CN202123142U - 波动加载管材液压成形超高压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种波动加载管材液压成形超高压系统，适用于波动加载的管材液压成形，该超高压系统能够克服对管材密封效果差、成形压力不足、液压油易污染及浪费、成形效率低、无法实现波动加载等缺陷。本实用新型波动加载管材液压成形超高压系统主要由四部分构成：水平缸推进系统、乳化液充液系统、超高压增压系统、工控机控制系统。水平缸推进系统主要完成两水平侧推缸的进给及对管材的密封；乳化液充液系统主要完成向管材内填充乳化液并排出管材内气体的功能；超高压增压系统则是通过超高压增压器实现对系统输出超高压油源，以完成对管材的胀形。工控机控制系统主要根据操作人员手动录入的参数，控制超高压增压系统实现所需要的加载路径。

Description

波动加载管材液压成形超高压系统

技术领域

本实用新型属于超高压液压系统及设备领域，具体为一种波动加载管材液压成形超高压系统，特别适用于波动加载的管材液压成形。

背景技术：

管材液压成形是一种以液体介质代替模具传递力以实现金属塑性加工成形的方法，是利用管内液体产生的高压(工作压力通常100～400MPa，最高达1000MPa)使金属管坯变形成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术，属于液力成形的范畴。液压成形技术的主要应用领域是汽车及航天航空工业，它能够促进汽车轻量化的进程，提高零部件的强度、刚度，改善车辆运行的稳定性、安全性，减少零件和模具数量，降低生产成本，提高生产效率。近些年国外一些学者提出了一种基于高液压计算机精确控制技术的全新液压加载方式——波动型加载，通过实验及有限元分析证明波动加载方式可以有效提高管材的成形性，因此得到广泛应用。但因其设备投资极为昂贵，在我国的研究和推广遇到了一定困难。国际上能够提供管材液压成形成套技术与设备的制造商多数集中在欧洲，其中，以德国的舒勒公司、SPS公司和瑞典的AP&T公司为主要代表。这些公司的成套液压成形设备价格十分昂贵，对于一般的实验研究而言，大大超出了实验经费的要求。我国的设备研制方面，主要是高压发生器、阀门管路配件、自动化能力水平和经验还较低。因此，研制实用性强、造价低、技术合理、适合中国国情的管材液压成形设备是进行管材液压成形技术研究的关键。本实用新型就是针对国内欠缺相关技术及设备的现状，自行研制成形超高压液压系统，开发数据测试采集及闭环控制系统。研制出了控制精度高、液压力高的波动加载管材液压成形超高压系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种波动加载管材液压成形超高压系统，该超高压系统能够克服对管材密封效果差、成形压力不足、液压油易污染及浪费、成形效率低、无法实现波动加载等缺陷。

本实用新型的技术方案是：

一种波动加载管材液压成形超高压系统，该系统设有轴向柱塞泵、电动机、第一溢流阀、分配缸、超高压增压缸、充液缸、动侧推缸、静侧推缸、乳化液油箱、液压油油箱，具体结构如下：

轴向柱塞泵与电动机连接，轴向柱塞泵的进油管连接液压油油箱，轴向柱塞泵的出油管分两路，一路分别连至动侧推缸的无杆腔和静侧推缸的无杆腔，另一路分别连至动侧推缸的有杆腔和静侧推缸的有杆腔，动侧推缸和静侧推缸之间设置管材液压成形的型腔；

在轴向柱塞泵与动侧推缸的有杆腔和静侧推缸的有杆腔连通的管路上，分别连有：分配缸的一端、超高压增压缸的无杆腔和充液缸的无杆腔；

在轴向柱塞泵与动侧推缸的无杆腔和静侧推缸的无杆腔连通的管路上，连有：分配缸的另一端；

分配缸的两端部形成A腔，分配缸的中部两侧分别形成B腔，分配缸的B腔通过管路连至超高压增压缸无杆腔；

管材液压成形的型腔通过管路分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，轴向柱塞泵的出油管一路上设有第一电磁换向阀和第三单向阀。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，与动侧推缸的有杆腔连接的管路上设置第二电磁换向阀，与静侧推缸的有杆腔连接的管路上设置第三电磁换向阀。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在与所述分配缸一端连接的管路上设置第五电磁换向阀和第四电压表，在与所述超高压增压缸无杆腔连接的管路上设置第二顺序阀、第六电磁换向阀、第五电压表，在与所述充液缸无杆腔连接的管路上设置第七电磁换向阀、第二溢流阀。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在与所述分配缸另一端连接的管路上设置第二电压表、第二压力传感器。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在所述分配缸的B腔连至超高压增压缸无杆腔的管路上设置第三电压表、第四电磁换向阀、第一顺序阀。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上设置电接点压力表、第二单向阀。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上通过第一单向阀连至乳化液油箱。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上还通过第一压力传感器、反馈放大器、CPT计算机图像编辑器、PID控制器、比例放大器、先导比例电磁溢流阀连至超高压增压缸无杆腔。

所述的波动加载管材液压成形超高压系统，轴向柱塞泵的出油管上连有第一溢流阀、第一电压表。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型波动加载管材液压成形超高压系统主要由四部分构成：水平缸推进系统、乳化液充液系统、超高压增压系统、工控机控制系统。水平缸推进系统主要完成两水平侧推缸的进给及对管材的密封；乳化液充液系统主要完成向管材内填充乳化液并排出管材内气体的功能；超高压增压系统则是通过超高压增压器实现对系统输出超高压油源，以完成对管材的胀形。工控机控制系统主要根据操作人员手动录入的参数，控制超高压增压系统实现所需要的加载路径。

2、本实用新型液压系统主要用于管材的液压成形实验，系统最高输出压力可达300MPa，能完成较小圆角的成形要求。在增压的过程中，可实现内压力的波动加载。波动加载方式能够有效提高管材的成形性。实验中，为更好地实现两侧推缸对管材的密封，在设计时，将两缸同时进给更改为一缸静止，一缸进给，这样方便操作也保证了两水平缸对管材的密封。实验时，需要先调整左侧水平侧推缸的位置，将左侧侧推缸调整到设定位置后，断开其两腔的通路，此时向右侧侧推缸无杆腔充液，推动其活塞杆进给，并推动管材进给。当两端冲头同时跟管材接触，并产生较小的压力时，断开向侧推缸充液的回路，同时接通乳化液充液的回路。通过充液缸的作用，向管材内填充乳化液，同时，向面积比为12∶1的超高压增压缸的高压端填充乳化液并推动其活塞杆完全退回。通过向管材内填充乳化液可以在两端冲头没有完全加紧管材时排出管材及管道内的气体，当管材内充满乳化液时，充液回路断开，同时接通分配缸充液回路。通过分配缸向两侧推缸内同时输入液压油，推动两侧推缸同时进给，向管材施加压力直至完全密封。当密封结束后，接通超高压增压回路。在超压增压缸和工控机的控制下实现管材在波动加载内压力下的成形，最后完成管材的内高压成形实验。当管材成形完成后，分配缸只向右侧侧推缸有杆腔内充液，推动其活塞杆返程。当右侧推缸回程结束后，接通充液缸，向其有杆腔C内充入液压油使活塞杆回程，同时从乳化液油箱吸入乳化液。如果分配缸没有完全回程，可通过手动按钮，接通电磁换向阀，向其高压端充液，直至分配缸完全回程。回程结束后，关闭开关，管材内高压成形实验结束。

3、本实用新型由液压常规压力(＜31.5MPa)元件、超高压元件(承受300MPa)和部分电子元件组成的超高压管材成形系统。

附图说明

图1为波动加载管材液压成形超高压系统原理图。

图中：1-轴向柱塞泵；2-电动机；3-第一溢流阀；4-第一电压表；5-第一电磁换向阀；6-第二电磁换向阀；7-第三电磁换向阀；8-第四电磁换向阀；9-第五电磁换向阀；10-第六电磁换向阀；11-第七电磁换向阀；12-第二溢流阀；13-先导比例电磁溢流阀；14-分配缸；15-超高压增压缸；16-充液缸；17-动侧推缸；18-静侧推缸；19-乳化液油箱；20-第一单向阀；21-电接点压力表；22-第二单向阀；23-第二电压表；24-第三电压表；25-第三单向阀；26-第四电压表；27-第五电压表；28-第一顺序阀；29-第二顺序阀；30-第一压力传感器；31-反馈放大器；32CPT计算机图像编辑器；33-PID控制器；34-比例放大器；35-第二压力传感器；36-液压油油箱。

注：未标注的油箱均为液压油油箱。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型波动加载管材液压成形超高压系统主要包括：轴向柱塞泵1、电动机2、第一溢流阀3、第一电压表4、第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀6、第三电磁换向阀7、第四电磁换向阀8、第五电磁换向阀9、第六电磁换向阀10、第七电磁换向阀11、第二溢流阀12、先导比例电磁溢流阀13、分配缸14、超高压增压缸15、充液缸16、动侧推缸17、静侧推缸18、乳化液油箱19、第一单向阀20、电接点压力表21、第二单向阀22、第二电压表23、第三电压表24、第三单向阀25、第四电压表26、第五电压表27、第一顺序阀28、第二顺序阀29、第一压力传感器30、反馈放大器31、CPT计算机图像编辑器32、PID控制器33、比例放大器34、第二压力传感器35、液压油油箱36等，具体结构如下：

轴向柱塞泵1与电动机2连接，轴向柱塞泵1的进油管连接液压油油箱36，轴向柱塞泵1的出油管上连有第一溢流阀3、第一电压表4，轴向柱塞泵1的出油管分两路，一路分别连至动侧推缸17的无杆腔和静侧推缸18的无杆腔，该路上设有第一电磁换向阀5和第三单向阀25，另一路分别连至动侧推缸17的有杆腔和静侧推缸18的有杆腔，与动侧推缸17的有杆腔连接的管路上设置第二电磁换向阀6，与静侧推缸18的有杆腔连接的管路上设置第三电磁换向阀7，动侧推缸17和静侧推缸18之间设置管材液压成形的型腔。

在轴向柱塞泵1与动侧推缸17的有杆腔和静侧推缸18的有杆腔连通的管路上，分别连有：分配缸14的一端、超高压增压缸15的无杆腔和充液缸16的无杆腔；在与所述分配缸14一端连接的管路上设置第五电磁换向阀9和第四电压表26，在与所述超高压增压缸15无杆腔连接的管路上设置第二顺序阀29、第六电磁换向阀10、第五电压表27，在与所述充液缸16无杆腔连接的管路上设置第七电磁换向阀11、第二溢流阀12。

在轴向柱塞泵1与动侧推缸17的无杆腔和静侧推缸18的无杆腔连通的管路上，连有：分配缸14的另一端，在与所述分配缸14另一端连接的管路上设置第二电压表23、第二压力传感器35。

分配缸14的两端部形成A腔，分配缸14的中部两侧分别形成B腔，分配缸14的B腔通过管路连至超高压增压缸15无杆腔，所述管路上设置第三电压表24、第四电磁换向阀8、第一顺序阀28。

管材液压成形的型腔通过管路分别连至超高压增压缸15的有杆腔和充液缸16的有杆腔，在所述管路上设置电接点压力表21、第二单向阀22，所述管路通过第一单向阀20连至乳化液油箱19，所述管路还通过第一压力传感器30、反馈放大器31、CPT计算机图像编辑器32、PID控制器33、比例放大器34、先导比例电磁溢流阀13连至超高压增压缸15无杆腔。

如图1所示，本实用新型管材液压成形超高压系统，按功能又可以分为三个主要的子系统：水平侧推缸进给系统、乳化液充液系统和增压系统。其主要动作顺序如下：

水平侧推缸进给系统主要包括第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀6、第三电磁换向阀7、第四电磁换向阀8、第五电磁换向阀9、分配缸14、动侧推缸17、静侧推缸18、第二电压表23、第三电压表24、第三单向阀25、第四电压表26等。此部分的工作过程为：在管材成形之初，先调节静侧推缸18的位置，通过手动按钮，给电磁铁1DT、6DT、7DT、10DT通电，此时液压油通过第五电磁换向阀9的右侧通路进入分配缸14的A腔，推动活塞杆进给，同时油箱里的液压油通过第四电磁换向阀8的左侧通路补充到分配缸的B腔。当静侧推缸的活塞杆端冲头到达设定位置时，电磁铁4DT通电、6DT断电，其余电磁铁保持，此时分配缸输出的油液进入动侧推缸17的无杆腔推动活塞杆进给，在冲头的推进下，管材向左移动，在接触左侧冲头并产生一定压力时，电磁铁11DT、13DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余断电。当乳化液充满管材时，电接点压力表发出指令，电磁铁4DT、6DT、7DT、10DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余电磁铁断电。此时动侧推缸17、静侧推缸18在分配缸14输出的液压油的驱动下同时进给，直至两端冲头对管材的密封完好。

乳化液充液系统主要包括第七电磁换向阀11、第二溢流阀12、充液缸16、乳化液油箱19、第一单向阀20、电接点压力表21、第二单向阀22。此部分的工作过程为：当管材在右侧冲头的推动下向左移动至接触左侧冲头并产生一定压力时，电磁铁11DT、13DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余断电。此时液压油通过第七电磁换向阀11进入充液缸的无杆腔，充液缸输出的乳化液一部分进入超高压增压缸15的高压端，另一部分进入管材型腔内，并排出里面的气体。在管材实验结束时，电磁铁14DT通电，液压油进入乳化液缸的C腔，推动乳化液缸的活塞杆回程，此时乳化液缸会通过第一单向阀20从乳化液油箱19里吸入乳化液为下次实验做准备。

增压系统主要包括第六电磁换向阀10、先导比例电磁溢流阀13、超高压增压缸15、第五电压表27、第二顺序阀29、第一压力传感器30、反馈放大器31、CPT计算机图像编辑器32、PID控制器33、比例放大器34。此部分的工作过程为：当两端冲头对管材密封完好后，工控机发出指令，电磁铁8DT、12DT通电，电磁铁1DT、4DT、6DT、10DT保持，此时液压油通过第二顺序阀29和换向阀10进入超高压增压缸15的无杆腔，通过增压器的增压作用逐渐增大系统的输出压力。在增压缸15的输出端安装有压力传感器，在增压缸增压的过程中，压力传感器将检测到的压力传输进工控机，通过反馈放大器31的放大作用和预先设定的加载压力比较，把比较结果通过PID控制器33调节，将调节后的结果经比例放大器34放大反馈给先导比例电磁溢流阀13，通过先导比例电磁溢流阀的溢流实现内压力的波动加载。

本实用新型总体工作过程如下：

在管材成形之初，需要先调节静侧推缸18的位置，通过手动按钮，给电磁铁1DT、6DT、7DT、10DT通电，此时液压油通过第五电磁换向阀9进入分配缸14的A腔，推动活塞杆进给。油箱里的液压油通过第四电磁换向阀8补充到分配缸的B腔。当静侧推缸的活塞杆端冲头到达设定位置时，电磁铁4DT通电、电磁铁6DT断电，其余电磁铁保持，此时分配缸输出的油液进入动侧推缸17的无杆腔推动活塞杆进给，在冲头的推进下，管材向左移动，在接触左侧冲头并产生一定压力时，电磁铁11DT、13DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余断电。此时液压油通过第七电磁换向阀11进入充液缸的无杆腔，充液缸输出的乳化液一部分进入面积比为1∶12的超高压增压缸15的高压端，另一部分进入管材型腔内，并排出里面的气体。当乳化液充满管材时，电接点压力表发出指令，电磁铁4DT、6DT、7DT、10DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余电磁铁断电。此时动侧推缸17、静侧推缸18在分配缸14输出的液压油的驱动下同时进给，当两端冲头对管材的密封完好时，第二压力传感器35发出指令，电磁铁8DT、12DT通电，电磁铁1DT、4DT、6DT、10DT保持，此时液压油通过第二顺序阀29和第六电磁换向阀10进入超高压增压缸15的无杆腔，通过增压器的增压作用逐渐增大系统的输出压力。在超高压增压缸15的输出端安装有压力传感器，在增压缸增压的过程中，压力传感器将检测到的压力传输进工控机，通过反馈放大器31的放大作用和预先设定的加载压力比较，把比较结果通过PID控制器33调节，将调节后的结果经比例放大器34放大反馈给先导比例电磁溢流阀13，通过先导比例电磁溢流阀的溢流实现内压力的波动加载。在管材胀形的过程中，轴向会有收缩，此时如果冲头不及时跟随进给，会造成密封不好，油液泄漏，压力瞬间骤降的效果，会严重影响管材的成形效果和成形质量。所以为保证在管材成形时，冲头对管材的密封完好，在超高压增压缸工作时，串联有第一顺序阀28，第四电磁换向阀8的支路也处于联通状态，当管材收缩时，两端冲头所收压力不平衡，此时会有液压油经过第一顺序阀28、第四电磁换向阀8补充到分配缸14的B腔，推动活塞杆进给，分配缸输出的液压油同时进入到两侧推缸的无杆腔，从而推动两端冲头及时进给，保证了冲头对管材的密封。当管材成形结束后，工控机发出指令，电磁铁3DT、7DT、9DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余断电，液压油通过第二电磁换向阀6，进入动侧推缸17的有杆腔，推动活塞杆返回。当动侧推缸回程结束时，电磁铁14DT通电，电磁铁1DT保持通电，其余断电，液压油通过第七电磁换向阀11，进入充液缸C腔使活塞杆返程，同时从乳化液油箱中吸入乳化液，为下次管材成形准备。返程结束后，系统断电，管材成形结束。

本实用新型液压系统最高输出压力可达得到300MPa，可实现小半径圆角的成形。在加载的过程中，波动加载的实现也大大提高了管材的成形率。系统采用乳化液和液压油双介质供油，在不方便回收胀形液体的情况下，节省了成本。系统采用的三个主要缸体(分配缸、超高压增压缸、充液缸)均为立式放置，能够大大节省空间，减少线路连接同时也减少泄漏问题，具有安装方便、成本低、工作稳定、成形效率高、维护方便等优点。

Claims (10)

1.一种波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：该系统设有轴向柱塞泵、电动机、第一溢流阀、分配缸、超高压增压缸、充液缸、动侧推缸、静侧推缸、乳化液油箱、液压油油箱，具体结构如下：

轴向柱塞泵与电动机连接，轴向柱塞泵的进油管连接液压油油箱，轴向柱塞泵的出油管分两路，一路分别连至动侧推缸的无杆腔和静侧推缸的无杆腔，另一路分别连至动侧推缸的有杆腔和静侧推缸的有杆腔，动侧推缸和静侧推缸之间设置管材液压成形的型腔；

在轴向柱塞泵与动侧推缸的有杆腔和静侧推缸的有杆腔连通的管路上，分别连有：分配缸的一端、超高压增压缸的无杆腔和充液缸的无杆腔；

在轴向柱塞泵与动侧推缸的无杆腔和静侧推缸的无杆腔连通的管路上，连有：分配缸的另一端；

分配缸的两端部形成A腔，分配缸的中部两侧分别形成B腔，分配缸的B腔通过管路连至超高压增压缸无杆腔；

管材液压成形的型腔通过管路分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔。

2.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：轴向柱塞泵的出油管一路上设有第一电磁换向阀和第三单向阀。

3.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：与动侧推缸的有杆腔连接的管路上设置第二电磁换向阀，与静侧推缸的有杆腔连接的管路上设置第三电磁换向阀。

4.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在与所述分配缸一端连接的管路上设置第五电磁换向阀和第四电压表，在与所述超高压增压缸无杆腔连接的管路上设置第二顺序阀、第六电磁换向阀、第五电压表，在与所述充液缸无杆腔连接的管路上设置第七电磁换向阀、第二溢流阀。

5.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在与所述分配缸另一端连接的管路上设置第二电压表、第二压力传感器。

6.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在所述分配缸的B腔连至超高压增压缸无杆腔的管路上设置第三电压表、第四电磁换向阀、第一顺序阀。

7.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上设置电接点压力表、第二单向阀。

8.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上通过第一单向阀连至乳化液油箱。

9.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：在所述管材液压成形的型腔分别连至超高压增压缸的有杆腔和充液缸的有杆腔管路上还通过第一压力传感器、反馈放大器、CPT计算机图像编辑器、PID控制器、比例放大器、尤导比例电磁溢流阀连至超高压增压缸无杆腔。

10.按照权利要求1所述的波动加载管材液压成形超高压系统，其特征在于：轴向柱塞泵的出油管上连有第一溢流阀、第一电压表。

Images