一種粉末制品液壓機(jī)的研制

宋雨芳，蒙爭(zhēng)爭(zhēng)

（1.合肥合鍛機(jī)床股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥學(xué)院 機(jī)械工程系，安徽 合肥 230022）

0 引言

近幾年，粉末制品液壓機(jī)發(fā)展極為迅速。粉末制品液壓機(jī)的加工對(duì)象為金屬粉末，主要用于汽車剎車片和齒輪箱類摩擦片產(chǎn)品的壓制成形，成品制件尺寸一般較小，壓機(jī)臺(tái)面要求較小。粉末制件壓制過(guò)程裝粉、震勻粉料及取件均需操作人員近身操作，而壓制時(shí)產(chǎn)生的粉塵對(duì)操作人員的身體健康有著較大影響，故粉末制品壓機(jī)在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮其操作習(xí)慣和相應(yīng)配套裝置，以減少對(duì)周圍環(huán)境污染和操作人員的身體傷害。

我公司設(shè)計(jì)的YH72—630系列粉末液壓機(jī)，五年內(nèi)同一廠家先后訂購(gòu)了十幾臺(tái)，以滿足生產(chǎn)需求，表明我公司的粉末壓機(jī)性能可靠，滿足了粉末壓制產(chǎn)品的工藝要求。本文就以YH72—630系列粉末液壓機(jī)為例，闡述該類液壓機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 粉末制品液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

粉末制品液壓機(jī)一般為整體框架結(jié)構(gòu)，滑塊采用四角八面銅導(dǎo)軌導(dǎo)向，保證壓機(jī)的剛度和強(qiáng)度要求。由于用戶車間空間有限及粉塵污染較大，為防止粉塵進(jìn)入油箱，將油箱上置于機(jī)身。油箱上各安裝元器件均需墊高，以防堆積在底面的粉塵妨礙壓機(jī)元件的維修。油箱頂面四周設(shè)置凹槽并開(kāi)設(shè)導(dǎo)油孔，先用鋼管連接至距地面2m高度，再經(jīng)軟管連接到廢油儲(chǔ)油箱，可有效排泄油箱上平面的泄漏油液，保持油箱上平面的清潔干凈。

壓機(jī)四面設(shè)計(jì)有圍板以隔離金屬粉末壓制時(shí)產(chǎn)生的粉塵。壓機(jī)正面采用軟卷閘門(mén)形式活動(dòng)式圍板。在壓機(jī)單次循環(huán)工藝動(dòng)作開(kāi)始時(shí)，活動(dòng)式圍板與滑塊同時(shí)下行，當(dāng)最后一次保壓接近結(jié)束時(shí)，活動(dòng)式圍板先上行，然后滑塊上行，活動(dòng)式圍板比滑塊提前上行的時(shí)間可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行調(diào)整。活動(dòng)式圍板的上限位置應(yīng)能保證當(dāng)滑塊在上限位時(shí)露出滑塊，以便更換和調(diào)整模具。在壓機(jī)左右兩側(cè)設(shè)置封閉式側(cè)門(mén)，僅在調(diào)整行程開(kāi)關(guān)時(shí)打開(kāi)。壓機(jī)后圍板為封閉式圍板，中間留有排氣接口孔，孔口裝有過(guò)濾網(wǎng)及可調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)門(mén)板。后圍板具有足夠的剛度并裝有聯(lián)鎖安全開(kāi)關(guān)，以防在后圍板門(mén)開(kāi)啟的情況下壓機(jī)滑塊快速下行。各封閉式圍板導(dǎo)軌處均安裝有密封毛氈，以防止粉塵泄漏。

2 壓機(jī)設(shè)計(jì)工藝動(dòng)作要求

粉末制品液壓機(jī)工藝動(dòng)作邏輯順序?yàn)椋夯瑝K與前門(mén)一起快速下降→撞3S102限位→滑塊快速轉(zhuǎn)為慢速下降→滑塊進(jìn)入預(yù)壓制狀態(tài)→預(yù)壓力到→滑塊保壓延時(shí)→延時(shí)到達(dá)→滑塊卸壓→滑塊回程到放氣位3S103，放氣延時(shí)（時(shí)間在觸摸屏中設(shè)定）時(shí)間到→滑塊下行壓制→壓力到→滑塊保壓延時(shí)→延時(shí)到達(dá)→滑塊卸壓（如此多次，該次數(shù)在觸摸屏中設(shè)定），保壓次數(shù)到，滑塊回程到上限位（在滑塊最后一次保壓時(shí)，前門(mén)要比此設(shè)計(jì)提前一個(gè)時(shí)間回程，該時(shí)間在觸摸屏中設(shè)定）。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

粉末制品壓機(jī)對(duì)主缸壓力要求很高，故主缸壓力精度調(diào)整是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。頂缸退回速度也需可調(diào)，且速度分時(shí)間段可控。壓機(jī)采用小泵開(kāi)泵保壓，穩(wěn)定保壓工作范圍為4MPa～25MPa。壓機(jī)使用壓力在4MPa時(shí)，須保證壓力在10min內(nèi)波動(dòng)≤10%。操作面板上的保壓力設(shè)置值與實(shí)際壓力監(jiān)控值之間的誤差應(yīng)≤5%，同時(shí)實(shí)際壓力監(jiān)控值本身的波動(dòng)應(yīng)≤5%。

3.1 插裝閥優(yōu)化設(shè)計(jì)

在最初進(jìn)行液壓原理設(shè)計(jì)時(shí)，主油缸進(jìn)油液壓回路的插裝閥插件2通徑為NG25。在壓機(jī)調(diào)試時(shí)，壓力波動(dòng)范圍很大，電氣控制方面做了很多改進(jìn)和調(diào)試措施均無(wú)法滿足要求。分析問(wèn)題起因發(fā)現(xiàn)插件2閥芯的開(kāi)閉是導(dǎo)致壓力波動(dòng)的主要原因。因?yàn)閴簷C(jī)在進(jìn)入壓制和保壓階段由一個(gè)25YCY的軸向柱塞恒功率泵供油，而插件2通徑較大，在插件開(kāi)閉瞬時(shí)有大量油液耗損，從而造成主缸壓力波動(dòng)范圍較大。將插裝閥插件2通徑更改為NG16，并相應(yīng)調(diào)節(jié)插件的閥芯彈簧及控制油口處的阻尼大小，最終有效控制了主缸壓力波動(dòng)。

3.2 比例壓力閥應(yīng)急設(shè)計(jì)

圖1 插裝閥優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)壓機(jī)主缸的壓力控制要求，在液壓原理設(shè)計(jì)時(shí)在主缸調(diào)壓閥處并聯(lián)了3Y1的力士樂(lè)進(jìn)口比例壓力閥，采用電液自反饋方式來(lái)控制壓力的波動(dòng)范圍，如圖1所示。外接閉環(huán)控制的意大利阿托斯的壓力傳感器在操作面板上設(shè)置和顯示實(shí)際壓力，同時(shí)比較兩者之間的誤差范圍。由于3Y1為德國(guó)力士樂(lè)進(jìn)口元件，當(dāng)發(fā)生故障需更換或維修時(shí)，其采購(gòu)或維修周期較長(zhǎng)。為此，設(shè)計(jì)了手動(dòng)調(diào)壓和比例調(diào)壓可切換的應(yīng)急措施，如圖2所示。

圖2 比例壓力閥應(yīng)急液壓原理

在主閥塊上比例溢流閥3Y1上端截成A、B兩油口，下端截成C、D兩油口，另外配置了用3Y5電磁方向閥可手動(dòng)高低壓切換調(diào)壓的P、T出口的備用閥塊，當(dāng)需要用比例壓力閥調(diào)壓時(shí)，就將A－B、CD兩油口相連接；當(dāng)需要手動(dòng)調(diào)壓時(shí)，就將A－P、TD油口相連接，這樣就斷開(kāi)了比例壓力閥3Y1的使用，用3Y5方向閥切換實(shí)現(xiàn)壓機(jī)高壓范圍5～25MPa和低壓0～5MPa的調(diào)壓，以滿足應(yīng)急處理需求。

3.3 頂出缸退回動(dòng)作控制

為了壓制理想的粉末制品，壓機(jī)工藝要求頂出缸退回分為兩種動(dòng)作速度。頂出缸由上限位開(kāi)始下行的初始階段（5s左右，時(shí)間可調(diào)）采用慢速退回方式，時(shí)間到后快速退回至下限位。設(shè)計(jì)液壓原理時(shí)，在頂缸退回的4Y1的回油T口油路上加了4Y2兩位四通電磁閥和調(diào)速閥，兩者為并聯(lián)方式，在需要慢速退回時(shí)，4Y2得電，退回油路經(jīng)過(guò)調(diào)速閥，調(diào)節(jié)調(diào)速閥開(kāi)口，就可以調(diào)節(jié)回油的快慢，從而控制頂缸的慢速退回速度，需要快速退回時(shí)，4Y1的回油口與4Y2的回油口串通，直接回油到油箱。頂出缸退回動(dòng)作控制液壓原理如圖3所示。

圖3 頂出缸退回動(dòng)作控制液壓原理

4 液壓附件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

粉末制品壓機(jī)多要求模具帶加熱功能，壓機(jī)需配置對(duì)模具溫度實(shí)施控制的功能。一般模具溫度分多路控制，每一路溫度需要實(shí)時(shí)顯示和控制，其設(shè)定都在觸摸屏中。溫度的實(shí)時(shí)值都有一個(gè)上下限，超限在觸摸屏中有指示等報(bào)警，同時(shí)在操作臺(tái)上有聲音報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模具溫度的精確控制。壓機(jī)專門(mén)配置一個(gè)加熱電控柜，以進(jìn)行對(duì)多路加熱模塊的安裝。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該類粉末制品壓機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐，在用戶不斷的提升要求并多次改進(jìn)設(shè)計(jì)中，該類產(chǎn)品性能已基本趨于穩(wěn)定，成為公司在粉末冶金行業(yè)的一個(gè)重要標(biāo)志性設(shè)備。

[1] 俞新陸.液壓機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2] 李 響.粉末制品成形液壓機(jī)的設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（5）：24－25.

[3] 董建東，熊曉紅，黃樹(shù)槐.國(guó)內(nèi)外粉末冶金壓力機(jī)的研究與應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1998，33（4）.