声发射在精冲模具崩刃在线检测中的应用
(华中科技大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074）
摘要：经过对精冲企业的详细调研发现，在精冲过程中模具冲头主要失效形式为断裂和崩刃，其中模具冲头崩刃难以检测，造成成品率下降并且阻碍了高速精冲生产线的全自动化。通过多次实验，探索性地提出利用声发射信号检测技术在精冲模具生产线上实施在线检测，主要介绍了声发射信号产生的基本原理和其常见的分析方法以及模具冲头崩刃的发生机理，深入分析了金属板材冲压过程的声发信号。通过识别冲压过程中的AE信号，探究基于声发射系统在模具崩刃在线检测中的可行性。
关键词：模具崩刃；声发射检测；信号分析；
中图分类号：TG 115.28 文献标志码：A
引言
精冲生产线上的模具冲头发生崩刃是其常见的损坏形式之一[1]，其在线检测一直以来都是一个阻碍精冲生产线实现进一步自动化的难题，在此提出利用声发射信号分析原理来完成对模具崩刃的在线检测。冲头崩刃的主要原因是模具在冲压过程中冲头受力情况较差，作用在其边缘的载荷大而集中，冲头工作时其受压应力，卸件时受拉应力，在交变应力的反复作用下，冲头很容易发生崩刃[1]；在冲压的过程中，金属板材内部发生结构断裂和组织破坏，在这个过程中晶格需要释放应变能，一部分应变能将以弹性波的形式释放出去，从而产生了声发射现象。而且考虑到模具冲压是一个不断重复的过程，如果模具不发生崩刃，那么理论上在这整个过程中的金属板材的声发射参数会呈现出相同的规律。如果能获取主要参数，并弄清楚各参数的变化规律，便可以以此为依据捕捉冲头崩刃的异常声发信号，进而完成对模具冲头崩刃的检测，为此提出了基于声发射的模具崩刃在线检测方法。
本文利用声发射采集装置对实际精冲模具生产过程进行检测实验，并对实验结果进行详细分析，在崩刃检测方面做了些尝试和探索，为日后专家检测系统的研发提供参考。
本文利用北京声华公司提供的SAEU2S-2通道USB声发射仪器对实际运作的精冲过程进行实时检测。冲裁的板料为45号钢，表面磨削加工，钢板尺寸为表面粗糙度为20。由于实验材料为金属型板材结构，确定采用双通道即两个传感器，分布在模具上模的前后两侧，按照图3所示布置传感器。考虑到声发信号在传播过程中的可能出现的变异性，在对声发射传感器安置前需要对传感器的安装部位进行表面打磨去除油漆、氧化皮或油垢等，在传感器接触面上涂抹适量耦合剂，按压传感器使之与被检物体表面接触，通过磁铁安装和固定。
4 结论
声发射信号检测在金属无损检测领域已有相当广泛的应用，但是对于模具崩刃在线检测理论，至今很少有文献涉及到此类研究。本文探索性的提出了利用声发射理论来对精冲生产线的冲压过程声发实施在线检测，通过分析正常冲压过程中中的的声发射信号，发现撞击数呈现出的明显规律，建立起金属板材冲压过程声发射信号撞击数数学模型，从而可以利用此模型在线监测精冲模具的冲压过程，对模具坏损情况进行预测。但是由于实际精冲模具生产线条件的复杂性对检测过程造成干扰，因此如何很好地排除实际生产线上的外界干扰，获取有效地声发信号将成为此项研究的的重点。在此论述了信号在冲压过程中的变化规律以及金属声发射信号的分析处理方法，对进一步完善声发模具检测原理和声发技术在金属无损检测领域中的应用有一定的指导性作用。
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The application of the acoustic emission in the online detection of fine blanking mold chipping
PAN Zhi-peng, CHEN-Peng, CAO Chuan-liang, ZHANG Xiang-lin
( School of material science and engineering, Huazhong University of Science and technology, Wuhan 430074, P.R.China)
Abstract: Tremendous researches on the the fine molding process in certain enterprises indicate that mold chipping is one of the most common forms of mold failures, while this kind of mold failure is especially difficult to detect which will result in yield decline and hindered fully automated process in high-speed production line. Here we explored the applicability of the acoustic emission based detection technology in fine mold production line ; introduced the basic theories of the generation of acoustic emission in sheet metal, the method of how to analyze the signal and the mold chipping mechanism; an in-depth analysis of acoustic emission in the metal sheet stamping process, tried to validate the feasibility of the acoustic emission based detecting technology in the online mold chipping.
Key words: mold chipping; acoustic emission detection ; signal analysis
