CN1624184A - 液固挤压金属基复合材料的自动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液固挤压金属基复合材料的自动控制装置，包括油箱(1)、油泵(2)、溢流阀(3)、压力传感器(13)、位移传感器(14)和温度传感器(15)，其特征在于：还包括电液比例阀(5)、数字压力补偿器(4)、A/D转换器(16)、数字微分(17)、控制器(18)和D/A转换器(19)；数字压力补偿器(4)的油路一端接油泵(2)，另一端接电液比例阀(5)的油路，电液比例阀(5)的油路另一端接液压机(6)；电液比例阀(5)和数字压力补偿器(4)的电路通过D/A转换器(19)与控制器(18)电连接，压力传感器(13)、位移传感器(14)和温度传感器(15)通过A/D转换器(16)与控制器(18)电连接。利用本发明装置制备的金属基复合材料质量得到提高，表面光滑无龟裂现象发生。

Description

液固挤压金属基复合材料的自动控制装置
技术领域
本发明涉及一种液固挤压金属基复合材料的自动控制装置。
背景技术
液固挤压法制备金属基复合材料是近年来开发的一种金属基复合材料制备新方法，它综合了液态模锻与固态挤压的特点，实现了液态金属在压力下向纤维预制体中浸渗、结晶、凝固，并在液固态时被挤出，经受大塑性变形，使材料性能大大提高，而且与固态挤压相比，成形力大为降低，节省了能源。液固挤压法不需专门设备，普通压机加挤压模具即可实现，因此便于推广应用。然而液固挤压法制备金属基复合材料时，坯料状态从液态到固态连续变化，挤压速度需随挤压过程的进行而不断调整，以保证挤压出口处液、固态的比例适当。
文献“胡连喜、罗守靖、霍文灿，液态浸渗后直接挤压过程的载荷-位移特性，《轻合金加工技术》1998，Vol.26，No.10，pp43-46”介绍，液固挤压实验装置是由凹模、液固态复合材料坯料、凸模、液压机及位移、温度、压力信号采集装置等组成的开环系统，作为整个工艺系统执行机构的液压机，其电控系统多为继电器逻辑顺序控制，挤压速度仅有快进、工进、慢进、快退等有限几种速度，不能适应液固挤压工艺对挤压速度连续变化的要求，操作者只能根据经验通过液压机控制台手动控制挤压过程，进而控制成形质量。致使液固态复合材料变形速度与凝固速度协调困难，影响了液固挤压法制备金属基复合材料的成形质量。如果挤压速度过快，挤压出口处液态比例偏高，未完全凝固的液态金属被提前挤出，导致挤压过程中断；挤压速度过慢，液态金属完全凝固，挤压出口处的固态比例偏高，成为固态挤压，使挤压力增大，失去了液固挤压的优点。由此可知，挤压速度的大小与坯料的状态有关，在批量生产时，应对挤压过程中的挤压速度进行连续控制。如果采用专用液固挤压设备必将增加制备成本，不利于其大规模投向市场。
发明内容
为了克服现有技术只能进行手动控制的不足，本发明提供一种液固挤压金属基复合材料的自动控制装置，在现有液压机主机结构及液压系统基本不变的情况下，将电控部分增加一控制装置。只需在原有液固挤压工艺系统的基础上，增加控制器、电液比例阀及数字压力补偿器等附件，即可实现液固挤压速度的闭环控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液固挤压金属基复合材料的自动控制装置，包括油箱1、油泵2、溢流阀3、压力传感器13、位移传感器14和温度传感器15，其特征在于：还包括电液比例阀5、数字压力补偿器4、A/D转换器16、数字微分17、控制器18和D/A转换器19；数字压力补偿器4的油路一端接油泵2，另一端接电液比例阀5的油路，电液比例阀5的油路另一端接液压机6；电液比例阀5和数字压力补偿器4的电路通过D/A转换器19与控制器18电连接，压力传感器13和温度传感器15通过A/D转换器16与控制器18电连接，位移传感器14通过A/D转换器后，与数字微分17相联，获得压机的下行速度，最后输入控制器18。
本发明的有益效果是，由于采用控制器集成控制，使挤压速度实现了闭环控制，液固挤压法制备的金属基复合材料质量得到提高，表面光滑无龟裂现象发生。金属基复合材料的质量不再受人为因素的随机影响，可以实现批量快速生产。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明结构的示意图
图中1.油箱，2.油泵，3.溢流阀，4.数字压力补偿器，5.电液比例阀，6.液压机，7.压机动梁，8.压力传感器安装位，9.凸模，10.凹模，11.液固态复合材料坯料，12.工作台基座，13.压力传感器，14.位移传感器，15.温度传感器，16.A/D模数转换器，17.数字微分，18.控制器，19.D/A数模转换器。
具体实施方式
参照图1。在原有液压机液压缸与油泵之间的主油路上增加电液比例阀与数字压力器补偿器作为控制装置的执行机构，通过控制主油路的流量实现液固挤压速度的自动控制。控制器是整个控制系统的控制中心，其输入信号为来自传感器的压力、位移、温度反馈信号以及液固挤压速度的给定曲线，其输出信号包括电液比例阀与数字压力补偿器的控制信号。液固挤压过程中，控制器根据液固挤压速度给定曲线及对压力、位移、温度信号进行压差辨识后的压差值，在专用软件的支持下，确定电液比例阀及数字压力补偿器电磁铁线圈的电动作及输出电流，使挤压凸模按给定的液固挤压速度曲线及方向运动。各部件间的连接方式如图1所示，电液比例阀、数字压力补偿器与控制器之间经D/A转换器电连接，控制器与传感器之间经A/D转换器电连接，控制器负责处理传感器采集的压力、位移、温度信号并对电液比例阀及数字压力补偿器进行实时控制，以保证挤压速度按给定速度曲线变化。具体过程是，首先从以往制备金属基复合材料时采集的挤压速度曲线中，选取成功案例作为液固挤压速度的给定曲线，作为控制器的输入信号，来自位移传感器的信号经数字微分后，得到挤压速度，作为控制器的速度反馈信号。另一方面，位移、压力与温度反馈信号通过压差模型辨识后得到数字压力补偿器的压差预测值，作为控制数字压力补偿器的作用信号。液固挤压控制器，在专用软件支持下，根据反馈信号与输入信号为数字压力补偿器与电液比例阀提供控制信号，数字压力补偿器与电液比例阀在控制器作用下动作，从而驱动液压机按给定液固挤压速度运动，从而实现液固挤压速度的自动控制。
本发明包括电液比例阀5、数字压力补偿器4、D/A转换器19、控制器18、数字微分17、A/D转换器16、压力传感器13、位移传感器14以及温度传感器15。压力传感器13、位移传感器14及温度传感器15采集液固挤压过程中工艺参数的变化，为控制器预测数字压力补偿器4的压差提供实时工艺数据，同时为控制器提供挤压速度的反馈输入信号。A/D转换器16负责将压力传感器13、位移传感器14及温度传感器15采集的模拟信号转换成数字信号，并传给控制器18。控制器18根据接收到的压力、速度、温度信号，计算出数字压力补偿器4及电液比例阀5下一时刻的动作指令，并通过D/A转换器19转换成模拟信号，分别传给电液比例阀5及数字压力补偿器4。数字压力补偿器安装在油泵2与电液比例阀5之间的主油路上，其作用是使通过电液比例阀5的流量仅受其开度的影响。电液比例阀5安装在数字压力补偿器4与液压机6之间的主油路上，它是本发明的核心部分，起到调节主油路流量的作用，从而控制液压机活动横梁的下行速度，从而实现液固挤压工艺中挤压速度的自动控制。

Claims (1)

1、一种液固挤压金属基复合材料的自动控制装置，包括油箱(1)、油泵(2)、溢流阀(3)、压力传感器(13)、位移传感器(14)和温度传感器(15)，其特征在于：还包括电液比例阀(5)、数字压力补偿器(4)、A/D转换器(16)、数字微分(17)、控制器(18)和D/A转换器(19)；数字压力补偿器(4)的油路一端接油泵(2)，另一端接电液比例阀(5)的油路，电液比例阀(5)的油路另一端接液压机(6)；电液比例阀(5)和数字压力补偿器(4)的电路通过D/A转换器(19)与控制器(18)电连接，压力传感器(13)和温度传感器(15)通过A/D转换器(16)与控制器(18)电连接，位移传感器(14)通过A/D转换器(16)，经过数字微分(17)与控制器(18)电连接。
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