一种挤压机穿孔针电液保护系统及方法与流程

本发明涉及金属挤压成形，具体为一种挤压机穿孔针电液保护系统及方法。

背景技术：

1、高端铝合金无缝管材，特别是以5083，7a04，2a12为代表的高端防锈铝合金、超硬铝合金和硬铝合金管材，覆盖轻量化耐腐蚀、超高强承载、中温抗疲劳的高端装备应用场景，是航空航天、海洋工程、国防军工、高端能源装备不可或缺的核心基础构件之一。

2、目前，上述无缝管材通常利用双动挤压机使用液压定针固定针挤压方法进行生产。在上述无缝管材挤压过程中，挤压模具位于穿孔针组件前端，挤压时穿孔针前段与挤压模具形成环形空腔，铝材通过该环形空前流出，形成无缝管材制品。在挤压杆作用下，铝材相对穿孔针向前运动。穿孔缸小腔进液，大腔排液，穿孔针相对模具静止不动，相对挤压杆及主柱塞向后运动，受到极大的向前方向的拉力即拔针力。当挤压速度较快时，特别是为了提高生产效率，墩粗填充（将坯料填充满挤压筒）速度一般比挤压速度快，穿孔针受到的拔针力显著增加，在该力的作用下，穿孔针非常容易被拉断，不仅会增加穿孔针成本，还会因为更换新穿孔针而严重影响正常生产节奏，从而明显拉高生产成品。但是如果墩粗速度、挤压速度设置较低，又会严重影响生产效率。

3、因此，目前上述高端无缝铝合金管材挤压过程，生产效率低、设备故障率高、模具损耗大、生产稳定性差。如何在有效预防穿孔针过载损坏的同时，提高挤压过程的效率与可靠性，成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种挤压机穿孔针电液保护系统及方法，本发明通过穿孔针危险截面与许用应力自动计算最大允许定针力并自适应设定比例溢流阀溢流压力，实现定针力的精确限载保护，同时在镦粗阶段使穿孔针被动跟随主柱塞动梁前进，大幅减少拔针载荷从而允许提高镦粗速度，挤压过程中实时监测定针力并在达到预警阈值时自动降速以主动削减拔针力，配合最大前进位置限位停机防撞，可在有效预防穿孔针拉断损坏及与模具碰撞损毁的前提下，使操作人员不必担心穿孔针拉断，在工艺允许的前提下尽可能提高挤压速度，最终降低设备与模具故障率，减少非计划停机，在保障连续安全生产的同时显著提升挤压效率与设备运行稳定性。

2、为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种挤压机穿孔针电液保护系统，一种挤压机穿孔针电液保护系统，包括挤压模具、穿孔针、主柱塞动梁、穿孔活塞杆和穿孔缸，所述主柱塞动梁内部设有穿孔缸，所述穿孔活塞杆设置在穿孔缸内且能够相对于所述主柱塞动梁前后运动，所述穿孔针与所述穿孔活塞杆固定连接，所述穿孔针头部外侧套设有挤压模具，所述穿孔缸的大腔通过管路连接有穿孔缸大腔压力传感器，用于检测所述穿孔缸大腔的流体压力 p大腔，所述穿孔缸大腔压力传感器电连接有控制器，所述穿孔缸的大腔的管路上设有穿孔缸大腔排液控制器，所述穿孔缸大腔排液控制器的排液侧通过管路连接有油箱，所述穿孔缸的小腔通过管路连接有穿孔缸小腔压力传感器，用于检测所述穿孔缸小腔的流体压力 p小腔，穿孔缸小腔压力传感器与控制器电连接，所述穿孔缸的小腔的管路上分别设有穿孔缸小腔进液控制器和穿孔缸小腔比例溢流阀，所述穿孔缸小腔进液控制器的进液侧通过管路连接有液压泵，所述穿孔缸小腔比例溢流阀排液侧与所述油箱相连接，所述穿孔缸小腔比例溢流阀与控制器电连接，所述穿孔针上设有穿孔针位移传感器，用于检测所述穿孔针相对于所述挤压模具的位置，并与所述控制器电连接。

3、进一步的，所述穿孔针的后端设有外螺纹，所述穿孔活塞杆的前端设有内螺纹，二者通过螺纹副旋合固定连接。

4、进一步的，所述穿孔缸为所述穿孔针提供定针力f定针，定针力通过以下公式确定：

5、f定针= p小腔× s小腔- p大腔× s大腔

6、其中，s大腔为所述穿孔缸的大腔截面积，s小腔所述穿孔缸的小腔截面积。

7、一种挤压机穿孔针电液保护方法，使用如上所述一种挤压机穿孔针电液保护系统，包括以下步骤：

8、步骤1：根据穿孔针的危险截面直径与穿孔针的许用应力，确定穿孔针能够允许使用的最大定针力：

9、

10、步骤2：确定并设定穿孔缸小腔比例溢流阀的溢流压力，使系统最大定针力严格限定在穿孔针安全承载范围内：

11、

12、步骤3：确定铸锭墩粗过程，主柱塞动梁前进距离：

13、

14、步骤4：挤压开始时，穿孔针位移传感器检测到穿孔针前进到距离定针位置l墩粗长度的位置时，开始墩粗挤压，在穿孔针前进到定针位置前，液压泵不输出流量，穿孔缸小腔进液控制器断开，穿孔缸大腔排液控制器将穿孔缸的大腔与油箱连通，穿孔针被动跟随主柱塞动梁前进；

15、步骤5：当穿孔针位移传感器检测到穿孔针前进到定针位置时，液压泵根据工艺需求输出流量，穿孔缸小腔进液控制器将液压泵与穿孔缸的小腔连通，穿孔缸大腔排液控制器将穿孔缸的大腔与油箱连通，使穿孔针位于定针点。

16、挤压过程中，实时检测穿孔缸的大腔和小腔压力，并确定穿孔针实际的定针力，若0.9时，判定为过载预警状态，控制器立即挤压速度降低到0.05mm/s-0.1mm/s。

17、挤压开始时，预先输入穿孔针最大安全前进位置，挤压过程中，若穿孔针位置到达或超出设定的穿孔针最大前进位置，则退出挤压程序。

18、与现有技术相比，本发明提供了一种挤压机穿孔针电液保护系统及方法，具备以下有益效果：1、本发明通过依据穿孔针危险截面直径与许用应力自动计算最大允许定针力，并自适应设定比例溢流阀保护压力，将穿孔针承受的拔针力严格限制在安全承载范围内，有效避免穿孔针因过载而拉断损坏，大幅降低设备故障率与备件成本。2、本发明挤压过程中实时监测定针力，当实际定针力达到允许值90%时即触发过载预警，自动将挤压速度降至0.05mm/s～0.1mm/s，通过降低金属流变阻力主动削减拔针力，保障生产连续性，避免突发断针事故导致的非计划停机。3、本发明通过位移传感器实时监测穿孔针位置，到达或超出最大安全前进位置时自动退出挤压程序，避免穿孔针与挤压模具发生刚性碰撞，保护针体与模具免受损毁。

19、以下将结合附图进行进一步的说明。

1.一种挤压机穿孔针电液保护系统，其特征在于：包括挤压模具（1）、穿孔针（2）、主柱塞动梁（3）、穿孔活塞杆（4）和穿孔缸（14），所述主柱塞动梁（3）内部设有穿孔缸（14），所述穿孔活塞杆（4）设置在穿孔缸（14）内且能够相对于所述主柱塞动梁（3）前后运动，所述穿孔针（2）与所述穿孔活塞杆（4）固定连接，所述穿孔针（2）头部外侧套设有挤压模具（1），所述穿孔缸（14）的大腔通过管路连接有穿孔缸大腔压力传感器（5），用于检测所述穿孔缸（14）大腔的流体压力 p大腔，所述穿孔缸大腔压力传感器（5）电连接有控制器（13），所述穿孔缸（14）的大腔的管路上设有穿孔缸大腔排液控制器（6），所述穿孔缸大腔排液控制器（6）的排液侧通过管路连接有油箱（7），所述穿孔缸（14）的小腔通过管路连接有穿孔缸小腔压力传感器（10），用于检测所述穿孔缸（14）小腔的流体压力 p小腔，穿孔缸小腔压力传感器（10）与控制器（13）电连接，所述穿孔缸（14）的小腔的管路上分别设有穿孔缸小腔进液控制器（8）和穿孔缸小腔比例溢流阀（11），所述穿孔缸小腔进液控制器（8）的进液侧通过管路连接有液压泵（9），所述穿孔缸小腔比例溢流阀（11）排液侧与所述油箱（7）相连接，所述穿孔缸小腔比例溢流阀（11）与控制器（13）电连接，所述穿孔针（2）上设有穿孔针位移传感器（12），用于检测所述穿孔针（2）相对于所述挤压模具（1）的位置，并与所述控制器（13）电连接。

2.根据权利要求1所述一种挤压机穿孔针电液保护系统，其特征在于：所述穿孔针（2）的后端设有外螺纹，所述穿孔活塞杆（4）的前端设有内螺纹，二者通过螺纹副旋合固定连接。

3.根据权利要求1所述一种挤压机穿孔针电液保护系统，其特征在于：所述穿孔缸（14）为所述穿孔针（2）提供定针力f定针 ，定针力通过以下公式确定：

4.一种挤压机穿孔针电液保护方法，使用如权利要求3所述一种挤压机穿孔针电液保护系统，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述一种挤压机穿孔针电液保护方法，其特征在于：挤压过程中，实时检测穿孔缸（14）的大腔和小腔压力，并确定穿孔针实际的定针力，若0.9时，判定为过载预警状态，控制器（13）立即挤压速度降低到0.05mm/s-0.1mm/s。

6.根据权利要求4所述一种挤压机穿孔针电液保护方法，其特征在于：挤压开始时，预先输入穿孔针（2）最大安全前进位置，挤压过程中，若穿孔针（2）位置到达或超出设定的穿孔针最大前进位置，则退出挤压程序。