仿古琉璃瓦

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    仿古琉璃瓦基于虚拟现实冷弯成型系统研究

    仿古琉璃瓦因其外形美观、结构轻巧和使用寿命长等优点广泛用于建筑行业领域,其一般采用具有节能、省料和高效优点的冷弯成型方法进行生产。目前琉璃瓦加工中经常出现裂纹和回弹过大等质量缺陷、工件尺寸精度较低、机床设计周期长和调试修改繁琐等问题,因此,琉璃瓦的推广使用受到了限制。

仿古琉璃瓦基于虚拟现实冷弯成型系统研究


    为解决生产中存在的上述问题,本文设计并开发出琉璃瓦成型的轧辊机构和控制系统,通过虚机实电调试和实验验证,提高了琉璃瓦的成型精度和尺寸精度,缩短设计周期,无论是为进一步研究冷弯成型机理、提高企业生产率,还是使用虚拟现实方法提高冷弯成型系统设计效率,都是具有较高的实际意义和应用价值。本文首先分析了琉璃瓦冷弯成型中出现裂纹、回弹、边波等质量缺陷的原因,包括材料应变超过许用应变、弹塑性变形和边部应变变化剧烈等。根据琉璃瓦几何和材料特性,研究了道次数、过弯角度和成型角度分配等因素对琉璃瓦成型精度的影响,并结合出现质量缺陷的原因,设计了轧辊机构及冲压机构。运用 Abaqus仿真软件对轧辊成型和冲压成型进行了有限元分析,探索了琉璃瓦波形不对称和回弹过大的规律,并通过加入导入轮和增大过弯角度,提高了琉璃瓦的成型精度。其次,分别分析了电机加减速距离、冲压和剪切误差的累积和刀模距离等因素对琉璃瓦尺寸误差的影响,找出了二级制动和调整刀模距离等方法来提高琉璃瓦的尺寸精度,根据琉璃瓦的加工过程设计了控制系统。通过完成搭建控制系统实验台和建立琉璃瓦冷弯成型机床的三维模型,实现了虚机实电系统的建立,利用 Matlab、ADAMS 和 PLC 的联合调试,实现了实物实验台对虚拟机床的琉璃瓦加工过程仿真,分别研究了二级制动和刀模距离对提高尺寸精度的作用,确定高、低速制动距离和刀模距离的调整方法等,缩短调试周期,提高设计效率。

仿古琉璃瓦基于虚拟现实冷弯成型系统研究


    最后进行琉璃瓦加工实验验证。通过在虚机实电仿真得到的轧辊方案和控制系统方案的琉璃瓦冷弯成型机床上加工琉璃瓦实验,分析加工后琉璃瓦是否出现裂纹、回弹过大和边波等质量缺陷,并与有限元仿真结果对比,验证轧辊成型方案成型精度;分析二级制动实验和刀模距离调整对比实验琉璃瓦尺寸误差,并与虚机实电仿真结果对比,验证控制系统保证工件尺寸精度的可行性;通过分析调试的繁简程度,并与传统调试方法对比,验证虚拟现实方法提高设计效率的作用。

    本课题的意义在于研究目前市场上主流冷弯成型系统,探索板带轧辊成型规律,优化控制系统方案,减少产品质量缺陷,降低尺寸误差,提高琉璃瓦的成型度和尺寸精度,缩短设计周期和降低调试繁琐程度。这不但可以进一步研究材料冷弯成型机理,探索冷弯成型规律,帮助企业提高生产率、减少成本,还为琉璃瓦冷弯成型系统研究提供虚拟现实的新方法,缩短设计周期,提高设计效率。因此,对目前冷弯成型系统的研究具有深远意义。

    本课题的主要研究内容是针对上述生产过程中存在的质量缺陷严重、尺寸误差较大和设计周期长的三类问题,分析其产生原因,从轧辊设计、控制系统设计和虚机实电联合调试三方面提出相应的解决策略,分别提高产品的成型精度和尺寸精度,缩短设计周期,并进行实验验证。具体研究内容如下:

    (1)琉璃瓦冷弯成型轧辊工艺系统的研究:针对琉璃瓦加工后出现的裂纹、回弹过大等质量缺陷,分析成型工艺存在的缺陷,分析道次数、过弯角度和角度分配方案对琉璃瓦成型精度的影响,根据琉璃瓦的材料和几何特性,设计出轧辊机构、冲压机构等。利用 Abaqus 有限元仿真软件对材料成型过程进行仿真,研究琉璃瓦的冷弯成型规律,优化轧辊成型工艺,提高琉璃瓦的成型精度。

    (2)琉璃瓦冷弯控制系统设计与虚拟现实调试:分析琉璃瓦产生尺寸误差的原因,从控制策略和机床结构调整两方面找出相应的解决方案,并设计出琉璃瓦控制系统,编写 PLC 和触摸屏程序。运用虚拟现实技术,通过搭建控制系统控制台和完成琉璃瓦冷弯成型机床三维模型的建立,建立虚机实电系统,通过Mtlab/Simulnk 实现控制台对 ADAMS 虚拟机床的虚机实电仿真,确定控制系统参数和调试方法,提高琉璃瓦的尺寸精度,使得琉璃瓦长度方向的尺寸误差小于1mm,为实际机床确定调试方案,缩短调试周期。

仿古琉璃瓦基于虚拟现实冷弯成型系统研究


    (3)琉璃瓦冷弯成型系统实验验证:将虚机实电系统的轧辊成型方案和控制系统方案应用于实际琉璃瓦冷弯成型机床中,通过实际加工琉璃瓦,分析加工后琉璃瓦波形有无裂纹、边角和波峰角的误差,并与有限元仿真结果对比,验证轧辊成型方案设计的合理性;分析加工后琉璃瓦的尺寸误差,并与运动学仿真结果对比,验证控制系统保证工件尺寸精度的可行性;通过分析调试的难易程度,验证虚拟现实方法提高设计效率的能力。



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