基于壓電效應的鋼球冷鐓成形在線監(jiān)測系統(tǒng).pdf

1、冷鐓作為鋼球加工的第一道工序,其成形缺陷是主要的質(zhì)量隱患和次品源頭。國內(nèi)鋼球冷鐓設備只執(zhí)行機械式的往復動作,缺乏過程監(jiān)測;傳統(tǒng)的采用專用檢測器具進行過程完成后的人工檢測方式,量具易磨損,檢測效率低,不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的成形缺陷和故障,檢測能力成為限制鋼球冷鐓工藝升級的瓶頸。國外對金屬壓力加工在線質(zhì)量的監(jiān)測開展了理論研究,通過對過程信號特征的在線分析實現(xiàn)過程實時監(jiān)測,并將成形監(jiān)測儀器的應用在塑性加工行業(yè)。
　　 首先分析了鋼球

2、冷鐓的成形原理,并建立冷鐓運動系統(tǒng)的數(shù)學模型。應用塑性加工專用的有限元軟件DEFORM-3D針對鋼球冷鐓成形過程進行了數(shù)值模擬,通過改變冷鐓棒料料長和模具同軸度兩個指標,對正常工況及兩類鋼球墩制過程中常見的缺陷(環(huán)帶缺陷和球形偏差)的成形過程進行有限元數(shù)值模擬。經(jīng)過后處理運算,獲得成球過程中,底模(靜模)載荷曲線與常見成形質(zhì)量缺陷的對應關系。分析模擬結(jié)果,不同環(huán)帶大小主要體現(xiàn)在載荷曲線的峰值和時序兩個特征上;相同料長情況下,球形偏心缺陷

3、主要體現(xiàn)在冷鐓初始階段的載荷動態(tài)數(shù)值上。從而,采用載荷波形信號分析鋼球毛坯成形質(zhì)量狀況是正確可行的,提出通過采集底模載荷信號監(jiān)測鋼球成形質(zhì)量的信息特征:時序和局部峰值。
　　 波形的采集是實現(xiàn)質(zhì)量分析的基礎。針對底模載荷信號提取的特殊環(huán)境,分析比較力傳感器的特點以及對鋼球冷鐓設備的影響;分析壓電效應的原理和應用,提出應用壓電傳感器采集底模載荷信號。考慮鋼球冷鐓機的結(jié)構(gòu)、剛度要求等因素選取壓電材料,設計了PVDF薄膜式壓電傳感器,

4、選取合適的安裝位置,計算冷鐓力大小對承載能力進行校核。針對壓電傳感器測量電路,從理論上分析了壓電傳感器的等效電路,對電荷和電壓式前置放大電路進行了理論分析,提出應用高阻抗輸入的電壓放大器AD623作為前置放大器,并通過理論校核和實驗,驗證了電壓放大器的可行性。
　　 在分析系統(tǒng)的功能要求和硬件架構(gòu)的基礎上,建立了硬件平臺。設計了核心MCU模塊、A/D轉(zhuǎn)換單元、人機交互界面電路、系統(tǒng)時鐘單元、鍵盤模塊的電路等硬件模塊。根據(jù)工廠實際

5、狀況,采取硬件抗干擾措施,設計了PCB電路板。
　　 分析系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)架,通過模塊化編程和調(diào)用,成功搭建了系統(tǒng)的軟件運行平臺。編寫系統(tǒng)初始化模塊、TFT顯示模塊、數(shù)據(jù)采集與分析模塊、人機交互模塊和系統(tǒng)時鐘讀寫模塊,供主程序和各子程序間有序的分時調(diào)用。實現(xiàn)了載荷信號離散化和鑒別算法,通過人機交互模塊實現(xiàn)參數(shù)設定,通過系統(tǒng)時鐘讀寫實現(xiàn)了質(zhì)量和加工信息的可追溯性;最終實現(xiàn)了成形監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)。
　　 到工業(yè)現(xiàn)場采集3種成形