CN112317608A - 一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***及方法，控制***包括：上位机、温度控制单元、成形单元及直流电源；上位机与温度控制单元相连；温度控制单元、成形单元与直流电源依次相连。控制方法包括：上位机设定初始温度，基于温度预测模型计算有效电流；上位机下达上电命令，控制温度控制单元采集成形单元的成形温度；温度控制单元对成形区温度数值进行信号转换；上位机对成形区温度数值及预设温度进行比较，得到温度调整量，并对温度控制单元进行控制，调整电流大小，进行在线控温。本发明能够消除温度不稳定、过高、过低对产品质量的不良影响，实现在线快速调温控温，避免传统控制***调整时间过长的弊端。

Description

一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***及方法
技术领域
本发明涉及板料塑性成形技术领域，特别涉及一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***及方法。
背景技术
自阻电加热渐进成形技术具有快速成形、无模成形、升温快和加热装置简单等优点，在小批量、多品种的生产模式下具有柔性高、开发周期短、成本低等特点，可以满足航空领域对高性能轻质合金材料个性化结构件快速成形的需求。该技术在原渐进成形技术的基础上，采取了对板材通大电流瞬间产生大量焦耳热的自阻电加热方式来加工该类材料，推动了渐进成形技术的发展，在航空航天领域对常温下塑性差的轻质合金的成形制造具有重大意义。
目前，常用的单点电辅助加热渐进成形的方法存在温度控制不稳定、易开裂、易氧化等问题，就目前的研究现状来看，针对成形区温度的控制并不完善，存在调整时间过长及温度调整不够灵活等问题。具体流程是：成形开始时，接通电路，比较事先确定的温度预设值与成形区温度，通过可编程逻辑控制器进行控制。这种温度控制方法初始调整时间过长，且无法灵活在成形过程中快速人为对温度预设值进行调整。对于此不足之处，国内外还没有学者提出相应的解决方案。因此，提供一种能够有效解决自电阻加热渐进成形过程中温度控制不稳定、调温时间过长等问题的在线温度控制***是完全有必要的。
发明内容
本发明的目的在于在针对成形区温度的在线监控及调整设计一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***及方法，以消除温度不稳定、过高、过低对产品质量的不良影响。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，包括：上位机、温度控制单元、成形单元及直流电源；
所述上位机与所述温度控制单元相连；
所述温度控制单元、所述成形单元与所述直流电源依次相连；
所述上位机用于对初始温度进行设定，基于温度预测模型计算有效电流，并对所述成形单元的成形温度进行实时调整；
所述温度控制单元用于对所述成形单元的成形温度进行实时监控调整；
所述成形单元用于对待加工材料进行渐进成形。
优选地，所述上位机内包括有温度预测模型；
所述温度预测模型的构建过程为：通过参考电阻与待加工材料变形区电阻之间的关系计算待加工材料变形区的电阻，根据有效电流及待加工材料变形区电阻值得到待加工变形区的热量值；根据待加工材料密度、所述成形单元成形时的进给速度及渐进成形时接触区横截面面积得到质量流量，通过质量流量、设定的初始温度及待加工板材温度得到待加工变形区的设定热量值；根据待加工变形区热量值及待加工变形区的设定热量值的关系得到温度预测模型。
优选地，所述温度控制单元包括依次连接的红外测温仪、变送器、可编程逻辑控制器及继电器；
所述红外测温仪用于采集所述成形单元的成形温度数据；
所述变送器用于接收所述红外测温仪采集的成形温度数据并进行数据信号转换；
所述可编程逻辑控制器与所述上位机相连，用于接收数据信号转换后的成形温度数据并传入到所述上位机；
所述继电器与所述直流电源相连，用于根据所述上位机输出的温度调整量对所述直流电源的输出电流进行控制，进行在线控温。
优选地，所述成形单元包括成形工具、第一金属电极、第二金属电极及待加工板料；
所述成形工具用于对所述待加工板料进行渐进成形，所述成形工具与所述红外测温仪相连；
所述第一金属电极设置于所述成形工具上，并与所述直流电源连接；
所述第二金属电极的一端与所述加工板料连接，另一端与所述继电器连接。
优选地，所述上位机能够对预设温度进行实时调整。
本发明还提供自阻电加热渐进成形温度实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过所述上位机用于对初始温度进行设定，基于温度预测模型计算有效电流，然后下达上电命令，控制所述温度控制单元采集所述成形单元的成形温度，得到成形温度数值；
S2、通过所述温度控制单元对采集到的成形区温度数值进行信号转换，并将转换后的成形区温度数值并传入到所述上位机；
S3、通过所述上位机对成形区温度数值及预设温度进行比较，得到相应的温度调整量，根据温度调整量对所述温度控制单元进行控制，对电流大小进行调整，进行在线控温。
本发明公开了以下技术效果：本发明提供的一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***，能够消除温度不稳定、过高、过低对产品质量的不良影响；同时本发明的上位机可实现在线快速调温控温，避免了传统控制***调整时间过长的弊端，且上位机的页面直观性好，可操作性强，对自阻电加热渐进成形工艺起到了较好的辅助作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于自电阻加热的在线温度控制***结构示意图；
图2为本发明基于自电阻加热的在线温度控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***，包括上位机1、温度控制单元3、成形单元6及直流电源12；
上位机1与温度控制单元3相连；
温度控制单元3、成形单元6与直流电源12依次相连；
上位机1用于设定初始温度及对温度进行调整，上位机1内包括有温度预测模型，利用初始温度基于温度预测模型计算有效电流，然后下达上电命令，可快速将板料温度调整至设定温度附近；
温度预测模型主要基于焦耳定律、热量计算公式及能量守恒公式构建，具体过程为：
根据有效电流及待加工材料变形区电阻值计算待加工材料变形区热量值：
Figure BDA0002774189020000051
其中：
Figure BDA0002774189020000052
为电热当量，作为热输入；I为有效电流；R为待加工材料变形区电阻值，由式(2)计算而得。
Figure BDA0002774189020000061
其中：Rref为参考电阻的电阻率，是对同一材料进行参考测试所得；δ为待加工材料电阻率；t为待加工材料变形区厚度，利用余弦定理t＝t0.cosα计算得到，其中t0为初始厚度，α为成形角；Sref为参考电阻的接触面积；δref为参考电阻的电阻率；tref为参考电阻的板料厚度；S为接触面积。
计算待加工材料变形区的设定热量值：
Figure BDA0002774189020000063
其中：
Figure BDA0002774189020000064
为变形区升温所需热量值，为热输出；cp为比热容；T为设定的初始温度值；T0为待加工材料初始温度；
Figure BDA0002774189020000065
为质量流量，由式(4)计算而得。
Figure BDA0002774189020000066
其中ρ为待加工材料密度；v为成型单元进给速度；A为接触区横截面面积，由式(5)计算而得。
Figure BDA0002774189020000062
其中：rUW为成型单元的刀具直径。
最后，结合式(1)和式(3)，基于能量守恒公式，得到式(6)，并根据式(6)推导得温度预测模型，由式(7)表示。
Figure BDA0002774189020000067
Figure BDA0002774189020000071
温度控制单元3用于对成形单元6的温度进行实时监控调整，温度控制单元3包括依次连接的红外测温仪4、变送器2、可编程逻辑控制器8及继电器11；
红外测温仪4用于采集成形单元6的成形温度数据；
变送器2用于接收红外测温仪4采集的成形温度数据并进行数据信号转换；
可编程逻辑控制器8与上位机1相连，用于接收信号转换后的成形区温度数据并传入上位机1。可编程逻辑控制器8采用S7-200SMART PLC，单体I/O点数达到60点，基本指令执行时间为0.15μs，同时PLC的CPU模块配备以太网接口并集成3路高速脉冲输出；
继电器11与直流电源12相连，用于根据上位机1输出的调整量对直流电源12的输出电流进行控制，实现在线控温。
成形单元6用于对加工板料进行渐进成形。成形单元6包括成形工具5、第一金属电极7、第二金属电极10及待加工板料9；
成形工具5用于对待加工板料9进行渐进成形。成形工具5与红外测温仪4相连；
第一金属电极7设置于成形工具5上，并与直流电源12的正极连接；
第二金属电极10的一端与待加工板料9连接，另一端与继电器11连接。
如图2所示，还提供自阻电加热渐进成形温度实时控制方法，包括以下步骤：
S1、通过上位机1对初始温度进行设定，基于温度预测模型计算有效电流；
S2、控制成形工具5与待加工板料9接触，并接入直流电源12进行成形工作；
S3、通过上位机1下达上电命令，控制红外测温仪4进行成形温度采集，得到成形区温度数值；
S4、通过变送器2对采集到的成形区温度数值进行信号转换；通过可编程逻辑控制器8接收信号转换后的成形区温度数值并传入到上位机1；
S5、通过上位机1对成形区温度数值及预设温度进行比较，得到相应的温度调整量，根据温度调整量对继电器11进行控制，调整电流大小，进行在线控温。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，包括：上位机(1)、温度控制单元(3)、成形单元(6)及直流电源(12)；
所述上位机(1)与所述温度控制单元(3)相连；
所述温度控制单元(3)、所述成形单元(6)与所述直流电源(12)依次相连；
所述上位机(1)用于对初始温度进行设定，基于温度预测模型计算有效电流，并对所述成形单元(6)的成形温度进行实时调整；
所述温度控制单元(3)用于对所述成形单元(6)的成形温度进行实时监控调整；
所述成形单元(6)用于对待加工材料进行渐进成形。
2.根据权利要求1所述的自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，所述上位机(1)内包括有温度预测模型；
所述温度预测模型的构建过程为：通过参考电阻与待加工材料变形区电阻之间的关系计算待加工材料变形区的电阻，根据有效电流及待加工材料变形区电阻值得到待加工变形区的热量值；根据待加工材料密度、所述成形单元(6)成形时的进给速度及渐进成形时接触区横截面面积得到质量流量，通过质量流量、设定的初始温度及待加工板材温度得到待加工变形区的设定热量值；根据待加工变形区热量值及待加工变形区的设定热量值的关系得到温度预测模型。
3.根据权利要求1所述的自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，所述温度控制单元(3)包括依次连接的红外测温仪(4)、变送器(2)、可编程逻辑控制器(8)及继电器(11)；
所述红外测温仪(4)用于采集所述成形单元(6)的成形温度数据；
所述变送器(2)用于接收所述红外测温仪(4)采集的成形温度数据并进行数据信号转换；
所述可编程逻辑控制器(8)与所述上位机(1)相连，用于接收数据信号转换后的成形温度数据并传入到所述上位机(1)；
所述继电器(11)与所述直流电源(12)相连，用于根据所述上位机(1)输出的温度调整量对所述直流电源(12)的输出电流进行控制，进行在线控温。
4.根据权利要求3所述的自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，所述成形单元(6)包括成形工具(5)、第一金属电极(7)、第二金属电极(10)及待加工板料(9)；
所述成形工具(5)用于对所述待加工板料(9)进行渐进成形，所述成形工具(5)与所述红外测温仪(4)相连；
所述第一金属电极(7)设置于所述成形工具(5)上，并与所述直流电源(12)连接；
所述第二金属电极(10)的一端与所述加工板料(9)连接，另一端与所述继电器(11)连接。
5.根据权利要求1所述的自阻电加热渐进成形温度实时控制***，其特征在于，所述上位机(1)能够对预设温度进行实时调整。
6.根据权利要求1-5任一项所述的自阻电加热渐进成形温度实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过所述上位机(1)用于对初始温度进行设定，基于温度预测模型计算有效电流，然后下达上电命令，控制所述温度控制单元(3)采集所述成形单元(6)的成形温度，得到成形温度数值；
S2、通过所述温度控制单元(3)对采集到的成形区温度数值进行信号转换，并将转换后的成形区温度数值并传入到所述上位机(1)；
S3、通过所述上位机(1)对成形区温度数值及预设温度进行比较，得到相应的温度调整量，根据温度调整量对所述温度控制单元(3)进行控制，对电流大小进行调整，进行在线控温。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318203A (zh) * 2008-06-24 2008-12-10 南京航空航天大学 板料电加热数控渐进成形加工方法及装置
US20130103177A1 (en) * 2011-10-24 2013-04-25 Northwestern University System and method for accumulative double sided incremental forming
CN105710204A (zh) * 2016-04-06 2016-06-29 北京航空航天大学 一种用于渐进成形的带温度测量功能的成形工具
CN105710205A (zh) * 2016-04-06 2016-06-29 北京航空航天大学 板料整体自阻加热渐进成形装置
CN205668029U (zh) * 2016-06-08 2016-11-02 山东金人电气有限公司 一种母排自动热缩机
CN110899367A (zh) * 2019-11-14 2020-03-24 太原科技大学 一种镁合金波纹管射流辅助局部差温强旋成形装置及方法
CN111069439A (zh) * 2019-11-28 2020-04-28 北京卫星制造厂有限公司 一种自阻加热渐进成形装置和成形方法
CN211726993U (zh) * 2020-03-05 2020-10-23 山东省科学院激光研究所 激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节***

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318203A (zh) * 2008-06-24 2008-12-10 南京航空航天大学 板料电加热数控渐进成形加工方法及装置
US20130103177A1 (en) * 2011-10-24 2013-04-25 Northwestern University System and method for accumulative double sided incremental forming
CN105710204A (zh) * 2016-04-06 2016-06-29 北京航空航天大学 一种用于渐进成形的带温度测量功能的成形工具
CN105710205A (zh) * 2016-04-06 2016-06-29 北京航空航天大学 板料整体自阻加热渐进成形装置
CN205668029U (zh) * 2016-06-08 2016-11-02 山东金人电气有限公司 一种母排自动热缩机
CN110899367A (zh) * 2019-11-14 2020-03-24 太原科技大学 一种镁合金波纹管射流辅助局部差温强旋成形装置及方法
CN111069439A (zh) * 2019-11-28 2020-04-28 北京卫星制造厂有限公司 一种自阻加热渐进成形装置和成形方法
CN211726993U (zh) * 2020-03-05 2020-10-23 山东省科学院激光研究所 激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张春: "自阻电加热渐进成形温度控制***的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
范国强: "TC4板材局部自阻电加热数控渐进成形的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

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