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旋压中的灵魂--力的控制

2020-04-05

旋压成型中旋压力的控制

 

旋压技术是无屑加工的典型代表工艺,在军工、航空航天、风电、石油化工等领域具有很广泛的应用。目前,军工方面导弹弹体、炮弹弹体、弹头、弹壳等成型、航空方面发动机蒙皮、桨帽、喷口等、医药化工等的大型罐体、医药料筒等零件成型方面都具有很广阔的应用前进。但是,欧美等国家对于我们在旋压成型设备进口中限制很多,而我们国家在这方面的研究近几年才有一定的初步发展。

国内目前传统的数控旋压成型设备基本上采用电气和液压成型两种方法,控制方式均为位置控制,即旋压轮压着材料在旋转中根据预设轨迹进行运行,来使材料完成旋压成型。但是对于众多形状变化复杂、或者成型道次多的旋压工艺中,由于材料厚度变化很难预计而且各处壁厚均有不同,从而产生的预设轨迹与实际轨迹有区别,如果旋压轮仅以预设轨迹作位置控制运行,间隙大于零件壁厚会行成产品表面不光滑、间隙小于零件壁厚则容易造成机床振动同样表面质量不良甚至材料拉断。

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如上图,为某型号发动机喷口剪切旋压成型,材料为不锈钢,厚度12mm,每处的产品厚度为材料厚度*该处切线方形的SIN值,由于弧线每处的切线角度一直在连续变化,因此,预设估计需要在弧面上取相当数量的点来预设每处间隙,工作量大,且很难控制。

A=C*sin(B)

产品厚度A ;   原料厚度C ;  O点切线单边夹角 B

 

另外,对于下边这种多道次旋压成形,由于材料旋压道次比较多,成型后材料从D点到E点旋压次数不同,材料厚度也不同,一般当旋压成型后需要从DE点还需要一次连续轨迹整形以获得良好的产品表面,同样由于各处厚度不同,预设间隙也很难预计。

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对于已成型产品,如果再次进行整形时间隙控制过大,旋压轮无法对产品壁厚进行有效的施压压力而无法起到整形目的,如果间隙控制过小,则容易试产品壁厚减薄造成面积过大而形成鼓包,如下图。

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为解决上述旋压中间隙控制的难题,我们推出旋压过程中力的控制,我们根据不同材料强度,在旋压过程中给与旋压轮施加一定量的旋压力,在剪切旋压时可以使材料刚好能达到理论厚度、普旋整形时使材料能在厚度减薄的情况下能紧贴模具。经过我们大量试验,同样材料旋压力范围区间相对比较宽,远简单于旋压中间隙的控制。

解决防法:

1. 基于力的控制,我们在旋压时,对于Z后一个道次的旋压编程,使旋压轮与模具的间隙控制为0,开启旋压机位置与力控制双重模式,旋压轮理论上会沿着模具表面运行,当力达到预设压力时,即使旋压轮未到达预设位置,也将沿着预设路径偏移运行,这样,旋压轮始终在产品表面施加着一定的压力。

2. 实现办法,

一,伺服电机电流开环控制旋压力,由于我们旋压机大多采用丝杆传动,间隙小精度高,我们可以控制伺服电机电流的方式来对于旋压轮压力进行控制,但是由于滚珠丝杆与直线导轨有轻预压、中预压、重预压以及丝杆预紧等因素,这种控制方法适合推力在10KN以上的旋压场合应用,丝杆、导轨以及其他因素对于旋压力影响占比很小,不到2%,可以忽略不计。

二,电流开环+气液伺服控制,我们旋压机在大于10KN的旋压中,我们采用电流开环控制,对于0.5KN-10KN之间的旋压压力,我们采用传感器+气液伺服闭环控制,压力控制范围20mm,在这20mm范围内,旋压轮处于预设压力控制,20mm以外,旋压轮处于位置控制。

QWQW126.jpg 

 

如上图示,伺服电机1和伺服电机2进行曲线插补,用于产品形状的准确控制,而旋压轮通过伺服电机1然后再通过伺服油缸驱动,当旋压轮工作于已经贴膜的区域1时,伺服电机通过丝杆螺母驱动旋压轮插补母线轨迹,间隙控制可适当小于产品壁厚,此时启动液压伺服压力阀通过伺服油缸将设定推力作用于旋压轮上。

 

 电气硬件框图如下

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考虑到便于客户掌握使用方法,我们的使用语句依然采用通用G代码来完成,大推力情况下电流开环控制,对于每条轨迹,我们需要在该条轨迹指令中加入ENR9=**)来预设该轨迹运行时电机电流的大小。

10KN以下推力闭环控制,控制方法依然采用PID控制,具体软件框图如下:

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由于比例阀控制的是气缸的压力,而实际的旋压力是与气缸缸径成正比的,所以压力传感器选用与气缸缸径需要配套。

 

基于以上方法,除了可以对不同材料的旋压力进行控制,以获得良好的产品表面和理想形状。另外,在不控制力的情况下,我们也可以借助旋压轮的压力传感器来初步掌握各种不同材料所需要的旋压压力。

 

 

2mm铝板,

形状:锥形体,单边角度20

牌号:3A21

状态:O

抗拉强度 σb (MPa) ) 120-160

旋压轮直径:R8

经测试,在130kg压力时,材料具有良好的形状变化,厚度变化可忽略。

 

 

mm铝板,

牌号:3A21

状态:H1

硬度:HL

强度:

旋压轮直径:R8

经测试,在500kg压力时,材料具有良好的形状变化,厚度变化可忽略。

 

 

 

 

6mm碳板,

牌号:SPHE

状态:退火

抗拉强度(σb/MPa):≥270

旋压轮直径:R5

经测试,在1200kg压力时,材料具有良好的形状变化,厚度变化可忽略。

 

 

 

另外,我们公司的旋压编程以及仿真软件也已经在升级过程中,完成后将免费为广大客户升级。

以上控制旋压力的两种方法,经过我们的实际测试和验证,均达到预期效果,打破了国外旋压机在这方面的技术垄断,取得了良好的经济和社会效益。

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                      本方法公司已申请专利,抄录必究??!



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