本發(fā)明涉及一種內(nèi)高壓成形機(jī)，特別是一種脹形壓力脈動(dòng)加載的管材液壓成形機(jī)。

背景技術(shù)：

內(nèi)高壓成形技術(shù)是用于生產(chǎn)復(fù)雜截面薄壁金屬構(gòu)件的一種先進(jìn)的、特殊的、精密(半精密)的凈成形技術(shù)，是一種實(shí)現(xiàn)零部件結(jié)構(gòu)整體化和輕量化的先進(jìn)等材制造技術(shù)，具有成本低、工序少、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、家電等領(lǐng)域。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)多通油管，汽車的排氣管、副車架、底盤等，空調(diào)內(nèi)的多支銅管，均以內(nèi)高壓成形方法逐漸替代傳統(tǒng)方法成形。該項(xiàng)技術(shù)的基本工藝流程為:首先對(duì)胚料進(jìn)行預(yù)處理，然后將管坯置于下模內(nèi)正確位置，上模閉合鎖模；軸向進(jìn)給缸驅(qū)動(dòng)沖頭密封管坯的端部，同時(shí)沖頭充液孔中排出的液體成形介質(zhì)排盡管內(nèi)空氣；隨后兩端的沖頭同時(shí)進(jìn)給補(bǔ)料，同時(shí)內(nèi)壓力增大；在壓力和軸向推力的聯(lián)合作用下，管坯貼緊模具內(nèi)腔而成形為所需復(fù)雜形狀的構(gòu)件；成形完成后沖頭退回泄壓，上模開模，取出工件。

加載路徑通常指成形過程中軸向進(jìn)給量與脹形壓力的匹配關(guān)系。加載路徑對(duì)內(nèi)高壓成形產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響，合理的加載路徑能顯著地提高材料的成形性能，避免或減少產(chǎn)品屈曲、破裂、起皺等?，F(xiàn)有的內(nèi)高壓成形機(jī)脹形壓力加載方式多為線性加載。2001年日本學(xué)者T Rikimaru研究發(fā)現(xiàn)，若使管材內(nèi)部的成形壓力按一定的脈動(dòng)方式循環(huán)變化，則可用較小壓力得到足夠的脹形量，并使變形更加均勻，可以延緩破裂的產(chǎn)生。該新技術(shù)簡(jiǎn)稱為管材脈動(dòng)液壓成形技術(shù)，國內(nèi)也稱作波動(dòng)加載內(nèi)高壓成形技術(shù)。該技術(shù)一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究興趣。國外日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)Mori教授、早稻田大學(xué)的Hama教授，國內(nèi)桂林電子科技大學(xué)的楊連發(fā)教授、中國科學(xué)院沈陽金屬研究所的張士宏研究員等開展了相關(guān)研究。日本Mori教授的研究發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)加載方式下，管材在成形過程中會(huì)產(chǎn)生微小皺紋，且皺紋具有反復(fù)產(chǎn)生、脹平的特點(diǎn)，使得管材變形區(qū)壁厚變化更均勻，可有效的預(yù)防產(chǎn)品破裂的產(chǎn)生，因此提高管材成形性能。桂林電子科技大學(xué)楊連發(fā)教授對(duì)脈動(dòng)液壓加載下不銹鋼管的塑性成形過程進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，隨著壓力脈動(dòng)頻率的增加，管材的壁厚分布越均勻，模具的填充性越好。

以上學(xué)者所使用的研究設(shè)備，幾乎都是在傳統(tǒng)內(nèi)高壓成形機(jī)上加裝脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置，或者自制簡(jiǎn)易的脈動(dòng)液壓成形試驗(yàn)裝置。目前，國內(nèi)外鮮有脹形壓力脈動(dòng)加載的內(nèi)高壓成形機(jī)。中國專利CN102182728A公開了一種脈動(dòng)壓力的產(chǎn)生方法，該方法是在密閉的液體容腔中，通過設(shè)置一個(gè)活塞作直線運(yùn)動(dòng)線性加壓、另一個(gè)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生脈動(dòng)壓力的方式獲得預(yù)設(shè)的脈動(dòng)壓力。該方法簡(jiǎn)單易行，所需的設(shè)備成本較低，但該方法沒有詳細(xì)公開是如何控制兩個(gè)活塞按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的，且該方法僅適用于中低壓力的試驗(yàn)研究，不適于較高脹形壓力、較高自動(dòng)化程度的內(nèi)高壓成形機(jī)。中國專利CN102451868A公開了一種波動(dòng)型內(nèi)壓控制加載方式的液壓成形方法，該方法依靠波動(dòng)型油源控制內(nèi)壓,成形出符合要求的產(chǎn)品，工藝范圍包括管材液壓成形、殼體液壓成形、板材液壓成形，油源控制加載方式為正弦波、矩形波、三角波或復(fù)合波形。但該專利僅僅提出了波動(dòng)型內(nèi)壓加載方式，沒有涉及到具體的壓力脈動(dòng)加載內(nèi)高壓成形設(shè)備，也未公開如何具體實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)壓力的產(chǎn)生機(jī)理與控制方式。中國專利CN202123142U公開了一種波動(dòng)加載管材液壓成形超高壓系統(tǒng),該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)成形壓力波動(dòng)加載，并且密封效果好、成形效率高。該專利是通過PID控制器控制先導(dǎo)式比例電磁溢流閥的溢流壓力，并通過壓力傳感器閉環(huán)反饋控制實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)，壓力線性加載與脈動(dòng)加載同時(shí)實(shí)現(xiàn)。但此系統(tǒng)增壓缸低壓油輸入端壓力不斷波動(dòng)，造成系統(tǒng)壓力的不穩(wěn)定；普通的先導(dǎo)式比例電磁溢流閥動(dòng)態(tài)性能難以達(dá)到高頻脈動(dòng)要求，同時(shí)長時(shí)間的溢流導(dǎo)致能量利用效率較低。同時(shí)，該專利僅僅公開脈動(dòng)加載液壓系統(tǒng)，對(duì)整機(jī)設(shè)備也未明確說明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的內(nèi)高壓成形機(jī)只能實(shí)現(xiàn)脹形壓力線性加載，不能實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)方式加載的問題，進(jìn)而提出一種以電液伺服閥控制增壓缸常規(guī)線性加載、以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生脈動(dòng)壓力的組合式加載中小型內(nèi)高壓成形機(jī)。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種脹形壓力脈動(dòng)加載的管材液壓成形機(jī)，包括：上橫梁、導(dǎo)柱、快速缸、主缸、活動(dòng)橫梁、上模、軸向進(jìn)給缸和與之?dāng)?shù)量一致的沖頭、工作臺(tái)、機(jī)架、下模、下缸、電氣控制柜、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)按鈕開關(guān)、控制面板、觸摸屏、低壓充液系統(tǒng)、主機(jī)液壓系統(tǒng)、系統(tǒng)油管、增壓缸、壓力變送器、脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置、高壓水管和壓力變送器；

所述脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置包括：伺服電機(jī)、絲杠、滾珠、螺母、沉頭螺釘、連接法蘭、脈動(dòng)缸活塞桿、脈動(dòng)缸缸體、進(jìn)液口高壓?jiǎn)蜗蜷y、壓力變送器、截止閥和出液口高壓?jiǎn)蜗蜷y。伺服電機(jī)與絲杠固定連接；絲杠、多顆滾珠、螺母共同構(gòu)成滾珠絲杠傳動(dòng)副；螺母底座圓周均勻分布多個(gè)通孔，連接法蘭圓周對(duì)應(yīng)位置也分布相同數(shù)量的通孔，通過對(duì)應(yīng)數(shù)量的沉頭螺釘將二者連接；脈動(dòng)缸活塞桿上端部與連接法蘭固定連接，下端與缸體形成可變?nèi)萸唬桓左w兩側(cè)分別連接高壓?jiǎn)蜗蜷y，控制高壓液體單向流動(dòng)；脈動(dòng)液壓缸出液口通過截止閥與壓力變送器連接；

所述主機(jī)液壓系統(tǒng)包括：主機(jī)油箱、主電機(jī)、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、恒壓變量泵、系統(tǒng)溢流閥、至少一個(gè)蓄能器、電液伺服閥、二位四通電磁換向閥和壓力表，主機(jī)油箱裝有液壓油，主電機(jī)通過聯(lián)軸器與恒壓變量泵連接；恒壓變量泵的進(jìn)油口與油箱連接，出油口至系統(tǒng)四通接頭一個(gè)接口；四通接頭另外三個(gè)接口分別與蓄能器、電液伺服閥的進(jìn)油口P、主機(jī)其他油路連接；電液伺服閥的A、B油口分別對(duì)應(yīng)與電磁換向閥的P、T油口連接；電磁換向閥的A、B油口分別對(duì)應(yīng)與增壓缸的中部油口、端部油口連接；

所述低壓充液系統(tǒng)包括：高壓?jiǎn)蜗蜷y、溢流閥、充液電機(jī)、充液泵、過濾器和水箱，水箱中裝有成形液體介質(zhì)；低壓大流量充液泵進(jìn)液口安裝過濾器，出液口向增壓缸快速充液；溢流閥作充液系統(tǒng)安全閥，高壓?jiǎn)蜗蜷y防止增壓缸中的高壓液體反向流入低壓充液泵。

所述圓柱形導(dǎo)柱為4個(gè)，分別穿過活動(dòng)橫梁對(duì)應(yīng)四個(gè)孔，上端與上橫梁固定連接、下端與工作臺(tái)固定連接；主缸為大直徑柱塞缸，兩個(gè)快速缸對(duì)稱分布在主缸左右兩側(cè)；主缸、兩個(gè)快速缸的缸體固定連接在上橫梁下端面，主缸柱塞桿、快速缸活塞桿末端固定連接在活動(dòng)橫梁上端面；上模上端面固定連接在活動(dòng)橫梁下端面中部，下模固定在工作臺(tái)上端面與上模對(duì)應(yīng)位置；軸向進(jìn)給缸為兩個(gè)或三個(gè)，分別固定在工作臺(tái)左、右、后側(cè)，第三個(gè)固定于后側(cè)，沖頭水平連接在其活塞桿端面上；工作臺(tái)固定于機(jī)架上，下缸設(shè)置在機(jī)架內(nèi)；

所述控制面板固定連接在上橫梁上，觸摸屏與按鈕開關(guān)均安裝于其內(nèi)；電氣控制柜固定連接在機(jī)架右側(cè)，PLC(含AD/DA模塊)與伺服驅(qū)動(dòng)器均安裝于其內(nèi)部；

所述增壓缸固定連接在機(jī)架右側(cè)，其低壓腔兩油口、通過系統(tǒng)油管與主機(jī)液壓系統(tǒng)連接，其高壓腔進(jìn)液口通過高壓水管與低壓充液系統(tǒng)連接，其出液口通過高壓水管與脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置連接；壓力變送器插裝在增壓缸出液口處；脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置的出液口與沖頭中的通液孔通過高壓水管連接；

所述按鈕開關(guān)、觸摸屏、低壓充液系統(tǒng)、主機(jī)液壓系統(tǒng)、脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置與壓力變送器分別通過電纜與PLC的輸入或輸出接口連接；伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入端通過電纜與PLC輸出接口連接，其輸出端與脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置中的伺服電機(jī)連接；

所述觸摸屏可手動(dòng)輸入內(nèi)高壓成形壓力加載程序，壓力線性加載部分與脈動(dòng)部分獨(dú)立輸入?yún)?shù)；程序參數(shù)通過PLC處理，分別控制各系統(tǒng)與部件動(dòng)作；電信號(hào)輸入電液伺服閥，通過控制伺服閥的流量來控制增壓缸的進(jìn)給；低壓充液系統(tǒng)補(bǔ)充的液體成形介質(zhì)經(jīng)過增壓缸加壓流入脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置，經(jīng)脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置中的活塞桿循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)加壓形成壓力脈動(dòng)，最終流入管材。增壓缸出口端插裝壓力變送器檢測(cè)壓力，并將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋輸入PLC中，通過PLC中的PID控制器形成壓力的半閉環(huán)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明涉及的中小型內(nèi)高壓成形機(jī)可以實(shí)現(xiàn)成形過程中的脹形壓力常規(guī)線性加載、正弦波脈動(dòng)加載、三角波脈動(dòng)加載、矩形波脈動(dòng)加載以及以上四種加載方式分時(shí)段組合式加載，擴(kuò)大了設(shè)備的成形工藝適用范圍，提高了產(chǎn)品的成形質(zhì)量。

2、本發(fā)明涉及的中小型內(nèi)高壓成形機(jī)脈動(dòng)壓力的頻率和振幅在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且兩參數(shù)相互獨(dú)立調(diào)整。

3本發(fā)明所設(shè)置的壓力脈動(dòng)裝置采用獨(dú)立的電氣控制，不依賴主系統(tǒng)壓力的波動(dòng)或者增壓缸的小幅顫振形成壓力脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4、本發(fā)明使用PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)形成壓力脈動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，使用與維護(hù)較為方便。

4、本發(fā)明涉及的內(nèi)高壓成形機(jī)主機(jī)液壓系統(tǒng)使用恒壓變量泵和蓄能器組合作為動(dòng)力源，保證了主機(jī)液壓系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，減小了電機(jī)裝機(jī)功率，提高了能量利用效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明主機(jī)合模狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖；

圖4為本發(fā)明的脹形壓力控制流程圖；

圖5為本發(fā)明的增壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的脹形壓力正弦脈動(dòng)加載與常規(guī)線性加載對(duì)比曲線圖；

圖8為本發(fā)明的成形壓力矩形脈動(dòng)加載與常規(guī)線性加載對(duì)比曲線圖；

圖9為本發(fā)明的成形壓力三角脈動(dòng)加載與常規(guī)線性加載對(duì)比曲線圖；

圖中：1.上橫梁；2.導(dǎo)柱；3.快速缸；4.主缸；5.活動(dòng)橫梁；6.上模；7.沖頭；8.軸向進(jìn)給缸；9.工作臺(tái)；10.機(jī)架；11.下模；12.下缸；13.電氣控制柜；14.PLC(含AD/DA模塊)；15.伺服驅(qū)動(dòng)器；16.按鈕開關(guān)；17.控制面板；18.觸摸屏；19.低壓充液系統(tǒng)；20.主機(jī)液壓系統(tǒng)；21.系統(tǒng)油管；22.增壓缸；23.脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置；24.高壓水管；25.壓力變送器；26.管材；27.主機(jī)油箱；28.主電機(jī)；29.遠(yuǎn)程調(diào)壓閥；30.恒壓變量泵；31.溢流閥；32.蓄能器；33.電液伺服閥；34.二位四通電磁換向閥；35.壓力表；36.高壓?jiǎn)蜗蜷y；37.溢流閥；38.充液電機(jī)；39.低壓泵；40.過濾器；41.水箱；42.出液口；43.進(jìn)液口；44.高壓腔；45.中部油口；46.活塞桿；47.缸體；48.端部油口；49.伺服電機(jī)；50.絲桿；51.滾珠；52.螺母；53.沉頭螺釘；54.連接法蘭；55.脈動(dòng)缸活塞桿；56.脈動(dòng)缸缸體；57.進(jìn)液口高壓?jiǎn)蜗蜷y；58.壓力變送器；59.截止閥；60.出液口高壓?jiǎn)蜗蜷y。

其中：部件27-35組成圖1中的主機(jī)液壓系統(tǒng)20，部件36-41組成圖1中的低壓充液系統(tǒng)19，圖3中，除與溢流閥37連接的圖標(biāo)為水箱外，其他未標(biāo)注油箱圖標(biāo)均為主機(jī)油箱27。

具體實(shí)施方式

以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，如軸向進(jìn)給缸增多為3個(gè)或以上，改變主缸合模方式、改變?cè)鰤焊?、脈動(dòng)液壓缸的數(shù)量與尺寸，伺服電機(jī)的規(guī)格等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例為脹形壓力常規(guī)線性加載內(nèi)高壓成形，結(jié)合圖1-6說明本實(shí)施方式。

本發(fā)明的一種脹形壓力脈動(dòng)加載的管材液壓成形機(jī)，包括：上橫梁1、四個(gè)導(dǎo)柱2、兩個(gè)快速缸3、主缸4、活動(dòng)橫梁5、上模6、兩個(gè)(或三個(gè))軸向進(jìn)給缸8和與之?dāng)?shù)量一致的沖頭7、工作臺(tái)9、機(jī)架10、下模11、下缸12、電氣控制柜13、PLC(含AD/DA模塊)14、伺服驅(qū)動(dòng)器15、多個(gè)按鈕開關(guān)16、控制面板17、觸摸屏18、低壓充液系統(tǒng)19、主機(jī)液壓系統(tǒng)20、系統(tǒng)油管21、增壓缸22、脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23、高壓水管24、壓力變送器25。

所述脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23包括：伺服電機(jī)49、絲杠50、多顆滾珠51、螺母52、多個(gè)沉頭螺釘53、連接法蘭54、脈動(dòng)缸活塞桿55、脈動(dòng)缸缸體56、進(jìn)液口高壓?jiǎn)蜗蜷y57、壓力變送器58、截止閥59、出液口高壓?jiǎn)蜗蜷y60。所述伺服電機(jī)49與絲杠50固定連接；絲杠50、多顆滾珠51、螺母52組成滾珠絲杠傳動(dòng)副；螺母52底座圓周均勻分布多個(gè)通孔，連接法蘭圓周對(duì)應(yīng)位置也分布相同數(shù)量的通孔，通過對(duì)應(yīng)數(shù)量的沉頭螺釘53將二者連接；脈動(dòng)缸活塞桿55上端部與連接法蘭54固定連接，下端與缸體56形成可變?nèi)萸?；缸體56兩側(cè)分別連接高壓?jiǎn)蜗蜷y57與60，控制高壓液體單向流動(dòng)；脈動(dòng)液壓缸出液口連接截止閥59，截止閥59上連接壓力變送器58。

所述主機(jī)液壓系統(tǒng)20包括：主機(jī)油箱27、主電機(jī)28、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥29、恒壓變量泵30、系統(tǒng)溢流閥31、至少一個(gè)蓄能器32、電液伺服閥33、二位四通電磁換向閥34、壓力表35。主機(jī)油箱27裝有液壓油，主電機(jī)28通過聯(lián)軸器與恒壓變量泵30連接；恒壓變量泵30的進(jìn)油口接油箱27，出油口至系統(tǒng)四通管接頭一個(gè)接口；四通管接頭另外三個(gè)接口分別與蓄能器32、電液伺服閥33的進(jìn)油口P、主機(jī)其他油路連接；電液伺服閥33的A、B油口分別對(duì)應(yīng)與電磁換向閥34的P、T油口連接；電磁換向閥34的A、B油口分別對(duì)應(yīng)與增壓缸22的中部油口45、端部油口48連接。

所述低壓充液系統(tǒng)19包括：高壓?jiǎn)蜗蜷y36、溢流閥37、充液電機(jī)38、充液泵39、過濾器40、水箱41。水箱41中裝有成形液體介質(zhì)；低壓大流量充液泵39進(jìn)液口安裝過濾器40，出液口向增壓缸22快速充液；溢流閥37作充液系統(tǒng)安全閥，高壓?jiǎn)蜗蜷y36防止增壓缸22中的高壓液體反向流入低壓充液泵39。

所述四個(gè)圓柱形導(dǎo)柱2穿過活動(dòng)橫梁5對(duì)應(yīng)四個(gè)孔，上端與上橫梁1固定連接、下端與工作臺(tái)9固定連接；所述主缸4為大直徑柱塞缸，兩個(gè)快速缸3對(duì)稱分布在主缸4左右兩側(cè)；主缸4、兩個(gè)快速缸3的缸體固定連接在上橫梁1下端面，主缸柱塞與快速缸活塞桿末端固定連接在活動(dòng)橫梁5上端面；所述上模6上端面固定連接在活動(dòng)橫梁5下端面中部，下模11固定在工作臺(tái)9上端面與上模6對(duì)應(yīng)位置；所述兩個(gè)或三個(gè)軸向進(jìn)給缸8固定在工作臺(tái)9左、右、后側(cè)(第三個(gè)固定于后側(cè))，沖頭7水平連接在其活塞桿端面上；所述工作臺(tái)9固定于機(jī)架10上，下缸12設(shè)置在機(jī)架10內(nèi)；

所述控制面板17固定連接在上橫梁1右側(cè)，觸摸屏18與按鈕開關(guān)16均安裝于其內(nèi)；電氣控制柜13固定連接在機(jī)架10右側(cè)，PLC(含AD/DA模塊)14與伺服驅(qū)動(dòng)器15均安裝于其內(nèi)部；增壓缸22固定連接在機(jī)架右側(cè)，其低壓腔兩油口45、48通過系統(tǒng)油管21與主機(jī)液壓系統(tǒng)20連接，其高壓腔進(jìn)液口43通過高壓水管24與低壓充液系統(tǒng)連接，其出液口42通過高壓水管與脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23連接；壓力變送器25插裝在增壓缸出液口42處；脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23的出液口與沖頭7中的通液孔通過高壓水管24連接；

所述按鈕開關(guān)16、觸摸屏18、低壓充液系統(tǒng)19、主機(jī)液壓系統(tǒng)20、脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23與壓力變送器25分別通過電纜與PLC14的輸入或輸出接口連接；伺服驅(qū)動(dòng)器15的輸入端通過電纜與PLC輸出接口連接，其輸出端與脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置中的伺服電機(jī)49連接；

所述觸摸屏18可手動(dòng)輸入內(nèi)高壓成形壓力加載程序，壓力常規(guī)線性加載部分與脈動(dòng)加載部分獨(dú)立輸入?yún)?shù)，本實(shí)施例中無脈動(dòng)加載參數(shù)；程序參數(shù)通過PLC14處理，分別控制各系統(tǒng)與部件動(dòng)作；電信號(hào)輸入電液伺服閥33，通過控制伺服閥的流量來控制增壓缸22的進(jìn)給；低壓充液系統(tǒng)19補(bǔ)充的液體成形介質(zhì)經(jīng)過增壓缸22加壓流入脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23；脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23中的活塞桿鎖緊不動(dòng)，高壓成形介質(zhì)最終流入管材26。增壓缸22出口端插裝壓力變送器25檢測(cè)壓力，并將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋輸入PLC14中，通過PLC中的PID控制器形成壓力的半閉環(huán)控制。

本實(shí)施例中，內(nèi)壓力隨加載時(shí)間變化的一次函數(shù)為：

P₀(t)＝10t (0≤t<5)；

P₀(t)＝25t-75 (5≤t<15)；

P₀(t)＝300 (15≤t≤20)。

加工前，在觸摸屏18中輸入成形工藝程序如下表所示：

上表中，時(shí)間點(diǎn)為內(nèi)壓力線性加載的起始點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)；壓力為該時(shí)刻的脹形壓力；脈動(dòng)方式為：0無脈動(dòng)、1正弦波脈動(dòng)、2矩形波脈動(dòng)、3三角波脈動(dòng)；振幅h為對(duì)應(yīng)時(shí)刻脈動(dòng)缸活塞桿46往返運(yùn)動(dòng)的振幅，頻率為活塞桿46往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率。

隨后，將預(yù)處理的管材26置于下模11正確位置，按下控制面板17中的相應(yīng)按鈕開關(guān)16啟動(dòng)半自動(dòng)成形，主缸4驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁5先快速下行，至上模6接近下模11時(shí)轉(zhuǎn)為慢速合模；軸向進(jìn)給缸8快速軸向定位，與此同時(shí)充液系統(tǒng)電機(jī)38啟動(dòng)，泵39排出低壓成形液體依次經(jīng)過增壓缸22與脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23后，進(jìn)入沖頭7中的通液孔；軸向進(jìn)給缸定位到預(yù)定位置后密封管材26各端部，并排盡其內(nèi)部的空氣；隨后軸向進(jìn)給缸8轉(zhuǎn)為慢速進(jìn)給，并按照設(shè)定程序進(jìn)給；進(jìn)給初始時(shí)刻，增壓缸22的高壓腔44處于最大體積狀態(tài)并且充滿低壓液體；主電機(jī)28驅(qū)動(dòng)恒壓變量泵30為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，PLC14根據(jù)設(shè)定程序控制電液伺服閥33的閥芯移動(dòng)，同時(shí)換向閥34閥芯處于右位接通，液壓油從油口38進(jìn)入增壓缸22低壓腔，推動(dòng)活塞桿46向高壓腔44側(cè)移動(dòng)；高壓腔44中的成形液體增壓后依次流過脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23中的單向閥57、60，此時(shí)伺服電機(jī)49處于停機(jī)狀態(tài)，不產(chǎn)生脈動(dòng)壓力；高壓液體最終通過沖頭7中的充液孔進(jìn)入管材26內(nèi)部，在軸向進(jìn)給的配合下使管材26貼緊模具上模6與下模11內(nèi)壁，成形出所需形狀產(chǎn)品。

此成形過程中，可通過調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥29的壓力來控制恒壓變量泵30的輸出壓力；溢流閥31控制主機(jī)液壓系統(tǒng)最高壓力，起到限壓安全作用；蓄能器32在主機(jī)工作間隙吸收液壓油，在成形壓力上升較快時(shí)向電液伺服閥33快速補(bǔ)大流量液壓油，減小電機(jī)28的裝機(jī)額定功率；壓力表35可實(shí)時(shí)顯示增壓缸22低壓腔的壓力，便于設(shè)備操作者實(shí)時(shí)觀測(cè)監(jiān)控成形過程；壓力變送器25實(shí)時(shí)采集增壓缸22高壓腔出液口42的壓力，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋至PLC14中，形成壓力閉環(huán)反饋控制，實(shí)時(shí)控制電液伺服閥33的閥芯移動(dòng)；同時(shí)觸摸屏18上實(shí)時(shí)顯示脹形壓力的變化；高壓?jiǎn)蜗蜷y36防止高壓成形液體反向回流至低壓充液泵39。

內(nèi)高壓成形程序執(zhí)行完成后，軸向進(jìn)給缸8快速退回初始位置，管材26泄壓，快速缸3驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁5快速上行開模，最后取出成形的管材26，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)工件成形。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例為脹形壓力正弦脈動(dòng)加載內(nèi)高壓成形，結(jié)合圖1-7說明本實(shí)施方式。

本實(shí)施例中，內(nèi)壓力加載曲線函數(shù)為：

P₁(t)＝P₀(t)+ΔP·sin(2πω·t)。

式中，P₀(t)為實(shí)施例1中的常規(guī)線性加載曲線，ΔP為脈動(dòng)波振幅，本實(shí)施例取5MPa；ω為脈動(dòng)頻率，本實(shí)施例中取1Hz。

與實(shí)施例2相比不同的是，脈動(dòng)加載方式選擇1，振幅h需要在零件成形前手動(dòng)測(cè)定。因系統(tǒng)只反饋控制常規(guī)線性加載的壓力，脈動(dòng)壓力部分開環(huán)控制，輸入程序?yàn)槊}動(dòng)缸活塞桿振幅h，而非脈動(dòng)壓力振幅ΔP。已知成形介質(zhì)流體力學(xué)屬性，脈動(dòng)缸、高壓水管、管材尺寸等，可通過理論推導(dǎo)計(jì)算出振幅ΔP對(duì)應(yīng)的活塞桿振幅h，但由于假設(shè)過多，系統(tǒng)存在泄露等不可控因素，導(dǎo)致存在較大誤差。因此通過在設(shè)備上手動(dòng)測(cè)定脈動(dòng)缸活塞桿振幅較為準(zhǔn)確。

本發(fā)明為中小型的內(nèi)高壓成形機(jī)，在壓力脈動(dòng)振幅ΔP不變、壓力控制精度要求不高的情況下，可設(shè)定恒定的振幅h值。若成形后發(fā)現(xiàn)壓力振幅ΔP衰減幅度超出要求的壓力控制精度，則可以通過對(duì)比觸摸屏18上記錄的實(shí)時(shí)壓力值，對(duì)脈動(dòng)缸活塞桿振幅h進(jìn)行補(bǔ)償，各時(shí)段起始點(diǎn)設(shè)定不同的振幅，系統(tǒng)根據(jù)起始時(shí)刻的h值，按照線性插值法自動(dòng)確定每一個(gè)脈動(dòng)周期的活塞桿振幅。

手動(dòng)測(cè)定脈動(dòng)缸活塞桿46振幅的方法是：在觸摸屏18中設(shè)定設(shè)備為手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；按下相應(yīng)按鈕開關(guān)16手動(dòng)控制主缸4合模、沖頭7快速定位；在觸摸屏18上手動(dòng)控制增壓缸22點(diǎn)動(dòng)增壓，在保證管材不發(fā)生破裂失效情況下(管材破裂時(shí)壓力有突變)，將理論計(jì)算得出的h值為基準(zhǔn)輸入觸摸屏，然后手動(dòng)控制脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23運(yùn)行，壓力變送器25實(shí)時(shí)采集單向閥60出口壓力并顯示在觸摸屏18上。觀察實(shí)際壓力脈動(dòng)值并與理論值對(duì)比，多次反饋修正，最終確定h的合理值。

本實(shí)施例成形過程與實(shí)施例1相比另一處不同的是，在半自動(dòng)成形過程中，脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置23處于運(yùn)行狀態(tài)，初始時(shí)刻脈動(dòng)缸活塞桿55處于平衡點(diǎn)，高壓液體從增壓缸22進(jìn)入后變?yōu)檎颐}動(dòng)壓力。正弦脈動(dòng)壓力產(chǎn)生的機(jī)理是：PLC14輸出控制電信號(hào)，經(jīng)過伺服驅(qū)動(dòng)器15放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)49轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為正弦規(guī)律變化，最大值根據(jù)脈動(dòng)頻率ω和活塞桿振幅h由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算獲得。伺服電機(jī)49驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿螺母副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，螺母52驅(qū)動(dòng)活塞桿46作上下往復(fù)正弦運(yùn)動(dòng)，使無桿腔壓力脈動(dòng)變化；單向閥57、60防止高壓液體在脈動(dòng)時(shí)反向流動(dòng)，減小干擾；截止閥59在脈動(dòng)加載成形時(shí)開啟，在非脈動(dòng)加載成形時(shí)關(guān)閉，提高壓力變送器58的使用壽命。

實(shí)施例3

本實(shí)施例為脹形壓力矩形脈動(dòng)加載內(nèi)高壓成形，結(jié)合圖1-9、圖8說明本實(shí)施方式。

本實(shí)施例中內(nèi)壓力加載曲線函數(shù)為：

式中，P₀(t)為實(shí)施例1中的常規(guī)線性加載曲線，ΔP為脈動(dòng)波振幅，本實(shí)施例取5MPa；ω為脈動(dòng)頻率，本實(shí)施例中取1Hz。

與實(shí)施例2相比不同的是，在每個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，伺服電機(jī)49均以最大轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)活塞桿46運(yùn)動(dòng)?；钊麠U46從平衡點(diǎn)處快速移動(dòng)至最大振幅h處，暫停一段時(shí)間后下行至平衡點(diǎn)下h處，暫停相同時(shí)快速返回平衡點(diǎn)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例為脹形壓力三角脈動(dòng)加載內(nèi)高壓成形，結(jié)合圖1-6、圖9說明本實(shí)施方式。

本實(shí)施例中的三角波，振幅ΔP＝5MPa，周期ω＝1Hz。與具體實(shí)施方式二相比不同的是，在每個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，伺服電機(jī)46驅(qū)動(dòng)活塞桿47從平衡點(diǎn)開始勻速上下移動(dòng)。

實(shí)施例5

本實(shí)施例為多種加載方式分時(shí)段組合式加載，結(jié)合圖1-9說明本實(shí)施方式。

輸入程序如下表所示：

脈動(dòng)液壓產(chǎn)生裝置在0-5s內(nèi)輸出正弦波脈動(dòng)壓力，5-15s內(nèi)輸出矩形波脈動(dòng)壓力，15-20s輸出三角波脈動(dòng)壓力，實(shí)現(xiàn)多種加載方式分時(shí)段組合式加載。振幅h由5mm微調(diào)至5.3mm，對(duì)壓力脈動(dòng)的衰減進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。