轨道交通用高强度抗冲击防松垫圈智能生产系统的制作方法

本发明属于紧固件智能制造，具体涉及一种轨道交通用高强度抗冲击防松垫圈智能生产系统。

背景技术：

1、轨道交通车辆在运行过程中，车体与转向架之间的连接部位长期承受高频振动和交变冲击载荷，用于紧固连接的垫圈容易出现松动、疲劳开裂等问题，进而影响行车安全。现有轨道交通用垫圈多采用单一金属材料经冲压、热处理和表面防腐处理制成，其防松结构通常为对称式锯齿或平面摩擦面，在双向振动载荷下防松可靠性不足。

2、在生产环节，现有垫圈生产线普遍存在以下不足：

3、其一，冲压成型过程仅按预设行程控制，缺乏对冲压载荷与位移关系的实时监测，当坯料厚度或材质出现批次波动时，成型后的垫圈尺寸一致性难以保证；

4、其二，热处理工序与表面强化工序相互独立，垫圈经淬火后需冷却至室温再进行表面处理，无法利用淬火余热实现协同强化，能源利用率和生产效率均有待提升；

5、其三，成品检测多采用人工抽检或单一视觉检测方式，难以同时覆盖表面缺陷与内部微裂纹，漏检率较高；

6、其四，工艺参数依赖人工经验设定，缺乏基于实测数据的闭环优化机制，不同批次之间的力学性能离散度较大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供轨道交通用高强度抗冲击防松垫圈智能生产系统，解决“现有轨道交通用垫圈生产线无法实现冲压过程的力-位移闭环监测、无法利用淬火余热进行协同表面强化、无法同时完成表面与内部缺陷的在线全检，以及工艺参数缺乏数据驱动的自适应优化能力，导致垫圈的抗冲击防松性能和批次一致性不足”的问题。

2、为达到以上目的，本发明提供一种轨道交通用高强度抗冲击防松垫圈智能生产系统，包括依次设置的成型单元、热处理单元、表面处理单元和在线检测单元，以及与各单元通信连接的智能控制单元，其中：

3、所述成型单元包括伺服压力机和设置于伺服压力机上的力-位移同步采集模块，所述力-位移同步采集模块用于在冲压过程中实时采集冲压力与冲压位移的对应关系曲线；

4、所述热处理单元包括感应淬火装置和激光冲击强化装置，所述激光冲击强化装置设置于感应淬火装置的出料侧，用于在垫圈淬火后余热状态下对垫圈工作面进行激光冲击；

5、所述在线检测单元包括机器视觉检测模块和涡流检测模块，所述机器视觉检测模块用于采集垫圈表面图像并识别表面缺陷，所述涡流检测模块用于检测垫圈内部缺陷；

6、所述智能控制单元内置数字孪生模型和工艺参数自适应优化模块，其中：

7、所述数字孪生模型预先存储有标准力-位移曲线、标准热处理温度区间和标准检测参数区间，所述数字孪生模型将力-位移同步采集模块采集的实时力-位移曲线与标准力-位移曲线进行逐点比对以计算曲线偏差量，将机器视觉检测模块和涡流检测模块的检测结果分别与标准检测参数区间比对以判定质量等级，并将所述曲线偏差量和质量等级作为输入传递给工艺参数自适应优化模块；

8、所述工艺参数自适应优化模块以垫圈的硬度、残余压应力和缺陷率为优化目标，基于历史批次的冲压保压时间、淬火温度和激光能量密度数据构建代理模型，通过采集函数在参数空间中搜索使所述优化目标最优的下一批次工艺参数组合，并将搜索得到的冲压保压时间修正值、淬火温度修正值和激光能量密度修正值分别输出至成型单元、热处理单元。所述工艺参数自适应优化模块的代理模型为高斯过程回归模型，所述采集函数为期望提升函数或置信上界函数。

9、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述成型单元还包括双层复合上料机构，所述双层复合上料机构用于将外层金属坯料和内层金属坯料叠合后送入伺服压力机，所述外层金属坯料为马氏体不锈钢板材，所述内层金属坯料为铜基合金板材，冲压后两层坯料通过扩散焊结合为一体。

10、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述伺服压力机的模具上设有非对称锯齿成型齿面，所述非对称锯齿成型齿面的锯齿倾角沿周向从第一角度渐变至第二角度，以使冲压成型后的垫圈上下表面形成单向防松锯齿纹理。

11、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述感应淬火装置包括感应线圈和红外测温探头，其中：

12、所述红外测温探头用于实时检测垫圈淬火温度并反馈至智能控制单元；

13、所述激光冲击强化装置包括脉冲激光器和约束层施加机构，所述约束层施加机构用于在激光冲击前在垫圈表面涂覆透明约束层，所述智能控制单元根据红外测温探头检测的淬火余热温度调节脉冲激光器的能量密度。

14、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述在线检测单元还包括旋转载物台，所述旋转载物台用于承载垫圈并使其绕自身轴线旋转，所述机器视觉检测模块和涡流检测模块分别设置于旋转载物台的上方和侧方，以在垫圈旋转过程中完成全周向检测。

15、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，还包括激光打标单元，所述激光打标单元设置于在线检测单元的出料侧，用于在每个垫圈上雕刻唯一识别码，所述唯一识别码与该垫圈的工艺参数曲线和检测结果关联存储于智能控制单元的数据库中。

16、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述表面处理单元包括磷化处理槽和电泳涂装槽，所述磷化处理槽用于在垫圈表面形成磷化膜，所述电泳涂装槽用于在磷化膜表面形成防腐涂层，所述表面处理单元与智能控制单元通信连接，由智能控制单元根据在线检测单元的质量分级结果调整电泳涂装的电压和时间。

17、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述智能控制单元还包括异常预警模块，所述异常预警模块将当前批次的力-位移曲线与数字孪生模型中的标准力-位移曲线进行实时比对，当偏差超过预设阈值时发出预警信号并暂停成型单元运行。

18、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，系统的工作流程为：

19、s1、将外层马氏体不锈钢坯料与内层铜基合金坯料叠合送入伺服压力机，在冲压过程中实时采集力-位移曲线并与数字孪生模型的标准曲线比对，动态调整冲压保压时间；

20、s2、将冲压成型后的垫圈送入感应淬火装置进行淬火，利用红外测温探头实时检测淬火温度，在垫圈淬火后余热状态下通过激光冲击强化装置对垫圈工作面进行激光冲击；

21、s3、将热处理后的垫圈依次进行磷化处理和电泳涂装；

22、s4、通过旋转载物台带动垫圈旋转，利用机器视觉检测模块和涡流检测模块分别对垫圈的表面缺陷和内部缺陷进行全周向检测；

23、s5、根据检测结果对垫圈进行质量分级，由工艺参数自适应优化模块以硬度、残余压应力和缺陷率为优化目标，基于历史批次数据构建代理模型并通过采集函数搜索最优参数组合，自动修正下一批次的冲压保压时间、淬火温度和激光能量密度参数；

24、s6、在合格垫圈表面雕刻唯一识别码，将该垫圈的工艺参数曲线与检测结果关联存储。

25、本发明的有益效果在于：

26、第一，本技术通过在成型单元设置力-位移同步采集模块，并将采集曲线与数字孪生模型中的标准力-位移曲线逐点比对计算偏差量，能够在冲压过程中动态调整保压时间，有利于降低坯料批次波动对成型尺寸的影响，提高垫圈尺寸一致性。

27、第二，本技术将激光冲击强化装置设置于感应淬火装置出料侧，在垫圈淬火后余热状态下进行激光冲击，数字孪生模型根据标准热处理温度区间对余热温度进行判定，智能控制单元据此调节激光能量密度，能够在不额外增加加热能耗的前提下提升垫圈表面残余压应力和抗疲劳性能，该协同强化方式有利于提高能源利用率和生产效率。

28、第三，本技术采用机器视觉检测模块与涡流检测模块相结合，并通过旋转载物台实现全周向检测，数字孪生模型将双模态检测结果与标准检测参数区间比对以判定质量等级，能够同时覆盖表面缺陷与内部微裂纹，有利于降低漏检率。

29、第四，本技术通过工艺参数自适应优化模块，以硬度、残余压应力和缺陷率为多目标，基于历史批次数据构建代理模型并通过采集函数在参数空间中搜索最优工艺参数组合，将修正值分别输出至对应单元，有利于减少对人工经验的依赖，缩小不同批次之间的力学性能离散度。

30、第五，本技术通过双层复合结构与非对称单向锯齿纹理的结合，外层马氏体不锈钢提供高硬度抗冲击能力，内层铜基合金提供阻尼吸振能力，非对称锯齿在振动载荷下产生单向自锁效应，有利于提升垫圈在轨道交通高频振动工况下的防松可靠性。