内高压成型设备液压控制系统研究

　　0 引言

　　内高压成型( InternalHigh-pressure Forming,IHF)工艺原理是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成型,用内高压成型可以一次成型出沿着构件的轴线截面不同的复杂零件。内高压成型具有诸多的优点,可以减少模具、降低生产成本、缩短加工周期、提高成型零件的精度、降低生产成本、提高强度和刚度,尤其是提高疲劳强度等[1,2]。内高压成型技术之所以在近年来得到了迅速的发展,与其有广泛的应用背景有着密切的关系。管件内高压成型广泛适用于制造航空、航天和汽车领域的各种异形的空心构件如沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异形截面的空心构件,其典型零件主要有汽车的排气系统异形管件、非圆截面空心框架如副车架、仪表盘支架、车身框架和空心轴类件、凸轮轴、飞机用曲轴等。内高压成型工艺原理如图1所示[3]。其基本工艺过程为:首先将管坯1放在下模2内,然后闭合上模3,将管的两端用水平冲头4和5密封,并使管坯内充满液体,在加压胀形的过程中,两端的冲头同时向内推进补料,这样在内压和轴向力的联合作用下使管坯贴靠模具而形成所需的工件。

　　工艺和设备是相辅相成的,设备是工艺的基础,工艺是设备的继续和功能的体验,没有好的设备作为基础,再好的工艺、再好的技术也难以实现。现已开发和研制了一台内高压成型装备,它由4部分组成:机械和模架、液压系统、计算机自动控制系统和超高压压力源,在这里主要研究液压控制系统以及试验研究。

　　由图1可知液压系统主要实现控制管件两端冲头的推力液压缸驱动和内高压生成,采用了增压缸产生高压,这里的主要控制量即为两个侧推力缸的位移和内高压的压力,下面来研究这两个控制量的控制方式。

　　1 内高压成型设备液压系统控制方式研究

　　液压系统主要由油源系统、电液伺服阀控液压缸(包括位置和压力两个系统)、测量反馈系统和计算机控制系统组成。

　　根据功能分析可以得出,内高压成型过程中,液压控制系统主要用来驱动侧推力缸的移动和内压的生成,并且要保证此两者之间的伺服关系。一般来说,液压控制系统需要实现以下的功能:

　　(1)对内高压进行实时控制;

　　(2)对侧推力缸位移进行实时控制;

　　(3)内高压最高压力为300MPa,系统液压最大压力为25MPa;

　　(4)侧推力缸最大推力1500kN,液压压力最大为25MPa;

　　(5)侧推力缸位移控制精度为011mm;

　　(6)内压力控制精度为015MPa。

　　在内高压成型过程中,为了使管件在增压、补料过程中不破裂、起皱或增厚,必须控制内高压和补料位移之间保持一定的对应关系。表1是在一变径管内高压成型工艺实验中,管件内压和凸模补料位移之间保持的一组目标值,即一组实际的压力位移控制量。