粉末压制成形过程实时质量监控技术研究及动态特性分析

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1、摘要制造过程监控技术是制造自动化的关键技术基础，也是近年来发展最迅猛的综合性应用技术之一。时间序列分析方法原是数理统计学的一个分支，是从具有先后顺序的信号中提取有用信息的一门学科，在制造过程监控中得到了越来越广泛的重视。粉末冶金成形技术作为一种精密成形技术，是多学科交叉的复合型技术，具有广泛的应用前景。本文首次将时间序列分析方法引入到粉末冶金压制成形过程的实时监控技术中。粉末压制成形过程是整个粉末冶金生产流程中的关键，其过程监控是实现粉末冶金自动化生产的重要组成部分和必要保证。在粉末压制成形过程中，由压制压力

2、等作用力引起的压机及其模架系统的振动现象是压制过程及其特征的表现形式之一，与压坯密度等参数之间存在一定程度的关联性。由于压制成形系统的复杂性和压制过程中存在的诸多无法估计的因素，在压制压力一压坯密度、压制压力一系统振动、压坯密度一系统振动之间并不存在完全清楚的因果关系。同时，由于压制成形系统构成的力学系统及其运动方式非常复杂，对粉末压制成形过程，如果采用常用的由质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵及激励力矩阵组成的矩阵形式的运动方程式，来表达系统的振动特征将十分困难。粉末压制成形系统振动信号的时间序列表现着系统的特性

3、及其变化过程。研究、分析和处理这一时间序列，可以揭示粉末压制成形过程本身及其变化规律。本文通过在不同压机、不同压制参数、不同试样等多种条件下的实验分析，首次发现在粉末压制成形过程中，模架系统振动加速度信号的时序模型与压坯密度、质量之间存在可识别的对应关系；并应用数据挖掘原理，从数学分析上对这种对应关系加以证实。在此基础上，提出了实现粉末压制成形过程压坯密度、质量实时监控的原理与方案。模态分析是机械系统设计的重要基础。由于模态参数表征了结构的动力学特性，直接影响到系统的工作性能，因此，模态参数不仅成为分析结构动

4、态特性的重要参数，而且成为系统设计中所必须考虑的设计参数。粉末压制成形系统是粉末冶金生产中的关键设备，结构动态特性分析是其设计与优化的基础。本文应用CAE技术与有限元方法，通过对压机机身、模架的模态分析，实现了对粉末压制成形系统的优化设计。关键词制造过程监控；粉末压制；时间序列分析：数据挖掘；模态分析ABSTRACTThemonitoringtechnologyinmanufacturingprocessisthekeybasictechnologyofmanufactureautomation，andals

5、ooneofthecomprehensiveappliedtechnologieshavingtherapidestdevelopmentsinrecentyears．Timeseriesanalysis，astheoffshootofmathematicalstatisticsoriginally,isonesubjectpickingupusefulinformationfromordinalsignal，andgetsmoreandmorerecognitionsinmonitoringofmanufa

6、cturingprocess．Asoneoftheexactlyshapingtechnology,powdermetallurgytechnologyisthecomplextechnologyofmanysubjectsandhasbroadappliedforeground．Timeseriesanalysisisintroducedintoreal-timemonitoringtechnologyofP／Mcompactingprocessforthefirsttimeinthispaper．Powd

7、ercompactingprocessisthekeyofthewholeP／Mproductionflow,anditsmonitoringisimportantandnecessaryfortheautomationofP／Mproduction．Duringpowdercompactingprocess，thevibrationsofpressandtoolsetrisingfrompressingforceandotherforces，arerepresentationsofcompactingpro

8、cessanditscharacters，andhaverelationshipsinacertainextentwithparametersofgreendensityandetc．Becauseofthecomplexityofcompactingsystemandmanyinestimablefactorsofcompactingprocess，therearenotabsolutelycle