电液伺服控制线性摩擦焊系统关键技术的研究

【摘要】： 电液伺服控制线性摩擦焊系统是将电液伺服控制技术运用到线性摩擦焊接领域的一种先进制造方法。国外对此新技术已经开始大量研究，并应用到了航空制造业，成为航空发动机制造和维修的关键技术。它的应用不仅提高了整体叶盘的加工质量，同时也大大缩短了生产周期，降低了生产成本。鉴于发动机整体叶盘制造技术的发展趋势、异种材料整体叶盘的优越性以及我国在这方面的研究基础，国防科工委已经把线性摩擦摩擦焊的研究作为我国“十一五”的一个重要研究项目。 有关线性摩擦焊电液伺服系统技术的研究在国内刚刚起步，尽快开展线性摩擦焊接技术的基础研究和应用必将推动我国技术装备制造水平和航空发动机制造业快速发展，是非常必要和有实际意义的。 本文的研究就是在这种背景下提出的，结合北京航空制造工程研究所委托北京机械工业自动化研究所开发的“15吨线性摩擦焊电液伺服控制系统”项目，根据线性摩擦焊技术的特点和工艺要求，研发了线性摩擦焊电液伺服系统，同时进行了理论研究与实验数据处理和分析。 针对线性摩擦焊所具有的高频、大流量、非线性负载以及控制精度要求高等特点，设计了线性摩擦焊电液伺服系统，加工完成了线性摩擦焊整体设备，并对试件进行了焊接加工实验。 对线性摩擦焊接系统的摩擦振动子系统和顶锻伺服子系统分别进行数学建模，重点分析了摩擦振动伺服系统的电液伺服阀和液压缸的动态特性，得到了系统模型的结构框图并对主要参数进行了计算。 分析了线性摩擦焊接过程中非线性摩擦力负载的特性，首次提出了焊接摩擦力分离算法，将焊接摩擦力从液压系统激振力中剥离，并在焊接实验中进行了成功应用。此算法为今后线性摩擦焊及相关领域的进一步研究与开发提供了较好的理论基础和技术支持。 在焊接摩擦力分离算法基础上，采用最小二乘算法，编制了算法软件，对焊接摩擦力实验数据进行了处理，得到了焊接摩擦力拟合函数，方便对焊接摩擦力进一步作后续处理和理论研究。 根据线性摩擦焊的工艺特点，利用焊接摩擦力拟合函数，推导了焊接过程中加热功率计算方法，并分析了焊接工艺参数的选择原则及对液压系统设计的指导意义。最后借助计算机建模和仿真技术，重点分析了摩擦力对摩擦振动系统的性能影响。 本文所取得的上述研究成果为线性摩擦焊的工艺研究和加工系列化的线性摩擦焊机设备奠定了基础。