金属塑性成形多向数控液压机制造技术

本发明专利技术主要公开了一种金属塑性成形多向数控液压机，在受力机架上安装有一个垂直主工作缸和两个水平缸和一个顶出缸；向下冲程的垂直主工作缸内部复合有冲孔缸，两个水平缸分别是相向冲程的左、右水平缸，其各自复合有快速缸；顶出缸位于垂直主工作缸的下方，为倒装缸动式结构；各个缸体受控于液压控制系统。本发明专利技术由油泵直接传动，数控闭环伺服控制，同时在轴向和横向加载，成形出不同方向带枝牙状或空腔类等整体结构复杂的高精度零件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属塑性成形液压机
，特别涉及一种采用油泵直接传动和数 控闭环伺服控制的，可同时实现多向、等温、精密成形的多功能和高性能的数控液压机。
技术介绍
迄今为止，现有的金属塑性成形液压机大多是作为针对某一种工艺对象和单一功 能的压机而设计的，工艺范围窄，压机性能低。如多向模锻液压机一般为水泵-蓄势器传动，很难实现高精度的自动化控制；有 的虽采用了油泵直接传动，但没有实现工作缸的数字伺服控制，多向成形的多工作缸的力 能参数互不关联，不能实现数控同步闭环控制；等温锻造在自适应精密成形技术方面仍然 没有重大突破；有的将工控机和PLC控制的液压机与数控液压机相混淆，将带有数字传感 器的速度闭环控制，或具有故障诊断分析功能的液压机，错误地解读为智能的、数控的液压 机。这些单一功能和有限性能的液压机用于多向、异型的复杂产品的精密塑性成形 时，难以同时成形出各个方向上的形状要求，所以常需采用十几道工序才能完成。不同批次 的产品成形误差分布状态离散，精度低，而且切削加工量大，金属流线被切断，造成应力集 中，影响产品强度和刚度。因此，有别于上述，本专利技术是将油泵直接传动和数控闭环伺服控制技术、多向加载 技术和等温精密成形技术集成为一体，研制一台12. 5MN金属塑性成形多向数控液压机，可 广泛适用于民用、兵器工业、船舶、航天飞行器、航空飞机等复杂难成形产品的多向挤压和 模锻、等温模锻、等压下量锻造、等锻比锻造、精密锻造、超塑性成形等多种金属塑性柔性复 合成形工艺，实现该类零件的近净成形。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种金属塑性成形多向数控液压机，由油泵直接传动， 数控闭环伺服控制，同时在轴向和横向加载，成形出不同方向带枝牙状或空腔类等整体结 构复杂的高精度零件。本专利技术的另一目的是提供一种金属塑性成形多向数控液压机，对温度敏感的低塑 性材料成形时，实现成形过程中的温度精确控制，提高一次变形量，成形出高性能的零件。本专利技术还有一个目的是提供一种金属塑性成形多向数控液压机，由上位工业控制 计算机(IPC)和可编程逻辑控制器(PLC)两级控制，实现远程控制和本地操作。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下金属塑性成形多向数控液压机，在受力机架上安装有一个垂直主工作缸和两个水 平缸和一个顶出缸；向下冲程的垂直主工作缸内部复合有冲孔缸，两个水平缸分别是相向 冲程的左、右水平缸，其各自复合有快速缸；顶出缸位于垂直主工作缸的下方，为倒装缸动 式结构；各个缸体受控于液压控制系统。所述的液压控制系统中包括连接垂直主工作缸的主缸集成控制阀块、连接左水平 缸的左水平缸集成控制阀块、连接右水平缸的右水平缸集成控制阀块、连接顶出缸的顶出 缸集成控制阀块和泵头集成控制阀块、油箱、主泵；主泵从油箱吸入的油经过泵头集成控制 阀块分流至各个缸体集成控制阀块进入缸体中；垂直主工作缸的主工作缸轴和两个水平工 作缸的水平工作缸轴为数控液压缸轴。所述的受力机架为高强度钢板焊接而成，包括前后两块“口”字形主受力板、上梁、 下梁、箱形立柱；上梁和下梁上下水平放置，箱型立柱位于上梁和下梁之间，左右设置各一， 主受力板盖住前后两面；在受力机架的下梁上面固定有工作台。所述的垂直主工作缸包括主工作缸、主活塞杆、冲孔活塞杆、压法兰；主工作缸为 一个法兰缸体，固定在主垫板上；活动于主工作缸内的主活塞杆为中空部件，中空腔体作为 冲孔缸，冲孔活塞杆活动于冲孔缸中；固定在主活塞杆上的压法兰连接滑块。所述的左、右水平缸结构相同，各自包括水平缸体、水平活塞杆、快速活塞杆、导 杆；水平缸体为通孔缸体，安装在箱形立柱上，水平缸体的一端通过法兰贴合箱形立柱定 位，另一端通过固定件与箱形立柱固定；中空的水平活塞杆位于水平缸体内，中空腔体内部 安装快速活塞杆；缸体盖紧固在固定件上；导杆与水平活塞杆连接成一体，导杆上套有挡 臂，挡臂位于导套中导向。所述的顶出缸为倒装缸动式结构，包括顶出缸体、顶出活塞杆、双台阶拉杆、小横 梁；顶出缸体的法兰固定在受力机架的下梁，顶出缸体为通孔缸体，顶出活塞杆位于顶出缸 体内，顶出活塞杆的下端通过螺母固定有小横梁上，小横梁套固在双台阶拉杆一端，双台阶 拉杆的另一端插固在下梁上。所述的液压控制系统中，还包括由控制泵和保压泵构成的辅助泵；各个控制阀块 都采用二通插装阀；主缸集成控制阀块和左、右水平缸集成控制阀块分别采用高频响电液 比例伺服阀，连接在各自的数控液压缸轴上；辅助泵中的控制泵连接高频响电液比例伺服 阀的驱动，保压泵为垂直主工作缸和两个水平缸保压。所述液压控制系统受控于电气控制系统，电气控制系统是由IPC和PLC控制中心 两级联级控制。所述垂直主工作缸、左水平缸、右水平缸位移通过传感器分别构成位置伺服闭环 控制系统；由PLC采集位置数字量信号，反馈到HNC，和给定位置信号进行比较，由高频响比 例阀根据所得偏差信号进行输出调节。另外，还具有管状电阻加热装置作用于锻模中，所述的锻模的安装安装于滑块上， 下模安装在工作台上。采用本专利技术的技术方案后，克服了传统金属塑性成形液压机轴向单一、分步加工 的重大难题，而且多向成形的各个工作缸相互关联，真正实现数控同步闭环控制，自动化水平高，工序简化。本专利技术的液压机将液压数控轴(HNC)的控制概念和数控装置引入到液压机油缸 的控制系统中，将垂直主工作缸和两个水平缸作为独立的数控液压缸轴，构成了液压数控 闭环伺服控制和同步控制系统，以计算机液压数控多轴联动程序加载为基础，逻辑动作由 PLC控制中心控制，各缸轴的速度、位移、压力通过HNC实行编程控制，按主轴垂直加载、左 水平轴加载、右水平轴加载的先后顺序，可组合5种以上加载方式。与其它逻辑控制的油缸组合，具有多向加载、上中心冲孔、下中心冲孔、顶出、拉伸液压垫等步进和连续进给功能。 实现复杂型腔构造的难成形产品的多向挤压和模锻、等温模锻、等压下量锻造、等锻比锻 造、精密锻造、超塑性成形等多种金属塑性柔性复合近净成形工艺。本专利技术中垂直主工作缸和两个水平缸都采用了复合式结构。较传统做成两个独立 缸体相比，不仅结构、线路简化，而且能保证设备制造精度，刚度提高，使得液压机整体的稳 定性得到提升。另外，本专利技术中的受力机架是根据刚度原则，采用非线性有限元分析软件进行结 构优化设计和应力场、位移场分析而成，所以将模具变形降低至最小程度，提高成形零件的 精度。各个控制阀块都采用二通插装阀，以提高系统的响应能力，实现系统柔性升压、升 速，启闭瞬间的动作差可以实现平稳柔性换向，降低振动和噪音，并有助于对外泄漏的控 制。主缸集成控制阀块和左、右水平缸集成控制阀块分别采用高频响电液比例伺服阀，连接 在各自的数控液压缸轴上，除实现加载力设定与保护外，还可由该比例压力阀和比例换向 阀一起构成卸压系统，按给定卸压曲线实现系统柔性卸压。附图说明图1是本专利技术较佳实施例的总体结构图；图2是本专利技术较佳实施例的安装在受力机架结构示意图；图3是本专利技术较佳实施例的垂直主工作缸的结构图；图4是本专利技术较佳实施例的左水平工作缸的结构图；图5是本专利技术较佳实施例的顶出缸的结构图；图6是本专利技术较佳实施例的液压控制系统的示意图；图7是本专利技术较佳实施例的PLC控制中心的示意图；图8是图7中Al控制箱功能模块图；图9本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于：在受力机架上安装有一个垂直主工作缸和两个水平缸和一个顶出缸；向下冲程的垂直主工作缸内部复合有冲孔缸，两个水平缸分别是相向冲程的左、右水平缸，其各自复合有快速缸；顶出缸位于垂直主工作缸的下方，为倒装缸动式结构；各个缸体受控于液压控制系统。

【技术特征摘要】
1.金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于在受力机架上安装有一个垂直主工作 缸和两个水平缸和一个顶出缸；向下冲程的垂直主工作缸内部复合有冲孔缸，两个水平缸 分别是相向冲程的左、右水平缸，其各自复合有快速缸；顶出缸位于垂直主工作缸的下方， 为倒装缸动式结构；各个缸体受控于液压控制系统。2.如权利要求1所述的金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于所述的液压控制 系统中包括连接垂直主工作缸的主缸集成控制阀块、连接左水平缸的左水平缸集成控制阀 块、连接右水平缸的右水平缸集成控制阀块、连接顶出缸的顶出缸集成控制阀块和泵头集 成控制阀块、油箱、主泵；主泵从油箱吸入的油经过泵头集成控制阀块分流至各个缸体集成 控制阀块进入缸体中；垂直主工作缸的主工作缸轴和两个水平工作缸的水平工作缸轴为数 控液压缸轴。3.如权利要求1所述的金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于所述的受力机架 为高强度钢板焊接而成，包括前后两块“口”字形主受力板、上梁、下梁、箱形立柱；上梁和下 梁上下水平放置，箱型立柱位于上梁和下梁之间，左右设置各一，主受力板盖住前后两面； 在受力机架的下梁上面固定有工作台。4.如权利要求1所述的金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于所述的垂直主工 作缸包括主工作缸、主活塞杆、冲孔活塞杆、压法兰；主工作缸为一个法兰缸体，固定在主垫 板上；活动于主工作缸内的主活塞杆为中空部件，中空腔体作为冲孔缸，冲孔活塞杆活动于 冲孔缸中；固定在主活塞杆上的压法兰连接滑块。5.如权利要求1所述的金属塑性成形多向数控液压机，其特征在于所述的左、右水平 缸结构相同，各自包括水平缸体、水平活塞杆、快速活塞杆、导杆；水平缸体为通孔缸体，安 装在箱形立柱上，水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治民，于建民，王强，张宝红，张星，李保成，崔亚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]