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

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。

目录

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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

4.4.4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