发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提供的一种多功能试验机包括:主缸(1)、两个压边缸(2)、两个溢流阀(3)、四梁四柱结构的框架和模具;
所述主缸(1)与两个压边缸(2)分别固定于框架的梁结构上,且两个压边缸(2)对称设置于主缸(1)两侧,所述主缸(1)和每个压边缸(2)之间均通过一个溢流阀(3)连接;
通过溢流阀(3)的通断实现主缸(1)的单动或主缸(1)和压边缸(2)的双动;
所述模具根据需要设置于主缸(1)和两个压边缸(2)与框架之间,被压材料放置于模具间。
优选的,所述溢流阀(3)包括固定端与活动端,所述溢流阀(3)的固定端与主缸(1)或压边缸(2)固定连接,对应的所述溢流阀(3)的活动端与压边缸(2)或主缸(1)活动连接。
优选的,所述溢流阀(3)的活动端通过卡扣与压边缸(2)或主缸(1)活动连接。
优选的,所述四梁四柱结构的框架包括:上横梁(16)、拉伸横梁(4)、压边横梁(5)、工作台(7)和四根立柱(6);
每根立柱(6)垂直设置于工作台(7)上,所述上横梁(16)固定于立柱(6)顶部;
所述拉伸横梁(4)和压边横梁(5)位于所述工作台(7)与上横梁(16)之间,且活动套接于所述立柱(6)上。
优选的,所述上横梁(16)中心设有与主缸(1)相配适的中心孔,所述主缸(1)穿过所述上横梁(16)的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接。
优选的,所述上横梁(16)和拉伸横梁(4)两边对称设有与压边缸(2)相配适的侧孔,两个压边缸(2)分别依次穿过所述上横梁(16)与拉伸横梁(4)的侧孔与压边横梁(5)固定连接。
优选的,所述压边缸(2)和主缸(1)外接电器控制***,用于为压边缸(2)和主缸(1)提供动力;所述电器控制***中的位移传感器用于检测拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动位移。
优选的,所述上横梁(16)、拉伸横梁(4)和压边横梁(5)为板状结构。
优选的,所述模具包括:上模具(8)和下模具(10);
所述上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)放置在工作台(7)上。
优选的,所述多功能试验机还包括:侧推缸(9),所述侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,用于在内高压成形过程中轴向进给补料;
所述侧推缸(9)上还设置有小孔,所述小孔外接液压***,用于在内高压成形过程中提供不同的压力。
优选的,所述模具还包括:液室(14)、凸模(15);
所述液室(14)放置在工作台(7)上,液室(14)的侧面设置有孔(12),液室(14)通过孔(12)与液压***连接,用于向液室内注入液体;
所述凸模(15)的凸起端为自由端,另一端与拉伸横梁(4)固定连接。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种多功能试验机的使用方法,包括:
当需要进行内高压成形时:
控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)断开连接;控制主缸(1)向下行,使模具被挤压进而实现被压材料的内高压成形;
当需要进行充液拉伸成形或冲压成形时:
控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现被压材料充液拉伸成形或冲压成形。
优选的,所述控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)断开连接;控制主缸(1)向下行,使模具被挤压进而实现被压材料的内高压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压管材(11)放置在下模具(10)内;
断开各溢流阀(3)的活动端,使各压边缸(2)和主缸(1)之间断开连接,
主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动上模具(8)向下运动;
液压***通过侧推缸(9)上的小孔不断加压,同时侧推缸(9)对被压管材(11)施加轴向进给力进行补料;
当上模具(8)和下模具(10)闭合后,侧推缸(9)将被压管材(11)封闭,再继续加压使被压管材(11)胀形紧靠上模具(8)和下模具(10),实现内高压成形;
所述模具包括:上模具(8)和下模具(10);所述被压材料包括被压管材(11)。
优选的,所述继续加压使被压管材(11)胀形紧靠上模具(8)和下模具(10)之后,还包括:
主缸(1)带动上拉伸横梁(4)和上模具(8)上行,侧推缸(9)后退,取出成形工件。
优选的,当需要进行充液拉伸成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现板材充液拉伸成形,包括:
将液室(14)放置在工作台(7)上,通过液室(14)的孔(12)与液压***连接,凸模(15)的凸起端为自由端,另一端与拉伸横梁(4)固定连接,将被压板材(13)放置在液室(14)上;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接;
主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动凸模(15)向下运动;
压边缸(2)使压边横梁(5)和液室(14)接触,被压板材(13)在凸模(15)和液室(14)中液体的作用下形成凸模(15)的形状,实现充液拉伸成形;
所述模具包括:液室(14)和凸模(15);所述被压材料包括被压板材(13)。
优选的,所述被压板材(13)在凸模(15)和液室(14)中液体的作用下形成凸模(15)的形状之后,包括:
将液室(14)中的液体进行泄压和放液,主缸(1)带动拉伸横梁(4)和凸模(15)上移,取出成形工件。
优选的,当需要进行冲压成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现冲压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)可放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压板材(13)放置在下模具(10)内;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接,
主缸(1)驱动拉伸横梁(4),拉伸横梁(4)带动上模具(8)向下运动;压边缸(2)带动压边横梁(5)向下运动;
上模具(8)和下模具(10)合模后保持设定时间,使得被压板材(13)充分成形,实现冲压成形。
优选的,所述上模具(8)和下模具(10)合模后保持设定时间,使得被压板材(13)充分成形之后,还包括:
主缸(1)带动拉伸横梁(4)和上模具(8)回程,压边缸(2)带动压边横梁(5)打开,然后取出成形工件。
优选的,当需要进行热冲压成形时,控制各溢流阀(3)将压边缸(2)和主缸(1)固定连接;控制主缸(1)和压边缸(2)下行,使模具被挤压进而实现热冲压成形,包括:
将上模具(8)穿过压边横梁(5)上设置的中心孔与拉伸横梁(4)固定连接,下模具(10)放置在工作台(7)上,侧推缸(9)放置在上模具(8)和下模具(10)之间,并将被压板材(13)放置在下模具(10)内;
将各溢流阀(3)的活动端闭合,使各压边缸(2)和主缸(1)之间固定连接,
为主缸(1)和压边缸(2)提供设定的功率,使上模具(8)和下模具(10)进行合模快速冲压,同时电器控制***吸收快速冲压时的压力冲击,实现热冲压成形。
优选的,所述使上模具(8)和下模具(10)进行合模快速冲压之后,还包括:
主缸(1)带动拉伸横梁(4)和上模具(8)回程,压边缸(2)带动压边横梁(5)打开,然后取出成形工件。
优选的,电器控制***为所述主缸(1)和压边缸(2)提供动力,所述电器控制***利用数字控制技术通过位移传感器检测拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动位移来实现闭环反馈控制的方法,可以任意自由的控制多功能试验机中拉伸横梁(4)和压边横梁(5)的运动。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的多功能试验机,包括主缸、两个压边缸、两个溢流阀、四梁四柱结构的框架和模具;所述主缸与两个压边缸分别固定于框架的梁结构上,且两个压边缸对称设置于主缸两侧,所述主缸和每个压边缸之间均通过一个溢流阀连接;通过溢流阀的通断实现主缸的单动或主缸和压边缸的双动;模具可根据需要设置于主缸和两个压边缸与框架之间,被压材料放置于模具间,该试验机能够实现在试验室条件下的内高压成形、充液拉伸成形、冲压成形以及热冲压成形,降低设备的资金需求并提高设备的利用率,满足试验和研究的迫切需求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
为了满足试验室对多功能、小批量液压成形的需要,本发明设计了一套整合了管材内高压成形、板材充液拉伸、冲压成形和热冲压等多功能的液压成形机。现有试验机的油缸都是单一功能的,完成拉伸或压制功能的叫主油缸,完成压边功能的叫压边油缸,而为了能够充分利用试验机设备,需要设计一套设备能够实现压边和拉伸作用的相互切换,因此本发明主要创新点是在一套设备上通过溢流阀实现液压***单动和双动之间的切换。
如图1所示,该液压成形试验机的主机采用双动四梁四柱结构,包括:上横梁16、拉伸横梁4、压边横梁5、工作台7、四根立柱6、压边缸2、主缸1、液压控制***以及电气控制***。
上横梁16和工作台7的四角对称位置上分别设有孔,每根立柱分别穿过上横梁16和工作台7的孔并通过螺母形成固定架结构,即上横梁16、工作台7通过各立柱和多个螺母组成封闭结构,用于承受载荷;
拉伸横梁4和压边横梁5通过导套与立柱滑动连接并能在立柱内上下滑动。主缸1位于上横梁16的中心,两个压边缸2对称设置在主缸1的两侧,具体连接包括:上横梁16的中心设置有与主缸1相配适的中心孔,主缸1穿过上横梁的中心孔与拉伸横梁4固定连接,拉伸横梁4实现拉伸功能。在上横梁16和拉伸横梁4上与主缸对称设有两侧孔,两个压边缸分别依次穿过上横梁16和拉伸横梁4上的侧孔,与压边横梁5固定连接,压边横梁5能实现铝合金板材拉伸压边功能和铝合金板材充液成形的压边功能,压边横梁5上与主缸1对应的位置设有中心孔,用于将模具穿过该中心孔与拉伸横梁4固定连接。各溢流阀3分别与主缸1和压边缸2连接,每个溢流阀3的任意一端与主缸1或压边缸2固定连接,该溢流阀3的另一端与压边缸2或主缸1活动连接,拉伸横梁4和压边横梁5之间通过溢流阀3的活动连接,可以实现变压边力。
溢流阀3包括固定端与活动端,所述溢流阀3的固定端与主缸1或压边缸2固定连接,对应的所述溢流阀3的活动端与压边缸2或主缸1活动连接。
所述溢流阀3的活动端通过卡扣与压边缸2或主缸1活动连接。
当实现铝合金管材内高压成形时,双动试验机实现单动最大锁模力输出。
该液压成形试验机还包括侧推缸9,所述侧推缸9可拆卸的安装在上模具8和下模具10之间,侧推缸9的一侧设置有小孔,该小孔与液压***连接,用于通过小孔形成高压环境。
其中,液压***包括一套超高压***及一套乳化液循环过滤***。超高压***主要对油路进行控制,实现不同压力的液压输出。乳化液循环过滤***主要实现乳化液的回收再利用,包括乳化液回收装置一套以及乳化液循环净化装置一套。
电器控制***采用计算机控制(CNC),利用数字控制技术和通过位移传感器检测拉伸横梁4和压边横梁5的运动位移来实现闭环反馈控制的方法,可以任意自由的高精度地控制液压成形试验机中拉伸横梁4和压边横梁5试验机的运动。电器控制***上设有操作箱,安装在右前立柱,面板上布有触摸屏、操作按钮、选择开关等,用于供操作人员控制拉伸横梁4和压边横梁5的运动。
液压***和电控***通过外接设备与试验机连接。
如图2所示当需要进行内高压成形时,下模具10放在工作台7上,上模具8固定在拉伸横梁4上,拉伸横梁由主缸1驱动,且断开各溢流阀3的活动端,使各压边缸2和主缸1之间断开连接。首先将管材11放置在下模具10内,主缸1带动上模具8下行。内高压过程中内部压力和轴向补料是影响成形质量的关键因素,轴向进给补料需要添加侧推缸9来实现。在成形过程中,侧推缸中间开有小孔,通过注入乳化液等介质实现内压的改变。随着内部压力不断增加,需要的合模力也不断增加;侧推缸9对管材施加轴向进给力进行补料防止管材破裂和过度减薄。模具闭合后,侧推缸9将管材封闭,密封加压使之管材11胀形紧靠上下模具。内高压成形过程中,主缸1和压边缸2之间不连通,溢流阀3断开连接,设备的吨位全部供给主缸1,试验机能够实现锁模力的最大输出,满足小圆角半径和复杂形状零件内高压成形对最大合模力的要求,从而降低对设备吨位的需求。当成形过程完成后,主缸1带动上拉伸横梁4和上模具8上行,侧推缸9后退,取出管材11,完成全部内高压成形过程。
如图3所示当板材13进行充液拉伸时,将各溢流阀3的活动端闭合,使各压边缸2和主缸1之间固定连接;模具仅有一个凸模15,而凹模由液室14代替。凸模15安装在拉伸横梁4上由主缸1驱动,液室14通过小孔12充满液体,液体将原材料仅仅贴近凸模,零件的成形形状由凸模决定。压边横梁5和液室14进行接触,起到密封和压边的作用。压边力主要由压边缸2提供,而成形时主缸1下移最终成形为所需的形状。压边力是影响成形质量的关键因素。为了能够更好地提高成形质量,本设计通过溢流阀3能够实现变压边力。在设备总吨位一定的情况下,通过溢流阀3等控制***能够合理地分配主缸1和副缸2之间的压力,达到变压边力的效果。主缸1和拉伸横梁4带动凸模15下移,而液室中的液体对板材有一个向上的压力使得板材13贴近凸模15,保持一定压力和一定时间,使得板材13最终成形为所需要的形状。然后,液室14中的液体进行泄压和放液,主缸1带动拉伸横梁4和凸模15上移,取出工件,完成板材充液拉伸全过程。
铝合金热冲压成形时对冲压速度有较高的要求,冲压速度要求200mm/s-1mm/s范围内实现无极可调,工作速度在35mm内能够从200mm/s快速下降到1mm/s。铝合金温度可以高达450摄氏度。首先控制各溢流阀3使压边缸2和主缸1之间固定连接,然后将上下模具分别安装在拉伸横梁1和工作台7上,主缸1带动拉伸横梁4和上模具、压边缸2带动压边横梁5下行,压边横梁5和下模接触实现密封和压边,上模具和下模具进行合模快速冲压时需要电机功率较大(通过电器控制***实现),以实现快速冲压,从而降低电机功率,同时可以吸收快速冲压时的压力冲击,确保冲压平稳可靠。保持一段时间,使得板材充分成形,减少回弹量。主缸1带动拉伸横梁4和上模具8回程,压边缸带动压边横梁5打开,然后取出工件,完成铝合金热冲压成形。相对于充液成形,铝合金热冲压时下模具需要根据其形状进行单独设计。
由于加工效率高、成本低等优点,铝合金冲压成形是目前应用最广泛的成形工艺。控制各溢流阀3使压边缸2和主缸1之间固定连接,上下模具分别安装在拉伸横梁4和工作台7上,主缸1驱动拉伸横梁4,使拉伸横梁4带动下模具下行以及压边缸2带动和压边横梁5下行,压边横梁5和下模接触实现密封和压边,保持一段时间,使得板材充分成形,减少回弹量。主缸1带动拉伸横梁4和上模具8回程,压边缸带动压边横梁5打开,然后取出工件,完成铝合金冲压成形。相对于充液成形,冲压成形时下模具需要根据其形状进行单独设计。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。