钛合金薄壁结构大型超塑成形扩散连接装备研制课件

钛合金薄壁结构大型超塑成型扩散连接装备研制——方案汇报

汇报人：2014年11月天津市天锻压力机有限公司TIANJINTIANDUANPRESSCO.,LTD.1钛合金薄壁结构大型超塑成型扩散连接装备研制天津市天锻压力机有一、整体技术方案概述二、压机系统三、加热系统四、隔热系统五、水冷系统六、氩气、真空系统七、电控系统目录2一、整体技术方案概述目录2整体技术方案概述第一部分整体布局1功能与组成2主要参数33整体技术方案概述第一部分整体布局1功能与组成2主要参数33设备整体布局俯视图41.1设备的整体布局设备整体布局三维示意图设备整体布局俯视图41.1设备的整体布局设备整体布局三维示意1.2设备的功能与组成

设备的主要功能是利用自带的加热系统将常温下工艺塑性低的钛合金进行加热，加热到950℃时钛合金软化，四周的炉门关闭进行保温，在保温的状态下滑块下行完成上、下模具的闭合，进而成形高精度钛合金构件的成形设备。1.2.1设备的功能钛合金超塑成形设备51.2设备的功能与组成设备的主要功能是利用自带的1.1.2设备的功能与组成1.2.2设备的组成保温系统液压站水冷系统加热系统主机电控系统该设备由以下几个自系统组成液压机系统：主机、液压站加热平台:金属加热平台、隔热陶瓷平台加热管、热电偶等保温系统：前门、后门、侧门、辅助装置

水冷系统：水冷平台、冷却水监测装置氩气、真空系统：真空控制气路、氩气控制气路电控系统：上位机系统、下位机系统、温度控制系统等

61.2设备的功能与组成1.2.2设备的组成保温系统液压站水冷1.3设备的主要参数

序号项目 单位 参数 1.公称力 KN 5000 2.回程力KN

5003. 滑块行程mm 900 4. 压机开口mm

10005. 滑块快下速度mm/min 1000 6. 滑块工作速度mm/s

0.5-2 7. 滑块回程速度mm/min 1000 8. 有效工作台面mm1800×1350

9.移动工作台承载 KN 100 10.移动工作台速度mm/s

10011. 移动工作台行程mm ≥2300 12. 移动工作台重复定位精度mm

±0.113. 压机压力控制精度 ±1℅ 14. 氩气工作压力MPa

4 15. 真空压力Pa ≤600 16. 氩气压力控制精度MPa±2℅

71.3设备的主要参数序号项目 压机系统第二部分主机系统1液压系统28压机系统第二部分主机系统1液压系统282.1主机系统2.1.1机身结构设备主机结构采用组合框架式结构，通过超压预紧的方法，利用四条拉杆及上下锁母将上、下横梁以及左右支柱锁紧形成封闭框架，减小设备加压时机身的变形量。拉杆与锁母上横梁立柱下横梁机身结构92.1主机系统2.1.1机身结构设备主机结构采用组合2.1主机系统2.1.2导向装置导向装置结构示意图

设备采用上置式导柱导向结构，导套与导柱间为楔铁式调整机构，通过调节楔铁垫片的高度达到导柱横向移动目的，这样在保证滑块导向的同时，有效的避开滑块工作的高温区域。方形导柱每面都有楔铁式调整机构，上下共16个，从而保证了导柱与导套间隙的调整。102.1主机系统2.1.2导向装置导向装置结构示意图设2.1主机系统2.1.2移动工作台

钛合金等温热成形工艺要求在高温状态下工作，移动工作台移入主机后，通过定位锥销对移动工作台进行定位保证其重复定位精度，满足设备成形工艺的要求。工作台采用下置式顶起锁紧油缸结构，有效的避开了高温工作区域，延长了油缸密封的使用寿命。11定位装置示意图2.1主机系统2.1.2移动工作台钛合金等温热成形工2.2液压系统液压原理图

液压传动系统是由能量转换装置、能量调节控制装置、辅助装置及液压附件，借助电气系统的控制完成各种动作的循环。液压系统控制的主要动作：滑块的下行与回程移动工作台的移入与移出工作台的起落与加紧前后保温炉门的升降122.2液压系统液压原理图液压传动系统是由能量2.2液压系统2.2.1压力控制

本套系统采用压力补偿伺服控制单元结合两组不同量程的高精度压力传感器用于实现对压机的压力控制以及检测。同时通过电控系统的闭环控制，建立与模具内气体压力相对应的耦合关系实现对压力的稳定控制。13压力控制单位原理图压力控制单位2.2液压系统2.2.1压力控制本套系统采用压力补偿2.2液压系统2.2.2速度控制

本套系统通过采用大排量低压泵与小排量高压泵串联的形式，当滑块快下时通过低压泵给滑块上腔供油，从而实现滑块的快速下行。通过采用小排量泵和小通径、小流量比例流量控制阀的控制方式，从而实现压机的微速控制。14高压泵低压泵2.2液压系统2.2.2速度控制本套系统通过采加热系统第三部分加热系统组成1加热系统工作原理2加热平台3加热管与热电偶415加热系统第三部分加热系统组成1加热系统工作原理2加热平台3加3.1加热系统组成16设备上、下加热平台加热系统轴测图加热系统结构示意图3.1加热系统组成16设备上、下加热平台加热系统轴测图加热系3.2加热系统工作原理

金属加热平台沿机床前后方向，贴近平台上表面均布多条贯穿孔，以安置电加热管及热电偶，每个平台上布置18个加热区域和18个测温点及18个控温保护热电偶，以确保炉膛温度均匀。在加热管与平台中间放置了压缩性能较好的隔热棉，有效的补偿了加热管之间的间隙。加热平台三维示意图17加热平台分区示意图加热平台温度控制3.2加热系统工作原理金属加热平台沿机床前后方3.3加热平台金属加热平台三维示意图金属加热平台图纸

金属加热平台由四块加热板构成。在加热板上布置有两种直径规格的贯穿深孔，用于安装加热管与热电偶。“T”型槽布置在每两块加热平台之间，用于安装模具。18“T”型槽结构示意图3.3加热平台金属加热平台三维示意图金属加热平台图纸3.4加热管与热电偶

加热管采用“L”形的三段式加热管，所谓三段式电加热棒就是通过在单支电加热管上实现三个区域进行独立升温、独立控温。

热电偶主要用于各温区的温度控制和温度保护，热电偶结构采用“L”形的双K偶封装，均匀的分布在上、下平台上。加热管结构示意图热电偶结构示意图193.4加热管与热电偶加热管采用“L”形的三段式加热隔热系统第四部分隔热系统组成1承压隔热陶瓷平台2隔热陶瓷3保温炉门420隔热系统第四部分隔热系统组成1承压隔热陶瓷平台2隔热陶瓷3保4.1隔热系统组成

隔热系统由承压陶瓷、隔热陶瓷、保温门、支架及隔热附件等组成，其作用是为加热工作室保温及加热工作室与外部环境的隔离。支架保温炉门承压陶瓷隔热陶瓷214.1隔热系统组成隔热系统由承压陶瓷、隔热支架保温炉4.2承压陶瓷平台承压陶瓷结构示意图

承压隔热陶瓷平台起着保温隔热的作用，可以有效的提高设备的保温性，降低能耗。隔热平台也是设备的主要承力部件。为了防止在使用过程中整体陶瓷平台的破裂，超塑设备的陶瓷平台进行了分块设计，上、下平台各分为8块。224.2承压陶瓷平台承压陶瓷结构示意图承压隔热陶4.3保温炉门

保温门由框架及隔热耐火材料组成。框架与隔热耐火材料使用高温螺栓连接在一起，形成保温门。保温门安装在支架上，前后左右各一个，这样与上下平台一起形成了一个密闭工作室。23保温炉门结构示意图4.3保温炉门保温门由框架及隔热耐火材料组成。框架与水冷系统第五部分水冷系统组成1冷却水柜2水冷板324水冷系统第五部分水冷系统组成1冷却水柜2水冷板3245.1水冷系统组成

水冷系统由冷却水源、过滤器、流量传感器、温度传感器、管道等组成。同时在液压站冷却水出口处设有温度传感器，用于检测液压站液压油的温度。设备冷却水路原理图25水冷板水冷柜5.1水冷系统组成水冷系统由冷却水源、过滤器、流量5.2冷却水柜

本设备水冷系统采用的是集中控制的方式，即流量检测、温度检测、流量调节等都集中在冷却水控制柜中进行控制及检测。冷却水柜结构示意图265.2冷却水柜本设备水冷系统采用的是集中控制的5.3水冷板水冷板共两块分别设置于压机的滑块和工作平台上。冷却水流过上下水冷板的内部通道，将高温区域传导散发的热量带走，起到保护压机整体机身框架的作用。27水冷板结构示意图5.3水冷板水冷板共两块分别设置于压机的滑块和工作平氩气、真空系统第六部分28氩气、真空系统第六部分28296、氩气、真空系统氩气系统是复杂零部件超塑成形和超塑成形/扩散连接的重要硬件设施。由减压阀、过滤器、比例阀、蓄能器、压力传感器、气路换向阀等组成。

控制气路上的小流量比例阀和压力变送器用于实现压力闭环控制，使模腔内成形气压可以按预定的p–t（压力–时间）曲线连续调节，压力控制精度±2%。氩气、真空系统原理图296、氩气、真空系统氩气系统是复杂零部件超塑成形和超电控系统第七部分电控系统组成1上位机2温度控制3下位机430电控系统第七部分电控系统组成1上位机2温度控制3下位机4307.1电控系统组成电气原理图电气系统分为上位机系统、温度控制系统和下位机系统三部分电控系统实现的功能：压机的手动或半自动温度控制压力控制317.1电控系统组成电气原理图电气系统分为上位机系统、温度控制7.2上位机

上位机：采用研华工控机，配以研华的通讯卡以及数据采集卡。通讯卡：用来与PLC、温度控制仪表、电流检测仪表通讯。

数据采集卡：采集传感器数据。327.2上位机上位机：采用研华工控机，配以研华的通讯卡以及数7.2上位机

软件开发：以VB为基础自主开发多种软件模块：人机交互界面模块、数据采集存储模块、控制算法模块、数据通讯模块，故障诊断模块。337.2上位机软件开发：以VB为基础自主开发多种软件模7.2温度控制温控表为温控系统的核心部件，采用PID控制对温度信号进行实时采集和控制。三相电流检测仪表通过电流检测有效保护加热系统中的加热管及固态继电器等核心元件，与上位机RS485通讯。固态继电器进行加热管的通断控制，并设计了快速熔断器保护电路。347.2温度控制温控表为温控系统的核心部件，采用PID控制对温7.3温度控制

用于加热系统温度控制的智能仪表选用岛电ＭＲ1３系列，一共６套，每套控制三组温控区域。与上位机同时采用RS485通讯。上位机除了管理、分析、保存参数外，可根据设定协调各区的温度控制，保证各区间的温度平衡。357.3温度控制用于加热系统温度控制的智能仪表选7.4下位机下位机采用基于PROFIBUS的PLC-西门子300系列和ET200S远程PLC系列。电缆采用PROFIBUS专用通讯电缆。利用高频响比例伺服阀、压力传感器等先进的控制产品，结合相关的先导阀、行程数显装置完成对整个系统的压力、位移、速度、故障报警信号等参数集中控制。367.4下位机下位机采用基于PROFIBUS的PLC

汇报完毕谢谢37汇报完毕钛合金薄壁结构大型超塑成型扩散连接装备研制——方案汇报

汇报人：2014年11月天津市天锻压力机有限公司TIANJINTIANDUANPRESSCO.,LTD.38钛合金薄壁结构大型超塑成型扩散连接装备研制天津市天锻压力机有一、整体技术方案概述二、压机系统三、加热系统四、隔热系统五、水冷系统六、氩气、真空系统七、电控系统目录39一、整体技术方案概述目录2整体技术方案概述第一部分整体布局1功能与组成2主要参数340整体技术方案概述第一部分整体布局1功能与组成2主要参数33设备整体布局俯视图411.1设备的整体布局设备整体布局三维示意图设备整体布局俯视图41.1设备的整体布局设备整体布局三维示意1.2设备的功能与组成

设备的主要功能是利用自带的加热系统将常温下工艺塑性低的钛合金进行加热，加热到950℃时钛合金软化，四周的炉门关闭进行保温，在保温的状态下滑块下行完成上、下模具的闭合，进而成形高精度钛合金构件的成形设备。1.2.1设备的功能钛合金超塑成形设备421.2设备的功能与组成设备的主要功能是利用自带的1.1.2设备的功能与组成1.2.2设备的组成保温系统液压站水冷系统加热系统主机电控系统该设备由以下几个自系统组成液压机系统：主机、液压站加热平台:金属加热平台、隔热陶瓷平台加热管、热电偶等保温系统：前门、后门、侧门、辅助装置

水冷系统：水冷平台、冷却水监测装置氩气、真空系统：真空控制气路、氩气控制气路电控系统：上位机系统、下位机系统、温度控制系统等

431.2设备的功能与组成1.2.2设备的组成保温系统液压站水冷1.3设备的主要参数

序号项目 单位 参数 1.公称力 KN 5000 2.回程力KN

5003. 滑块行程mm 900 4. 压机开口mm

10005. 滑块快下速度mm/min 1000 6. 滑块工作速度mm/s

0.5-2 7. 滑块回程速度mm/min 1000 8. 有效工作台面mm1800×1350

9.移动工作台承载 KN 100 10.移动工作台速度mm/s

10011. 移动工作台行程mm ≥2300 12. 移动工作台重复定位精度mm

±0.113. 压机压力控制精度 ±1℅ 14. 氩气工作压力MPa

4 15. 真空压力Pa ≤600 16. 氩气压力控制精度MPa±2℅

441.3设备的主要参数序号项目 压机系统第二部分主机系统1液压系统245压机系统第二部分主机系统1液压系统282.1主机系统2.1.1机身结构设备主机结构采用组合框架式结构，通过超压预紧的方法，利用四条拉杆及上下锁母将上、下横梁以及左右支柱锁紧形成封闭框架，减小设备加压时机身的变形量。拉杆与锁母上横梁立柱下横梁机身结构462.1主机系统2.1.1机身结构设备主机结构采用组合2.1主机系统2.1.2导向装置导向装置结构示意图

设备采用上置式导柱导向结构，导套与导柱间为楔铁式调整机构，通过调节楔铁垫片的高度达到导柱横向移动目的，这样在保证滑块导向的同时，有效的避开滑块工作的高温区域。方形导柱每面都有楔铁式调整机构，上下共16个，从而保证了导柱与导套间隙的调整。472.1主机系统2.1.2导向装置导向装置结构示意图设2.1主机系统2.1.2移动工作台

钛合金等温热成形工艺要求在高温状态下工作，移动工作台移入主机后，通过定位锥销对移动工作台进行定位保证其重复定位精度，满足设备成形工艺的要求。工作台采用下置式顶起锁紧油缸结构，有效的避开了高温工作区域，延长了油缸密封的使用寿命。48定位装置示意图2.1主机系统2.1.2移动工作台钛合金等温热成形工2.2液压系统液压原理图

液压传动系统是由能量转换装置、能量调节控制装置、辅助装置及液压附件，借助电气系统的控制完成各种动作的循环。液压系统控制的主要动作：滑块的下行与回程移动工作台的移入与移出工作台的起落与加紧前后保温炉门的升降492.2液压系统液压原理图液压传动系统是由能量2.2液压系统2.2.1压力控制

本套系统采用压力补偿伺服控制单元结合两组不同量程的高精度压力传感器用于实现对压机的压力控制以及检测。同时通过电控系统的闭环控制，建立与模具内气体压力相对应的耦合关系实现对压力的稳定控制。50压力控制单位原理图压力控制单位2.2液压系统2.2.1压力控制本套系统采用压力补偿2.2液压系统2.2.2速度控制

本套系统通过采用大排量低压泵与小排量高压泵串联的形式，当滑块快下时通过低压泵给滑块上腔供油，从而实现滑块的快速下行。通过采用小排量泵和小通径、小流量比例流量控制阀的控制方式，从而实现压机的微速控制。51高压泵低压泵2.2液压系统2.2.2速度控制本套系统通过采加热系统第三部分加热系统组成1加热系统工作原理2加热平台3加热管与热电偶452加热系统第三部分加热系统组成1加热系统工作原理2加热平台3加3.1加热系统组成53设备上、下加热平台加热系统轴测图加热系统结构示意图3.1加热系统组成16设备上、下加热平台加热系统轴测图加热系3.2加热系统工作原理

金属加热平台沿机床前后方向，贴近平台上表面均布多条贯穿孔，以安置电加热管及热电偶，每个平台上布置18个加热区域和18个测温点及18个控温保护热电偶，以确保炉膛温度均匀。在加热管与平台中间放置了压缩性能较好的隔热棉，有效的补偿了加热管之间的间隙。加热平台三维示意图54加热平台分区示意图加热平台温度控制3.2加热系统工作原理金属加热平台沿机床前后方3.3加热平台金属加热平台三维示意图金属加热平台图纸

金属加热平台由四块加热板构成。在加热板上布置有两种直径规格的贯穿深孔，用于安装加热管与热电偶。“T”型槽布置在每两块加热平台之间，用于安装模具。55“T”型槽结构示意图3.3加热平台金属加热平台三维示意图金属加热平台图纸3.4加热管与热电偶

加热管采用“L”形的三段式加热管，所谓三段式电加热棒就是通过在单支电加热管上实现三个区域进行独立升温、独立控温。

热电偶主要用于各温区的温度控制和温度保护，热电偶结构采用“L”形的双K偶封装，均匀的分布在上、下平台上。加热管结构示意图热电偶结构示意图563.4加热管与热电偶加热管采用“L”形的三段式加热隔热系统第四部分隔热系统组成1承压隔热陶瓷平台2隔热陶瓷3保温炉门457隔热系统第四部分隔热系统组成1承压隔热陶瓷平台2隔热陶瓷3保4.1隔热系统组成

隔热系统由承压陶瓷、隔热陶瓷、保温门、支架及隔热附件等组成，其作用是为加热工作室保温及加热工作室与外部环境的隔离。支架保温炉门承压陶瓷隔热陶瓷584.1隔热系统组成隔热系统由承压陶瓷、隔热支架保温炉4.2承压陶瓷平台承压陶瓷结构示意图

承压隔热陶瓷平台起着保温隔热的作用，可以有效的提高设备的保温性，降低能耗。隔热平台也是设备的主要承力部件。为了防止在使用过程中整体陶瓷平台的破裂，超塑设备的陶瓷平台进行了分块设计，上、下平台各分为8块。594.2承压陶瓷平台承压陶瓷结构示意图承压隔热陶4.3保温炉门

保温门由框架及隔热耐火材料组成。框架与隔热耐火材料使用高温螺栓连接在一起，形成保温门。保温门安装在支架上，前后左右各一个，这样与上下平台一起形成了一个密闭工作室。60保温炉门结构示意图4.3保温炉门保温门由框架及隔热耐火材料组成。框架与水冷系统第五部分水冷系统组成1冷却水柜2水冷板361水冷系统第五部分水冷系统组成1冷却水柜2水冷板3245.1水冷系统组成

水冷系统由冷却水源、过滤器、流量传感器、温度传感器、管道等组成。同时在液压站冷却水出口处设有温度传感器，用于检测液压站液压油的温度。设备冷却水路原理图62水冷板水冷柜5.1水冷系统组成水冷系统由冷却水源、过滤器、流量5.2冷却水柜

本设备水冷系统采用的是集中控制的方式，即流量检测、温度检测、流量调节等都集中在冷却水控制柜中进行控制及检测。冷却水柜结构示意图635.2冷却水柜本设备水冷系统采用的是集中控制的5.3水冷板水冷板共两块分别设置于压机的滑块和工作平台上。冷却水流过上下水冷板的内部通道，将高温区域传导散发的热量带走，起到保护压机整体机身框架的作用。64水冷板结构示意图5.3水冷板水冷板共两块分别设置于压机的滑块和工作平氩气、真空系统第六部分65氩气、真空系统第六部分28666、氩气、真空系统氩气系统是复杂零部件超塑成形和超塑成形/扩散连接的重要硬件设施。由