[发明专利]一种变最佳应变速率超塑胀形多气路压力控制方法及其控制装置和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变最佳应变速率超塑胀形多气路压力控制方法及其控制装置，属于流体压力执行机械技术领域。

背景技术

钣金超塑胀形类似于热塑性塑料的吹塑过程，是一种低成本、高效益、近无余量的成形技术，与焊接技术组合运用，可以加工其他方法无法加工的多层空心结构。超塑成形对变形温度和成形速度都有严格的要求,成形速度不仅决定了成形效率，而且影响着成形件的壁厚均匀性。

超塑成形是应变速率敏感型工艺，为了在整个成形过程中维持超塑性状态以尽量缩短成形时间并获得厚度比较均匀的零件，就必须将等效应变速率限制在狭窄的特定范围之内，以达到最佳应变速率。目前超塑胀形普遍采用恒应变速率单向拉伸获得的最佳应变速率定值控制气压加载。然而，通过最大m值法拉伸研究发现，材料最佳应变速率随着应变增加而时时变化，且可获得比恒应变速率法拉伸更优良的超塑性能。为此，在成形过程中就必须很好地控制气压载荷的施加。一般说来超塑性状态相对应的应变速率是相当低的，如10^-3～10^-5s^-1，为了很好地将应变速率控制在最佳应变速率附近，保证材料变形性能，同时尽可能缩短加工时间，优化设计成形压力-时间（P-T）曲线。（[1]王卫英，张中元，李靖宜，丁秋林. 板料超塑胀形过程仿真及其应用[J]. 机械科学与技术，1999， 5(18)：795-796.）。

因此，在超塑气压胀形中应采用控制及执行装置来对气体的压力和流量进行实时调节。特别是对于形状复杂、精度要求高或者进行精密的科学研究，必须使成形设备具有过程自动控制和数据实时监控功能。（[2]唐黎明. 超塑性气胀形测控系统的设计与实现[D]. 南京：南京航空航天大学，2006.），在文献[2]中，介绍了一种超塑性气压胀形测控系统。利用计算机进行数据处理和过程监控，同时使用PLC来采集数据和控制过程，两者通过RS232串行通信实现数据交互，结合电动阀门、缓冲气瓶、压阻式传感器等多种元件，并开发了相关软件进行压力-时间曲线控制。

目前多数超塑胀形工艺的压力加载都是简单的通过减压阀手动调节，或通过简易装置改变阀门开度来实现对压力的控制。文献[2]中超塑性气压胀形测控系统是根据设定值与检测信号来改变电动阀门开度，实现压力改变。缺乏相应的控制算法，控制过程不够准确、平稳,可以实现简单地压力-时间加载曲线，难以达到变最佳应变速率超塑胀形的复杂精确压力-时间加载曲线的要求。同时，此气压控制装置只有一个电动阀门，同一时间只能执行一条压力-时间曲线，所有输出口的压力都是相同的，无法到达复杂多腔情况下不同压力加载要求。

超塑胀形工艺常与焊接工艺组合应用，可以加工其他方法无法加工的多层空心结构。但这往往需要向几个相互隔离的部位同时加载气压，从而实现对零件指定部位加压进行超塑胀形或扩散连接，并有效控制零件不同区域的成形顺序及应变速率，成形出带有加强筋结构的多层空心零件。只有一路气压可控的加载装置，是难以达到复杂多腔零件超塑成形工艺气压加载要求的。

综上所述：在超塑胀形工艺中，板料的成形力是作用在其表面的气体压力。为了成形零件壁厚分布均匀，需按设计优化的压力-时间曲线加载气压，从而使零件成形满足变最佳应变速率的控制要求。变最佳应变速率的实现需要精确的气压加载。对于复杂多层空心结构零件，常有多个成形部位需要同时加载压力，且不同部位的气压-时间加载曲线存在差异，以控制零件不同部位的成形顺序及变形速率。以往，压力-时间加载曲线通常依赖于人工手动控制或简易装置调节气源阀门，输出气压不稳定、误差大，零件的成形不能满足变最佳应变速率的要求。同时在单气源情况下，也无法实现多路同时供给压力的需求。

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种构建一个可联网并行工作的多路输出的气体压力闭环控制系统，通过设定PID控制算法程序，精确控制每条气路压力输出，使其压力输出相对误差小于1%，实现优化设计的基于变最佳应变速率控制的超塑胀形气压-时间曲线加载的变最佳应变速率超塑胀形多气路压力控制方法。