[发明专利]挤压成形温度场时空分离建模与均匀性评估系统及方法

说明书

本发明请求保护一种挤压成形温度场时空分离建模与均匀性评估系统与方法，其包括：挤压机出口温度数据采集模块：用于通过若干个红外温度传感器来采集挤压机出口处产品不同位置的温度，从而计算挤压筒内变形区坯料端面温度数据；挤压成形温度数据仿真模块：利用有限元仿真软件对挤压成形微观过程进行仿真，从而得到挤压成形过程中在挤压筒内部的温度场分布数据；时空分离建模模块：使用局部线性嵌入算法和梯度下降中的Adam算法对挤压筒内温度场分布数据进行时空分离建模与时空合成；温度场均匀性评估模块：使用温度场均匀性系数实现对挤压过程中温度场分布的评估。

技术领域

本发明属于零件成形加工质量控制领域，具体涉及汽车、航空、航天、轨道交通轻量化零件热挤压成形质量控制方法。

背景技术

挤压工艺广泛用于汽车船舶、轨道交通、航空航天、新能源等领域零件成形加工，在常规金属热挤压过程中,由于挤压过程中变形温度的不断提高导致金属材料在挤压的整个过程中，其出模口不同部位的实际温度产生较大波动。模口不同部分的温度差，会引起制件断面上的组织性能不均匀，甚至产生扭曲、裂纹等较严重的缺陷,导致产品的尺寸、形状、组织和性能等不均匀性，而等温挤压对于减小这些不均匀性、保证挤压成形质量,是一种理想的方法。设计工艺必须保证型材在挤压出口时温度相对恒定，这严格限制了等温挤压生产的工艺范围，所以挤压过程中热平衡控制至关重要。目前等温挤压主要是保证产品出口处温度的稳定，现有等温控制主要依靠经验以及试验数学模型，导致通过在模孔处直接测量金属变形温度的等温控制方式相对粗放，如何保证挤压过程热平衡及温度场均匀的方法仍缺失。本发明拟提出一种铝合金挤压成形温度场时空分离建模与均匀性评估系统及方法，对挤压成形过程温度场的精确建模，实现挤压成形过程热平衡更加精确的状态预测与控制。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种铝合金挤压成形温度场时空分离建模与均匀性评估系统及方法。本发明的技术方案如下：

一种挤压成形温度场时空分离建模与均匀性评估系统，其包括：

挤压机出口温度数据采集模块：用于通过若干个红外温度传感器来采集挤压机出口处产品不同位置的温度，从而计算挤压筒内变形区坯料端面温度数据；

挤压成形温度数据仿真模块：利用有限元仿真软件对挤压成形微观过程进行仿真，从而得到挤压成形过程中在挤压筒内部的温度场分布数据；

时空分离建模模块：使用局部线性嵌入算法和梯度下降中的Adam算法对挤压成形温度数据仿真模块传入的温度场分布数据进行时空分离建模与时空合成，使之能够通过挤压机出口温度数据采集模块采集到的挤压机出口处产品不同位置的温度预测出挤压机内部温度场的分布；

温度场均匀性评估模块：定义温度场均匀性系数，计算时空分离建模系统预测得到的温度场数据与理想的温度场数据的均方误差(MSE)，根据温度场均匀性系数值的大小评估温度场均匀性，温度场均匀性系数的值越小，说明理想值与时空分离建模系统的预测值数据间的误差越小，即产品的组织、性能、生产效率以及能量消耗越符合生产要求。

进一步的，所述挤压机出口温度数据采集模块使用STM32单片机和红外温度传感器实现对温度的测量，红外温度传感器将检测到的温度数据转换为电信号，并通过I2C总线技术将电信号传输至单片机，STM32单片机能快速将采集到的挤压机出口处产品某个位置的温度，再根据公式(1)计算出挤压筒内变形区坯料端面温度并传输到时空分离建模模块。

T_b表示出挤压筒内变形区坯料端面温度，T表示采集到的挤压机出口处产品不同位置的温度，为挤压变形入口处的速度。