三轴同步进给内高压成形机液压系统的开发研究

摘要

航空、航天及汽车等工业领域，对产品结构的轻量化要求较高。内高压成形技术是适应结构轻量化而发展起来的先进制造技术，是一种生产复杂截面薄壁金属构件的先进塑性成形技术，具有生产成本低、材料利用率高和零件质量轻等优点。成形设备是实施该技术的基础，设备的性能极大地影响产品质量。液压系统是内高压成形机的关键系统之一，是设备其它系统设计的基础。欧、美等国较早开始研发并产业化内高压成形机，但其设备价格较为昂贵。国内相关设备研发起步较晚，目前尚无国际知名品牌。国内研发的设备，大多仅有两个轴向进给缸且合模力不可变，设备性能及能量利用效率均有待提高。因此，研发并产业化经济实用、节能高效的三侧缸内高压成形机，具有重要的理论和经济价值。
　　本文课题来源于广东省研发与产业化基金项目。为开发中小型三侧缸内高压成形机液压系统，本文主要研究内容为：
　　（1）设计公称合模力10 MN、合模力可变、三侧缸轴向进给、高低压组合式充液胀形且最高压力达300 MPa、带退料背压下缸的内高压成形机液压系统，并对系统主要部件进行设计或选型。
　　（2）使用AMESim软件对电液伺服阀、恒压变量泵等关键元件进行建模与动静态仿真分析；随后分别建立合模压力机、充液胀形、轴向进给和下缸退料四个子系统仿真模型并进行仿真测试；在以上研究的基础上建立整机液压系统仿真模型，并应用工程实例进行仿真以测试系统的主要性能，理论验证设计是否合理可行。
　　（3）在以上设计的基础上，结合内高压成形技术的发展趋势，创新设计三种设备—多功能自动化内高压成形机、胀形压力脉动加载的内高压成形机和电动静液作动内高压成形机。
　　研究结论为：
　　（1）本文设计的内高压成形机液压系统，实现了可变合模力，提高了能量利用效率；三侧缸轴向进给扩大了设备的工艺适用范围；高低压组合式增压胀形设计，保证胀形压力控制精度的同时减小了设备的尺寸。
　　（2）仿真研究表明：本文建立的恒压变量泵、电液伺服阀的仿真模型正确，精度合适；合模压力机全流程动作正确，快速运动速度达标，合模时冲击较小，合模液压力控制精度高，保压可靠，卸荷速度快；胀形压力控制精度不低于0.5 MPa，压力动态响应特性较好，充液时间短；轴向进给系统可以实现多种成形工艺，位移精度不低于0.05 mm，同步精度较高；下缸可以实现顶料和动态背压两种功能；工程实例成形中，系统合模压力、胀形压力和轴向进给位移三项指标的控制精度均达到设计要求，整机液压系统设计合理可行。
　　（3）本文液压系统的设计思路及方法，对工程实际中内高压设备的设计具有重要的指导作用；三种新型内高压成形机的设计，对未来相关设备研发具有一定的参考价值。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 课题研究背景及意义

§1.2 内高压成形技术简介

§1.3 内高压成形设备的研发及应用现状

§1.4 内高压成形设备的发展趋势

§1.5 课题来源、研究内容及技术路线

§1.6 本章小结

第二章 内高压成形机液压系统设计

§2.1 液压系统方案设计

§2.2 液压系统主要部件设计或选型

§2.3 整机液压系统的设计及工作原理

§2.4 本章小结

第三章 液压系统关键元件的建模与仿真分析

§3.1 AMESim软件简介

§3.2 恒压变量泵的建模与仿真

§3.3 直动式电液伺服阀的建模与仿真

§3.4 三级电液伺服阀的建模与仿真

§3.5 本章小结

第四章 液压系统的建模与仿真分析

§4.1 PID控制简介

§4.2 合模压力机液压子系统的建模与仿真分析

§4.3 充液胀形液压子系统的建模与仿真分析

§4.4 轴向进给液压子系统的建模与仿真分析

§4.5 下缸退料液压子系统的建模与仿真分析

§4.6 整机液压系统建模与综合实例仿真分析

§4.7 本章小结

第五章 内高压成形机及其液压系统创新设计简介

§5.1 多功能自动化内高压成形机简介

§5.2 胀形压力脉动加载的内高压成形机简介

§5.3 电动静液作动内高压成形机简介

§5.4 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果