【摘 要】
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搅拌摩擦焊具有接头应力低、变形小、绿色、低能耗等显著特点,在铝、镁、铜等有色金属焊接中得到越来越多的应用。但是,FSW接头力学性能和表面质量对工艺参数和焊接条件变化
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搅拌摩擦焊具有接头应力低、变形小、绿色、低能耗等显著特点,在铝、镁、铜等有色金属焊接中得到越来越多的应用。但是,FSW接头力学性能和表面质量对工艺参数和焊接条件变化十分敏感。FSW在焊接过程中一般会对工件施加较大的下压力,焊接设备和被焊工件在下压力的作用下均可能产生变形,使得常规FSW中设定的工艺参数偏离预期值,无法保证焊接工艺的稳定性。为解决这一问题,本课题将基于焊接力监测开展主轴下压力控制方法及平台开发工作。研究内容主要包括:在分析课题组已有搅拌摩擦焊主轴下压力监测平台基础上,对压电式力传感器机械本体开展有限元仿真研究,完成结构优化。结合数控机床中转速/进给速度/坐标轴位置的调整和补偿技术,提出基于下压量和进给速度修调的焊接力控制策略。采用单因素实验法设计和开展不同工艺参数条件下铝合金搅拌摩擦焊实验,系统分析了转速、进给速度和主轴转速对主轴下压力的影响规律。参考切削力经验公式和递归最小二乘法,建立在同种工况条件下的进给速度与主轴下压力关系模型。通过比较经典PID、自适应控制及智能方法,采用并设计了主轴下压力模糊控制器,并利用Matlab/simulink开展了基于进给速度自动调整的下压力控制仿真实验,验证模糊控制算法的动态跟踪性能和动态模型的正确性。在此基础上,基于无线通讯技术和单片机原理设计了焊接设备进给倍率自动调整模块的硬件和无线发送程序;并应用自动检索与模糊控制算法,实现了控制量的确定;基于Labview平台开发上位机软件实时监控主轴下压力。最后,对搅拌摩擦焊下压力控制平台进行了总成,并通过改变不同焊接工况,对下压力控制模块进行了测试。实验结果说明了通过进给速度修调可较好的控制下压力。
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