CN114669703B - 一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精锻机控制系统技术领域，提供了一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法。该方法包括：针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数；计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移和控制周期，并以控制周期控制两侧操作机的夹头相对于中间锻件以反向实际补偿位移移动；启动精锻机系统，基于所述夹头反向实际补偿位移和控制周期，将两侧操作机的夹头反向实际补偿位移转化为电信号，并输入至夹头位移比例阀，驱动夹头电液位置伺服系统工作；直至锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次。本发明避免了不断挤压下锻件会在内部进行能量释放对锻件材料进行破坏、易弯曲形变，影响加工工艺的问题。

Description

一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法

技术领域

本发明涉及精锻机控制系统技术领域，尤其涉及一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法。

背景技术

精锻机，国外又称径向锻机，是由对称布于锻造箱的四锤头对中心的红热锻件进行往复锤打的大型工业精密锻造设备，整机包含了电气、机械以及液压的综合技术，是世界上最先进的锻造设备之一。世界上精锻机以奥地利GFM公司生产的精锻机最为典型。GFM精锻机按功能模块划分可为主机、旋转夹持夹头组件、液压组件、电控组件及辅助系统。由于GFM精锻机拥有较高的锻造精度和控制精度，在加工特种材料时有着无与伦比的优势，已成为军工单位和重点行业的关键设备。国内精锻机在国防军工、航空航天、机械制造以及民用高端锻造工艺领域如冶金等用途广泛。如在国防军工行业加工各类火炮炮管、枪械的来复线和弹膛，以及飞机、高铁、船舶、汽车等高强度车轴等领域作用突出。在其他领域，如精锻机还可以用做高强度、低塑性难熔金属开坯。

主机锻造箱位于机器中央，两侧是操作机，操作机是精锻机最为重要的控制设备。精锻机在正常工作时，操作机夹头带动锻件一边旋转一边沿导轨进给，同时中央锻造箱内四锤头以某一锻打频率对锻件进行脉冲式锻打。从锻件的锻压截面来看四个方向受力均衡，锻件在加工的过程中，每一次锻打期间后，被锤头锻打的部分都会发生形变，横向截面积减少，纵向长度伸长，从而产生伸长量。由于每批次锻件起始加工长度的多样性以及锻件材料的特殊性，对于不同直径的锻件，在不同道次锻造时要设定不同的变形量，确保锻造后锻件的材料组织性能的一致性和稳定性。

但是，目前关于伸长量补偿控制的整体解决方案，大多处于研究摸索阶段，研究成果较少，相关资料不足。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法，以解决现有技术中无法处理棒料在加工的过程不断伸长产生的形变量、在不断挤压下锻件会在内部进行能量释放对锻件材料进行破坏、容易发生弯曲形变，影响加工工艺的问题。

本发明提供了一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法，针对锻件的完整锻造过程，分为多个锻打道次，对于每个锻打道次均包括：S1针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数；

S2基于所述精锻机锻造工艺参数，计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移和控制周期，并以所述控制周期控制两侧操作机的夹头相对于中间锻件以反向实际补偿位移移动；

S3启动精锻机系统，基于所述夹头反向实际补偿位移和控制周期，将所述两侧操作机的夹头反向实际补偿位移转化为电信号，并将所述电信号输入至夹头位移比例阀，驱动夹头电液位置伺服系统工作，进行锻造；

S4两侧操作机互相配合在导轨上进给，直至所述锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次。

进一步地，所述S1中精锻机锻造工艺参数包括锻打频率和夹头旋转所需停止时间间隔。

进一步地，所述S2中两侧操作机的夹头反向实际补偿位移通过以下计算方法获得：

基于锻件锻打前体积与锻打后体积相等的原理，计算出所述锻件的新长度；

基于所述锻件的新长度与所述锻件的原长度之差，计算出锻件的伸长量；

基于所述锻件的伸长量，计算出两侧操作机的夹头相对于中间锻件的理论反向移动距离；

基于所述理论反向移动距离，计算出所述两侧操作机的夹头反向实际补偿位移。

进一步地，所述反向实际补偿位移的计算式如下：

S'＝γS

其中，S'为反向实际补偿位移，S为理论计算得出的两侧操作机夹头需控制的反向移动距离，γ为裕度因子；

其中，Δ为锻件经一周锻打后相比于锻件在锻打前因形变产生的伸长量，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数；

Δ＝L₂-L₁

其中，L₁为锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，L₂为一周锻打后锻件被锻部分达到的长度；

πR²L₁＝πr²L₂

其中，R为锻打前锻件的横截面半径，r为锻打后锻件的横截面半径。

进一步地，所述裕度因子的取值范围如下：

γ∈(100％，150％)

其中，γ为裕度因子。

进一步地，所述锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，与操作机进给速度以及锻打次数有关，

else

其中，n＝1,2，…b，v_feed为操作机进给速度，f为锻打频率，n为锻打次数(其中n＝1,2，…)，L锤头锻造接触面最大可覆盖长度，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数。

进一步地，所述S2中控制周期的获得，包括：

基于精锻机锤头的锻打频率和锤头做偏心运动时接触锻件的角度，计算出夹头旋转所需停止时间间隔；

基于所述夹头旋转所需停止时间间隔，计算出所述锤头往复锻打一次不接触锻件的时间；

基于所述锤头往复锻打一次不接触锻件的时间，计算出所述锻件被击打一次旋转的角度；

基于所述锻件被击打一次旋转的角度，计算出理论均匀锻造一周的周期；

基于所述理论均匀锻造一周的周期，计算出所述控制周期。

进一步地，所述控制周期的计算式如下：

夹头旋转所需停止时间间隔T_Δ为：

其中，Φ为锤头做偏心运动时接触锻件的角度60°，f为锤头的锻打频率为1.67HZ；

锤头锻打所述锻件一次不接触锻件的时间T^*为：

T^*＝1/f-T_Δ

锻件被击打一次旋转的角度α为：

α＝V×360°×T^*

其中，V为夹头旋转速度，V×360°/f<16.12°，取；V＝0.067r/s

理论均匀锻造一周的周期T为：

T＝(1/f)×(90°/α)

控制周期T’为：

其中，b为锻件理论均匀旋转一周被锻打的次数，b＝90°/α,若b为非整数，则向上取整。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

1.本发明提供的方案能够妥善处理锻件在加工的过程不断伸长产生的形变量；

2.本发明通过计算出以控制周期，并通过控制周期控制两侧操作机的所述夹头相对于中间锻件以所述反向实际补偿位移移动，避免了在不断挤压下锻件会在内部进行能量释放对锻件材料进行破坏、容易发生弯曲形变，影响加工工艺的问题；

3.本发明解决了精锻机在实际运行时的轴向伸长这一关键控制难点，有助于国内自主研发精锻机，逐渐打破奥地利GFM技术垄断，弥补了精锻机伸长量控制领域的国内专利空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法的流程图；

图2是本发明提供的伸长量随动协作控制中的等体积补偿原理的示意图，其中(a)为锻打前的锻件被锻部分，(b)为锻打后的锻件被锻部分。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

下面将结合附图详细说明根据本发明提供的一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法。

图1是本发明提供的一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法的流程图。

如图1所示，该随动协作定量控制方法包括：

S1，针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数。

S1中精锻机锻造工艺参数包括锻打频率和夹头旋转所需停止时间间隔。

其中，夹头旋转所需停止时间间隔，就是锤头做偏心运动时接触锻件的时间与锤头往复锻打一次不接触锻件的时间之和。

S2基于精锻机锻造工艺参数，计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移和控制周期，并以控制周期控制两侧操作机的夹头相对于中间锻件以反向实际补偿位移移动。

S2中两侧操作机的夹头反向实际补偿位移通过以下计算方法获得：

基于锻件锻打前体积与锻打后体积相等的原理，计算出锻件的新长度；

基于锻件的新长度与锻件的原长度之差，计算出锻件的伸长量；

基于锻件的伸长量，计算出两侧操作机的夹头相对于中间锻件的理论反向移动距离；

基于理论反向移动距离，计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移。

基于锻件锻打前体积与锻打后体积相等的原理，计算出锻件的新长度；

基于锻件的新长度与锻件的原长度之差，计算出锻件的伸长量；

基于锻件的伸长量，计算出两侧操作机的夹头相对于中间锻件的反向移动距离；

基于理论反向移动距离，计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移。

反向实际补偿位移的计算式如下：

S'＝γS

Δ为锻件在锻打后相比于锻件在锻打前因形变产生的伸长量，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数；

Δ＝L₂-L₁

图2是本发明提供的伸长量随动协作控制中的等体积补偿原理的示意图，其中(a)为锻打前的锻件被锻部分，(b)为锻打后的锻件被锻部分。

πR²L₁＝πr²L₂

其中，R为锻打前锻件的横截面半径，r为锻打后锻件的横截面半径。

其中，L₁为锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，L₂为一周锻打后锻件被锻部分达到的长度；

πR²L₁＝πr²L₂

锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，与操作机进给速度以及锻打次数有关，

else

其中，n＝1,2，…b，v_feed为操作机进给速度，f为锻打频率，n为锻打次数(其中n＝1,2，…)，L锤头锻造接触面最大可覆盖长度，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数。

其中，R为锻打前锻件的横截面半径，r为锻打后锻件的横截面半径。

裕度因子的取值范围如下：

γ∈(100％，150％)

其中，γ为裕度因子。

其中，Δ为锻件经一周锻打后相比于与锻打前因形变产生的伸长量，b为理论均匀锻造一周锻打的次数；

S2中控制周期的获得，包括：

基于精锻机锤头的锻打频率和锤头做偏心运动时接触锻件的角度，计算出夹头旋转所需停止时间间隔；

基于夹头旋转所需停止时间间隔，计算出锤头往复锻打一次不接触锻件的时间；

基于锤头往复锻打一次不接触锻件的时间，计算出锻件被击打一次旋转的角度；

基于锻件被击打一次旋转的角度，计算出理论均匀锻造一周的周期；

基于理论均匀锻造一周的周期，计算出控制周期。

控制周期，是由控制两侧操作机的夹头相对于中间锻件以反向实际补偿位移移动实现的。

控制周期的获得如下：

夹头旋转所需停止时间间隔T_Δ为：

其中，Φ为锤头做偏心运动时接触锻件的角度60°，f为锤头的锻打频率为100次/分；

锤头锻打锻件一次不接触锻件的时间T^*为：

T^*＝1/f-T_Δ

锻件被击打一次旋转的角度α为：

α＝V×360°×T^*

其中，V为夹头旋转速度，V×360°/f<16.12°，取V＝4r/min；

理论均匀锻造一周的周期T为：

T＝(1/f)×(90°/α)

控制周期T’为：

其中，b为理论均匀锻造

一周锻打的次数，b＝90°/α。

例如，

其中，b为理论均匀锻造一周的锻打的次数；

其中，

b＝90°/α (2)

因此，理论均匀锻造一周的周期T为：

T＝(1/f)*(90°/α) (3)

其中，f为已知的锤头的锻打频率，f＝1.67Hz，α锻件被击打一次旋转的角度；

其中，锻件被击打一次旋转的角度α为：

α＝V*360°*T^* (4)

其中，V为已知的夹头旋转速度，V＝4r/min V＝0.067r/s，

其中，T^*为锤头锻打锻件一次不接触锻件的时间；

α＝v×360°×T*

＝0.067×360°×0.5

＝12°

其中，T^*为锤头锻打锻件一次不接触锻件的时间；

T^*＝1/f-T_Δ (5)

其中，T_Δ为夹头旋转所需停止时间间隔，Φ为锤头做偏心运动时接触锻件的角度60°，f为锤头的锻打频率为1.67Hz；

将f和Φ代入式(6)，计算出夹头旋转所需停止时间间隔

T_Δ＝(1/f)*Φ/360°＝(1/1.67)*(60°/360°)＝0.1s

将T_Δ代入式(5)，计算出锤头锻打锻件一次不接触锻件的时间T^*；将T^*代入式(4)，

α＝v×360°×T*

＝0.067×360°×0.5

＝12°

计算出锻件被击打一次旋转的角度α；将α分别代入式(2)和(3)，计算出理论均匀锻造一周的锻打的次数和理论均匀锻造一周的周期T，

b＝90°/12°＝7.5≈8

将b和T代入式(1)，计算出控制周期，

T’＝T/b＝4.8/8°＝0.6s。

S3启动精锻机系统，基于夹头反向实际补偿位移和控制周期，将两侧操作机的夹头反向实际补偿位移转化为电信号，并将电信号输入至夹头位移比例阀，驱动夹头电液位置伺服系统工作，进行锻造。

S4两侧操作机互相配合在导轨上进给，直至锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种精锻机伸长量随动协作定量控制方法，针对锻件的完整锻造过程，分为多个锻打道次，其特征在于，对于每个锻打道次均包括：S1针对每个锻打道次输入精锻机锻造工艺参数；

S2基于所述精锻机锻造工艺参数，计算出两侧操作机的夹头反向实际补偿位移和控制周期，并以所述控制周期控制两侧操作机的夹头相对于中间锻件以反向实际补偿位移移动；

S3启动精锻机系统，基于所述夹头反向实际补偿位移和控制周期，将所述两侧操作机的夹头反向实际补偿位移转化为电信号，并将所述电信号输入至夹头位移比例阀，驱动夹头电液位置伺服系统工作，进行锻造；

S4两侧操作机互相配合在导轨上进给，直至所述锻件锻后直径满足要求，则结束当前锻造道次；

所述S1中精锻机锻造工艺参数包括锻打频率和夹头旋转所需停止时间间隔；所述反向实际补偿位移的计算式如下：

S'＝γS

其中，S'为反向实际补偿位移，S为理论计算得出的两侧操作机夹头需控制的反向移动距离，γ为裕度因子；

其中，Δ为锻件经一周锻打后相比于锻件在锻打前因形变产生的伸长量，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数；

Δ＝L₂-L₁

其中，L₁为锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，L₂为一周锻打后锻件被锻部分达到的长度；

πR²L₁＝πr²L₂

其中，R为锻打前锻件的横截面半径，r为锻打后锻件的横截面半径；

所述裕度因子的取值范围如下：

γ∈(100％，150％)

所述控制周期的计算式如下：

夹头旋转所需停止时间间隔T_Δ为：

其中，

为锤头做偏心运动时接触锻件的角度60°，f为锤头的锻打频率为1.67HZ；

锤头锻打所述锻件一次不接触锻件的时间T^*为：

T^*＝1/f-T_Δ

锻件被击打一次旋转的角度α为：

α＝V×360°×T^*

其中，V为夹头旋转速度，V×360°/f<16.12°，取；V＝0.067r/s

理论均匀锻造一周的周期T为：

T＝(1/f)×(90°/α)

控制周期T’为：

其中，b为锻件理论均匀旋转一周被锻打的次数，b＝90°/α,若b为非整数，则向上取整。

2.根据权利要求1所述的随动协作定量控制方法，其特征在于，所述锻打前锻件与锤头接触部分里需要被锻的长度，与操作机进给速度以及锻打次数有关，

else

其中，n＝1,2，…b，v_feed为操作机进给速度，f为锻打频率，n为锻打次数，其中n＝1,2,…，L锤头锻造接触面最大可覆盖长度，b为锻件理论均匀锻造一周被锻打的次数。

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