，该装置通过单独一次击而施加的作用力从起始位置被驱动，目的在于把高动能传递给有待加工的料坯，此后出现冲压装置的回跳，此方法的特征在于，结合发出的所述击打采取一项措施，此措施可防止所述冲压装置发出包含显著动能的后击，目的在于避免发生作为后击后果的各种负面影响，此后冲压装置返回到所述初始位置。

由于这一解决方法，获得了一种方法，借助于它，高速加工可以以一种可以提供较比先前已知者质量为高的方式予以实现。

附图说明

本发明将在下面参照附图较为详细地予以说明，附图中：

图1示出根据本发明的一种撞击式压力机的原理；

图2示出进行击打作业时冲压装置的运动曲线图，其中一条曲线示出未使用本发明情况下的运动，而另一条曲线示出使用本发明情况下的运动；

图3示出具有第一备选传感装置的设备；

图4示出第二备选传感装置的应用；

图5示出用于实现本发明的一种改进控制结构；

图6示出图5装置的一种备选实施例；

图7示出传感装置的一种优先组合；以及

图8示出根据本发明的不带后冲击的击打作业。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一优选实施例。图中示出液压活塞/缸体组件9，其带有液压活塞3，在液压活塞的下端设置有冲压装置1。此冲压装置意在用于把高动能传递给料坯2(或工具)，以从事高速加工作业。此简图还表明，活塞/缸体组件9还设置有下压力腔115和上压力腔116。上压力腔116经由第一管线L₁连接于阀门装置4。下压力腔115经由第二管线L₂连接于同一阀门装置4。在阀门装置的另一侧，阀门装置4经由第三管线3连接于压力源8并经由第四管线L4连接于罐7(大多数情况下为大气压力)。在第一位置(图1所示)，阀门装置4将压力源8与第一管线L₁联接在一起，以致上压力腔116被充压。同时，下压力腔115联接于罐7。在阀门装置4的这一位置，液压活塞3因此受到指向下方的加速力的作用。在阀门装置4的第二位置(未示出)，管线L₁、L₂完成了颠倒联接，这意味着，反过来下压力腔115连接于压力源8而上压力腔116连接于罐7。在此位置，因此代之以活塞3被向上加速。此图还表明，阀门装置4联接于控制/调节组件6。此控制/调节组件6从传感装置5接收信号，而传感装置在所示范例中是由位置传感器50构成的。

本发明以以下方式执行功能。在起始位置上，阀门装置4借助于控制/调节组件6定位在第二位置上，亦即液压活塞3被定位在活塞/缸体组件9内的最上位置。在随后希望以冲压装置向料坯2发出一次击打时，控制/调节组件6将作用于阀门装置4，以使其改变位置到第一位置(见图1)，上压力腔116则连接于压力源8(这一压力源最好由包括连接于蓄能器的液压泵的装置构成，在蓄能器中始终保持着高速加工作业所需的高压)。由于压力腔116的充压，液压活塞3将因此在冲压装置1击打工具/料坯2之前被迅速加速到高速。借助于始终连通于控制/调节组件6的位置传感器50，可以检测出液压活塞3的位置，并因而检测出冲压装置1的位置。在由位置传感器50识别的、液压活塞3的一给定预定位置P1，信号被传动给控制/调节组件6，后者随后作用于阀门装置4以使其改变位置到所述第二位置，以致液压活塞3将向上移动和/或保持在其上方位置。借助于本发明，冲压过程可以因此得到控制，以致在加工作业期间只完成一次击打，因此得以消除由于多次后击而造成的不良影响。

图2示出一曲线图，其中，在发出一次击打期间，沿着时间轴线大略地标出打击体(冲压装置)的位置。实线表明根据本发明发出的一次击打，而虚线则表明通常的一次击打是如何发生的。可以看出，两条曲线在第一时段期间是重合的，也就是说，从起始位置(时间为零)到发送一次击打(时间大约为6毫秒)和在返回运动/回跳期间(时间大约为9毫秒)发生完全同样的加速和运动。按照通常的方法(虚线)，随后将出现多次后击，也就是说，冲压装置将向工具/料坯发送多次具有不同能量的额外击打，正如所提及的那样，这样会产生各种不良的后果，比如增大工具磨损、出现不希望的毛边、轮廓不清和裂纹形成等。原因在于，符合通常技术的压力腔116在第一次击打之后仍然含有很高的压力，而与击打结合而传递的大量能量在系统中引起多种振荡，其结果是出现所述的一系列后击。根据本发明，由于阀门装置4结合所述已发送的击打而被重新定位，以致上压力腔116中的充压在有时间发送一次后击之前就停止下来，所以避免了这种现象。按照示于图1之中的实施例，这发生在借助于位置传感器50识别的第一时间T₀处，信号经由控制/调节组件6被传送给阀门装置4以改变其位置。由于以下事实，即阀门装置4具有一定的固有惯性，一定时间ΔT之后才将采取改变过的位置。按照图示的实例，ΔT大约为4毫秒，这意味着，阀门装置4在时间T₁被重新定位。在图示实例中，T₁选定出现在当冲压装置1在第一次回跳时居于最高位置处的时候。液压活塞的速度正好在此时为0或接近0。由于这一事实，与重新定位有关，可以避免液压系统之中不必要的各压力高峰，而其结果是，因此可以消除不需要的各次压力过渡，从使用寿命的观点出发，这是一种优点。选定这一位置的其他有利之处是，由于原则上对每种机器型式和用途来说，击打连同其第一次回跳具有某一预定的持续时间，也就是说，从在击打运动期间已经经过某一位置的液压活塞3算起，不可避免的回跳在某一时间之后达到其最大高度(0速度)。由于这些参数是由有关各部件的加速力和质量以及弹性来确定的，所以这些参数本质上是稳定的和可重现的，而控制系统因此可得到调节，以致阀门装置4在正确的时间改变到其第二位置。所以，优选地，选定一个接近于击打装置的速度为零时的时间。

不过，应该认识到，无论如何这都不会限制本发明，而本发明的目的是要以适当的动能来消除可以引起不良效果的一些后击。因此，这样一来也可以想到，本发明不是对下压力腔115冲压以使其压力达到与上压力腔115同样高的程度，而是将下压力腔115连接到低压源，从而造成对回跳运动的充分阻尼，以便避免一些负面后果。根据这一实施例，可以利用比如三通阀或另一压力源(未示出)，使此阀门在重新定位后关断所有与较高压力源8的连通，而把下压力腔115连接于较低压力源(未示出)并把上压力腔116连接于罐7。

图3示出根据本发明的一备选实施例。系统的基本原理基本上与示于图1之中者一样。可以看出，除了示于图1之中的以外，采用了阻尼器11，在冲压装置击打包括料坯在内的工具2时实际上总是用到阻尼器。阻尼器的作用是在已经发出一次击打之后阻止/制动工具运动。根据本发明，压力传感器51，可以起到系统的检测装置5的作用，连接于阻尼器11。当冲击装置1对工具/料坯2发出一次击打时，击打运动将通过工具/料坯2被向下传递，而后作用在液压式的阻尼器11上，阻尼器11之中的液压油则作用在压力传感器51上以使它经由管线60提供信号给控制/调节组件6。控制/调节组件6然后作用在阀门装置4上以使它重新定位，根据以上所曾说明的那样。可以看出，根据图3的实施例，比起按照图1的系统来，需要较短的阀门装置4调节时间。这一实施例因此只可以用在采用极快的阀门装置4的时候，比如SE 0002038-8所述的阀门装置。

图4示出根据本发明的另一改进实施例。在此实施例中，采用定时电路53形式的检测装置5，以便在正确的时刻启动阀门装置4的重新定位，旨在避免出现后击。适当地利用击打作业的起始时间(图2中为0)以便借助于经验数据来确定在启动定时电路53后的什么时间T₀上应当向阀门装置4提供重新定位信号。根据示于图2之中的作业，信号因此应当大约在开始一次击打之后的2.5ms时提供给阀门装置4。

图5示出根据本发明的另一改进实施例，其中通过使用液压管线41在检测装置5与阀门装置4之间实现直接联接。在此情况下，利用在阻尼器11中获得的压力峰值，以便直接地重新定位阀的装置4。另外，管线41可以包括电子/电气电路，该电路根据来自压力传感器51的信号直接作用在阀门装置4的致动装置上以实现其重新定位。

图6示出根据本发明的另一改进实施例，其中使用两个通过管线41串联的阀门装置4、4A，以便实现阀门装置4的重新定位。在此情况下，适当地使用了同一压力源8，控制冲压活塞3的阀门装置4作用在该压力源上。额外的阀门4A只配合由阻尼器11显示(register)的一次击打而致动阀门装置4，该阀门可以做得极小。

图7示出根据本发明的另一实施例，即采用检测装置5的组合。在此情况下，此图示出使用图1和图4的检测装置的组合，也就是说，位置传感器50和定时电路53的组合。在此情况下，使位置传感器50控制定时电路的起始点，例如初始启动周期可以在或大或小的程度上改变，所以这样在某些情况下可以提供更大的精度。图2以曲线图示出根据本发明的一适当的实施例。如光学传感器的位置传感器配置在冲压装置1起始位置以下4mm处。当击打体已经移至P₀、也就是说离开其起始位置4mm时(或者换一种方式来说，距离工具/料坯2还有12mm)，位置传感器50将向定时电路53发出信号，这发生在时刻T₂处。从T₂起，控制和调节组件6致动阀门装置4，以使它在时刻T₀处开始重新定位。这种检测装置的组合增大了系统的灵活性，这是因为当系统的一项参数被改变时(比如不同的冲压装置)，由于只须把一个经过修正的时间参数编程到控制/调节组件6之中去，所以重新调节系统简单而又快捷。因此，此时就不必使，例如，位置传感器50出现任何实际移动。

图8是曲线图，其中冲击体(冲压装置)的位置在发出两次接续的击打期间沿着时间轴线大略地标画出来。可以看出，击打运动发生在很短的时间，大致5-10mm之内，而且，在发出一次击打之后，冲压装置从击打位置经过全部距离L返回而没有发生任何后击。在下次击打发出之前要经过相对较长的时间ΔTs。因此可以看出，两次击打之间的间隔ΔTs比发出一次击打所需的时间Ts大很多。

本发明不限于以上所述，而可以在以下各权利要求的范畴之内予以改变。因此应该认识到，许许多多的检测装置5的变型可以以多种不同的方式组合起来以使设备适应于各种不同情况。同样明显的是，可以采用除了上述那些以外的许多不同种类的检测装置，比如声学传感器、加速计等。

所施加的力这一表述指的是不同于重力的力。同样明显的是，可以以已知的不同方式设计传感器；位置传感器可以是模拟的或数字的、机械的、光学的、电感式的或电容式的，或是双态的或是相对的或绝对的。显然，根据图4的一种压力传感器可以配置在一个或多个不同的地方，比如在压力腔115中。最后，应该认识到，此方法并不限于液压设备，而完全可能使用于其他一些驱动装置，比如气体驱动或弹簧操作的装置中的各机械配置。此外，显然，本发明也适于各种对置的活塞配置、跳动砧座等。

Claims (15)

1.一种使用高动能的材料高速加工方法，包括非振荡式冲压装置(1)，该装置借助单独一次击打所施加的作用力被从起始位置驱动，用于把高动能传递给有待加工的料坯体(2)，之后冲压装置(1)发生回跳，该加工方法的特征在于，相应于发出的所述击打防止所述冲压装置(1)发出具有高动能的后击的步骤，以避免后击所引起的各种负面影响，以及之后冲击装置返回到所述初始位置的步骤。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述防止高动能后击的步骤包括使所述作用力显著减小或完全被断绝，以及/或者使所述作用力在所述击打已经发出之后和在另一击打发生之前被倒转。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述防止高动能后击的步骤在冲击装置(1)第一次回跳之后的转换点时刻或接近此时刻处被执行。

4.按照前述各项权利要求之中任何一项所述的方法，其特征在于，所述冲压装置(1)被直接或间接地通过一液压系统驱动，所述液压系统包括阀门装置(40)，并且，所述防止高动能后击的步骤包括借助于所述阀门装置(40)实现。

5.按照权利要求1-3之中任何一项所述的方法，其特征在于，所述防止高动能后击的步骤通过一控制系统予以控制，该控制系统包括控制/调节组件(6)以及至少一个检测装置(5)，所述控制/调节组件(6)借助于来自检测装置(5)的至少一个信号控制防止高动能后击的步骤。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述防止高动能后击的步骤通过一控制系统予以控制，该控制系统包括控制/调节组件(6)以及至少一个检测装置(5)，所述控制/调节组件(6)借助于来自检测装置(5)的至少一个信号控制防止高动能后击的步骤。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，液压系统的液压油的压力、以及/或者各种振动、以及/或者时间、以及/或者位置由所述检测装置(5)检测。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，两次接续的击打之间的时间差(ΔTs)显著地超过为把冲压装置从其初始位置(L₁)驱动到料坯体位置(L₂)所需的时间(Ts)，

9.一种用于利用高动能高速加工材料的方法的设备，包括：非振荡式冲压装置(1)，用于把高动能传递给有待加工的料坯体(2)；驱动组件(8)，用于所述冲压装置(1)；至少一个调节装置(4)，用于所述驱动组件；以及控制/调节组件(6)，用于控制所述调节装置(4)，该设备的特征在于，所述调节装置(4)直接或间接地联接于检测装置(5)，借助于该检测，所述调节装置(4)结合由所述冲压装置(1)发出的第一次击打而被致动，以至经由所述驱动组件(8)作用在所述冲压装置上的力被减小或断绝和/或倒转，从而防止了具有明显的动能含量的随后的另一次击打。

10.按照权利要求9所述的设备，其特征在于，所述驱动组件(8)包括至少一个液压活塞/缸体组件。

11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，所述调节装置(4)包括至少一个阀门装置(40)。

12.按照权利要求9-11中的任何一项所述的设备，其特征在于，所述调节装置(4)借助于来自所述检测装置(5)的各信号通过控制/调节组件(6)得到控制。

13.按照权利要求12所述的设备，其特征在于，所述检测装置(5)包括位置传感器(50)、以及/或者压力传感器(51)、以及/或者加速计(52)、以及/或者声学传感器。

14.按照权利要求12所述的设备，其特征在于，所述检测装置(5)包括定时电路(53)，该定时电路直接在所述第一击打之前或其期间在设备的某一给定状态下被促动，以便消除出现具有高动能的另一次击打。

15.按照权利要求9所述的设备，其特征在于，所述调节装置(4)包括至少两个连通的阀门装置(40，41)，所述阀门装置设置在控制回路中并可消除出现具有很大能量的另一次击打。

Images