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

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.该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.在粉末压制成形过程中,由压制压力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.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.该文通过在不同压机、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.该文应用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.

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第一章绪论

1.1制造过程监控技术的研究内容

1.1.1设备监控

1.1.2流程监控

1.1.3质量监控

1.1.4发展趋势

1.2监控系统及其关键技术

1.2.1监控流程

1.2.2信号处理技术

1.3时间序列分析技术

1.3.1时间序列及其发展

1.3.2时间序列分析

1.3.3过程监控中的时序方法

1.4数据挖掘

1.4.1数据挖掘的概念及其发展

1.4.2数据挖掘的实现过程及分类

1.4.3数据挖掘在制造过程监控中的应用

1.5模态分析

1.5.1模态分析及其发展

1.5.2模态分析的应用

1.6本课题研究的目的、内容及其意义

第二章粉末压制成形过程分析

2.1粉末压制成形过程及设备

2.2模架系统的组成

2.3粉末压制成形过程受力分析

2.3.1研究的出发点

2.3.2粉末颗粒的受力分析

2.3.3外部作用力分析

2.3.4粉末压制方程

2.4振动波形与数学建模

2.5ARMA模型

2.5.1ARMA模型的基本概念

2.5.2ARMA模型的建模

2.5.3三种系统、信号、模型间的关系

2.6本章小结

第三章时序模型与压坯密度、质量的相关性

3.1实验方法

3.2实验结果

3.2.1压坯密度

3.2.2压坯质量

3.2.3装粉状态

3.3分析与讨论

3.3.1波形特征与模型参数的关系

3.3.2模型参数与压坯密度、质量之间的对应关系

3.3.3不同模型之间识别效果的比较

3.4本章小结

第四章压坯压制成形过程的密度、质量识别

4.1压坯与模型对应关系的数学分析

4.1.1原理与方法

4.1.2时序模型的模糊聚类分析

4.2特征量提取

4.2.1基本原理

4.2.2分析结果

4.3判别函数的构造

4.3.1基本原理与方法

4.3.2时序模型参数的判别函数

4.4 AR功率谱分析

4.5本章小结

第五章粉末压制成形系统的模态分析

5.1模态分析的基本概念

5.2分析的出发点

5.3机身分析

5.3.1整体框架式

5.3.2组合预紧式

5.4模架分析

5.4.1分组驱动式

5.4.2套缸驱动式

5.5本章小结

第六章压制成形过程压坯密度、质量的实时监控

6.1粉末压制成形过程实时监控的内容

6.2实时监控的流程与功能模块

6.2.1样本分析

6.2.2实时识别与控制

6.3硬件系统组成

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢