人造金刚石液压机

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2396页（3502字）

人造金刚石液压机专门用于合成人造金刚石、立方氮化硼等超硬材料及其复合片、聚晶等产品。它由主机、增压器、液压传动装置、加热装置、电气控制装置等组成。其主机为上、下、左、右、前、后六面加压的液压机，故又称六面顶压机。我国从1965年研制成功6×600吨压机以来，已先后研制与开发出6×800吨、6×1200吨及更大吨位的品种，目前国内已拥有近4000台，是我国人造金刚石行业的主要设备。

主机结构见图44．2－1，它由六个铰链梁1及12根销杆7构成封闭的立方体受力机架。铰梁内分别装有六个超高压液压缸2，其工作内压100～150MPa。六缸活塞3同步前进，通过垫块4、硬质合金顶锤5、对正六面体工件6(为叶腊石块，其中间的合成孔腔内装有碳片、触媒片等组装件)在六个方向施加6000～12000kN的压制力，在叶腊石腔体内建立6000～6500MPa的超高压压力，并长时间(一般几分钟至十几分钟)保压。在此期间利用工件内部电阻进行加热，在叶腊石腔体内形成1300℃～1400℃高温条件。压力、温度、时间控制是人造金刚石合成工艺的关键。压机工作时，操作者通过三个相邻的铰梁之间的窗口8来取放工件、调整顶锤等，故要求窗口与压机中心距离要尽可能短，压机要体积小，故而采用超高压液压传动。合成工艺还要求设备的液压系统具有优异的同步、保压等性能。

图44．2－1 六面顶人造金石液压机主机

液压原理图示于图44．2－2。液压系统由中高压系统、超高压系统两部分组成，由增压器16、六个超高压液控单向阀6、7、8、9、10、11隔开。这样超高压元件最少，大部为标准化的高压元件。系统中的超高压油是由单作用增压器16产生，增压器大小柱塞的面积比为7．3，即高压泵1的油压为14MPa时，可产生100MPa的超高压油压。超高压二位七通阀17用来连通与切断增压器与六个超压缸。超高压表18用来显示超高压油压。压力传感器19接于缸后，它与压力显控器相匹配，可以预选、实测、数字显示与控制10点油压，可很方便地根据不同的合成工艺设置10个不同的油压发讯控制点。直控平衡阀4是用于平衡活塞重量、建立回程背压、防止缸中进气。六缸中的下、左、后三缸活塞调整至叶腊石块的定位位置，无空程行程。行程开关4～6SQ为超程限位保护之用。上、右、前三缸活塞有空程与回程行程，便于敞开压机的工作空间，取放工件6(图44．2－1)。上、右、前三活塞空程前进的停止位置、超程限位、回程限位由三个组合行程开关1～3SQ发讯控制。

图44．2－2 人造金刚石液压机液原理图

压机的液压电控系统设有半自动、分段、调整三种工作循环。以半自动为例，说明液压系统的动作。电机启动后，液压泵1空负荷运行。工作开始后，电磁铁1、4、5、6、7、8YA通电，泵1排出的压力油经单向阀、三位四通电磁阀2、3及三个节流阀20、21、22，三个电磁阀、三个液控超高压单向阀6、7、8进入上、右、前三缸，驱动其活塞空程前进。回程的油经阀4、3回油箱。当上、右、前活塞前进至三行程开关1SQ_－1、2SQ_－1、3SQ_－1调定位置时，先后发讯使其相应电磁铁断电，使相应活塞锤头运动暂时停止，此时接通控制暂停的时间继电器延时2～3秒后发讯，使电磁铁1、4、5、6～11YA通电，压力油经阀2、3、20～25、六电磁阀、6～11进入六缸进行充液行程，此时要求六活塞锤头对叶腊石块进行同步压缩，六活塞的同步行程速度用节流阀20～25进行调节。充液加压时油压逐步升高，当油压升至压力显控器预调点时发讯，使上述电磁铁断电，同时接通电磁铁2、5、13YA连通超高压，此时压力油经阀2、12、13进入增压器大缸进行增压，同时阀17处于连通状态，从增压器输出的超高压油经阀17分别进入六个工作缸内，推动六活塞锤头对工件超压压缩。当油压升至压力显控器的上保压压力点时发讯，电磁铁全断电，此时液控单向阀6～11、12、14全封闭，系统处于停泵保压状态，时间继电器开始保压计时，同时开始加热并计时。在保压期间若有压降，压力显控器下保压点发讯补压，即电磁铁2、5、13YA通电，连通超高压补压，当油压升至压力显控器的上保压点时发讯，系统再次处于保压状态，依次反复，直至保压时间终了。压力显控器保压上、下预置点间的压差即保压期间的压力波动，可达到3‰～5‰。当达到预定保压时间后，1、5、13YA通电，压力油使阀17处于连通状态，并通过阀2后顶开阀12，使增压器大活塞腔原来封闭的高压油经阀13的节流口到阀12、2回油箱，其卸压速度由阀13节流口大小来调节。卸压后油压降至压力显控器的调定值时发讯，增压器回程，这时1、3、5、13YA通电，压力油经阀2、3、4进入六缸回程腔，此时增压器仍保持卸压状态。控制油将液控单向阀14顶开，使增压器大活塞腔的油同时又经阀14回油箱，此时由于六缸回程腔进油，使六缸活塞腔的油推动增压器回程，当回至最低位置时，行程开关8SQ发讯，1、3、5、12YA通电，压力油经12YA电磁阀顶开超高压液控单向阀6～11，使六个缸的油分别经阀6～11、六个电磁阀回油箱，实现快速回程。见图44．2－1，下、后、左三缸活塞回程行程由三个相应的限位环9与三对可调节的限位螺母10限定。上、右、前三缸活塞回程行程由三个组合行程开关1～3SQ的相应触点限定，此时工作腔敞开，便于操作者取入工件6，进行下个循环的压制。

六缸同步性能是设备的关键技术之一。为了提高同步精度采取了以下主要技术措施：

(1)六缸同步行程起始点重复精度控制

充液前、六顶锤5前端面与压机中心等距离的偏差在每次压制时重复精度要高。下、左、后三锤头靠精确调节限位螺母10来保证；上、右、前三锤头空程前进的停止位置是由高精度行程开关1～3SQ来限定。

(2)充液同步控制

·液压元件动作同步：6～10YA六个电磁阀要同时打开，其动作时间的重复精度要高，保证六缸同时进油充液。

·同步节流调节：通过20～25六个节流阀调节同步精度，但其调节范围、灵敏度及稳定性有一定局限。故还应采取以下措施。

·平衡阀消除六个活塞重量的影响：直控平衡阀4用来消除上、下活塞与周围四个水平活塞重量影响的差异。

·液压系统放尽气；加背压防进气：六个缸均设超高压排气阀，试车时排尽缸与系统中空气。在易进气的回程长管路系统中由于有平衡阀4，建立背压，有效地防止进气。系统中若有空气存在将严重破坏同步性能，尤其在超高压状态。

·六缸管路系统阻力均匀一致：六个超高压缸内活塞导套间隙均匀一致、密封圈预压量要均匀一致，使其摩擦阻力尽量相同；六套管路弯头数目、管道长短、阀块中内孔通道油阻也要相同，以保证充液同步。

(3)超高压下同步控制

阀口、密封、管接头等处在超高压下均不得有渗漏，否则同步无从谈起；工作油液在超高压时，压缩率较大，加实测在100MPa时，30号机油的压缩率为7%，即若六缸工作内腔长度偏差2mm时，引起的同步误差就达0．14mm，故六个缸及活塞长度尺寸也应控制在一定公差范围内，才能保证同步精度。

(4)卸压同步控制

合成工艺(尤其压制柱状聚晶时)要求六个缸卸压同步性能好，除主机六套缸梁刚性相同外，液压系统在超高压压制后，增压器16的中压系统打开阀口卸压，此时应保证六个缸连通均匀、平稳、同步卸压。

生产实践证明，采取以上技术措施后，六个缸的同步精度可达0．1～0．2mm。