基于铝单板智能冲压成型控制方法及系统与流程

本发明涉及铝单板成型控制，特别涉及基于铝单板智能冲压成型控制方法及系统。

背景技术：

1、铝单板因质量轻、耐候性强、表面装饰效果好，被广泛应用于建筑幕墙及异形装饰构件。实际生产通常表现为多品种、小批量特征，同一车间需在aa6016-t4、3003-h24等多种牌号之间频繁切换，来料厚度涵盖2.5 mm、3.0 mm、4.0 mm等规格，入厂板料平整度可能出现0.4~0.8 mm/m的波浪，同卷头尾厚度公差可达±0.05 mm，来料波动对后续冲压成形质量具有直接影响。现有铝单板冲压产线大多采用机械压力机配合固定工艺卡的方式运行。换型时，操作人员依据牌号查表输入恒定压边力与恒定滑块速度；模具仅通过加热棒设定固定温度，不具备分区温度反馈；板料入炉后按统一温度曲线加热，转移温度依靠人工使用点温枪抽检，难以真实反映板料整体温度分布。上述固定参数控制方式在矩形盒形件及异形件拉深过程中暴露出若干突出问题。在接触下行阶段，滑块按统一空程速度下行并以固定压边力接触板料，对于厚度3.0 mm以上、屈服强度较高的6系铝合金板，角部圆角r10 mm处极易产生早期集中变形。在预成形与精成形阶段，现有压边力在冲压过程中保持恒定，而角部与直边区域因几何约束不同，角部金属径向流入快、直边流入慢，容易诱发起皱；现场常采取停机调整机械限位或整体增大压边力的方式应对，但整体增大压边力虽可抑制起皱，却会进一步抬高角部减薄率，导致开裂与起皱形成此消彼长的被动妥协。在保压整形阶段，现有工艺按经验设置恒定保压压力，既不采集型腔压力分布，也不监测冲头回弹力，6系板保压后期弹性储能释放不充分时仍维持原压力，脱模后侧壁回弹角常达5°~9°，双曲件还需试模后返修型面。与此同时，连续生产时模具温度升至190℃以上仅靠人工调水阀控制，响应滞后；板料转移后若表面温度降至240℃以下，固定速度和下压力无法自动补偿，现场往往到首件三维扫描发现回弹超差才停线重设参数，造成整批返工。可见，上述问题根源并不在于压力机本体能力不足，而在于冲压过程数据未进入铝合金弹塑性物理模型进行实时解算，伺服阀电信号仅作开环执行，无法按板料各微区应变能的变化对压边力幅值、时序与相位进行动态重构，因而难以同时抑制起皱、开裂、回弹及温度波动带来的质量波动。因此，市面上亟需全新的一种基于铝单板智能冲压成型控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于铝单板智能冲压成型控制方法及系统，以解决现有技术中采用固定工艺参数无法适应来料牌号、厚度及平整度波动，厚板角部易产生早期集中变形；压边力恒定且无法分区实时调节，角部与直边金属流入差异引发起皱，整体增压又加剧角部减薄，导致起皱与开裂此消彼长；保压阶段缺乏型腔压力与回弹力监测，弹性储能释放不足，脱模后回弹角偏大；模具温度连续生产漂移及板料转移温度跌落无自动补偿，需停线返工；以及伺服阀电信号仅作开环执行，无法按微区应变能动态重构压边力幅值、时序与相位等问题。具体技术方案如下：

2、本发明提供一种基于铝单板智能冲压成型控制方法，包括：

3、s10，获取待冲压铝单板板料的基础信息并进行冲压前预处理，所述基础信息包括板料的牌号、实测厚度、表面平整度与初始温度，依据所述基础信息确定加工冲头的冲击力与下压速度，当实测表面平整度超出预设平整度阈值时，通过平行模具对板料实施预平整处理；

4、s20，对预处理后的板料进行加热处理，依据板料的牌号与实测厚度确定加热温度与保温时间，同时将冲压模具的温度调节并维持在预设模具温度范围内，待板料温度达到目标加热温度时转移至冲压工位，所述模具温度通过模具内置加热棒与冷却水道协同控制；

5、s30，启动机械伺服压力机驱动加工冲头下行，冲压行程划分为接触下行段、预成形段、精成形段与保压整形段，在接触下行段所述加工冲头以恒定下压速度从滑块上死点下行至接触板料表面，压边力维持在低压值；

6、s40，在预成形段与精成形段中，由数据采集单元实时获取板料表面的温度数据、布置于压边圈及模具型腔的压力传感器反馈的压力数据以及布置于板料表面的应变片反馈的应变数据，依据铝合金弹塑性响应物理模型实时预测板料各微区的屈服演化与硬化轨迹，通过可编程逻辑控制器动态调制伺服阀电信号的幅值、脉宽、频率与相位差，使各分区压边力、下压速度与电信号调制参数随材料实时响应状态动态调整，从而主动重塑板料在模具内的应变能分布；

7、s50，在保压整形段中，所述加工冲头到达下死点后保持位置不变，保压压力设定为额定压力的85%，保压时间根据板料厚度与牌号预设定，此阶段电信号切换为恒压闭环模式，根据模具型腔压力分布设定保压压力设定值并按预设允许压力波动阈值执行闭环校正，通过比例伺服阀动态调节实际保压压力，使保压期间实际压力相对设定值的偏差处于预设允许波动范围内，以消除塑性回弹的时变影响；

8、s60，保压完成后，所述加工冲头保持位置不变直至冲压后板材恢复至室温，基于加工冲头表面压力传感器采集冲压后板材作用在加工冲头的回弹力，依据回弹力与预设阈值的比较结果判断是否进行后热处理，判断完成后控制加工冲头复位，并采集冲压完成后板材表面的图像数据，对所述图像数据进行解析以判断冲压板材是否合格，合格品输出至下一工序，不合格品则标记缺陷类型并反馈至工艺策略层进行参数修正。

9、进一步地，s10具体包括：通过自动送料装置将板料输送至检测工位，采用非接触式激光测厚仪获取板料实际厚度，采用面阵相机采集板料表面图像并经由图像处理算法计算表面平整度，同时通过读取板料附带的电子信息获取材料牌号与轧制方向信息；将实测厚度与牌号信息输入至处理单元，所述处理单元依据材料机理层中存储的厚度-冲击力-下压速度映射关系表确定加工冲头的冲击力与下压速度，同时将实测表面平整度与预设平整度阈值零点三毫米每米进行比较，当实测表面平整度超出预设阈值时，控制平行模具以每秒20毫米的下压速度对板料进行预平整处理，处理完毕后复测平整度直至满足要求。

10、进一步地，s20具体包括：将完成预处理的板料送入多层箱式炉，依据板料厚度确定加热参数，当板料厚度为3.0毫米时，加热温度设定为320摄氏度，保温时间设定为45分钟；当板料厚度为2.5毫米时，加热温度设定为260摄氏度，保温时间设定为30分钟；当板料厚度为4.0毫米时，加热温度设定为250摄氏度，保温时间设定为60分钟，加热完成后板料在20秒内转移至冲压工位；

11、同步启动模具温控系统，通过模具内置加热棒将模具温度加热至180摄氏度，当模具温度因连续生产而超过190摄氏度时，自动调整冷却水流量至额定流量的115%使模具温度回落至预设范围内，控温精度维持在±5摄氏度，模具温度经由布置于模具九个温控区的热电偶阵列实时反馈。

12、进一步地，s30具体包括：s301，机械伺服压力机接收来自可编程逻辑控制器的行程指令，控制加工冲头从滑块上死点以120毫米每秒的恒定速度下行，此阶段电信号以恒定幅值输出，压边力维持在8兆帕，持续时间0.8秒，直至加工冲头与板料表面接触；

13、当加工冲头压力传感器检测到接触力达到预设接触阈值时，系统确认加工冲头已接触板料表面，此阶段的触发电信号同时触发数据采集单元开始以1千赫兹的采样频率记录压力、温度、位移与应变数据。

14、进一步地，s40具体包括：s401，在预成形段中，所述加工冲头从接触板料表面下压至总行程的40%，持续时间1.1秒，下压速度降至45毫米每秒，压边力提升至15兆帕，数据采集单元实时将压力传感器、温度传感器与应变片反馈的电信号传输至工艺策略层，工艺策略层依据材料机理层中存储的铝合金弹塑性响应物理模型，计算出板料各微区的等效应力与屈服状态，并据此将电信号转换为脉宽调制信号输出至各分区压边油缸的比例伺服阀，调制频率为2千赫兹，占空比依据板料径向流入阻力的实时反馈在30%至70%之间动态调整；

15、s402，在精成形段中，所述加工冲头从总行程的40%下压至总行程的85%，持续时间0.9秒，下压速度进一步降至20毫米每秒，分区压边力在板料四周呈梯度分布，角部区域压边力为18兆帕，直边区域压边力为12兆帕，电信号在此阶段引入相位调制，使角部区域的伺服阀响应超前直边区域15毫秒；

16、s403，在整个s40过程中，当布置于板料表面的应变片反馈的局部应变增速超过材料机理层预测值的15%时，系统在区域对应的压边油缸控制信号中叠加一个频率3千赫兹、幅值衰减20%的调制波，并将区域的下压速度同步降低20%，直至局部应变增速回落至预测值范围内。

17、进一步地，在s40中还包括升温补偿控制策略，当所述数据采集单元反馈板料温度低于240摄氏度时，工艺策略层判定当前热状态已偏离最佳成形温度窗口；系统将主成形段的下压速度从当前值自动降低20%，并同步将精成形段的压边力从12兆帕上调至14兆帕；电信号调制深度相应增加10%，即脉宽调制占空比的上限从70%提升至80%；模具加热棒的功率增加15%，通过模具的接触传热加速板料升温，直至温度传感器反馈板料温度回升至240摄氏度以上时恢复原设定参数链；

18、在s40中，还包括局部应变均衡调制策略，当所述数据采集单元反馈板料角部区域的等效塑性应变增速超出材料机理层预测值的15%时，系统识别应变增速超差区域的位置编号，将区域对应的分区压边油缸控制信号调整为滞后20毫秒输出；将区域对应压边力从18兆帕动态下调至15兆帕；将与区域相邻的直边区域对应压边力从12兆帕同步上调至14兆帕；系统持续监测区域应变片的反馈，当应变增速回落至预测值±5%以内时，将压边力与相位差恢复至原设定值。

19、在s40中，还包括起皱抑制调制策略，当所述数据采集单元反馈板料直边区域出现起皱倾向信号时，系统识别起皱倾向区域的位置编号，将区域对应的压边力从12兆帕上调至16兆帕；将相邻角部区域的压边力从18兆帕下调至16兆帕；电信号相位调制方向反转，使直边区域的伺服阀响应超前角部区域10毫秒；同步将下压速度从20毫米每秒降低至15毫米每秒，直至起皱倾向信号消失后恢复原设定参数。

20、进一步地，在s50中当所述模具型腔压力分布均匀且保压压力波动处于预设范围内时，采用恒压保压控制策略，具体为：所述加工冲头到达下死点后，系统切换至恒压闭环控制模式，保压压力设定为额定压力的85%；保压时间为3.5秒，通过比例伺服阀的闭环调节使实际压力波动控制在±0.5兆帕以内；保压期间，系统持续采集模具型腔的压力分布数据，并对保压压力执行闭环校正以消除塑性回弹的时变影响；保压结束时，系统记录全程压力-时间曲线并存储至数据库中。

21、在s50中还包括变压保压控制策略，当所述数据采集单元反馈所述回弹力数据值在保压期间出现增大趋势时，系统判定当前保压条件下板料内部的弹性储能未能有效释放；将保压压力在第一阶段从额定压力的85%提升至90%，持续1秒；随后将保压压力在第二阶段回落至额定压力的80%，持续1.5秒；最后将保压压力恢复至额定压力的85%，持续1秒，并全程记录压力-回弹力关系曲线。

22、在s50中还包括温控补偿保压策略，当所述数据采集单元反馈的板料温度在保压期间下降速率超过预设降温速率时，系统判定板料因散热过快而降低了应力松弛效率；模具加热棒的功率在当前基础上增加20%，使模具温度在10秒内回升至预设温度区间；保压压力同步降低至额定压力的80%，以匹配温度回升后板料软化效应所带来的承载能力变化；待温度传感器反馈板料温度恢复至目标区间后，恢复保压压力至额定压力的85%并继续完成剩余保压时间。

23、进一步地，在s60中当所述回弹力数据值小于预设回弹力阈值时，判定无需进行后热处理，具体为：所述加工冲头保持位置不变，直至冲压后板材恢复至室温；系统读取加工冲头表面压力传感器的回弹力数据，并将回弹力数据值与预设回弹力阈值进行比较，当回弹力数据值小于预设阈值时，判定不需要进行后热处理；控制加工冲头以20毫米每秒的速度复位至上死点；采集冲压完成后板材表面的图像数据，将图像数据输入至缺陷识别模型中，所述缺陷识别模型输出板材表面的缺陷类型与位置坐标，当判定板材合格时输出合格信号并将板材输送至下一工序，当判定板材存在缺陷时输出对应的缺陷类型信号与板材位置信号。

24、进一步地，在s60中还包括后热处理控制策略，当所述回弹力数据值大于或等于预设回弹力阈值时，系统判定当前回弹力说明板料内部残余应力水平较高；控制模具内置加热棒将模具温度升至180摄氏度，对成形件进行人工时效处理，保温时间为2小时；时效处理完成后，开启模具内的冷却水道，以20摄氏度每秒的冷却速率将板材冷却至室温；冷却完成后控制加工冲头复位，采集板材表面图像数据，对图像数据进行解析判断冲压板材是否合格，当判定板材合格时输出合格信号，当判定板材存在缺陷时反馈缺陷类型并更新材料机理层的模型参数。

25、本发明还提供一种基于铝单板智能冲压成型控制系统，用于实现所述的方法，系统包括：

26、板料信息采集与预处理模块，用于在冲压前获取待加工铝板的牌号、实际厚度、表面平整度与初始温度，将实测厚度与牌号信息输入处理单元，依据厚度与冲击力及下压速度的映射关系确定初始冲压参数，并在实测平整度超出预设平整度阈值时控制平行模具对板料进行预平整处理，同时通过复测平整度确保板料状态满足成形要求；

27、加热与模具温控模块，用于依据板料牌号与实测厚度设定加热温度和保温时间，对完成预处理的板料进行均匀加热，并通过布置于模具内部的加热棒阵列与冷却水道的协同控制将模具温度维持于预设区间，控温精度不超过正负五摄氏度，在板料达到目标温度后于预定时间内将其转移至冲压工位；

28、冲压行程分段驱动模块，用于驱动机械伺服压力机带动加工冲头按照接触下行段、预成形段、精成形段与保压整形段的顺序运行，在接触下行段以恒定速度与恒定电信号幅值完成空程下压，在预成形段与精成形段依据实时反馈调整下压速度与压边力，并在保压整形段切换至闭环压力控制模式；

29、动态电信号调制与应变能重塑模块，用于接收来自压力传感器、温度传感器与应变片的高频反馈信号，调用铝合金弹塑性响应物理模型实时计算板料各微区的屈服演化与硬化轨迹，生成包含幅值调制、脉宽调制、频率调制与相位差调制的动态电信号，通过比例伺服阀对各分区压边油缸及滑块驱动单元实施独立控制，从而主动改变板料在模具内的应变能分布并抑制局部过应变与失稳起皱；

30、保压整形与回弹力闭环控制模块，用于在加工冲头到达下死点后维持位置不变，根据保压期间模具型腔压力分布与回弹力变化趋势选用恒压保压、变压脉冲释放或温控补偿保压策略，在板料恢复室温后采集回弹力数据并与预设阈值比较，据此判断是否需要进行后热处理并输出相应的控制指令；

31、后热处理决策与质量评估模块，用于在判定需要进行后热处理时控制模具加热棒将模具升至后热处理温度并保温，随后以设定冷却速率降温，在判定无需后热处理时直接控制加工冲头复位，然后采集冲压完成后板材表面的图像数据，通过缺陷识别模型输出缺陷类型与位置坐标，合格品输出至下一工序，不合格品则将缺陷信息反馈至工艺策略层以更新控制参数。

32、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如所述方法的步骤。

33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

34、本发明的有益效果为：本发明将铝合金弹塑性响应机理、冲压过程电信号动态调制与层级化控制逻辑深度融合，通过冲压前对来料厚度、平整度与温度的实测解算实现初始参数的按需设定，通过冲压中对压力、温度与应变信号的实时采集和伺服阀电信号的幅值、脉宽、相位调制实现各分区压边力与滑块速度的协同重构，使板料应变能分布得以主动重塑，从而同步抑制了厚板角部集中变形、局部减薄与侧壁起皱，消除了起皱与开裂此消彼长的工艺妥协；同时保压整形阶段采用恒压或变压闭环控制并依据冲头回弹力自动决策后热处理，既充分释放弹性储能，又避免多余热处理工序，使回弹角有效收敛，复杂曲面件无需反复试模修面即能获得良好型面精度；此外，模具温度分区反馈与板料温度跌落自动补偿机制使连续生产中的热漂移不再依赖人工干预，批量换型与批次波动亦无需停线重设，提高了产品尺寸一致性与合格率，延长了模具使用寿命，实现了铝单板冲压从经验试错向自适应智能制造的有效转变。

35、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。