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附表4
開題報告
課題名稱
摩托車輪轂液態(tài)模鍛液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計
課題來源
指導(dǎo)教師
職稱
學(xué)生姓名
學(xué)號
專業(yè)/班級
一、研究的背景、目的和意義
1、研究的背景
液態(tài)模鍛是一種少切削或無切削的精密成型新工藝，將液態(tài)金屬直接澆入金屬模內(nèi)，然后以一定壓力作用其上使之成型，從而獲得所需毛坯或零件。此工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、節(jié)能、環(huán)保及價廉等優(yōu)點，是目前汽車、摩托車輪轂生產(chǎn)的主要技術(shù)方法。近幾年來，國內(nèi)外對此工藝的研究和應(yīng)用有新的突破和進展。
2、研究的目的
國外已應(yīng)用多年，但國內(nèi)應(yīng)用廠家并不多，規(guī)格和數(shù)量也有限。目前的市場經(jīng)濟促使更多的企業(yè)家關(guān)心和大膽采用新技術(shù)，使生產(chǎn)出來的金屬制品不僅質(zhì)輕耐用，而且價格低廉，以擁有市場的競爭力。這就為液態(tài)模鍛的應(yīng)用和發(fā)展提供了一個良好的外部環(huán)境，使它有機遇參加市場競爭，對某些采用鑄造工藝而難以滿足使用性能，采用鍛造工藝而又因形狀復(fù)雜，成形困難的特定產(chǎn)品,改用液態(tài)模鍛工藝可能是一種上策。
3、研究的意義
便于實現(xiàn)機械化、自動化、可大大減輕人的勞動強度，改善車間的生產(chǎn)環(huán)境。 液態(tài)模鍛技術(shù)作為一項材料成型工藝，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航天、航空、軍工、民品等方面。就其液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用結(jié)果來看，它無疑是一種極有用的先進工藝?？梢灶A(yù)見，在未來的制造業(yè)發(fā)展中，液態(tài)模鍛作為一種有特色的先進制造技術(shù)將在制造業(yè)中占據(jù)重要的一席，因此具有很好的社會意義。液壓模鍛是模鍛和鑄鍛相結(jié)合的一種省力、節(jié)能、材料利用率高的先進工藝。液壓模鍛一般接近工件最終的加工尺寸，鑄造成本低，可制件復(fù)雜，產(chǎn)品的晶粒細(xì)密，組織均勻，力學(xué)性能好，成型精度高，因而為越來越多的國家的學(xué)者和廠家所接受和應(yīng)用，因此我覺得液態(tài)模鍛具有一定的經(jīng)濟意義。
二、國內(nèi)外文獻綜述
1、液態(tài)模鍛的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢和應(yīng)用
劉振偉，李湛偉在其文中液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[4]指出日本在液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展方面，無論是產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)發(fā)展水平和應(yīng)用上來說都走在世界的前列。在20世紀(jì)80年代，日本宇部公司就成功開發(fā)了HVSC 和VSC系列擠壓鑄造機，使液態(tài)模鍛工藝在日本及歐美得到迅速的發(fā)展。該公司的擠壓鑄造機不僅可以進行半固態(tài)擠壓鑄造，而且擠壓鑄造過程由計算機編程，并進行精確控制和重要工藝參數(shù)顯示，確保生產(chǎn)過程全自動進行。日本在液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展方面，無論是產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)發(fā)展水平和應(yīng)用上來說都是走在世界的前列。近年來日本開發(fā)生產(chǎn)的液態(tài)模鍛新產(chǎn)品主要有：日本宇部公司等用VSC630擠壓鑄造機為日本日產(chǎn)汽車公司和馬自達汽車公司生產(chǎn)了A356合金的重要受力件——汽車轉(zhuǎn)向節(jié)，用HVSC800機生產(chǎn)了質(zhì)量為2.7kg的A356合金的下杠桿，以及要求精確成型并要求耐磨、耐壓的汽車空調(diào)壓縮機渦旋盤，用VSC1800擠壓鑄造機生產(chǎn)了特大型件——汽車橫梁等。
歐美各國，由于其高品質(zhì)壓鑄設(shè)備和鍛壓設(shè)備比較強，過去對液態(tài)模鍛的發(fā)展相對不夠重視，但近年來有明顯改變。大部分的壓鑄機生產(chǎn)廠家在普通臥式壓鑄機上推出液態(tài)模鍛新技術(shù)。例如瑞士布勒公司率先在臥式壓鑄機上實現(xiàn)擠壓鑄造。其特點是通過低速充型、 實時控制的方法，避免氣體的卷入。用加大內(nèi)澆道和控制模具溫度等方法對液態(tài)金屬實施擠壓。與此同時，瑞士布勒公司又開發(fā)了新一代實時壓射控制機構(gòu)，能對速度和最終壓力曲線進行編程，以適合壓鑄零件的幾何形狀，實時控制質(zhì)量。
在我國，液態(tài)模鍛的技術(shù)理論水平及所開發(fā)產(chǎn)品的品種等方面，與一些先進國家水平是相當(dāng)?shù)摹５牵覈鴶D壓鑄造的生產(chǎn)批量、鑄件的質(zhì)量檔次與日、美等國還有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｆ渲凶铌P(guān)鍵的是液態(tài)模鍛設(shè)備的差距。 國內(nèi)從事液態(tài)模鍛的企業(yè)多半使用普通液壓機生產(chǎn)擠壓鑄件，其中設(shè)備的不穩(wěn)定性對擠壓鑄件質(zhì)量影響比較大；由于擠壓鑄造模具一直處在較高溫度下工作，會造成擠壓鑄造機油溫升高，粘度降低，導(dǎo)致設(shè)備油路系統(tǒng)內(nèi)漏，性能不穩(wěn)定。生產(chǎn)中往往還會造成一些假象，如壓力表上的壓力顯示正常，但實際壓力遠遠沒能達到規(guī)定要求。另外操作者憑經(jīng)驗來控制某些參數(shù)，這樣就很難保證制件質(zhì)量的一致性。最終導(dǎo)致產(chǎn)品的廢品率很高，甚至造成成批不合格。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的工藝、新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。作為鑄、鍛結(jié)合的先進的液態(tài)模鍛技術(shù)，也要面對更多的技術(shù)要求和市場的激烈競爭，對此液態(tài)模鍛技術(shù)也相應(yīng)的要繼續(xù)完善和發(fā)展。
陶海，趙曉舉，黃有成在其文中液態(tài)模鍛的應(yīng)用和發(fā)展[5]指出有色金屬液鍛首先是在車輛發(fā)動機用的鋁合金活塞上。采用液鍛工藝生產(chǎn)的鋁合金活塞克服了鑄造活塞內(nèi)部的疏松等缺陷,也克服了模鍛活塞所需的重型設(shè)備，且縮短了加工周期,提高了金屬材料利用率。因而,液鍛技術(shù)在有色金屬的生產(chǎn)中逐漸被應(yīng)用。鋼質(zhì)液鍛技術(shù)國外研究的比較早，在20世紀(jì)50年代便已有部分零件用于生產(chǎn)。對于鋼質(zhì)零件液鍛工藝而言,因鋼質(zhì)液鍛件的質(zhì)量比砂型鑄件好,且內(nèi)部組織致密,表面質(zhì)量接近鍛件水平，并能獲得較好的經(jīng)濟效益。就目前來說,鋼質(zhì)液鍛零件限于一些較為簡單的金屬鑄型零件如螺母、輪盤、端蓋、法蘭盤等,這是因為鋼質(zhì)液鍛的要求較有色金屬液鍛要高得多。
目前，影響我國液態(tài)模鍛發(fā)展的最大因素仍然是，液態(tài)模鍛設(shè)備性能滿足不了液態(tài)模鍛工藝的要求。由于我國尚未開發(fā)出適合液態(tài)模鍛工藝要求的專用或通用擠壓鑄造機，在一定程度上制約了液態(tài)模鍛技術(shù)的發(fā)展，影響先進工藝技術(shù)的實施。而現(xiàn)在國內(nèi)工作的一百多臺液態(tài)模鍛設(shè)備中，近 80%的只是經(jīng)改裝的通用油壓機，進口的先進設(shè)備只有十幾臺， 因而在生產(chǎn)效率，產(chǎn)品檔次有較大差距。另外，擠壓鑄件的生產(chǎn)成本也明顯高于壓鑄件。
發(fā)展我國液態(tài)模鍛產(chǎn)業(yè)的最關(guān)鍵問題是，應(yīng)盡快開發(fā)和生產(chǎn)自己的高效、低價位擠壓鑄造機系列。由于國外的擠壓鑄造機都是有專利的，價格昂貴，大型的又不外賣，因此，我們的擠壓鑄造機開發(fā)還是應(yīng)走我們自己的路。
液鍛技術(shù)是一項新的金屬成形工藝。但發(fā)展較快,已成功地用于汽車、摩托車制造業(yè)、航空及五金工具等行業(yè)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)者除繼續(xù)推廣液鍛應(yīng)用,深入研究液鍛機理,發(fā)展專用設(shè)備和定量澆注用具及模具材料和結(jié)構(gòu)的研究外，對液鍛的力學(xué)成形理論、模具熱應(yīng)力分析、強韌化材料機理、液鍛凝固速度的測試及液態(tài)模鍛縮孔的計算機模擬研究都做了研究,取得了一定的成效。
2、液態(tài)模鍛液壓機的研究開發(fā)與設(shè)計
李艷在其文中液態(tài)模鍛液壓機的研究開發(fā)與設(shè)計[2]指出液態(tài)模鍛液壓機采用四柱式
結(jié)構(gòu)有本機器由主機及控制機構(gòu)兩大部分組成如圖1。
圖1 液態(tài)模鍛液壓機的結(jié)構(gòu)示意圖
1—充液系統(tǒng)；2—鎖緊螺母；3—上橫梁；4—主液壓缸；5—調(diào)整螺母；6—滑塊；7—打料機構(gòu)；8—立柱；9—滑塊控制機構(gòu)；10—液壓站；11—按鈕站；12—工作臺；13—頂出液壓缸；14—頂出缸控制機構(gòu)
主機由上梁、工作臺、滑塊、立柱、調(diào)整螺母、鎖緊螺母、打料機構(gòu)、主缸、頂出缸等組成，機器精度由調(diào)整螺母及緊固于上梁上端的鎖緊螺母來調(diào)整，滑塊依靠四立柱導(dǎo)向上下運動有打料機構(gòu)由打料桿、導(dǎo)套、彈簧等組成，打料桿打料后靠彈簧力自動復(fù)位，打料最大行程。
圖2 液壓系統(tǒng)原理圖
液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示，工作過程如下。
工作循環(huán)過程：主缸（滑塊）快速下行→主缸（滑塊）慢速下行加壓→主缸（滑塊）保壓延時→頂出缸頂出→頂出缸保壓延時→頂出缸釋壓→主缸釋壓回程→頂出缸頂出→取料餅→頂出缸退回→滑塊下降鉤扣下模→回程打料
機器的技術(shù)特點如下
(1)本機液壓系統(tǒng)采用國內(nèi)先進的插裝閥集成控制系統(tǒng)，電氣控制采用“PLC” 控制技術(shù)，對成形周期中的每個階段均能進行有程序的控制，可實現(xiàn)調(diào)整和半自動兩種操作方式。
(2)本機工作壓力、快下速度、滑塊行程 、頂出力、頂出速度和頂出行程均可根據(jù)工藝需要進行調(diào)整，并且主缸和頂出缸均具有保壓功能, 保壓時間可調(diào)，可確保制品質(zhì)量，提高成品率。
(3)本機具有自動打料機構(gòu)，頂出缸活塞桿防轉(zhuǎn)機構(gòu),獨立的油液冷卻過濾裝置，頂出活塞冷卻裝置。
(4)頂出缸采用10YCY14 -1B柱塞泵開泵保壓,保證了保壓精度,確保制件成形質(zhì)量。
3、液壓系統(tǒng)故障診斷方法
范士娟，楊超在其文中液壓系統(tǒng)故障診斷方法綜述[11]指出液壓系統(tǒng)是機、電、液耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，其故障也是復(fù)雜的問題。在傳統(tǒng)診斷技術(shù)的基礎(chǔ)上，人們把液壓控制理論、信息理論和電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及識別技術(shù)等進行結(jié)合并應(yīng)用于液壓系統(tǒng)，形成了很多新的液壓故障診斷方法。作者將液壓系統(tǒng)故障診斷方法歸為三大類:主觀診斷法、基于數(shù)學(xué)模型與信息處理診斷法和智能診斷法。
（1） 主觀診斷法
主觀診斷法是設(shè)備維修部門普遍采用的方法，主要是依靠人的感官和簡單的診斷儀器，憑借領(lǐng)域?qū)＜业膶嵺`經(jīng)驗，判斷產(chǎn)生故障的部位和原因，并提出相應(yīng)的排除方法。主觀診斷法主要包括感官診斷法、邏輯逼近分析法、參數(shù)測量比較法、方框圖分析法、魚刺圖分析法等。
（2） 基于數(shù)學(xué)模型與信息處理的診斷法
基于數(shù)學(xué)模型與信息處理的診斷法隨著診斷理論、傳感器技術(shù)的發(fā)展, 其它領(lǐng)域成熟的診斷方法也很快在液壓領(lǐng)域中得到應(yīng)用，逐步形成了基于數(shù)學(xué)模型與信息處理的診斷法。這種診斷方法是用一定的數(shù)學(xué)手段描述系統(tǒng)某些可測量特征量在幅值、相位、頻率及相關(guān)性上與故障源之間的聯(lián)系，通過測量、分析/處理這些可測量特征量的信號，來判斷故障源所在。基于數(shù)學(xué)模型與信息處理的故障診斷方法通常有狀態(tài)估計方法、參數(shù)估計方法、時域分析法、頻域分析法、時頻域分析法、多傳感器信息融合法等。
（3）智能診斷法
液壓故障的多樣性、突發(fā)性、成因的復(fù)雜性和進行故障診斷所需要的知識對領(lǐng)域?qū)＜覍嵺`經(jīng)驗和診斷策略的依賴，使研制智能化的液壓故障診斷系統(tǒng)成為當(dāng)前的趨勢。智能診斷技術(shù)在知識層次上實現(xiàn)了辨證邏輯與數(shù)理邏輯的集成、符號邏輯與數(shù)值處理的統(tǒng)一、推理過程與算法過程的統(tǒng)一、知識庫與數(shù)據(jù)庫的交互等功能,為構(gòu)建智能化的液壓故障診斷系統(tǒng)提供了堅實的基礎(chǔ)。目前基于智能技術(shù)的故障診斷法主要有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷法、 基于專家系統(tǒng)的診斷法、基于模糊邏輯的診斷法、基于故障樹分析的診斷法和基于實例推理的診斷法等。
（4）液壓系統(tǒng)故障診斷方法的綜合應(yīng)用
任何一種診斷方法，不論多么先進，總存在一定的局限性;所以,在實際應(yīng)用中，為了保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，往往是通過綜合運用多種方法來對液壓系統(tǒng)的故障進行診斷。
4、結(jié)束語
液態(tài)模鍛液壓機是一種新型的鍛壓設(shè)備，具有很大的發(fā)展前途和廣泛的市場需求。該機質(zhì)量穩(wěn)定,性能可靠，功能齊全,使用方便，深受廣大用戶的歡迎。隨著理論和應(yīng)用研究的不斷完善和發(fā)展，液態(tài)模鍛技術(shù)在理論探索方面將會更加深入和完善，對有色金屬、高溫合金和復(fù)合材料成型將會起到越來越重要的作用。液態(tài)模鍛技術(shù)作為一項材料成型工藝，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航天、航空、軍工、民品等方面。就其液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用結(jié)果來看，它無疑是一種極有用的先進工藝?？梢灶A(yù)見，在未來的制造業(yè)發(fā)展中，液態(tài)模鍛作為一種有特色的先進制造技術(shù)將在制造業(yè)中占據(jù)重要的一席。
液壓系統(tǒng)故障具有隱蔽性、復(fù)雜性、隨機性、模糊性及分散性等特點,盡管國內(nèi)外學(xué)者對液壓系統(tǒng)故障診斷進行了深入廣泛的研究，但實際診斷過程中仍面臨許多問題。隨著相關(guān)學(xué)科的新技術(shù)、新理論的不斷引入和融合，結(jié)合傳統(tǒng)診斷方法，探索和發(fā)展更多的智能診斷 技術(shù)，液壓系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)必將得到進一步完善和發(fā)展。將多種智能診斷方法相互融合，相互取長補短，并結(jié)合與多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等技術(shù)，對液壓系統(tǒng)故障進行綜合評判和診斷，將是今后液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)發(fā)展的趨勢。
三、研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方法
1、主要內(nèi)容
（1）液態(tài)模鍛液壓機總體方案設(shè)計
（2）液態(tài)模鍛液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計
2、研究方法
（1）明確系統(tǒng)設(shè)計要求
主機的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運動速度的大小及其范圍；液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求，各動作的同步要求及同步精度；對液壓系統(tǒng)工作性能、工作效率、自動化程度等方面的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件；其他方面的要求 。
（2） 分析系統(tǒng)工況，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)
分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)。
（3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖
確定系統(tǒng)類型，選擇液壓回路和集成液壓系統(tǒng)。
（4） 選擇液壓元件
液壓泵的選擇；閥類元件的選擇；油管；油箱。
（5）液壓系統(tǒng)的性能驗算
回路液壓損失驗算；發(fā)熱溫升驗算；沖擊消振驗算；動態(tài)性能驗算。
（6）繪制工件圖，編制技術(shù)文件。
四、研究進度安排
第1—2周（2月29日—3月14日） 上交開題報告，組織開題答辯；
第3周（3月15日—3月21日） 明確系統(tǒng)設(shè)計要求；
第4周（3月22日—3月28日) 分析系統(tǒng)工況，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
第5—6周（3月29日—4月11日） 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
第7周（4月12日—4月18日） 選擇液壓元件；
第8周（4月19日—4月25日） 液壓系統(tǒng)的性能驗算；
第9周（4月26日—5月2日） 中期檢查，填寫中期檢查表；
第10-11周（5月3日—5月16日） 繪制工件圖，編制技術(shù)文件
第12—13周（5月17日—5月26日） 完成畢業(yè)設(shè)計初稿；
第14周（5月27日—6月2日） 完成畢業(yè)設(shè)計終稿；
第15周（6月3日—6月8日） 指導(dǎo)老師和評閱老師評審論文。
五、主要參考文獻
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日
院（部）領(lǐng)導(dǎo)審核意見：
學(xué)院負(fù)責(zé)人簽字：
學(xué)院蓋章：
年 月 日
課題來源：1.科 (教) 研項目；2.實驗；3.生產(chǎn)實習(xí)；4.工程實踐；5.社會調(diào)查；6.其它