锉刀柄铜套复合拉深模设计
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附件三: 紫琅职业技术学院毕业设计任务书系部名称机电工程系专业班级模具设计与制造3081学生姓名吴金金指导教师姓名钱军设计题目锉刀柄铜套复合拉深模设计毕业设计的目的毕业设计的目的是总结和检验学生在学校期间的学习成果,培养学生综合运用所学的专业知识以及专业技能进行独立分析和解决问题的能力,使学生受到科学研究和工程设计的基本训练,达到专业素质培养目标的要求。通过毕业设计强化学生对专业知识和专业技能的理解和掌握,培养学生收集资料和调查研究的能力、方案比较及论证的能力、理论分析与设计运算能力、应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。毕业设计要求1. 要求一定要有结合实际的某项具体项目的设计或对某具体课题进行有独立见解的论证,并要求有一定的技术含量;.2 .设计或论文应该在所规定的时限内完成;3. 书面材料、框架及字数应符合规定;4. 学会查阅有关的技术资料和相关的规范;5 .掌握相关规范的选择和运用;6. 熟悉制图规范的相关内容,按制图统一标准绘制工程图纸。毕业设计进度安排序号时间内容12011年 12月初熟悉毕业设计要求,查阅资料,进行调研22011年 3月初确定设计题目32011年 3月中旬拟写开题报告交老师审核42011年 4月初毕业设计初稿交老师审核52011年 4月底毕业设计二稿交老师审核62011年 5月初毕业设计终稿交老师审核72011年 5月中旬回校准备答辩 11届模具设计与制造专业毕业设计开题报告姓名 系部机电工程系专业模具设计与制造班级 题目锉刀柄铜套复合拉深模设计一、选题背景、目的及意义这次的设计主要是以拉深模具拉深出锉刀柄铜套的设计,这其中包括基础的知识的应用包括设计的步骤和设计的流程这其中也包含了装配图和零件图这是因为现在社会发展的需要对模具的要求较高尤其是拉深模,在现在的需求比较的大。在各个领域都有应用。在学校两年期间一直努力学习着自己的专业科目,同时比较喜欢这个专业,因而对模具的设计和制造知识上有一定的掌握和了解,并能结合实践运用,因此这次我选做了毕业设计。这次的设计算是一幅较为简单的拉深模成型设计,同时也反应了我两年来对专业知识的学习掌握情况,也是对自己独立完成一副模具设计能力的考验,和水平的检测。二、主要内容及提纲 拉深模是拉深生产中不可缺少的工艺装备,是技术密集性产品,拉深的质量生产效率和生产的成本等,与拉深模的设计和制造有直接的关系。拉深模的设计与制造技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。在很大的程度上决定这产品的质量品质和新产品的开发能力!这次的设计以拉深模具的拉深为主,利用拉深模具设计出锉刀柄铜套,包括装配图和零件图,此次的设计主要是以自己的所学为主另外增加了自己一些设计的思路,主要以拉深为主生产产品!1、绪论1.1冲压模具的分类1.2冲压模具材料的选用原则1.3冲压模具行业发展现状及技术趋势2、设计流程2.1产品图2.1.1工艺性分析2.1.3模具结构类型分析2.2拉深工艺计算2.2.1拉深件毛坯尺寸的计算2.2.2选取凸凹模的圆角半径2.2.3确定排样图和裁板方案3、凸凹模工作部分的尺寸和压边装置的设计计算3.1凹模尺寸3.2凸模3.3压边装置4、拉深力的计算、压力中心及合模高度的选择4.1拉深力的计算4.2压力中心的计算4.3合模高度的计算三、主要方法和措施1通过本专业所学知识加以概括总结;2通过学院图书馆、互联网、各种文献查阅比对;3通过指导老师意见和建议加以修改、补充。四、主要参考文献1杨占尧.冲压工艺编制与模具设计制造M.人民邮电出版社.2010.42贾俐俐.冲压工艺与模具设计M.人民邮电业出版社,2008.73刘 航.模具制造技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2006.44寇世瑶.机械制造M.北京:高等教育出版社,2004.85宋小春. AutoCAD2006实用教程M.北京:中国水利水电出版社,2006.96林承全,胡邵平.冲压模具课程设计指导与范例M.化学工业出版社,2008.77刘 越.公差配合预计是测量M.北京:化工工业出版社,2004.68吴元徽,赵利群.模具材料与热处理M.大连:大连理工大学出版社,2007.5五、毕业设计推进计划2011年1月底确定设计题目2011年23月进行设计题目可行性讨论2011年4月初拟写开题报告2011年4月底毕业设计初稿(电子档)交予指导老师审核2011年5月初正式进行毕业设计拟写包括封面,任务书,目录,正文,参考文献等2011年5月中旬正式提交毕业设计 学生签名: 年 月 日 指导教师意见(对选题的有效性、研究方法的正确性、课题的广度、深度的意见及开题是否通过): 通过( ) 修改后通过 ( ) 未通过 ( ) 指导教师签名: 年 月 日注:开题报告装订在毕业设计任务书后 开题是否通过请指导教师在括号内打“ ” 毕业设计题 目:锉刀柄铜套复合拉深模设计副 标 题:学 生 姓 名:所在系、专业:班 级:指 导 教 师:日 期:I摘 要摘 要拉深模是把坯料拉压成空心件,或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的冲模。 拉深模的结构,是根据拉深件的几何形状、尺寸精度、材料、产量和所使用的压力机来确定的。拉深模一般比较简单,其结构按拉深方向分为正向拉深模和反向拉深模以及两者兼有的双向拉深模;按拉深工序可分为单工序拉深模、多工序连续拉深模和复合拉深模,其中复合拉深模又可分为落料拉深模和落料拉深冲孔模等;按使用压力机的不同可分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模。关键词:拉深 铜套 空心件I AbstractThe drawing die is a hollow body, which is made of the blank of the blank, or the hollow body is pulled into the shape of a smaller and the plate thickness is not significantly changed.The structure of the drawing die is determined by the geometry, size precision, material, output and the press. Drawing die is generally relatively simple, its structure according to the drawing direction is divided into forward drawing and reverse drawing die, and both of the two way deep drawing die, drawing process can be divided into single process drawing die, multi process continuous deep drawing die and composite deep drawing die, which can be divided into blanking drawing die and blanking drawing punching die.Key words: deep drawing copper sleeve目 录目 录摘 要I目 录I1、绪论11.1冲压模具的分类11.1.1根据工艺性质分类11.1.2根据工序组合程度分类11.1.3依产品的加工方法分类11.2冲压模具材料的选用原则21.2.1冲压零件的使用要求21.2.2生产批量21.2.3其他21.3冲压模具行业发展现状及技术趋势21.3.1发展现状,PDX软件界面21.3.2未来冲压模具制造技术发展趋势32、设计流程42.1产品图42.1.1工艺性分析52.1.3模具结构类型分析72.2拉深工艺计算72.2.1拉深件毛坯尺寸的计算72.2.2选取凸凹模的圆角半径82.2.3确定排样图和裁板方案83、凸凹模工作部分的尺寸和压边装置的设计计算93.1凹模尺寸93.2凸模93.3压边装置94、拉深力的计算、压力中心及合模高度的选择104.1拉深力的计算104.2压力中心的计算104.3合模高度的计算10致 谢12参考文献13I锉刀柄铜套复合拉深模1、绪论1.1冲压模具的分类1.1.1根据工艺性质分类a.冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 b.弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线(弯曲线)产生弯曲变形,从而获得一定角度和形状的工件的模具。 c.拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件,或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。 d.成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形,而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。1.1.2根据工序组合程度分类a.单工序模 在压力机的一次行程中,只完成一道冲压工序的模具。 b.复合模 只有一个工位,在压力机的一次行程中,在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 c.级进模(也称连续模) 在毛坯的送进方向上,具有两个或更多的工位,在压力机的一次行程中,在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。 d.传递模 综合了单工序模和级进模的特点,利用机械手传递系统,实现产品的模内快速传递,可以大大提高产品的生产效率,减低产品的生产成本,节俭材料成本,并且质量稳定可靠。1.1.3依产品的加工方法分类依产品加工方法的不同,可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。 a. 冲剪模具:是以剪切作用完成工作的,常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。 b.弯曲模具:是将平整的毛坯弯成一个角度的形状,视零件的形状、精度及生产量的多寡,乃有多种不同形式的模具,如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。 c.抽制模具:抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。 d.成形模具:指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状,其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。 e.压缩模具:是利用强大的压力,使金属毛胚流动变形,成为所需的形状,其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。1.2冲压模具材料的选用原则1.2.1冲压零件的使用要求 当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时,冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时,可采用铝青铜凹模,因为它具有较好的抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性,故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如,碳素工具钢的主要不足是淬透性差,在冲模零件断面尺寸较大时,淬火后其中心硬度仍然较低,但是,在行程次数很大的压床上工作时,由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件,不但要有足够的强度,而且要求在工作过程中变形小。另外,还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模,应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢,同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。1.2.2生产批量 当冲压件的生产批量很大时,模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料,也要相应地提高。在批量不大时,应适当放宽对材料性能的要求,以降低成本。1.2.3其他a、应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。b、选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定,做到在满足主要条件的前提下,选用价格低廉的材料,降低成本。1.3冲压模具行业发展现状及技术趋势1.3.1发展现状,PDX软件界面改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用Pro/E、PDX2、UG NX、NX Progressive Die Design、3DQuickPress、MoldWorks和Topsolid Progress等国际通用软件,并成功应用于冲压模的设计中。1.3.2未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项:(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟,各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工,大幅度提高了加工效率,并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块,还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展,对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具材料料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。2、设计流程2.1产品图如下图所示材料为黄铜,厚度0.5mm,制件高度10mm,制件精度IT14级。该制件形状简单,尺寸小,属普通冲压件。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程:图1 锉刀柄铜套零件图技术要求:1、 拉深件边缘无毛刺2、 拉深件允许未注尺寸公差均IT13级精度。3、 拉深件圆孔尺寸、圆角尺寸合格。4、 较大批量生产。拉深件的要求:1.产品的名称:锉刀柄铜套 产品的材料:黄铜(H68)2.拉深件厚度:0.5mm 2.1.1工艺性分析(一) 设计前的前期准备1、 阅读拉深件产品图阅读拉深件产品图的目的是了解该制件的技术要求、尺寸规格、所用的材料、冲压性能、生产批量等要求,最终是为了确定该工件的加工办法。2、 分析拉深工艺如图所示制件为无凸缘圆筒形零件,要求外形尺寸。对厚度变化没有要求。制件的形状满足拉深工艺要求。底部圆角半径R=2.5mm,大于拉深凸模圆角半径r1【r1=(23)t=(23)0.5=11.5】(t为板料厚度),满足首次拉深对圆角半径的要求,尺寸20按IT14级要求,满足拉深工序对制件公差等级的要求。3、 拉深模生产状况筒形件拉深模的加工方法相对比较简单,特别是此件公差要求较低,凸、凹模用通用的机械设备加工能满足设计要求,对于模座、固定板等板型零件的加工主要是平面加工和孔系加工。故平面加工后,孔系加工均在加工中心进行,简单方便。(二) 拉深模方案的确定经过对制件工艺性分析,工件适合拉深成型,故采用复合拉深模在单动压力机上拉深。(三) 拉深模结构形式的确定1、 采用的结构形式拉深模结构采用带压边圈的正装式结构,采用这种结构的优势在于可采用通用的压边装置。2、 拉深模结构简图的画法根据所确定的拉深模结构形式,画出拉深工作结构部分,这时画出的结构图是拉深工作示意图,不需要按比例画,其目的是为了分析所确定的结构是否合理,毛坯拉深成型工件,能否满足产品图的技术要求。根据分析结果对模具简图进行修正,为最后确定拉深模结构做准备,支座拉深模结构简图如图所示: 图2 支座拉深模结构简图3、 模具结构特点及工作过程这种拉深模结构简单,使用方便,制造容易。工作时将毛坯放入压边圈上面的定位销或定位板内,上模下降,弹性压边圈先将毛坯压住,然后凸模对毛坯进行拉深。当拉深结束回升时,包在凸模上的工件压边圈顶出。2.1.3模具结构类型分析该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序,可有以下三种工艺方案:方案一:先落料,冲孔,拉深。采用单工序模生产。方案二:落料+拉深,后冲孔。采用复合模+单工序模生产。方案三:先落料,后拉深+冲孔。采用单工序模+复合模生产。方案四:落料+拉深+冲孔。采用复合模生产。方案一模具结构简单,但需三道工序三副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具,工件的精度及生产效率都较高,工件精度也能满足要求,操作方便,成本较低。方案三也只需要二副模具,制造难度大,成本也大。方案四只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。通过对上述四种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案四为佳。2.2拉深工艺计算2.2.1拉深件毛坯尺寸的计算在计算拉深毛坯尺寸时,应首先确定修边余量。并把修边余量加到拉深工件高度上,这时拉深件的高度(H)为原拉深件(h)与修边余量()之和,即H=h+ 1、该件h=10mm,h/d=10/20=0.5,查冲压模具课程设计指导与范例表4-1可得=1mm 则可得拉深高度HH=h+=10+1=11mm2、计算毛坯直径 由于板厚小于1mm,故可直接用工件图所示尺寸计算,不必用中线尺寸计算。 D= = = = = 33.32(mm) 式中:D拉深件毛坯尺寸,mm r拉深件底部圆角半径,mm 3、确定拉深系数和拉深次数m总=d/D=20/33.32=0.6按毛坯相对厚度t/D100=0.5/33.32100=1.5 查冲压模具课程设计指导与范例表4-5得各拉深系数 m=0.49 m=0.74 m总m=0.49故工件可以一次拉深成型。4、拉深件直径的计算由于工件可以一次拉深成型,古拉深直径根据拉深件三维零件图来计算d= m总D=0.633.32=19.992.2.2选取凸凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故拉深凹模圆角半径r应取大些,根据经验公式凹模圆角半径r的合理值应不小于4t(t为板料厚度)。取拉深模圆角半径r=2mm凸模的圆角半径r r对拉深半径的影响不像r那样会影响拉深的全过程,但r过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。故r的合理值不应小于(23)t。只有变形程度较小时,才允许取r=2t。本工件只需一次即可拉深成型,所以r取与制件底部圆角半径相同的R值,即r=2.5 r(23)t2.2.3确定排样图和裁板方案1、 制件的毛坯为简单的圆形件,而且尺寸比较小,考虑到操作方便,宜采用单排。t=0.5mm,查冲压工艺与模具设计附表7轧制薄钢板拟选用规格为: 0.536350的板料。2、 排样设计图3 排样图 查冲压工艺与模具设计表2-10,确定搭边值 两工件间的搭边a=1.2mm;工件与条料的搭边a=1.0mm; 步距S=d+a=33.32+1=34.32mm; 条料宽度B=36故一个步距内的材料利用率为: =A/BS100 =/BS100 =871.52/1235.52100%=70.5%由于直板材料选取0.536350 故每块板料可裁剪10个工件故每块板料(0.536350)的利用率为: =nA/LB100 =(10871.52)/(35036)100% =(8715.2/12600)100% =69%3、凸凹模工作部分的尺寸和压边装置的设计计算3.1凹模尺寸Z=1.05t=1.050.5=0.525根据冲压工艺与模具设计表4-19=0.04 =0.03 =0.03 =0.015D=(D0.75) =(200.750.52) =19.61 D=(D0.75)=(100.750.36)=9.783.2凸模 d=(d0.75Z) =(19+0.750.520.525) =18.865d=(d0.75Z) =(100.750.60.525)=9.2553.3压边装置 该模具中使用刚性压边装置,可以起到压边跟卸料的双重作用。 图4 压边装置图4、拉深力的计算、压力中心及合模高度的选择4.1拉深力的计算拉深所需要的压力:P=P+P+PP=dtK=3.14200.53400.8 =8540.8NP=Ap=(33.3220)0.75 =3.14710.20.75 =1672.6NP=dtK=3.14100.53400.8 =4270.4N P=P+P+P=8540.8+1672.6+4270.4=14483.8N=1.45KN 初选压力机: 压力机的公称压力 P(1.61.8)P 取 P=1.81.45=2.61KN 故选公称压力为30KN的压力机4.2压力中心的计算因为该零件为圆形,所以压力中心在其圆心上。4.3合模高度的计算拉深模具的闭合高度(H)是指滑块在下止点位置时,上模座上平面与下模座下平面之间的距离,即H=H+H+H+H+H+H+s+t =25+10+10+15+20+8+30+10+30 =158式中: H上模座厚度 mmH下模座厚度 mmH凹模固定板厚度 mmH凹模厚度 mmH压边圈厚度 mmH凸模固定板厚度 mmt拉深件厚度 mm s安全距离 mm 一般选择2025mm11致 谢致 谢时光冉冉,岁月如梭,这世上唯一不变的就是变化。转眼间,真的是转眼间,在此,简单地做一个总结吧。首先,也是最主要感谢的是我的指导老师,钱军老师。在整个过程中他给了我很大的帮助,在论文题目制定时,他首先肯定了我的题目大方向,同时又帮我具体分析了锉刀柄铜套的用途和加工时应该注意的部分,让我在写作时有了具体方向。在论文提纲制定时,我的思路不是很清晰,经过老师的帮忙,让我具体写作时思路顿时清晰。在完成初稿后,老师认真查看了我的文章,指出了我存在的很多问题。在此十分感谢钱老师的细心指导,才能让我顺利完成毕业论文。然后要谢谢母校,是他给了我学习的良好坏境在即将走出校园,直面大千世界的路口,虽然有些彷徨,有些茫然,但是我知道,我必须勇敢迈步前行。以下面一句话做结尾并与君共勉:未来不可知,是我们前进的原动力!11参考文献参考文献1杨占尧. M冲压工艺编制与模具设计制造.人民邮电出版社.2010.42贾俐俐. M冲压工艺与模具设计.人民邮电业出版社,2008.73刘 航. M模具制造技术.西安:西安电子科技大学出版社,2006.44寇世瑶. M机械制造.北京:高等教育出版社,2004.85宋小春. MAutoCAD2006实用教程.北京:中国水利水电出版社,2006.96林承全,M胡邵平.冲压模具课程设计指导与范例.化学工业出版社,2008.77刘 越. M公差配合预计是测量.北京:化工工业出版社,2004.68吴元徽,M赵利群.模具材料与热处理.大连:大连理工大学出版社,2007.513附 录13智能冲压工艺规划系统的研究摘要:本文对建立一个智能冲压工艺设计知识为基础的系统给出了一个简单的介绍。研究该系统的框架,对模型和知识推理模式进行了介绍。对有些关键技术如冲压工艺的可行性、排样的最佳算法、智能地带的布局和内力计算进行了研究。该系统可以改善工艺规划效率。关键词: 排样 KBS 知识模型 带状排样法1简介 冲压工艺规划是冲压产品开发的一个核心项目。它是金属成型应用的一个重要组成部分,它与生产质量、成本、生产率和工具寿命有直接的影响。现代制造业的快速发展对冲压提出了更高的要求,尤其是在冲压工艺方面。多年来,相关研究已就如何在创新的环境加强工艺规划的集成化和智能化程度进行研究。近年来,通过生产金属成形智能设计系统、自动化技术,整和了工艺规划的原则。智能工艺规划方法可以有效地提高设计效率与质量、创新设计能力。1.对于冷锻序列的设计开发了一种基于PC的专家系统,该系统采用基于塑性理论和实际考虑的规则。在美国俄亥俄州立大学一个称作FORMEX的规则系统被Altan和他的同事们写入多级冷锻的工艺规划程序语言中。2.它依靠冷锻零件各种形状的广泛分类。3 实施以知识为本的冷成形序列设计系统,采用设计规则确定建立一个可行的序列,然后使用有限元分析优化这个序列。一个以知识为基础的模具设计自动化系统被Cheok和他的同事精心设计出来。4 在新加坡国立大学。一些零件表象技术、冲压零件识别和模具构成也存在于这项工作中。在中国,华中科技大学的科学技术研究者们也开发出了基于知识系统的用于对小型金属件冲压级进模的程序包。5.使用特点,用户可以在3D立体构架下设计产品。在手工设置排样后,用户可以使用交互命令来开发带装布局设计。来自利物浦大学工业研究部门的研究者们也在研究冲压工艺和冲裁模的专用系统。6.他们的研究集中在分解较小的桥型废料的形状编码和识别技术。7在上海冲压模具和工具技术研究所的研究者们也开发出了级进模的CAD/CAM系统。他们研究的该系统依靠特殊的相关数据来描绘工件和模具结构。上述研究的研究工作的目的是为了促进金属成形的发展。从金属智能成型的回顾和分析中,使用智能设计的理论和方法来研究冲压工艺规划的步骤。在本文中介绍了应用于冲压工艺规划的智能的系统。该智能系统在处理一些复杂的设计问题时是种强有力的工具。由专门知识构成的智能系统可以用一种交互的方式协助用户解决各种各样的问题或疑问。8.智能系统是一种计算机系统,它试图代表人类知识和专业知识, 以一种实际和有效的途径提供快捷、方便的知识。智能系统能够完成一般需要专家才能完成的任务。它能自动化实时利用现有的专业知识,并解释它的推理过程。冲压工艺规划是一个含有丰富知识的复杂设计过程。整合在冲压工艺规划设计中智能系统的关键技术是至关重要的。使用智能理论的冲压工艺规划智能系统被提出来。对一些关键技术,如集成产品知识建模和战略规划的综合冲压成形过程进行了研究。在冲压设计中包括各种各样的知识,如专业领域知识、多任务知识、非标准知识。每一种知识都需要集成到该系统中。冲压模具的核心是冲压工艺。必须考虑到多种因素,如几何形状、技术要求、材料性能、冲压件的可行性、工作程序安排、模具工具的结构。冲压工艺规划是一种基于专家知识的创造性程序。智能系统技术可以改善制定冲压工艺规划的效率。2系统构架和框架智能系统的关键技术是建立和应用的信息化模型制作。该产品信息模型,包括三个阶段:一种基于几何的模型、一种基于特征的模型、一种基于智能的模型。基于几何的模型描述零件的几何拓扑信息。由于零件的数据信息不能被完整的描述、数据分离水平太低,几何模型被特征模型取代。这个信息模型包括一组几何实体。依靠此模型的工程语义模型,许多与设计相关的功能可以被实现。随着人工智能的发展,智能模型开始被应用。专业知识、设计过程的知识,和相关的知识都包含在知识模型中9、10。智能模型支持表达和传递有用的信息。本文主要概括了一种冲压工艺规划的智能系统。该智能系统对产品的定义有效且完整。它几何了不同模型的优点且能满足几何设计和推理过程。面向对象技术应用到整合各种各样的知识。此集成的知识系统模型可被共享和用于智能设计和产品信息沟通。这个关于冲压模具工艺规划的智能系统构架已经被设计出来。这个零件的结构设计,包括一个图形用户界面,一个应用程序系统、设计资源、知识工具,混合推理机制、基础模型。在这个构架中知识模型有不同的分类。知识模型从设计资源中获取有用的信息,支持知识获取和知识表达的程序。这个模型把有用信息转移到知识库。知识库由CAD软件支持。设计结果以3D模型、图画和资料库的形式保存在知识库中,它对在知识库中不同零件的知识传递来说非常的重要。3 实施方法和应用 3.1冲压智能模型的可行性论证 智能系统对冲压工件的质量、成本、模具寿命进行评价。该评价基于成熟的智能模型。此模型集成了规则库、零件信息和结论库。系数根据知识规则推理在知识库得出。冲压成型可行性可以从信息库中零件信息和相关系数推出。在设计过程中被新结论扩大的结果保存在结论库中。 模型的智能推理过程和零件的规格相比有一定限度范围的工艺参数。此规格包括输入输出半径、孔径、孔板、孔网、槽、槽网。结果来证实零件的形状是否符合模具工具加工。智能推理用于自动和交互的方式。这样做的目的是来研究冲压该产品的可行性。智能推理的关键是确定基于零件厚度和相关系数的加工极限值。图二所示为产品可行性论证模型的流程图。知识规则和设计结果保存在机械推理的数据库中。零件的形状可以在知识模型中修改。由知识模型决定的冲压工艺规划是非常重要的一步,它同时也提供了选择一个单步工序刀具或是复合工具或是一个改进工具的方法。各种不同领域的知识、经验和专业知识都被保存在工艺规划专业系统中。知识库的发展是基于规则表达的共同原则。这一步的目的是集成专业经验和零件的形状3.2基于优化算法的智能排样模型为了达到较高的材料利用率,空白的知识模型被建立,保存在知识库中的结果是其他模块建立的基础。在知识库中有四种排样类型: 一排列布局模式 与一排列相对的模式 两排列布局模式 与两排列布局相对的模式建立这个知识模型的目的是改善材料的利用。由知识库提供的限制情况可以由人类专家来选择。这个知识模型控制着整个排样的设计过程。图三所示为平面布局的等级体系结构第一种模式的作用是选择粗略数值和计算工作区域的总体轮廓。此模式提供了原始参数。粗略数值的全部信息都由此得到,不管这个数字是否被概略画出或是被选中。第二种模式用来确定布局类型、角度范围、布局大小和条带区的宽度。第三种模式中应用了优化算法。设计结果包括材料利用率、材料宽度和每步间隙都被保存在此模式中,不同布局的绘图也同时生成。在第四种模式中可以修改布局规划的结果。最终参数包括每步间隙、材料宽度、各类网格和转换能力。当参数有所改变时,布局规划图可以被更新。该知识的主要作用是布局规划的算法优化。该算法共有六步。1.在图形周围最适合的矩形第一次生成。复制件和原件之间的距离是包含在接洽网中的。图四说明了此种算法。 2.在两个环形中间的值是经过计算的。这两个环形分解成线和圆弧的单元。每对元素中间的距离需要重新补偿。然后就可以找到最短的距离。3.计算出的最小值和所要求的值之间的差异就是误差。当误差小于允许值时,排样规划就可以完成。另外,布局图形需要沿着视野的方向移动。4.材料利用率可以以布局规划的角度上被计算出来。5.排样图形旋转一定的角度。旋转中心是矩形中心点附近的粗略数值。材料利用率在当前角度下被计算出来。6.排样图形旋转到另外一个角度。重复第三部的的步骤,直到角度达到180度。 3.3带状布局的开发 带状布局的工序规则被集成于知识基础级进刀具设计。该智能模型的功能是:选择零件位置,设计方位和安排带状工步距离。为了解决运行程序,该规则应该被制定的合理和有效。自动设计模块是智能模型中最重要的模块。人工智能技术被应用于此模块中。此模型中的预处理模块,包括定位产品模块和从产品模块中提取精确的信息。为了在修改模块中生成一个模型,最初的设计工程被修改11。被修改的模块代替了处理模块。3.3.1 自动带状布局设计的预处理1)确定零件的位置和排列。用户可以用界面来确定预处理模块中的一些参数。确定位置的过程可以和其他元素一起来做,例如:零件形状、尺寸精度、和用户要求。零件的形状也在智能模型中定义,结果被保存在知识库中。2)获取零件精确信息。此精确信息应该在带状布局知识库中得到。有用的信息包括冲孔的精确信息和相对位置信息。由此种类型信息组成的知识模型将会决定零件的冲压顺序。这个设计过程的主要要求是为位置精度开发一种知识模型12。首先,零件的形状被分成封闭的轮廓。轮廓的数目为nK = k1, k2, . . ., ki, . . ., kn (1)这里 ki 表示零件的第i个轮廓。所有轮廓间的相对关系包含在关系P中。如果在轮廓ki 和kj 之间要求精准,这里存在(ki , kj) p。p = . . ., (ki , kj), . . . ki , kj K, 1 i, j n(i _= j). (2)每种类型的精确信息通过相关矩阵被保存在知识模型中。3.3.2带状布局自动设计带状布局的自动设计模块在知识模型中是最重要的一个。在知识模型中包含很多重要的规则,例如在一次单冲程中冲压所有内轮廓比较好。在下一个阶段这个部分被切断。有时候,如果冲压点之间的距离非常小,一些内轮廓就要被搬到下一阶段进行加工。如果冲压点离分馏点太近的话,分馏点就需要被更改到下一阶段。如果这里仍然有不合适的尺寸,一些点可以被移动到下一阶段。重复整个过程直到矩阵点间的每个尺寸都可以被接受。布局智能设计的核心是开发干涉点的智能模型13。零件坯料被分成许多点的形式。这些点的名字是k1, k2, . . ., kn. 这里dij 是ki和 kj 之间最小的距离。矩阵的临界值是S。如果dijS ,ki和 kj不能在相同的步骤中得出。这种情况是智能模型中两个点的冲突。开发干涉点的智能模型的目的是确定冲突点的存在。此矩阵是一个系统矩阵。为了使设计过程更方便,可以把矩阵中的上半部分元素置零。 此处,ij 是关联系数,它表示了每对点之间的不同关系。如果两个点之间有冲突,它们中的一个则要被移到下一步。在每一步中重复上述步骤直到冲突点消失。最后矩阵M成为空矩阵。3.3.3对带状布局结果的处理带状布局的子处理知识模型中有两部分:修改结果和创建布局图形。从带状布局自动设计模型中得出的结果是惯用的。它们可能满足不了用户的所有要求。依靠知识模型的数据结构,通过移动点和改变步骤,增加空步和删除空步的目的可以被实现。我们能够通过处理步骤的数据结果来修改带状布局的设计结果。工步改变可以通过交换两个位置的编码来实现,工步增加或减少可以通过插入或移除编码的操作来完成。当我们想移动一些点时,我们可以从第一步到最后一步转移链表中相当的点。3.4确定冲压中心和力计算的智能模型。冲压中心设计模型的目的是建立组合力的工作点11。模具工具中心和冲压中心的一致非常重要,只有那样冲压工具才能在一起正常的工作。冲压中心从知识模型的每一个轮廓位置的计算中得出。设计的第一部是得到工具的工作区域。CAD平台上的零件图形的轮廓提供了零件的外矩形。依靠冲压中心和外矩形之间的关系可以生成工作区域。因为不平衡力的结果的可能性,同时也提供了冲压中心的再生成。再生成的步骤由人机接口软件来完成。图八所示为复合模打孔机工 作区域的设计结果。保存在知识库中的内容包括模具工具的每种类型、零件落料、废料移除等等。不同情况下的力计算的方法是不同的。力方程是由知识规则库的推理得到的。首先,加工力和切削力是基于零件的轮廓长度和知识库中的知识规则得到的。然后,通过设计结果和合零件情况,可以得到脱离力、阻力和推件力。总的力按照知识库中的导向一步一步计算。4 结论和进一步工作计算机辅助设计工具的应用在金属成型中的应用,节省了大量的时间和金钱。由于复杂零件冲压工艺设计的复杂性,开发一种自动生成工艺步骤的系统非常重要。这个研究开发了一个集成的CAD系统,该系统开发了一种工艺规划系统使对不规则零件在高速下进精密加工得以实现。该系统有一下特点:1. 在设计过程中不断改变的数据以不同的方式保存,包括数字形式和图片形式的。用户在设计过程中可以自由使用它们作为参考。2. 加工可行性检查模型检查冲压的可行性,同时能对复杂零件的冲压工艺规划提供一些建议。3. 排样模块生成最佳排样图以到达材料的最大利用率。产品成本的减少取决于排样最优化计算。不仅最佳规划而且每个合理的规划被保存在知识库中。用户可以选择任意一个作为它们的最终设计结果。4. 带状排样模块生成自动工艺规划图。根据用户的要求带状排样的结果可以在设计过程的任意时期修改。在工艺规划中协助设计者的此系统将会是一种有用的工具。它将会足够的灵活允许设计者具有创造性,同时用计算机来执行几何计算和自动得到设计结果。它提供了一个非常灵活的设计环境,用户可以完全掌握即使是复杂零件的冲压工艺规划设计。该系统拥有图形交互界面,用户可以在设计过程中交互式地改变各种设计参数。进一步的工作将会集中在排样优化的效率改善上,优化用时将会减少。为排样规划,更多的设计方案的类型应该被添加到知识模型中。根据冲压工艺规划的结果,冲压模具设计应用也将会在进一步的工作中被研究。Intelligent stamping process planning system research Abstract: this paper to build a intelligent stamping process design knowledge based system gives a brief introduction. Study the system framework of model, and knowledge reasoning model are introduced. For some key technologies such as the feasibility of stamping process and exhaust kind of best algorithm, intelligent zone layout and internal force calculation is studied. This system can improve process planning efficiency. Keywords: arrangement a KBS knowledge model ribbon arrangement method introduction Stamping process planning is one of the core punching product development project. It is the metal molding application an important component part of it and the production quality, cost, productivity and tool life have direct influence. The rapid development of modern manufacturing for stamping put forward higher request, especially in stamping process. For many years, the related research has the environment in innovation to strengthen the integration and process planning study intelligentize degree. In recent years, through the production of metal forming intelligent design system, automation technology, the whole and the process planning principles. Intelligent process planning method can effectively improve the design efficiency and quality, innovative design ability. 1. For cold forging sequence of designing and developing a kind of expert system based on PC, this system based on practical considerations plasticity theory and the rules. At the Ohio state university, a called FORMEX rules system is Altan and his colleagues write multistage cold forging process planning and programming language. 2. It depends on a cold forging parts of various shapes widely classification. 3 implement knowledge based cold forming sequence design system, adopting the design rule sure to establish a feasible sequence, then using finite element analysis optimization this sequence. A knowledge based mold design automation system is Cheok and his colleagues carefully designed. 4 in the national university of Singapore. Some parts representation techniques, stamping parts recognition and mould constitute also exists in this work. In China, huazhong university of science and technology researchers also developed based on knowledge system for small metal parts stamping progressive die program packages. 5. Use features, users can under 3D architecture design products. In manually set arrangement, user can use interactive command to development zones outfit layout design. From Liverpool university industrial research departments researchers are also studying stamping process and punch die special system. 6. The focus of their study in decomposed smaller bridge waste shape coding and recognition technology. 7 in Shanghai stamping mould and tools institute of technology researchers also developed progressive die CAD/CAM system. They study the system depend on special relevant data to describe the workpiece and mould structure. The findings of the research work purpose is to promote the development of metal forming process. From metal intelligence review and analysis of the forming of intelligent design, use the theory and method to study the stamping process planning steps. In this paper introduces applied in stamping process planning of intelligent system. This intelligent system in dealing with some complex design problem is a powerful tool. By special knowledge construction intelligent systems can use an interactive way help user to solve all kinds of problems or questions. 8. Intelligent system is a computer system, it tried to represent human knowledge and professional knowledge, and to a practical and effective way to provide fast, convenient and knowledge. Intelligent system can accomplish generally require experts to complete tasks. It can automatic real-time use existing professional knowledge, and explain its reasoning process. Stamping process planning is a rich knowledge of the complex design process. Integration in the stamping process planning and design of the key techniques of intelligent system is of vital importance. The use of intelligence theory stamping process planning intelligent systems have been proffered. Some key technologies, such as integrated product knowledge modeling and strategic planning comprehensive stamping process was studied. In stamping design including all kinds of knowledge, such as domain knowledge, multitasking knowledge, non-standard knowledge. Each kind of knowledge all need to be integrated into the system. Stamping mould that is the core of stamping process. Must consider the various factors, such as geometry, technical requirements, material properties and stamping feasibility, working procedures arrangement, the structure of mould tool. Stamping process planning is a kind of creative program based on experts knowledge. Intelligent system technology can improve the efficiency of the stamping process planning. 2 system frame and the frame Intelligent system key technology is built and application of information model making. This product information model, including three stages: a kind of the model, based on geometric model based on features based on intelligence, the model. Based on geometric model describing the geometric topology information parts. Because parts of data message cannot be fully described, data separation level is too low, geometric model was characteristic model replaced. This information model includes a set of geometric entities. Rely on this model, the engineering semantic model with design of related functions many can be realized. Along with the development of artificial intelligence, the intelligent model begins to be used. Professional knowledge, design process of knowledge, and relevant knowledge are included in the knowledge model 9, 10. Intelligent model support expression and transfer of useful information. This paper mainly summarizes a stamping process planning of intelligent system. This intelligent system for product definition effective and complete. It has the advantages of different geometrical model and can satisfy the geometric designs and reasoning process. Object-oriented technology is applied to integrate all kinds of knowledge. This integrated knowledge system model can be Shared and used in intelligent design and product information communication. Figure 1 shows the stamping process planning intelligent system frame This about stamping mould process planning of intelligent system frame has been designed. The components of the structure design, including a graphical user interface, an application system, design resources, knowledge tool, mixed reasoning mechanism, basic model. In this architecture knowledge model have different classification. Knowledge model from the design resource to extract useful information, support knowledge acquisition and knowledge expression program. This model is useful information transferred to knowledge. Comprising CAD software support. Design results as a 3D model, pictures and database is stored in the repository, it in different parts of the knowledge base is very important knowledge transfer. 3 implementation method and application 3.1 stamping feasibility of intelligent model Intelligent system for stamping workpiece quality, cost, die life is evaluated. This evaluation based on mature intelligent model. This model has integrated rule library, parts information and conclusion library. Coefficient of knowledge rule reasoning in knowledge according to that. Stamping forming feasibility can from a database of information and related coefficient parts launch. In the design process of the extension of the new conclusion preserved in conclusion library. Model of intelligent reasoning process and parts specification limits range compared with the technological parameters. This specification Including input/output radius, aperture, orifice plate, hole nets, chamfer, trough nets. Results to confirm whether accord with the shape of mould parts processing tools. Intelligent reasoning is used in the automatic and interactive way. Its purpose is to study the feasibility of pressing the product. Intelligent reasoning based on the key is to determine the thickness and the correlation coefficient parts processing limit. Figure 2 shows the feasibility of the model for product flow chart. Figure 2 shows the feasibility of the model for product flow chart. Knowledge rules and design results stored in the database of mechanical reasoning. Parts in knowledge model shape can modify. The decision by the knowledge model stamping process planning is very important step, it also provides to choose a single step process tool or composite tools or a method of improvement tools. All sorts of different domain knowledge, experience and expertise are kept in the process planning of professional system. Based on the development of knowledge base is the common principle rules expression. The purpose of this step is to integrate professional experience and parts shape 3.2 based on optimization algorithm of intelligent strip layout model In order to achieve higher material utilization, blank knowledge model was established, the results are stored in knowledge base established basis other modules. In the knowledge base there are four arrangement type: Arranged layout pattern determined With an array of Washington relative pattern Second-ranking arranged layout mode two With two second-ranking arranged layout relative mode The purpose of establishing the knowledge model is to improve the material utilization. The restrictions by knowledge can provide human experts to choose from. This knowledge model control over the whole arrangement design process. Figure 3 shows the layout rating system structure The first kind of mode selection function is roughly calculated the numerical and working area general outline. This model provides the original parameters. All the information is roughly value resulting from them, no matter the figures are outlined draw or selected. The second mode used to determine the layout type, Angle range, layout size and strip the width. The third kind of mode applied optimization algorithm. Design results include material utilization, material width and every step clearance are kept in this mode, the different layout drawing also generate. In the fourth mode can modify layout results. Eventually parameters include clearance, material each step of grid, and the width, the ability to switch. When the parameters change, layout plans can be updated. This knowledge is the main purpose of the algorithm to optimize the layout planning. This algorithm six steps. 1. The most suitable around in graphics rectangular first generation. The original copy and the distance between the approach is included in the net. Figure 4 shows the algorithm. 2. The value of the two ring is among a computation. The two ring is decomposed into line and arc units. The distance between each element needs to compensation. And then you can find the shortest distance. 3. The minimum value and calculated the value of the required the difference between is error. When the error less than value, arrangement planning can be completed. In addition, graphic layout to follow the direction of the view movement. Graph 4: arrangement algorithm. A primitive Angle graphics. B rotation Angle of graphics after 4. Material utilization in layouts point of view is calculated. 5. Arrangement graphics rotating certain Angle. Rotating center near the center is the rectangular roughly value. Material utilization in the current Angle was calculated. 6. Arrangement graphics rotated to another Angle. Repeat the steps of the third part, until Angle reached 180 degrees. Figure 5 shows is the arrangement design results. Graph 5: row kind of intelligent design results. The development of 3.3 ribbon layout The layout of the shingles rule was integration process in knowledge base level into tool design. This intelligent model function is: select parts location, design azimuth and arrange ribbon work step distance. In order to solve the operational procedures, and the rules should be reasonable and effective formulated. Automatic design module is intelligent model in the most important modules. Artificial intelligence technology has been applied in this module. This model, including the pretreatment module orientating products module and extracted from the product modularization accurate information. In order to modify module generates a model, initial design engineering is modified 11. The modified module instead of processing module. Figure 6 shows the layout of the model and the algorithm for shingles. 3.3.1 automatic ribbon layout design preprocessing 1) determine the position and permutations. Parts The user can use interface to determine some of the preconditioning module parameter. The process can determine the position and other elements, such as: to do together shape and size accuracy, parts and user requirements. Parts in the shape of the intelligent model definition, the results are stored in a knowledge base. 2) get parts precise information. The precise information should get in ribbon layout knowledge base. Useful information including punching accurate information and relative location information. This type of knowledge model of information will decide parts stamping sequence. The design process is the main requirements for the position precision to develop a knowledge model 12. First, the shape of the parts were divided into closed contour. Outline the number of n K = k1, k2,., ki,., kn (1) Here the first I ki says parts an outline. The relative relations between all contour contained in the relationship of P. If in contour kj ki and precision, there exists between requirements ki, kj) (p. P = ., (ki, kj),. ki, kj K, 1 acuities were I, j acuities n (I _ = j). (2) The position precision from P get relevant matrix is: (3) Each type of accurate information through the correlation matrices is preserved in knowledge model. 3.3.2 ribbon layout au
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