鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)大型超塑成形擴散連接裝備研制第一頁，共38頁。一、整體技術(shù)方案概述二、壓機系統(tǒng)三、加熱系統(tǒng)四、隔熱系統(tǒng)五、水冷系統(tǒng)六、氬氣、真空系統(tǒng)七、電控系統(tǒng)目錄2第二頁，共38頁。整體技術(shù)方案概述第一部分整體布局1功能與組成2主要參數(shù)33第三頁，共38頁。設備整體布局俯視圖1.1設備的整體布局設備整體布局三維示意圖4第四頁，共38頁。1.2設備的功能與組成

設備的主要功能是利用自帶的加熱系統(tǒng)將常溫下工藝塑性低的鈦合金進行加熱，加熱到950℃時鈦合金軟化，四周的爐門關(guān)閉進行保溫，在保溫的狀態(tài)下滑塊下行完成上、下模具的閉合，進而成形高精度鈦合金構(gòu)件的成形設備。1.2.1設備的功能鈦合金超塑成形設備5第五頁，共38頁。1.2設備的功能與組成1.2.2設備的組成保溫系統(tǒng)液壓站水冷系統(tǒng)加熱系統(tǒng)主機電控系統(tǒng)該設備由以下幾個自系統(tǒng)組成液壓機系統(tǒng)：主機、液壓站加熱平臺:金屬加熱平臺、隔熱陶瓷平臺加熱管、熱電偶等保溫系統(tǒng)：前門、后門、側(cè)門、輔助裝置

水冷系統(tǒng)：水冷平臺、冷卻水監(jiān)測裝置氬氣、真空系統(tǒng)：真空控制氣路、氬氣控制氣路電控系統(tǒng)：上位機系統(tǒng)、下位機系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等

6第六頁，共38頁。1.3設備的主要參數(shù)

序號項目 單位 參數(shù) 1.公稱力 KN 5000 2.回程力KN

5003. 滑塊行程mm 900 4. 壓機開口mm

10005. 滑塊快下速度mm/min 1000 6. 滑塊工作速度mm/s

0.5-2 7. 滑塊回程速度mm/min 1000 8. 有效工作臺面mm1800×1350

9.移動工作臺承載 KN 100 10.移動工作臺速度mm/s

10011. 移動工作臺行程mm ≥2300 12. 移動工作臺重復定位精度mm

±0.113. 壓機壓力控制精度 ±1℅ 14. 氬氣工作壓力MPa

4 15. 真空壓力Pa ≤600 16. 氬氣壓力控制精度MPa±2℅

7第七頁，共38頁。壓機系統(tǒng)第二部分主機系統(tǒng)1液壓系統(tǒng)28第八頁，共38頁。2.1主機系統(tǒng)2.1.1機身結(jié)構(gòu)設備主機結(jié)構(gòu)采用組合框架式結(jié)構(gòu)，通過超壓預緊的方法，利用四條拉桿及上下鎖母將上、下橫梁以及左右支柱鎖緊形成封閉框架，減小設備加壓時機身的變形量。拉桿與鎖母上橫梁立柱下橫梁機身結(jié)構(gòu)9第九頁，共38頁。2.1主機系統(tǒng)2.1.2導向裝置導向裝置結(jié)構(gòu)示意圖

設備采用上置式導柱導向結(jié)構(gòu)，導套與導柱間為楔鐵式調(diào)整機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)楔鐵墊片的高度達到導柱橫向移動目的，這樣在保證滑塊導向的同時，有效的避開滑塊工作的高溫區(qū)域。方形導柱每面都有楔鐵式調(diào)整機構(gòu)，上下共16個，從而保證了導柱與導套間隙的調(diào)整。10第十頁，共38頁。2.1主機系統(tǒng)2.1.2移動工作臺

鈦合金等溫熱成形工藝要求在高溫狀態(tài)下工作，移動工作臺移入主機后，通過定位錐銷對移動工作臺進行定位保證其重復定位精度，滿足設備成形工藝的要求。工作臺采用下置式頂起鎖緊油缸結(jié)構(gòu)，有效的避開了高溫工作區(qū)域，延長了油缸密封的使用壽命。定位裝置示意圖11第十一頁，共38頁。2.2液壓系統(tǒng)液壓原理圖

液壓傳動系統(tǒng)是由能量轉(zhuǎn)換裝置、能量調(diào)節(jié)控制裝置、輔助裝置及液壓附件，借助電氣系統(tǒng)的控制完成各種動作的循環(huán)。液壓系統(tǒng)控制的主要動作：滑塊的下行與回程移動工作臺的移入與移出工作臺的起落與加緊前后保溫爐門的升降12第十二頁，共38頁。2.2液壓系統(tǒng)2.2.1壓力控制

本套系統(tǒng)采用壓力補償伺服控制單元結(jié)合兩組不同量程的高精度壓力傳感器用于實現(xiàn)對壓機的壓力控制以及檢測。同時通過電控系統(tǒng)的閉環(huán)控制，建立與模具內(nèi)氣體壓力相對應的耦合關(guān)系實現(xiàn)對壓力的穩(wěn)定控制。壓力控制單位原理圖壓力控制單位13第十三頁，共38頁。2.2液壓系統(tǒng)2.2.2速度控制

本套系統(tǒng)通過采用大排量低壓泵與小排量高壓泵串聯(lián)的形式，當滑塊快下時通過低壓泵給滑塊上腔供油，從而實現(xiàn)滑塊的快速下行。通過采用小排量泵和小通徑、小流量比例流量控制閥的控制方式，從而實現(xiàn)壓機的微速控制。高壓泵低壓泵14第十四頁，共38頁。加熱系統(tǒng)第三部分加熱系統(tǒng)組成1加熱系統(tǒng)工作原理2加熱平臺3加熱管與熱電偶415第十五頁，共38頁。3.1加熱系統(tǒng)組成設備上、下加熱平臺加熱系統(tǒng)軸測圖加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖16第十六頁，共38頁。3.2加熱系統(tǒng)工作原理

金屬加熱平臺沿機床前后方向，貼近平臺上表面均布多條貫穿孔，以安置電加熱管及熱電偶，每個平臺上布置18個加熱區(qū)域和18個測溫點及18個控溫保護熱電偶，以確保爐膛溫度均勻。在加熱管與平臺中間放置了壓縮性能較好的隔熱棉，有效的補償了加熱管之間的間隙。加熱平臺三維示意圖加熱平臺分區(qū)示意圖加熱平臺溫度控制17第十七頁，共38頁。3.3加熱平臺金屬加熱平臺三維示意圖金屬加熱平臺圖紙

金屬加熱平臺由四塊加熱板構(gòu)成。在加熱板上布置有兩種直徑規(guī)格的貫穿深孔，用于安裝加熱管與熱電偶。“T”型槽布置在每兩塊加熱平臺之間，用于安裝模具?！癟”型槽結(jié)構(gòu)示意圖18第十八頁，共38頁。3.4加熱管與熱電偶

加熱管采用“L”形的三段式加熱管，所謂三段式電加熱棒就是通過在單支電加熱管上實現(xiàn)三個區(qū)域進行獨立升溫、獨立控溫。

熱電偶主要用于各溫區(qū)的溫度控制和溫度保護，熱電偶結(jié)構(gòu)采用“L”形的雙K偶封裝，均勻的分布在上、下平臺上。加熱管結(jié)構(gòu)示意圖熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖19第十九頁，共38頁。隔熱系統(tǒng)第四部分隔熱系統(tǒng)組成1承壓隔熱陶瓷平臺2隔熱陶瓷3保溫爐門420第二十頁，共38頁。4.1隔熱系統(tǒng)組成

隔熱系統(tǒng)由承壓陶瓷、隔熱陶瓷、保溫門、支架及隔熱附件等組成，其作用是為加熱工作室保溫及加熱工作室與外部環(huán)境的隔離。支架保溫爐門承壓陶瓷隔熱陶瓷21第二十一頁，共38頁。4.2承壓陶瓷平臺承壓陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖

承壓隔熱陶瓷平臺起著保溫隔熱的作用，可以有效的提高設備的保溫性，降低能耗。隔熱平臺也是設備的主要承力部件。為了防止在使用過程中整體陶瓷平臺的破裂，超塑設備的陶瓷平臺進行了分塊設計，上、下平臺各分為8塊。22第二十二頁，共38頁。4.3保溫爐門

保溫門由框架及隔熱耐火材料組成?？蚣芘c隔熱耐火材料使用高溫螺栓連接在一起，形成保溫門。保溫門安裝在支架上，前后左右各一個，這樣與上下平臺一起形成了一個密閉工作室。保溫爐門結(jié)構(gòu)示意圖23第二十三頁，共38頁。水冷系統(tǒng)第五部分水冷系統(tǒng)組成1冷卻水柜2水冷板324第二十四頁，共38頁。5.1水冷系統(tǒng)組成

水冷系統(tǒng)由冷卻水源、過濾器、流量傳感器、溫度傳感器、管道等組成。同時在液壓站冷卻水出口處設有溫度傳感器，用于檢測液壓站液壓油的溫度。設備冷卻水路原理圖水冷板水冷柜25第二十五頁，共38頁。5.2冷卻水柜

本設備水冷系統(tǒng)采用的是集中控制的方式，即流量檢測、溫度檢測、流量調(diào)節(jié)等都集中在冷卻水控制柜中進行控制及檢測。冷卻水柜結(jié)構(gòu)示意圖26第二十六頁，共38頁。5.3水冷板水冷板共兩塊分別設置于壓機的滑塊和工作平臺上。冷卻水流過上下水冷板的內(nèi)部通道，將高溫區(qū)域傳導散發(fā)的熱量帶走，起到保護壓機整體機身框架的作用。水冷板結(jié)構(gòu)示意圖27第二十七頁，共38頁。氬氣、真空系統(tǒng)第六部分28第二十八頁，共38頁。6、氬氣、真空系統(tǒng)氬氣系統(tǒng)是復雜零部件超塑成形和超塑成形/擴散連接的重要硬件設施。由減壓閥、過濾器、比例閥、蓄能器、壓力傳感器、氣路換向閥等組成。

控制氣路上的小流量比例閥和壓力變送器用于實現(xiàn)壓力閉環(huán)控制，使模腔內(nèi)成形氣壓可以按預定的p–t（壓力–時間）曲線連續(xù)調(diào)節(jié)，壓力控制精度±2%。氬氣、真空系統(tǒng)原理圖29第二十九頁，共38頁。電控系統(tǒng)第七部分電控系統(tǒng)組成1上位機2溫度控制3下位機430第三十頁，共38頁。7.1電控系統(tǒng)組成電氣原理圖電氣系統(tǒng)分為上位機系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)三部分電控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：壓機的手動或半自動溫度控制壓力控制31第三十一頁，共38頁。7.2上位機

上位機：采用研華工控機，配以研華的通訊卡以及數(shù)據(jù)采集卡。通訊卡：用來與PLC、溫度控制儀表、電流檢測儀表通訊。

數(shù)據(jù)采集卡：采集傳感器數(shù)據(jù)。32第三十二頁，共38頁。7.2上位機

軟件開發(fā)：以VB為基礎(chǔ)自主開發(fā)多種軟件模塊：人機交互界面模塊、數(shù)據(jù)采集存儲模塊、控制算法模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊，故障診斷模塊。33第三十三頁，共38頁。7.2溫度控制溫控表為溫控系統(tǒng)的核心部件，采用PID控制對溫度信號進行實時采集和控制。三相電流檢測儀表通過電流檢測有效保護加熱系統(tǒng)中的加熱管及固態(tài)繼電器等核心元件，與上位機RS485通訊。固態(tài)繼電器進行加熱管的通斷控制，并設計了快速熔斷器保護電路。34第三十四頁，共38頁。7.3溫度控制

用于加熱系統(tǒng)溫度控制的智能儀表選用島電ＭＲ1３系列，一共６套，每套控制三組溫控區(qū)域。與上位機同時采用RS485通訊。上位機除了管理、分析、保存參數(shù)外，可根據(jù)設定協(xié)調(diào)各區(qū)的溫度控制，保證各區(qū)間的溫度平衡。35第三十五頁，共38頁。