专利名称：低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机。
背景技术：
四柱式油压机的用途很广，在轻工、家电、电子、造船以及装修装潢等产业，被广泛应用于钣金的冲压或弯曲成形。热冲压成形利用金属热塑性成形的原理，能够在成形的同时实现对板料的淬火热处理。为达到临界淬火速度，热冲压成形的工作速度需要大于 150mm/s，同时由于板料冷却后强度很高，达到1500MPa以上，零件的最终成形需要极高的保压吨位。传统的机械式压力机速度可以达到500mm/s，但其曲柄式结构无法实现大吨位保压。传统油压机能够实现大吨位保压，但其工作速度通常低于30mm/s，无法满足热冲压成形的速度要求。如解永娟在2005年提出的大跨度、大吨位油压机，这种油压只适用于大跨度的厚度较大的钢板压制，这种压制需要很大的压力，导致这种油压的公称压力很大，工作速度最大才26mm/s,无法满足热冲压成形要求的工作速度(>150mm/s)。按照传统液压机设计，要满足热冲压成形的高速大吨位需求，按200mm/S、500吨压力核算，装机功率需要在 IOOOkW以上，远高于一般科研院所实验室装机功率上限。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种IOOkW低功率下大吨位四柱单动热冲压成形油压机既能满足200mm/s级高速，又能满足500吨保压的冲压成形。本发明所述的四柱式油压机，主要由机身、各种油缸、动力液压系统、电气控制系统、安全系统及其他辅助部件组成。本机机身采用三梁四柱式结构，主要由上横梁(7)、滑块(4)、下横梁(I)、立柱
(2)、液压垫(12)和垫板(3)等组成。上横梁(7)和下横梁(I)通过立柱预紧构成龙门框架； 中间布置有滑块(4)。液压垫(12)置于下横梁(I)内，在液压垫上(12)面放置工作台，滑块(4)下平面与工作台上平面均设有T型槽用于固定模具，工作台上开有顶杆孔，另外在上横梁(7)内布有3个主油缸(5，6)(两侧油缸(5)为200吨活塞缸，中间油缸(6)为100吨柱塞缸)以及在下横梁(I)内布有3个液压垫缸(10，11)(两侧油缸(11)为70吨柱塞缸， 中间油缸(10)为63吨活塞缸)主油缸的缸体通过法兰和连接块与上横梁(7)连接，活塞杆与滑块(4)连接；液压垫油缸的缸体通过法兰和连接块与下横梁(I)连接，活塞杆与液压垫(12)连接。其中液压垫(12)为钢板焊接箱型结构，液压垫(12)压力、行程可由触摸屏设定调节，并可显示；液压垫(12)置于下横梁(I)内。液压垫(12)由导柱导向，运行精度高。在液压垫(12)上平面安装有淬硬圆垫，以防止因顶杆对液压垫的冲击而造成液压垫上平面的变形和损伤。本油压机采用动力液压系统为压机提供可控制的液压动力源，它是由高压电比例流量油泵(16)、充液阀(13)、比例调压阀、二通插装阀组(17)、充液油箱(14)、 储液油箱(15)组成。在电机工作带动油泵(16)工作，通过油泵(16)顶端的比例调压阀控制油管中液压油量，液压油通过油管进入二通插装阀组(17)，在二通插装阀组(17)的作用下液压油经过N2油管流入主油缸(6)和主油缸(5)的上腔使主油缸(5、6)工作，为压机工作产生压力，而主油缸(5)下腔中液压油通过N3油管流入油箱(15);当压机回程时，液压油在二通插装阀组(17)作用下经过N3油管流入主油缸(5)的下腔，为压机回程提供拉力， 而液压油在油缸顶部皮管中液压油的作用下打开充液阀(13)，主油缸(6)和主油缸(5)上腔中的液压油流入充液油箱(14)，充液油箱(14)中多余的液压油通过NI油管回流到储液油箱(15)中，从而使整个过程中液压油的平衡，以保证液压系统的稳定性和可靠性。油压机可以进行压力分级，滑块(4)采用500吨级和100吨级二级，液压垫(12)采用200吨级和63吨级二级。为实现低功率下热冲压成形的高速压制和大吨位保压要求，当需要高速压制时，通过电气控制系统控制方向阀(18)，只对中间100吨的柱塞缸(6)充入高压油，IOOkW 功率下的全流量液压油用于提供单缸(6)高压充油，从而实现200mm/s的高速滑块压制速度，而两边的200吨油缸(5)利用自重副压从充液油箱(14)吸油实现随动，不提供工作压力；当热压完成进行保压成形时，压力传感器向控制系统发出当前背压信号，系统通过方向阀(18)自动切换为三个油缸充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油为三个缸(5、6)同时高压充油，实现500吨的滑块工作压力和20mm/s的保压压制速度。液压垫的200吨和63 吨压边力原理和为滑块提供压力原理一样都是通方向阀控制的。这种提供压力方式适用范围很宽，特别适合作为试验机对各类大小试件热冲压成形实验。液压传动系统是借助电气系统的控制完成各种动作的循环。整套液压系统可实现压力的连续调节、位移的连续调节，速度的无级调节；并可结合电气系统通过各种传感器将压力、位移、速度及各种报警信号经PLC可编程序控制系统处理完成对整机的控制。压力和行程位置的调整可通过触摸屏上的友好人机界面进行便捷的远程数字化调节。电气控制系统采用PLC可编程序控制系统，结合触摸屏主控。PLC由CPU模块、编程器、输入和输出模块等组成；结合相关的先导阀、行程数显装置及各部位传感器的信号完成对整个系统的压力、 滑块位移、持压时间、故障报警信号等参数集中控制，并可完成整机的全部功能的按钮集中控制并设有急停按钮、断电保护装置、紧急回程按钮，保证动作的可靠性及系统的可靠性。 通过主控制台上的旋钮选择工作速度。由电气控制系统控制油泵(16)对油缸的进油速度， 实现工作速度的变化=IOOkW输入功率下，本压机能够实现单缸(6) 100吨工作时，速度在 30-200mm/s可调；三缸(5、6) 500吨工作时，速度在5-20mm/s可调。所以整套液压系统可实现压力的连续调节、位移的连续调节，速度的无级调节；并可结合电气系统通过各种传感器将压力、位移、速度及各种报警信号经PLC可编程序控制系统处理完成对整机的控制。压力和行程位置的调整可通过触摸屏上的人机界面进行便捷的远程数字化调节。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步本油压机通过并联高速柱塞缸和高压活塞缸，配合液压传动系统、软件编程以及电气控制系统，满足一般科研院校实验室中进行低功率高速大吨位热冲压成形的实验要求。本发明提供的IOOkW低功率下200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机,一定程度上节省了能耗成本，也是油压机设计工艺上的一次创新。
图I 低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机主视结构2低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机的油路安装3主控制台面板图4电气控制系统紧急停止示意5PLC控制系统原理示意6PLC输入信号示意7PLC输入信号示意8PLC输入信号示意9PLC输入信号示意10PLC输入信号示意11PLC输入信号示意12PLC输出信号示意13PLC输出信号示意14电磁铁动作电路。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图相述如下
实施例一
参见图I和图2，本低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机，包括机身、动力液压系统和电气控制系统，其特征在于所述机身采用三梁四柱式结构，由上横梁
(7)、滑块(4)、下横梁(I)和立柱(2)组成，上横梁(7)和下横梁(I)通过立柱(2)预紧构成龙门框架，中间布置有滑块(4)，一个液压垫(12)置于下横梁(I)内，在液压垫(12)上面放置工作台(3)，滑块(4)下平面与工作台(3)上平面均设有T型槽用于固定模具，工作台
(3)上开有顶杆孔，另外在上横梁(7)内布有3个主油缸(5，6)以及在下横梁(I)内布有3 个液压垫缸(10，11):所述主油缸(5，6)的缸体通过法兰和连接块与上横梁(7)连接，主油缸(5，6)的活塞杆与滑块(4)连接；液压垫缸(10，11)的缸体通过法兰和连接块与下横梁
(I)连接，液压垫缸(10，11)的活塞杆与液压垫(12)连接。所述动力液压传动系统借助电气控制系统的控制完成各种动作的循环。实施例二本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下
所述主油缸(5、6)采用3油缸并联结构，其中两侧油缸(5)为200吨的活塞缸，中间油缸(6)为100吨柱塞缸；所述液压垫缸(10、11)采用3油缸并联结构，其中两侧油缸(11) 为70吨油缸为柱塞缸，中间油缸(10)为63吨油缸为活塞缸。所述动力液压系统由闻压电比例流量油泵(16)、充液阀(13)、比例调压阀(置于油泵(16)顶端)、二通插装阀组(17)、充液油箱(14)、储液油箱(15)组成，为压机提供可控制的液压动力源；在电机工作带动油泵
(16)工作时，通过油泵(16)顶端的比例调压阀控制油管中液压油量，液压油通过油管进入二通插装阀组(17)，在二通插装阀组(17)的作用下液压油经过N2油管流入主油缸(6)和主油缸(5)的上腔使主油缸(5、6)工作，为压机工作产生压力，而主油缸(5)下腔中液压油通过N3油管流入储液油箱(15);当压机回程时，液压油在二通插装阀组(17)作用下经过N3 油管流入主油缸(5)的下腔，为压机回程提供拉力，而液压油在油缸顶部皮管中液压油的作用下打开充液阀(13)，主油缸(6)和主油缸(5)上腔中的液压油流入充液油箱(14)，充液油箱(14)中多余的液压油通过NI油管回流到储液油箱(15)中，从而使整个过程中液压油的平衡。所述电气控制系统由动力部分和控制部分组成；
所述动力部分用于控制总电源及各部电机的起停及保护开关，3台大功率电机(18KW 以上)启动采用星一三角降压依次启动，对电网的冲击小，抗干扰能力强；电动机带有完善的保护，并有可靠接地，从而适用于实验室低功率电网；
所述控制部分分主控制台和手持式按钮盒，主控制台设有主机动作的操作按钮和功能转换开关、电机的总起停按钮、阀体通断指示及压机的报警、监视指示灯组成，随时掌握压机的工作状况；手持式按钮盒用于半自动工作方式，设有工作按钮并附带急停按钮、有电指示及必要按钮组成，完成对机床半自动的控制；
所述电气控制系统采用PLC可编程序控制系统，结合相关的先导阀、行程数显装置及各部位传感器的信号完成对整个系统的压力、滑块位移、持压时间、故障报警信号参数集中控制，并可完成整机的全部功能的按钮集中控制并设有急停按钮、断电保护装置、紧急回程按钮，保证动作的可靠性及系统的可靠性。所述电气控制系统中紧急停止方式一手持式按钮盒、动力机构和主控制台与压机串联，当压机工作中出现故障需要紧急停止时只要断开手持式按钮盒、动力机构和主控制台中任意一个开关，压机都将会停止工作。所述PLC由CPU模块、编程器、输入和输出模块组成，所述PLC信号输入通过主控制台按钮或触摸屏终端输入信号代码经过CPU模块处理输出相应控制信号控制压机的运动；对紧急停止，通过主控制台上紧急停止按钮或触摸屏终端控制按钮将会断开开关形成信号104出入CPU模块处理输出相应控制信号400停止油泵工作，从而压机停止工作；而其他是形成信号，再经过电磁铁动作电路，实现压机的运动。所述滑块(4)采用500吨级和100吨级二级，液压垫(12)采用200吨级和63吨级二级；为实现低功率下热冲压成形的高速压制和大吨位保压要求，当需要高速压制时，通过电气控制系统控制方向阀(18 )，只对中间100吨的柱塞缸(6 )充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油用于提供单缸(6)高压充油，从而实现200mm/s的高速滑块压制速度，而两边的200吨油缸(5)利用自重副压从充液油箱(14)吸油实现随动，不提供工作压力；当热压完成进行保压成形时，压力传感器向控制系统发出当前背压信号，系统通过方向阀(18)自动切换为三个油缸充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油为三个缸(5、6)同时高压充油， 实现500吨的滑块工作压力和20mm/s的保压压制速度。液压垫(12)的200吨和63吨压边力原理和滑块压力原理一样通过方向阀控制的。通过主控制台上的旋钮选择工作速度，由电气控制系统控制油泵(16)对油缸的进油速度，实现工作速度的变化100kw输入功率下，本压机能够实现单缸(6) 100吨工作时， 速度在30-200mm/s可调；三缸(5、6) 500吨工作时，速度在5-20mm/s可调。实施例三
参见图I、图2所示，本四柱单动热冲压成形油压机，主要由机身、各种油缸、动力液压系统、电气控制系统、安全系统及其他辅助部件组成。机身采用三梁四柱式结构，主要由上横梁(7)、滑块(4)、下横梁(I)、立柱(2)、液压垫(12)和垫板(3)等组成.上横梁(7)和下横梁(I)通过立柱(2)预紧构成龙门框架；中间布置有滑块(4)。在上横梁上油箱中安装方向阀，主油缸(5、6)采用3油缸并联结构，其中两侧油缸设计为200吨活塞缸(5)，中间油缸设计为100吨柱塞缸(6)，分布在上梁(7)内。液压垫缸(10、11)3个油缸结构，其中两侧油缸设计为70吨油缸为柱塞缸(11)，中间油缸设计为63吨油缸为活塞缸(10)，分布在下横
7梁(I)内，同样在下横梁(I)内安装方向阀。滑块(4)下平面、工作台(3)上平面均设有T 型槽用于固定模具，工作台(3)上开有顶杆孔，工作台(3)下面布置有液压垫(12)。动力液压系统由高压电比例流量油泵(16)、充液阀(13)、比例调压阀、二通插装阀组(17)、充液油箱(14)、储液油箱(15)组成，为压机提供可控制的液压动力源。在电机工作带动油泵(16)工作，通过油泵(16)顶端的比例调压阀控制油管中液压油量，液压油通过油管进入二通插装阀组(17)，在二通插装阀组(17)的作用下液压油经过N2油管流入主油缸(6)和主油缸(5)的上腔使主油缸(5、6)工作，为压机工作产生压力，而主油缸(5)下腔中液压油通过N3油管流入储液油箱(15);当压机回程时，液压油在二通插装阀组(17)作用下经过N3油管流入主油缸(5)的下腔，为压机回程提供拉力，而液压油在油缸顶部皮管中液压油的作用下打开充液阀(13)，主油缸(6)和主油缸(5)上腔中的液压油流入充液油箱 (14)，充液油箱(14)中多余的液压油通过NI油管回流到储液油箱(15)中，从而使整个过程中液压油的平衡。为实现低功率下热冲压成形的高速压制和大吨位保压要求，当需要高速压制时， 通过电气控制系统控制方向阀(18)，只对中间100吨的柱塞缸(6)充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油用于提供单缸(6)高压充油，从而实现200mm/s的高速滑块压制速度，而两边的200吨油缸(5)利用自重副压从充液油箱(14)吸油实现随动，不提供工作压力；当热压完成进行保压成形时，压力传感器向控制系统发出当前背压信号，系统通过方向阀(18) 自动切换为三个油缸充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油为三个缸(5、6)同时高压充油，实现500吨的滑块工作压力和20mm/s的保压压制速度。通过主控制台上的旋钮选择工作速度。由电气控制系统控制油泵(16)对油缸的进油速度，实现工作速度的变化100kw输入功率下，本压机能够实现单缸(6) 100吨工作时， 速度在30-200mm/s可调；三缸(5、6) 500吨工作时，速度在5-20mm/s可调。
权利要求
1.一种低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机，包括机身、动力液压系统和电气控制系统，其特征在于所述机身采用三梁四柱式结构，由上横梁(7)、滑块(4)、下横梁(I)和立柱(2)组成，上横梁(7)和下横梁(I)通过立柱(2)预紧构成龙门框架， 中间布置有滑块(4)，一个液压垫(12)置于下横梁(I)内，在液压垫(12)上面放置工作台(3)，滑块(4)下平面与工作台(3)上平面均设有T型槽用于固定模具，工作台(3)上开有顶杆孔，另外在上横梁(7)内布有3个主油缸(5，6)以及在下横梁(I)内布有3个液压垫缸(10，11):所述主油缸(5，6)的缸体通过法兰和连接块与上横梁(7)连接，主油缸(5，6) 的活塞杆与滑块(4)连接；液压垫缸(10，11)的缸体通过法兰和连接块与下横梁(I)连接， 液压垫缸(10，11)的活塞杆与液压垫(12)连接；所述动力液压传动系统借助电气控制系统的控制完成各种动作的循环。
2.根据权利要求I所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于所述主油缸(5、6)采用3油缸并联结构，其中两侧油缸(5)为200吨的活塞缸， 中间油缸(6)为100吨柱塞缸；所述液压垫缸(10、11)采用3油缸并联结构，其中两侧油缸(11)为70吨油缸为柱塞缸，中间油缸(10)为63吨油缸为活塞缸。
3.根据权利要求I所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于所述动力液压系统由高压电比例流量油泵(16)、充液阀(13)、比例调压阀(置于油泵(16)顶端)、二通插装阀组(17)、充液油箱(14)、储液油箱(15)组成，为压机提供可控制的液压动力源；在电机工作带动油泵(16)工作时，通过油泵(16)顶端的比例调压阀控制油管中液压油量，液压油通过油管进入二通插装阀组(17)，在二通插装阀组(17)的作用下液压油经过N2油管流入主油缸(6)和主油缸(5)的上腔使主油缸(5、6)工作，为压机工作产生压力，而主油缸(5)下腔中液压油通过N3油管流入储液油箱(15);当压机回程时，液压油在二通插装阀组(17)作用下经过N3油管流入主油缸(5)的下腔，为压机回程提供拉力，而液压油在油缸顶部皮管中液压油的作用下打开充液阀(13)，主油缸(6)和主油缸(5) 上腔中的液压油流入充液油箱(14)，充液油箱(14)中多余的液压油通过NI油管回流到储液油箱(15)中，从而使整个过程中液压油的平衡。
4.根据权利要求I所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于所述电气控制系统由动力部分和控制部分组成；所述动力部分用于控制总电源及各部电机的起停及保护开关，3台大功率电机(18KW 以上)启动采用星一三角降压依次启动，对电网的冲击小，抗干扰能力强；电动机带有完善的保护，并有可靠接地，从而适用于实验室低功率电网；所述控制部分分主控制台和手持式按钮盒，主控制台设有主机动作的操作按钮和功能转换开关、电机的总起停按钮、阀体通断指示及压机的报警、监视指示灯组成，随时掌握压机的工作状况；手持式按钮盒用于半自动工作方式，设有工作按钮并附带急停按钮、有电指示及必要按钮组成，完成对机床半自动的控制；所述电气控制系统采用PLC可编程序控制系统，结合相关的先导阀、行程数显装置及各部位传感器的信号完成对整个系统的压力、滑块位移、持压时间、故障报警信号参数集中控制，并可完成整机的全部功能的按钮集中控制并设有急停按钮、断电保护装置、紧急回程按钮，保证动作的可靠性及系统的可靠性。
5.根据权利要求4所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机，其特征在于所述电气控制系统中紧急停止方式一手持式按钮盒、动力机构和主控制台与压机串联，当压机工作中出现故障需要紧急停止时只要断开手持式按钮盒、动力机构和主控制台中任意一个开关，压机都将会停止工作。
6.根据权利要求4所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于所述PLC由CPU模块、编程器、输入和输出模块组成，所述PLC信号输入通过主控制台按钮或触摸屏终端输入信号代码经过CPU模块处理输出相应控制信号控制压机的运动；对紧急停止，通过主控制台上紧急停止按钮或触摸屏终端控制按钮将会断开开关形成信号104出入CPU模块处理输出相应控制信号400停止油泵工作，从而压机停止工作；而其他是形成信号，再经过电磁铁动作电路，实现压机的运动。
7.根据权利要求4所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于所述滑块(4)采用500吨级和100吨级二级，液压垫(12)采用200吨级和63 吨级二级；为实现低功率下热冲压成形的高速压制和大吨位保压要求，当需要高速压制时， 通过电气控制系统控制方向阀(18)，只对中间100吨的柱塞缸(6)充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油用于提供单缸(6)高压充油，从而实现200mm/s的高速滑块压制速度，而两边的200吨油缸(5)利用自重副压从充液油箱(14)吸油实现随动，不提供工作压力；当热压完成进行保压成形时，压力传感器向控制系统发出当前背压信号，系统通过方向阀(18) 自动切换为三个油缸充入高压油，IOOkW功率下的全流量液压油为三个缸(5、6)同时高压充油，实现500吨的滑块工作压力和20mm/s的保压压制速度；液压垫(12)的200吨和63吨压边力原理和滑块压力原理一样通过方向阀控制的。
8.根据权利要求4所述的低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机， 其特征在于通过主控制台上的旋钮选择工作速度，由电气控制系统控制油泵(16)对油缸的进油速度，实现工作速度的变化=IOOkW输入功率下，本压机能够实现单缸(6)100吨工作时，速度在30-200mm/s可调；三缸(5、6) 500吨工作时，速度在5-20mm/s可调。
全文摘要
本发明涉及一种低功率200mm/s级高速大吨位四柱单动热冲压成形油压机。它包括机身、动力液压系统和电气控制系统，其中机身是由上横梁、滑块、下横梁、立柱、液压垫和垫板等组成；液压传动系统是由流量转换装置、流量控制装置、辅助装置及液压附件，借助电气系统的控制完成各种动作的循环；电气控制系统由电气控制柜、电气操纵箱、压力数显数控装置、行程数显数控装置、报警系统等组成。可以通过电气控制系统选择工作油的充给方向实现低功率下热冲压成形的高速压制和大吨位保压要求压制时，对100吨的柱塞缸充油，提供200mm/s滑块速度；保压时，对三个柱塞油缸充油，为滑块提供500吨的工作压力。
文档编号B30B15/26GK102602019SQ20121007685
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者何昌炜, 季钰荣, 王武荣, 郭必檬, 韦习成 申请人:上海大学