叶 臻，王晋抚

（1.扬州捷迈锻压机械有限公司，江苏 扬州 225127；2.扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225000）

1 前言

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，作为交通工具的汽车和各种日用不锈钢制品走进千家万户，市场需求量日趋增大，更换周期越来越短。在满足多品种小批量生产的同时，对大型汽车覆盖件和不锈钢制品件的质量、成形精度和生产效率提出了更高的要求。双动液压机是大型金属薄板拉深和塑性材料压制成形的液压设备，由于具有压力、行程和速度等工艺参数的设定和调整，能够实现对复杂形状工件、不对称工件和高强度材料工件的成形，广泛用于汽车、船舶、航空航天、交通运输和能源设备等制造行业，应用前景十分广阔。因此，研制实用性强、速度快和成形精度高的双动液压机已成为装备制造业发展的一个重要环节，而保证这些性能实现的关键在于液压控制系统的研究。根据市场需求和赶超世界液压机先进技术水平的理念，我公司研制了16MN/10MN 大型数控双动薄板拉深液压机，以此推动国内液压机行业的发展。现对该设备液压系统的关键技术作如下探讨，以供读者参考。

2 主要技术性能的设计参数

①合模力：16000kN；②拉深力：10000kN；③压边力：6000kN；④液压垫力：4000kN；⑤工作台尺寸：4500mm×2500mm；⑥滑块快下及回程速度：600mm/s；⑦滑块工作速度：30～50mm/s；⑧位置精度：±0.03 mm；⑨压力精度：±0.5%；⑩具有四角调压功能。

3 液压系统快速化技术研究

由于普通液压机存在工作台面小、运行速度慢、生产效率低的缺点，严重制约着产能增加，所以提高液压机整个周期中的运行速度、缩短运行辅助时间、加大设备应用范围和提高自动化水平是解决目前生产效率低的有效途径。

3.1 滑块空载快速下行和快速回程充排液技术

充液阀是液压机液压系统中常见的一种液控单向阀，主要用于液压机活塞油缸无杆腔或柱塞油缸内腔的快速充液和排液，目的是减少泵的设计流量，获得较快的空载下行速度，从而提高设备的工作效率。当滑块靠自重快速下行时，油缸内腔形成一定的负压，充液阀通过自吸将主锥阀芯打开，油箱内大量油液注入油缸内腔。当滑块快速回程时，控制油口的低压油先打开充液阀里的预卸阀芯进行卸压，然后打开主阀芯使油缸内腔油液快速排回油箱。

16MN/10MN 液压机拉深滑块为三缸驱动，空程快速下行速度为600mm/s。按1.5m/s 的吸油流速计算时，主缸充液流量为8862L/min，所需的充液阀通径需要∅350mm。为了达到快速充液效果，自主研发了一种通径大（通径∅350mm）、工作压力高（最大工作压力31.5MPa）、充液流量大（2.0m/s 流速时充液流量为11600L/min）的充液阀。在研发过程中，对关键零件进行了优化设计，同时对其材料和热处理工艺作了深入研究。通过多次实验，检测的数据符合技术要求，实现了超大流量的快速低压充液功能，并具有开启压力低，自吸性能好；流道设计通畅，流阻小；控制压力低，复位可靠等特点，彻底解决了大容腔油缸快速充液和排液的难题。另一方面，由于主缸油液自吸充分，大大缩短了压制工作时的升压时间。充液阀结构如图1 所示。

3.2 滑块快速转慢速的液压稳态技术

由于大台面的双动液压机滑块、油缸活塞和模具等零部件重量大，下行速度快，导致运动部件的惯性大，在快速下行转减速工进时产生很大的冲击，如何解决600mm/s 的快速运行的平顺刹车是液压控制系统的重点问题。通过对液压控制系统的反复研究，采用节流调速控制大通径快速排油插装阀控制腔的油液流量，有效控制插件的启闭特性，从而实现大流量到零流量过渡时插件的快速和平稳关闭，减小了快转慢时液压系统的冲击力度，降低了设备的振动程度。

液压原理如图2 所示。实现过程为：滑块快速下行时2YA3、2YA4 得电，主缸下腔快速排液，当滑块行程检测装置发讯时2YA3 断电，滑块由空程快下速度转入工作压制速度。由于单向节流阀与插件2C4 控制腔相通，可调节节流阀的开口大小来实现对插件的关闭速度控制，同时，插件2C4 上开有节流槽，使插件启闭过程中流量变化均匀，减小了快转慢时产生的液压冲击。另一方面，通过调节插件2C4控制盖板上节流调节杆来控制插件开口大小，从而有效控制滑块快下速度，避免主缸上腔吸空出现滑块加压停顿现象。当插件2C4 快速关闭后，油液通过插件2C3 背压下行，先导溢流阀为工作压制时的下腔支撑阀，可根据具体情况调节到合适的支撑压力。

3.3 主缸卸压时间与防冲击的液压技术

大型液压机在压制行程结束或进入保压状态后，油缸和机身储存了相当大的弹性势能（油液压缩和机架的弹性变形所产生的能量）。若滑块突然转入回程，势必产生很大的液压冲击，从而造成设备和管路的剧烈振动，降低了系统的安全可靠性和系统的寿命。而且过度延长卸压时间会增加周期，降低设备的生产效率。因此，随着液压系统的高速化发展，对液压系统的卸荷时间与冲击进行了深入研究，全面提高该系列液压机的综合性能和技术水平。

该液压机的卸压与冲击液压回路如图3 所示。该回路包括两部分功能，即保压和快速卸压功能。从图中可以看出，当电磁阀2YA5 和3YA6 断电时，插装阀2C6 和充液阀均处于关闭状态，主缸上腔进行保压。当主缸进行卸压时，电磁阀2YA5 得电，插装阀2C6 开启，其开口量大小可通过调节螺杆进行调节，从而可控制卸压的快慢，当主缸压力降到压力传感器所设定值或达到延时继电器所设时间时，电磁阀3YA6 得电，充液阀控制活塞被开启，对主缸上腔进行充分卸荷，从而减少了卸荷时的液压冲击。对于不同的充液阀，由于控制活塞的直径与行程不同，所以其腔内容积不同，因此，将减压阀3F1 的压力和节流阀3F2 的流量匹配好也是减少冲击和缩短卸压时间的关键点。

4 压边滑块四角调压技术

该设备压边滑块采用的四角调压技术是一项国内领先技术，由于能使滑块各点受力较均匀，具有抗偏载、调平精度高、泄压时间短等优异性能，使得该设备适合高精密零件的成形工艺，可避免在成形过程中压边滑块出现偏载和不同步的情况，从而有效提高精密零件在成形过程中的精度。其四角调压的工作原理为：对工件进行压边时，压边滑块的四角均安装一个相同吨位的液压油缸，通过电液比例调压系统单独控制其压力，压力值由压力传感器测量并换算成实际压边力，然后将实际总压边力数据传到PLC 控制器，由PLC 控制器对实际总压边力和预设理论总压边力曲线进行闭环调整。其四角调压液压原理如图4 所示。

通过该技术的运用，双动液压机在拉深压边过程中，液压机在偏载的情况下使压边滑块周边压力平衡工作，其调平精度达0.05mm 以内，提高了工件的成形精度。

5 结论

通过对大型高性能拉深液压机液压系统的研究，结合实际工作需要，顺利完成了10MN/16MN 双动液压机的试制工作，并成功交付用户使用。该设备很好地解决了液压系统中诸多技术难题，对速度控制、压力控制和精度调整等关键液压技术进行研究，最终确定了合理的液压控制方案，并对液压系统元件进行了精心选择。实现了压机整个液压系统快速、平稳、可靠地运行，并大大缩短了设备的运行周期时间，减轻了冲击与振动力度，提高了工作效率和设备寿命，改善了工人的工作环境，同时也增强了企业在同行业中的产品竞争力。

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