CN110315190B - 适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统 - Google Patents

适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

适用超塑成形‑扩散连接的热成形机液压控制方法及系统，属于锻压设备技术领域。本发明方法如下：设置超塑成形参数；所述超塑成形参数包括初始压边力、超塑成形‑扩散连接气压加载曲线和待加工零件工作面积；根据所述超塑成形参数，计算超塑成形‑扩散连接机械压力加载曲线；实时监测施加的机械压力，形成实际机械压力曲线，实时计算超塑成形‑扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力曲线；将待加工零件放置在热成形机的工作台上，根据所述超塑成形‑扩散连接气压加载曲线和实际机械压力加载曲线向待加工零件施加气压和机械压力，完成超塑成形‑扩散连接。

Description

适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统
技术领域
本发明涉及适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统，属于锻压设备技术领域。
背景技术
超塑成形/扩散连接工艺是一种先进的轻量化成形方法，可进行多层结构和空心结构的加工制造，广泛应用于航空航天、轨道交通、武器装备等领域。超塑成形/扩散连接工艺属于特种加工领域，对成形设备的要求比较高，采用常规锻压设备难以进行零件的超塑成形/扩散连接工艺。具体原因主要由两点：一是超塑成形/扩散连接需要在特定温度下进行，而常规锻压设备不具备独立加热和保温的结构；二是超塑成形/扩散连接需要借助气压进行成形，常规锻压设备只具备液压加载系统却不具备气压加载系统。此外，超塑成形/扩散连接过程多个气路的气压加载和液压加载是相互关联的，二者相互协调才能顺利完成零件的超塑成形过程。对此，本发明的热成形机采用了一种相互关联可修正调控的液压控制系统。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统，实现了机械压力加载和超塑成形/扩散连接气压加载同步线性均匀连续加载，提高了加载稳定性，有效提高产品质量和合格率；通过修正单元使机械压力更加稳定，提高了加载效率和准确率；需输入的参数少，操作简单，全程自动化运行，节约了人力成本，提高了效率。
本发明的技术解决方案是：适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，包括如下步骤：
设置超塑成形参数；所述超塑成形参数包括初始压边力、超塑成形-扩散连接气压加载曲线和待加工零件工作面积；
根据所述超塑成形参数，计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线；
实时监测施加的机械压力，形成实际机械压力曲线，实时计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力曲线；若所述拟合值不符合拟合要求，则调整施加的机械压力，直至超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值达到拟合要求；
将待加工零件放置在热成形机的工作台上的模具内，根据所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和实际机械压力加载曲线向待加工零件施加气压和机械压力，完成超塑成形-扩散连接。
进一步地，待加工零件施加的气压的气路个数为一时，机械压力加载曲线为F0(t1)＝P(t1)*A+F1，P(t1)为在t1时刻的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力。
进一步地，待加工零件施加的气压的气路个数为二时，机械压力加载曲线F0(t)为F0(t1)＝Pmax(t1)*A+F1，Pmax(t1)为在t1时刻两个气路中较大的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力。
进一步地，所述拟合值为FT(t)/F0(t)；所述FT(t)为实际压力曲线，F0(t)为超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线。
进一步地，所述拟合要求为0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005。
进一步地，所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线包括两个气路的加载曲线，向待加工零件施加气压时，两个气路分别施加各自的加载曲线。
进一步地，所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线同步进行加载。
一种根据所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制系统，包括：
操作界面，用于输入和编辑超塑成形参数；所述超塑成形参数包括初始压边力、超塑成形-扩散连接气压加载曲线和待加工零件工作面积；
气压加载单元，用于加载所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线，控制对待加工零件施加的气压；
数据计算单元，根据所述超塑成形参数，计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线；
压力传感器，实时监测施加的机械压力；
机械压力修正单元，根据所述压力传感器实时监测的机械压力，形成实际机械压力曲线，实时计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力曲线；若所述拟合值不符合拟合要求，则调整施加的机械压力，直至超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值达到拟合要求；
机械压力加载单元，用于加载所述实际机械压力加载曲线，控制对待加工零件施加的机械压力；
工作平台，用于放置待加工零件，并根据所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和实际机械压力加载曲线向待加工零件施加气压和机械压力，完成超塑成形-扩散连接。
进一步地，待加工零件施加的气压的气路个数为一时，机械压力加载曲线为F0(t1)＝P(t1)*A+F1，P(t1)为在t1时刻的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力；
待加工零件施加的气压的气路个数为二时，机械压力加载曲线F0(t)为F0(t1)＝Pmax(t1)*A+F1，Pmax(t1)为在t1时刻两个气路中较大的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力；
所述拟合值为FT(t)/F0(t)；
所述拟合要求为0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005。
进一步地，所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线包括两个气路的加载曲线，向待加工零件施加气压时，两个气路分别施加各自的加载曲线；所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线同步进行加载。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明实现了机械压力加载和超塑成形/扩散连接气压加载同步线性均匀连续加载，提高了加载稳定性，有效提高产品质量和合格率；
(2)本发明通过修正单元使机械压力更加稳定，提高了加载效率和准确率；
(3)本发明在超塑成形/扩散连接过程中需输入的参数少，操作简单，全程自动化运行，节约了人力成本，提高了效率。
附图说明
图1为热成形机液压控制流程示意图；
图2为某TA15钛合金件超塑成形模具示意图；
图3为某TA15钛合金件超塑成形气压加载曲线示意图；
图4为某TA15钛合金件超塑成形过程液压加载曲线示意图。
具体实施方式
适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法及系统，如图1，具体包括：
(1)所述热成形机液压控制系统包括操作界面，气压加载单元，数据计算单元，机械压力加载单元，压力传感器，机械压力修正单元，工作平台等。
(2)步骤(1)所述热成形机操作界面可进行超塑成形/扩散连接工艺参数的输入输出。工艺参数主要包括初始压边力F1、超塑成形/扩散连接气压加载曲线P(t)、模具工作面积A等。超塑成形/扩散连接过程中可通过操作界面对工艺参数进行编辑。
(3)步骤(1)所述热成形机气压加载单元包括两个气路，两个气路可分别按照气压加载曲线进行工作平台模具内工件的超塑成形过程，扩散连接过程以及超塑成形/扩散连接过程。工作时可同时进行两个气路或单独一个气路的抽真空或充气工作。
(4)步骤(1)所述热成形机数据计算单元可进行超塑成形/扩散连接工艺参数的处理和运算，得到机械压力加载曲线F0(t)。
(5)步骤(1)所述热成形机机械压力加载单元可根据数据计算单元得到的机械压力加载曲线对工作平台的模具进行压力加载。超塑成形/扩散连接过程中，机械压力加载与气压加载线性同步并保持一致走势。
(6)步骤(1)所述热成形机压力传感器可监测工作平台模具的实际压力值，并形成实际压力曲线FT(t)传递给机械压力修正单元。
(7)步骤(1)所述热成形机机械压力修正单元根据数据计算单元传输的机械压力加载曲线F0(t)拟合工作平台模具的实际压力曲线FT(t)，并使实际压力曲线FT(t)与机械压力加载曲线F0(t)吻合。具体地，实时监测施加的机械压力，形成实际机械压力曲线，实时计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力曲线；若所述拟合值不符合拟合要求，则调整施加的机械压力，直至超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力曲线的拟合值达到拟合要求；
(8)步骤(1)所述热成形机工作平台安装模具，通过同步运行气压加载曲线和实际机械压力加载曲线完成工件的超塑成形/扩散连接工作。
步骤(2)所述的超塑成形/扩散连接气压加载曲线P(t)为气压P随时间t线性变化的连续折线图。
步骤(3)所述的两个气路可分别按照不同的气压加载曲线进行气压加载。
步骤(4)所述的数据计算单元得到的机械压力加载曲线F0(t)可在操作界面进行输出。
步骤(4)所述的机械压力加载曲线F0(t)为理论机械压力F0随时间t线性变化的连续折线图。
步骤(4)所述的机械压力加载曲线F0(t)的计算方法为F0(t1)＝P(t1)*A+F1，表示在t1时刻的机械压力等于在t1时刻某一气路的气压值与模具工作面积的乘积再加上初始压边力。
步骤(3)和(4)所述当两个气路同时充气时，计算机械压力加载曲线F0(t)的计算方法为F0(t1)＝Pmax(t1)*A+F1，表示在t1时刻的机械压力等于在t1时刻两个气路中较大的气压值与模具工作面积的乘积再加上初始压边力。
步骤(6)所述实际压力曲线FT(t)为实际机械压力FT随时间t线性变化的连续折线图。
步骤(6)所述实际压力曲线FT(t)可在操作界面进行输出。
步骤(7)所述实际压力曲线FT(t)与机械压力加载曲线F0(t)的拟合条件为0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005。
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
本发明提供的是热成形机超塑成形/扩散连接过程的液压控制系统，包括：操作界面，气压加载单元，数据计算单元，机械压力加载单元，压力传感器，机械压力修正单元，工作平台等。热成形机液压控制流程如图1所示。
以某TA15钛合金件为例，其模具的工作面积为A＝2000cm2，模具型面示意图如图2所示。
具体运行方式按如下：
在操作界面输入超塑成形/扩散连接工艺参数包括初始压边力F1＝40T、气压加载曲线如图3所示以及模具工作面积A＝2000cm2；
第二，数据计算单元根据上述各工艺参数，以算法公式F0(t)＝P(t)*A+F1为基础计算得到机械压力加载曲线如图4所示。
第三，机械压力加载单元按照图4曲线给工作平台模具施加机械压力。
第四，压力传感器监测模具实际压力值，形成实际压力加载曲线FT(t)并传输给机械压力修正单元。
第五，机械压力修正单元按照图4的F0(t)曲线对实际压力加载曲线FT(t)进行修正。若满足0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005，则继续给工作平台施加机械压力；若不满足则进行拟合使得实际压力加载曲线FT(t)满足0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005，之后再给工作平台施加机械压力。
最后，气压加载曲线和机械压力加载曲线同步加载完成TA15钛合金件的超塑成形/扩散连接过程。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置超塑成形参数；所述超塑成形参数包括初始压边力、超塑成形-扩散连接气压加载曲线和待加工零件工作面积；
根据所述超塑成形参数，计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线；
实时监测施加的机械压力，形成实际机械压力加载曲线，实时计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力加载曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力加载曲线；若所述拟合值不符合拟合要求，则调整施加的机械压力，直至超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力加载曲线的拟合值达到拟合要求；
将待加工零件放置在热成形机的工作台上的模具内，根据所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和实际机械压力加载曲线向待加工零件施加气压和机械压力，完成超塑成形-扩散连接。
2.根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：待加工零件施加的气压的气路个数为一时，机械压力加载曲线为F0(t1)＝P(t1)*A+F1，P(t1)为在t1时刻的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力。
3.根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：待加工零件施加的气压的气路个数为二时，机械压力加载曲线F0(t)为F0(t1)＝Pmax(t1)*A+F1，Pmax(t1)为在t1时刻两个气路中较大的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力。
4.根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：所述拟合值为FT(t)/F0(t)；所述FT(t)为实际机械压力加载曲线，F0(t)为超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线。
5.根据权利要求4所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：所述拟合要求为0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005。
6.根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线包括两个气路的加载曲线，向待加工零件施加气压时，两个气路分别施加各自的加载曲线。
7.根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法，其特征在于：所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线同步进行加载。
8.一种根据权利要求1所述的适用超塑成形-扩散连接的热成形机液压控制方法的控制系统，其特征在于，包括：
操作界面，用于输入和编辑超塑成形参数；所述超塑成形参数包括初始压边力、超塑成形-扩散连接气压加载曲线和待加工零件工作面积；
气压加载单元，用于加载所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线，控制对待加工零件施加的气压；
数据计算单元，根据所述超塑成形参数，计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线；
压力传感器，实时监测施加的机械压力；
机械压力修正单元，根据所述压力传感器实时监测的机械压力，形成实际机械压力加载曲线，实时计算超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力加载曲线的拟合值；若所述拟合值达到拟合要求，则输出实际机械压力加载曲线；若所述拟合值不符合拟合要求，则调整施加的机械压力，直至超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线与实际机械压力加载曲线的拟合值达到拟合要求；
机械压力加载单元，用于加载所述实际机械压力加载曲线，控制对待加工零件施加的机械压力；
工作平台，用于放置待加工零件，并根据所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和实际机械压力加载曲线向待加工零件施加气压和机械压力，完成超塑成形-扩散连接。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：待加工零件施加的气压的气路个数为一时，机械压力加载曲线为F0(t1)＝P(t1)*A+F1，P(t1)为在t1时刻的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力；
待加工零件施加的气压的气路个数为二时，机械压力加载曲线F0(t)为F0(t1)＝Pmax(t1)*A+F1，Pmax(t1)为在t1时刻两个气路中较大的气压值，A为模具工作面积，F1为初始压边力；
所述拟合值为FT(t)/F0(t)；所述FT(t)为实际机械压力加载曲线；
所述拟合要求为0.995≤FT(t)/F0(t)≤1.005。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线包括两个气路的加载曲线，向待加工零件施加气压时，两个气路分别施加各自的加载曲线；所述超塑成形-扩散连接气压加载曲线和超塑成形-扩散连接机械压力加载曲线同步进行加载。
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