CN102564659B - 冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属塑性加工领域，具体涉及冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统。所述系统由应变片、电桥盒、动态应变仪、工业计算机、反馈控制开关、报警器六部分组成。实施本发明的挤压模具应力监测及预警方法及系统，可实时测得模具预应力圈应变值及其变化情况,并可预先设置应力安全值来达到对模具预应力圈进行实时监测的目的，以解决模具及预应力圈易因载荷过高而出现应力破坏，以及避免模具及预应力圈因应力破坏而发生崩裂时所导致的安全问题。

Description

冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统

技术领域

本发明涉及金属塑性加工领域，具体涉及冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统。

背景技术

金属冷挤压塑性成形技术大幅减少零件机械加工量，显著改善工件内部微观组织和性能，提高工件的质量，是一种节能节材型先进制造技术；冷挤压塑性成型时金属在常温情况下发生塑性变形需要施加非常大的压力，挤压加工中所使用的压力机都采用较高功率，压力也往往达数百吨，对冷挤压装备及模具提出了极高的要求；在冷挤压过程中，模具的凹模重复承受巨大的挤压载荷，往往在模具结构上采用加套预应力圈方式以分担承载过大的压力，当预应力圈能承受的压力载荷超过其极限时，应力圈发生变形、开裂，直至炸裂，一方面，伤及周围的员工，另一方面，不能有效防止和避免冷挤压工艺不当引起的模具和设备损坏。

因此，通过实时采集监测预应力圈的应力状态，进一步监测冷挤压工艺和模具的承载情况，在应力过大时第一时间报警并作出相应工艺措施，就显得尤为重要。

    本发明提供一种冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统，其通过实时在线监测冷挤压过程中预应力圈的应力状态，监测冷挤压机及模具的载荷情况，当其所受载荷超过设定的极限载荷时，及时报警，并采取相应的工艺措施，以保证冷挤压机及其装备的长期稳定可靠运行。

发明内容

本发明目的在于提供一种冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法及系统，运用电阻应变片电测法对挤压模具及预应力圈应力进行实时在线监测及预警,以解决模具及预应力圈易因载荷过高而出现应力破坏，以及避免冷挤压装备、模具及预应力圈因应力破坏而发生崩裂时所导致的安全问题。

为了实现上述目的，本发明是通过下述方案实现的：

一种冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法，其通过实时在线监测冷挤压过程中预应力圈的应力状态，监测冷挤压机及模具的载荷状况，当其所受载荷超过设定的极限载荷时，及时报警，并采取相应的工艺措施，以保证冷挤压机及其装备的长期稳定可靠运行。

一种冷挤压模具应力监测及预警系统由应变片、电桥盒、动态应变仪、工业计算机、反馈控制开关、报警器六部分组成。

所述应变片采用电阻式应变片，粘贴于经表面处理过的预应力圈表面，应变片表面覆有一层聚乙烯薄膜，电阻式应变片以单桥方式通过导线与电桥盒输入端相连。

所述电桥盒具有输入端子和输出端子，电桥盒输入端子与电阻式应变片通过导线相连，电桥盒输出端子与动态应变仪的输入端子相连，电桥盒将电阻式应变片由应变产生的电阻变化转换为电流或电压信号输入动态应变仪。

所述动态应变仪，设有一个模拟量输入端子和一个模拟量输出端子，将电流或电压信号放大处理，动态应变仪模拟量输入端子通过导线与电桥盒输出端子相连，动态应变仪模拟量输出端子与工业计算机的模拟量输入端子相连，将放大后的信号传入工业计算机。

所述工业计算机为内部设有数据采集卡和信号处理预定程序的工业计算机，工业计算机外部设有一个信号输入端子与两个输出端子，输入端子与动态应变仪模拟量输出端子相连，将动态应变仪得出的电压信号传入工业计算机内部的数据采集卡，此时信号转换预定程序开始启动，对数据采集卡收集的信息进行处理，实现以波形及图表形式来表达模具预应力圈的即时受力情况，并显示在工业计算机屏幕上并存储；工业计算机其中一个输出端子与反馈控制开关的输入端子相连，另一个输出端子与报警器的输入端子相连；当所测得的应力值大于预定安全值时，信号处理预定程序将发出报警指令，工业计算机发出电流信号，由工业计算机其中一个输出端子传递给反馈控制开关，再由另一个输出端子传递给报警器。

所述反馈控制开关，其输入端子与工业计算机的其中一个输出端子相连，接收由工业计算机传出的电流信号，其输出端子与压力机停止开关输入端相连，执行反馈控制功能，及时停止压力机的运转。 

所述报警器，由闪光灯和扬声器组成，其输入端与工业计算机的一个输出端子相连，接收工业计算机传出的电流信号，闪光灯开始闪烁，同时扬声器发出警鸣声。

实施本发明的有益效果为：

1） 实时检测模具预应力圈应变值及其变化情况,并可预先设置应力安全值来达到对模具预应力圈进行实时监测和预警的目的,以提高挤压过程的安全性。

2） 本发明具有对数据、波形和图表的分析和存储功能，便于后续的分析研究，系统测量精度高,检测效率高,操作方便、简单易用。

3） 本发明中采用动态应变仪，实时测量预应力圈所受应力，可通过导线与多组电桥盒相连，由一台工业计算机即可实时监测多组预应力圈受力状况，降低成本，减少空间，使监控更集中更方便。

附图说明

图1 是本发明结合实施例子的整体结构示意图；

图中编号说明：

1.压力机  2.工业计算机  3.电桥盒  4.动态应变仪  5.信号处理预定程序  6.信号采集卡  7.反馈控制开关  8.报警器  9.闪烁灯  10.扬声器  11.电阻式应变片  12.凸模  13.凹模  14.预应力圈。  

具体实施方案

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明装置做进一步详细说明：

一种冷挤压模具应力监测及预警系统由应变片、电桥盒3、动态应变仪4、工业计算机2、反馈控制开关7、报警器8六部分组成。

所述应变片采用电阻式应变片11，粘贴于经表面处理过的预应力圈14表面，电阻式应变片11表面覆有一层聚乙烯薄膜，电阻式应变片11以单桥方式通过导线与电桥盒3输入端相连。

所述电桥盒3具有输入端子和输出端子，电桥盒3输入端子与电阻式应变片11通过导线相连，电桥盒3输出端子与动态应变仪4的输入端子相连，电桥盒3将电阻式应变片11由应变产生的电阻变化转换为电流或电压信号输入动态应变仪4。

所述动态应变仪4，设有一个模拟量输入端子和一个模拟量输出端子，将电流或电压信号放大处理；动态应变仪4模拟量输入端子通过导线与电桥盒3输出端子相连，动态应变仪4模拟量输出端子与工业计算机2的模拟量输入端子相连，将放大后的信号传入工业计算机2。

所述工业计算机2，其内部设有数据采集卡6、信号处理预定程序5，外部设有一个信号输入端子与两个输出端子，输入端子与动态应变仪4模拟量输出端子相连，将动态应变仪4得出的电压信号传入工业计算机2内部的数据采集卡6，此时信号处理预定程序5开始启动，对数据采集卡6收集的信息进行处理，实现以波形及图表形式来表达模具预应力圈14的即时受力情况，并显示在工业计算机2屏幕上并存储；工业计算机2其中一个输出端子与反馈控制开关7的输入端子相连，另一个输出端子与报警器8的输入端子相连，当所测得的应力值大于预定安全值时，信号处理预定程序5将发出报警指令，工业计算机2发出电流信号，由工业计算机2其中一个输出端子传递给反馈控制开关7，再由另一个输出端子传递给报警器8。

所述反馈控制开关7，其输入端子与工业计算机2的其中一个输出端子相连，接收由工业计算机2传出的电流信号，其输出端子与压力机1停止开关输入端相连，执行反馈控制功能，及时停止压力机1的运转。 

所述报警器7，由闪光灯9和扬声器10组成，其输入端与工业计算机2的一个输出端子相连，接收工业计算机2传出的电流信号，闪光灯9开始闪烁，同时扬声器10发出警鸣声。

实施本发明执行以下步骤：

1）本实施例中，将挤压法兰凹模13预应力圈14进行表面处理，将表面打磨平滑并磨光，打磨面积为应变片11面积的3-5倍；将电阻式应变片11粘贴到预应力圈14打磨区域，电阻式应变片11上覆一层聚乙烯薄膜；将电阻式应变片11的导线焊接牢固，导线另一端连接电桥盒3的输入端子；将电桥盒3输出端子与动态应变仪4的模拟量输入端子相连；将动态应变仪4模拟量输出端子与工业计算机2的模拟量输入端子相连；将工业计算机2其中一个输出端子与反馈控制开关7的输入端子相连；将工业计算机2的另一个输出端子与报警器8的输入端子相连。

2）接通电源， 启动工业计算机2和动态应变仪4，设置应力安全值；启动压力机1，当压力机1带动凸模12挤压法兰工件时，法兰工件塑性变形所产生的挤压应力转移给凹模13及预应力圈14，此时预应力圈14由于受挤压应力而出现形变，导致电阻式应变片11发生形变，此时电阻式应变片11的电阻发生变化，此电阻信号通过电桥盒3转换为电流或电压信号，再传递给动态应变仪4，由动态应变仪4将信号放大处理，传入工业计算机2内的数据采集卡6，信号处理预定程序5开始运行，对数据采集卡6收集的信息进行处理，将应力应变信息以波形及图表形式显示在工业计算机2屏幕上，并对数据分析后存储。

3）当凹模预应力圈14所承受压力值达到应变安全值时，信号处理预定程序5将发出报警指令，工业计算机2发出电流信号，由工业计算机2的一个输出端子传递给反馈控制开关7，再由另一个输出端子传递给报警器，压力机1停止运转，同时闪光灯9闪烁，扬声器10发出警鸣声，此时工人可及时调整工位或挤压工艺。

通过以上实施措施，本发明有效的达到了对模具及预应力圈14进行实时监测的目的,保证了模具及预应力圈14的正常使用及操作人员的安全。

Claims (2)

1.冷挤压模具预应力圈应力监测预警方法，通过实时在线监测冷挤压过程中预应力圈的应力状态，监测冷挤压机及模具的载荷状况，当其所受载荷超过设定的极限载荷时，及时报警，并采取相应的工艺措施，以保证冷挤压机及其装备的长期稳定可靠运行，其特征在于：

1）将预应力圈进行表面处理，将表面打磨平滑并磨光，打磨面积为电阻式应变片面积的3-5倍；将电阻式应变片粘贴到预应力圈打磨区域，电阻式应变片上覆一层聚乙烯薄膜；将电阻式应变片的导线焊接牢固，导线另一端连接电桥盒的输入端子；将电桥盒输出端子与动态应变仪的模拟量输入端子相连；将动态应变仪模拟量输出端子与工业计算机的模拟量输入端子相连；将工业计算机其中一个输出端子与反馈控制开关的输入端子相连；将工业计算机的另一个输出端子与报警器的输入端子相连；

2）接通电源， 启动工业计算机和动态应变仪，设置应力安全值；启动压力机，当压力机带动凸模挤压法兰工件时，法兰工件塑性变形所产生的挤压应力转移给凹模及预应力圈，此时预应力圈由于受挤压应力而出现形变，导致电阻式应变片发生形变，此时电阻式应变片的电阻发生变化，此电阻信号通过电桥盒转换为电流或电压信号，再传递给动态应变仪，由动态应变仪将信号放大处理，传入工业计算机内的数据采集卡，信号处理预定程序开始运行，对数据采集卡收集的信息进行处理，将应力应变信息以波形及图表形式显示在工业计算机的屏幕上，并对数据分析后存储；

3）当预应力圈所承受压力值达到应变安全值时，信号处理预定程序将发出报警指令，工业计算机发出电流信号，由工业计算机的一个输出端子传递给反馈控制开关，再由另一个输出端子传递给报警器，压力机停止运转，同时闪光灯闪烁，扬声器发出警鸣声，此时工人可及时调整工位或挤压工艺。

2.冷挤压模具预应力圈应力监测预警系统，其特征在于：所述的系统由应变片、电桥盒、动态应变仪、工业计算机、反馈控制开关和报警器六部分组成，所述应变片采用电阻式应变片，粘贴于经表面处理过的预应力圈表面，电阻式应变片表面覆有一层聚乙烯薄膜，电阻式应变片以单桥方式通过导线与电桥盒输入端相连；所述电桥盒具有输入端子和输出端子，电桥盒输入端子与电阻式应变片通过导线相连，电桥盒输出端子与动态应变仪的输入端子相连，电桥盒将电阻式应变片由应变产生的电阻变化转换为电流或电压信号输入动态应变仪；所述动态应变仪，设有一个模拟量输入端子和一个模拟量输出端子，将电流或电压信号放大处理，动态应变仪模拟量输入端子通过导线与电桥盒输出端子相连，动态应变仪模拟量输出端子与工业计算机的模拟量输入端子相连，将放大后的信号传入工业计算机；所述工业计算机为内部设有数据采集卡和信号处理预定程序的工业计算机，工业计算机外部设有一个信号输入端子与两个输出端子，输入端子与动态应变仪模拟量输出端子相连，将动态应变仪得出的电压信号传入工业计算机内部的数据采集卡；工业计算机其中一个输出端子与反馈控制开关的输入端子相连，另一个输出端子与报警器的输入端子相连；所述反馈控制开关，其输入端子与工业计算机的其中一个输出端子相连，接收由工业计算机传出的电流信号，其输出端子与压力机停止开关输入端相连；所述报警器，由闪光灯和扬声器组成，其输入端与工业计算机的一个输出端子相连，接收工业计算机传出的电流信号。