基于LabVIEW的振动时效控制系统设计及应用

发布时间：2020-09-24 19:47

　　工件在生产制造过程中需要经过铸造、锻压、焊接、切削等工艺,这些工艺过程就会引起构件内部产生残余应力,而残余应力的存在会大大削减工件的疲劳强度和尺寸精度,更严重者会造成工件的断裂而引发安全事故。论文针对现有工业生产中传统热时效能耗大、自然时效周期长、效率低等不足,以及传统振动时效装置在使用过程中存在的效率低、耗能多、易磨损、噪声大等缺陷,完成一种基于LabVIEW的高效、节能的振动时效装置的控制系统。通过深入分析现有振动时效、激振器、以及大功率激振器的发展现状,对残余应力的产生原因、消除机理等理论知识进行分析,对于振动时效消除残余应力的原理与特点进行探讨,进一步对激振力的大小、激振频率的范围以及其他参数进行选择;在对振动时效过程中控制特点所做研究和分析的基础上,针对振动时效中时效工件对硬件输出特性的要求,对振动时效控制系统的硬件进行总体设计,并综合实际情况,选用超磁致伸缩激振器、NI USB-6211型号的数据采集卡等为核心设备,配合参数的要求,最终实现振动时效装置的控制系统硬件选型、组态及参数设计。LabVIEW软件具有可视化程度高、性价比高优点,因此采用该软件对振动时效控制系统进行过程控制与数据处理。其主要实现对工件参数设置、扫频参数设置、时效参数设置、通讯端口设置,并调用DAQ函数对振动时效中的加速度信号采集、输出激振器的驱动电压与激振电流,用循坏结构外加外部定时源实现扫频过程中输出频率到终止频率的递增,最后对采集的数据进行处理,对时效判断的结果进行输出。论文在软件设计开发过程中分为振前扫频、振动时效及振后扫频三个阶段。每个阶段都包括多通道信号输出、信号采集、控制模块、及数据处理等功能,最后采用国际标准JB/T 5926-2005对时效效果进行定量分析,并打印时效结果报告。该研究应用虚拟仪器技术,设计一种基于LabVIEW的振动时效控制系统,并结合现场实际情况,对大构件进行振动时效调试,满足了高效、节能的振动时效要求,最大可能的实现了振动时效处理的自动化和操作过程的简便化,系统工作稳定可靠,具有较好的工程应用价值。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH16;TP273
【部分图文】：

自然时效

1.1 研究背景及意义金属工件的材料内部由于在机械制造工艺过程中受热不均匀、形成相变现象等原因，导致工件的表面和局部产生一种应力，其存在减小了工件的尺寸精度及其机械性能，该应力在工件工作时与工件应力相累加之和极有可能超过其自身的屈服极限，此时就会导致工件发生脆性变形，甚至断裂。该应力被称为残余应力也称为残留应力[1]。目前最常用的就是热时效(TSR，Thermal Stress Relief )与自然时效法(NSR，Natural StressRelief)[2]。NSR 处理工件的原理就是利用环境温度繁杂多样的“环境震荡”变化及时间效应使其内部残余应力日益释放，所以该方法的消除周期比较长，一般需要 6 个月左右才能达到效果[3]，如图 1.1 所示为自然时效场，与此同时存在存储空间较大、效率低、时效结果不佳等缺点；TSR 技术是在火炉中放入待处理的工件，而且不断升温使工件产生塑性变形然后再温度恒定持续降温，使得内部的残余应力得到均化消除，图 1.2 为热时效炉，这种技术的耗能较大、成本相对较高、环境污染较大并且对于大型构件的处理运输过程困难等问题。

热时效

弹簧模型,残余应力,工件

影响并且对振动时效消除残余应力的的机理等基本特性进行了研究工作，并在所做研究工作的基础上，研究了大功率振动时效的特点，为振动时效控制系统整体结构和硬件选型奠定了理论基础。2.1 残余应力的产生及消除工件在加工制造过程中需要经过多种工艺加工处理，且这些工艺处理过程对工件的寿命有一定的影响，当这些外界因素撤去后，工件内部还是有些残留的力，该残留的力被成为残余应力[24]。内部残余力指的是工件在未接受任何负载的情况下本身已经存在于横截面上的原始应力，在工件工作时，由于受到各种外力和的作用，在工件工作时，由于受到各种外力的和而发生再次变形和内部应力的重新分配，会降低材料的刚度、稳定性甚至降低其疲劳强度、抗脆断能力、抵抗腐蚀开裂能力[25]。(1) 残余应力的产生原因在不受外力作用时，工件内部本身需要一种力来保持自身的平衡状态，这种力就是初始应力或固有应力。工件的局部位置或形状会因为残余应力的存在发生改变。如图 2.所示：

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