車門(mén)墊板的沖壓模具設(shè)計(jì),車門(mén),墊板,沖壓,模具設(shè)計(jì)
模具課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
2011 屆 XXXXXXXXXXXX 專業(yè) XXXXXX班級(jí)
題 目 車門(mén)墊板的沖壓模具設(shè)計(jì)
姓 名 XXX
學(xué) 號(hào) XXXXXX
指導(dǎo)教師 XXX
二О一一年一月九日
目錄
1. 零件的工藝性分析…………………………………………………… 2
2. 確定工藝方案………………………………………………………… 2
3. 排樣方式及材料利用率……………………………………………… 3
4. 沖裁力計(jì)算…………………………………………………………… 4
5. 壓力中心的計(jì)算……………………………………………………… 5
6. 主要零件的尺寸計(jì)算………………………………………………… 5
7. 主要零部件的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 9
8. 模架及導(dǎo)套、導(dǎo)柱的選用……………………………………………11
9. 壓力機(jī)的選用…………………………………………………………12
10.模具的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………………12
11.模具的裝配……………………………………………………………14
12.小結(jié)……………………………………………………………………14
13.參考書(shū)目………………………………………………………………15
附圖：
附圖 1.沖孔落料級(jí)進(jìn)模裝配圖
附圖 2.沖孔小凸模零件圖
附圖 3.沖孔大凸模零件圖
附圖 4.落料凸模零件圖
附圖 5.凹模零件圖
車門(mén)墊板的沖壓模具設(shè)計(jì)
1．零件的工藝分析
如圖1所示工件為客車車門(mén)墊板。每輛車數(shù)量為6個(gè)，材料為Q235，厚度t=4mm。
圖1 車門(mén)墊板
零件尺寸公差無(wú)特殊要求，按IT4級(jí)選取，利用普通沖裁方式可達(dá)到圖樣要求。由于該件外形簡(jiǎn)單，形狀規(guī)則，適于沖裁加工，材料為Q235鋼板,σb=450Mpa。
2．確定工藝方案
零件屬于大批生產(chǎn)，工藝性較好，但不宜采用復(fù)合模。因?yàn)樽钫嶢的距離為6.5mm（圖1），而復(fù)合模的凸凹模最小壁厚需要8.5mm（表2-42），所以不能采用復(fù)合模。如果采用落料以后再?zèng)_孔，則效率太低，而且質(zhì)量不易保證。由于該件批量較大，因此確定零件的工藝方案為沖孔—落料級(jí)進(jìn)模較好，并考慮凹模刃口強(qiáng)度，其中間還需留一空步，排樣如圖2所示。
3．排樣方式及材料利用率
由表2-18查的搭邊數(shù)值：a=3.5，a1=3.2
進(jìn)距 s=B+a1=40+3.2=43.2mm
條料寬度 b=L+2a=375+2×3.5=382mm
圖2 排樣圖
板料規(guī)格擬選用4×1500×2300
采用縱裁：
裁板條數(shù)n1=B/b=1500/382=3條 余354mm
每條個(gè)數(shù)n2=(L-a1)/s=(2300-3.2)/43.2=53條 余7mm
每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2=3×53=159個(gè)
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(159×10580)/(2300×1500)×100%
=48.76%
采用橫裁：
裁板條數(shù)n1=L/b=2300/382=6條 余8mm
每條個(gè)數(shù)n2=(B-a1)/s=(1500-3.2)/43.2=34條 余28mm
每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2=6×34=204個(gè)
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(204×10580)/(2300×1500)×100%
=62.56%
由此可見(jiàn)，采用縱裁有較高的材料利用率和較高的剪裁生產(chǎn)率，考慮到剪裁剩余量，將搭邊值a由3.5增大到4，a1由3.2增大到4。所以最終剪裁方式為383×1500的條料，具體排樣圖如圖2。
4．沖裁力計(jì)算
沖孔力 F孔=Ltσb=494×4×450N=889200N
落料力 F落=Ltσb=830×4×450N=1494000N
沖裁力 F沖=F孔+F落=889200N+1494000N=2383200N
沖孔及落料部分的卸料力
查表2-37 K卸=0.04
F卸=(F孔+F落)K卸=(889200+1494000)×0.04N=95328N
沖孔及落料部分的推料力
查表2-37 K推=0.045
F推=(F孔+F落)K推=(889200+1494000)×0.045N=107244N
總沖壓力
F總=F沖+F卸+F推=2383200N+95328N+107244N=2585772N
5．壓力中心的計(jì)算
X0=(830×187.5+214×95.5+20×215+130×247.5+5×280
+100×305+25×330)/(830+214+20+130+5+100+25)
=190.85
根據(jù)料寬383mm，則X0取191.5。
Y0=(830×100.5+214×12.5+280×12.5)/(830+214+280)
=65.29
則Y0取65.5。
圖3 壓力中心分析圖
6．主要零件的尺寸計(jì)算
（1）凹模外形尺寸
由表2-39查得，凹模高度H=40mm，壁厚C=60mm。
故凹模外型尺寸為500mm×315mm×40mm。
（2）凸模固定板
凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.6～0.8倍。
H1=(0.6～0.8)H=24mm～32mm 取整數(shù)30mm
固定凸模的型孔決定與凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于用螺釘固定的直通式凸模，要求型孔按凸模實(shí)際尺寸配作成M7/h6。我們選擇的尺寸為500mm×315mm×30mm。
（3）墊板的采用與厚度
墊板作用是承受凸?；虬寄５膲毫?，防止過(guò)大的沖壓力在上下模板上壓出凹坑，影響模具正常工作。是否采用墊板，以承壓面較小的凸模進(jìn)行計(jì)算，沖小矩形孔的凸模承壓面的尺寸為22×85，其承壓應(yīng)力
σ=F/A=[(22+85)×2×4×450]/(85×22)MPa=205.99MPa
鑄鐵模板的σb=90～140Mpa，
即σ＞σb
因此須采用墊板，墊板厚度取10mm。選擇外形尺寸為500mm×315mm×10mm的標(biāo)準(zhǔn)件，材料為45號(hào)鋼。
（4）卸料橡皮的自由高度
根據(jù)工件材料厚度為4mm，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度取6mm，考慮模具維修時(shí)刃磨留量2mm，再考慮開(kāi)啟時(shí)卸料板高出凸模lmm，則總的工作行程h工件=13mm
橡皮的自由高度
h自由=h工件/(0.25～0.3)=43～52mm
取 h自由=45mm
模具在組裝時(shí)橡皮的預(yù)壓量為
h頂=(10%～15%)h自由=4.5～6.75mm
取 h頂=6mm
由此可算出模具中安裝橡皮的空間高度尺寸為39mm。
（5）卸料板厚度
卸料板厚度一般情況下取10～15mm，考慮到板料較薄，這里取卸料板的厚度為10mm。
（6）凸模長(zhǎng)度
凸模固定板高度：h1=30mm
卸料板高度：h2=10mm
導(dǎo)尺高度：h3=4mm
附加高度：h=34mm
凸模長(zhǎng)度：L=h1+h2+h3+h
=30mm+10mm+4mm+34mm
=78mm
（7）凸凹模刃口尺寸
由表2-23，查得凸凹模初始間隙：
Zmin=0.64mm, Zmax=0.88mm
由于沖孔落料部位形狀簡(jiǎn)單規(guī)則且尺寸性質(zhì)相同，因此凸凹模刃口尺寸采用分開(kāi)加工。
根據(jù)表2-27,
沖孔尺寸：dp=(d+X△)0-δp dd=(dp+Zmin)0+δd=(d+X△+Zmin)0+δd
落料尺寸：Dd=(D-X△)0+δd Dp=(Dd-Zmin)0-δp =(D-X△-Zmin)0-δp
① 小沖孔
工件小孔尺寸： 寬22mm，長(zhǎng)850+1 mm（見(jiàn)圖1）
由表2-28查得，
尺寸為22mm時(shí)δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為85mm時(shí)δp=0.025mm δp=0.035mm
尺寸22的IT14級(jí)公差 △=0.52mm
查表2-30，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(22+0.5×0.52)0-0.02mm=22.260-0.02mm
dp2 =(85+0.5×1)0-0.025mm=85.50-0.025mm，
dd1=(22+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=22.90+0.025mm
dd2=(85+0.5×1+0.64)0+0.035mm=86.140+0.035mm
②大沖孔
工件大孔尺寸: 寬20mm、25mm,長(zhǎng)50mm、1150+1mm(見(jiàn)圖1)
根據(jù)表2-28查得,
尺寸為20mm、25mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為50mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.03mm
尺寸為115mm時(shí) δp=0.025mm δd=0.035mm
尺寸20、25、50的IT14級(jí)公差分別為
△1=0.52mm, △2=0.52mm, △3=0.62mm
查表2-30，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(20+0.5×0.52)0-0.02mm=20.260-0.02mm
dp2 =(25+0.5×0.52)0-0.02mm=25.260-0.02mm
dp3 =(50+0.5×0.62)0-0.02mm=50.310-0.02mm
dp4 =(115+0.5×1)0-0.025mm=115.50-0.025mm
dd1=(20+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=20.90+0.025mm
dd2=(25+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=25.90+0.025mm
dd3=(50+0.5×0.62+0.64)0+0.03mm=50.950+0.03mm
dd4=(115+0.5×1+0.64)0+0.035mm=116.140+0.035mm
③落料
工件外形尺寸： 長(zhǎng)375mm，寬400-0.5mm(見(jiàn)圖1)
根據(jù)表2-28查得,
尺寸為375mm時(shí) δp=0.04mm δd=0.06mm
尺寸為40mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.03mm
尺寸375、40的IT14級(jí)公差分別為 △1=1.4mm, △2=0.62mm
查表2-30，磨損系數(shù)均為 x=0.5
Dd1=(375-0.5×1.4)0+0.06mm=374.30+0.06mm
Dd2=(40-0.5×0.62)0+0.03mm=39.690+0.03mm
Dp1=(375-0.5×1.4-0.64)0-0.04mm=373.660-0.04mm
Dp2=(40-0.5×0.62-0.64)0-0.02mm=39.050-0.02mm
7．主要零部件的設(shè)計(jì)
本模具是采用手工送料的級(jí)進(jìn)模，落料凸模面積較大可直接用螺釘固定，沖孔凸模則須用固定板固定，凹?？芍苯佑寐葆斉c圓柱銷固定。卸料裝置采用彈性的，導(dǎo)向裝置采用導(dǎo)柱導(dǎo)套。板料的定位和導(dǎo)向采用定位銷和導(dǎo)向銷。詳見(jiàn)圖5。
模具國(guó)標(biāo)規(guī)定了兩種卸料螺釘，即圓柱頭卸料螺釘（GB2867.5-81）與圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘（GB2867.6-81），均具有如下特點(diǎn)：螺紋長(zhǎng)度雖短但與光桿段有臺(tái)階，可保證旋入彈壓卸料板后不易松動(dòng)；螺釘長(zhǎng)度是指光桿段長(zhǎng)度且有公差要求，便于保證彈壓卸料板工作平面與凹模面平行；螺釘材料為35號(hào)鋼且要求熱處理硬度為28～38HRC，以便保證螺釘有足夠的強(qiáng)度，能夠承受卸料過(guò)程中反復(fù)作用的拉應(yīng)力。
沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內(nèi)六角螺釘，其特點(diǎn)是用35號(hào)鋼制造，并淬火達(dá)28～38HRC，因此可承受較大的拉應(yīng)力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。前者一字槽容易擰環(huán)，后者裝配時(shí)不便調(diào)整。
定位銷釘采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應(yīng)力。該模具中的標(biāo)準(zhǔn)件為：
螺釘????????????? ?GB/T 70—76
圓柱銷????????????GB/T 119—2000
擋料銷 GB/T 2866.11—81
模柄是連接上模和壓力機(jī)的零件，這里采用的具體規(guī)格是B50×100 GB2862.3-81。由四個(gè)螺釘固定到上模座上。
8．模架及導(dǎo)套、導(dǎo)柱的選用
該沖孔、落料級(jí)進(jìn)模級(jí)進(jìn)模為橫向送料，零件精度較低，加工批量不大，因此選用鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架。根據(jù)凹模的周界尺寸為500mm×315mm，因此選：模架500×315×245～290Ⅰ GB/T 2851.1 如圖4所示。
圖4 鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架
由于選擇了標(biāo)準(zhǔn)模架，導(dǎo)套和導(dǎo)柱的基本尺寸也就決定了，導(dǎo)柱為45×230×60，導(dǎo)套為45×125×48。
9．壓力機(jī)的選用
該模具的主要參數(shù)：
總沖壓力：F總=2585772N
閉合高度：H模=250mm
外廓尺寸：500mm×315mm
該零件尺寸精度較低，尺寸較大，因此選用操作空間大，操作方便，容易安裝機(jī)械化的附屬設(shè)備和成本低廉的開(kāi)式曲柄壓力機(jī)JA21—3150A。該壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格為：
公稱壓力：3150KN
滑塊行程：200mm
行程次數(shù)：30次/min
最大裝模高度：500mm
裝模高度調(diào)節(jié)量：150mm
工作臺(tái)尺寸：1250mm×800mm
工作臺(tái)孔尺寸：650mm×350mm
10．模具結(jié)構(gòu)形式
該零件的生產(chǎn)批量不是很大，合理安排生產(chǎn)采用手工送料方式能夠達(dá)到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式；為了便于操作，提高生產(chǎn)率，采用彈性卸料方式，凸模與卸料板推下的出件方式?？紤]零件厚度較后，模架類型及精度，采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。
根據(jù)模具總裝圖的繪制原則，繪制的車門(mén)墊板沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用順裝式級(jí)進(jìn)模，上模主要有凸模9、11、12固定板3橡皮14卸料板16等組成，下模主要有凹模18組成。
工作過(guò)程：將剪裁好的板料15送入模具中，由定位銷定位。沖壓時(shí)，上模降下，卸料板16先壓住板料15，上模繼續(xù)下降閉合，沖孔凸模11、12沖出孔，落料凸模9，沖出零件，廢料被凸模11、12推出，零件由凸模9推出；沖完后磨具開(kāi)啟，上模上升，卸料板16把板料15從凸模9、11、12上卸下；繼續(xù)送進(jìn)板料進(jìn)行下一次沖壓。沖下的廢料和零件落在落料槽中，隔一段時(shí)間由工人用推桿從落料槽中推出。
1-導(dǎo)套 2-上模座 3-凸模固定板 4-墊板 5、21-圓柱銷
6、17-內(nèi)六角螺釘 7、10-螺釘 8-模柄 9-落料凸模
11-沖孔小凸模 12-沖孔大凸模 13-卸料螺釘 14-卸料橡皮
15-料板? 16-卸料板 18-凹模 19-下模座 20-定位銷 22-導(dǎo)柱
圖5 車門(mén)墊板沖孔、落料級(jí)進(jìn)模
11. 模具的裝配
（1）導(dǎo)柱導(dǎo)套的裝配
導(dǎo)柱導(dǎo)套和模座的配合都為過(guò)盈配合，一般都用壓力機(jī)將導(dǎo)柱導(dǎo)套分別壓入下模座和上模座。裝好后檢查導(dǎo)柱對(duì)下模座底平面，導(dǎo)套對(duì)上模座上平面的垂直度,其誤差應(yīng)在要求的范圍內(nèi)。
（2）凸模的裝配
凸模用固定板將其裝在模座上的，凸模與固定板是采用過(guò)渡配合，裝配時(shí)是在壓力機(jī)上將凸模壓入固定板的，檢查其垂直度后,將凸模尾部與凸模上平面一起磨平并將凸模端面磨平。凸模、固定板、墊板和上模座安裝在一起，用圓柱銷定位，螺栓固定。
（3）裝配下模
先將下模座和凹模疊加起來(lái)，然后用圓柱銷定位，最后用螺釘固定。
（4）裝配上模
把上模座、墊板、固定板、橡膠卸和料板按順序疊加起來(lái)，然后用圓柱銷定位，然后用卸料螺釘把卸料板、橡膠與上模座連接。然后再安裝模柄。
（5）試沖與調(diào)整
裝機(jī)試沖并根據(jù)試沖結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
12．小結(jié)
本文對(duì)車門(mén)墊板零件的沖壓模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)形式。主要論述了沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括確定模具的結(jié)構(gòu)型式，計(jì)算了模具閉合高度和壓力中心，凸、凹模間隙和刃口尺寸的確定，模具主要零件的選擇和設(shè)計(jì)，并對(duì)沖壓設(shè)備進(jìn)行了選取。其中著重闡述了凸、凹模的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后繪制了模具的凸、凹模零件圖和車門(mén)墊板級(jí)進(jìn)模裝配圖（附圖）。
13．參考書(shū)目
[1]王孝培主編. 沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版）．機(jī)械工業(yè)出版社, 2000
[2]高錦張主編．塑性成型工藝及模具設(shè)計(jì)（第2版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[3]甘永立主編．幾何量公差與檢測(cè)明（第8版）．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007
[4]大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室編．機(jī)械制圖（第5版）．高等教育出版社，2003
[5]劉鴻文主編．材料力學(xué)（第4版）．高等教育出版社，2004
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智能沖壓工藝規(guī)劃系統(tǒng)的研究
摘要：本文對(duì)建立一個(gè)智能沖壓工藝設(shè)計(jì)知識(shí)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。研究該系統(tǒng)的框架，對(duì)模型和知識(shí)推理模式進(jìn)行了介紹。對(duì)有些關(guān)鍵技術(shù)如沖壓工藝的可行性、排樣的最佳算法、智能地帶的布局和內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)可以改善工藝規(guī)劃效率。
關(guān)鍵詞： 排樣 KBS 知識(shí)模型 帶狀排樣法
1簡(jiǎn)介
沖壓工藝規(guī)劃是沖壓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)核心項(xiàng)目。它是金屬成型應(yīng)用的一個(gè)重要組成部分，它與生產(chǎn)質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率和工具壽命有直接的影響?，F(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展對(duì)沖壓提出了更高的要求，尤其是在沖壓工藝方面。多年來(lái)，相關(guān)研究已就如何在創(chuàng)新的環(huán)境加強(qiáng)工藝規(guī)劃的集成化和智能化程度進(jìn)行研究。近年來(lái)，通過(guò)生產(chǎn)金屬成形智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)、自動(dòng)化技術(shù)，整和了工藝規(guī)劃的原則。智能工藝規(guī)劃方法可以有效地提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
[1].對(duì)于冷鍛序列的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于PC的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用基于塑性理論和實(shí)際考慮的規(guī)則。在美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)一個(gè)稱作FORMEX的規(guī)則系統(tǒng)被Altan和他的同事們寫(xiě)入多級(jí)冷鍛的工藝規(guī)劃程序語(yǔ)言中。[2].它依靠冷鍛零件各種形狀的廣泛分類。[3] 實(shí)施以知識(shí)為本的冷成形序列設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用設(shè)計(jì)規(guī)則確定建立一個(gè)可行的序列，然后使用有限元分析優(yōu)化這個(gè)序列。一個(gè)以知識(shí)為基礎(chǔ)的模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)被Cheok和他的同事精心設(shè)計(jì)出來(lái)。[4] 在新加坡國(guó)立大學(xué)。一些零件表象技術(shù)、沖壓零件識(shí)別和模具構(gòu)成也存在于這項(xiàng)工作中。在中國(guó)，華中科技大學(xué)的科學(xué)技術(shù)研究者們也開(kāi)發(fā)出了基于知識(shí)系統(tǒng)的用于對(duì)小型金屬件沖壓級(jí)進(jìn)模的程序包。[5].使用特點(diǎn)，用戶可以在3D立體構(gòu)架下設(shè)計(jì)產(chǎn)品。在手工設(shè)置排樣后，用戶可以使用交互命令來(lái)開(kāi)發(fā)帶裝布局設(shè)計(jì)。來(lái)自利物浦大學(xué)工業(yè)研究部門(mén)的研究者們也在研究沖壓工藝和沖裁模的專用系統(tǒng)。[6].他們的研究集中在分解較小的橋型廢料的形狀編碼和識(shí)別技術(shù)。[7]在上海沖壓模具和工具技術(shù)研究所的研究者們也開(kāi)發(fā)出了級(jí)進(jìn)模的CAD/CAM系統(tǒng)。他們研究的該系統(tǒng)依靠特殊的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)描繪工件和模具結(jié)構(gòu)。
上述研究的研究工作的目的是為了促進(jìn)金屬成形的發(fā)展。從金屬智能成型的回顧和分析中，使用智能設(shè)計(jì)的理論和方法來(lái)研究沖壓工藝規(guī)劃的步驟。在本文中介紹了應(yīng)用于沖壓工藝規(guī)劃的智能的系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)在處理一些復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)是種強(qiáng)有力的工具。由專門(mén)知識(shí)構(gòu)成的智能系統(tǒng)可以用一種交互的方式協(xié)助用戶解決各種各樣的問(wèn)題或疑問(wèn)。[8].智能系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它試圖代表人類知識(shí)和專業(yè)知識(shí), 以一種實(shí)際和有效的途徑提供快捷、方便的知識(shí)。智能系統(tǒng)能夠完成一般需要專家才能完成的任務(wù)。它能自動(dòng)化實(shí)時(shí)利用現(xiàn)有的專業(yè)知識(shí),并解釋它的推理過(guò)程。沖壓工藝規(guī)劃是一個(gè)含有豐富知識(shí)的復(fù)雜設(shè)計(jì)過(guò)程。整合在沖壓工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)中智能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是至關(guān)重要的。使用智能理論的沖壓工藝規(guī)劃智能系統(tǒng)被提出來(lái)。對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù),如集成產(chǎn)品知識(shí)建模和戰(zhàn)略規(guī)劃的綜合沖壓成形過(guò)程進(jìn)行了研究。在沖壓設(shè)計(jì)中包括各種各樣的知識(shí)，如專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、多任務(wù)知識(shí)、非標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)。每一種知識(shí)都需要集成到該系統(tǒng)中。沖壓模具的核心是沖壓工藝。必須考慮到多種因素,如幾何形狀、技術(shù)要求、材料性能、沖壓件的可行性、工作程序安排、模具工具的結(jié)構(gòu)。沖壓工藝規(guī)劃是一種基于專家知識(shí)的創(chuàng)造性程序。智能系統(tǒng)技術(shù)可以改善制定沖壓工藝規(guī)劃的效率。
2系統(tǒng)構(gòu)架和框架
智能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是建立和應(yīng)用的信息化模型制作。。該產(chǎn)品信息模型,包括三個(gè)階段：一種基于幾何的模型、一種基于特征的模型、一種基于智能的模型?；趲缀蔚哪Ｐ兔枋隽慵膸缀瓮?fù)湫畔?。由于零件的?shù)據(jù)信息不能被完整的描述、數(shù)據(jù)分離水平太低，幾何模型被特征模型取代。這個(gè)信息模型包括一組幾何實(shí)體。依靠此模型的工程語(yǔ)義模型，許多與設(shè)計(jì)相關(guān)的功能可以被實(shí)現(xiàn)。隨著人工智能的發(fā)展，智能模型開(kāi)始被應(yīng)用。專業(yè)知識(shí)、設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí),和相關(guān)的知識(shí)都包含在知識(shí)模型中[9、10]。智能模型支持表達(dá)和傳遞有用的信息。
本文主要概括了一種沖壓工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的定義有效且完整。它幾何了不同模型的優(yōu)點(diǎn)且能滿足幾何設(shè)計(jì)和推理過(guò)程。面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到整合各種各樣的知識(shí)。此集成的知識(shí)系統(tǒng)模型可被共享和用于智能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品信息溝通。
這個(gè)關(guān)于沖壓模具工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)構(gòu)架已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)。這個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括一個(gè)圖形用戶界面,一個(gè)應(yīng)用程序系統(tǒng)、設(shè)計(jì)資源、知識(shí)工具,混合推理機(jī)制、基礎(chǔ)模型。在這個(gè)構(gòu)架中知識(shí)模型有不同的分類。知識(shí)模型從設(shè)計(jì)資源中獲取有用的信息，支持知識(shí)獲取和知識(shí)表達(dá)的程序。這個(gè)模型把有用信息轉(zhuǎn)移到知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)由CAD軟件支持。設(shè)計(jì)結(jié)果以3D模型、圖畫(huà)和資料庫(kù)的形式保存在知識(shí)庫(kù)中，它對(duì)在知識(shí)庫(kù)中不同零件的知識(shí)傳遞來(lái)說(shuō)非常的重要。
3 實(shí)施方法和應(yīng)用
3.1沖壓智能模型的可行性論證
智能系統(tǒng)對(duì)沖壓工件的質(zhì)量、成本、模具壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)基于成熟的智能模型。此模型集成了規(guī)則庫(kù)、零件信息和結(jié)論庫(kù)。系數(shù)根據(jù)知識(shí)規(guī)則推理在知識(shí)庫(kù)得出。沖壓成型可行性可以從信息庫(kù)中零件信息和相關(guān)系數(shù)推出。在設(shè)計(jì)過(guò)程中被新結(jié)論擴(kuò)大的結(jié)果保存在結(jié)論庫(kù)中。
模型的智能推理過(guò)程和零件的規(guī)格相比有一定限度范圍的工藝參數(shù)。此規(guī)格
包括輸入輸出半徑、孔徑、孔板、孔網(wǎng)、槽、槽網(wǎng)。結(jié)果來(lái)證實(shí)零件的形狀是否符合模具工具加工。智能推理用于自動(dòng)和交互的方式。這樣做的目的是來(lái)研究沖壓該產(chǎn)品的可行性。智能推理的關(guān)鍵是確定基于零件厚度和相關(guān)系數(shù)的加工極限值。圖二所示為產(chǎn)品可行性論證模型的流程圖。
知識(shí)規(guī)則和設(shè)計(jì)結(jié)果保存在機(jī)械推理的數(shù)據(jù)庫(kù)中。零件的形狀可以在知識(shí)模型中修改。
由知識(shí)模型決定的沖壓工藝規(guī)劃是非常重要的一步，它同時(shí)也提供了選擇一個(gè)單步工序刀具或是復(fù)合工具或是一個(gè)改進(jìn)工具的方法。各種不同領(lǐng)域的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)都被保存在工藝規(guī)劃專業(yè)系統(tǒng)中。
知識(shí)庫(kù)的發(fā)展是基于規(guī)則表達(dá)的共同原則。這一步的目的是集成專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和零件
的形狀
3.2基于優(yōu)化算法的智能排樣模型
為了達(dá)到較高的材料利用率，空白的知識(shí)模型被建立，保存在知識(shí)庫(kù)中的結(jié)果是其他模塊建立的基礎(chǔ)。
在知識(shí)庫(kù)中有四種排樣類型：
● 一排列布局模式
● 與一排列相對(duì)的模式
● 兩排列布局模式
● 與兩排列布局相對(duì)的模式
建立這個(gè)知識(shí)模型的目的是改善材料的利用。由知識(shí)庫(kù)提供的限制情況可以由人類專家來(lái)選擇。這個(gè)知識(shí)模型控制著整個(gè)排樣的設(shè)計(jì)過(guò)程。
圖三所示為平面布局的等級(jí)體系結(jié)構(gòu)
第一種模式的作用是選擇粗略數(shù)值和計(jì)算工作區(qū)域的總體輪廓。此模式提供了原始參數(shù)。粗略數(shù)值的全部信息都由此得到，不管這個(gè)數(shù)字是否被概略畫(huà)出或是被選中。
第二種模式用來(lái)確定布局類型、角度范圍、布局大小和條帶區(qū)的寬度。
第三種模式中應(yīng)用了優(yōu)化算法。設(shè)計(jì)結(jié)果包括材料利用率、材料寬度和每步間隙都被保存在此模式中，不同布局的繪圖也同時(shí)生成。
在第四種模式中可以修改布局規(guī)劃的結(jié)果。最終參數(shù)包括每步間隙、材料寬度、各類網(wǎng)格和轉(zhuǎn)換能力。當(dāng)參數(shù)有所改變時(shí)，布局規(guī)劃圖可以被更新。
該知識(shí)的主要作用是布局規(guī)劃的算法優(yōu)化。該算法共有六步。
1.在圖形周圍最適合的矩形第一次生成。復(fù)制件和原件之間的距離是包含在接洽網(wǎng)中的。圖四說(shuō)明了此種算法。
2.在兩個(gè)環(huán)形中間的值是經(jīng)過(guò)計(jì)算的。這兩個(gè)環(huán)形分解成線和圓弧的單元。每對(duì)元素中間的距離需要重新補(bǔ)償。然后就可以找到最短的距離。
3.計(jì)算出的最小值和所要求的值之間的差異就是誤差。當(dāng)誤差小于允許值時(shí)，排樣規(guī)劃就可以完成。另外，布局圖形需要沿著視野的方向移動(dòng)。
4.材料利用率可以以布局規(guī)劃的角度上被計(jì)算出來(lái)。
5.排樣圖形旋轉(zhuǎn)一定的角度。旋轉(zhuǎn)中心是矩形中心點(diǎn)附近的粗略數(shù)值。材料利用率在當(dāng)前角度下被計(jì)算出來(lái)。
6.排樣圖形旋轉(zhuǎn)到另外一個(gè)角度。重復(fù)第三部的的步驟，直到角度達(dá)到180度。 3.3帶狀布局的開(kāi)發(fā)
帶狀布局的工序規(guī)則被集成于知識(shí)基礎(chǔ)級(jí)進(jìn)刀具設(shè)計(jì)。該智能模型的功能是：選擇零件位置，設(shè)計(jì)方位和安排帶狀工步距離。為了解決運(yùn)行程序，該規(guī)則應(yīng)該被制定的合理和有效。
自動(dòng)設(shè)計(jì)模塊是智能模型中最重要的模塊。人工智能技術(shù)被應(yīng)用于此模塊中。此模型中的預(yù)處理模塊，包括定位產(chǎn)品模塊和從產(chǎn)品模塊中提取精確的信息。為了在修改模塊中生成一個(gè)模型，最初的設(shè)計(jì)工程被修改[11]。被修改的模塊代替了處理模塊。
3.3.1 自動(dòng)帶狀布局設(shè)計(jì)的預(yù)處理
1）確定零件的位置和排列。用戶可以用界面來(lái)確定預(yù)處理模塊中的一些參數(shù)。確定位置的過(guò)程可以和其他元素一起來(lái)做，例如：零件形狀、尺寸精度、和用戶要求。
零件的形狀也在智能模型中定義，結(jié)果被保存在知識(shí)庫(kù)中。
2）獲取零件精確信息。此精確信息應(yīng)該在帶狀布局知識(shí)庫(kù)中得到。有用的信息包括沖孔的精確信息和相對(duì)位置信息。由此種類型信息組成的知識(shí)模型將會(huì)決定零件的沖壓順序。這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的主要要求是為位置精度開(kāi)發(fā)一種知識(shí)模型[12]。首先，零件的形狀被分成封閉的輪廓。輪廓的數(shù)目為n
K = {k1, k2, . . ., ki, . . ., kn} (1)
這里 ki 表示零件的第i個(gè)輪廓。所有輪廓間的相對(duì)關(guān)系包含在關(guān)系P中。如果在輪廓ki 和kj 之間要求精準(zhǔn)，這里存在(ki , kj) ∈ p。
p = {. . ., (ki , kj), . . .} ki , kj ∈ K, 1 ≤ i, j ≤ n(i _= j). (2)
每種類型的精確信息通過(guò)相關(guān)矩陣被保存在知識(shí)模型中。
3.3.2帶狀布局自動(dòng)設(shè)計(jì)
帶狀布局的自動(dòng)設(shè)計(jì)模塊在知識(shí)模型中是最重要的一個(gè)。在知識(shí)模型中包含很多重要的規(guī)則，例如在一次單沖程中沖壓所有內(nèi)輪廓比較好。在下一個(gè)階段這個(gè)部分被切斷。有時(shí)候，如果沖壓點(diǎn)之間的距離非常小，一些內(nèi)輪廓就要被搬到下一階段進(jìn)行加工。如果沖壓點(diǎn)離分餾點(diǎn)太近的話，分餾點(diǎn)就需要被更改到下一階段。如果這里仍然有不合適的尺寸，一些點(diǎn)可以被移動(dòng)到下一階段。重復(fù)整個(gè)過(guò)程直到矩陣點(diǎn)間的每個(gè)尺寸都可以被接受。布局智能設(shè)計(jì)的核心是開(kāi)發(fā)干涉點(diǎn)的智能模型[13]。
零件坯料被分成許多點(diǎn)的形式。這些點(diǎn)的名字是k1, k2, . . ., kn. 這里dij
是ki和 kj 之間最小的距離。矩陣的臨界值是S。如果dij
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