10MN/16MN數控高性能拉深液壓機液壓系統研究

葉 臻，王晉撫

（1.揚州捷邁鍛壓機械有限公司，江蘇 揚州 225127；2.揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225000）

1 前言

隨著我國國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，作為交通工具的汽車和各種日用不銹鋼制品走進千家萬戶，市場需求量日趨增大，更換周期越來越短。在滿足多品種小批量生產的同時，對大型汽車覆蓋件和不銹鋼制品件的質量、成形精度和生產效率提出了更高的要求。雙動液壓機是大型金屬薄板拉深和塑性材料壓制成形的液壓設備，由于具有壓力、行程和速度等工藝參數的設定和調整，能夠實現對復雜形狀工件、不對稱工件和高強度材料工件的成形，廣泛用于汽車、船舶、航空航天、交通運輸和能源設備等制造行業，應用前景十分廣闊。因此，研制實用性強、速度快和成形精度高的雙動液壓機已成為裝備制造業發展的一個重要環節，而保證這些性能實現的關鍵在于液壓控制系統的研究。根據市場需求和趕超世界液壓機先進技術水平的理念，我公司研制了16MN/10MN 大型數控雙動薄板拉深液壓機，以此推動國內液壓機行業的發展。現對該設備液壓系統的關鍵技術作如下探討，以供讀者參考。

2 主要技術性能的設計參數

①合模力：16000kN；②拉深力：10000kN；③壓邊力：6000kN；④液壓墊力：4000kN；⑤工作臺尺寸：4500mm×2500mm；⑥滑塊快下及回程速度：600mm/s；⑦滑塊工作速度：30～50mm/s；⑧位置精度：±0.03 mm；⑨壓力精度：±0.5%；⑩具有四角調壓功能。

3 液壓系統快速化技術研究

由于普通液壓機存在工作臺面小、運行速度慢、生產效率低的缺點，嚴重制約著產能增加，所以提高液壓機整個周期中的運行速度、縮短運行輔助時間、加大設備應用范圍和提高自動化水平是解決目前生產效率低的有效途徑。

3.1 滑塊空載快速下行和快速回程充排液技術

充液閥是液壓機液壓系統中常見的一種液控單向閥，主要用于液壓機活塞油缸無桿腔或柱塞油缸內腔的快速充液和排液，目的是減少泵的設計流量，獲得較快的空載下行速度，從而提高設備的工作效率。當滑塊靠自重快速下行時，油缸內腔形成一定的負壓，充液閥通過自吸將主錐閥芯打開，油箱內大量油液注入油缸內腔。當滑塊快速回程時，控制油口的低壓油先打開充液閥里的預卸閥芯進行卸壓，然后打開主閥芯使油缸內腔油液快速排回油箱。

16MN/10MN 液壓機拉深滑塊為三缸驅動，空程快速下行速度為600mm/s。按1.5m/s 的吸油流速計算時，主缸充液流量為8862L/min，所需的充液閥通徑需要?350mm。為了達到快速充液效果，自主研發了一種通徑大（通徑?350mm）、工作壓力高（最大工作壓力31.5MPa）、充液流量大（2.0m/s 流速時充液流量為11600L/min）的充液閥。在研發過程中，對關鍵零件進行了優化設計，同時對其材料和熱處理工藝作了深入研究。通過多次實驗，檢測的數據符合技術要求，實現了超大流量的快速低壓充液功能，并具有開啟壓力低，自吸性能好；流道設計通暢，流阻小；控制壓力低，復位可靠等特點，徹底解決了大容腔油缸快速充液和排液的難題。另一方面，由于主缸油液自吸充分，大大縮短了壓制工作時的升壓時間。充液閥結構如圖1 所示。

3.2 滑塊快速轉慢速的液壓穩態技術

由于大臺面的雙動液壓機滑塊、油缸活塞和模具等零部件重量大，下行速度快，導致運動部件的慣性大，在快速下行轉減速工進時產生很大的沖擊，如何解決600mm/s 的快速運行的平順剎車是液壓控制系統的重點問題。通過對液壓控制系統的反復研究，采用節流調速控制大通徑快速排油插裝閥控制腔的油液流量，有效控制插件的啟閉特性，從而實現大流量到零流量過渡時插件的快速和平穩關閉，減小了快轉慢時液壓系統的沖擊力度，降低了設備的振動程度。

液壓原理如圖2 所示。實現過程為：滑塊快速下行時2YA3、2YA4 得電，主缸下腔快速排液，當滑塊行程檢測裝置發訊時2YA3 斷電，滑塊由空程快下速度轉入工作壓制速度。由于單向節流閥與插件2C4 控制腔相通，可調節節流閥的開口大小來實現對插件的關閉速度控制，同時，插件2C4 上開有節流槽，使插件啟閉過程中流量變化均勻，減小了快轉慢時產生的液壓沖擊。另一方面，通過調節插件2C4控制蓋板上節流調節桿來控制插件開口大小，從而有效控制滑塊快下速度，避免主缸上腔吸空出現滑塊加壓停頓現象。當插件2C4 快速關閉后，油液通過插件2C3 背壓下行，先導溢流閥為工作壓制時的下腔支撐閥，可根據具體情況調節到合適的支撐壓力。

3.3 主缸卸壓時間與防沖擊的液壓技術

大型液壓機在壓制行程結束或進入保壓狀態后，油缸和機身儲存了相當大的彈性勢能（油液壓縮和機架的彈性變形所產生的能量）。若滑塊突然轉入回程，勢必產生很大的液壓沖擊，從而造成設備和管路的劇烈振動，降低了系統的安全可靠性和系統的壽命。而且過度延長卸壓時間會增加周期，降低設備的生產效率。因此，隨著液壓系統的高速化發展，對液壓系統的卸荷時間與沖擊進行了深入研究，全面提高該系列液壓機的綜合性能和技術水平。

該液壓機的卸壓與沖擊液壓回路如圖3 所示。該回路包括兩部分功能，即保壓和快速卸壓功能。從圖中可以看出，當電磁閥2YA5 和3YA6 斷電時，插裝閥2C6 和充液閥均處于關閉狀態，主缸上腔進行保壓。當主缸進行卸壓時，電磁閥2YA5 得電，插裝閥2C6 開啟，其開口量大小可通過調節螺桿進行調節，從而可控制卸壓的快慢，當主缸壓力降到壓力傳感器所設定值或達到延時繼電器所設時間時，電磁閥3YA6 得電，充液閥控制活塞被開啟，對主缸上腔進行充分卸荷，從而減少了卸荷時的液壓沖擊。對于不同的充液閥，由于控制活塞的直徑與行程不同，所以其腔內容積不同，因此，將減壓閥3F1 的壓力和節流閥3F2 的流量匹配好也是減少沖擊和縮短卸壓時間的關鍵點。

4 壓邊滑塊四角調壓技術

該設備壓邊滑塊采用的四角調壓技術是一項國內領先技術，由于能使滑塊各點受力較均勻，具有抗偏載、調平精度高、泄壓時間短等優異性能，使得該設備適合高精密零件的成形工藝，可避免在成形過程中壓邊滑塊出現偏載和不同步的情況，從而有效提高精密零件在成形過程中的精度。其四角調壓的工作原理為：對工件進行壓邊時，壓邊滑塊的四角均安裝一個相同噸位的液壓油缸，通過電液比例調壓系統單獨控制其壓力，壓力值由壓力傳感器測量并換算成實際壓邊力，然后將實際總壓邊力數據傳到PLC 控制器，由PLC 控制器對實際總壓邊力和預設理論總壓邊力曲線進行閉環調整。其四角調壓液壓原理如圖4 所示。

通過該技術的運用，雙動液壓機在拉深壓邊過程中，液壓機在偏載的情況下使壓邊滑塊周邊壓力平衡工作，其調平精度達0.05mm 以內，提高了工件的成形精度。

5 結論

通過對大型高性能拉深液壓機液壓系統的研究，結合實際工作需要，順利完成了10MN/16MN 雙動液壓機的試制工作，并成功交付用戶使用。該設備很好地解決了液壓系統中諸多技術難題，對速度控制、壓力控制和精度調整等關鍵液壓技術進行研究，最終確定了合理的液壓控制方案，并對液壓系統元件進行了精心選擇。實現了壓機整個液壓系統快速、平穩、可靠地運行，并大大縮短了設備的運行周期時間，減輕了沖擊與振動力度，提高了工作效率和設備壽命，改善了工人的工作環境，同時也增強了企業在同行業中的產品競爭力。

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