【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金钣金成形制造，尤其是涉及基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线与方法。
技术介绍
1、铝合金具有耐腐蚀性好，比强度高的优点，是应用于航空航天工业装备的重要结构材料。薄壁钣金件是飞机、火箭等装备的一大类结构，多采用钢模冲压方法成形。但是，在冷成形条件下，铝合金的成形性差，难以成形形状复杂的工件，而且模量低，回弹大，难以保证构件的精度要求。为了同时满足形状复杂性与高精度的双重需求，热成形工艺是近年来提出的成形复杂形状铝合金构件的先进方法。
2、目前，主流的热成形工艺有超塑性成形、快速热气胀成形和热冲压-淬火一体化工艺。超塑性成形利用合金在特定条件下的超塑性来成形工件，可以实现复杂形状工件的成形。然而，超塑性成形存在诸多局限性。首先，超塑性成形对合金坯料的要求较高，需要其晶粒尺寸在5～10μm的范围内，并且成形时晶粒的生长速率必须较低。此外，超塑性成形只能在10-5～10-1s-1的应变速率范围内进行，导致超塑性成形的生产效率低下。另外，超塑性成形过程中合金可能发生局部变薄，不利于产品成形质量的控制。和超塑性成形相比，快速热气胀成形对合金坯料的要求降低，而且成形时应变速率更高，生产效率从而也更高。然而，快速热气胀成形过程中合金的变形能力有限，难以成形形状复杂的工件。除此之外，快速热气胀成形多用于热处理不可强化的5×××铝合金工件的成形，如果将快速热气胀成形用于成形热处理可强化铝合金工件，在成形结束后，需要对其进行后续的热处理以保证其力学性能，导致工件发生热处理变形，成形精度下降。热冲压-淬火一体化工艺将
3、现有的铝合金热冲压生产线的架构组成主要包括加热炉、转移装置、热冲压压机以及时效处理装置。其中，加热炉用于将铝合金板坯加热至所需的温度，转移装置用于在每个工序间将坯料或完成成形的工件进行快速转移，热冲压装置用于对坯料进行热冲压成形和模内保压淬火，时效装置用于对工件进行时效处理，使其组织性能达到相应要求。
4、铝合金的热冲压过程是非等温过程，工艺环境十分复杂，在不同因素的共同作用下，成形工艺的稳定性差，容易导致较高的废品率。然而，现有的铝合金热冲压生产线缺少传感器，无法实时收集工艺过程中的相关参数，也无法根据工件的目标力学性能来反求温度、冲压速率等参数，并对生产线中的装置进行相应的反馈控制，也就无法保证对产品质量进行控制，从而影响成形工艺的稳定性。因此，迫切需要种一种基于多传感器的铝合金钣金件热冲压高效高稳定生产线与智能控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，该生产线全流程内设置有多个传感器，并能够基于成形铝合金的变形性能、微观组织演变规律和力学性能变化规律，实现全流程闭环控制与自适应生产，包括基于多物理量模型的控制系统、环境加热炉、自动化转移和定位装置、热冲压成形装置和模内时效装置；
2、所述基于多物理量模型的控制系统，用于控制生产线中的所有装置，每一个装置均能够与其进行交互，并且在每一个工步结束时，基于接收到的坯料或工件的参数，能够对下一工步的装置进行初步的反馈控制，而且内置有合金的本构模型、合金的成形极限模型、合金的ttt模型、合金的ttp模型以及合金的屈服强度模型，并能够以这些模型为依据，对装置的相关参数进行调节以保证工件的成形质量和力学性能；
3、所述环境加热炉内安装有若干第一温度传感器，所述第一温度传感器用于实时收集固溶处理过程中坯料不同位置的温度信息；
4、所述自动化转移和定位装置在整个生产线中设有一个或两个，同时或分别用于转移完成固溶处理的坯料以及完成第一步模内时效处理的工件；
5、若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有一个，所述自动化转移和定位装置上安装有若干个第二温度传感器，所述第二温度传感器用于实时收集完成固溶处理的坯料不同位置的温度信息或完成第一步模内时效处理的工件不同位置的温度信息；
6、若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有两个，两个所述自动化转移和定位装置上分别安装有若干个第二温度传感器和第五温度传感器，所述第二温度传感器用于实时收集完成固溶处理的坯料不同位置的温度信息，所述第五温度传感器用于实时收集完成第一步模内时效处理的工件不同位置的温度信息；
7、所述热冲压成形装置由热冲压压机、可控温的热冲压模具、若干个第三温度传感器、若干个第四温度传感器、位移传感器、速度传感器和第一压力传感器组成，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别用于实时收集热冲压成形、模内淬火以及第一步模内时效处理过程中坯料或工件和热冲压模具不同位置的温度信息，所述位移传感器和速度传感器分别用于实时收集热冲压模具上模的位移信息和冲压速度信息，所述第一压力传感器用于实时收集模内淬火和第一步模内时效处理过程中热冲压模具的合模压力信息；
8、所述模内时效装置包括时效压机、可控温的时效模具、若干个第六温度传感器、若干个第七温度传感器和第二压力传感器，所述第六温度传感器和第七温度传感器分别用于实时收集第二步模内时效处理过程中工件和时效模具不同位置的温度信息，所述第二压力传感器用于实时收集第二步模内时效处理过程中时效模具的合模压力信息。
9、优选地，所述第一温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第一温度传感器为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，或者为非接触式传感器，优选薄膜型光学温度传感器，且所述第一温度传感器在所述环境加热炉内每50mm～150mm设置一个。
10、优选地，若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有一个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度；若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有两个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第五温度传感器的量程范围内包含铝合金的第一步时效温度；
11、优选地，所述第二温度传感器和所述第五温度传感器为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，或者为非接触式传感器，优选薄膜型光学温度传感器，所述第二温度传感器和所述第五温度传感器在所述自动化转移和定位装置上每100mm～150mm设置一个。
12、优选地，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度，所述第三温度传感器和所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，该生产线全流程内设置有多个传感器，并能够基于成形铝合金的变形性能、微观组织演变规律和力学性能变化规律，实现全流程闭环控制与自适应生产，其特征在于，包括基于多物理量模型的控制系统、环境加热炉、自动化转移和定位装置、热冲压成形装置和模内时效装置；
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第一温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第一温度传感器为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，或者为非接触式传感器，优选薄膜型光学温度传感器，且所述第一温度传感器在所述环境加热炉内每50mm～150mm设置一个。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有一个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度；若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有两个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第五温度传感器的量程范围内包含铝合金的第一步
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器均为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别在热冲压模具的工作表面上每50mm～150mm设置一个。
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述位移传感器为线位移传感器，所述位移传感器的量程范围内包含热冲压模具上模的行程范围，所述位移传感器为磁传感器，优选磁致伸缩探测器，或者为光学传感器，优选棱镜或反射传感器；
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述热冲压成形装置中的热冲压模具上模的行程范围为1000mm～1500mm，所述热冲压模具上模的冲压速度范围为100mm/s～1000mm/s，所述热冲压压机的合模压力范围为1000kN～50000kN。
7.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第六温度传感器和所述第七温度传感器的量程范围内包含铝合金的第二步时效温度，所述第六温度传感器和所述第七温度传感器均为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，所述第六温度传感器和所述第七温度传感器分别在时效模具的工作表面上每50mm～150mm设置一个。
8.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第二压力传感器的量程范围内包含时效模具的合模压力范围，所述第二压力传感器优选压电传感器。
9.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述时效压机的合模压力范围为1000kN～50000kN。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线的控制方法，其特征在于，包括基于合金的本构模型和合金的成形极限模型的温度和冲压速度控制，基于合金的TTT模型和TTP模型的淬火速率控制，以及基于合金的TTT模型、TTP模型和屈服强度模型的时效温度和时效时间控制，并且在整个生产过程中，各个传感器实时收集相应的信息并将其输入到控制系统中，控制系统基于内置的合金材料模型进行相应的判断，对相关过程参数进行优化，并对相应的装置进行反馈控制，且控制系统会将每一工步结束时的条件作为下一工步的初始条件对下一工步的装置进行初始的反馈控制。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，该生产线全流程内设置有多个传感器，并能够基于成形铝合金的变形性能、微观组织演变规律和力学性能变化规律，实现全流程闭环控制与自适应生产，其特征在于，包括基于多物理量模型的控制系统、环境加热炉、自动化转移和定位装置、热冲压成形装置和模内时效装置；
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第一温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第一温度传感器为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，或者为非接触式传感器，优选薄膜型光学温度传感器，且所述第一温度传感器在所述环境加热炉内每50mm～150mm设置一个。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有一个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度；若所述自动化转移和定位装置在生产线中设有两个，所述第二温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度，所述第五温度传感器的量程范围内包含铝合金的第一步时效温度；
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器的量程范围内包含铝合金的固溶处理温度和第一步时效温度，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器均为接触式温度传感器，优选铂电阻温度传感器或热电偶传感器，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别在热冲压模具的工作表面上每50mm～150mm设置一个。
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的铝合金钣金件热成形生产线，其特征在于，所述位移传感器为线位移传感器，所述位移传感器的量程范围内包含热冲压模具上模的行程范围，所述位移传感器为磁传感器，优选磁致伸缩探测器，或...
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