本发明涉及机电领域，尤其涉及一种具有回程保压功能的电液控制压力机械。
背景技术：
现有技术中，对工件进行冲压通常利用两种动力形式，一是采用机械传动作为动力，即机械动力；二是采用液压传动作为动力，即液压动力。通常，当工件变形减小，且工件的弹塑性模量较小，工件变形所需压力较小时，采用机械动力较为合适，因为，机械动力使得冲压杆的冲压动作较快。当工件变形较大，且工件的弹塑性模量较大，工件变形所需压力较大时，采用液压动力较为合适，因为，液压动力能够提供较大的压力，从而能够使工件变形至最终的预设形状，且冲压后的工件的力学性能较好。
工程技术人员以往认为，在工件冲压变形过程中，工件只需受到恒定的冲压力即可完成成型，然而，申请人利用弹塑性理论在大量的冲压实验中分析总结后发现，在冲压过程中，工件具有两个阶段的变形，即初始阶段的单纯弹性变形以及到最终成型后的弹塑性混合变形，在初始阶段的变形过程中，恒定的压力就可以使工件发生恒定的变形，而当后续的弹塑性变形阶段，需要逐渐的增压才能使工件继续变形，从而最终成型。为了使工件能够最终成型，工程技术人员实际将冲压杆对工件的压力始终设置成高于弹塑性变形所需的压力，并使该压力保持恒定(因为工程技术人员认为整个变形过程压力是恒定的)，从而才能使工件冲压成型，从而使工件在初始阶段的弹性变形时，受到的压力远大于所需压力，然而，该较高的恒定压力使该阶段的变形较快，从而导致该阶段不能均匀变形，在该阶段不能均匀变形导致成型工件力学性能较差，如刚度较差，或冲压失败。
由于技术人员认为冲压工件只需较高的恒定压力即可，因此，工程技术人员在设计或选用机械或液压动力时，只需使冲压杆保持恒定的较高的压力进给即可。因此，现有技术中的用于驱动冲压杆的液压系统只能给冲压杆提供恒定的压力，根据申请人的上述描述可知，采用该液压系统冲压出的工件力学较差。
根据申请人的上述描述，冲压杆在进行冲压过程应具有三个行程段，即冲压杆进给至工件的空行程段(第一行程段)、冲压杆使工件弹性变形的弹性变形行程段(第二行程段)以及冲压杆使工件发生弹塑性变形并最终冲压成型的弹塑性变形行程段(第三行程段)。
此外，现有技术中用于冲压的液压系统还具有以下缺点：
1、冲压杆的回程控制复杂，且回程反应不更灵敏。
2、冲压杆回程时，回程速度不稳定，造成每次回程时间不同。
3、冲压杆的第一阶段和第二阶段进给速度不稳定，压力变化响应较慢。
技术实现要素：
针对现技术中存在的上述技术问题，本发明的实施了提供了一种能够解决上述一个或几个问题的具有回程保压功能的电液控制压力机械。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种具有回程保压功能的电液控制压力机械，用于冲压工件，包括执行机构以及为所述执行机构提供压力并控制所述执行机构的液压控制机构；其中：
所述执行机构包括执行缸体、设置在所述执行缸体内并将所述执行缸体分为左腔室和右腔室的执行活塞以及与所述执行活塞连接并从所述左腔室伸出的用于冲压工件的冲压杆，所述冲压杆具有进给至与工件接触的第一行程段、将工件冲压至初始变形状态的第二行程段以及将工件冲压成型的第三行程段；
液压控制机构包括：
第一、二、三液压管路，三者均与液压系统连接；
减压阀，其设置在第一液压管路上；
第一控制单元，其根据所述冲压杆的行程段控制第一液压管路和第二液压管路与所述右腔室的通断，以使当所述冲压杆在第一行程段进给时，所述第一液压管路通过第一连通管路与所述右腔室连通，当所述冲压杆从所述第一行程段进给至第二行程段时，所述第二液压管路通过第一连通管路与所述右腔室连通；
增压机构，其包括变径活塞腔、设置在所述变径活塞腔的较小直径段内的第一活塞、设置在所述变径活塞腔的较大直径段内的的第二活塞以及连接所述第一活塞和所述第二活塞的连杆，其中，所述第一活塞和所述第二活塞将变径活塞腔分割成小径腔室、大径腔室以及中部腔室，所述第三液压管路通向所述大径腔室，所述小径腔室通过第二连通管路与所述右腔室连通；
第二控制单元，其设置在所述第三液压管路上，所述第二控制单元根据所述冲压杆的行程段控制所述第三液压管路的通断，以使当所述冲压杆从第二行程段进给至第三行程段时，所述第三液压管路导通；
磁力控制机构，其包括设置在所述中部腔室内并用于推抵所述第二活塞的两电磁铁、设置在所述执行缸体上并用于获取所述冲压杆的行程段的位移传感器以及根据所述位移传感器所获取的第三行程段的进给进程控制两电磁铁的磁斥力的大小的控制器，以使当所述冲压杆进给至第三行程段后，所述控制器控制两所述电磁铁之间的磁斥力以使磁斥力随所述冲压杆的进给进程而减小，以使所述小径腔室内的液压油的压力随所述冲压杆的进给进程从等于左腔室内的液压油的压力值起而升高；
回程保压机构，其用于当所述冲压杆将工件冲压成型回程时，所述回程保压机构使得所述右腔室具有预定压力。
优选地，所述第一控制单元为液动换向阀，所述液动换向阀的阀芯具有使所述第一液压管路通过第一连通管路与所述右腔室并同时使所述第二液压管路与所述右腔室断开的第一位置以及使所述第二液压管路连通第一连通管路与所述右腔室连通并同时使所述第一液压管路与所述右腔室断开的第二位置；所述液动换向阀的阀芯通过分别与所述左腔室连通的第一控制管路和与所述右腔室连通的第二控制管路的控制在第一位置和第二位置之间切换，以使当所述冲压杆从第一行程段进给至第二行程段时，所述液动换向阀的阀芯由第一位置切换至第二位置。
优选地，所述第二控制单元为机械驱动换向阀，所述机械驱动换向阀的阀芯具有使第三液压管路导通的第一位置以及使所述第三液压管路断开的第二位置，所述具有回程保压功能的电液控制压力机械还包括触发机构，所述触发机构包括与所述机械驱动换向阀的阀芯连接并朝所述冲压杆方向伸出的顶杆以及设置在所述冲压杆上的第一突出部，所述第一突出部在所述冲压杆的进给方向上延伸第三行程段的距离，以当所述冲压杆从第二行程段进给至第三行程段时，所述第一突出部推抵所述顶杆以使所述顶杆带动所述机械驱动换向阀的阀芯从第二位置切换至第一位置。
优选地，所述回程保压机构包括保压缸体、设置在所述保压缸体内的保压活塞，所述保压活塞将所述保压缸体分别成左保压腔室和右保压腔室，所述右保压腔室内设置有保压弹簧，所述右保压腔室通过一设定有预定导通压力的单向阀与油箱连接，所述具有回程保压功能的电液控制压力机械还包括触发开关、与所述触发开关电连接的第三控制单元和第四控制单元，所述活塞上还设置有伸出所述右腔室的回程控制杆，所述回程控制杆上设置有用于触发所述触发开关的第二突出部，所述第三控制单元设置在所述第一连通管路上，所述三控制单元具有使所述第一连通管路导通的第一状态以及使所述第一连通管路断开的而使所述右腔室通过第四连通管路与所述左保压腔室连通的第二状态，所述第四控制单元设置在所述第一控制管路上，所述第四控制单元具有使所述第一控制管路导通的第一状态以及使所述第一控制管路断开的第二状态，当所述冲压杆完成第三行程段时，所述第二突出部触发所述触发开关以使所述第三控制单元由其第一状态切换至第二状态，使所述第四控制单元由第一状态切换至第二状态；所述第一液压管路通过第三连通管路与所述左腔室连通。
优选地，所述第三控制单元和所述第四控制单元均为电磁换向阀。
与现有技术相比，本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械的有益效果是：在液压控制机构中设置增压机构和磁力控制机构，该增压机构和磁力控制机构配合使得冲压杆在进入第三行程段以使工件发生弹塑性变形时，压力不断升高，从而符合工件在弹塑性变形时对压力逐渐增加的要求，由于本发明的液压控制机构使得冲压杆符合三个行程段压力的变化，从而使冲压出的工件刚度较好，并且冲压工件的报废率较低。在液压控制机构的回油管路上设置了回程保压机构，该回程保压机构使得右腔室具有一定压力，该压力使得冲压杆的回程速度稳定，从而使冲压杆回程时不会对执行油缸产生冲击。
附图说明
图1为本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械的结构示意图。
图中：
1-第一液压管路；2-第二液压管路；3-第三液压管路；4-第一连通管路；5-第二连通管路；6-减压阀；7-第一控制管路；8-第二控制管路；9-第三连通管路；10-第一控制单元；11-第二控制单元；12-第三控制单元；13-第四控制单元；14-第一活塞；15-第二活塞；16-连杆；17-小径腔室；18-大径腔室；19-中部腔室；20-执行缸体；21-执行活塞；22-冲压杆；23-回程控制杆；24-左腔室；25-右腔室；26-控制器；27-位移传感器；28-第一突出部；29-顶杆；30-电磁铁；31-第二突出部；32-触发开关；33-油箱；34-单向阀；35-保压缸体；36-保压活塞；37-左保压腔室；38-右保压腔室；39-保压弹簧；40-第四连通管路。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
在介绍本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械前，首先介绍被冲压工件冲压变形的过程，以及冲压工件的冲压杆22(或称压头)在整个冲压过程的几个行程段以便能够深入理解本发明的技术方案及友谊效果。
传统认为，工件需要受到足够的且恒定的压力即可成型，然而，工件在实际变形中，随着不同阶段的变形所需压力不同。工件从毛坯到成型共经历两种变形，一是初始阶段的单纯的弹性变形，此时，冲压杆22只需足够的恒定的压力即可使工件进行弹性变形；二是弹塑性混合变形，在此阶段既存在弹性变形有存在塑性变形，此时，冲压杆22在进给的同事需要逐渐增加压力，从而使工件最终成型。
由上可知，为冲压杆22在冲压过程中需要具有三个行程段，即冲压杆22进给至工件的空行程段(第一行程段)、冲压杆22使工件弹性变形的弹性变形行程段(第二行程段)以及冲压杆22使工件发生弹塑性变形并最终冲压成型的弹塑性变形行程段(第三行程段)。
在第一行程段，动力机构(可以为机械动力或液压动力)只需为冲压杆22提供运动即可，在第二行程段，动力机构要为冲压杆22提供一定的恒定的压力以使工件弹性变形，在第三行程段，动力机构要为冲压杆22提供起始位第二行程段的压力，并随冲压杆22的进给压力逐渐升高的压力，从而使工件实现弹塑性变形。
本发明基于上述描述，提供了一种使冲压杆22能够在三个行程段能够提供相应压力的具有回程保压功能的电液控制压力机械
如图1所示，本发明的实施例公开了一种具有回程保压功能的电液控制压力机械，用于冲压工件，包括执行机构以及为执行机构提供压力并控制执行机构的液压控制机构；其中：执行机构包括执行缸体20、设置在执行缸体20内并将执行缸体20分为左腔室24和右腔室25的执行活塞21以及与执行活塞21连接并从左腔室24伸出的用于冲压工件的冲压杆22，冲压杆22具有进给至与工件接触的第一行程段、将工件冲压至初始变形状态的第二行程段以及将工件冲压成型的第三行程段；液压控制机构包括：第一、二、三液压管路，三者均与液压系统连接；减压阀6，其设置在第一液压管路1上；第一控制单元10，其根据冲压杆22的行程段控制第一液压管路1和第二液压管路2与右腔室25的通断，以使当冲压杆22在第一行程段进给时，第一液压管路1通过第一连通管路4与右腔室25连通，当冲压杆22从第一行程段进给至第二行程段时，第二液压管路2通过第一连通管路4与右腔室25连通；增压机构，其包括变径活塞腔、设置在变径活塞腔的较小直径段内的第一活塞14、设置在变径活塞腔的较大直径段内的的第二活塞15以及连接第一活塞14和第二活塞15的连杆16，其中，第一活塞14和第二活塞15将变径活塞腔分割成小径腔室17、大径腔室18以及中部腔室19，第三液压管路3通向大径腔室18，小径腔室17通过第二连通管路5与右腔室25连通；第二控制单元11，其设置在第三液压管路3上，第二控制单元11根据冲压杆22的行程段控制第三液压管路3的通断，以使当冲压杆22从第二行程段进给至第三行程段时，第三液压管路3导通；磁力控制机构，其包括设置在中部腔室19内并用于推抵第二活塞15的两电磁铁30、设置在执行缸体20上并用于获取冲压杆22的行程段的位移传感器27以及根据位移传感器27所获取的第三行程段的进给进程控制两电磁铁30的磁斥力的大小的控制器26，以使当冲压杆22进给至第三行程段后，控制器26控制两电磁铁30之间的磁斥力以使磁斥力随冲压杆22的进给进程而减小，以使小径腔室17内的液压油的压力随冲压杆22的进给进程从等于左腔室24内的液压油的压力值起而升高；回程保压机构，其用于当冲压杆22将工件冲压成型回程时，回程保压机构使得右腔室25具有预定压力。
如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，第一控制单元10为液动换向阀，液动换向阀的阀芯具有使第一液压管路1通过第一连通管路4与右腔室25并同时使第二液压管路2与右腔室25断开的第一位置以及使第二液压管路2连通第一连通管路4与右腔室25连通并同时使第一液压管路1与右腔室25断开的第二位置；液动换向阀的阀芯通过分别与左腔室24连通的第一控制管路7和与右腔室25连通的第二控制管路8的控制在第一位置和第二位置之间切换，以使当冲压杆22从第一行程段进给至第二行程段时，液动换向阀的阀芯由第一位置切换至第二位置。
如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，第二控制单元11为机械驱动换向阀，机械驱动换向阀的阀芯具有使第三液压管路3导通的第一位置以及使第三液压管路3断开的第二位置，具有回程保压功能的电液控制压力机械还包括触发机构，触发机构包括与机械驱动换向阀的阀芯连接并朝冲压杆22方向伸出的顶杆29以及设置在冲压杆22上的第一突出部28，第一突出部28在冲压杆22的进给方向上延伸第三行程段的距离，以当冲压杆22从第二行程段进给至第三行程段时，第一突出部28推抵顶杆29以使顶杆29带动机械驱动换向阀的阀芯从第二位置切换至第一位置。
如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，回程保压机构包括保压缸体35、设置在保压缸体35内的保压活塞36，保压活塞36将保压缸体35分别成左保压腔室37和右保压腔室38，右保压腔室38内设置有保压弹簧39，右保压腔室38通过一设定有预定导通压力的单向阀34与油箱33连接，具有回程保压功能的电液控制压力机械还包括触发开关32、与触发开关32电连接的第三控制单元12和第四控制单元13，活塞上还设置有伸出右腔室25的回程控制杆23，回程控制杆23上设置有用于触发触发开关32的第二突出部31，第三控制单元12设置在第一连通管路4上，第三控制单元12具有使第一连通管路4导通的第一状态以及使第一连通管路4断开的而使右腔室25通过第四连通管路40与左保压腔室37连通的第二状态，第四控制单元13设置在第一控制管路7上，第四控制单元13具有使第一控制管路7导通的第一状态以及使第一控制管路7断开的第二状态，当冲压杆22完成第三行程段时，第二突出部31触发触发开关32以使第三控制单元12由其第一状态切换至第二状态，使第四控制单元13由第一状态切换至第二状态；第一液压管路1通过第三连通管路9与左腔室24连通。
其中，单向阀34的预定导通压力是指，当冲压杆22回程时，右腔室25的压力升高到保压弹簧39被完全压缩时，右腔室25和左保压腔室37内的压力，也即单向阀34的打开压力。
如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，第三控制单元12和第四控制单元13均为电磁换向阀。
为方便理解本发明的技术方案及有益效果，下面介绍一下本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械工作过程。
在介绍具有回程保压功能的电液控制压力机械工作过程之前，首先介绍一下本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械中的增压机构的增压原理。
若第一活塞14和第二活塞15只受到液压油的推力而受力平衡，小径腔室17内的液压油对第一活塞14的推力应该等于大径腔室18内的液压油对第二活塞15的推力，即P1S1＝P2S2(其中，P1为小径腔室17内的液压油的压力，P2为大径腔室18内的液压油的压力，S1为第一活塞14的截面面积；S2为第二活塞15的截面面积)，由于第二活塞15的截面面积S2大于第一活塞14的截面面积S1，从而使小径腔室17内的液压油的压力P1大于大径腔室18内的液压油的压力P1，因此，当液压油进入增压机构的大径腔室18后，当小径腔室17输送的液压油的压力大于大径腔室18内的液压油的压力，具体大小关系与第一活塞14与第二活塞15的截面面积比有关。
应该解释：上述增压机构的压力变化关系是建立在活塞只受到液压油的推力的前提下得出的。
如图1所示，本发明的具有回程保压功能的电液控制压力机械的用于冲压工件的执行元件为冲压杆22，液压控制机构用于为冲压杆22提供动力并使冲压件在上述三个行程段中对工件施加对应的压力，并还用于控制冲压杆22的回程。
在液压系统开始供油后，冲压杆22开始靠近工件并接触工件，此时，作为第一控制单元10的液动换向阀的阀芯处于第一位置，第一液压管路1经减压阀6降低压力后经过液动换向阀(作为第一控制单元10)，进入第一连通管路4，经过第一连通管路4后进入右腔室25，液压油进入右腔室25后因自身压力较低，从而只为冲压杆22提供进给运动(当然，也可同事提供压力较小的动力)，从而使冲压杆22不断进给进而与工件接触，当冲压杆22与工件接触后，工件对冲压杆22产生反作用力以抵抗工件的弹性变形，冲压杆22将反力传递给执行活塞21，从而使右腔室25内的液压油的压力增大，该增大的压力通过第二控制管路8传递至液动换向阀(作为第一控制单元10)的阀芯的右端，从而驱动液动换向阀(作为第一控制单元10)的阀芯从第一位置切换至第二位置。
当冲压杆22接触工件后，冲压杆22开始进入第二行程段，此时，液动换向阀(第一控制单元10)的阀芯已从第一位置切换至第二位置，第一液压管路1被液动换向阀(作为第一控制单元10)关闭，第二液压管路2开始通过液动换向阀(作为第一控制单元10)进入第一连通管路4，并通过第一连通管路4进入右腔室25，由于第二液压管路2上没有设置减压阀6，第二液压管路2内的压力大于第一液压管路1内的压力，且右腔室25内的液压油的压力等于第二液压管路2内的压力，并且，将该第二液压管路2的压力设置成使该压力的液压油推抵执行活塞21，使冲压杆22对工件的压力满足工件发生初始状态的弹性变形，从而冲压杆22在第二行程段进给时使工件发生初始状态的弹性变形，从而完成第二行程段，工件完成初始状态的弹性变形。
当冲压杆22进给完成第二行程段后，开始进入第三行程段，冲压杆22上的第一突出部28设置的位置恰好能够在冲压杆22进入到第三行程段时，第一突出部28恰好与触发机构的顶杆29接触，并推抵顶杆29，该顶杆29带动作为第二控制单元11的机械驱动换向阀的阀芯从第二位置切换至第一位置，从而使第三液压管路3(该第三液压管路3与第二液压管路2连通，其压力与第二液压管路2相同)导通，从而使第三液压管路3内的液压油进入增压机构的大径腔室18，根据增压机构的上述增压过程可知，若中部腔室19内未设置电磁铁30，则使得小径腔室17内的压力立刻升高，从而使进入右腔室25内的液压油的压力即刻升高，从而使冲压杆22在进给至第三行程段时，对工件的压力即刻升高，这显然不符合工件在弹塑性变形阶段对压力的要求(工件在弹塑性变形中要求压力从弹性变形阶段的压力逐渐升高)，为防止压力突然升高，本发明在中部腔室19内设置两个电磁体，一个电磁铁30固定在第二活塞15上，另一个固定在与第二活塞15相对的腔室壁上，且电磁铁30受控制器26控制，并且执行缸体20上的位移传感器27能够识别冲压杆22进给的具体行程段，当冲压杆22进入第三行程段后，位移传感器27不断将冲压杆22的位移信息传送给控制器26，该控制器26根据位移信息控制两电磁铁30产生初始磁斥力，并随冲压杆22在第三行程段不断进给，使磁斥力不断减小，并且该初始磁斥力应该满足使小径腔室17内的高出大径腔室18内的压力被该初始磁斥力抵消，即满足压力平衡的平衡式为：P1S1+F＝P2S2(其中F为磁斥力)，当F的大小为初始磁斥力时，P1＝P2，当磁斥力F随冲压杆22的进给不断较小时，小径腔室17内的压力以及右腔室25内的压力不断升高，从而使冲压杆22在第三行程段进给时，压力不断升高，符合工件弹塑性变形对压力的要求。由于第一突出部28沿冲压杆22的轴向延伸第三行程段的距离，从而使冲压杆22在第三行程段进给时，第三液压管路3始终导通，从而使增压机构不断使压力升高，从而使工件冲压成型。
当工件冲压成型后，回程控制杆23上的第二突出部31恰好接触触发开关32，触发开关32控制第三控制单元12和第四控制单元13，使右腔室25内的液压油进入回程保压机构中的左保压腔室37中，用于在右腔室25设置有保压弹簧39，为使保压活塞36处于平衡状态，左保压腔室37内的液压油具有一定压力，从而使右腔室25内的液压油具有一定压力，但此时右腔室25内的液压油的压力小于左腔室24内的液压油的压力，左腔室24内的液压油驱动执行活塞21，从而使冲压杆22回程。至此，冲压杆22完成一个冲压过程，加工一个工件。
本发明的一个关键点在于：在液压控制机构中设置增压机构和磁力控制机构，该增压机构和磁力控制机构配合使得冲压杆22在进入第三行程段以使工件发生弹塑性变形时，压力不断升高，从而符合工件在弹塑性变形时对压力逐渐增加的要求，由于本发明的液压控制机构使得冲压杆22符合三个行程段压力的变化，从而使冲压出的工件刚度较好，并且冲压工件的报废率较低。
本发明具有回程保压功能的电液控制压力机械中的液压控制机构相对于现有技术中的液压控制机构，更能够符合工件变形的实际要求，冲压的工件优于利用现有技术的液压控制机构冲压出的工件。
本发明的另一个关键点在于：在液压控制机构的回油管路上设置了回程保压机构，该回程保压机构使得右腔室25具有一定压力，该压力使得冲压杆22的回程速度稳定，从而使冲压杆22回程时不会对执行油缸产生冲击。