用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置的制作方法

【技术领域】

本发明涉及液力成形技术及装置技术领域，具体涉及一种用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置。

背景技术：

具有局部复杂特征的零件，在航空航天、汽车等领域的应用十分广泛。为了获得结构轻量化、功能性和整体性要求很高的具有局部复杂特征的零件，国内外大专院校、工程技术研究院所和生产企业，对冲击充液成形技术及其装置进行了长期的广泛和深入的研究，取得了许多行之有效的成果。

20世纪70年代，日本东京车辆公司研制出利用冲击水压对金属材料进行高速塑性制造的大型水压冲床。目前国外液压冲击胀形柱塞的打击能高达4800j，打击速度为32m/s，液体冲击力达300mpa。中国北京工业大学锻压实验室在学习日本高速水压冲床的基础上，研制出输出能量2600j，液体冲击压力达180mpa的冲击充液成形装置。20世纪80年代白俄罗斯制造出用于实际生产的冲击成形装置。

以郎利辉教授为核心的北京航空航天大学研究团队研发了一种新型冲击充液复合成形设备(《液压技术》2014年07期)，是利用气缸膨胀做功，实现对重量锤的瞬时加速，通过锤击实现对高压柱塞的动能传递，并对成形室内液体进行压缩，获得骤增压力峰值。

以上所有这些冲击充液成形设备的一个共同特点，就是为了获得对液体介质的冲击能量，都采用压缩空气作为推动冲击锤作功所需的力源。要获得压缩空气就需要使用空气压缩机，无疑要增加设备的制造成本，而且压缩空气机在开动时会发出噪音，恶化工作环境。同时，压缩空气能提供的压力相对不高，要获得高功能的冲击充液装置，设备就要做得很笨重。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置，它采用高压蓄能器驱动高压油缸的活塞杆和冲击锤，代替直接采用压缩空气驱动冲击锤，可以大幅度提高打击能，同时，蓄能器中的压缩气体不会消耗，取消了专用的空气压缩机。因此要获得相同的打击能时，本装置具有体积小，成本低，工作效率高等优点。

本发明所述的用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置，它包括移动式工作平台，该移动式工作平台上设置模具，模具上设置有工件板料；工件板料上方设置有水液室，水液室上设置有液压室，液压室上设置有若干蓄能器；所述液压室内设置有油缸筒，油缸筒内设置有活塞杆，活塞杆穿插至水液室中，活塞杆的杆体底端设置有冲击锤。

进一步地，所述水液室与液压室之间设置有缓冲器。

进一步地，所述缓冲器包括设置在油缸筒上的缓冲器固定套，缓冲器固定套下方设置有缓冲套，缓冲套的两侧分别设置有下液控单向阀和上液控单向阀；油缸筒下部两侧设置有限程孔，两个限程孔的外侧分别设置有排油排气孔，两限程孔分别与下液控单向阀和上液控单向阀相对应；油缸筒内设置的活塞杆下部从上至下依次设置有缓冲孔、回程进油口和活塞杆套。

进一步地，所述液压室包括高压油室，高压油室内设置有油缸筒，油缸筒内设置有活塞杆；活塞杆的顶端设置有限位棒，限位棒的顶端设置有防松套；高压油室安装在插装阀座内；插装阀座与蓄能器相连；限位棒下部两侧对应设置有插装阀，其中左侧插装阀上方设置有排油阀；插装阀座上设置有压盖。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置，它采用高压蓄能器驱动高压油缸的活塞杆和冲击锤，代替直接采用压缩空气驱动冲击锤，可以大幅度提高打击能，同时，蓄能器中的压缩气体不会消耗，取消了专用的空气压缩机。因此要获得相同的打击能时，本装置具有体积小，成本低，工作效率高等优点。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明的主机立体图；

图4是本发明的主机的结构图；

图5是本发明的缓冲器的立体图；

图6是本发明的缓冲器结构示意图一；

图7是本发明的缓冲器结构示意图二；

图8是本发明液压室的立体图；

图9是本发明的液压室的结构示意图。

附图标记说明：

1、移动式工作平台；2、模具；3、工件板料；4、水液室；5、冲击锤；6、活塞杆；7、油缸筒；8、液压室；9、蓄能器；10、主机；11、缓冲器；12、下梁；13、侧柱；14、上梁油缸体；15、带导轨水槽；16、推模油缸；17、油缸内筒；18、水液室筒；19、模具压板；20、缓冲器固定套；21、缓冲套；22、限程孔；23、上液控单向阀；24、缓冲孔；25、活塞杆套；26、排油排气孔；27、下液控单向阀；28、回程进油口；29、插装阀座；30、排油阀；31、插装阀；32、压盖；33、防松套；34、限位棒；35、高压油室。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本具体实施方式所述的用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置，它包括移动式工作平台1，该移动式工作平台1上设置模具2，模具2上设置有工件板料3；工件板料3上方设置有水液室4，水液室4上设置有液压室8，液压室8上设置有若干蓄能器9；所述液压室8内设置有油缸筒7，油缸筒7内设置有活塞杆6，活塞杆6穿插至水液室4中，活塞杆6的杆体底端设置有冲击锤5。

进一步地，所述水液室4与液压室8之间设置有缓冲器11。

进一步地，所述缓冲器11包括设置在油缸筒上的缓冲器固定套20，缓冲器固定套20下方设置有缓冲套21，缓冲套21的两侧分别设置有下液控单向阀27和上液控单向阀23；下液控单向阀27和上液控单向阀23安装在单向阀座上；油缸筒7下部两侧设置有限程孔22，两个限程孔22的外侧分别设置有排油排气孔26，两限程孔22分别与下液控单向阀27和上液控单向阀23相对应；所述单向阀座内下部从上至下依次设置有缓冲孔24、回程进油口28，活塞杆6穿插过缓冲孔24、回程进油口28，活塞杆6的底端设置有活塞杆套25。

进一步地，所述液压室8包括高压油室35，高压油室35内设置有油缸筒7，油缸筒7内设置有活塞杆6；活塞杆6的顶端设置有限位棒34，限位棒34的顶端设置有防松套33；高压油室35安装在插装阀座29内；插装阀座29与蓄能器9相连；限位棒34下部两侧对应设置有插装阀31，其中左侧插装阀31上方设置有排油阀30；插装阀座29上设置有压盖32。

如图2所示是本设计的整体外形图；主机10上设置有减缓器11，减缓器11上设置有液压室8。

如图3、图4所示，是主机的外形图和结构图；主机包括下梁12，下梁12两侧对应设置有侧柱13，两侧柱13上部之间设置有上梁油缸体14，下梁12上设置有移动式工作平台1，移动式工作平台1一侧设置有带导轨水槽15，移动式工作平台1另一侧设置有推模油缸16；上梁油缸体14内设置有油缸内筒17，油缸内筒17内设置有水液室筒18，水液室筒18内设置有水液室4。移动式工作平台1上设置有模具2，模具2上设置有模具压板19。

如图8、图9所示是液压室外形图和结构图：在用高强度合金钢制造的插装阀座两旁装有两组共四个高压蓄能器(最高工作压力20mpa)，蓄能器由两组插装阀控制与高压油室的通断；高压油室的上方设置有御荷插装阀，控制与油箱的通断；高压油室内设一个防松套，由压盖将它紧压在油缸筒的端面上，防止油缸筒在冲击时返松；在防松套的中央安装有一个限程棒，防止活塞杆回程时超程。

如图5-图7所示是缓冲器的结构图：缓冲器固定套固定在主机机体上。缓冲器上设有限程孔22、排油排气孔26和缓冲孔24。限程孔22与两个液控单向阀(下液控单向阀27和上液控单向阀23)连接，以便当其与高压油缸上腔连通时能快速将油排到油箱，并在需要时将限程孔与油箱断开，让油缸回程。排油排气孔也与两个液控单向阀连接，且在单向阀座上设置通气阀，当设备处在准备工作程序时，液控单向阀打开，通过通气阀将内在的油和气快速排清；高压油缸冲击行程结束时，液控单向阀和通气阀立即关闭。缓冲孔下部设有油缸回程进油口，当活塞杆和冲击锤由缓冲孔刹车后，回程进油口进油让油缸回程。

本发明的工作原理如下：由插装阀31控制的蓄能器9(最高工作压力可达20mpa，本设计采用的工作压力为12mpa)提供的液压油进入到高压油室35，推动油缸活塞杆7带动冲击锤5作加速度运动向下推进，当活塞杆7和冲击锤5的行程达到规定值时，活塞杆7和冲击锤5的速度达到设定的最大值，并以此速度向水液室4的水猛烈撞击，借此达到冲击充液复合成形工件的目的。

本发明的理论根据如下：

物体运动产生的动能(做功)

式中w——单位是焦耳(j)；

m——运动物体的质量，单位是千克(kg)；

v——运动速度，单位是米/秒(m/s)。

对于匀加速垂直向下运动，有v＝(g+a)t--------(2)

式中g——重力加速度，9.8米/秒²；

a——运动物体在外力作用下获得的加速度，单位是米/秒

²(m/s²)；

t——运动时间，单位是秒(s)。

因为对于匀加速垂直向下运动有

式中l——物体运动的距离，单位米(m)。

又因为有

f是外作用力，单位是牛(n)。

对于油缸活塞杆而言，f＝f1-f2-f3

式中f1——油缸上腔的液体压力，f2——油缸筒和活塞之间产生的摩擦力，

f3——油缸下腔和冲击锤产生的阻力。在本发明装置中，f2和f3很小，可以忽略不计，因此f＝f1。

因为有

式中d——油缸筒内径，单位是厘米(cm)；

p——油的工作压力，单位是牛/每平方厘米(n/cm²)。

本发明设定，在冲击速度达到30m/s时，装置的动能要达到27000j。用公式(1)计算，得出质量m＝60kg；本发明设定油缸筒内径为d＝70mm，油的工作压力为12mpa≈120kgf/cm²≈1200n/cm²，用公式(5)和(4)进行计算，得出加速度a≈769.3米/秒²(m/s²)；用公式(2)进行计算，得出冲击锤的运动时间t≈0.0372秒(s)；用公式(3)进行计算，得出冲击锤需要运动的距离l≈0.558米(m)。为结构设计方便，取l＝0.6m。

本发明的工作过程如下：

a、冲击准备：

1)高压油缸活塞杆带和冲击锤上升到最高位置(复位)；

2)勾机油缸活塞向外伸出，将停在最高位置的冲击锤锁住；

3)推模油缸复位，带动模具和工件板材进入被冲击位置；

4)主机油缸油口1进油，推动复合油缸活动杆下行，让与它连体的水液室下行封压住工件板材；同时打开安装在缓冲器上的液控单向阀，并通以空气排清高压油缸下腔的油；

5)进水孔向水液室注水，直至将水注满到排气孔的下边沿，或者，通过设定水泵的注水时间设定注水量；

6)关闭控制高压油室与油箱连接的插装阀。

b、冲击：

1)打开控制蓄能器的插装阀，让蓄能器中的高压油进入到高压油室；

2)勾机油缸活塞杆缩回，高压油缸活塞杆连同冲击锤瞬时向下冲击；

3)高压油缸下腔的空气(挟杂有部分油珠)通过液控单向阀排回油箱，冲击锤下方的空气通过排气孔排出；

4)冲击走完设定的行程后，高压油缸上腔通过限程口和液控单向阀与油箱相通，同时，打开控制高压油室与油箱连接的插装阀，关闭控制蓄能器的插装阀，活塞杆和冲击锤御荷，靠惯性向下冲击；

5)高压油缸活塞杆的活塞向下运动进入缓冲套上的缓冲孔后，开始刹车，直至冲击停止。

c、冲击回程：

1)液控单向阀关闭；

2)缓冲套下端油孔进油(图中没有画出)，将高压活塞杆连同冲击锤向上推，实现复位；

d、取出工件：

1)主机油缸油口2进油，水液室与模具分离，水排到工作台水槽内；

2)推模油缸向外推出，将固定在移动工作台上的模具及做好的工作移出；

3)取下工件(如需脱模，可使用装置备有的脱模油缸)，再放入下一工件的板材，装置进入下一循环动作。

本发明所述的用蓄能器驱动活塞杆和冲击锤的冲击充液复合成形装置，它采用高压蓄能器驱动高压油缸的活塞杆和冲击锤，代替直接采用压缩空气驱动冲击锤，可以大幅度提高打击能，同时，蓄能器中的压缩气体不会消耗，取消了专用的空气压缩机。因此要获得相同的打击能时，本装置具有体积小，成本低，工作效率高等优点。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。