[发明专利]自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统

说明书

本发明公开一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统，控制方法包括：在内高压成形开始时刻，获取增压器的高压腔中的液体、管材内部的液体及高压管路内部的液体的总体积的初始值；根据总体积的初始值和管材内部液体的实时压力确定液体的总体积的体积压缩量；确定管材内部液体的实时体积；判断管材内部液体的实时体积是否大于目标成形件的最终容积；若是，记录泄漏点，增加管端轴向进给量至管材的管端被再次密封，并根据预设的位移‑内压加载曲线从泄漏点开始完成内高压成形；若否，根据位移‑内压加载曲线完成内高压成形。采用本发明的控制方法及系统，可以精确判断出管端的泄漏情况，并通过增加管端轴向进给进行自动补偿。

技术领域

本发明涉及管材成形加工领域，特别是涉及一种自动补偿内高压成形中管端液体泄漏的控制方法及系统。

背景技术

内高压成形技术是一种先进的管材成形工艺，其原理是通过对管材施加内压与轴向力，使管材发生塑性变形贴靠模具型腔，成形为所需形状的管件。

内高压成形过程最高内压达到300MPa-400MPa，必须由增压器来提供，同时还需要使内压与轴向位移相匹配，实现预设的位移-内压加载曲线。内压控制原理是通过控制增压器低压腔的压力来间接控制增压器高压腔的液体压力，一般采用比例伺服阀来控制增压器低压端活塞，进行压力闭环伺服控制，控制系统根据压力目标值与压力实际值的差值来确定发送至比例伺服阀的控制量，如目标值与实际值差值大，则比例伺服阀开度大，增压器快速排出高压液体，可以实现快速增压，如果如目标值与实际值差值小，则比例伺服阀开度小，增压器排出高压液体慢，可以精确控制增压器压力。轴向进给一般由伺服油缸提供，也采用比例伺服阀进行控制，其控制方式是位移闭环伺服控制。

内高压成形过程中的管端泄漏指管端初始密封已经建立，管件开始变形后所发生的液体泄漏，此时控制器驱动增压器与轴向伺服油缸对管材进行位移和内压加载，执行预设位移-内压加载曲线，随着加载过程进行，管材内部压力数值将在4s-6s内，由管端初始密封建立阶段约5MPa-10MPa内压，上升至约300MPa-400MPa的整形内压，在这一快速增压阶段有两种原因会导致管端发生泄漏：

1)管材中部变形区材料受内压作用会在管材轴向方向产生拉应力，管材端部受到拉应力作用会向变形区中部移动，如果加载曲线设置不合理，管材端部受到拉应力产生向变形区内侧移动的位移，大于轴向冲头位移时，会在管材端部与冲头之间产生间隙，导致高压液体泄漏。

2)管材端部与密封冲头之间是通过两者接触时管端产生塑性变形来实现密封的，如果管端密封建立过程中管材端部塑性变形量较小，在变形开始阶段内压较低时(5MPa-10MPa)不泄漏，但在内压较高时(300MPa-400MPa)会发生泄漏。

这两种泄漏方式均需要通过增加管端轴向进给，使冲头与管端重新接触，通过增大密封冲头与管材端部的塑性变形量重新建立密封使管件顺利成形。但是在管端未产生泄漏的情况下，如增加管端轴向进给量，会导致管件出现起皱，屈曲等失效形式，因此必须在确认密封失效后才能增加轴向进给量。

根据管端泄漏量的大小可以将管端泄漏分为三种情况：

1)管端泄漏量很大，如大于1.0L/s(泄漏量具体数值与管材总容积有关)，此时管材内部压力快速降低，压力目标值与实际值差值变大，虽然控制系统自动增大增压器比例阀开度，提高增压器排出高压液体速度，但是由于泄漏量过大，管材内部压力会快速突降为0，控制器根据压力突降为0这一现象可以判断出现了严重管端泄漏，可以自动控制两侧伺服油缸向内侧进给一预设距离，例如，管材两端各进给1mm，如能恢复管端密封，则可以继续加载，完成管材成形。这种管端产生严重泄漏的情况可以根据管材内部压力的突降来进行判断。