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1、 文 献 综 述 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 郑 健 健 班 级 B机制031 学 号 0310110101 指 导 教 师 吴 乃 领 文 献 综 述1 引言杆件液压成形技术是用杆材作为坯料，通过对杆腔内施加液体压力、轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，杆壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的技术。它主要用于制造空心零件，由于该工艺属于无切削加工，材料且零件集成度好，因此在国内外受到了广泛重视。目前德国、美国、日本等国都对该技术做了大量研究，并逐步开始应用于航空、航天、汽车、化工、机械、民用等领域。特别是最近几年来，由于汽车工业轻量化、安全性、经济性等
2、方面的要求，采用杆件液压成形技术制造的杆状零件相比传统冲压、焊接工艺具有工序少、成本低，零件重量轻，零件强度刚度好，装配精度高等优点，因此受到汽车制造业的广泛关注。2成型工艺过程与设备杆件液压成形工艺过程要求液压成形设备既能提供预成形压力、合模力、内高压压力、端面密封、轴向进给等，又能实现密封、内压力与轴向进给匹配关系的精确控制，因此对设备控制方面的要求很高。当前液压压力机设备的控制系统主要有以继电器、可编程控制器和工控机为主的几种类型。以压力继电器为主控元件的传统型，这种类型的液压机其电路简单，相应的控制功能也较简单。它主要用于成形工艺过程简单、对控制要求不高，单机工作，适应性不强的场合，比
3、较适合于对产品精度要求不高的大批量生产。可编程控制器的控制系统，目前正广泛被应用的新型工业自动控制系统。它不仅可以进行数字逻辑控制，而且还可对模拟量进行控制。可编程控制器与继电器相比有更高的稳定性和灵活性。但与工业控制机的精度和灵活性还是有一定的差距。在杆件液压成形中的内压力与轴向进给需按照事先设定的任意曲线高精度地实时变化，并且考虑到时间延时，采用PLC 并不能完全满足控制的要求。应用工业控制计算机的高性能液压控制系统，这种控制方式是一种采用全计算机反馈控制方式。它是以单片机作为主控处理单元，通过与外围的接口器件（如专用的A / D 和D / A 转换板）相连或直接应用一种所谓的数字阀实现对
4、液压系统的实时控制，同时把各种传感器组成一个闭环式的回路，通过反馈控制系统，达到精确地控制液压系统动作的目的。这种控制思路的主要优势：具有非常友好的人机对话界面，操作简单，控制精度高，延时小，特别适合于对精度和延时要求较高的高速化生产，同时通过工控机还可瞬时地逐个地调整各影响工作参数的数值，可大大缩短由于调整参数所带来的滞后时间。不光如此，应用工控机还可通过软件调整来进行故障诊断和消除噪声，提高系统的稳定性。目前，具有良好控制功能的超高压杆件液压成形设备在已国外开始应用。国内关于杆件液压成形技术的研究起步较晚，特别是关于液压成形设备方面的研究更少。为开展杆件液压成形技术及其制造设备关键技术的研
5、究，很有必要开展杆件液压成形压力机的研制工作。3 杆件液压成形液压压力机的研制根据杆件液压成形工艺过程特点，采用计算机控制的杆件液压成形液压机应具有如下基本功能：(1)主缸提供一定的压力，满足成形过程中合模力的要求，并能利用主缸实现杆坯预成形。在预成形过程中可以利用计算机控制主缸下行的速度、位置。需要时还可控制其下行速度、位置与内压力大小变化相配合，实现在杆腔内有一定内压力条件下的预成形，避免预成形时杆坯被压溃。(2)采用左右两个侧压缸，实现杆件端面推力、轴向进给量的要求，以满足成形过程中密封、进给等工艺动作。可以方便的调节控制左右侧压缸推力、进给量大小，保证工件质量。(3)工作台上按照一定角
6、度布置一个平衡缸，用于成形带支杆类的杆件时起平衡作用。平衡缸压力的大小可以根据成形中成形支杆高度的变化预先设定实现控制。(4)增压器实现系统高压的要求，在成形不同材料时可以方便地进行高、低压力源的切换。可以方便地调节控制输出压力的大小，以满足成形过程中对胀形内压力要求。(5)通过压力传感器、位移传感器，可以显示、记录和打印成形过程中的工艺参数。(6)采用液压机构实现液压机工作时，滑块速度的调节。综合上面的功能要求，该压力机主要有机架、两个侧压缸、增压器、液压伺服系统及计算机控制系统组成等几大部分，各个部分相互关联也相对独立。经上海交通大学车身制造技术中心研制，湖州机床有限公司制造，由计算机控制
7、的杆件液压成形液压压力机被成功开发。该设备结构如图2 所示，其主要技术参数如表1 所示。该压力机能够实现杆件液压成形过程中预成形、端面密封、内高压充液、轴向进给以及内高压压力与轴向进给量之间匹配关系的良好控制。3.1 工作原理进行杆件液压胀形时，在工作台上放置并调整和固定好模具，先将杆坯放入下模腔内（直杆、预弯或预成形后的杆），设定好工艺参数，开启压力机；两侧压缸分别驱动挤压头同时前进，到第一个位置设定值后停止，为将杆腔内的空气排出以便建立高内压环境，挤压头还没全部封死杆口时，便向杆腔内充液，依据观察液压油的溢出来判断空气已被排除，再继续驱动挤压头同时前进一小段设定的距离实现杆口的完全密封；此
8、时，主缸滑块带动上模具快速下行，并在行程控制开关控制下转换为慢速下压实现合模、锁模；此后，计算机开始控制增压缸的输出压力，实现内压力根据设定的曲线值进行变化；两侧压缸按照计算机发出的信号进行侧压缸进给量的调整；等达到设定的加载条件即零件完全成形后，控制开关进行液体介质卸压，两侧压缸回程，杆腔内液压油自动流出；液压机滑块带动上模具回程，取出零件，实现一个完整的零件成形过程。杆件需要预成形时，在工作台上固定预成形模具，把杆坯放入下模腔内（直杆或预弯后的杆），设定好工艺参数，开启压力机，主缸滑块带动上模具快速下行到行程控制开关，根据设定的速度进行预冲压。如果预成形时需要在杆腔内充入一定的液体压力，还
9、需先驱动侧压缸实现密封，然后在由主缸下行实现预压的同时由计算机控制流入杆腔内的压力大小。32 机械部分液压机的机械主体部分主要由工作台、推杆搬移机构、上梁、机座和立柱组成一个坚固的机架。推杆搬移机构和工作台分别用于与上、下台相连接；工作台在左右两侧还伸出一定的长度，用于安放左右两个侧压缸；在工作台水平面上的后侧安装一个平衡缸。压机采用大直径拉杆，保证足够的刚度，提高压力机的精度。33 液压系统部分主缸、两个侧压缸、平衡缸的工作压力可以在一定范围内调节。用电动比例复合泵和比例溢流阀相结合，来实现压力机工作时滑块速度的调节。侧压缸、平衡缸的压力由比例溢流阀控制，可随杆腔内的压力大小调节，实现侧压缸
10、进给量、侧推力随内压力变化的控制。配置单独的内高压系统，泵输出液压油通过增压器得到最大为200M Pa 的高压。增压器的压力采集和控制在低压侧实现，其低压端压力采集精度小于0. 3MPa ，转换到高压端的压力控制精度小于士2MPa 。当成形软材料工件时，内压供液系统通过配备的高压截止阀由人工开关切换后，由低压端供液部份直接向成形的杆腔内供液，其压力大小由低压端压力控制来满足工艺的要求。液压系统设有安全阀、支撑阀、锁紧装置，以保证液压系统的安全可靠。34 电气控制部分液压压力机设置固定的电气控制按钮，采用PLc 开关控制，实现压力机的基本动作如杆件推移机构的开启等。为了保证杆件液压成形中的封口控
11、制、内压力控制、侧压缸位移控制、侧压缸推力控制等的实现。这种控制方式多用气动泵提供液压油，能够满足压力机移动工作台控制的基本要求，其优点是原理简单、实用，且成本低。其缺点是顶起缸下落速度无法控制，工作台下落速度如果太快，容易产生冲击，损坏工作台精定位装置；同时，夹紧器夹紧和顶起缸落下同时动作存在安全隐患，如果移动工作台下有厚铁片等硬物，顶起缸虽然落下，但工作台并未完全落在底座上，此时夹紧器夹紧就会损坏工作台。为了解决夹紧器夹紧和顶起缸落下同时动作这个问题，在夹紧器下腔回油杆路中增加一个二位三通电磁阀和一个单向阀。夹紧器放松时，液压油经单向阀进入夹紧器下腔，二位三通电磁阀不起作用；当移动工作台落
12、下时，二位三通电磁阀得电关闭夹紧器下。主缸、侧压缸、平衡缸的力、位移、内压力等均可在工控机显示屏上显示或打印。4结论研制的计算机控制杆件液压成形液压压力机，可以实现对增压缸的输出高压，侧压缸进给密封，侧缸进给位移量，侧压缸推力，平衡缸位移量，平衡缸平衡力等的工控机控制，可以根据内压力大小来调节侧压缸进给量的大小，还可以实现保持内压力不变而侧压缸进给、保持侧压缸进给不变而内压力变化等特殊工况，满足了杆件液压成形工艺的要求。安装在压力机上的多个压力传感器、位移传感器保证了成形过程中参数的实时显示。从初步的试验结果来看，该压力机具备了杆件液压成形压力机功能，能够实现工控机对该设备的良好控制，为国内生
13、产制造同类型大吨位的设备提供了良好的参考。参考文献1郑再象,辛文秀,樊黎霞.复杂管件液压成形设备液压控制系统的设计J.机械工程与自动化,2006,(6):88-91.2朱云源,杆建峰.专用压力机的设计J.常熟高专学报,1999,13(2):101-104.3王旭,朱新庆.机械压力机移动工作台的液压夹紧顶起回路分析J.液压气动密封2005,(4):24-25.4张树生,晁鲁强,程 林.基于液压控制系统的自动U型弯管机的设计J.机械工程与自动化,2004,33(5):26-28.5王文红,左继承.半自动液压弯管机及其PLC控制J.新技术新工艺,2006, 10-12.6王野牧.自动液压夹紧器及其液压控制系统设计J.机床与液压,2005,(2):111-112.7李淑梅,董 蔷,刘保全,姜一民.弯管机夹头装置的设计和应用J.石油工程建设,2004,30(5):44-47.8周小鹏,周 雄.伺服滑台的液压控制系统的设计J.液压与气动,2006,(5):6-7.9陈千平,李建更,阮晓钢,孙 亮,于建均.位移液压伺服系统控制器的设计与实现J.计算机测量与控制,2006,14(8):1041-1043.10欧阳国强,杨德良,卢 华.不同径三缸串联同步升降液压系统的设计J.液 压与气动,2006,(6): 5-6.5
