粉末成型液压机性能优化设计

粉末成型液压机性能优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 张安龙，毛莉艳，李凯，李辉，梁新舟 （武钢（集团）国际经济贸易总公司，湖北武汉，430081） 摘要：结合液压机所生产产品的缺陷及其成因，分析了液压机液压系统在压力控制、流量控制上的设计缺陷，采用了排除液压系统压力干涉、增加液压缸流量控制的改进措施，实践证明，相应的改进措施能有效的提高液压机性能。 关键字：液压机,液压系统,粉末成型, 性能 中图分类号：TH137.3 The Performance Optimization and Design of Powder Compacting Hydropress Zhang Anlong, Mao Liyan, Li Kai, Li Hui, Liang Xinzhou (International Economic and Trading Corporation, WISCO，Wuhan,430081,China) Abstract: Combined with the defects and the cause of products which is pressed by hydropress, the design defects of hydraulic system about pressure and flow control were analyzed, the attractive measure about excluding press interference of hydraulic system and interesting flow control of cylinder were applied，the practice has proved that the attractive measure could increase the performance of hydropress. Keywords: hydropress, hydraulic system, powder compacting, performance 1、概述 某公司一台粉末成型液压机专用于生产各种磁环，由于液压机的设计缺陷，所生产的产品成品率偏低，直接影响其产量和经济效益，为提高产品品质、产量及经济效益，必须对液压机性能进行优化设计。 2、产品缺陷及原因 该公司液压机所生产的废品率为48%，经对100件废品进行统计后发现，废品主要体现在纵裂、分层、横裂及局部缺陷（如图1——图4），其中以纵裂、分层为主，占据了废品的82%（如图5）。 图1 纵裂 图2 分层 图3 横裂 图4 局部缺陷 图5 废品缺陷分布图 经分析，产生废品的原因如下： 1) 纵裂 纵裂发生在脱模阶段[1] [2]。液压机的振动会引起上模头、下模头和芯杆的振动，当振幅超过产品承受的极限时，产品破裂。上模及阴模的脱模速度大、液压冲击（如阴模运动到最底端时会产生液压冲击）都会引起此类震动。可以采取降低脱模速度、减小压力冲击等办法来减小液压机的振动[3]。 2) 分层和横裂 该类缺陷主要是由阴模及芯杆脱模引起。粉末在上模头、阴模、芯杆、下模头共同挤压作用下成型，成型品与阴模及芯杆面接触，阴模与芯杆脱模时需克服与成型品之间的摩擦力，如果摩擦力大于成型品的承受极限，则被摩擦力拉伤甚至拉裂；该类缺陷还与脱模速度有关，如脱模速度快，也容易造成分层和横裂。 3) 局部缺陷 产品在烧结时，如果密度不均匀，产品烧结时收缩性也会不一致，密度小的区域收缩大，密度大的区域收缩小。密度不一致时，产品各区域的强度也会不一致，密度大的区域强度大，密度小的区域强度小。因此，局部缺陷往往是由密度不一致引起的[1] [2]，而密度的差异是由压制速度引起。 综上所述，产品缺陷主要由液压机振动和各模具运行速度引起。当液压机各工序间的压力切换差值较大时，会引起液压机震动，差值越大，震动越大；压制速度和脱模速度越大，越容易引起产品缺陷。 3、粉末成型液压机液压系统优化设计 3.1 原液压机液压系统设计缺陷 原液压系统如图原液压系统(图6) 图6 改造前液压系统图 综合压制工艺进行分析后发现，原压机液压系统的缺陷体现在以下方面： 1）泵站压力控制油路设计不合理。 原系统中，阀1 、2 、3 、13 用于设定系统压力,溢流阀1 、2 分别设定2 个压力值,当系统所需压力较低时,YA2通电,溢流阀2工作；当系统所要求压力较高时,阀1 工作；当YA1 、YA2 都不通电时,系统卸载。上模缸上下腔的面积比为4 :1 ,再加上滑块的自重,当上模缸上腔压力很低时,压机的压制力也会很大。所以在压制时上模缸下腔要提供一定的背压来平衡掉一部分压制力。阀4 、5 、6 、12 用于设定上模缸下腔压力。上模缸在快速下降、慢速下降、压制时所要求的压力相差较大，在压力切换过程中产生较大的冲击，从而导致压机产生较大的振动和噪音。现场监测的数据表明压制过程中确实存在较大的液压冲击，如图7、图8所示。 图7 上模缸上腔压力波动图 图8 上模缸下腔压力波动图 2）原系统只有1 个流量阀,不能很好地实现执行机构的速度调节。运行速度大，会造成压机各部件（特别是上模头）对液压机整体的冲击，从而造成振动。 3）原系统在产品压制时,上模缸活塞杆往下运动,换向阀21 的电磁铁YA8 通电,上模缸下腔的液压油直接流入顶出缸48 上腔,使顶出缸活塞带动阴模一起运动。上模缸下腔的油压和顶出缸上腔的油压建立了直接的线性关系,上模缸上下腔的有效面积比为4 :1 ,如果上模缸上腔压力太低,则不足以将产品压制成型,压力太高的话顶出缸上腔的压力又太高，原方案不利于压机的压力分配。 3.2对原液压机液压系统改进设计 针对原液压系统的缺陷所采取的改进措施如下： 1）切断上模缸下腔和顶出缸上腔的油路，排除压力干涉。 2）在3个缸的进油路或回油路上加上1个或2个节流油路，使之能实现速度调节。 图9 优化后的系统原理图 优化后的液压系统如图9所示。其液压阀可分为2 部分,右边虚线框中的阀件为原有阀件,安装在一个集成块上。左边虚线框中的阀件是增加的阀件,安装在另外一个集成块上。增加的阀38 和40 用于改变上模缸50 的上升或下降速度;阀41 用于改变芯杆缸49 的上升下降速度;阀46和47 用于改变顶出缸48 的上升下降速度。增加了左边虚线框中的阀件后,弥补了原液压系统不能进行压制速度调节的缺陷。 改造后的方案将上模缸下腔的压力和顶出缸上腔的压力分开,这一点可通过屏蔽电磁铁YA8 来实现,此方案减小了各缸压力间的相互干扰,压机压力分配问题也得以解决。 3.3 改进效果 对系统进行改进后，经现场调试,将上模缸下腔的压力设为13 MPa 左右（使阴模强制下移需约3MPa 的压力）,通过调节阀38将上模缸的压制速度调整为2.5mm/s，通过调节阀46将顶出缸的脱模速度调整为5mm/s，系统运行的可靠性和稳定性达到最佳，此时的噪音和振动最小，压制出的产品具有很高的品质, 如图10——图12所示。 图10 性能优化后的合格品 图11 性能优化后的合格品 图12 性能优化后的合格品 对压机性能进行优化后，取得如下效果： （1）产品成型率显著提高，由优化前的48%提升为98%； （2）产品尺寸较优化前更准确，优化前尺寸误差为0.4%，优化后尺寸误差为0.1%，减少了烧结成型后的机加工量； （3）优化后的产品密度更加均匀，保证了产品的磁均匀性，从而提高了电子产品的性能。 4、结论 原系统没有流量控制阀,但流量控制对压机系统来说是一个必不可少的因素。通过在各个液压缸进出口添加节流阀或单向节流阀,实现了对液压缸运动速度的控制[4],继而实现了对压制速度的控制。原系统运行时存在压力相互干扰问题,通过油路转换优化,压力干扰问题得以解决。改进后的液压系统的工作压力、压制速度及压制尺寸均可根据不同压制品的不同工艺要求进行调解,确保了产品压制的质量。 参考文献 [1] 董林峰,李从心. 金属粉末成形过程中出现裂纹的分类研究[J]. 金属成形工艺. 2000,4:30-32 [2] 韩凤麟. 粉末冶金零件压制成形中裂纹的成因与对策[J]. 粉末冶金技术. 1999,17(03):209-216 [3] 黄培云等. 粉末冶金基础理论与新技术[M]. 中南工业大学出版社，1999. [4] 陈奎生. 液压与气压传动[M]. 武汉：武汉理工大学出版社,2001