一种冲击液压成形用的数字孪生系统及构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冲击液压成形用的数字孪生系统及构建方法，属于数字孪生技术领域，其特征是：实体机成形模块包括冲击液压成形设备、实体成形工艺数据、实体设备状态数据和实体工件质量数据；虚拟机更新模块不断更新冲击液压成形数字孪生模型；信息处理模块用于储存实体数据库和虚拟数据库，对实体数据库和虚拟数据库进行匹配，最终传达指令给虚拟机更新模块和虚拟机成形模块；虚拟机成形模块，与所述信息处理模块进行数据交互，通过建立数字孪生体获取最佳冲击液压成形工艺参数和设备状态数据，依据设备状态数据更新数字孪生体获取下一次的冲击液压成形最优工艺参数和设备状态数据。本发明专利技术用于解决现有冲击液压成形工艺参数预测精度不足的问题。数预测精度不足的问题。数预测精度不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击液压成形用的数字孪生系统及构建方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，尤其涉及一种冲击液压成形用的数字孪生系统及构建方法。

技术介绍

[0002]冲击液压成形是一种利用冲击体快速冲击液体介质，从而使冲击体的动能瞬时转换成为液体的压力能，最终使得工件快速成型的高能率成形技术。冲击液压成形具有能量利用率高、成形时间短、材料变形速率高等优异性能，同时能够显著提高材料的成形极限，对于复杂小特征具有很好的成形效果。
[0003]中国专利公开号：201610814955.X公开了一种高能率脉动冲击液压成形方法，该方法单次冲击过程为：冲击动力源驱动冲击体高速运动，高速运动的冲击体冲击液体介质，冲击体的动能瞬时转化为液体介质的压力能，使工件完成快速变形。该方法能够精确控制总的输出能量，经过多次脉动冲击成形出所需的零件形状，贴膜效果好，可用于镁、铝、钛等难变形合金的精密成形。
[0004]冲击液压成形时间非常短，通常在10μm以内，这导致工件的变形过程难以用试验的方式观测，且试验的成本较为昂贵。而传统的有限元仿真虽能以其实时记录应变、应力、位移等关键参数的功能获取工件成形规律及性能，但通常并未考虑设备状态对成形过程的影响。冲击液压成形设备的工作服役环境通常比较恶劣，在高速冲击过程中，设备内的冲击体、模具等都会产生不同程度的损伤。上述问题都会对工件成形预测结果产生较大影响，因此合理考虑关键设备参数对每一次成形过程的影响，是准确获取工件最佳成形工艺参数的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种冲击液压成形用的数字孪生系统及构建方法，用于解决现有冲击液压成形工艺参数预测精度不足的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一目的是提供一种冲击液压成形用的数字孪生系统，包括：用以构建实体数据库的实体机成形模块，所述实体机成形模块包括冲击液压成形设备，以及冲击液压成形设备的实体成形工艺数据、实体设备状态数据和实体工件质量数据；虚拟机更新模块，利用所述实体数据库建立冲击液压成形数字孪生模型，并通过工程仿真模拟软件获取虚拟成形工艺数据、虚拟设备状态数据和虚拟工件质量数据，并匹配实体数据库与虚拟数据库，从而不断更新冲击液压成形数字孪生模型；信息处理模块，与所述实体机成形模块和虚拟机更新模块进行数据交互，用于储存实体数据库和虚拟数据库，并对实体数据库和虚拟数据库进行匹配，最终传达指令给虚拟机更新模块和虚拟机成形模块；
虚拟机成形模块，与所述信息处理模块进行数据交互，通过建立数字孪生体获取最佳冲击液压成形工艺参数和设备状态数据，依据所述设备状态数据更新数字孪生体获取下一次的冲击液压成形最优工艺参数和设备状态数据。
[0007]优选地，所述实体机成形模块通过获取多组的成形工艺数据，并记录每一次成形完成后的实体工件质量数据，同时检测每一次成形完成后的实体设备状态数据；筛选出其中真实有效的数据并保存至实体数据库。
[0008]优选地，所述虚拟机更新模块在工程仿真模拟软件上获取与实体机相同工艺条件下的多组虚拟成形工艺数据，并记录每一次成形完成后的虚拟工件质量数据及虚拟设备状态数据，筛选出准确的虚拟数据并保存至虚拟数据库。
[0009]优选地，当所述信息处理模块将实体数据库与虚拟数据库进行匹配时；若匹配度达标，则将冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体；若匹配度不达标，则需基于实体数据库的标准对冲击液压成形数字孪生模型进行校正，直至两者数据库匹配成功。
[0010]优选地，所述虚拟机成形模块通过数字孪生体输出第一次成形最优工艺参数及第一次成形后的设备状态数据；利用数字孪生体第一次成形后的设备状态数据更新数字孪生体；通过更新数字孪生体输出第二次成形最优工艺参数及第二次成形后的设备状态数据；以此类推，获取第三次、第四次、直至第n次后的最优工艺参数及设备状态数据。
[0011]本专利技术的第二目的是提供一种冲击液压成形用的数字孪生系统的构建方法，用于构建上述冲击液压成形用的数字孪生系统，包括：S1，通过实体数据库建立冲击液压成形数字孪生模型；S2，利用冲击液压成形数字孪生模型获取与实体数据库数据类型相同的虚拟数据库，并将两者数据库相匹配，若匹配度达标，则将冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体，若匹配度不达标则以实体数据库为标准更新冲击液压成形数字孪生模型后重新匹配，直至匹配度达标；S3，利用数字孪生体进行成形工艺预测；S4，利用数字孪生体获取冲击液压成形设备工作一次后的最佳成形工艺参数；S5，利用数字孪生体获取冲击液压成形设备工作一次后的设备状态数据；S6，利用冲击液压成形设备工作一次后的设备状态数据，更新冲击液压成形数字孪生体；S7，利用第一次更新后的数字孪生体，获取冲击液压成形设备工作第二次后的最佳成形工艺参数及设备状态参数；S8，重复S3至S7，获取不同设备状态下的最佳成形工艺条件。
[0012]优选地，S1包括：S11，利用测量工具获取金属坯料的三维尺寸，并通过国标试验获取适用于冲击液压成形仿真模拟所需的johnson
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cook准则参数及物理参数，并记录成形前设置的冲击体冲击波参数、成形温度，最终得到实体成形工艺数据；S12，利用测量工具获取冲击液压成形设备的三维尺寸，获取冲击液压成形设备的物理模型参数；同时测量并记录成形前冲击体、型腔内壁的三维尺寸及位置参数，成形前液压油的温度、粘度及体积参数，得到成形前实体设备状态数据；
S13，利用冲击液压成形实体设备进行试验，记录成形后的工件工艺尺寸、减薄率，最终得到实体工件质量数据；同时测量并记录成形后冲击体、型腔内壁的三维尺寸及位置参数，成形后液压油的温度、粘度及被压缩后的体积参数，最终获取成形后实体设备状态数据；S14，采用不同的工艺条件并进行多组上述S11、S12、S13的操作，筛选最优且准确的实体数据，并将实体数据储存至实体数据库；S15，利用实体数据库建立冲击液压成形数字孪生模型。
[0013]优选地，S2包括：S21，采用冲击液压成形数字孪生模型对冲击液压成形过程进行工程仿真模拟，获取同S11、S12、S13、S14中工艺条件相同情况下的虚拟设备状态数据及虚拟工件质量数据；S22，通过冲击液压成形数字孪生模型进行多组工艺仿真模拟，筛选出准确的虚拟设备状态数据及虚拟工件质量数据；S23，确保冲击液压成形实体设备与数字孪生模型真实工作次数相同的情况下，将冲击液压成形实体设备与数字孪生模型每次工作前后设备状态、工件质量数据相匹配，根据行业标准设置匹配裕度；若匹配度在匹配裕度之内，则将冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体；若匹配度在匹配裕度之外，则返回S21，直至最终匹配度在匹配裕度之内。
[0014]优选地，S3包括：S31，将S23中获取的在匹配裕度之内的冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体；S32，利用所述数字孪生体进行工艺预测，以工件成品的三维工艺尺寸及减薄率达标程度进行工艺参数筛选。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，包括：用以构建实体数据库的实体机成形模块，所述实体机成形模块包括冲击液压成形设备，以及冲击液压成形设备的实体成形工艺数据、实体设备状态数据和实体工件质量数据；虚拟机更新模块，利用所述实体数据库建立冲击液压成形数字孪生模型，并通过工程仿真模拟软件获取虚拟成形工艺数据、虚拟设备状态数据和虚拟工件质量数据，并匹配实体数据库与虚拟数据库，从而不断更新冲击液压成形数字孪生模型；信息处理模块，与所述实体机成形模块和虚拟机更新模块进行数据交互，用于储存实体数据库和虚拟数据库，并对实体数据库和虚拟数据库进行匹配，最终传达指令给虚拟机更新模块和虚拟机成形模块；虚拟机成形模块，与所述信息处理模块进行数据交互，通过建立数字孪生体获取最佳冲击液压成形工艺参数和设备状态数据，依据所述设备状态数据更新数字孪生体获取下一次的冲击液压成形最优工艺参数和设备状态数据。2.根据权利要求1所述的冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，所述实体机成形模块通过获取多组的成形工艺数据，并记录每一次成形完成后的实体工件质量数据，同时检测每一次成形完成后的实体设备状态数据；筛选出其中真实有效的数据并保存至实体数据库。3.根据权利要求1所述的冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，所述虚拟机更新模块在工程仿真模拟软件上获取与实体机相同工艺条件下的多组虚拟成形工艺数据，并记录每一次成形完成后的虚拟工件质量数据及虚拟设备状态数据，筛选出准确的虚拟数据并保存至虚拟数据库。4.根据权利要求1所述的冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，当所述信息处理模块将实体数据库与虚拟数据库进行匹配时；若匹配度达标，则将冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体；若匹配度不达标，则需基于实体数据库的标准对冲击液压成形数字孪生模型进行校正，直至两者数据库匹配成功。5.根据权利要求1所述的冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，所述虚拟机成形模块通过数字孪生体输出第一次成形最优工艺参数及第一次成形后的设备状态数据；利用数字孪生体第一次成形后的设备状态数据更新数字孪生体；通过更新数字孪生体输出第二次成形最优工艺参数及第二次成形后的设备状态数据；以此类推，获取第三次、第四次、直至第n次后的最优工艺参数及设备状态数据。6.一种冲击液压成形用的数字孪生系统的构建方法，用于构建如权利要求1
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5任一项所述的冲击液压成形用的数字孪生系统，其特征在于，包括：S1，通过实体数据库建立冲击液压成形数字孪生模型；S2，利用冲击液压成形数字孪生模型获取与实体数据库数据类型相同的虚拟数据库，并将两者数据库相匹配，若匹配度达标，则将冲击液压成形数字孪生模型更新为数字孪生体，若匹配度不达标则以实体数据库为标准更新冲击液压成形数字孪生模型后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳峰，陈树来，马江泽，郭宏，王耀，桑悦诚，
申请(专利权)人：天津天锻航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：