1、底缸結(jié)構(gòu)及工作原理
該底缸總成主要由邊缸11/14和中心缸10構(gòu)成,中心缸柱塞12頂部與傳力板相連,傳力板的力來自下模具,中心缸導(dǎo)向套17內(nèi)組裝有多道密封件,實(shí)現(xiàn)對(duì)中心缸柱塞的密封,壓力油從中心缸油孔16進(jìn)入中心缸。其中中心缸Φ200外圓表面拋光處理后作為邊缸的柱塞,與邊缸導(dǎo)向套15配合,邊缸導(dǎo)向套裝有多道密封件,實(shí)現(xiàn)對(duì)邊缸柱塞的密封,邊缸壓力油從邊缸通油孔13進(jìn)入邊缸內(nèi)工作。
當(dāng)裝模具生產(chǎn)壓裝產(chǎn)品時(shí),模具的力通過Φ40 mm傳力桿傳遞至底缸,中心缸先受力往下壓運(yùn)行,運(yùn)行到位后邊缸往下壓運(yùn)行。中心缸柱塞直徑130mm,邊缸柱塞直徑為200mm,為滿足生產(chǎn)對(duì)下模具的力學(xué)控制要求,邊缸及中心缸通過溢流閥設(shè)定缸內(nèi)背壓,要求邊缸壓力設(shè)定為<8 MPa,中心缸壓力設(shè)定為<10 MPa,根據(jù)液壓力換算原理公式可知,中心缸最大液壓力F中=132665 N;邊缸最大液壓力:F邊=251200N。
2、問題描述及原因分析
根據(jù)圖1所示,該型液壓設(shè)備此前經(jīng)常發(fā)生漏油的部位是中心缸導(dǎo)向套17,邊缸導(dǎo)向套15這兩個(gè)部位,且中心缸、邊缸柱塞表面出現(xiàn)刮花磨損,經(jīng)常維修需要耗費(fèi)將近一周時(shí)間,嚴(yán)重影響到正常生產(chǎn)。
拆卸導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向套與柱塞間產(chǎn)生相對(duì)摩擦,這在液壓設(shè)計(jì)中是不允許的。且發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)部位有些模具在裝模時(shí)因?yàn)槟>呓Y(jié)構(gòu)不對(duì)稱導(dǎo)致邊缸及中心缸受力不均勻,容易產(chǎn)生偏載荷。因此,綜合了解生產(chǎn)實(shí)際后,測(cè)繪了結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示,分析底缸容易產(chǎn)生,磨損及漏油的原因。中心缸導(dǎo)向套內(nèi)徑為Φ131mm,與柱塞直徑Φ130mm相比,有1mm的間隙,同樣,邊缸柱塞直徑Φ200,邊缸導(dǎo)向套內(nèi)徑為Φ201mm,因此正常生產(chǎn)的話柱塞不會(huì)直接與導(dǎo)向套內(nèi)壁產(chǎn)生金屬摩擦,且導(dǎo)向套內(nèi)壁設(shè)計(jì)了25mm寬度的導(dǎo)向帶,該導(dǎo)向帶主要作用就是防止柱塞與導(dǎo)向套產(chǎn)生金屬摩擦。
但是為什么還會(huì)發(fā)生刮花現(xiàn)象?這就與剛才說的在生產(chǎn)時(shí)候經(jīng)常會(huì)發(fā)生偏載荷現(xiàn)象,導(dǎo)向帶不能承受足夠的水平分力F1、F1'。這里可以通過計(jì)算來證實(shí)這種疑問推斷是正確的。利用靜力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用可以分別計(jì)算出中心缸及邊缸的力F1、F1',F(xiàn)2、F2'。
計(jì)算分析后可以看出導(dǎo)向帶的寬度及間距設(shè)計(jì)不足,當(dāng)生產(chǎn)時(shí)模具的偏載荷達(dá)到最大150000 N(15 T)時(shí),導(dǎo)向帶不能承受水平分力F1、F1',F(xiàn)2、F2'從而使得導(dǎo)向帶功能失效,最終導(dǎo)致柱塞桿及導(dǎo)向套金屬摩擦產(chǎn)生拉傷刮花,也使得其他密封失效,最終也容易導(dǎo)致漏油。
3、改進(jìn)設(shè)計(jì)
針對(duì)以上的分析的原因,在此擬加強(qiáng)導(dǎo)向帶的設(shè)計(jì)間距,以增大力臂,如圖3所示,序號(hào)5、9部位采用兩道導(dǎo)向帶,導(dǎo)向帶寬度從上至下分別是10mm、15mm寬度,因此中心缸的偏載荷導(dǎo)致的力臂增大至64.5mm,邊缸的力臂增大至67mm,計(jì)算后得出:
F1'=302325N<F中max=325000N,
F2'=405000N<F邊max=500000N。
故經(jīng)過改進(jìn)后,該導(dǎo)向帶能夠承受最大偏載15t的水平載荷。
另外,因?yàn)槠渌饕芊釻形圈、斯特封尺寸等滿足設(shè)計(jì)要求,且有雙重封油作用,能夠滿足液壓機(jī)的最大設(shè)計(jì)壓力。在這里不做其他改動(dòng),只是為了增加導(dǎo)向帶部位調(diào)整其位置尺寸即可,同時(shí)導(dǎo)向套整體結(jié)構(gòu)外形尺寸維持不變,不會(huì)對(duì)液壓機(jī)底缸行程等產(chǎn)生影響,可謂兼顧了生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力。
經(jīng)過改良設(shè)計(jì)后,同時(shí)要求生產(chǎn)模具部門設(shè)計(jì)安裝模具時(shí)盡量避免底缸不偏載運(yùn)行,所有密封件安裝使用了1年以上,均未發(fā)現(xiàn)有任何泄漏現(xiàn)象,中心缸及邊缸的柱塞桿也光滑良好,沒有拉傷現(xiàn)象。