液压设备传统实用化改造研究
液压成形的实用化与迅速发展,很大程度上取决于专用设备的开发与普及.美国、日本及一些欧洲都已开发出了专业的液压成形设备.国际上能够提供成套技术与设备的制造商多数集中在欧洲.其中,以德国舒勒公司、SPS公司和瑞典AP&T公司为主要代表.此外,还有日本的川崎油工,美国的ITC、Hydro Dynamics Technology,德国的Grabener Maschinentechnik、S.DUNKES,加拿大的ValiantMachine&Tool等公司.哈尔滨工业大学是国内早开展液压成形技术研究和设备研制的单位,燕山大学、上海交通大学等高校也相继开展了此技术的研究.
本文所改造的液压机为合肥锻压机床总厂的YH28-100/180-SM双动薄板拉伸液压机,它主要用于不锈钢及其它各种金属薄板的拉深成形,具有结构紧凑、速度快、效率高等特点,有较先进的液压和控制系统,操作方便,功能齐全.该机有独立的动力机构和电气系统,并采用按钮集中控制,可实现调整、半自动、自动三种工作方式,液压系统采用二通插装阀,结构紧凑,安装维修方便,动作灵敏可靠,传动效率高,密封性能好.
该机拉伸油缸采用缸,速度可达280mm/s,拉伸力可达1000KN,压边力可达800KN,速度和压力都可在规定范围内调节,用户可根据需要把拉伸速度和压边力选择到佳工作状态,可拉深出质量较高的不锈钢等各种制品,是薄板拉深的理想设备.
液压室供油系统要求满足液压成形的工艺要求,同时系统不会过于复杂.现设计其液压原理如图1所示.其动作说明如下:电机启动,泵来油经换向阀中位流回油箱,泵卸荷.当1DT通电时,油经过换向阀、单向阀进入注油板将板料压入凹模而成形.在成形的末期,1DT断电,2DT通电,油经过增压缸进入注油板,在超高压的作用下,板料进一步紧贴凹模而成形其小圆角.该液压系统中的关键是变频器5与增压缸10.
在液压成形中,根据工艺的需要,液压系统提供给液压室的工作流量和工作压力应该是不断变化的,因此液压系统所消耗的功率也应该是随着工作流量和工作压力的变化而不断变化的.液压泵是液压系统的动力源,液压机中的液压泵大多是定量泵,拉深工序中不同动作所需的液压油工作流量和压力是通过一系列阀门及相关回路来调节的.由于泵的流量一定,也就意味着在工作周期的各个阶段其流量均为大工作流量,在不需大工作流量的工序上,多余的压力油经溢流阀回路流回油箱,而驱动液压泵的电机始终保持着维持大工作流量时的转速,因此电机所消耗的功率也始终维持在工作周期中的大功率上,造成了大量的电能浪费.在液压回路上加装变频器回路,根据工作周期中所需的压力的变化,利用变频器的变频功能改变驱动电机的电源频率,使周期中的每一个确定的液压工作流量都对应不同的电机转数(频率),使电机的转数根据工作要求的变化而实时变化,从而可达到对液压系统的工作流量和工作压力进行实时控制和节约电能的目的.增压缸是在成形的后阶段为成形工件的小圆角而为液压室提供高压的一种措施.由于所需压强较高,一般的液压元件难以满足,若整个系统采用超高压泵和耐高压液压元件,势必会增加制造成本,所以采用了增压缸来满足成形后期所需的高压.
由于在加工前后注油板需要升降,所以我们的成形力液压系统采用了软管与注油板相连接.
除了液压元件之外,还用到了两支压力传感器.一支是用于测量成形力大小的,是北京昆仑海岸传感技术中心压力传感器,型号为AK-4,量程为60MPa,该传感器安装在成形力液压系统出油回路上;另一支是用于测量压边力大小的,是Senex压力变送器,型号为DG1300,量程为25Mpa,该传感器安装在液压拉伸机的压边力控制回路上.
在液压成形过程中,由于需要很高的液压,因此,本文采用组合密封的形式.组合密封通常由一个聚四氟乙烯制造的主密封环和一个辅助弹性密封元件组成,属接触型自紧式密封.弹性密封元件一般采用O形圈,安装时,主密封环和弹性体密封环放置于同一沟槽中,并给弹性密封环一定的压缩量.由于弹性密封环受压缩产生的初始应力作用在聚四氟乙烯环上,既阻止了低压流体可能通过,同时通过主密封环把接触力传递到主密封环与金属接触表面之间的通道,起到初始密封的作用.当密封压力增加时,流体压力把O形密封环推向低压侧,与槽壁紧密接触.在高压流体作用下,O形圈发生变形,并挤压四氟乙烯主密封环,使主密封环与金属表面的接触应力增加.流体的压力越高,挤压应力也就越大,以此达到自紧式密封的作用.
密封组合大多用于液压缸密封.但液压成形所需密封形式不同于液压缸密封,因此在用于液压成形的密封时,其安装形式需要改变,但其密封原理仍然不变.本文采用聚四氟乙烯环与O形圈组合,此种密封结构又称斯特封,耐压程度达60MPa.
至此,对传统液压成形设备改造完毕.在液压成型过程中,液压系统的压力设定、控制和密封对于板料成形的影响较大,而且各参数之间有很多组合,加上液压系统在成形瞬间对模具的冲击,振动等对板料的成形也有很大的影响,因此对一种零件的板料成形,其各参数的确定都比较困难.目前为得到一种具体零件的液压成形过程中液压系统各参数的设定都采用反复试验的办法,既繁琐又不经济.利用该系统的动态特性进行动态仿真,分析一些主要的参数对板料成形性能的影响,可以在模拟之中得到液压系统各参数变化对成形工艺的影响,并获得所需参数.对液压系统的仿真可以使设计人员在设计阶段预测机器的性能,避免因重复试验及加工所带来的昂贵费用,可以优化系统的设计,提高机器的整体性能.为解决传统液压系统中液压油对液压系统的冲击和振动问题提供依据.
