液壓機主機結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算【含圖紙】

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HYDRAULIC AND PNEUM ATIC SYSTEM Haug,E. J. and Kwak,B. M.,“ Contact Stress Minimization by Contour Design,” London: Butterworths,1999 Hydraulic System There are only three basic methods of transmitting power：electrical， mechanical，and fluid power. Most applications actually use a combination of the three methods to obtain the most efficient overall system . To properly determine which principle method to use，it is important to know the salient features of each type. For example，fluid systems can transmit power more economically over greater distances than can mechanical types. However，fluid systems are restricted to shorter distances than are electrical systems. Hydraulic power transmission system are concerned with the generation， modulation，and control of pressure and flow，and in general such system sin clued： 1. Pumps which convert available power from the prime mover to hydraulic power at the actuator. 2. Valves which control the direction of pump-flow，the level of power produced，and the amount of fluid-flow to the actuators. The power level is determined by controlling both the flow and pressure level. 3. Actuators which convert hydraulic power to usable mechanical power output at the point required. 4. The medium，which is a liquid，provides rigid transmission and control as well as lubrication of components，sealing in valves，and cooling of the system . 5. Connectors which link the various system components，provide power conductors for the fluid under pressure，and fluid flow return to tank （reservoir）. 6. Fluid storage and conditioning equipment which ensure sufficient quality and quantity as well as cooling of the fluid. Hydraulic systems are used in industrial applications such as stamping presses， steells，and general manufacturing，agricultural machines，mining industry，aviation， spacehnology，deep-sea exploration，transportation，marine technology，and offshore gas and petroleum exploration. In short，very few people get through a day of their lives without somehow benefiting from the technology of hydraulics. The secret of hydraulic systems success and widespread use is its versatility and manability. Fluid power is not hindered by the geometry of the machine as is the case in mechanical systems. Also，power can be transmitted in almost limitless quantities because fluid systems are not so limited by the physical limitations of materials as are the electrical systems. For example，the performance of an electromagnet is limited by the saturation limit of steel. On the other hand，the power limit of fluid systems is limited only by the strength capacity of the material. Industry is going to depend more and more on automation in order to increase productivity. This includes remote and direct control of production operations， manufacturing processes，and materials handling. Fluid power is the muscle of automation because of advantages in the following four major categories. 1. Ease and accuracy of control. By the use of simple levers and push buttons，the operator of a fluid power system can readily start，stop， speed up or slow down，and position forces which provide any desired horsepower with tolerances as precise as one ten-thousandth of an inch. Fig.13-1 shows a fluid power system which allows an aircraft pilot to raise and lower his landing gear. When the pilot-moves a small control valve in one direction，oil under pressure flows to one end of the cylinder to lower the landing gear. To retract the landing gear，the pilot moves the valve lever in the opposite direction，allowing oil to flow into the other end of the cylinder. 2. Multiplication of force. A fluid power system（ without using cumbersome gears，pulleys，and levers）can multiply forces simply and efficiently from a fraction of an ounce to several hundred tons of output. 3. Constant force or torque. Only fluid power systems are capable of providing constant force or torque regardless of speed changes. This is accomplished whether the work output moves a few inches per hour， several hundred inches per minute，a few revolutions per hour，or thousands of revolutions per minute. 4. Simplicity， safety， economy. In general，fluid power systems use fewer moving parts than comparable mechanical or electrical systems. Thus，they are simpler tomaintain and operate. This，in turn，maximizes safety，compactness，and reliability. For example，a new power steering control designed has made all other kinds of power systems obsolete on many off-highway vehicles. The steering unit consists of a manually operated directional control valve and meter in a single body. Because the steering unit is fully fluid-linked，mechanical linkages，universal joints，bearings，reduction gears，etc. are eliminated. This provides a simple，compact system .In addition，very little input torque is required to produce the control needed for the toughest applications. This is important where limitations of control space require a small steering wheel and it becomes necessary to reduce operator fatigue. Additional benefits of fluid power systems include instantly reversible motion，automatic protection against overloads，and infinitely variable speed control. Fluid power systems also have the highest horsepower per weight ratio of any known power source. In spite of all these highly desirable features of fluid power，it is not a panacea for all power transmission problems. Hydraulic systems also have some drawbacks. Hydraulic oils are messy，and leakage is impossible to completely eliminate. Also，most hydraulic oils can cause fires if an oil leak occurs in an area of hot equipment. Pneumatic System Pneumatic systems use pressurized gases to transmit and control power. As the name implies，pneumatic systems typically use air（rather than some other gas）as the fluid medium because air is a safe，low-cost，and readily available fluid. It is particularly safe in environments where an electrical spark could ignite leaks from system components. In pneumatic systems，compressors are used to compress and supply the necessary quantities of air. Compressors are typically of the piston，vane or screw type. Basically a compressor increases the pressure of a gas by reducing its volume as described by the perfect gas laws. Pneumatic systems normally use a large centralized air compressor which is considered to be an infinite air source similar to an electrical system where you merely plug into an electrical outlet for electricity. In this way，pressurized air can be piped from one source to various locations throughout an entire industrial plant. The compressed air is piped to each circuit through an air filter to remove contaminants which might harm the closely fitting parts of pneumatic components such as valve and cylinders. The air then flows through aprs sure regulator which reduces the pressure to the desired level for the particular circuit application. Because air is not a good lubricant（contains about 20% oxygen），pneumatics systems required a lubricator to inject a very fine mist of oil into the air discharging from the pressure regulator. This prevents wear of the closely fitting moving parts of pneumatic components. Free air from the atmosphere contains varying amounts of moisture. This moisture can be harmful in that it can wash away lubricants and thus cause excessive wear and corrosion. Hence，in some applications，air driers are needed to remove this undesirable moisture. Since pneumatic systems exhaust directly into the atmosphere，they are capable of generating excessive noise. Therefore，mufflers are mounted on exhaust ports of air valves and actuators to reduce noise and prevent operating personnel from possible injury resulting not only from exposure to noise but also from high-speed airborne particles. There are several reasons for considering the use of pneumatic systems instead of hydraulic systems. Liquids exhibit greater inertia than do gases. Therefore，in hydraulic systems the weight of oil is a potential problem when accelerating and decelerating actuators and when suddenly opening and closing valves. Due to Newtons law of motion（force equals mass multiplied by acceleration），the force required to accelerate oil is many times greater than that required to accelerate an equal volume of air. Liquids also exhibit greater viscosity than do gases. This results in larger frictional pressure and power losses. Also，since hydraulic systems use a fluid foreign to the atmosphere，they require special reservoirs and no eak system designs. Pneumatic systems use air which is exhausted directly back into the surrounding environment. Generally speaking，pneumatic systems are less expensive than hydraulic systems. Compressors are typically of the piston，vane or screw type. Basically a compressor increases the pressure of a gas by reducing its volume as described by the perfect gas laws. Pneumatic systems normally use a large centralized air compressor which is considered to be an infinite air source similar to an electrical system where you merely plug into an electrical outlet for electricity. In this way，pressurized air can be piped from one source to various locations throughout an entire industrial plant. The compressed air is piped to each circuit through an air filter to remove contaminants which might harm the closely fitting parts of pneumatic components such as valve and cylinders. The air then flows through aprs sure regulator which reduces the pressure to the desired level for the particular circuit application. Because air is not a good lubricant（contains about 20% oxygen），pneumatics systems required a lubricator to inject a very fine mist of oil into the air discharging from the pressure regulator. However，because of the compressibility of air，it is impossible to obtain precise controlled actuator velocities with pneumatic systems. Also，precise positioning control is not obtainable. While pneumatic pressures are quite low due to compressor design limitations（less than 250 psi），hydraulic pressures can be as high as10,000 psi. Thus，hydraulics can be high-power systems， whereas pneumatics are confined to low-power applications. Industrial applications of pneumatic systems are growing at a rapid pace. Typical examples include stamping，drilling，hoist，punching，clamping，assembling， riveting，materials handling，and logic controlling operations. 編號： 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 李玉寒 學(xué) 號： 1000110121 指導(dǎo)教師單位： 機電工程學(xué)院 姓 名： 宋宜梅 職 稱： 教授 2014年 6 月 4 日 　　　　用于制造汽車部件的液壓成形的進步 Taylan Altan，教授 Hariharasudhan Palaniswamy，研究生研究助理 Yingyot Aue-u-lan，研究生研究助理 工程技術(shù)研究中心凈成形制造（ERC/ NSM） 俄亥俄州立大學(xué)，俄亥俄州哥倫布市 - 43210，USA 摘要 隨著不斷增長的燃油效率、車輛需求以及更高的安全性和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，迫使汽車制造商不斷尋求增加輕質(zhì)材料，如先進的高強度鋼的應(yīng)用，鋁、鎂合金和新的制造技術(shù)，以減少車的總重量。此外，隨著市場競爭的加劇，為了減少所需的時間，以及為了開發(fā)新車型，汽車制造商積極尋求走向新經(jīng)濟的制造方法，以降低制造成本。用于板材和管材的內(nèi)高壓成型——液壓成形，是目前正在推行的新的制造方法之一，之所以被世界各地的汽車制造商使用，是因為：a）具有低的模具成本，b）形成一部分（凹痕阻力和能量吸收）后具有更好的性能， c）能夠形成復(fù)雜形狀和綜合結(jié)構(gòu)（液壓成型管可從幾個沖壓件更換組件），可降低裝配成本和時間。本文提供的概念在按機器的進步和工具、測試材料和潤滑油的選擇方面，以及通過在板材工藝設(shè)計有限元模擬策略和管件液壓成形方面都有涉及。另外，鎂和鋁合金的暖高壓成形也作了簡要討論。 1 引言 直到最近，由于制造它的周期時間比較長，并沒有考慮汽車板材和管材的內(nèi)高壓成形。然而，先進的液壓和智能按鍵設(shè)計在時間已經(jīng)大大縮短了周期時間，使其成為有吸引力的汽車制造技術(shù)。此外，片材和管材的液壓成形提供了諸如a）低加工成本，b）（凹痕阻力和能量吸收）的一部分形成后具有更好的性能，c）能夠形成復(fù)雜的形狀和一體化結(jié)構(gòu)（液壓成型管可以更換總成從幾個沖壓件）等好處。在目前，這些降低裝配成本和時間的有吸引力的代表性做法，可以替代沖壓技術(shù)邁向新車型小批量生產(chǎn)的市場趨勢。 圖1所示為使用液體介質(zhì)的金屬形成的分類，它是按輸入預(yù)制棒大致分為片材和管液壓成形。此外，板材液壓成形分為充液拉深和高壓片液壓成形，取決于凸?；虬寄Ｄ＞咚哂械木哂袑⒁纬傻男螤罨蜉喞?。高壓板液壓成形按單復(fù)數(shù)的不同又可進一步劃分，雙液壓成形坯正在使用的成形過程的空白。本文提供了一個概念在按設(shè)備和工具，測試材料和潤滑的選擇和墊款在片材和管的所有區(qū)域，通過有限元模擬過程的設(shè)計策略液壓成形。另外，鎂和鋁的合金板材溫?zé)嵋簤撼尚渭庸な呛喴懻摗? 金屬成型與液體介質(zhì)　　 　　　　　　　 板材液壓成形 管件液壓成形（THF） 流體力學(xué)深沖（HMD 高壓板液壓成形 單空白 雙白 圖1 使用液體介質(zhì)的形成過程的分類 2 管件液壓成形（THF） 2.1 描述 在THF中，一個管狀預(yù)成型件放置在兩個管芯之間。該模具被封閉并保持在壓力下，同時將管內(nèi)部加壓和軸向壓縮到材料強行進入模腔，以收購的所需形狀或輪廓結(jié)束（參見圖2）。在此過程中，軸向進給和內(nèi)部壓力是同時控制，以形成部分沒有如爆裂的任何缺陷和起皺。 圖2 THF的過程原理及其工藝參數(shù) THF工藝順序：a）放置管，b）密封和填充液，c）加壓和飼料材料，d）所形成一部分。 　　 　　　圖3 汽車液壓成型部件的示意圖[1999施羅德] THF現(xiàn)已廣泛用于制造中使用不同的配置的管狀部件汽車行業(yè)（圖3）和其它的應(yīng)用，如家用電器。這項技術(shù)的發(fā)展迅速一直由于THF報價優(yōu)勢，通過沖壓焊接即傳統(tǒng)制造（a）部分合并，（b）通過更高效的斷面設(shè)計和圍墻的剪裁減重厚度在結(jié)構(gòu)部件，（c）通過改善結(jié)構(gòu)強度和剛度優(yōu)化部分的幾何形狀，（d）低級加工成本由于零部件少，（e）少二次操作（不焊接和液壓成形過程中孔沖孔），（f）更嚴(yán)格的公差和減少回彈，便于組裝，以及（g）減小自廢修多余的材料是遠不如在管件液壓成形比沖壓。 為了成功地設(shè)計和開發(fā)THF工序或操作，改進在THF中的技術(shù)和它們之間的相互作用的每一個區(qū)域應(yīng)當(dāng)考慮。一個完整的THF體系的主要組成部分和關(guān)鍵問題（圖2），可以列出如下：a）進入管質(zhì)量，b）執(zhí)行及彎曲的設(shè)計和生產(chǎn)方法，c）模具和工具設(shè)計指引，d）壓鑄工件接口問題（摩擦與潤滑），e）變形力學(xué)（金屬流）在不同的區(qū)域，f）設(shè)備，按與環(huán)境相關(guān)的問題，和g）尺寸和液壓成形加工部件的性能。 2.2 材料特性/管材液壓脹試驗 我們在ERC/ NSM建議管狀隆起試驗確定管狀的屬性材料，因為脅迫條件下的THF經(jīng)常是雙軸類似隆起測試相比單軸拉伸試驗。最大有效應(yīng)變的實現(xiàn)無局部頸縮脹試驗比在拉伸試驗大得多（通常兩次）。圖4示出了隆起試驗為管狀材料的示意圖。該在端部保持筒經(jīng)受內(nèi)部壓力，直到它爆裂。在測試過程中內(nèi)部壓力和隆起的高度的測量，這是用來獲得用于處理模擬材料的流動應(yīng)力。突發(fā)高度管表示該管的成形性。從隆起測試爆裂高度可以作為一個指示器/設(shè)計規(guī)范傳入管的質(zhì)量達到THF標(biāo)準(zhǔn)。 圖4 管示意圖隆起試驗以評價材料管THF的性質(zhì) 圖5 在THF中不同區(qū)域的摩擦條件 2.3 潤滑油的選擇 在THF中，根據(jù)不同的變形機制，整個變形區(qū)可以劃分為引導(dǎo)區(qū)、過渡區(qū)和擴展區(qū)。在指導(dǎo)區(qū)域中的管進行軸向壓縮應(yīng)力，由于無論在管的表面上的管和收縮的增厚側(cè)邊在其上涂布潤滑劑。在膨脹區(qū)的管施加雙軸拉伸應(yīng)力導(dǎo)致變薄及表面擴張。過渡區(qū)標(biāo)志在中間階段。因此，在THF中的良好的潤滑劑應(yīng)該能夠執(zhí)行以及在所有三個區(qū)域。 ERC/ NSM已發(fā)展成a）指導(dǎo)區(qū)試驗b）過渡區(qū)的測試和c）擴大區(qū)域測試模擬變形機制，在各自區(qū)域中的接觸壓力篩選THF市售潤滑劑。 2.4 墊塊及模具 THF按鍵設(shè)計起主導(dǎo)作用，因為它顯著影響循環(huán)時間和過程的經(jīng)濟性。圖6顯示了THF的三種基本概念：a）常規(guī)設(shè)計（長行程的設(shè)計理念），b ）新設(shè)計（短行程的設(shè)計理念）和c）沒有任何鎖定機制。c中的基本概念與（b）的概念相似，得到廣泛的使用是因為：a）它減少了循環(huán)時間與主要用于長行程氣缸移動用更少的流體壓力， b）短期行程上模上下快速氣缸需要流體的體積更小，以產(chǎn)生所需的高壓從而減少了周期時間，c）頂部裸片的機械鎖定消除了高壓液壓系統(tǒng)，用于上模，從而降低了成本和制造設(shè)計的更加小巧。圖7顯示了可用的不同類型的印刷機在市場上已經(jīng)適應(yīng)了三個基本概念。它們基本上是不同的任一結(jié)構(gòu)按幀或使用的機械鎖緊機構(gòu)打字。圖7顯示出了THF按模塊化設(shè)計理念。這種設(shè)計的好處是：a）可使用對于需要幾個步驟生產(chǎn)（執(zhí)行 - 液壓成型）設(shè)計，b）多個沖頭可以被鎖定在一起，以形成一個大的部分。 圖6 THF按壓力類型在市場上的適應(yīng)的基本類型 　　圖7 按模塊化概念：a）單個電池單元和b）雙電池單元 2.5 通過有限元模擬工藝設(shè)計 THF過程中成功的設(shè)計要求的最佳估計關(guān)鍵工藝參數(shù)的關(guān)系;軸向進給隨時間變化和內(nèi)部壓力隨時間的變化而形成的部分。更多的軸向進給可能導(dǎo)致的屈曲管子而少軸向進料將導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，也爆破由于過度變薄。 在ERC / NSM ，有限元模擬使用PAMSTAMP 2000加上優(yōu)化技術(shù)和自適應(yīng)模擬技術(shù)已被用來確定加載路徑，結(jié)果在最小變薄和不起皺的部分和不帶介質(zhì)的任何泄漏過程中。圖8顯示了示例最佳加載路徑取得的橫梁部分的液壓成形。數(shù)字圖10顯示了零件的幾何形狀，模具的幾何形狀和分布稀疏的部分為最佳加載路徑。從有限元模擬估計的加載路徑為在實驗中使用，以形成良好的部分。 圖8 裝載自適應(yīng)模擬技術(shù)獲得路徑形成橫梁部分。 3 高壓表高壓成形粘性介質(zhì)壓力 3.1 概述 在高壓液壓成形板材的過程中，片材通過對形成凹模的流體。在成形的液壓壓力過程中，在中間板作為一個坯料夾持器，以控制材料從凸緣和也運動密封的流體介質(zhì)，以避免泄漏。粘性壓力成形類似于片液壓成形，其中壓力作用在紙張上被壓縮的粘性介質(zhì)，而不是產(chǎn)生液壓油或水板液壓成形。 高壓片液壓成形的成形操作可以分為兩個階段。第一階段涉及到自由的地方形成的片自由的凸起模腔，直至它啟動與模具接觸。這就引入了均勻應(yīng)變在整個片材的分布，從而a）該材料的可成形性是有效利用相對于傳統(tǒng)的沖壓工藝，其中變形是在沖角半徑定位于薄板，b）提高的凹痕液壓成形的成形部件的電阻相比沖壓件。第二階段涉及校準(zhǔn)對模腔內(nèi)的片以獲得所需的形狀。高流體壓力需要在第二階段取決于材料、板厚以及最小圓角半徑在模具的幾何形狀。因此，板材液壓成形提供了一個從低成形性制造汽車零部件可行的替代進程先進的高強度鋼和鋁合金。 成功應(yīng)用高壓板液壓成形的，需要仔細考慮高壓板液壓成形系統(tǒng)的所有組成部分即：a）進入板材質(zhì)量，b）模具和工件的接口問題（摩擦和潤滑），c）刀具設(shè)計，壓邊力的有效應(yīng)用，避免泄漏， d）內(nèi)部流體壓力和壓邊力之間的關(guān)系的（加載路徑），電子出版社和工具以及尺寸和性能液壓成形加工部件。 3.2 材料特性/粘性壓力脹試驗 我們在ERC / NSM建議隆起測試（粘性價格猛漲的壓力測試，室性早搏試驗）確定薄板材料的性能并檢查片材的質(zhì)量傳入的沖壓廠，因為a）應(yīng)力條件下沖壓或板相比于單軸的液壓成形往往雙軸類似隆起測試常規(guī)的拉伸試驗， b）最大等效應(yīng)變達到在VPB測試無局部縮頸大得多（通常兩次）比在拉伸試驗。隆起試驗中，在片材夾在的示意邊自由地鼓起由粘性壓力，直到它爆裂。在試驗期間該圓頂?shù)母叨群驼承越橘|(zhì)的內(nèi)部壓力是實時測量。所測量的圓頂高度和壓力被用作輸入要使用有限元模擬來確定的流動應(yīng)力反分析的材料。突發(fā)圓頂高度的可成形性的良好指標(biāo)材料（較高的爆穹頂高度的更好成形性）。此外，突發(fā)圓拱高度可以被用作一個指示器/設(shè)計規(guī)范來檢查質(zhì)量在進料的沖壓廠。 3.3 潤滑油的選擇 潤滑起著控制持有人在成型過程中片材和壓鑄片接口的空白物質(zhì)流的主導(dǎo)作用。潤滑失效結(jié)果：a）過度變薄導(dǎo)致部分撕裂，b）過度磨損導(dǎo)致形成部分的表面光潔度降低，c）磨損損壞失效。在板材液壓成形用潤滑劑通常是由于過多接觸失敗在壓料模接口。在界面處產(chǎn)生的壓力取決于材料，片材厚度和模頭的幾何形狀。因此，一個單一潤滑劑不能滿足所有的過程的要求。選擇潤滑油應(yīng)使用模擬接口壓力測試進行表面膨脹率接近生產(chǎn)條件。ERC / NSM建議使用沖壓潤滑油測試儀（SLT ）和修改的限制巨蛋高度測試篩選市面銷售的潤滑劑板材液壓成形工藝。 3.4 墊塊及模具 3.4.1高壓板液壓成形壓機 高壓板高壓成形壓力機和工具的設(shè)計和基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并在THF中可用的技術(shù)制造。然而在片液壓成形加工，較高的夾緊力，由于大面積的片和坯料夾持機構(gòu)需要加以考慮。大學(xué)多特蒙德（ LFU ）德國與辛北爾康普PressenSysteme合作（ SPS ） ，德國已經(jīng)建成了萬噸壓機高壓板液壓成形的大型汽車零部件（圖9） 。該壓機的設(shè)計有水平安裝廉價的緊湊型設(shè)計，易于操作的工件，短行程氣缸，以減少周期時間，并且需要更少在車間的投資基礎(chǔ)。記者框架和投由鋼絲纏繞成型過程中承受動載荷預(yù)應(yīng)力。液壓成形加工，在此期間，需要在相對較小的壓力大體積流體的（游離膨出）和少量的液體在高壓下的是需要在相校準(zhǔn)第二階段。液壓系統(tǒng)在報刊上被設(shè)計在兩個315桿的100升容積不同的壓力水平）最大壓力加壓介質(zhì)和2000巴b）與5升容積最大壓力加壓介質(zhì)以降低成本，周期時間，使設(shè)計更加緊湊。 圖9 臥式高壓板液壓成形機原理 3.4.2刀具系統(tǒng) （1） 模具設(shè)計 - LFU 在傳統(tǒng)的高壓板液壓成形模具中，中間板應(yīng)用所需要的壓邊力來密封加壓媒介，并控制液壓成形過程中材料的流動。因此它是難以正是申請表上所要求的壓邊力。大學(xué)多特蒙德LFU 設(shè)計了一種新的工具，其中密封力是由中間板應(yīng)用，而坯料夾持器即安裝在模頭的凸緣部施加的壓邊力。因此，該從凸緣材料流被精確地控制。在形成非對稱的部分，增稠劑在凸緣不均勻造成間隙造成的漏加壓介質(zhì)。LFU開發(fā)的模塊化模具設(shè)計與多點空白保持器，在每個氣缸上的力可以改變顯示獨立。多點坯料夾持在模具結(jié)合使用短行程氣缸提供了龐大的力量在短行程。 （2） 模具設(shè)計 - ERC / NSM 在ERC / NSM設(shè)計工具所使用的機械作用來產(chǎn)生所需的壓力。圖10示出的模具設(shè)計的示意ERC / NSM板材液壓成形。固定沖頭被安裝在印刷機上床而壓邊擱置在緩沖銷和模被安裝在壓頭。將產(chǎn)生的壓力需要加壓介質(zhì)放置在由沖頭和壓模保持器在最頂層形成的腔位置。最初的片材被放置在坯料夾持器。上模移動下來，對夾壓邊圈的工作表。夾緊板后，上模的結(jié)果在支架相對空白的移動，以進一步運動固定活塞。這種相對運動導(dǎo)致粘性的壓縮板材和沖頭之間媒介。由于的不可壓縮加壓介質(zhì)，壓力產(chǎn)生的作用在薄片上。因此，通過純機械運動在例行記者，進行板材液壓成形工藝。 圖10 在ERC/ NSM的工具，高壓板液壓成形的原理圖 3.5 通過有限元模擬工藝設(shè)計 液壓成形工藝的成功的設(shè)計要求的最佳關(guān)系關(guān)鍵工藝參數(shù)壓邊力隨時間的變化和內(nèi)部壓力隨時間的變化，以成功地液壓成形的部分。較高的壓邊力可能導(dǎo)致片材的過度拉伸，最終斷裂而低坯料夾持力會導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏。在ERC/ NSM，F(xiàn)E 使用模擬PAMSTAMP2000加上優(yōu)化技術(shù)有被用來確定該加載路徑而導(dǎo)致在最小減薄部分未經(jīng)介質(zhì)的過程中的任何泄漏。圖12顯示了加載路徑從DP形成樣本的非對稱部分600材料片厚0.60毫米。圖13示出了在部分變薄分布。該獲得的個人資料將實驗使用ERC/ NSM工具進行驗證。 圖11 采用有限元模擬（PAMSTAMP2000）獲得的加載路徑加上優(yōu)化技術(shù)。 圖12 在所形成的部分預(yù)測變薄分布為最佳加載路徑 4 充液拉深（HMD） 4.1 描述 在HMD，該表是深沖壓反對在鍋里反壓力，而比凹模在正規(guī)的沖壓工序，如圖13的介質(zhì)中的壓力罐可以是“被動的”（產(chǎn)生由于壓力該介質(zhì)的沖頭的前進行程期間，不可壓縮性）或“活躍”（由外部泵產(chǎn)生的壓力）。 圖13 該充液拉深和例子示意圖 使用HMD汽車零部件生產(chǎn)HMD導(dǎo)致較高的貸存比（深沖）相對于傳統(tǒng)的沖壓因為HMD中的金屬板被強制以形成對沖頭表面由于流體壓力。由于紙張之間的摩擦和沖頭表面，附著在凸模表面上的片材沒有被拉伸中，從而獲得均勻的壁厚和更高的LDR的形成過程。HMD可以與常規(guī)的沖壓作業(yè)導(dǎo)致降低組合形成階段。HMD與常規(guī)的沖壓的組合，形成復(fù)雜的零件，例如頭盔顯示器的結(jié)合拉伸和深拉制作復(fù)雜的零件更少成型操作。 相對于傳統(tǒng)的沖壓HMD是有利的，因為a）消除凹模導(dǎo)致較低的工具成本和下模發(fā)展時間，b）消除側(cè)壁皺紋的形成過程中，由于外部時流體壓力使更多的自由設(shè)計汽車車身面板c）有能力形成復(fù)雜的形狀和特點，在金屬板導(dǎo)致較少形成操作比以往的沖壓從而降低了制造成本，d）更好的表面質(zhì)量作為片材的外表面是在與流體僅從而降低刀痕。 成功應(yīng)用HMD的需要仔細考慮所有組件的傳入a）質(zhì)量，b）刀具和工件接口：頭盔顯示器系統(tǒng)，即中問題（摩擦與潤滑），c）刀具設(shè)計的空白高效的應(yīng)用內(nèi)部流體之間的壓邊力和避免漏d）的關(guān)系壓力和壓邊力（加載路徑），電子）出版社和工具，以及尺寸和HMD的部分屬性。對方法的詳細說明，以測試傳入表和測試，以選擇市售的質(zhì)量潤滑油分別載于第3.2節(jié)和3.3節(jié)。在下一節(jié)中新發(fā)展HMD印刷機和工具進行了討論。 4.2 墊塊及模具 4.2.1HMD印刷機 HMD機正在使用開發(fā)的短行程的設(shè)計理念設(shè)計THF 。圖14顯示了3500噸HMD壓機的操作序列使用短穆勒萬家頓在IFU ，斯圖加特大學(xué)設(shè)計行程的設(shè)計理念。上模向上移動和向下使用長沖程汽缸，需要大體積的低壓液壓流體。公羊被索引在使用機械鎖所需的底部位置。短被安裝在頂部滑塊行程汽缸HMD時被激活以適用于抵消了打孔所產(chǎn)生的力所需要的力大由于鍋內(nèi)的壓力。短行程氣缸要求流體在高容量少壓力。 Schnupp HMT和舒勒也紛紛推出頭盔顯示器與壓短行程的設(shè)計理念。然而，短沖程氣缸被安裝在按床而不是壓力機滑塊，如圖15所示，新的設(shè)計概念，a）允許獨立控制的壓邊力和鍋壓力，b）以減小高量減少周期時間和成本壓力的液壓流體，以通過該系統(tǒng)來處理。 圖14使用內(nèi)置的HMD印刷機的操作順序示意圖由米勒·萬家頓短行程氣缸概念 　　　圖15 由Schnupp HMT和蒂森建在HMD印刷機的原理克虜伯流體力學(xué) 4.2.2 設(shè)計工具 對刀具設(shè)計的概念類似于常規(guī)的沖壓。沖頭和空白支架是專門設(shè)計的零件形狀，而壓力罐遺骸常見的所有部分。壓力罐和拳打在HMD的工具應(yīng)該是設(shè)計用于承受高鍋壓力。此外，仔細考慮是必需的用于密封在壓力罐 - 片接口，以避免流體的泄漏在HMD 。在模具設(shè)計各種進步是： （1） 壓力室頂部克服了膨脹 部件與錐形側(cè)壁的HMD導(dǎo)致的片材的間隙中的膨出壓邊圈和正當(dāng)如圖16（詳細a）沖頭之間以形成在鍋內(nèi)壓力。這鼓鼓的，可能會導(dǎo)致過度變薄和斷裂在較高罐壓力。 IFU開發(fā)了新的模具設(shè)計與在打孔坯料夾持器界面，如圖16b以額外的密封在頂部創(chuàng)建一個壓力室。在HMD從所述液壓流體鍋循環(huán)到頂部壓力腔，以便在頂部和壓力試驗箱底部是一樣的，以避免膨脹。 圖16 （2） 彈性墊形成尖角 需要完全形成零件鍋內(nèi)壓力取決于最小圓角半徑的一部分。因此，部分有尖角要求記者具有非常高容量導(dǎo)致增加投資成本。舒勒開發(fā)被安裝在所述壓力罐，如圖17的彈性襯墊。朝向所述成形過程結(jié)束時，該尖銳的拐角處形成機械的墊子，而不是鍋內(nèi)壓力從而降低所需的壓制能力和投資[Stereme等人，2001]。 圖17 壓力罐用彈性墊的原理，在HMD形成的尖銳角 （3） 彈性壓邊圈 壓邊的設(shè)計在HMD的主導(dǎo)作用，因為應(yīng)用空邊力控制畫圖過程中材料的流動，也將適用于必要的外力，以避免形成過程中的壓力介質(zhì)泄漏過程。在使用傳統(tǒng)的壓邊形成非對稱的部分，增厚法蘭不統(tǒng)一造成的剛性壓之間的差距支架和板在薄的位置，導(dǎo)致增壓介質(zhì)的泄漏。斯圖加特大學(xué)， IFU開發(fā)的多點分段的彈性壓邊圈類似于沖壓。作用于坯料的夾持力可在每個坐墊獨立調(diào)整的空間。薄板上的空白支架隨附與片材接觸偏轉(zhuǎn)彈性取決于從而與鋼板厚度；它保持在與片材的均勻接觸。因此，分段彈性壓邊均勻施加壓力，并避免加壓介質(zhì)的泄漏，與傳統(tǒng)的剛性空白相比更有優(yōu)勢。 4.3通過有限元模擬工藝設(shè)計 在ERC/ NSM，使用PAMSTAMP2000有限元模擬加上優(yōu)化技術(shù)和自適應(yīng)模擬技術(shù)已被用來確定鍋壓力和坯料夾持力，結(jié)果在最小變薄和無過程中起皺的部分和不帶介質(zhì)的任何泄漏。圖18顯示了用于液壓成形獲得的示例最佳加載路徑一個軸對稱圓杯90mm直徑可達100毫米（LDR2.5）深度從AKDQ鋼單人操作。圖19顯示了細化分布在部分的最佳加載路徑。從有限元模擬估計的加載路徑將用于在實驗中驗證了有限元分析結(jié)果。 圖18 采用有限元模擬（PAMSTAMP2000）獲得的加載路徑加上優(yōu)化技術(shù) 圖19 在所形成的部分預(yù)測變薄分布為最佳加載路徑 5 液壓成形雙坯料（平行板液壓成形） 5.1 概述 兩個扁平或預(yù)成形片材，可以是不同的厚度，不同的形狀焊接或者未焊接的邊緣構(gòu)成輸入空白的平行板液壓成形工藝。輸入空白被放置在同時具有上部工具，也可以形成含有的形狀下模。空白被保持在邊緣和加壓介質(zhì)是使用特殊的片材之間引入對接機制。片材對頂部和底部模具得到形成由流體壓力所需的形狀。圖20顯示出的示意性平行板液壓成形工藝。圖21顯示了各種汽車零部件通過平行板液壓成形制造。 圖20 在雙白紙工藝順序的液壓成形示意圖 平行板板材液壓成形是在形成替代THF過程復(fù)雜幾何形狀，超過該部分的長度具有不同的橫截面在膨脹比大的差異。在THF中的最大差膨脹率達到在一個不同的部分橫截面是有限的，因為輸入空白是圓管在整個長度上均勻的橫截面。然而，在平行板液壓成形，通過局部地改變坯料的寬度，橫具有不同膨脹率的部分可被容納。平行板液壓成形加工，也可用于替代高壓片液壓成形為在兩種情況下，金屬片壓向模具的液體媒介。然而，在平行板片液壓成形兩部分可以是在一個生產(chǎn)周期的生產(chǎn)，從而在提高生產(chǎn)性。并行板材液壓成形允許上模和不同形狀的底模。此外，它允許形成兩種不同的材料和兩種不同的厚度在一個生產(chǎn)周期。平行板板材液壓成形可能是經(jīng)濟相對于傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)相對小批量的大小。 圖21 樣件在汽車用雙白紙制作液壓成形 影響平行板的設(shè)計的各種因素或工藝參數(shù)液壓成形工藝類似于高壓片液壓成形工藝。因此，只有對接機制，這是新的平行板液壓成形引入紙張之間的加壓流體，進行了討論。 5.2 對接系統(tǒng) 圖22和圖23示出了所使用的各種專利的對接系統(tǒng)在業(yè)界引入的片材之間的液壓介質(zhì)。對接系統(tǒng)由Drauz和舒勒發(fā)明的方法，其中壓片是在成形過程中的焊接和拉伸。在這兩種情況下的流體是在對接的位置由片材的變形機械密封通過焊接在其它位置，以避免任何泄漏。該對接系統(tǒng)由多特蒙德大學(xué)開發(fā)時可以使用的紙張不焊接和金屬板可以被允許加工。該密封是通過提供金屬模具的夾緊力。 圖22 對接系統(tǒng)由克虜伯的原理-赫施 a舒勒對接系統(tǒng) b多特蒙德系統(tǒng)對接的原理 圖23 該對接系統(tǒng)舒勒和多特蒙德系統(tǒng)示意圖 6 暖管和板材液壓成形 鋁合金和鎂合金提供了極大的潛力，在降低重量車身結(jié)構(gòu)和車身面板，由于其密度低，強度高，以及重量比。然而他們的應(yīng)用受到限制，由于其低成形性在室溫相比低碳鋼。鋁和鎂合金在高溫200℃的形成時，顯示增加成形性350℃。暖管件液壓成形和板材液壓成形的發(fā)展是在研究在世界各地的下列機構(gòu)早期階段。 ? ERC / NSM - 俄亥俄州立大學(xué)，美國-鎂暖高壓成形合金及鋁合金管和溫暖的鎂合金及鋁合金板材成形。 ? LFT，埃爾蘭根大學(xué)-紐倫堡與舒勒合作液壓成形和奧迪，Mg和Al的液壓成形合金管和板材。 ?達姆施塔特大學(xué)，德國-暖充液拉深和Al合金板材與管材的暖管件液壓成形。 ? IFU，斯圖加特大學(xué)-暖高壓板液壓成形Mg和Al合金板材。 ?弗勞恩霍夫研究所，開姆尼茨-板材和管材的暖高壓成形。 圖24 示意圖高壓板液壓成形模具在IFU 圖25 示意圖，充液拉深模具在達姆施塔特大學(xué) 在暖高壓液壓成形板材，片材，模具和流體被加熱到所需的溫度。圖32顯示了實驗的示意用于暖高壓板液壓成形于IFU [雅格加熱工具2003] 。在溫暖的充液拉深，片材被首先加熱，并模具和坯料夾持器的凸緣部分被加熱到所需的溫度如在圖33中所示的沖頭進行冷卻的同時在加壓流體的溫度保持比室溫略高。較低沖頭的溫度和加壓介質(zhì)冷卻相鄰的片材在凸模片的，從而強度提高，進行負載在繪畫和故障推遲由于過度變薄。其結(jié)果在形成獲得繪制鋁合金輪杯3.0 LDR250℃的溫度Groche等，2002 ] 。在管板液壓成形于高溫下的LFT ，埃爾蘭根 - 紐倫堡大學(xué)，樣品從鋁合金A6061 ， A5182床單和Al -Mg合金汽車零部件試管液壓成形于220℃ [蓋革等，2003 ]的溫度。 7 小結(jié) 研究板材和管材行業(yè)中的液壓成形和調(diào)查，在過去十年中所大學(xué)已經(jīng)導(dǎo)致a）改進精確確定使用模擬現(xiàn)實中的測試材料性能生產(chǎn)，b）開發(fā)更好的測試方法來篩選潤滑劑，c）在按鍵設(shè)計進展，導(dǎo)致更便宜和小巧的機降低循環(huán)時間，d）在模具設(shè)計不斷改進，以增加的液壓成形的應(yīng)用范圍和虛擬，e）開發(fā)通過有限元模擬設(shè)計流程和預(yù)計的生產(chǎn)工具最佳工藝參數(shù)。這些發(fā)展導(dǎo)致減少的過程開發(fā)時間，使板材和管材液壓成形工藝來與傳統(tǒng)的沖壓競爭。管目前暖高壓成形片被調(diào)查提高輕質(zhì)Mg和Al中的應(yīng)用合金是在室溫以下可成形的。 參考文獻： [Ahmetoglu等人，2000] Ahmetoglu, M，T.，2000年，“管件液壓成形：技術(shù)和未來的發(fā)展趨 勢”，中國材料的狀態(tài)加工技術(shù)，第98，P25-33 [奧厄-U-LAN等，2002] 奧厄-U-LANY.，Altan，T.2002，測定雙軸成形性和流管的應(yīng)低碳鋼管， ERC報告編號：THF/ERC/NSM-02-R-14，俄亥州立大學(xué)，俄亥俄州 哥倫布市[2001奧斯特] [奧斯特，M.，2001] “修改流體力學(xué)深引”，為管，型材液壓成形和金屬板材，西格特，第 2卷，215頁編234 [1999拜爾] 拜爾，J.1999，“為表的新概念機金屬液壓成形”，液壓成形的管，型材 和金屬板，用K西格特，編輯卷1，第325 - 334 [1999 Bieling] Bieling，P.，1999，“機械鎖定液壓成形機器大批量生產(chǎn)”，內(nèi)高壓成形 的管，型材和薄板金屬，用K編輯西格特，第1卷,第161 - 172。 [Birkert等1999] Birkert，A.，諾伊貝特，J.，Gruszka，T.，1999年，“并行盤液壓成形”， 液壓成形的管，型材和金屬板，西格特，編輯卷2，第283 - 296 [1999 Breckner] Breckner，M.，1999，“液壓系統(tǒng)液壓成形管的液壓成形”，伸長和金屬 板，西格特，第1卷主編，頁173 - 190。 [重大貢獻等，2003] 重大貢獻，三，卡亞，S.，T.，2004年，“預(yù)測在液壓機械深加工參數(shù) 采用計算機仿真”ERC報告圖號：SHF/ERC/NSM-04-R-29A，俄亥俄 州立大學(xué)，哥倫布，俄亥俄州 [蓋革等，2003] 蓋格，米，Celeghini，M.，海登皇格，G.，窺探者，M.，2003，“表和 管件液壓成形在高溫溫度”，管的液壓成形，型材金屬板，西格特，第 3卷主編，頁259 - 278 [GUTSCHER等人，2000] GUTSCHER，G.，吳，H.，Ngaile，G.，T.，2000，“成形性和板材的 流動應(yīng)力的測定從材料粘性介質(zhì)壓力凸度（室性早搏）試驗“，ERC 報告編號：THF/ERC/NSM-00-R-14，俄亥俄州立大學(xué) [Habil等，2003] Habil，紐格鮑爾，R.，Schnapel，J.，馬斯，大腸桿菌，Braunlich，H.， 2003，“液壓成形sheetmetals作為對于系列生產(chǎn)工裝方案”，內(nèi)高壓成形 的管，型材和薄板金屬，用K編輯西格特，第3卷，第371 - 388 [雅格，2003] 雅格，S.，2003，“成型鎂金屬片”，的管型材和薄板液壓成形金屬，西 格特，第3編，第463 - 472 [Jirathearanat等2004] Jirathearanat，S，T.，2004，“高級方法對于有限元模擬工藝設(shè)計中管液 壓成形”，ERC報告編號：THF/ERC/NSM-04-R-31，俄亥俄州立大學(xué) [1999克里] 密封技術(shù)最先進的，凱麗，M.，1999，“國家用于液壓成形工具”，管的 液壓成形，型材和金屬板，用K西格特，編輯卷3，第441 - 461 [公司Kleiner等1999] 克萊納，米，海靈格，五，Homberg，W.，Klimmek，CH，1999年，“趨 勢鈑金液壓成形”，的管，型材和薄板液壓成形金屬，西格特 [Liu等人1996] 劉，J.，遠遠低于出，二，Ahmetogulu，M.，T.，1996，粘性介質(zhì)壓力的 “成形中的應(yīng)用（VPF），以難低容量沖壓形成合金初步的有限元模擬的 結(jié)果”，雜志材料加工技術(shù)，第59，PP49-58 [2003麥克雷] 麥克雷，三，Heinmann，W.，2003，“用于機產(chǎn)生的液壓成形加工部件過 去，現(xiàn)在，將來”，管的液壓成形，型材和金屬板，編輯卷3。 [2003希] 希，流體在形成T.，2003年， “現(xiàn)狀汽車行業(yè)”，液壓成形的管，型材 和金屬板，用K西格特，編輯卷3 ，第25 - 44 [馬蘭2003] 馬蘭， RA ，卡普，D. ， 2003 ，“水電形成的C-框架壓力機130000千 ?！遍]合力的管型材和薄板液壓成形金屬，西格特，第3卷，第389編輯。 [ Ngaile等2004A ] Ngaile ，G. ，雅格， S.，俺答， T.， 2004年，“在潤滑管液壓成形（T HF）中部分一潤滑機制和模型試驗發(fā)展評價潤滑油和過渡死涂料和擴展 區(qū)”，中國材料加工技術(shù)，卷146 ，PP108 - 115 [1999奧生] OSEN，W.，1999年，“具體的設(shè)計概念內(nèi)高壓成形壓力機”，管的液壓成 形，型材和金屬板，西格特，編輯卷1。 [Pasino等，2003] Pasino，R.，窺探者，M.，2003，“在液壓成形進展雙張”，管的液壓成形， 型材和金屬板，用K西格特，第3卷主編，頁217- 226 [羅森等2001] 羅森，H.，施瓦茨，S.，Birkert，A.，施耐德，S.，2001年，“液壓成形的 汽車產(chǎn)業(yè)”，的管，型材和薄板液壓成形金屬，第2編，第135-157 [Schmoeckel等1999] Schmoeckel，D.，Hielscher，三，胡貝爾河，1999年，“金屬管材和板材與 形成液體及其他靈活的媒體”，機械工程研究所 [施耐德等2002] 施耐德，K.，Ngaile，G.，俺答，T.，2002年，“修改限制拱頂高度測試”， ERC報告無THF/ERC/NSM-02-R-57，俄亥俄州立大學(xué)，俄亥俄州哥倫布市[Schnupp等2003] Schnupp，K.，克施納，M.，2003，“壓力機面板的汽車”的流體力學(xué)圖紙， 液壓成型的管材，型材和薄板金屬，西格特，第3卷，第409編輯。 [1999施羅德] 白車身結(jié)構(gòu)的施羅德，M.，1999，“液壓成形部件和排氣其它的組件”，內(nèi) 高壓成形管，型材和薄板金屬，西格特，第1卷，第335 - 352頁 [施瓦茨等2003] 施瓦茨，美國，倫茨，樓，J.，奧斯特，M.，施耐德，美國，2003年，“金 屬板材液壓成形汽車車身應(yīng)用程序”中，管，型材液壓成形和金屬板材， 西格特，第3卷，第199編輯 [西格特等人1999年a] 西格特，K.，施瓦格，A.，麗格R.，Haussermann，M.，1999，“新壓榨概 念的液壓成形”，的管，型材和薄板液壓成形金屬，西格特，第1卷。 [Streme等人，2001] Streme，D.，Cherek，H.，Kolleck，R.，“制造采用主動液壓機械大尺寸面 板外金屬板材成形”，管的液壓成形，型材和金屬板，編輯卷2，第249頁。 液壓和氣壓系統(tǒng) Haug,E. 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