钛合金薄壁结构大型超塑成形扩散连接装备研制

1、钛合金薄壁结构大型超塑成型扩散连接装备研制 方案汇报 汇报人： 2014年11月 天津市天锻压力机有限公司天津市天锻压力机有限公司 TIANJIN TIANDUAN PRESS CO.,LTD. 1 一、整体技术方案概述 二、压机系统 三、加热系统 四、隔热系统 五、水冷系统 六、氩气、真空系统 七、电控系统 目录 2 整体技术方案概述 第一部分 整体布局 1 功能与组成2 主要参数3 3 设备整体布局俯视图 4 1.1设备的整体布局 设备整体布局三维示意图 1.2设备的功能与组成 设备的主要功能是利用自带的 加热系统将常温下工艺塑性低的钛 合金进行加热，加热到950时钛合 金软化，四周的炉门

2、关闭进行保温， 在保温的状态下滑块下行完成上、下 模具的闭合，进而成形高精度钛合金 构件的成形设备。 1.2.1设备的功能 钛合金超塑成形设备 5 1.2设备的功能与组成 1.2.2设备的组成 保温系统 液压站 水冷系统 加热系统 主机 电控系统 该设备由以下几个自系统组成 液压机系统：主机、液压站 加热平台:金属加热平台、隔热陶瓷平台 加热管、热电偶等 保温系统：前门、后门、侧门、辅助装置 水冷系统：水冷平台、冷却水监测装置 氩气、真空系统：真空控制气路、 氩气控制气路 电控系统：上位机系统、下位机系统、 温度控制系统等 6 1.3设备的主要参数 序号 项目 单位 参数 1. 公称力 KN

3、5000 2. 回程力 KN 500 3. 滑块行程 mm 900 4. 压机开口 mm 1000 5. 滑块快下速度 mm/min 1000 6. 滑块工作速度 mm/s 0.5-2 7. 滑块回程速度 mm/min 1000 8. 有效工作台面 mm 18001350 9. 移动工作台承载 KN 100 10. 移动工作台速度 mm/s 100 11. 移动工作台行程 mm 2300 12. 移动工作台重复定位精度 mm 0.1 13. 压机压力控制精度 1 14. 氩气工作压力 MPa 4 15. 真空压力 Pa 600 16. 氩气压力控制精度 MPa 2 7 压机系统 第二部分第二部

4、分 主机系统 1 液压系统2 8 2.1主机系统 2.1.1机身结构 设备主机结构采用组合框架式结构，通过超压预紧的方法，利 用四条拉杆及上下锁母将上、下横梁以及左右支柱锁紧形成封闭框 架，减小设备加压时机身的变形量。 拉杆与锁母 上横梁 立柱 下横梁 机身机身 结构结构 9 2.1主机系统 2.1.2导向装置 导向装置结构示意图 设备采用上置式导柱导向结构，导套与导柱间为楔铁式调整机构，通 过调节楔铁垫片的高度达到导柱横向移动目的，这样在保证滑块导向的同 时，有效的避开滑块工作的高温区域。方形导柱每面都有楔铁式调整机构， 上下共16个，从而保证了导柱与导套间隙的调整。 10 2.1主机系统

5、2.1.2移动工作台 钛合金等温热成形工艺要求在高温状态下工作，移动工作台移入主机后， 通过定位锥销对移动工作台进行定位保证其重复定位精度，满足设备成形工艺 的要求。工作台采用下置式顶起锁紧油缸结构，有效的避开了高温工作区域， 延长了油缸密封的使用寿命。 11 定位装置示意图 2.2液压系统 液压原理图 液压传动系统是由能量转换装 置、能量调节控制装置、辅助装置 及液压附件，借助电气系统的控制 完成各种动作的循环。 液压系统控制的主要动作： 滑块的下行与回程 移动工作台的移入与移出 工作台的起落与加紧 前后保温炉门的升降 12 2.2液压系统 2.2.1压力控制 本套系统采用压力补偿伺服控制单

6、元结合两组不同量程的高精度压力传 感器用于实现对压机的压力控制以及检测。同时通过电控系统的闭环控制， 建立与模具内气体压力相对应的耦合关系实现对压力的稳定控制。 13 压力控制单位原理图 压力控制单位 2.2液压系统 2.2.2速度控制 本套系统通过采用大排量低压泵与小排量高压泵串联的形式，当滑块快下时 通过低压泵给滑块上腔供油，从而实现滑块的快速下行。通过采用小排量泵和小 通径、小流量比例流量控制阀的控制方式，从而实现压机的微速控制。 14 高压泵低压泵 加热系统 第三部分 加热系统组成 1 加热系统工作原理2 加热平台3 加热管与热电偶4 15 3.1加热系统组成 16 设备上、下加热平台

7、 加热系统轴测图 加热系统结构示意图 3.2加热系统工作原理 金属加热平台沿机床前后方向，贴近平台上表面均布 多条贯穿孔，以安置电加热管及热电偶，每个平台上布置 18个加热区域和18个测温点及18个控温保护热电偶，以确 保炉膛温度均匀。在加热管与平台中间放置了压缩性能较 好的隔热棉，有效的补偿了加热管之间的间隙。 加热平台三维示意图 17 加热平台分区示意图 加热平台温度控制 3.3加热平台 金属加热平台三维示意图 金属加热平台图纸 金属加热平台由四块加热板构成。在加热板上布置有两种直径规格的贯穿 深孔，用于安装加热管与热电偶。 “T”型槽布置在每两块加热平台之间，用 于安装模具。 18 “T

8、”型槽结构示意图 3.4加热管与热电偶 加热管采用“L”形的三段式加热 管，所谓三段式电加热棒就是通过在 单支电加热管上实现三个区域进行独 立升温、独立控温。 热电偶主要用于各温区的温度控制和 温度保护，热电偶结构采用“L”形的双K 偶封装，均匀的分布在上、下平台上。 加热管结构示意图 热电偶结构示意图 19 隔热系统 第四部分 隔热系统组成 1 承压隔热陶瓷平台2 隔热陶瓷3 保温炉门4 20 4.1隔热系统组成 隔热系统由承压陶瓷、隔热 陶瓷、保温门、支架及隔热附件 等组成，其作用是为加热工作室 保温及加热工作室与外部环境的 隔离。 支架 保温炉门 承压陶瓷 隔热陶瓷 21 4.2承压陶瓷

9、平台 承压陶瓷结构示意图 承压隔热陶瓷平台起着保温隔热的作用，可以有效的提高设备的保温性，降 低能耗。隔热平台也是设备的主要承力部件。为了防止在使用过程中整体陶瓷平 台的破裂，超塑设备的陶瓷平台进行了分块设计，上、下平台各分为8块。 22 4.3保温炉门 保温门由框架及隔热耐火材料组成。框架与隔热耐火材料使用高温螺栓 连接在一起，形成保温门。保温门安装在支架上，前后左右各一个，这样与 上下平台一起形成了一个密闭工作室。 23 保温炉门结构示意图 水冷系统 第五部分 水冷系统组成 1 冷却水柜2 水冷板3 24 5.1水冷系统组成 水冷系统由冷却水源、过滤器、流量传感器、温度传感器、管道等组成。

10、 同时在液压站冷却水出口处设有温度传感器，用于检测液压站液压油的温度。 设备冷却水路原理图 25 水冷板 水冷柜 5.2冷却水柜 本设备水冷系统采用的是集中控制的方式，即流量检测、温度检测、 流量调节等都集中在冷却水控制柜中进行控制及检测。 冷却水柜结构示意图 26 5.3水冷板 水冷板共两块分别设置于压机的滑块和工作平台上。冷却水流过上下水 冷板的内部通道，将高温区域传导散发的热量带走，起到保护压机整体机身 框架的作用。 27 水冷板结构示意图 氩气、真空系统 第六部分 28 29 6、氩气、真空系统 氩气系统是复杂零部件超塑成形 和超塑成形/扩散连接的重要硬 件设施。由减压阀、过滤器、比

11、例阀、蓄能器、压力传感器、气 路换向阀等组成。 控制气路上的小流量比例阀和压 力变送器用于实现压力闭环控制， 使模腔内成形气压可以按预定的 pt（压力时间）曲线连续调 节，压力控制精度2%。 氩气、真空系统原理图 电控系统 第七部分 电控系统组成 1 上位机2 温度控制3 下位机4 30 7.1电控系统组成 电气原理图 电气系统分为上位机系统、温度控制 系统和下位机系统三部分 电控系统实现的功能： 压机的手动或半自动 温度控制 压力控制 31 7.2上位机 上位机：采用研华工控机，配以研华的通讯卡以及数据采集卡。 通讯卡：用来与PLC、温度控制仪表、电流检测仪表通讯。 数据采集卡：采集传感器数

12、据。 32 7.2上位机 软件开发：以VB为基础自 主开发多种软件模块：人机交 互界面模块、数据采集存储模 块、控制算法模块、数据通讯 模块，故障诊断模块。 33 7.2温度控制 温控表为温控系统的核心部件， 采用PID控制对温度信号进行实 时采集和控制。 三相电流检测仪表通过电流检测 有效保护加热系统中的加热管及 固态继电器等核心元件，与上位 机RS485通讯。 固态继电器进行加热管的通断控 制，并设计了快速熔断器保护电 路。 34 7.3温度控制 用于加热系统温度控制的智能仪表选用岛电1系列，一共套，每 套控制三组温控区域。与上位机同时采用RS485通讯。上位机除了管理、分析、 保存参数外，可根据设定