基于压力曲线分析的一万吨水压机模锻过程质量控制系统研究

论文摘要

航空航天事业的发展,对大型高强度铝合金构件质量提出了更高要求。通过模锻加工,总希望获得高精度的构件尺寸和良好的织构组织,以确保成形构件的机械性能和使用寿命。但是,在一万吨模锻水压机生产过程中,存在操作人员经验不同和水压波动等随机干扰因素,锻件内部织构有较大波动、质量不稳定,难以保证生产出大批量高品质的产品。针对上述问题,研究并实现了基于加压剩余时间预测的模锻过程质量控制系统。通过分析模锻工艺过程对锻件性能影响,确立了压力曲线与关键质量指标的关系,为压力曲线的分析提供了理论基础。为解决压力曲线的优选问题,研究了变界截尾的随机逼近算法,通过引入变力做功概念解决了算法的适用性问题。设计了一种切实可行的压力曲线优选算法,采用指数平滑的方法把合格压力曲线的趋势项分离出来,简化了压力曲线特征值的提取操作。深入分析了神经网络预测理论,结合模锻生产过程的特点和水压机计算机监控系统的结构,实现了基于BP神经网络预测模型的模锻过程质量控制系统。为解决BP算法存在的易陷于局部最小和收敛速度慢的缺点,采用Levenberg-Marquardt优化算法改进BP神经网络,建立了剩余加压时间预测模型,用以指导模锻操作或者实时修正给定的加压时间,通过准确控制加压时间来提高模锻件的内部质量。仿真实验表明,论文所设计的系统有效而实用,预测模型收敛速度快,精度能够满足模锻生产要求。在实际生产应用中,当水压升到最大值时,预测误差小于0.04s,转化为模锻件尺寸误差为0.12mm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 水压机模锻工艺介绍
• 1.2.1 水压机模锻
• 1.2.2 水压机模锻过程及工艺
• 1.2.3 水压系统的操纵及压力曲线
• 1.3 模锻过程质量控制的方法及发展
• 1.3.1 制造过程质量控制关键技术及研究现状
• 1.3.2 模锻过程质量控制技术现状及发展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 模锻压力对锻件质量的影响分析
• 2.1 模锻对锻件质量的影响
• 2.1.1 模锻过程金属组织和性能变化
• 2.1.2 模锻件常见缺陷及其影响
• 2.2 模锻过程影响锻件质量的主要因素
• 2.2.1 模锻成形过程主要的质量缺陷
• 2.2.2 影响锻件晶粒大小的关键因素
• 2.2.3 均匀锻件晶粒度的途径
• 2.2.4 模锻过程关键质量特征指标
• 2.3 分析压力曲线的意义
• 2.3.1 水压机活动横梁与水压力的关系
• 2.3.2 锻造比与水压力的关系
• 2.4 小结
• 第三章 压力曲线优选及特征提取
• 3.1 基于随机逼近的压力曲线优选
• 3.1.1 随机逼近算法
• 3.1.2 压力曲线优选算法
• 3.1.3 算法收敛性分析
• 3.1.4 压力曲线优选策略
• 3.2 基于指数平滑的压力曲线优化
• 3.2.1 指数加权平滑法
• 3.2.2 压力曲线趋势项提取
• 3.2.3 时间特征值提取
• 3.2.4 生成规则压力曲线
• 3.3 小结
• 第四章 质量控制系统设计及实现
• 4.1 神经网络预测
• 4.1.1 常用预测方法比较
• 4.1.2 人工神经网络基本原理
• 4.1.3 几种典型神经网络结构
• 4.1.4 神经网络的学习与训练
• 4.2 质量控制系统结构及工作原理
• 4.2.1 水压机计算机控制系统概述
• 4.2.2 模锻质量控制系统结构
• 4.2.3 系统工作原理及流程
• 4.3 基于BP网络的剩余加压时间预测
• 4.3.1 BP神经网络
• 4.3.2 BP算法的改进方法
• 4.3.3 预测模型的建立
• 4.4 仿真实验及结果分析
• 4.4.1 样本数据获取
• 4.4.2 样本数据的预处理
• 4.4.3 神经网络训练指标的选取
• 4.4.4 仿真结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 发表论文
• 参与项目