CN2187533Y - 拉杆式六面顶液压机 - Google Patents

Abstract

拉杆式六面顶液压机，为一种用于人工合成金刚 石等超硬材料的专用设备，由主机、液压系统和电控 装置所组成。本机的特征是，主机采用串联式油缸和 同步装置组件，其液压系统由双油泵联合驱动。本机 的结构设计，使其除具有运动刚性好、整机几何精度 高而稳定、“对中”调整精确、装卸维修便捷和材料节 约等优点外，更由于能实现开泵保压、压力平稳，故不 仅能合成高品位金刚石、立方氮化硼等超硬材料，且 能生产其复合制品。

Description

本实用新型涉及一种生产超硬材料的液压加工设备，尤其是一种生产合成金刚石和立方氮化硼等超硬材料及其复合制品的液压机。

我国于六十年代初研制出铰链式6×600吨压机，并制造出第一颗人造金刚石。受历史条件所限，该机型技术指标低，只能合成中、低档人造金刚石。使用这种压机，一些新的合成工艺无法实施，导致我国金刚石生产在产量和品位两个方面，均较国外落后一个数量级。

目前我国普遍和大量使用的铰链式压机存在的突出问题：一是，压机结构刚性差。因为铰链为活动联接，铰结处无预紧力，加之，制造中的公差配合，必然产生间隙。因此，压机运行时会产生“浮动”，甚至有时出现跳跃式抖动，因而影响整机的几何精度；二是，铰链式压机没有同步装置，仅靠调节液压系统的节流伐来实现同步。事实上，由于管路中的阻力变化、泄漏量的变化，均导致了压机同步性能不稳定，经常需要进行对中调整，无法保证整机稳定的对中精度；三是，液压系统采用了增压油缸，使液压系统相当复杂，泄漏严重，接头太多，维修也较困难；四是，该机的压力和加热控制，采用常规的接触式区间控制，加工采用人工监视控制，因此，控制精度低，很难达到合成金刚石的压力、温度条件，不能实现合成金刚石理想的温度压力曲线，这是该压机合成金刚石产量和品位均低的主要问题，也是不能实施先进合成工艺的致命弱点。

近一两年来，我国压机生产厂家和研究部门，虽然对铰链式压机进行了一定改进，但仅限于增加吨位，扩大油缸直径（由6×600吨增至6×800吨），压机结构和控制系统仍沿用原机结构模式，因之，根本问题并来解决，技术指标仍然低下。

当前国外使用的六面顶压机，技术水平较先进且具有代表性的一种是美国合成公司（U.S.SYNTHETIC CORPORATION）生产的6×1100吨压机。该机使用情况较铰链式好，但因其结构设计不尽合理完善，尚存在诸多问题。

图1所示即为美国合成公司的6×1100吨压机，具有拉杆式六面顶结构：底座1、拉杆9，通过螺母10、11锁紧，构成正六方体结构，主缸为柱塞式油缸，柱塞3固定在底座1上，油缸4套在柱塞3上，缸体向前运动，形成主推力。在缸体前端装有同步支座5，通过四根同步导杆7及导向套6，与相邻油缸上的同步支座连接，以此组成同步装置，实现各缸运动的同步，为支撑四个水平油缸前进运动中的下垂，在其下面装有滚动支撑8，缸的回程运动是通过导向杆7与导向套（孔）所形成的单向柱塞油缸而实现的。

这种美国压机之主机存在的问题是：

1、油缸运动刚性差：该机油缸为单级柱塞式，其轴向尺寸短，径向尺寸大，造成缸体的导向尺寸短，而且越接近前端越显著，因此，导向不稳，运动刚性差。虽然在四个水平缸下面设有滚动支撑8，企图解决这个问题，但实际效果不理想。

2、同步装置的同步精度低：其同步导杆与两端的导套皆为活动配合，由于两相邻油缸运动的不一致性趋势，导致导杆与导套的接触面，不可能在纵向全长上接触；其结果，除导向误差增大外，还使接触条件变坏，使导向精度容易丧失。

3、装卸、维修不便：由于油缸组件的轴向尺寸小，径向尺寸大，导致拉杆框架中空间变小，这样，在拆卸油缸时，必须将四根拉杆拆除，方能将油缸组件及底座一道拆下，其工作量很大，极不方便；更重要的是，一量破坏了原有拉杆刚性框架的几何尺寸精度，恢复便十分困难。

鉴于上述情况，本实用新型的任务是：为提高拉杆式压机的油缸运动刚性、同步装置的同步精度以及为使该机装卸维修更加方便，进行结构改进设计，以研制出具有国际先进水平的我国新一代拉杆式压机。

本实用新型的任务是通过下述技术方案实现的。

本压机由主机1、液压站（即液压系统）2和电控装置3的三大部分组成（见图4）。

主机为拉杆式六面顶结构（见图5）：六个串联式油缸23，由12根拉杆12，将其沿x、y、z轴线对顶安装，且连同底座1固定。同步装置组件的同步支座7及顶锤组件，分别固定在各油缸的一级活塞顶端，从而构成了三维空间垂直均布的、三轴线六面顶刚性框架结构，并形成了六面顶锤之间的立方六面形密封腔。在此密封腔内，装于叶腊石孔腔的石墨，在六面顶锤的超高压和高温作用下（其中两只相对顶锤兼作加热电极），转化为金刚石颗粒。

主机的工作过程如图2所示：在同步支座7的前端装有大垫块16、小垫块18、顶锤19和用来固定顶锤的护套17。当液压油经P1口进入油腔Ⅰ、油腔Ⅲ时，六只顶锤在同步装置导杆9的导向作用下，同步向前移动，与被加工件20接触，同时对被加工件20从六面施加压力 其中相对的两只顶锤作为电极，以通电加热 当超高压的保压阶段结束时（转化完成），为防止高温、超高压腔的压力突变而引起爆炸，本机通过液压系统（见图3）的泄荷油路（即3CT动作），使压力逐渐释放，然后再启动低压油泵（泵1），接通回程油路（2CT动作），使活塞快速退回原位，取出被加工件，一个循环结束。

以下结合附图，对本实用新型作进一步详述。

图1为美国6×1100吨压机结构示意图。

图2为本实用新型压机油缸及同步装置结构图。

图3为本实用新型压机液压系统原理图。

图4为本实用新型压机系统示意图。

图5为本实用新型压机结构简图。

如图3所示，本压机之液压系统用双油泵，即低压泵1和超高压泵2联合驱动。其动作程序是：启动电机D1，油泵1工作，同时1CT动作，油液经单向伐3，单向节流伐7，液控单向伐8进入各油缸后腔，使活塞快速向前运动，趋近被加工件；当接触被加工件，压力升高达一定值时，启动电机D2，超高压泵2工作，同时电机D1、ICT失电。这时，高压油液经单向伐9，进入油缸的后腔，以实现升压、保压功能。此时电机D2受计算机控制，按设定的压力曲线和加热功率曲线工作。当保压期结束，电机D2失电，3CT动作，实现按给定条件逐渐泄压。当压力降至某给定值时，电机D1启动，2CT动作，低压油经单向节流伐6，进入油缸3的前腔Ⅱ（见图2），实现快速回程，至原位停止，全部失电，一个程序结束。

图2所示的本压机油缸为串联式油缸，由底座1、一级油缸3、二级油缸5、一级活塞4、隔板15和二级活塞6组成。当压力油由P1口进入腔Ⅰ、腔Ⅲ，形成工作推力1000吨（六个缸各1000吨），这时，油腔Ⅱ中的油液由P2口入油池，当压力油由P2进入油腔Ⅱ时，油腔Ⅰ、油腔Ⅲ中的油液由P1口回入油池，形成快速退回运动。

串联式油缸之机械结构和联接形式，如图2结构图所示。

图2所示之本压机同步装置组件，是由同步支座7、同步装置导杆9、导套10组成。同步装置部件位于活塞6的前端，通过螺栓8与活塞6边接，在每个同步支座上，成45°方向，装有对称分布的四根同步装置导杆9，每根导杆分别与相邻油缸的同步支座相联接。同步装置导杆9为一端带法兰的轴类零件结构，带法兰的一端通过螺栓（图中未画）与同步支座相固接，另一端装入成45°相邻的同步支座7的导套10孔内，为滑动配合，当活塞6前进运动时，同步装置固定在活塞6上一并前进，同时，导向杆的一端在相邻同步支座的导套10孔内滑动，可实现精确的导向功能。

本实用新型由于采用上述结构设计，较目前广泛使用的铰链式压机大大改善了性能：

其一是，在液压系统方面，由于采用低压油泵和超高压油泵联合驱动，可取消体积庞大、造价高的增压缸部件，从而简化了油路，减少了液压元件和大量接头，克服了漏油现象，不但使整机布局简洁美观，且使造价降低，维修也十分方便；另一方面，由于运用计算机随机控制超高压油泵电机D2，并进行开泵保压，故能实现按设定的压力曲线工作，从而可获得在不同条件下之最佳合成工艺，保证了合成金刚石的高品位和高产量。

其二是，本压机和具有国际先进水平的美国合成公司生产的6×1100吨压机相比，其显著的优点表现为：

①本压机的串联式油缸部件，其径向尺寸比美国压机小，从而使压机的中间空间增大。这种结构设计，使缸体部件得以整体地从机架上拆卸，这不仅给装配、调整、维修带来极大方便；更为重要的是，由于不拆动机架，由机架拉杆构成的刚性框架结构，在第一次调整锁紧后，始终处于原稳定状态，从而使整机空间几何精度，也始终处于原精度状态。因此，整机的几何精度，可保持稳定不变。

美国压机则由于必须拆除四根拉杆才能将油缸部件连同底座一起卸下，故不仅给维修工作带来极大困难，也易导致破坏机架之原有几何精度。

②运动刚性好。由于串联油缸结构的轴向尺寸较长，使活塞组件的导向长度得以加大。因此，导向刚性提高，导向精度好；同时，由于该结构的缸体为不动件，在缸体5的前端设计了四根支承11（见图2），并与相邻油缸相联接，又增加了全部缸体之整体刚性，从而，有助于提高运动精度。美国压机为单级柱塞式油缸结构，轴向尺寸很短，加之，缸体是动件，导向长度短，运动至前端时愈加显著。导向不稳定，造成运动刚性差。

③导向精度高。本压机导向机构的同步导杆9的一端与同步支座7（见图2）是固定连接，在相同的导向间隙下，其导向精度高；美国压机的导向机构（见图1），其两端之导向套皆为活动配合，导向精度低于本压机。

④导向副的寿命高：在材料性能相同的情况下，本压机导向机构的寿命较高。这是因为本压机同步装置的导向杆之一端用法兰刚性固定，使导向副为全长接触，接触面积大而均匀；美国压机的导向机构，两端均为活动联接，在相邻油缸不同步趋势下，同步导杆与导套为点接触，势必造成导向精度丧失，寿命较低。

其三是，本压机的制造工艺性好。

本压机在制造工艺方面，充分考虑国情。压机之生产加工，立足于使用常用的机械设备，立足于国内可达到的制造工艺水平，同时，由于本压机结构设计之特点，大铸、锻件形状简单，关键大件为回转体，使用普通机床即可达到较高加工精度，工效亦可提高；铰链式压机之关键大件铰接梁，加工困难，工时长，缸体为盲孔结构，加工精度极难达到要求。另外，本压机为双油泵驱动，不需增压油缸；铰链式压机为单油泵驱动，增加了一只庞大的增压油缸。从装配工艺考虑，在零件制造公差范围内，本压机通过装调，可提高至理想的整机精度，铰链式压机则毫无调整之余地。

经检测，本压机达到如下之技术指标：

1、同步精度：0.12mm；

2、压力精度：±0.25Kg－f／m.m²；

3、温度精度：±1℃；

4、效率（合成金刚石）：15－25克拉／次。

Claims (5)

1、拉杆式六面顶液压机，由主机、液压系统和电控装置组成，其特征在于：

a、液压机主机的串联式油缸23共有6只，由12根拉杆12，将其沿X、Y、Z轴线对顶安装，且连同底座1固定；其串联式油缸，由底座1、一级油缸3、二级油缸5、一级活塞4、隔板15和二级活塞6组成；

b、液压机主机的同步装置组件，由同步支座7、同步装置导杆9和导套10组成；

c、液压机的液压系统由双油泵，即低压泵1和超高压泵2联合驱动。

2、按权利要求1的液压机，其特征在于同步装置组件的同步支座7及顶锤组件，分别固定在各油缸的一级活塞顶端，从而构成了三维空间垂直均布的、三轴线六面顶刚性框架结构，并形成了六面顶锤之间的立方六面形密封腔。

3、按权利要求1的液压机，其特征在于主机的同步装置组件是位于活塞6的前端，通过螺栓8和活塞6连接。在每个同步支座上，成45°方向，装有对称分布的四根同步装置导杆9，每根导杆分别和相邻油缸的同步支座相联接。

4、按权利要求1或3的液压机，其特征在于同步装置导杆9为一端带法兰的轴类另件结构，带法兰的一端通过螺栓与同步支座相固接，另一端装入成45°相邻的同步支座7的导套10孔内，为滑动配合，当活塞6前进运动时，同步装置固定在活塞6上一并前进，同时导向杆的一端在相邻同步支座的导套10孔内滑动，可实现精确的导向功能。

5、按权利要求1或3的液压机，其特征在于同步支座7的前端装有大垫块16、小垫块18、顶锤19和用来固定顶锤的护套17。

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