2500T高速冲压液压机的设计开发

摘 要：根据线首2500T液压机的设计参数要求，对滑块及液压垫流量需求进行分析，确定电机及主、辅泵的选型。从现场使用经验及设备稳定性角度出发，对压机机身及管路设计制造、加工工艺提出建议，具有一定的工程应用价值。

关键字：高速液压机；流量分析；机身结构；插装比例阀

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）22-196-04

Abstract： Based on the design parameters requirements of the line head 2500T hydraulic press， the flux demand of slide block and hydraulic die cushion is analyzed to confirm the model selection of the electric machinery and main pump and auxiliary pump. According to field experience and equipment stability， make recommendations to the press fuselage and pipeline that were designed and manufactured， having a certain value on engineering application.

Keywords： high-speed hydraulic press； flux analysis； fuselage structure； cartridge propcrtional valve

CLC NO.： TH162 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）22-196-04

引言

隨着汽车制造业的飞速发展，汽车覆盖件越来越倾向于大型化、精密化，加工要求高；高精度、性能稳定且速度快的压机设备是实现零件生产的首要前提。液压机作为一种通用的无切削成型加工设备，采用帕斯卡工作原理，通过流体工作介质以实现液压传动；与机械传动相比，液压传动系统简单，无过载现象，具有柔性传动特点。其中，框架式液压机经过多年发展，制造技术相对成熟，但行业内大型高速冲压液压机应用较少，且液压漏油、油路污染等问题仍无法避免。本文以2500T高速单动框架式液压机开发为例，结合现场使用经验，对压机设计制造、加工工艺等提出相应解决建议，具有一定的工程应用价值。

1 流量分析及选型

多工位冲压线整线节拍由压机及自动化转运设备速度共同决定，但生产深拉延件时，首台压机受零件拉深深度影响，耗时长，整线节拍较慢。为提高整线生产速度，压机部分应着重从首台压机入手，提升压制速度及设备稳定性。其中，线首2500T单动液压机主要设计参数要求如表1：

1.1 滑块流量分析

2500T框架式单动压机中座滑块采用五缸结构，三支下压缸、两支上升缸，其中下压缸定义为A口，上升缸定义为B口，如图1所示。

根据中座滑块负载及公称力，结合快下速度、工作速度及回程速度要求，作五缸不同工况下的流量分析。A口中间主缸缸径710mm、杆径680mm，两边主缸缸径680mm、杆径650mm。B口上升缸缸径270mm、杆径240mm。A口最大行程容积1745.6Li，B口最小行程容积153.8Li。A口三支缸加压（2500T）工作压力为243.75 kg/cm2，其中中间缸加压出力885T、工作压力243.7 kg/cm2，B口慢速上升（200T）工作压力为221kg/cm2。背压分别为105 kg/cm2、77.4 kg/cm2，且液体工作压力≤ 25 MPa，均满足设计要求。中座滑块设计时所需流量分析详见表2。

根据滑块流量分析，滑块电机选用250HP双轴（4个），主泵采用A2V-500型，辅助泵选用T6EES系列，除慢下阶段主电机泵供油稍有不足外，其余实际流量及参数均满足设计要求。根据压机单循环工作时间设计要求，结合滑块速度及行程参数，滑块慢下阶段需采用蓄能器补油。通过计算，蓄能器最高工作压力为220 kg/cm2，最低工作压力180kg/ cm2，充油由主电机泵组完成。蓄能器慢下开始出力800T，慢下结束时出力653T，满足设计要求。

综上，确定预满阀、防爆软管、防爆阀等配合型号。油路带防反弹回路（约200T），使用±10V比例阀控制，且压力波动量不大于0.1MPa，快下转慢下时增加测试模块，增加导引流量。

1.2 液压垫流量分析

液压垫采用采用五缸结构，中间缸作快速顶出上升、周边四支缸跟随滑块拉深时作从动下降，如图2所示。设计要求：液压垫力650T，行程450mm，最大顶出速度150 mm/s。A口下降缸缸径330mm、杆径290mm，B口顶出缸缸径180mm、杆径170mm。液压垫A口最大行程容积118.89Li，快速上升、下降时所需流量为2377.9Li/min。B口最小行程容积10.21Li，快速上升、下降时所需流量为204.3Li/min。A口工作压力为246.0 kg/cm2；B口顶出力43T、工作压力为189.4 kg/cm2，液压垫重量30T、背压为132.2 kg/cm2，满足设计要求。

液压垫电机选用90kW双轴型，泵采用T6EES系列，预满阀、防爆软管等选用相应型号配合。液压垫实际速度及流量如表3所示，满足速度及流量设计要求。

2 主机机身及管路设计制造

框架式液压机主要由主机机身、电气控制系统、液压控制系统这三部分构成。上述流量分析、电机、主辅泵、控制阀的选型是电气及液压系统的重要组成部分，决定了压机动作的稳定性，而主机机身作为压机动作实现的载体，其制造精度、安装精度决定了压机动作精度。

2.1 机身设计制造

2500T液压机机身采用框架式结构，上座横梁、立柱、下座横梁由液压预紧螺母锁紧，拉紧螺栓预紧力应大于最大工作载荷。机身三梁四柱在设计时应作PRO-MECHANIC应力、应变分析，以保证机架刚性，图3为下座横梁应变分析。压机立柱在加压和卸压过程中会发生弹性变形及弯曲现象，由于残余预紧力及上、下横梁变形角弯矩的存在，使得立柱外侧应力大于内侧应力。立柱采用箱形截面，全钢板焊接，靠近拉紧螺栓位置合理增加板厚，提高刚性及抗偏载能力。中座滑块四角装配可调导板，与立柱导轨组成四角八面导滑结构，确保导向精度，方便导滑间隙调整。

中座滑块、下座液压垫液压缸均采用柱塞缸结构，如图4所示。柱塞缸、柱塞杆材质可选用CCI冷激铸铁或35#钢，缸体及柱塞杆整体锻打并作探伤检查、表面经中频淬火处理，确保刚性强度及耐磨性能。柱塞缸与活塞缸相比有以下优势：

（1）柱塞缸加工精度控制准确，而活塞缸加工比较复杂，同心精度不易控制；

（2）柱塞杆与油缸内壁无接触，不存在油缸内壁摩擦及异物侵入产生刮伤现象，而活塞缸有接触易出现刮伤现象；

（3）柱塞缸无活塞头、不存在内泄、安全性能高，而活塞頭密封圈损伤后易产生内泄露导致出力不足、压力不稳，且柱塞缸盖密封圈后期更换维护相对较方便；

（4）柱塞缸提升缸单向出力，结合上升拉杆行程平面均分上升力，运动稳定性高，而活塞缸单点受力，无法形成平面。

如图5所示，液压垫油缸采用五缸结构，中间缸作上升时快速顶出，周边四支缸作拉深时从动下降。在零件拉延成型时，五缸结构比三缸一字排列结构的成型压力更平稳、无倾斜及偏载现象发生。同时周边四支缸可根据不同的成型力需求进行单独、独立控制。如图6所示，液压垫为块状式结构，工作台设计为箱型结构，既保证了工作台整体结构刚性，也有利于中小型件成型时集中受力。工作台举升、夹紧系统油路可采用一体式控制，管路简洁、降低漏油风险及维护成本。

所有焊接件采用全坡口焊接工艺，全通道焊接，确保结构件焊接质量稳定。大件焊接采用CO2气体保护焊，箱型结构、筋板及焊接倒角对称布置焊接，各结构件成倾斜45°角作平面焊接，保证焊接时焊材流速均匀、焊缝齐整，外观无焊渣及流疤。

2.2 管路设计制造

油箱、电机、泵、控制阀件、冷却系统等部件作为管路中的一部分，在设计前应作这些部件安装位置提前规划，以便液压管路设计。压机管路较多，设计时应以整洁有序、便于后期维保为原则，采用如图7所示3D可视化设计，对机器型号、位置进行编码处理，以备管路损坏时可快速查证问题原因，并实现部件快速更换处理。

因进油侧油路压力较大，采用高压软管连接，减少爆管漏油风险。其余管路采用冷拔钢管，弯头处采用冷弯工艺，且管路弯头处不应有凹痕、波纹及压扁现象。如图8所示，高压管路与成型弯头管路间采用管路扩口、密封圈法兰盘连接工艺，这种卡套式无焊接管路可避免因焊接产生的焊渣污染油路，且降低因焊接质量问题导致的漏油。

压机的各项动作均是通过油路上安装的各种阀锁的开闭状态来实现，根据不同的功能，压机阀锁主要分为压力阀、流量阀和方向阀三类。阀锁的开闭状态主要是由控制柜输出的电信号或气信号，进行远距离控制。2500T压机采用插装式比例逻辑油路设计，主要由比例阀、逻辑阀，辅以电磁阀、止逆阀等组成。比例阀能连续地、按比例地控制执行元件的力、速度及方向，并可防止压力或速度变化及换向时行程的冲击现象。与普通液压阀相比，比例阀以比例电磁铁作为信号给定原件代替原有的控制、驱动部件，这是借用比例电磁铁具有输出推力与输入线圈电流基本成比例的特性。比例阀能实现多种不同控制方式，使电的快速灵活与液压传动功率大的特点得以有效结合。如图9所示，插装式比例逻辑油路简化了油路系统，减少了元件的使用量，油路运行顺畅、无抖动停滞现象，且制造简单，成本投入低。

3 结论

为提高整线生产节拍，本文以线首2500T高速冲压液压机开发为例，从流量分析，机身设计加工，管路设计控制等方面作相应阐述，得到以下结论：

1）根据公称力、滑块行程、不同工况下速度等设计参数要求，作滑块及液压垫五缸结构流量分析，根据不同流量要求，对电机、主泵及辅助泵选型。其中滑块慢下阶段时有供油不足现象，需采用蓄能器补油，满足流量及速度要求，其余均符合设计参数要求；安装调试完成后，以一定拉深深度作测试条件，压机单循环工作时间能达到设计目标要求。

2）从机身整体刚度、设备稳定性角度出发，结合现场使用经验，对立柱滑块、缸体结构及加工工艺提出相应处理方法；2500T液压机采用插装式比例逻辑油路，3D可视化设计，不同管路间采用管路扩口、密封圈法兰盘连接工艺，降低爆管漏油风险。

参考文献

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