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  首页-设备工装-薄钢板拉深压边力调节装置及控制薄钢板拉深压边力调节装置及控制-中国钢桶包装网  

 
 

薄钢板拉深压边力调节装置及控制

文/何大钧

1 引言

在钢桶底盖及封闭器零件冲压深拉深成形中,为了避免桶件起皱或破裂,控制变形材料在压边圈和凹模之间的流动是非常重要的。即需控制拉深变形时材料的压边力。在拉深过程中,为了使压边力在受控状态下变化,就需要研究使传统压力机具有施加可变压边力的能力,即配置与之相适应的可控压边力系统。该系统必须具有良好的动态响应,以便在普通的拉深速度下对压边力进行控制。

2 单动压力机上的可调压边力装置

2.1 压边力与拉深力成比例的拉深装置

图1为利用摩擦力驱动压边的拉深装置。利用氨基甲酸乙脂套和压边圈之间的摩擦力产生压边力,由于摩擦力与氨基甲酸乙脂套上的压力近似成比例,使得在拉深过程中压边力与拉深力也近似成比例。调整氨基甲酸乙脂套与压边圈的接触面积和氨基甲酸乙脂套上的轴向压力可获得不同的压边力。该压边装置可在拉深的各个阶段施加足够的压边力,抑制桶件起皱,且在拉深力小时压边力也小,降低了成形拉应力,减小破裂的可能性。


1-压边圈;2-氨基甲酸乙酯套;3-凸模;4-凹模
图1 摩擦力驱动压边

图2所示是一种液压短程装置,由作用在两个不同横截面积柱塞上的液压力产生压边力和拉深力。该装置可提供与拉深力成比例的压边力,并可减少凸模总行程,缩短工作循环时间。利用该装置进行钢桶零件深拉深,拉深比约为2,工作循环时间减少50%,极大提高了生产效率。


1-主滑块;2-压力机框架;3-压力容器;
4-凸模;5-压边圈;6-凹模
图2 拉深液压装置

与摩擦力驱动压边的拉深装置相比,该装置的压边力与拉深力的比例关系更为准确。

以上装置共同的优点是:单动压力机不需要使用模具垫(橡皮、弹簧、气压或液压垫)就可拉深钢桶件。此外,在拉深之初压边力从零开始增加,达到最大值,在拉深结束时又减小到零,压边力-行程曲线与临界压边力曲线相似。 所以,这种先增后减的压边效果,有助于使压边力引起的摩擦阻力最小。

2.2 液压模具垫系统

图3所示是大型单动压力机上用液压模具垫控制压边力的反拉深系统。在拉深凹模10下降行程中,角缸4通过压力柱7将总的压边力分配到四角上去。

这样在拉深矩形桶件时,使用顶杆便能将压边力沿压边圈的四周进一步分配。目前,常用的液压缸数目为4、6或8个,通过进一步的研究,将使控制顶杆的液压缸数目增至15个。


1-凸模;2-模板;3-压力机支撑;4-角缸;5-举升缸;
6-下支撑;7-压力柱;8-下压边圈;9-毛坯;10-上压边圈和凹模
图3 四角控制的液压拉深系统

在用4个或6个液压缸控制压边力时,压边装置弹性弯曲变形会影响多点压边力控制系统的有效性,这可通过带若干顶杆的程控液压缸来改进(图4)。每个顶杆的力和位移是单独测量的,顶杆的位移可控。这样,可把每个液压缸的力-位移关系事先存储起来,通过对选定顶杆的高度调节来改变压边圈上的压力分布。


图4 通过4个角缸、压边板和顶杆传递的压边装置

3 多动压力机上可调压边力装置

目前,国内在计算机控制的多动压力机上已实现了用于拉深的可变压边力的计算机控制系统。该系统响应速度快,用户可在整个凸模行程中预设希望的压边力变化曲线。

该压力机带两个单独驱动的凸模,有两个气缸用于合模,在上板和下板上装两个独立控制、由伺服电机驱动、相向运动的凸模。为使多动压力机用于钢桶零件的成形,在机械、气动、数据采集和控制系统方面做了改进。图5所示为改进以后的带传统拉深模具装置的多动伺服压力机。


1-气缸;2-底板;3-凹模;4-凸模;5-压边圈;
6-固定板;7-顶板;8-旋转电位计;9-传动装置;
10-伺服电机;11-测力计;12-Wabco E/P转换器;13-压力传感器
图5 改进后的多动伺服压力机

该压力机可在拉深变形过程中测量拉深力和气缸中的压力,延伸杆上装有5000lb(2268Kg)的载荷传感器,用于测量顶杆受力。伺服电机的输出轴上连有一个旋转的电位计,以测量凸模行程。一个0~150psi(0~1.034MPa)范围的压力传感器连在气缸的输入管道上。从传感器上所获得的读数可被换算为对应于拉深行程的压边力。

图6所示为压力机改进后的气动回路。回路包括两个气缸,由一个二位四通电磁空气调节阀驱动(带有活塞速度调节装置),气缸的压力为200psi,可在理论上产生40kN的压边力(包括250lb压边圈的重量),空气压缩器3用来产生所需的200psi线性压力。对17.5kN的压边力可采用80psi的空气输入压力。气缸进气口附近装有压力控制器4,有一个单独的空气压缩器5为其提供气压。Wabco电/气(E/P)继电转换阀可以直接分级输出压力,对输入的电压控制信号1-5VDC 进行比例模拟输出。


1-润滑单元;2-调节器;3,5-空气压缩器;4-压力控制器
图6 压力机改进后的气动回路

图7所示为Wabco E/P装置的回路图。此装置需要两个压力供应口(高压)、一个压力出口和一个排气口。当得到1-5VDC的控制信号时,装置将会产生0~200psi的输出。控制信号是通过WB-800的数据读取板和外部的D/A转换器的数据输出功能来传递的。表1中为此转换器的参数。


图7 Wabco E/P转换装置的回路图

图8为压边力控制系统的数据传输路径。计算机给WB-800 I/O板发一条数据输出命令,数据读取软件将会定义输出的8位有效数据位。从WB-800的数据输出口传送8位信号,如果值为0,则这8位数字信号是(11111111),如果值为255则这8位信号是(00000000)。这8位数字将会送往数/模(D/A)转换器,其输出是0~5VDC。一个(11111111)的信号将会对应0V的输出,一个(00000000)的信号对应5V的输出。共有256个数值信号对应0~5VDC,因气动伺服阀响应的控制信号是0~5VDC,在256个值中有204个值有效,Wabco E/P的输出范围为0~200psi,故大致上是1个数值信号对应1个psi,这在实际应用中是合理的。

表1 Wabco E/P装置的参数

供应电压范围

10~28VDC

最大输入压力

250psi

最大输出压力

0~200psi

控制信号

0~5VDC

磁滞后

4~5psi

敏感性

±1psi


图8 压边力控制系统的数据传输路径

为了校核压边力,逐渐增加气缸中的压力,可以测量到作用在测力计(位于压边圈和底板之间)上的力,如图9所示。当采用增加的压力路径时。压边力与气缸中压力近似呈线性关系;当采用下降的压力路径时,曲线略微高一点,这是由于摩擦力作用的结果。


图9 测得的压边力-气压曲线

4 压边力的闭环控制

开环控制时,可将压边力预先定义为凸模行程或时间的函数:而在闭环控制中,先定义一个参考值(如拉深力),然后在拉深过程中测量该参数的实际值,减小误差,得到合适的压边力曲线。

以下是闭环控制中常用的三个监测参数。

4.1 拉深力

拉深过程中,拉深力以径向拉深力的形式传递到筒壁和法兰。拉深力受压边力的影响很大,可以通过控制拉深力来调节压边力。拉深开始时,可根据经验预设压边力值。在具体的变形条件下,通过传感器实测拉深力(对应时间点)并与理论计算出的拉深力相比较。调整压边力,使实测值与计算值接近。该方法所得压边力是“破裂极限下的最大压边力”。

图10中所示实例,拉深筒形件,毛坯直径为300mm,凸模直径为155mm。预先设定拉深力为140kN,通过控制压边力来获得。此零件所测得的破裂拉深力为155kN,显然,所获得的压边力曲线是正常的拉深载荷曲线的映像,两者的变化趋势较一致。


图10 闭环控制拉深力得到的压边力曲线

4.2 径向拉应力

在变形过程中,若最大径向拉应力大于临界应力,则发生缩颈,导致破裂;若压边力过小,导致径向拉应力也相应过小,则会起皱。所以,可通过控制压边力,使最大径向拉应力接近临界应力。

4.3 厚向应变

该方法是基于对起皱的控制。可获得最小压边力曲线。系统将当前的板材厚度与预计的相比较,如果测量值比预计值大,则增大压边力;相反,则减小压边力。在这样的控制下所获得的压边力曲线如图11所示。测得的压边力曲线波动严重,说明起皱是非线性、变化快的现象,难于控制,但弯曲的低点很好地给出了最小压边力变化曲线的形状。


图11 闭环控制厚向应变得到的压边力曲线

 

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