基于HHT的内螺纹冷挤压成形过程振动信号的研究.pdf

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1、1O02012年l2月中国制造业信息化第41卷第23期基于HHT的内螺纹冷挤压成形过程振动信号的研究史大彬，黎向锋，左敦稳，黄小龙，邱佳斌(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：提出了内螺纹冷挤压振动信号的时频分析新方法：Hilbe~一Huang变换。将内螺纹冷挤压振动信号分成了开机未挤压、挤压、挤压与校正、校正阶段，对4个阶段的信号进行了EMD分解，并对分解结果做了Hilbea变换，得到Hilben谱和边际谱。分析结果表明，在内螺纹冷挤压过程中，由于丝锥与工件间产生了高频摩擦，高频成分在挤压阶段出现，并在之后的过程中高频能量出现变化，揭示了内螺纹冷

2、挤压过程中高频摩擦的变化规律。关键词：内螺纹；冷挤压成形；振动信号；Hilbe~～Huang变换中图分类号：TG37文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)23—0100—05内螺纹冷挤压成形不同于传统的切削攻丝，是1实验材料与方法以金属的塑性成形原理为基础，利用挤压丝锥锥部1．1实验材料棱齿对预制底孔的工件金属进行多次挤压，挤压后本实验采用2A12硬铝合金，其抗拉强度为的工件组织的塑性变形能够改善内螺纹的组织结460MPa，屈服强度为360MPa，延伸率为16％。构，从而使其获得更好的抗疲劳性能及机械性能。1．2实验方法为此，内螺纹冷挤压成形方面的研

3、究日益受到关该实验是在国产6140车床上进行的M22×注。1．5内螺纹冷挤压实验。挤压丝锥为圆锥式棱齿结内螺纹冷挤压加工过程中的振动信号是典型构，材料为M35高速钢，其表面进行氮化铝钛处的非平稳时变信号。目前，利用Welch功率谱估计理。选择工件底孔直径为21．25mm，高为20mm。振动信号的主频和幅值，对振动信号进行小波分析采用PDMS聚二甲基硅氧烷润滑液。机床转速为得到的小波能量柱状图，并不能揭示信号的时频特25r／rain。性f。基于经验模态分解(EMD)和Hilbe~一图1为内螺纹冷挤压示意图。根据内螺纹冷Huang变换(HHT)的时频分析方法被认为是对以

4、挤压实验过程的特点，可以将冷挤压内螺纹加工过傅里叶变换为基础的线性稳态谱分析的重大突破，程分为4个阶段：开机未挤压阶段(记为0阶段)；其实质是对非平稳信号进行平稳化处理，将信号中不同尺度的波动或趋势等级逐级分解开来，生成具有不同特征尺度的本征模态函数(IMF)。。，然后分别对每个IMF分量进行HHT变换，组合得到信号的时频谱图。本文提出对内螺纹冷挤压振动信号进行EMD分解和Hilbea—Huang变换。根据整个挤压过程的特点，将信号分为4个阶段。对信号各阶段进行EMD分解，得到各阶IMF，进一步通过Hilbea变换得到时频图和边际谱，分析其幅值和频率随时间变化的特性

5、。通过研究不同阶段信号的时频特性及能量特征，进而从振动信号方面进一步理解内螺纹冷挤压的成形机理。图1内螺纹冷挤压实验示意图收稿日期：2012—07—09作者简介：史大彬(1986一)，男，河北邢台人，南京航空航天大学硕【=研究生，主要研究方向为计算机智能加j二。·应用研究·史大彬黎向锋左敦稳等基于HHT的内螺纹冷挤压成形过程振⋯⋯101挤压阶段(记为I阶段)；挤压校正阶段(记为Ⅱ阶为原始数据，重复步骤(1)，得到新的上下包络线段)；校正阶段(记为Ⅲ阶段)。平均值m重复上面的过程：丝锥的工作部分分为挤压锥部(z．)和校正部hl1=ml—ml1(2)分(z2)，如图2所

6、示，其中：z=9mm；z=15mm。如果h。还不是IMF分量，就继续进行筛选。I阶段的行程为Z．=9ram，Ⅱ阶段的行程为工件的假设上述方法重复k次后，得到第k次筛选的数据：高20mm，m阶段丝锥进给量为如=15mm。整个h1=h11一m1(3)过程丝锥进给为：9+15+20=44ram。式中满足IMF条件，记C=h，视为IMF1。(3)将C从X(t)中分离出来，唧得到：r(t)=X(t)一c(4)将r(t)作为原始数据，重复步骤(1)和(2)，得到第二个c，记为IMFE。重复／3,次，得到个[MF分量。当Tn(t)满足终止条件时，循环结束，图2内螺纹冷挤压实验所用

7、挤压丝锥得到：1．3信号的采集()=∑c+r()(5)内螺纹冷挤压加工过程中的振动信号是由压式中：(t)为余量，代表信号的变化趋势；cc电加速度传感器采集的，采集的信号通过调理电路⋯⋯c为分解得到的IMF，每个IMF分量分别包含传送到数据采集卡中，最后通过计算机的LabView了信号从高到低不同频率段的成分。程序对内螺纹冷挤压加工过程中的振动信号进行2．2HHT时频分析方法采集和储存。Hilbert—Huang变换方法是基于信号的局部在内螺纹冷挤压加工过程中，由于挤压丝锥是特征时间尺度，将信号自适应地分解为若干个IMF安装在挤压丝锥专用夹具上的，而丝锥在加工过程