专利名称：粘性压力成形设备的制作方法
技术领域：
本发明提出一种用粘性压力成形技术进行板材加工的设备。
在粘性压力成形之前，板料半模成形技术的运用较广泛。板料半模成形，亦称板料软模成形。充液成形就是软模成形中一种比较成熟的技术，在70年代末至80年代初开始投入工业应用，一些工业发达国家如日本、美国都竞相推出了各种规格的充液拉深专用设备，但充液成形其操作复杂而且油压由于泄漏等问题较难控制，当成形失败时，油液飞溅，污染环境，危及操作人员；此外，零件表面粘附的油液使操作不便或需增加去油工序。粘塑性压力成形是一种最近才得到发展还没有得到广泛采用的新工艺，在国内粘性成形基本上还是一个崭新领域，最近南昌航空大学采用粘性介质作为软凹模成功地加工出直升飞机上的难成形件。目前关于粘性压力成形专用设备还没有，一般是在通用压力机的基础上进行改装。但是改装的设备可靠性差、精度低、操作不方便很难满足粘性压力成形的要求。目前关于粘性压力成形，主要是在通用压力机基础上，进行局部改装，但改装的设备可靠性差，精度低，操作不方便很难满足粘性压力成形的要求，其原因主要是由于粘性压成形的主要特点是通过控制凹模中介质排出的位置及排出压力，以达到形成不等静压的目的，在通用设备上改造很难有效地对其进行控制，因此不能充分发挥粘性压力成形的优点。
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种粘性压力成性设备，该设备可以充分发挥材料本身的塑性变形能力，充分提高成形极限。
本发明采用分离式液压缸实现了成形与压力，控制缸的粘性介质与压力油通过活塞隔离。设备的液压系统由高压系统与低压系统组成，高压系统用于实现成形、压边，低压系统用于实现成形缸、压边缸的空程下行和各缸的回程。电磁比例溢流阀用于对介质出口压力阻尼的精确控制，可编程控制器(PC)对液压系统实现控制。根据粘性压力成形的特点，本发明通过可编程控制器及液压系统对执行部件进行精确定位、定时控制。同时采用单片机作为可编程控制器模入单元，实现对电磁比例阀溢流压力曲线的设定，从而达到对模腔压力进行控制的目的，实现不等静压。
本发明由主机、液压系统、电控系统组成，其中主机由预原力板框式机架、主压力油缸、压边油缸、控制油缸与上下液态成型模具和液压缸体等主要部件组成，还有一个主控指令按钮站和指示诸油缸工作压力的压力表组合。按钮站用电缆与电控柜连接，各油缸和压力表用钢管与油路分配器连接，再用高压软管与液压功力站的控制塔连接；液压系统由高低压油泵机组、电液联控的电气控制柜、液压控制元件集成塔组成的液压功力站和主机上的主压力油缸、压力油缸、控制油缸等液压执行元件组成；电控系统由指令按钮站与电控柜组成。控制油泵电机启动或停止，控制电磁换向线工作从而使各油缸按指令运动，比例控制器则控制比例溢流伐调节控制油缸的阻尼压力，指令按钮站有两个，第一个主要控制油泵机组电机的启动或停止；第二个控制各油缸的工作。下面结合附图分别详细阐述本发明的原理和结构，本发明主机结构是主机部分由予应力板式机架1、压边缸2、主轴缸8、控制缸6及粘性成形模具(压边圈4、凹模5、凸模9)组成，主油缸8与压边缸1采用螺栓固定在机架1上，控制缸6固定在机架1的底座上，并对凹模5有支撑作用，压边缸连杆3与压边圈4采用螺栓连接，凸模9与主油缸活塞连接，各油缸分别与对应的油路13相连接，控制缸6的上腔与凹模5相通，成形时，板料11放在凹模5与压边圈4之间，凹模中的介质10可以再压力的作用下流入控制缸6的上腔，上腔中的介质10通过控制缸活塞12与下腔的液压油7隔离。本发明主机部分工作原理是当合上总电源开关后，压力机得电可以开始工作，首先需要打开控制电源(合上第一按钮站上的控制电源开关)让可编程控制器及单片机进入工作状态，这时，可以通过简易键盘输入三组控制缸的背压曲线，并设置比例控制器为就绪状态，然后让动力站开始工作(合上低压与高压泵开关)，使液压回路升压，在升压之后可以对压力机各部件的位置进行调整，完成上述操作之后我们可以利用压力机成形零件。首先，在上下模腔中填充粘性介质，然后把板料放在工作台面上，然后顺序进行以下操作合模(压边缸下行)，压边(压力缸加压)，主轴缸开始加压，这时板料在凸模压力的作用下发生变形，同时比例控制器同步启动，接通同步运行电路在控制油缸中具有相应(按予设)的阻尼推力，介质在比例溢流阀的作用下有控制地流入控制缸；当成形完成后，停止加压；然后开模(压边缸回程)，主轴缸回程，顶出(控制缸回程)。这时我们完成了加工一个零件的操作。
本发明电控系统由可编程控制器、单片机及输入输出系统(指令按钮站、简易键盘)组成。控制油泵电机启动或停止，控制电磁换向阀工作从而使各油缸按指令运动，比例控制器则控制比例溢流阀调节控制油缸的阻尼压力，采用可编程控制器(PC)对液压系统实现控制，实现了成形过程所需操作，可以精确地设定成形时间；利用可编程控制器(PC)的软件功能，优化了设备的系统功能。实现了加锁，自锁，连锁，报警，自动升压，自动卸荷等功能。采用单片机及其接口作为可编程控制器(PC)的模入单元，可通过接口输入比例溢流阀的控制电压数值设定压力曲线，实现了对控制缸压力的精确控制。电控系统结构是380V三相交流电源通过总开关K1、保险W、继电器J1、J2的常开触点，分别连接电机M1与M2，电源通过保险W1后分出支路经保险W3与控制电源开关K2相连，控制电源的一相为第一控制面板提供电源，其分为四个并联支路，第一支路连接电机M1的停止开关T1、启动开关Q1、继电器J3的一常开触点与Q1并联，再串接继电器J1；第二支路连接电机M2的停止开关T2、启动开关Q2，Q2又与继电器J4的常开触点并联，再串接继电器J2；第三支路经继电器J6的一常闭触点、继电器J1的一常开触点连通继电器J3；第四支路经继电器J1的一常开触点、继电器J2的一常开触点与继电器J4连通；这相电源最后经保险W2与地相连，形成回路，控制电源的另一相与可编程控制器PC的第39接线柱相接，同时可编程控制器的第40接线柱接0线，控制电源的第三相与0线连接变压器的输入端，变压器的输出端输出24V的直流电，可编程控制的输入端主要与控制面板的各开关相连，可编程控制器的1，4-17接线柱分别与调整／运行按纽、急停按纽、主油缸回程按纽、主油缸下行按纽、主油缸加压按纽、主油缸停止按纽、压边缸回程按纽、压边缸下行按纽、压边缸压边按纽、压边缸停止按纽、升压按纽、控制缸顶出按纽、控制缸停止按纽、低压泵启动按纽、高压泵启动按纽的一端连接；按纽的另一端与可编程控制器的19接线柱连接，可编程控制器的3、18、20接线柱连接在一起。可编程控制器的2，19接线柱分别与单片机DPJ的7，6引脚连接，可编程控制器的22-25接线柱分别接液压系统的电磁铁D4、D10／D6、D9、D8，其27-28接线柱分别接电磁铁D7、D5、D2、D1，接线柱36、37分别接继电器J5、J6，上述电磁铁D1、D2、D4-10，继电器J6、J5的另一端都接经变压整流得的24V直流电源的正极，可编程控制器的21、35、37接线柱接24V直流电源的负极，可编程控制器的32、34接线柱分别与单片机DPJ的4，3引脚相接，可编程控制器的31、33接线柱与单片机的引脚5连接。单片机的1，2引脚接控制电源的一相及0线，单片机的8-10引脚分别接比例控制器B1的1-3脚，11-13引脚分别接比例控制器B2的1-3脚，14-15脚分别接比例控制器B3的1-3脚，比例控制器B1、B2、B3的4、5引脚分别接24V直流电源的正负极，变压器的17、18输出线将接控制面板的指示灯。本发明电控系统工作原理是可编程控制器是电控系统中的一主要部件，实现对液压系统控制及实现加锁、自锁、报警等，当电控柜上电(合上控制电源开关)后，可编程控制器得电开始工作，电源指示灯点亮，当可编程控制器发生故障或断电时，此指示灯熄灭；报警与指示使用的是同一指示灯，只是前者是常亮，后者是闪动，当按下第一按钮站的低、高压油泵启动按钮时，它们分别启动高低压泵；升压后允许关掉高压泵而只在低压系统下工作。本发明主机上有主压力油缸、压边油缸和控制油缸三种油缸，前两种油缸分别有回程(上行)、下行、加压和停止各四种运动，而控制油缸只有顶出和顶出停止两种动作，但其阻尼下行运动是由成型液态介质在主压力缸加压成型过程中完成的，没有专门的控制程序和执行元件驱动的，各油缸的运动有连锁条件设置，本油缸自身往返两种运动方向的相互制约要求(如油缸回程与下行、加压的连锁)；有两种油缸运动方向或工作相互抵触的要求(如主压力油缸在下行和加压工作时，下面的控制油缸就绝对不可以有顶出上行运动，反之也然)；还有成型工艺要求的(如本机在成型工作之前，必须将被成型板材用压边缸压住后，然后方可启动主压力油缸加压成型工作)。本发明有调整状态与运行状态两种运行方式，在调整状态下，当按下启动指令按钮时(相应的输入继电器通电导通)，首先它的常闭点切断联锁电路使保持继电器置“0”回路断开，按着它的常开点就接通启动回路使输出继电器通电导通而启动，驱动油缸作相应的运动。但当启动指令按钮松手释放后，其常闭点就接通输出继电器置“0”回路而使输出继电器复位，油缸就停止运动。在运行状态下，转换开关闭合其常闭点断开置“0”回路，启动指令就使输出继电器启动和自保，驱动油缸作相应的连续运动。电控系统中比例控制器由内、外电位器输入(0-+9V)直流电压信号或由模拟输入(0-+10V)直流电压信号，当输入电压值不同时，比例控制器相应产生大小不同的电流并输入比例溢流阀的电磁铁线圈生成不同的推力，从而改变溢流阀的镇定压强，使控制缸中形成相应的不同阻尼力。
本发明液压系统包括高压系统和低压系统，由高低压轴泵机组、电液联控的电气控制柜、液压控制元件集成塔组成的液压动力站和主机上的主压力油缸、压边油缸、控制油缸及液压执行元件组成。高压系统采用柱塞泵，电机功率7．5KW，可提供最大系统压强31．5MPa，额定压强25MPa，用于实现成形，压边；低压系统采用叶片泵，电机功率7．5KW，可提供最大系统压力6．3MPa，用于实现各缸的回程。控制缸的阻尼推力分为三组，采用了三个电液比例溢流阀用于对介质出口压力的控制。它们之间的具体结构是油箱1通过过滤器3、高压泵5、单向阀10、换向阀11连接主油缸G1的上腔，该支路在高压泵5后连通溢流阀9，电磁换向阀7又与液控溢流阀9的控制口相连，蓄势器14在单向阀10后与该支路相连；主油缸G1的上腔又通过液控单向阀13与换向阀12连通；油箱1又通过过滤器2、低压泵4、换向阀12与主油缸G1的下腔相连，该支路在低压泵4后连液控溢流阀8，电磁换向阀6与溢流阀8的控制口相连，压边缸G5、G6的上腔通过换向阀18与单向阀10相连，进而与高压泵5连通，连通油箱。同时压边上腔又通过液控单向阀17与换向阀16相连，压边缸的下腔通过换向阀16与低压泵4相，连经过过滤器2通油箱1，低压泵4通过换向阀15并通过单向阀22，23，24分别与控制缸G2、G3、G4相通，而控制缸G2、G3、G4又分别通过比例溢流阀21，20，19与油箱连通。本发明液压系统工作原理是高压泵5主要用来为高压系统提供动力，实现主油缸G1与压边缸G5、G6的负载下行(加压)。当电磁铁D5通电时电磁换向阀11接通，高压泵5输出的高压油经单向阀10、电磁换向阀11进入主油缸G1的上腔实现加压；同时D2通电，使主油缸下腔的油经换向阀12回到油箱形成回路，当电磁铁D9通电时电磁换向阀18接通，高压泵5输出的高压油经单向阀11、电磁换向阀18进入压边缸G5、G6的上腔实现压边；同时电磁铁D8通电，使压边缸下腔的油经换向阀16回到油箱形成回路，低压泵4为低压系统提供动力，实现主油缸G1与压边缸G5、G6的空载下行及主轴缸G1与压边缸G5、G6的回程和控制缸的G2、G3、G4的顶出，低压泵4输出的低压油经减压阀11、电磁换向阀12进入主油缸G1下腔；同时液控单向阀13开通，使主油缸上油腔的油经液控单向液压阀13、换向阀12回到油箱，形成回路，当D2通电时，低压泵4输出的低压油经电磁换向阀12、液控单向液压阀13注入主油缸上腔；同时主油缸下腔的油经电磁换向阀12流回油箱，当D7通电时，低压泵4输出的低压油经电磁换向阀16进入压边缸G5、G6下腔，同时压边缸上腔的油经单向液控阀17、换向阀16流回油箱。当电磁铁D8通电时，低压泵4输出的低压油经电磁换向阀16、单向液压阀17进入压边缸上腔，同时压边缸下腔的油经换向阀12流回油箱，当D3通电时，低压泵4的低压油分别经单向阀22、23、24，电控比例溢流阀21、20、19分别与控制缸进入G2、G3、G4，该油路用于实现控制缸的回程(顶出)。控制油路是本发明主要油路之一，本发明有三个控制缸，它们分别是中心控制缸G2，第一周边控制缸G3，第二周边控制缸G5，这些控制缸分别与电控比例溢流阀21、20、19相连，通过单片机与可编程控制器可以精确控制每一个溢流阀的溢流压力，从而实现模腔压力的控制；加压与泄载是通过换向阀6、7实现的，当D10与D6通电时液控溢流阀8与9不能溢流，从而实现升压，当D10与D6断电时分别使低压泵、高压泵泄压。
本发明结构新颖，操作简单，精确度高，是高强铝合金、钛合金、铝锂合金、复合材料及其它难加工材料成形的理想设备，为粘性压力成形的工业化起到极大的促进作用。
图1为本发明原理结构方框2为本发明主机原理结构3为本发明液压系统原理结构4为本发明电控系统原理结构图实施例主压力油缸的油缸内径Φ180毫米、活塞杆直径Φ150毫米、活塞行程250毫米，安装在机架内框上部中心；压边油缸的油缸内径Φ80毫米、活塞杆直径Φ50毫米、活塞行程200毫米，安装在机架内框上部两侧；中心控制油缸的油缸内径Φ120毫米、活塞行程180毫米，安装在机架内框下部中心；周边控制油缸的油缸内径Φ80毫米、活塞行程180毫米，安装在机架内框下部外周、六等分布；下模的内腔直径Φ150毫米、深度145毫米，安装在控制油缸上面；上模的内腔直径Φ150毫米、有效深度250毫米，安装在主油缸下面；机架的内窗口尺寸高1605毫米，宽450毫米，深440毫米，外形尺寸总高2500毫米，最大占地投影面积900毫米×800毫米；主机总重4000kg；电动机型号是Y160M-6／B5V1、7．5Kw、970r／min；可编程控制器型号是C28P-CDR-AE／CPU、AC220V，编程器型号是3G2A6-PRO15-E／横式；油箱型号是600L(ZL3-02-01．00)；过滤器型号是WU-100×180、100 l／min和WU-25×180、25 l／min；叶片泵型号是YB-50、6．3MPa、50 l／min；轴向柱塞泵型号是10MCY14-1、31．5MPa 10 l／min；电磁换向伐型号是22E-10BH、6．3MPa、10 l／min；溢流伐型号是Y-63B、6．3MPa、40 l／min；溢流伐型号是YF-B10K、31．5MPa、40 l／min；单向伐型号是AJ-Ha10B、31．5MPa、40 l／min；蓄势器型号NXQ-2．5／31．5、31．5MPa、2．5L；减压伐型号是J-25B、6．3MPa、25 l／min；电磁换向伐型号是34E1-25B、6．3MPa、25 l／min；调速伐型号是QI-25B、0．5-6．3MPa、0．1-25 l／min；液控单向伐型号是AIY-H10B、31．5MPa、40 l／min。
权利要求
1．一种粘性压力成形设备，其特征在于由主机部分，电控系统，液压系统组成，其中主机部分由予应力板式机架[1]、压边缸[2]、主油缸[8]、控制缸[6]及粘性成形模具(压边圈[4]、凹模[5]、凸模[9])组成，电控系统由可编程控制器、单片机及输入输出系统组成，液压系统由高压系统和低压系统，由高低压油泵机组、电液联控的电气控制柜、液压控制元件集成塔组成的液压动力站和主机上的主压力油缸、压边油缸、控制油缸及液压执行元件组成。
2．根据权利要求1所述的设备，其特征在于主机部分的主油缸[8]与压边缸[1]采用螺栓固定在机架[1]上，控制缸[6]固定在机架[1]的底座上，并对凹模[5]有支撑作用，压边缸连杆[3]与压边圈[4]采用螺栓连接，凸模[9]与主油缸活塞连接，各油缸分别与对应的油路[13]相连接，控制缸[6]的上腔与凹模[5]相通，成形时，板料[11]放在凹模[5]与压边圈[4]之间，凹模中的介质[10]可以再压力的作用下流入控制缸[6]的上腔，上腔中的介质[10]通过控制缸活塞[12]与下腔的液压油[7]隔离。
3．根据权利要求1所述的设备，其特征在于电控系统的380V三相交流电源通过总开关[K1]、保险[W]、继电器[J1]、[J2]的常开触点，分别连接电机[M1]与[M2]，电源通过保险[W1]后分出支路经保险[W3]与控制电源开关[K2]相连，控制电源的一相为第一控制面板提供电源，其分为四个并联支路，第一支路连接电机[M1]的停止开关[T1]、启动开关[Q1]、继电器[J3]的一常开触点与[Q1]并联，再串接继电器[J1]；第二支路连接电机[M2]的停止开关[T2]、启动开关[Q2]，[Q2]又与继电器[J4]的常开触点并联，再串接继电器[J2]；第三支路经继电器[J6]的一常闭触点、继电器[J1]的一常开触点连通继电器[J3]；第四支路经继电器[J1]的一常开触点、继电器[J2]的一常开触点与继电器[J4]连通；这相电源最后经保险[W2]与地相连，形成回路，控制电源的另一相与可编程控制器的第[39]接线柱相接，同时可编程控制器的第[40]接线柱接
线，控制电源的第三相与
线连接变压器的输入端，变压器的输出端输出24V的直流电，可编程控制的输入端主要与控制面板的各开关相连，可编程控制器的[1，4-17]接线柱分别与调整／运行按纽、急停按纽、主油缸回程按纽、主油缸下行按纽、主油缸加压按纽、主油缸停止按纽、压边缸回程按纽、压边缸下行按纽、压边缸压边按纽、压边缸停止按纽、升压按纽、控制缸顶出按纽、控制缸停止按纽、低压泵启动按纽、高压泵启动按纽的一端连接；按纽的另一端与可编程控制器的[19]接线柱连接，可编程控制器的[3]、[18]、[20]接线柱连接在一起，可编程控制器的[2]、[19]接线柱分别与单片机的[7]、[6]引脚连接，可编程控制器的[22-25]接线柱分别接液压系统的电磁铁[D4]、[D10]／[D6]、[D9]、[D8]，其[27-28]接线柱分别接电磁铁[D7]、[D5]、[D2]、[D1]，接线柱[36]、[37]分别接继电器[J5]、[J6]，电磁铁[D1]、[D2]、[D4-10]，继电器[J6]、[J5]的另一端都接经变压整流得的24V直流电源的正极，可编程控制器的[21]、[35]、[37]接线柱接24V直流电源的负极，可编程控制器的[32]、[34]接线柱分别与单片机的[4]，[3]引脚相接。可编程控制器的[31]、[33]接线柱与单片机的引脚[5]连接，单片机的[1]，[2]引脚接控制电源的一相及
线，单片机的[8-10]引脚分别接比例控制器[B1]的[1-3]脚，[11-13]引脚分别接比例控制器[B2]的[1-3]脚，[14-15]脚分别接比例控制器[B3]的[1-3]脚，比例控制器[B1]、[B2]、[B3]的[4]、[5]引脚分别接24V直流电源的正负极，变压器的[17]、[18]输出线将接控制面板的指示灯。
4．根据权利要求1所述的设备，其特征在于液压系统的油箱[1]通过过滤器[3]、高压泵[5]、单向阀[10]、换向阀[11]连接主油缸[G1]的上腔，该支路在高压泵[5]后连通溢流阀[9]，电磁换向阀[7]又与液控溢流阀[9]的控制口相连，蓄势器[14]在单向阀[10]后与该支路相连，主油缸[G1]的上腔又通过液控单向阀[13]与换向阀[12]连通，油箱[1]又通过过滤器[2]、低压泵[4]、换向阀[12]与主油缸[G1]的下腔相连，该支路在低压泵[4]后连液控溢流阀[8]，电磁换向阀[6]与溢流阀[8]的控制口相连，压边缸[G5]、[G6]的上腔通过换向阀[18]与单向阀[10]相连，进而与高压泵[5]连通，连通油箱，同时压边上腔又通过液控单向阀[17]与换向阀[16]相连，压边缸的下腔通过换向阀[16]与低压泵[4]相连，经过过滤器[2]通油箱[1]，低压泵[4]通过换向阀[15]并通过单向阀[22]、[23]、[24]分别与控制缸[G2]、[G3]、[G4]相通，而控制缸[G2]、[G3]、[G4]又分别通过比例溢流阀[21]、[20]、[19]与油箱连通。
全文摘要
本发明提出一种粘性压力成形设备,具体地说是一种用粘性压力成型技术,进行板材加工的设备,该设备采用分离式液压缸实现了成形与压力,控制缸的粘性介质与压力油通过活塞隔离,液压系统中的高压系统用于实现成形,压边,低压系统用于实现形缸,压边缸的空程下行和各缸的回程,可编程控制器对液压系统实现控制,本发明结构新颖,操作方便,是当前许多难以加工材料成形的理想设备。
文档编号B30B12/00GK1288815SQ9912052
公开日2001年3月28日 申请日期1999年9月17日 优先权日1999年9月17日
发明者郭斌, 罗荣华, 翁稚兴, 戴护民, 邢晓冬 申请人:哈尔滨工业大学