曲轴智能锻造系统及锻件质量控制研究

发布时间：2020-10-09 22:01

　　 曲轴是发动机动力产生和输出的最重要的部件,曲轴锻造产品日益增长的需求及对产品质量要求的提升,与相对落后的生产现状是我国曲轴锻造的一个矛盾,亟待进行数字化智能化的提升。本文分析研究了曲轴锻造成形的工艺、主辅机设备、锻造生产的特点与难点,建立了适合曲轴锻造生产的智能锻造系统,并构建出智能控制系统的集成架构和各部分的组成与功能。在此基础上,通过三维数值模拟方法对典型曲轴锻造成形工艺和模具型腔进行分析,开发出了曲轴锻造智能感知与检测技术,研究了曲轴锻件质量控制关键技术,并对曲轴锻件质量进行了分析与评价。曲轴智能锻造系统可以分为四个层级结构,即曲轴锻造自动化生产线及相关锻造成套技术与设备、曲轴锻造智能化感知与在线检测装备、曲轴锻造生产执行系统、曲轴锻造生产专家系统。智能制造是个系统工程,不同层级之间会有许多交叉和关联。远程诊断与维护是独立于四个层级之外的部分,利用该功能,可以远程进入智能总线控制系统、MES系统和专家系统,查询问题并对系统进行升级维护。曲轴锻造智能系统的控制和执行部分包括智能总线控制系统、冗余安全检测控制系统、远程诊断与维护、MES制造执行系统和专家系统。要实现智能锻造主体生产线中各设备协调、高效、低能耗、高质量、智能化运转,就需要依靠控制系统和执行系统进行控制、协调、智能调动。对曲轴锻造成形模拟进行了研究,重点分析研究成形困难区域以及对模具磨损的影响,将曲轴锻造不同阶段的金属流动特点、应力和应变、模具磨损等问题的分析结果反馈给控制系统,可以对曲轴锻造的智能化制造过程进行自适应控制。对曲轴锻造参数的特点及分类进行了研究,研究结果表明,可以将曲轴锻造参数分为工艺参数、生产状态参数和工艺结果参数三大类。工艺参数在实际生产时会有偏差,需要检测并进行校正;生产状态参数可以实时反映生产和设备是否处于正常状态,同时也是专家系统进行故障诊断的基础;工艺结果参数直接反映了产品质量,是质量追溯的重要环节。根据锻造生产流程和所涉及到的主、辅机设备对曲轴锻造智能检测系统的检测点分布和配置进行了设计和系统研究,包括:原材料检测、温度检测、位置精度检测、模具磨损检测、设备力检测、安全检测、尺寸和性能检测等七个方面。着重研究了视觉识别技术在高温高热高污染锻压生产中的应用,通过视觉识别对压力机上的锻件位置和形态进行检测,从而实现对锻造工艺流程和状态进行监控,并在故障时报警以便及时工干预,是保证智能锻造生产的重要环节。通过对模具温升机理进行分析计算,结合曲轴锻造成形模拟的材料流动特点和模具磨损情况,设计出仿形喷头,并研究出最优水气配比,达到了良好的冷却润滑效果,使模具的使用寿命和产品质量得到了较大幅度的提高。对高温棒料氧化皮的产生和危害进行了分析,除鳞装置液压系统设计压力16MPa,通过油缸压力和速度控制除鳞喷嘴出口水压4MPa,采用高压小流量的压力水以15度的角度喷射到棒料表面进行氧化皮清除,氧化皮清除效率可达到95%以上。分析了锻件质量追溯的重要性,研究了通过建立锻件的质量档案,虚拟编码技术及工位绑定技术实现曲轴锻件质量追溯的方法;通过光学显微镜和透射电镜对典型锻件的组织性能进行了分析,结果表明,经锻造成形和冷却后,曲轴的组织和性能均得到较小提升,组织性能的分析结果是质量追溯的一个重要检测环节,也是检验智能锻造系统的重要指标。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TG316
【部分图文】：

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本文编号：2834259