專(zhuān)利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種智能型電鐓機(jī)，特別是一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)電熱鐓粗的電鐓機(jī)，屬于機(jī)電一體化的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，電鐓機(jī)智能化水平較低，生產(chǎn)中僅能靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定加熱電流、鐓粗壓力、速度等工藝參數(shù)，其主要存在如下問(wèn)題(1)各工藝參數(shù)(壓力、速度、電壓等)在單個(gè)工作循環(huán)中為一個(gè)預(yù)先設(shè)定的恒量，不能實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化；(2)工作過(guò)程中工況(溫度、磨損、毛坯質(zhì)量等)變化后，系統(tǒng)不能自動(dòng)變化來(lái)適應(yīng)工況的變化，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量；(3)每次更換一種產(chǎn)品，必須重新調(diào)整和摸索工藝參數(shù)，既浪費(fèi)時(shí)間，又會(huì)造成大量廢品，常出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒、折疊、歪斜、裂紋等現(xiàn)象。為此，國(guó)內(nèi)外不少?gòu)S家和科研機(jī)構(gòu)頗費(fèi)心思，做了大量工作，如尹希猛等人在《鍛壓技術(shù)》1986/4中公開(kāi)的“氣門(mén)電鐓過(guò)程的參數(shù)分析及其微計(jì)算機(jī)控制”；劉敬余等人在《電氣自動(dòng)化》1999/2中公開(kāi)的“基于學(xué)習(xí)的電鐓機(jī)專(zhuān)家控制系統(tǒng)”；楊慶云在《鍛壓技術(shù)》1990/3中公開(kāi)的“電鐓機(jī)群控系統(tǒng)”；這些方案雖然引入了自動(dòng)控制，對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量起到了一定作用，但它們也存在一些缺點(diǎn)，如非連續(xù)控制、只控制部分電鐓工藝參數(shù)或數(shù)據(jù)采集與控制分離，因而都難于保證控制質(zhì)量，最為關(guān)鍵的是它們未能實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供一種可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)控制、可控制全部電鐓工藝參數(shù)、實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化及將數(shù)據(jù)采集與控制結(jié)合的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)。本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，可保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖所示，包括有機(jī)械裝置A、加熱裝置B、檢測(cè)裝置C及其控制裝置D，機(jī)械裝置A包括有鐓粗缸(1)、鐓塊(2)、砧子缸(3)、砧塊(4)、導(dǎo)電夾持缸(5)，加熱裝置B包括有夾持電極(6)、變壓器(7)，檢測(cè)裝置C包括有分別裝設(shè)在鐓粗缸(1)及砧子缸(2)活塞上的位移傳感器(8、9)，鐓塊(2)及砧塊(4)分別固裝在鐓粗缸(1)及砧子缸(3)的活塞上，夾持電極(6)固裝在導(dǎo)電夾持缸(5)的活塞上，砧塊(4)及夾持電極(6)串聯(lián)在變壓器(7)次級(jí)線圈的兩端，工件E置于鐓塊(2)與砧塊(4)之間，其中鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1、砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2、鐓粗壓力P，變形溫度T、加熱電流i均通過(guò)控制裝置D采用適應(yīng)工況的自動(dòng)連續(xù)閉環(huán)控制。
本發(fā)明根據(jù)塑性力學(xué)和傳熱學(xué)原理，給出了加熱電流、鐓粗壓力、速度等工藝參數(shù)的計(jì)算方法，并通過(guò)控制裝置及控制程序使鐓粗缸的運(yùn)動(dòng)速度、砧子缸的運(yùn)動(dòng)速度、鐓粗壓力，變形溫度、加熱電流均采用適應(yīng)工況的自動(dòng)連續(xù)閉環(huán)控制，從而可實(shí)現(xiàn)電鐓工藝的最優(yōu)控制。另外，本發(fā)明的機(jī)械裝置由于增加了若干個(gè)定位夾持缸用于工件的定位夾持，從而使定位夾持與導(dǎo)電夾持分開(kāi)，以減少夾持電極在工件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所引起的磨損，并增加工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；此外，本發(fā)明中定位夾持缸中的夾持塊與工件之間通過(guò)滾動(dòng)體接觸，使夾持塊與工件之間的磨擦為滾動(dòng)磨擦，以減少工件運(yùn)動(dòng)的磨擦力和減少夾持塊的磨損，同時(shí)也增加了夾持力。另外，本發(fā)明還在砧塊上設(shè)有預(yù)熱裝置和溫度檢測(cè)裝置，以減少因砧塊溫度不當(dāng)造成的廢品，并能控制砧塊的溫度，使砧塊的溫度保持適當(dāng)值，以進(jìn)一步減少鐓粗廢品。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)巧妙，方便實(shí)用的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明的控制原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，控制原理圖如圖2所示，包括有機(jī)械裝置A、加熱裝置B、檢測(cè)裝置C及其控制裝置D，機(jī)械裝置A包括有鐓粗缸(1)、鐓塊(2)、砧子缸(3)、砧塊(4)、導(dǎo)電夾持缸(5)，加熱裝置B包括有夾持電極(6)、變壓器(7)，檢測(cè)裝置C包括有分別裝設(shè)在鐓粗缸(1)及砧子缸(2)活塞上的位移傳感器(8、9)，鐓塊(2)及砧塊(4)分別固裝在鐓粗缸(1)及砧子缸(3)的活塞上，夾持電極(6)固裝在導(dǎo)電夾持缸(5)的活塞上，砧塊(4)及夾持電極(6)串聯(lián)在變壓器(7)次級(jí)線圈的兩端，工件E置于鐓塊(2)與砧塊(4)之間，其中鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1、砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2、鐓粗壓力P，變形溫度T、加熱電流i均通過(guò)控制裝置D采用適應(yīng)工況的自動(dòng)連續(xù)閉環(huán)控制。
上述鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1與砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2之差v＝v1-v2為電鐓速度，它不但影響生產(chǎn)率、成形的溫度和質(zhì)量，而且v的大小必須與電鐓機(jī)的功率、加熱電流和棒料直徑相匹配，v1和v2的大小還會(huì)影響到鐓粗部位的形狀，鐓粗部位的可能形狀有三種類(lèi)型，即正球臺(tái)形、長(zhǎng)球臺(tái)形及扁球臺(tái)形。生產(chǎn)實(shí)踐證明，以圓球臺(tái)形為最優(yōu)，因?yàn)樗扔欣谟欣诔尚芜^(guò)程的均勻穩(wěn)定，又有利于終成形時(shí)保證產(chǎn)品的形狀，且延長(zhǎng)模具壽命。本發(fā)明為使其鐓粗部位的形狀為正球臺(tái)形，上述鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1與砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2的關(guān)系為v2=d22h2+d2v1,]]>其中d為工件的直徑，h為工件頭部蒜頭的高度。
鐓粗溫度是決定鐓粗質(zhì)量的最關(guān)鍵工藝參數(shù)之一，它的控制精度要求也很高。因此，為獲得滿意的工件內(nèi)部顯微組織，必須嚴(yán)格控制變形溫度，而變形溫度的直接測(cè)量與控制比較困難，故可采用檢測(cè)變形力的方法來(lái)間接控制變形溫度，一定的工件在一定的變形速率下，對(duì)應(yīng)始鍛溫度，有一個(gè)鐓粗變形阻力，其即為最小鐓粗力，同理，對(duì)應(yīng)終鍛溫度，有一個(gè)鐓粗變形阻力，其即為最大鐓粗力，其中最小鐓粗力為p1=f(ϵ·,T11)]]>，最大鐓粗力p2=f(ϵ·,T12),]]> 為頸部應(yīng)變速率，T11為始鍛溫度，T12為終鍛溫度。檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)鐓粗壓力、鐓粗缸速度和砧子缸速度，可獲得工件的變形抗力σs，計(jì)算出頸部應(yīng)變速率 由此間接推算出工件的最高溫度T。再調(diào)節(jié)鐓粗缸速度、砧子缸速度和加熱電流，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)變形溫度的控制。
為保證進(jìn)入變形區(qū)的金屬能及時(shí)被加熱到鍛造溫度，輸入的電阻功率應(yīng)當(dāng)與將新進(jìn)入變形區(qū)的冷態(tài)金屬加熱到鍛造溫度所需的功率平衡，本發(fā)明所用的加熱電流為i=1Rl(q1-q2+q3),]]>其中q1為把材料加熱到變形溫度所需的功率，q1=π·d24ρm·v1·(T2-T1)CP,]]>ρm為材料密度，T2為變形溫度，T1為室溫，Cp為材料比熱，q2為機(jī)械能轉(zhuǎn)化的熱功率，q2＝P·v，P為鐓粗壓力，v為鐓粗速度v＝v1-v2，q3為工件鐓粗過(guò)程中的熱量損失。
為減少因砧塊(4)溫度不當(dāng)造成的廢品，砧塊(4)上增加預(yù)熱裝置，為能控制砧塊(4)的溫度，使砧塊(4)的溫度保持適當(dāng)值，以進(jìn)一步減少鐓粗廢品，砧塊(4)上還設(shè)有溫度檢測(cè)裝置。
上述機(jī)械裝置A還包括有若干個(gè)定位夾持缸(10)，其置于鐓粗缸(1)與導(dǎo)電夾持缸(5)之間，定位夾持缸(10)用于工件的定位夾持，夾持電極(6)用于工件的導(dǎo)電，從而使定位夾持與導(dǎo)電夾持分開(kāi)，以減少夾持電極(6)在工件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所引起的磨損，并增加工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。根據(jù)工件的長(zhǎng)度，定位夾持缸(10)可包括有一個(gè)主定位夾持缸和若干個(gè)輔定位夾持缸。本發(fā)明實(shí)施例中，定位夾持缸(10)可包括有一個(gè)主定位夾持缸和3個(gè)輔定位夾持缸。另外，定位夾持缸(10)中的夾持塊與工件E之間通過(guò)滾動(dòng)體G接觸，使夾持塊與工件E之間的磨擦為滾動(dòng)磨擦，以減少工件E運(yùn)動(dòng)的磨擦力和減少夾持塊的磨損，同時(shí)也增加了夾持力。上述滾動(dòng)體G可為球體，也可為圓柱體。
本發(fā)明使用時(shí)，變壓器(7)的初級(jí)繞組采用工業(yè)用50Hz、380V電源，砧塊和夾持電極串聯(lián)在次級(jí)線圈上。工件在導(dǎo)電夾持缸和定位夾持缸的作用下夾緊、導(dǎo)向并保持良好的接觸狀態(tài)，同時(shí)在鐓粗缸的初始?jí)毫ψ饔孟屡c砧塊頂緊，與次級(jí)線圈構(gòu)成回路通電，夾持電極與砧塊之間的棒料在次級(jí)大電流作用下產(chǎn)生電阻熱，材料快速升溫。最先通電的棒料下端加熱時(shí)間最長(zhǎng)溫度最高，首先達(dá)到鍛造溫度(普通合金鋼一般為900～1150℃)，下端材料開(kāi)始鐓粗變形。隨著變形的發(fā)展，材料在下端聚集，形成“蒜頭”。此時(shí)鐓粗缸往下移動(dòng)，速度為v1，砧子缸下移讓出蒜頭成形空間，速度為v2，v1＞v2，棒料下端“蒜頭”進(jìn)一步長(zhǎng)大。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，包括有機(jī)械裝置A、加熱裝置B、檢測(cè)裝置C及其控制裝置D，機(jī)械裝置A包括有鐓粗缸(1)、鐓塊(2)、砧子缸(3)、砧塊(4)、導(dǎo)電夾持缸(5)，加熱裝置B包括有夾持電極(6)、變壓器(7)，檢測(cè)裝置C包括有分別裝設(shè)在鐓粗缸(1)及砧子缸(2)活塞上的位移傳感器(8、9)，其中鐓塊(2)及砧塊(4)分別與鐓粗缸(1)及砧子缸(3)的活塞連接，夾持電極(6)固裝在導(dǎo)電夾持缸(5)的活塞上，砧塊(4)及夾持電極(6)串聯(lián)在變壓器(7)次級(jí)線圈的兩端，工件E置于鐓塊(2)與砧塊(4)之間，其特征在于鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1、砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2、鐓粗壓力P，變形溫度T、加熱電流i均通過(guò)控制裝置D采用適應(yīng)工況的自動(dòng)連續(xù)閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述鐓粗缸(1)的運(yùn)動(dòng)速度v1與砧子缸(2)的運(yùn)動(dòng)速度v2的關(guān)系為v2=d22h2+d2v1,]]>其中d為工件的直徑，h為工件頭部蒜頭的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述變形溫度T可采用檢測(cè)變形力的方法來(lái)間接控制，其最小鐓粗力為p1=f(ϵ·,T11)]]>最大鐓粗力p2=f(ϵ·,T12),]]> 為頸部應(yīng)變速率，T11為始鍛溫度，T12為終鍛溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述加熱電流為i=1Rl(q1-q2+q3),]]>其中q1為把材料加熱到變形溫度所需的功率，q1=π·d24ρm·v1·(T2-T1)CP,]]>ρm為材料密度，T2為變形溫度，T1為室溫，Cp為材料比熱，q2為機(jī)械能轉(zhuǎn)化的熱功率，q2＝P·v，P為鐓粗壓力，v為鐓粗速度v＝v1-v2，q3為工件鐓粗過(guò)程中的熱量損失。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述砧塊(4)上設(shè)有預(yù)熱裝置和溫度檢測(cè)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述變壓器(7)采用電子裝置控制，輸出電壓連續(xù)可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述機(jī)械裝置A還包括有若干個(gè)定位夾持缸(10)，其置于鐓粗缸(1)與導(dǎo)電夾持缸(5)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述定位夾持缸(10)可包括有一個(gè)主定位夾持缸和若干個(gè)輔定位夾持缸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述定位夾持缸(10)與工件E之間通過(guò)滾動(dòng)體G接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)，其特征在于上述滾動(dòng)體G可為球體，也可為圓柱體。
全文摘要
本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制的電鐓機(jī)。包括有機(jī)械裝置A、加熱裝置B、檢測(cè)裝置C及控制裝置D，機(jī)械裝置A包括有鐓粗缸(1)、鐓塊(2)、砧子缸(3)、砧塊(4)、導(dǎo)電夾持缸(5)，加熱裝置B包括有夾持電極(6)、變壓器(7)，檢測(cè)裝置C包括有分別裝設(shè)在鐓粗缸(1)及砧子缸(2)活塞上的位移傳感器(8、9)，其中變壓器(7)采用電子裝置控制，輸出電壓連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明根據(jù)塑性力學(xué)和傳熱學(xué)原理，給出了加熱電流、鐓粗壓力、速度等工藝參數(shù)的計(jì)算方法，并通過(guò)控制裝置使鐓粗缸的運(yùn)動(dòng)速度、砧子缸的運(yùn)動(dòng)速度、鐓粗壓力，變形溫度、加熱電流均采用適應(yīng)工況的自動(dòng)連續(xù)閉環(huán)控制，從而可實(shí)現(xiàn)電鐓工藝的最優(yōu)控制。另外，本發(fā)明的機(jī)械裝置由于增加了若干個(gè)定位夾持缸用于工件的定位導(dǎo)向，從而使定位導(dǎo)向與導(dǎo)電功能分離，以減少夾持電極在工件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所引起的磨損，并增加工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B21G3/00GK1457942SQ0211523
公開(kāi)日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者孫友松, 張弢, 鄭泰勝, 羅天友, 張忠夫, 李區(qū), 陳綺麗, 寧志堅(jiān), 陳健, 李振雄, 文元美, 李德, 章?tīng)?zhēng)榮, 羅有芬, 肖小亭, 梁錦生, 劉天湖 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué), 懷集縣汽車(chē)配件制造有限責(zé)任公司