[發(fā)明專利]一種變最佳應(yīng)變速率超塑脹形多氣路壓力控制方法及其控制裝置和使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410003803.2
• 申請(qǐng)日: 2014-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN103760930A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳明和;謝蘭生;王寧;陳國亮;吳心晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D16/20
• 分類號(hào): G05D16/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變最佳應(yīng)變速率超塑脹形多氣路壓力控制方法及其控制裝置，屬于流體壓力執(zhí)行機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈑金超塑脹形類似于熱塑性塑料的吹塑過程，是一種低成本、高效益、近無余量的成形技術(shù)，與焊接技術(shù)組合運(yùn)用，可以加工其他方法無法加工的多層空心結(jié)構(gòu)。超塑成形對(duì)變形溫度和成形速度都有嚴(yán)格的要求,成形速度不僅決定了成形效率，而且影響著成形件的壁厚均勻性。

超塑成形是應(yīng)變速率敏感型工藝，為了在整個(gè)成形過程中維持超塑性狀態(tài)以盡量縮短成形時(shí)間并獲得厚度比較均勻的零件，就必須將等效應(yīng)變速率限制在狹窄的特定范圍之內(nèi)，以達(dá)到最佳應(yīng)變速率。目前超塑脹形普遍采用恒應(yīng)變速率單向拉伸獲得的最佳應(yīng)變速率定值控制氣壓加載。然而，通過最大m值法拉伸研究發(fā)現(xiàn)，材料最佳應(yīng)變速率隨著應(yīng)變?cè)黾佣鴷r(shí)時(shí)變化，且可獲得比恒應(yīng)變速率法拉伸更優(yōu)良的超塑性能。為此，在成形過程中就必須很好地控制氣壓載荷的施加。一般說來超塑性狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率是相當(dāng)?shù)偷模?0^-3～10^-5s^-1，為了很好地將應(yīng)變速率控制在最佳應(yīng)變速率附近，保證材料變形性能，同時(shí)盡可能縮短加工時(shí)間，優(yōu)化設(shè)計(jì)成形壓力-時(shí)間（P-T）曲線。（[1]王衛(wèi)英，張中元，李靖宜，丁秋林.?板料超塑脹形過程仿真及其應(yīng)用[J].?機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1999，?5(18)：795-796.）。

因此，在超塑氣壓脹形中應(yīng)采用控制及執(zhí)行裝置來對(duì)氣體的壓力和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。特別是對(duì)于形狀復(fù)雜、精度要求高或者進(jìn)行精密的科學(xué)研究，必須使成形設(shè)備具有過程自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。（[2]唐黎明.?超塑性氣脹形測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].?南京：南京航空航天大學(xué)，2006.），在文獻(xiàn)[2]中，介紹了一種超塑性氣壓脹形測(cè)控系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和過程監(jiān)控，同時(shí)使用PLC來采集數(shù)據(jù)和控制過程，兩者通過RS232串行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，結(jié)合電動(dòng)閥門、緩沖氣瓶、壓阻式傳感器等多種元件，并開發(fā)了相關(guān)軟件進(jìn)行壓力-時(shí)間曲線控制。

目前多數(shù)超塑脹形工藝的壓力加載都是簡(jiǎn)單的通過減壓閥手動(dòng)調(diào)節(jié)，或通過簡(jiǎn)易裝置改變閥門開度來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的控制。文獻(xiàn)[2]中超塑性氣壓脹形測(cè)控系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)定值與檢測(cè)信號(hào)來改變電動(dòng)閥門開度，實(shí)現(xiàn)壓力改變。缺乏相應(yīng)的控制算法，控制過程不夠準(zhǔn)確、平穩(wěn),可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單地壓力-時(shí)間加載曲線，難以達(dá)到變最佳應(yīng)變速率超塑脹形的復(fù)雜精確壓力-時(shí)間加載曲線的要求。同時(shí)，此氣壓控制裝置只有一個(gè)電動(dòng)閥門，同一時(shí)間只能執(zhí)行一條壓力-時(shí)間曲線，所有輸出口的壓力都是相同的，無法到達(dá)復(fù)雜多腔情況下不同壓力加載要求。

超塑脹形工藝常與焊接工藝組合應(yīng)用，可以加工其他方法無法加工的多層空心結(jié)構(gòu)。但這往往需要向幾個(gè)相互隔離的部位同時(shí)加載氣壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零件指定部位加壓進(jìn)行超塑脹形或擴(kuò)散連接，并有效控制零件不同區(qū)域的成形順序及應(yīng)變速率，成形出帶有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的多層空心零件。只有一路氣壓可控的加載裝置，是難以達(dá)到復(fù)雜多腔零件超塑成形工藝氣壓加載要求的。

綜上所述：在超塑脹形工藝中，板料的成形力是作用在其表面的氣體壓力。為了成形零件壁厚分布均勻，需按設(shè)計(jì)優(yōu)化的壓力-時(shí)間曲線加載氣壓，從而使零件成形滿足變最佳應(yīng)變速率的控制要求。變最佳應(yīng)變速率的實(shí)現(xiàn)需要精確的氣壓加載。對(duì)于復(fù)雜多層空心結(jié)構(gòu)零件，常有多個(gè)成形部位需要同時(shí)加載壓力，且不同部位的氣壓-時(shí)間加載曲線存在差異，以控制零件不同部位的成形順序及變形速率。以往，壓力-時(shí)間加載曲線通常依賴于人工手動(dòng)控制或簡(jiǎn)易裝置調(diào)節(jié)氣源閥門，輸出氣壓不穩(wěn)定、誤差大，零件的成形不能滿足變最佳應(yīng)變速率的要求。同時(shí)在單氣源情況下，也無法實(shí)現(xiàn)多路同時(shí)供給壓力的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題的不足，提出一種構(gòu)建一個(gè)可聯(lián)網(wǎng)并行工作的多路輸出的氣體壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過設(shè)定PID控制算法程序，精確控制每條氣路壓力輸出，使其壓力輸出相對(duì)誤差小于1%，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基于變最佳應(yīng)變速率控制的超塑脹形氣壓-時(shí)間曲線加載的變最佳應(yīng)變速率超塑脹形多氣路壓力控制方法。