一种稀土粉料高压成型系统的制作方法

本实用新型涉及粉料定向、压制成型智能控制领域，特别是一种稀土粉料高压成型系统。

背景技术：

随着对稀土永磁材料需求量的增加和产品定向压制后固体密度需达到4.2g/cm3的工艺要求，目前传统的磁极定向、压制成型工艺已无法满足稀土永磁材料的要求。

传统的磁极定向、压制成型工艺的步骤：

1.人工加粉料进入磁压机，扫粉使其平整；

2.上活塞运动压制成型，上活塞上升，下活塞不动；

3.上活塞上升至最上，下活塞顶出首次压制的成型产品输出，人工取出；

4.进入到二次压制环节，静压，大部分采取油压。

总共分两步压制，且全程产品需要在无氧的环境下进行，且充满氮气，并且当成品密度达到3.8g/cm3以上时，固体成品可允许变形量小，成品从上下模具中取出时由于压力不均容易造成损坏，且二次加工才能使得产品密度达到4.2g/cm3的质量要求，其压制过程繁杂且成品密度不足。

在传统的磁极定向压制成型工艺下，当成品密度达到3.8g/cm3时，出模合格率达不到企业规定的比例，且其产品外形平整率小，后续加工对坯料的利用率减少，因此必须进行二次加工，氮气消耗率增加，工艺时间大幅提高。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的是，针对上述问题，提供一种稀土粉料高压成型系统，能够使得专用磁粉材料系列压力机的上、下液压缸活塞运动位移精确同步的液压输出自动控制系统，获得一次成型、高密度的优质产品。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种稀土粉料高压成型系统，包括由上至下依次设置的凸模、凹模和凹模底板，所述凸模和凹模底板正对凹模上用于容纳稀土粉料的通孔，并能够与该通孔相对滑动完成对稀土粉料的挤压成型；所述凸模连接使其上下移动的上液压缸，凹模底板连接使其上下移动的下液压缸；所述上液压缸和下液压缸分别连接主液压系统；还包括用于辅助液压系统、光栅位移传感器、伺服电机、执行器和处理器；所述辅助液压系统包括比例阀节流控制器、电磁比例换向阀、液压泵、油箱和溢流阀；所述油箱、液压泵和电磁比例换向阀P接口依次连接，电磁比例换向阀A接口连接比例阀节流控制器输入端，电磁比例换向阀B接口分别连接上液压缸无杆腔和下液压缸有杆腔，比例换向阀T接口连接油箱；所述溢流阀设置在液压泵出油口和油箱之间；电磁比例换向阀连接处理器；所述比例阀节流控制器包括比例阀、可调节流阀Ⅰ、可调节流阀Ⅱ和单向阀，比例阀节流控制器输入端通过可调节流阀Ⅰ连接比例阀的P接口、通过可调节流阀Ⅱ连接比例阀的T接口；比例阀节流控制器输入端分别与比例阀A接口、比例阀B接口设置单向阀，所述单向阀朝向比例阀节流控制器输入端导通；所述比例阀A接口连接上液压缸有杆腔，比例阀的B接口连接下液压缸无杆腔；所述主液压系统驱动上液压缸和下液压缸实现对稀土粉料挤压成型后，主液压系统切换为辅助液压系统；所述光栅位移传感器分别安装在凸模和凹模底板上，并通过A/D模块连接处理器；所述处理器通过D/A模块连接伺服电机，伺服电机通过执行器分别连接控制可调节流阀Ⅰ和可调节流阀Ⅱ；所述执行器为减速机构。

这里，在凹模底板、凸模上分别安装精密的光栅位移传感器，实时采集上液压缸、下液压缸活塞位移信息；并以凹模底板位移为参照，计算出模过程中凹模底板与凸模之间距离的相对变化量。采用工业可编程控制器PLC作处理器，配备数模转换、模数转换模块，实时处理光栅信息；其处理结果反馈控制伺服电机启动，并驱动精密机械执行器。精密机械执行器用于连接伺服电机输出轴与可调节流阀Ⅰ、可调节流阀Ⅱ，根据上液压缸、下液压缸活塞位移量的插值变化，在比例阀B接口通道流量相对稳定的基础上，快速，准确控制比例阀A接口出口通道流量，进而实现出模过程中上液压缸、下液压缸同步运行，防止压力不均对成型成品造成损坏。同时，根据需要可以通过电磁比例换向阀调控液压系统的供液量；而比例阀节流控制器则由处理器实时调控，实现对上液压缸、下液压缸流量的精确控制，使得凸模和凹模底板保证对成型成品压力的情况下，同步移动，从而保证成型成品不因压力不均而出模失败。采用两可调的可调节流阀Ⅰ、可调节流阀Ⅱ可以保证对比例阀A、B接口输出控制，同时根据需要可以单单控制比例阀A接口输出、单单控制比例阀B接口输出、同时控制比例阀A接口和B接口输出等三种精确调节模式，再结合电磁比例换向阀实现液压系统的动力油路和回油油路的流量控制，保证稀土粉料出模顺利进行。

优选地，所述处理器为工业可编程控制器。

优选地，所述液压泵为单向定量柱塞泵。

优选地，所述电磁比例换向阀为三位四通电磁比例换向阀。

优选地，所述上液压缸和下液压缸为带弹簧复位活塞杆缸。

优选地，还包括取料模块，所述取料模块相对设置在凹模上方，并连接处理器。

一种稀土粉料高压成型系统的辅助出模方法，在所述主液压系统驱动上液压缸和下液压缸实现对稀土粉料挤压成型后，所述处理器将主液压系统切换为辅助液压系统；所述处理器将光栅位移传感器输送的数据清零；所述处理器控制电磁比例换向阀切换为A接口输出，安装在凹模底板和凸模上光栅位移传感器动作，并通过A/D模块向处理器输出凹模底板位移量和凸模位移量；处理器根据凹模底板位移量和凸模位移量的到两者的位移量差值，并根据位移量差值转化为调节信号通过D/A模块反馈输出到所述伺服电机；

所述伺服电机按调节信号设定的转速启动，经执行器减速并输出转角控制可调节流阀Ⅰ和/或可调节流阀Ⅱ，进而调节比例阀A接口输出，直至所述位移量差值为零，处理器处理器控制伺服电机停止；循环上述步骤，直至成型的稀土粉料产品整体脱出凹模，处理器控制电磁比例换向阀A接口和B接口切换为终止状态。

在出模过程中，需要凸模和凹模底板同步运动，而由于现有装置中，液压缸的流量控制并不精确导致出模过程凸模和凹模底板常常不同步，如凸模上移过快或过慢等等，都会导致成品出模破损。上述出模辅助方法通过安装在凸模和凹模底板上的光栅位移传感器，间接得到上液压缸和下液压缸的位移，光栅位移传感器将凹模底板位移量和凸模位移量通过A/D模块发送到处理器，处理器对比两者的位移量差值即可以得到实时的上液压缸和下液压缸移位状态。将切换辅助液压系统时的凸模和凹模底板直接距离设置为标准距离，即稀土粉料挤压成成品后的尺寸；以凹模底板位移量为基准，根据位移量差值的正负及大小即可以知道上液压缸和下液压缸移位状态：位移量差值为零时，上液压缸和下液压缸之间距离为标准距离，或说在同步移动运行；位移量差值为正值时，上液压缸和下液压缸之间距离大于标准距离，上液压缸移动过快，两者不同步；位移量差值为负值时，上液压缸和下液压缸之间距离小于标准距离，上液压缸移动过慢，两者不同步。处理器根据位移量差值转化为调节量，如位移量差值为零时，不进行调节；位移量差值为正值时，将调节量通过D/A模块反馈输出到所述伺服电机，伺服电机根据调节量启动，伺服电机带动精密机械执行器，通过执行器减速调节可调节流阀Ⅰ实现减小比例阀A接口流量的操作，直至处理器得到的位移量差值为零，处理器停止对伺服电机发送调节信号。根据不同的需要也可以同步调节可调节流阀Ⅰ、可调节流阀Ⅱ或电磁比例换向阀，以保证上液压缸和下液压缸精确同步。上述方案中通过反馈调节实现了对凸模和凹模底板移动的精确控制，保证出模过程凸模和凹模底板对成品施加压力均匀，防止成品由于受力不均损坏。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型能够保证机械压制产品获得技术要求的4.2g/cm³以上的密度，且产品出模合格品达到企业规定的比例。

2.本实用新型增加机械压力，在刚性凹模内一次成形，可获得经过机械、高压油静压二次压缩成形更为规整的产品外形，提高了后续加工对坯料的利用率。

3.本实用新型取消二次施压必须的包装、静压、清理等工序，大幅度缩短产品在生产线上的运送距离，减小了需要隔氧的空间，有效降低氮气消耗。

4.本实用新型节省了机械、静压二次成形过程的所有物料及人工消耗；一次成形直接进入烧结高温炉，大幅度缩短工艺时间。

5.本实用新型保留传统压机原有工艺流程的基础上增加专门出模液压通道，技术改造风险达到最小，利于企业现有设备技术改造的深度实施；简化后的工艺流程，有利于实现生产线自动化和确保运行的稳定。

6.本实用新型通过设置以高灵敏度可控比例阀组件为核心的辅助液压系统，用于产品出模运动控制。结合现代机、电、算一体化技术，通过采集脱模全程上、下液压缸活塞运动位移量信息；由工业可编程控制器作数据中央处理器，判断上、下活塞上升位移量差异，实时反馈控制伺服电机；伺服电机驱动精密机械装置，实现对比例阀组件A、B出口相对流量的调整，保证上下缸活塞同步上升，将高密度产品从凹模中顺利取出。智能控制系统实际运行结果表明，凹模底板、凸模同步上升位移量的相对误差小于±0.15mm，达到工艺要求许用值。

附图说明

图1是模具压力成形工艺填料示意图；

图2是模具压力成形工艺成型示意图；

图3是模具压力成形工艺出模示意图；

图4是本实用新型产品出模移动位移控制示意图；

图5是本实用新型系统功能结构示意图。

1-凹模、2-凸模、3-凹模底板、4-上液压缸；5-下液压缸、6-油箱、7-液压泵、8-电磁比例换向阀、9-比例阀节流控制器、10-可调节流阀Ⅰ、11-可调节流阀Ⅱ、12-单向阀、13-比例阀、14-溢流阀、15-处理器、16-伺服电机、17-执行器。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的具体实施进一步说明。

如图1至图3所示，为现有技术中模具压力成形工艺示意图，依次包括填料、成型、出模。如图1所示进料及压制，将粉末填充入凹模1内，用特制刮板平整粉末表面。如图2所示凹模1两侧电磁极通电，对粉料磁极作定向处理，凸模2同时下行，与出料顶板产生高压将粉末压制成型。如图3所示成品出模，凹模底板3、凸模2同步上升，全过程保持等间距。产品出模过程凸模2始终保持与产品的接触，目的在于防止因凹模1壁与产品相对运动阻力造成棱边损坏。但是现有技术中由于驱动凹模底板3、凸模2的两个液压缸活塞上升运动的同步控制精度不够，两活塞相对位移误差量大于高密度成品允许的弹性范围，导致成品出模破损。

如图4至图5所示，为本实用新型公开的一种稀土粉料高压成型系统，具体是具有高精度辅助稀土粉料成品出模的系统。该系统包括由上至下依次设置的凸模2、凹模1和凹模底板3，凸模2和凹模底板3正对凹模1上用于容纳稀土粉料的通孔，并能够与该通孔相对滑动完成对稀土粉料的挤压成型。凸模2连接使其上下移动的上液压缸4，凹模底板3连接使其上下移动的下液压缸5；所述上液压缸4和下液压缸5分别连接主液压系统。主液压系统用于对上液压缸4和下液压缸5供液使得凸模2和凹模底板3完成对稀土粉料的挤压成型，并且成型产品到达4.2g/cm³以上的密度。图5中的主液压系统已经省略，其结构设置可参考现有技术。

如图4是本实用新型产品出模移动位移控制示意图，为避免出模时液压缸不能同步，导致成品出模破损，这里在凸模2、凹模底板3上分别安装光栅位移传感器，用于反应上液压缸4和下液压缸5的位移情况。这里将稀土粉料成型时的凸模2和凹模底板3直接距离设置为标准距离，即稀土粉料挤压成成品后的尺寸；在凸模2和凹模底板3上移过程中两者距离不能偏离标准距离。

如图5所示，为本实用新型系统功能结构示意图，包括用于凸模2、凹模1、凹模底板3、上液压缸4、下液压缸5、辅助液压系统、光栅位移传感器、伺服电机16、执行器17和处理器15。辅助液压系统包括比例阀节流控制器9、电磁比例换向阀8、液压泵7、油箱6和溢流阀14；这里油箱6、液压泵7和电磁比例换向阀8P接口依次连接，电磁比例换向阀8A接口连接比例阀节流控制器9输入端，电磁比例换向阀8B接口分别连接上液压缸4无杆腔和下液压缸5有杆腔，比例换向阀T接口连接油箱6。所述溢流阀14设置在液压泵7出油口和油箱6之间；电磁比例换向阀8还连接处理器15。比例阀节流控制器9包括比例阀13、可调节流阀Ⅰ10、可调节流阀Ⅱ11和单向阀12，比例阀节流控制器9输入端通过可调节流阀Ⅰ10连接比例阀13的P接口、通过可调节流阀Ⅱ11连接比例阀13的T接口；比例阀节流控制器9输入端分别与比例阀13A接口、比例阀13B接口设置单向阀12，所述单向阀12朝向比例阀节流控制器9输入端导。比例阀13A接口连接上液压缸4有杆腔，比例阀13的B接口连接下液压缸5无杆腔。

这里光栅位移传感器分别安装在凸模2和凹模底板3上，并通过A/D模块连接处理器15；所述处理器15通过D/A模块连接伺服电机16，伺服电机16通过执行器17分别连接控制可调节流阀Ⅰ10和可调节流阀Ⅱ11；所述执行器17为减速机构。其中，主液压系统驱动上液压缸4和下液压缸5实现对稀土粉料挤压成型后，主液压系统切换为辅助液压系统。

上述中，液压泵7为单向定量柱塞泵；电磁比例换向阀8为三位四通电磁比例换向阀8；上液压缸4和下液压缸5为带弹簧复位活塞杆缸。

上述方案的工作原理是：在凹模底板3、凸模2上分别安装精密的光栅位移传感器，实时采集上液压缸4、下液压缸5活塞位移信息；并以凹模底板3位移为参照，计算出模过程中凹模底板3与凸模2之间距离的相对变化量。采用工业可编程控制器PLC作处理器15，配备数模转换、模数转换模块，实时处理光栅信息；其处理结果反馈控制伺服电机16启动，并驱动精密机械执行器17。精密机械执行器17用于连接伺服电机16输出轴与可调节流阀Ⅰ10、可调节流阀Ⅱ11，根据上液压缸4、下液压缸5活塞位移量的插值变化，在比例阀13B接口通道流量相对稳定的基础上，快速，准确控制比例阀13A接口出口通道流量，进而实现出模过程中上液压缸4、下液压缸5同步运行，防止压力不均对成型成品造成损坏。

这里基于上述方案公开一种稀土粉料高压成型系统的辅助出模方法，包括如下步骤：

(1)在主液压系统驱动上液压缸4和下液压缸5实现对稀土粉料挤压成型后，处理器15将主液压系统切换为辅助液压系统；处理器15将光栅位移传感器输送的数据清零。

(2)处理器15控制电磁比例换向阀8切换为A接口输出，安装在凹模底板3和凸模2上光栅位移传感器动作，并通过A/D模块向处理器15输出凹模底板3位移量和凸模2位移量；处理器15根据凹模底板3位移量和凸模2位移量的到两者的位移量差值，并根据位移量差值转化为调节信号通过D/A模块反馈输出到所述伺服电机16。

(3)伺服电机16按调节信号设定的转速启动，经执行器17减速并输出转角控制可调节流阀Ⅰ10和/或可调节流阀Ⅱ11，进而调节比例阀13A接口输出，直至所述位移量差值为零，处理器15处理器15控制伺服电机16停止。

(4)循环上述步骤(2)、(3)，直至成型的稀土粉料产品整体脱出凹模1，处理器15控制电磁比例换向阀8A接口和B接口切换为终止状态。

上述步骤(2)、(3)中，产品出模运动初始，下缸从无杆腔进油，活塞上升；上缸从有杆腔进油，活塞上升；因进油腔容积差异必然导致凸模2上升速度快，凹模底板3、凸模2间距增加，大于设定的标准值。伺服电机16获得控制信号，正向启动，可调节流阀Ⅱ11不变、同时通过调节可调节流阀Ⅰ10及时减小A口流量；此时凸模2上升速度下降，凹模底板3、凸模2间距减小并趋于标准距离。当凹模底板3、凸模2间距减小到标准距离，控制伺服电机16停止；由于流量惯性的影响，伺服电机16作短暂反向启动，抑制凹模底板3、凸模2间距进一步减小，保持标准距离。依此类推，伺服电机16将正向启动，进行下一控制循环；直到产品整体脱出凹模1，系统发出终止信号。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。