汽车板坯成型液压机工作节奏的影响因素分析

汽车板坯成型液压机工作节奏的影响因素分析

随着中国经济实力的不断增长和人民生活水平的不断提高，汽车已经开始进入成千上万的家庭，汽车制造行业也在快速发展。板材成型液压机广泛用于汽车制造业，作为冲压设备生产汽车的多种零部件。随着市场的逐步成熟，效率、生产成本、维护保养的便捷等要素被制造商越来越重视。板材成型液压机要想在冲压行业中占有重要的一席之地，就必须做出改革。板材成型液压机早期广泛应用于汽车覆盖件及其他类型金属板材件的生产，有价格低廉但是生产节拍相对较慢的特点。板材成型液压机工作节拍低下一直是一线制造厂商所不能接受的，不能作为主机厂的主力冲压设备进行使用，而这一市场份额在整个市场中所占比例很高。板材成型液压机要想不断向前发展，提高生产节拍势在必行，而提高节拍要分析影响节拍的多种因素，在每一个环节进行提高。液压机提高了生产节拍，必然大大增加其在冲压设备市场的竞争力，对于液压机的发展具有十分重要的意义。1深拉伸工艺动作板材成型液压机的工艺动作有多种，一般情况下衡量液压机的工作节拍快慢，通常以深拉伸零件的生产节拍作为标准。下面以深拉伸工艺动作为例进行分析。深拉伸工艺动作一般按照如下顺序进行：滑块快速下行、滑块动作切换为工作下行、模具闭合后滑块加压至设定吨位、滑块持续加压、滑块泄压、滑块慢速开模回程、滑块快速回程、滑块回程减速并停止、液压垫快速顶起、液压垫减速顶起并停止，如图1所示。对于每个设备动作进行分析，找出节省时间的方法，液压机的生产节拍就会显著提高。2模具形成原因分析滑块快速下行，传统液压机滑块快速下行依靠滑块、油缸及模具的重力进行自重下行，在地球引力作用下向下运动。滑块在下行的过程中需要克服导轨及油缸密封的摩擦力，需要克服排油阻力将油缸回程腔油液排回油箱。影响滑块快速下行的因素为重力、滑块摩擦力、排油阻力。在目前制造能力下，滑块和导轨的摩擦力已经很小，影响滑块快速下行动作权重也很小；而排油阻力通过设计选型就能把控，通常排油阻力用于限制滑块快下速度的最大值；重力系数G为物理常数，不能人为改变。滑块动作切换为工作下行，此动作为一个过渡动作，一般通过插装阀或者大通径电液阀实现，影响因素主要为切换动作的时间及切换过程中滑块行走的距离。液压系统切换动作的时间越短，滑块切换动作行走的距离也就越短，二者成线性关系。模具闭合后滑块加压至设定吨位，该动作根据工件的成型特点具有前期成型力低的显著特点，主要影响因素为滑块在前期低压力的工作速度和滑块合模后建立压力的时间长短。滑块持续加压，此处影响因素为单纯的人为设定时间，主要用于定型制件释放工件应力防止工件回弹。滑块泄压，是指高压油液通过排出一定的压缩油液来降低压力，固定吨位与行程的液压系统，泄压需要排出的油量是固定的，泄压时间的长短取决于泄压机构执行时间的长短。滑块慢速开模回程，慢速开模回程的时间主要取决于系统在回程缸建立压力驱动滑块动作的响应时间，建立压力的快慢十分重要。滑块快速回程，主要取决于快速回程的速度。滑块回程减速并停止，主要因素为滑块减速的距离及稳定停止的状态。回程动作执行时驱动滑块及其携带的质量，减速停止需要一定的行程，该过程越短，设备节拍也越快。液压垫快速顶起和液压垫减速顶起并停止动作，该动作如果能够在滑块回程停止前完成则不会对整个节拍造成影响，一般情况下液压垫顶起的行程是小于滑块回程停止的行程的，这一点比较好实现。3电液滑阀的动作控制滑块快速下行工作的影响因素虽然不可直接改变，但是可以通过快速油缸的形式来加快滑块的快速下行速度，使滑块在较短的行程内快速下行由被动动作转换为主动动作，这种设计很少应用在大型液压机上，通常应用于较小的设备，由于滑块质量较小无法依靠自重下行而采取的措施。加装快速油缸，主动驱动滑块快速下行，理论上可以减少滑块由静止到快速下行的加速时间、滑块快速下行动作的时间。实施方案为蓄能器提前存储油液，利用控制阀组进行快速释放驱动快速油缸，进而驱动滑块快速下行。滑块动作切换为工作下行，影响因素主要为动作切换的时间及切换过程中滑块所行走的距离。常规液压机此处采用切换排油阀口大小来完成动作的转换，而控制排油口大小通常采用电磁阀控制先导油来驱动插装阀或者电液滑阀的主阀芯来完成，该动作完成的时间不稳定，因为其被动的依靠先导油来进行动作，受先导油的压力影响极大，而另一方面由于阀芯本身的结构特性，该方案常常造成系统内部冲击过大，在实际的生产调试设备过程中往往需要故意将该转换距离调长来获取设备的稳定性。改进方案推荐采用线性可控的比例插装阀进行动作转换控制，由于其阀口大小线性可控及快速响应的时间，可以将转换的时间及行程压缩到最低，同时稳定性也大大提高，如图2所示。模具闭合后滑块加压至设定吨位，根据其主要影响因素，滑块在前期低压力的工作速度和滑块合模后建立压力的时间。建议方案为驱动油泵选用恒功率变量泵或者恒压变量泵，符合工件的成型特点，另外也可以进一步匹配油缸的工作顺序，结合工件成型特点，对于多缸结构的液压机，可以先采用部分油缸进行加压的办法来提高滑块的工作速度；对于建立压力的时间，在成本可以接受的前提下，液压系统可以通过加装高压蓄能器及控制系统或者通过加大装机功率提高系统高压油液输出能力的办法来实现。滑块泄压，通常通过充液阀打开进行预泄压，吨位较大的设备还通过设置专门的泄压阀来实现，泄压太快容易导致设备系统振动。推荐方案仍然是采用比例插装阀来进行泄压，其流量大、开口线性可控的特点能最大限度地减少系统泄压的时间。滑块慢速开模回程，需要加快回程腔建立压力的速度，在不影响泄压的情况下，建议提前压缩油液到回程所需要压力的临界点，该方案是在上一个动作的过程中或者同时启动，提前压缩油液，以达到最短的时间来启动滑块动作。还有一种方案就是让回程腔的压力始终超过启动的临界压力点，这种方案需要同时解决泄压及滑块提前回程的问题，不能单单超过临界压力，这样会造成滑块不能泄压。滑块快速回程，在有限的条件下达到最大的回程速度。目前一般的做法是减小回程缸的面积，用高压力换取设备的回程速度，在稳定性保证的前提下，此种方案也是可行的，另外一种方案是建立类似于液压弹簧的模型，不再受油泵排量及回程力大小的限制。滑块回程减速并停止，由于滑块机器携带的模具等质量之和非常大，滑块具有一定的能量，常规做法是此动能需要转变成重力势能才能够稳定停止，而此过程往往很长，占用了滑块的回程停止时间。建议采用主动干预的方案，提前抵消滑块的动能，这样滑块就能在最短的时间内稳定停止。4初步回收过程所有动作的转换都是通过设备电气系统的PLC收集及发出信号执行的，电气元件的反应时间及讯号传导时间基本被元件本身所决定。这里要着重考虑简化设备动作，减少电气讯号的传导数量及动作执行数量。液压系统的动作简化需要合理的利用物理原理，减少控制动作，如滑块的回程动作使用液压弹簧的模型，这样能够减去所有回程初始动作的执行量，会大大降低电气控制系统的响应及执行时间。5提高液压机工作节拍的意义现代市场经济条