超高压应力增塑成形的液压系统及方法

本发明属于超高压应力增塑成形领域，具体涉及一种超高压应力增塑成形的液压系统及方法。

背景技术：

1、超高压应力增塑成形是指在超高压环境下提高金属材料塑性变形能力并进行塑性成型的技术，在航空航天、军工等领域的脆性金属间化合物成形具有广阔的应用前景。

2、超高压应力增塑成形工艺要求在创建超高压环境、保压及卸压的过程提供精确的压力控制，在成形过程提供精确的位移控制，超高压应力增塑成形工艺的特殊性决定了其液压系统在一个工作周期内压力、流量跨度极大。

3、目前主流的超高压装置为六面顶压机，其采用阀控液压系统，存在以下问题：1）阀控液压系统采用定值高压液压源，液压源的选取以最大压力和最大流量需求为准，然而定量泵本身输出流量调节范围很有限，系统压力和流量调节靠液压阀的节流效应实现，从而当系统处于低压、小流量的工作状态时会造成巨大的溢流损失和能量损失，系统效率低下，能量浪费严重；2）超高压应力增塑成形要求压力控制精度达到0.05mpa，同时对成形阶段的位移控制精度也很高，阀控液压系统只能实现相对简单的控制过程且控制精度较低，主要应用于地球科学研究及人工合成金刚石等领域，难以实现如此高精度的控制，不能满足超高压应力增塑成形的高精度需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超高压应力增塑成形的液压系统及方法，本发明可实现升压、保压及降压全过程的高精度线性控制，实现超高压下的材料塑性成形，能根据系统压力位置控制需求的变化灵活调整泵输出流量，使系统流量调节范围大的同时减小了溢流损失和能量浪费。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种超高压应力增塑成形的液压系统，包括主油缸回路和变形油缸回路；

4、在主油缸回路中，执行件为主油缸（23），动力源为低压大流量泵（1）和高压小流量泵一（2），低压大流量泵（1）和高压小流量泵一（2）分别通过单向阀一（4）和单向阀二（5）接入电液换向阀一（9）受油端，电液换向阀一（9）受油端还连接安全阀一（7），安全阀一（7）所在支路上通过开关阀（12）连接蓄能器（13），主油缸（23）的有杆腔连接电液换向阀一（9）、无杆腔通过液控单向阀一（14）连接电液换向阀一（9），主油缸（23）无杆腔还通过液控单向阀二（17）连接线性卸压阀一（18）；

5、在变形油缸回路中，执行件为变形油缸一（24）和变形油缸二（25），动力源为高压小流量泵二（3），高压小流量泵二（3）通过单向阀三（6）后分别接入电液换向阀二（10）和电液换向阀三（11）的受油端，电液换向阀二（10）和电液换向阀三（11）的受油端还连接安全阀二（8），变形油缸一（24）的有杆腔连接电液换向阀二（10）、无杆腔通过液控单向阀三（15）连接电液换向阀二（10），变形油缸一（24）无杆腔还通过液控单向阀四（20）连接线性卸压阀二（19），变形油缸二（25）的有杆腔连接电液换向阀三（11）、无杆腔通过液控单向阀五（16）连接电液换向阀三（11），变形油缸二（25）无杆腔还通过液控单向阀六（21）连接线性卸压阀三（22）；

6、低压大流量泵（1）、高压小流量泵一（2）和高压小流量泵二（3）采用伺服电机驱动，线性卸压阀一（18）至线性卸压阀三（22）由步进电机控制阀芯开启度，液控单向阀一（14）至液控单向阀六（21）的先导阀采用能控制反向开启的电磁换向阀，主油缸（23）、变形油缸一（24）和变形油缸二（25）的无杆腔处设置用于检测当前系统压力的压力传感器、有杆腔处设置用于检测伸出位移的位移传感器，各伺服电机、步进电机、电磁换向阀、压力传感器和位移传感器分别与控制器电连接。

7、优选地，液控单向阀一（14）至液控单向阀六（21）采用插装阀，其配套的电磁换向阀安装在插装盖中。

8、优选地，蓄能器（13）采用气囊式蓄能器。

9、优选地，线性卸压阀一（18）至线性卸压阀三（22）采用插装阀。

10、优选地，安全阀一（7）和安全阀二（8）为高压溢流阀，其开启压力高于系统最高工作压力。

11、优选地，主油缸回路和变形油缸回路的液压油箱中设置滤清器。

12、一种超高压应力增塑成形的方法，采用上述超高压应力增塑成形的液压系统控制六面顶压机工作，工作过程依次分为空进、超压1段、超压2段、保压、卸压、回程六个阶段，空进阶段为六面顶压机中密封合成腔初步形成的过程，超压1段为六面顶压机中密封合成腔形成并建立起稳定的准静水压力的过程，超压2段为六面顶压机建立起超高压力的过程，保压阶段为六面顶压机维持超高压力及试样成形的过程，卸压阶段为六面顶压机逐渐卸压的过程，回程阶段为六面顶压机恢复常压后滑块复位的过程；控制器根据压力传感器采集的当前系统压力信息和位移传感器反馈的伸出位移信息，以闭环控制方式控制伺服电机、步进电机、电磁换向阀，使得液压系统的流量输出匹配各个工作阶段的需求，实现对系统压力和伸出位移的高精度控制并大幅减少溢流损失。

13、空进阶段：在主油缸回路，低压大流量泵（1）工作，液压油经低压大流量泵（1）、单向阀一（4）、电液换向阀一（9）、液控单向阀一（14）进入主油缸（23）无杆腔，主油缸（23）推动滑块上行，控制器根据位移传感器采集的滑块位移信息控制伺服电机转速进而调节低压大流量泵（1）流量，控制滑块上行速度呈梯形变化趋势，当滑块到达停锤位时速度减为零；

14、超压1段：在主油缸回路，低压大流量泵（1）停止工作，高压小流量泵一（2）开始工作，液压油经高压小流量泵一（2）、单向阀二（5）、电液换向阀一（9）、液控单向阀一（14）进入主油缸（23）无杆腔，主油缸（23）推动压砧开始挤压合成块，控制器根据压力传感器采集的主油缸（23）内压力信息控制伺服电机转速进而调节高压小流量泵一（2）流量，使系统升压速率保持在较高的设定值，主油缸（23）内压力快速均匀上升；

15、超压2段：在主油缸回路，当系统压力到达一定的设定值时，控制器根据压力传感器采集的主油缸（23）内压力信息控制控制伺服电机转速进而调节高压小流量泵一（2）流量，使系统升压速率下降至较低的设定值，系统压力继续缓慢均匀上升，当系统压力逐渐超过蓄能器（13）预充气压力时，开关阀（12）打开，高压小流量泵一（2）开始向蓄能器（13）充液，控制器根据压力传感器采集的主油缸（23）内压力信息控制伺服电机转速进而调节高压小流量泵一（2）流量，维持系统升压速率始终在较低的设定值，直至系统压力上升至目标设定值；

16、保压阶段：在主油缸回路，高压小流量泵一（2）停止工作，由蓄能器（13）向主油缸（23）无杆腔充液维持主油缸（23）内压力稳定；在变形油缸回路，高压小流量泵二（3）工作，液压油经高压小流量泵二（3）和单向阀三（6）后分为两路，一路经电液换向阀二（10）和液控单向阀三（15）进入变形油缸一（24）无杆腔，另一路经电液换向阀三（11）和液控单向阀五（16）进入变形油缸二（25）无杆腔，变形油缸一（24）和变形油缸二（25）驱动上下压砧合模完成材料成形的工作；

17、卸压阶段：在主油缸回路，液控单向阀二（17）的先导阀动作，反向开启液控单向阀二（17），主油缸（23）无杆腔中的部分高压油液经液控单向阀二（17）、线性泄压阀一（18）缓慢流回油箱，实现系统压力的降低，控制器根据压力传感器采集的主油缸（23）内压力信息通过步进电机精准调节线性泄压阀一（18）的阀芯开度，进而控制卸压速率；在变形油缸回路，液控单向阀四（20）的先导阀动作，反向开启液控单向阀四（20），液控单向阀六（21）的先导阀动作，反向开启液控单向阀六（21），变形油缸一（24）无杆腔中的部分高压油液经液控单向阀四（20）、线性泄压阀二（19）缓慢流回油箱，变形油缸二（25）无杆腔中的部分高压油液经液控单向阀六（21）、线性泄压阀三（22）缓慢流回油箱，实现系统压力的降低，控制器根据压力传感器采集的变形油缸一（24）压力信息和变形油缸二（25）压力信息通过步进电机精准调节线性泄压阀二（19）和线性泄压阀三（22）的阀芯开度，进而控制卸压速率；

18、回程阶段：在主油缸回路，低压大流量泵（1）开始工作，液压油经低压大流量泵（1）、单向阀一（4）、电液换向阀一（9）、液控单向阀一（14）进入主油缸（23）有杆腔，主油缸（23）带动滑块下行至初始位置。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明采用多泵联合且各泵均由伺服电机驱动，再配合线性卸压阀一（18）至线性卸压阀三（22）、液控单向阀一（14）至液控单向阀六（21）、蓄能器（13），可实现升压、保压及降压全过程的高精度线性控制，以及在保压阶段维持压力稳定，实现超高压下的材料塑性成形；本发明能根据系统压力位置控制需求的变化灵活调整泵输出流量，实现按需供给，使系统流量调节范围大的同时减小了溢流损失和能量浪费。