通用充液拉深模架型式的充液拉深装备（哈尔滨工业大学１５０００１）康达昌郎利辉孟晓峰摘要本 文开发研制了一种新型超高压通用充液拉深装备。介绍了它的总体方案设计、通用充液模架结构特 点、液压系统和自控系统及使用情况。关键词充液拉深装备通用模架１前言先进的加工制造技术是 现代工业的基础，其重要性不言而喻。充液拉深是金属板料成形领域里新发展起来的一种先进、实 用的加工工艺，受到各国普遍关注。充液拉深的基本原理是：在凹模腔里预先充满液体，当拉深凸 模压迫板料进入凹模时，便使液体在凹模腔里建立起高压，将板料紧紧压贴到凸模上，形成有利的 摩擦保持效果，改善了板料在凸模转角处的受力状态；另外，凹模里的液体要从凹模表面与板料之 间向外挤出，形成有效的流体润滑。这样一来，成形极限便能大幅度提高，而且可以提高零件质量 。这项工艺于５０年代就有原理性实验研究，证实了它的可行与先进性，但由于超高压液压系统上 一系列工程实践问题未获解决，直到７０年代末至８０年代初才开始真正工业应用，发展速度加快 。一些工业发达国家如德国、瑞典、日本、美国都竞相推出了各种规格的充液拉深专用设备，并都 形成了系列定型产品［１，２］。其中，日本发展尤快。１９８２～１９８３年，全日本仅有几台 充液拉深专用设备投入实际使用，而到了１９８７年便扩大到５０多台投入工业应用。进入９０年 代，日本丰田汽车厂已建成了以４００００ｋＮ超级大型充液拉深机为中心的冲压生产线，成形重 达７ｋｇ，平面尺寸９５０ｍｍ×１３００ｍｍ的大型板金覆盖件，引起世人关注［１，３］。但 上述充液拉深专用设备价格十分昂贵，不仅我国一般企业不敢问津，就是在工业发达国家推广起来 也绝非易事。所以，在发展上述充液拉深专用设备的同时，国外在通用压力机的改造上也投入很大 力量，取得了一些成果，发表不少专利结构。这里，介绍的是我校（针对通用压机）研制开发的（ 超高压通用充液模架型式的）充液拉深工艺装备。２总体方案的选择根据对调查所掌握的情况的分 析、论证，认为选择仿制先进工业国的专用充液拉深设备的方案弊多利少。这是由于其一，专用充 液拉深设备的超高压液压元器件多为各厂家的专利，自家垄断，无处可买；如果我们自行开发研制 超高压液压元器件，不仅费力，费时，而且费钱，要增加研制费用。其二，专用充液拉深设备造价 高，普及推广将十分困难，不利于科研成果迅速转变为生产力。当前，产品的研究应更适应、符合 我国国情，面向我国市场。所以，选择走通用压力机改造的路，即选择了使用量大面广的单动液压 机为对象进行开发研制充液拉深装备。用单动液压机实现充液拉深已有专利发表，它是在单动液压 机的活动横梁或上横梁上另外加装压边缸。在活动横梁上加装压边缸，会降低液压机主滑块的工作 压力；在上横梁上加装压边缸，会加大立柱的负载，而且这两种改造方案都不简便易行。在借鉴了 我国推广精冲新工艺的成功经验的基础上，决定采用在单动液压机上安装通用充液拉深模架的方案 。此方案勿须对液压机作重大改动，仅在主滑块上附加一个位移传感器，而实现压边的油缸则设置 、安装在通用模架中。除了通用充液拉深模架外，还有两大部分，即液压系统和微机自控系统。全 套充液拉深工艺装备如图１。３通用充液拉深模架通用充液拉深模架由上下两块模板、导柱导套、 超高压充液室、压边垫板及压边油缸组成。拉深时，再安装上相应的工作凹模、凸模及压边圈便可 工作。超高压充液室用韧性较好的材料５ＣｒＮｉＭｏ制作，耐压按１００ＭＰａ设计。压边油缸 设计成独特的新结构，它是针对压边圈的工作特性而特别开发研制的（正申请专利）。其最大优点 是高效节能。以本设计为例，如果采用标准油缸，其动力泵电机功率达５０ｋＷ，而采用本设计， 仅为１０ｋＷ，节能效果非常显著。压边油缸的工作特性是空行程很大，工作行程极小（理论工作 行程为零，即理论流量为零）。针对这一工作特点，我们把油缸内壁设计成阶梯形状，其上部空行 程段，油缸内径加大，活塞与缸壁不接触，油缸上下两腔互相连通，变为柱塞缸；仅在下部工作行 程段活塞才与缸壁相接触，油缸上下两腔互相隔开，成为活塞缸。当压边圈空行程下行时，下腔油 经过侧壁间隙自动向上腔补充油液，依靠液体的这种“内循环”，达到减少泵供油流量，节省能量 的目的。回程时，活塞一旦离开工作段，便立刻变成柱塞缸，实现快速返回。经过两年使用证明， 效果相当理想。应该顺便指出，这一新型式油缸在很多与压边类似工作特性的机构中都有着广阔的 应用前景，它具有较大的普遍意义。４液压系统本装备的液压系统包括压边缸、充液室及初期液压 三部分。压边缸与充液室两路中设有可进行微机实时控制的比例减压溢流阀。同时装有为实现闭环 控制的检测与反馈用的压力传感器。压边缸系统按最大压边为１０００ｋＮ设计，系统压力为０～ ２５ＭＰａ。充液室为超高压部分，如前所述，充液室耐压力１００ＭＰａ，系统工作压力为０～ ７０ＭＰａ。由于没有大流量超高压比例溢流阀，最大的比例溢流阀只有３１．５ＭＰａ，为此在 系统中特别设置了一个减压器，其高压端按耐压１００ＭＰａ设计，容积要满足拉深最大零件的排 液量。减压比为３∶１。这样，便可在其低压侧安装普通的比例溢流阀，实现充液室的超高压控制 。为了实现强制增压，建立必需的初期液室压力，这个系统中还单独设有压力最大为６０ＭＰａ的 油路。５微机闭环控制系统本装备有两套控制系统，一套控制充液室的压力，另一套控制压边力。 控制信号均由计算机根据设定的压力－行程曲线给出。凸模行程由直线感应同步器及数显表给出， 计算机将数显表显示的行程数经并行口采进。控制系统总体结构见图２。图２充液拉深计算机控制 系统总体结构图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｏｖｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒｔｏｆＣＮＣｓｙｓ ｔｅｍｉｎｈｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｅｅｐｄｒａｗｉｎｇ．经两年使用证明，这套充液拉深装 备柔性大，改变工艺参数容易；工作稳定，图３为利用该充液拉深装备成形的部分零件。其中，深 抛物线曲面零件可一次成形。筒形件的ＬＤＲ值可达２．６１。零件表面光洁，质量明显提高。图 ３利用本装备成形的部分零件实物照片Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｓｏｍｅｐａ ｒｔｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂｙｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．６小结采用通用充液拉深模架 及普通单动液压机实现充液拉深是比较符合国情和实用的，更有利于科研成果转化与推广；本文介 绍的新原理、新结构的压边缸，具有高效节能特点，工作可靠。对短工作行程类的机械、机构，具 有普遍意义，可进一步推广应用；采用减压器是实现超高液压实时控制的有效途径之一；强制增压 系统保证了必要的初期液室压力，对成形工艺非常重要；采用计算机控制液压系统使工艺装备具有 较大柔性，有利于复杂件成形。参考文献１中村和彦．金属薄板的对向液压成形法．プレス技术． １９８７，２５（９）：１０１２Ｔｉｒｏｓｈｅｔｃ．Ｏｎｒｅｃｎｅｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎ ｄｅｅｐｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｆｌｕｉｄ－ｐｒｅｓｕｒｅａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏ ｄｓ．５ｔｈＩＣＴＰ：７０７３Ｋ．ＮａｋａｍｕｒａａｎｄＴ．Ｎａｋａｇａｗａ．Ｓｈｅｅ ｔｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇｗｉｔｈｈｙｄｒｏｌｉｃｃｏｕｎｔｅｒｐｒｅｓｕｒｅｉｎＪａ ｐａｎ．ＡｎｎａｌｓｏｆｔｈｅＣＩＲＰ．１９８７，３６：１９１ＴＨＥＨＹＤＲＯＤＹＮＡ ＭＩＣＤＥＥＰＤＲＡＷＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＷＩＴＨＧＥＮＥＲＡＬＨＹＤＲＯＤＹＮＡ ＭＩＣＤＥＥＰＤＲＡＷＩＮＧＤＩＥＳＥＴＳＫａｎｇＤａｃｈａｎｇＬａｎｇＬｉｈｕｉＭｅ ｎｇＸｉａｏｆｅｎｇ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１５０００ １）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｗｍｏｄｅｌｏｆｇｅｎｅｒａｌｓｕｐ ｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃＤｅｐＤｒａｗｉｎｇ（ＨＤＤ）ｅｑｕｉｐ－ ｍｅｎｔｉｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｔ＇ｓｏｖｅｒａｌｐｌ ａｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｄｉｅｓｅｔｓｗｉｔｈｆｌｕ ｉｄｉｎｓｉｄｅ，Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍ，ＣＮＣｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｘｐ ｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔａｒｅｄｅｖｉｓｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＨｙｄｒｏｄｙｎａ ｍｉｃｄｅｅｐｄｒａｗｉｎｇ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｇｅｎｅｒａｌｄｉｅｓｅｔ通用充液拉 深模架型式的充液拉深装备$哈尔滨工业大学@康达昌@郎利辉@孟晓峰充液拉深,装备,通用模 架本文开发研制了一种新型超高压通用充液拉深装备。介绍了它的总体方案设计、通用充液模架结 构特点、液压系统和自控系统及使用情况。１中村和彦．金属薄板的对向液压成形法．プレス技术 ．１９８７，２５（９）：１０１２Ｔｉｒｏｓｈｅｔｃ．Ｏｎｒｅｃｎｅｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉ ｎｄｅｅｐｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｆｌｕｉｄ－ｐｒｅｓｕｒｅａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈ ｏｄｓ．５ｔｈＩＣＴＰ：７０７３Ｋ．ＮａｋａｍｕｒａａｎｄＴ．Ｎａｋａｇａｗａ．Ｓｈｅ ｅｔｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇｗｉｔｈｈｙｄｒｏｌｉｃｃｏｕｎｔｅｒｐｒｅｓｕｒｅｉｎＪ ａｐａｎ．ＡｎｎａｌｓｏｆｔｈｅＣＩＲＰ．１９８７，３６：１９１，最大的比例溢流阀只有 ３１．５ＭＰａ，为此在系统中特别设置了一个减压器，其高压端按耐压１００ＭＰａ设计，容积 要满足拉深最大零件的排液量。减压比为３∶１。这样，便可在其低压侧安装普通的比例溢流阀， 实现充液室的超高压控制。为了实现强制增压，建立必需的初期液室压力，这个系统中还单独设有压力最大为６０ＭＰａ的油路。５微机闭环控制系统本装备有两套控制系统，一套控制充液室的压力，另一套控制压边力。控制信号均由计算机根据设定的压力－行程曲线给出。凸模行程由直线感应同步器及数显表给出，计算机将数显表显示的行程数经并行口采进。控制系统总体结构见图２。
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