[发明专利]旋压成形状态在线感知方法

说明书

本发明属于智能制造技术领域，公开了一种旋压成形状态在线感知方法，本方法基于激光扫描仪获得旋轮作用半径r和凸缘宽度d两个表征曲面件瞬时构形的几何参数；通过单向拉伸试验获得坯料弹性模量E和泊松比μ两个材料参数；根据这四个参数结合瞬时归一化减薄率公式计算曲面件瞬时归一化减薄率；在此基础上，根据瞬时归一化减薄率实现了工件旋压成形状态的在线感知。本发明中曲面件瞬时归一化减薄率公式、瞬时归一化减薄率与旋压成形状态的关系均具有明确的理论和实践基础，能够确保对曲面件旋压成形状态在线感知结果的准确性，可在旋压成形过程中为实时调整工艺参数提供基础依据。

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，涉及激光在线测量在旋压成形技术中的应用,具体地说是一种旋压成形状态在线感知方法。

背景技术

复杂曲面件具有结构强度高、重量轻、可靠性高等优点，广泛应用于航空航天领域。旋压成形技术是一种先进的塑性成形技术，具有成本低、加工周期短、柔性高等特点，是复杂曲面件的重要成形方式。旋压成形过程中坯料由尾顶和通用夹持模固定并以一定转速旋转，通过对旋压工艺参数的设计和控制，旋轮对坯料施加局部加载作用，产生连续的局部变形进而实现整体成形。由于所成形工件曲面复杂多变、曲率变化大，且没有特定形状芯模的支撑和约束，工件瞬时构形变化规律极其复杂。

此外，旋压成形是一个高度非线性的渐进成形过程，工件瞬时构形动态变化对变形区成形状态产生影响，成形过程中可能产生剪旋状态、剪旋-普旋过渡状态和普旋状态三种旋压成形状态，且随旋压进程动态变化，后继成形强烈依赖于当前状态，表现出显著的时变与遗传影响特征。旋压成形状态一旦调控不当就容易出现壁厚偏差、起皱等成形缺陷。因此，开发旋压成形状态的在线感知技术，对控制曲面件成形缺陷和提高旋压成形质量具有重要意义。

目前，国内外尚无关于旋压成形状态的感知技术，主要问题在于：

一、尚未建立旋压成形过程中，工件瞬时构形和旋压成形参数与旋压成形状态之间的关系。

二、虽然工件瞬时构形在线测量有机器视觉在线测量、超声波在线测量等多种方式，但现仍难以应用在旋压成形过程中，难以真正实现对曲面件瞬时构形的在线测量。1、机器视觉在线测量,基于机器视觉获得无芯模旋压工件瞬时构形需要事先标记工件表面，依靠标记的运动轨迹获得构形信息。然而在旋压过程中，坯料的塑性变形会破坏表面标记，使得曲面件瞬时构形的在线测量难以实现。2、超声波在线测量。超声波在线测量对工件表面质量要求高，且测量头需与旋转工件时刻保持接触，而曲面件旋压过程中坯料处于旋转状态，测量点的位置信息时刻变化，并无法满足超声波在线测量的要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种旋压成形状态在线感知方法，以能够基于激光扫描仪实现对曲面件旋压成形状态的在线精确感知。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种旋压成形状态在线感知方法，在旋压成形过程中，坯料初始厚度t₀已知前提下，提取曲面件瞬时构形的旋轮作用半径r和凸缘宽度d，并获取坯料的弹性模量E和泊松比μ；

利用上述参数计算凸缘内径R_i与外径R₀之比ρ_i和凸缘刚度M_f后，预测曲面件瞬时归一化减薄率

根据曲面件瞬时归一化减薄率判断曲面件旋压成形状态：

式1中，E的单位为MPa；μ的单位为1；t₀的单位为mm；R₀的单位为mm；ρ_i的单位为1。

作为本发明的限定，凸缘内径R_i与外径R₀之比ρ_i的计算公式如下所示：