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摘要 本文介紹的模具實例結(jié)構(gòu)簡單實用 使用方便可靠 本套沖壓模具的設(shè)計 不是以復(fù)雜模具的設(shè)計為主 而主要是對模具設(shè)計知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和設(shè)計的練 習(xí) 以達到掌握沖壓模具設(shè)計的基本技能的目的 首先 對零件做整體的分析 包括 材料的使用 精度的要求 工序的要 求以及成本的要求等 為了降低成本 對排樣方式進行了合理的設(shè)計 其次 對零件整體進行工藝設(shè)計 通過工藝目的的設(shè)計 工序的順序設(shè)計 壓力機的 選擇等來實現(xiàn)所要達到的要求 再次 想要保證制件精度的要求 就要考慮模 具刃口尺寸的計算 因為刃口是沖制工件的主要工作部分 刃口處的精度就決 定了制件的精度 就必須根據(jù)公差來進行精確計算 最后 根據(jù)計算出的模具刃口尺寸設(shè)計出相應(yīng)的凸凹模 并且查找資料選 擇冷沖壓模的標準零件 符合標準后 就把凸凹模與其它各零部件進行總體裝 配 在確定了模具體閉合高度后 選出合適的壓力機在調(diào)試校驗后并進行試沖 加工 以達到符合的標準 最終完成加工 關(guān)鍵詞 沖壓模具 沖壓工藝 模具設(shè)計 Abstract The topic is the chain plate punching blanking compound mold design and the mold of article described an instance is simple and practical easy to use and is reliable This mold is not primarily designed to complex design but mainly on a systematic study of mold design knowledge and practice in order to achieve the purpose of master the basic skills of stamping mold design First of all do a thorough analysis for the parts which include the using of the material the requirement of accuracy and the requirement of working procedure and costs and so on For declining low cost proceeded the reasonable design to the row kind method Secondly do processing design for the whole parts and the purpose by craft designing and order of the working procedure and by the choice of punching machine Thirdly consider the calculation of size of the mould cutting edge in order to meet the need of accuracy Because the cutting edge is the main working part of the punching processing the accurate cutting edge guarantees the accurate parts So you needed to tolerance do accurate calculation Finally according to the calculated the size of mold cutting edge design the corresponding punch and mold and find information on selection criteria for cold stamping parts meet the standards put the punch and mold with the other components to the overall assembly In determining the specific mold closed height select the appropriate press in the debug and test validation washed after processing to meet compliance standards the final completion of the processing chain plate Keywords composite modulus stamping process mold design punching blanking 目 錄 摘要 1 Abstract 2 目錄 3 第 1 章 緒論 5 1 1 模具選材的意義 5 1 2 模具選材的原則 6 1 3 冷沖壓模具的選材原則 8 1 4 工藝方案比較及確定 9 1 5 沖壓模具材料的熱處理 10 第 2 章 零件的分析 11 2 1 零件的工藝性分析 11 2 2 工藝方案分析 11 第 3 章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 14 3 1 模具間隙的確定 14 3 1 1 沖裁間隙的含義 14 3 1 2 間隙對沖裁的影響 14 3 1 3 沖裁方向的確定原則 15 3 2 凸凹模尺寸 16 第 4 章壓力中心的計算 19 4 1 壓力中心的計算 19 4 2 設(shè)備的選擇 19 第 5 章 排樣設(shè)計 21 第 6 章 模具總體設(shè)計 23 第 7 章 模具的裝配 25 結(jié)論與展望 26 致謝 27 參考文獻 28 第 1 章 緒論 1 1 模具選材的意義 隨著市場經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和材料加工新技術(shù)新發(fā)明的不斷采用 產(chǎn)品更新 換代的速度加快 對成形模具數(shù)量的需求也不斷增加 模具材料的正確選擇與 合理使用已經(jīng)制約高精度 長壽命 高效率模具制造的瓶頸之一 國內(nèi)外通常 按用途將模具材料分為三大類 冷作模具材料 熱作模具材料和塑性成形模具 材料 目前 這三大類模具材料仍以黑色金屬及其合金為主 合理選擇模具材料具有非常重要的意義 首先是由模具在現(xiàn)代生產(chǎn)工業(yè)中 的重要作用所決定 其次 合理選材也是保證模具壽命 提高材料利用率的基 本要求之一 模具材料的選擇是指 針對具體的模具零件 在相應(yīng)的模具材料中選擇一 兩種較為理想或合適的材料的過程 一般來說 模具零件的選材要求所選材料 滿足 1 使用性能足夠 根據(jù)工作條件 失效形式 壽命要求 可靠性的高 低等提出材料的強度 硬度 塑性 韌性等使用性能要求 其中應(yīng)考慮尺寸效 應(yīng)及主要的 關(guān)鍵的性能指標 2 工藝性良好 根據(jù)制造工藝流程及方法不同 保證所選材料具有良 好的工藝性能 首先是能將模具零件制造出來 3 供應(yīng)上能保證 所選材料應(yīng)考慮地方資源市場供應(yīng)情況 盡量少用 進口材料 并且品種規(guī)格應(yīng)盡量少而集中 以便于采購和管理 4 經(jīng)濟性合理 要求所選材料 生產(chǎn)過程簡單 成品率高 成本低 也就是業(yè)界提出的 滿足制品要求 發(fā)揮材料潛力 經(jīng)濟技術(shù)合理 原則 由此可見 模具的選材決策是一個系統(tǒng)工程 涉及因素多 工作量大 根據(jù)系統(tǒng)工程的原理 系統(tǒng)的組成要素越多 亦即模具選材考慮的因素越多 其系統(tǒng)就越大 方案優(yōu)化決策的工作量也越大 然而 系統(tǒng)工程認為 最終得 出的決策只能是相對理想的而決不是最好的 因此 為了簡化相關(guān)問題的解決 過程 系統(tǒng)所包括的要素應(yīng)盡量少 1 2 模具選材的原則 模具選材的原則一般按下面三個方面考慮 1 滿足工作要求 a 耐磨性 坯料在模具型腔中塑性變形時 沿型腔表面既流動又滑動 使型腔表面與 坯料間產(chǎn)生劇烈的摩擦 從而導(dǎo)致模具因磨損而失效 所有材料的耐磨性是模 具最基本 最重要的性能之一 硬度是影響耐磨性的主要因素之一 一般情況 下 模具零件的硬度越高 磨損量越小 耐磨性也越好 另外 耐磨性還與材 料中碳化物的種類 數(shù)量 形態(tài) 大小及分布有關(guān) b 強韌性 模具的工作條件大多十分惡劣 有些常承受較大的沖擊負荷 從而導(dǎo)致脆 性斷裂 為防止模具零件在工作是突然脆斷 模具要具有較高的強度和韌性 模具韌性主要取決于材料的含碳量 晶粒度及組織形態(tài) c 疲勞斷裂性能 模具工作過程中 在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下 往往導(dǎo)致疲勞斷裂 其形式 有小能量多次沖擊疲勞斷裂 拉伸疲勞斷裂 接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂 模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度 韌性 硬度以及材料中夾雜物的含量 d 高溫性能 當(dāng)模具的工作溫度較高時 會使硬度和強度下降 導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn) 生塑性變形而失效 因此 模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性 以保證模具 在工作溫度下 具有較高的硬度和強度 e 耐冷熱疲勞性能 有些模具在工作的工程中處于反復(fù)冷卻和加熱的狀態(tài) 使型腔表面受拉 壓力變應(yīng)力的作用 引起表面龜裂和脫落 增大摩擦力 阻礙塑性變形 降低 了尺寸精度 從而導(dǎo)致模具失效 冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一 因此這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能 f 耐蝕性 有些模具如塑料模在工作時 由于塑料中存在氯 氟等元素 受熱后分解 出 HCI HF 等強腐蝕性氣體 侵蝕模具型腔表面 加大其表面粗糙度 加劇磨 損失效 2 滿足工藝性能要求 模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造 切削加工 熱處理等幾道工序 為保證模 具的制造質(zhì)量 降低生產(chǎn)成本 其材料應(yīng)具有良好的可鍛性 切削加工性 淬 硬性 淬透性及可磨削性 還應(yīng)具有小的氧化 脫碳敏感性和淬火變形開裂傾 向 a 可鍛性 具有較低的熱鍛變形抗力 塑性好 鍛造溫度范圍寬 鍛裂冷裂及析出網(wǎng) 狀碳化物傾向低 b 退火工藝性 球化退火溫度范圍寬 退火硬度低且波動范圍小 球化率高 c 切削加工性 切削用量大 刀具磨損低 加工表面粗糙度低 d 氧化 脫碳敏感性 高溫加熱時抗氧化性能好 脫碳速度慢 對加熱介質(zhì)不敏感 產(chǎn)生麻點傾 向小 e 淬硬性 淬火后具有均勻而高的表面硬度 f 淬透性 淬火后能獲得較深的淬硬層 采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬 g 淬火變形開裂傾向 常規(guī)淬火體積變形小 形狀翹曲 畸變輕微 異常變形傾向低 常規(guī)淬火 開裂敏感性低 對淬火溫度及工作形狀不敏感 h 可磨削性 砂輪相對損耗小 無燒傷 極限磨削用量大 對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏 感 不易發(fā)生磨傷及磨削裂紋 3 滿足經(jīng)濟性要求 在給模具選材時 必須考慮經(jīng)濟性這一原則 盡可能降低制造成本 因此 在滿足使用性能的前提下 首先選用價格較低的 能用碳鋼就不用合金鋼 能 用國產(chǎn)材料就不用進口材料 另外 在選材時還應(yīng)考慮市場的生產(chǎn)和供求情況 所選鋼種應(yīng)盡量少而集中 易購買 1 3 冷沖壓模具的選材原則 冷沖壓模具 簡稱冷沖模 下同 主要用在使金屬板料產(chǎn)生塑性變形或分 離而加工成形所需制件方面 由于被成形對象在成形過程中存在加工硬化現(xiàn)象 加之其它一些模具工作環(huán)境因素 所以 對模具的強度 硬度 韌性 耐磨性 和抗疲勞性等性能指標要求較高 而這些性能指標 主要是通過正確的選材和 合理的熱處理工藝搭配老保障 冷沖模在選材時 通常應(yīng)遵循下述原則 1 選擇淬透性良好的材料 在使用過程中 大多數(shù)冷沖模除要求表面有足夠的硬度外 還要求芯部具 有足夠的韌性 例如 對于大型冷沖模 若用淬透性較差的材料 則淬火回火 后很難達到表里一致的組織 從而影響模具的強度和韌性 所以 在選擇材料 時 一般應(yīng)選用淬透性能良好的鋼材 此外 為了使模具零件在淬火后能獲得 較均勻的應(yīng)力狀態(tài) 以避免開裂或變形 也應(yīng)該選用淬透性較好的材料 2 選擇抗回火穩(wěn)定性高的材料 冷沖模在工作時 由于和被加工材料發(fā)生強烈的擠壓和摩擦 會形成較高 的溫度 這就要求模具材料本身要具有較高的抗回火穩(wěn)定性 也就是要具有在 一定溫度下保證硬度的能力 一般來說 碳素鋼和低合金鋼抗回火能力差 若 采用不同程度的含鉻和含鋁的合金鋼 則能顯著提高模具零件的回火穩(wěn)定性 3 根據(jù)制品批量選擇材料 對于沖壓數(shù)量較大的模具一般選用優(yōu)質(zhì)合金工具鋼制造 而對于制件數(shù)量 較小的模具則可采用廉價的碳素工具鋼制造 4 根據(jù)模具的精密程度和使用壽命選擇材料 制造小型精密而復(fù)雜的冷沖模 宜選用優(yōu)質(zhì)鋼材 而對于結(jié)構(gòu)比較簡單 且使用壽命要求不高的模具 則可采用相對便宜的材料制作 對于大型凸 凹 模 可以采用局部鑲嵌結(jié)構(gòu) 以節(jié)省貴重鋼材 5 根據(jù)模具零件的作用選擇鋼材 冷沖模的關(guān)鍵零部件 如凸 凹模 可采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作 而其它零件可 以采用一般鋼材制作 但對于結(jié)構(gòu)比較的沖裁凸模和凹模 以及彎曲模和拉伸 模 如果是用來沖制數(shù)量不多或者厚度不大的有色金屬和黑色金屬 則多半可 以選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 例如 在工作中承受較大沖擊的模具 可選用 T8A 鋼 但對于基本不承受沖擊的模具 則可選用 T10A 鋼 對于成產(chǎn)批量較大的模具 其凸 凹?？刹捎?Cr12 鋼制造 總之 在選擇冷沖模材料時 既要考慮其使用性能 又要考慮其總成本 兩者綜合 才是最佳的選擇 1 4 工藝方案比較及確定 20 年代開始 金屬制品 玩具和小五金等行業(yè)就使用沖床 壓機等簡易機 械設(shè)備及模具加工產(chǎn)品的毛坯或某些零部件 其中有用于落料 沖孔的 刀口 模子 用于金屬拉伸的 塢工模子 當(dāng)時各廠使用的沖壓設(shè)備功率不大 大 多還是手扳腳踏 模具加工除使用少量簡陋的通用設(shè)備外 以手工為主 故而 模具的精度不高 損壞率大 直到 40 年代初 才出現(xiàn)水壓機冷沖模具 50 年 代公私合營后 由于增添了磨床 銑床和鋸床等設(shè)備 又配上硬度計 外徑內(nèi) 徑測定器和快規(guī)等 使冷沖模具的精度得以提高 隨著產(chǎn)品生產(chǎn)大量使用沖壓 機床 1960 1970 年 冷沖模具以從原來單沖落料 單沖孔模具發(fā)展為落料 沖孔復(fù)合模 又由于冷沖模架標準件的出現(xiàn) 使模具設(shè)計結(jié)構(gòu)形式多樣 精度 也由此提高 同時 隨著熱處理技術(shù)的進步和檢測手段的完善 冷沖模具使用 壽命提高 5 7 倍 這一時期 還由于成型磨削 電脈沖和線切割機等機床相繼 使用 又采用硬質(zhì)合金為模具材料 冷沖模具的制造工藝有了新的發(fā)展 硬質(zhì) 合金冷沖模具的使用壽命從原來的 3 5 萬次躍增到 150 次以上 由于設(shè)計人員 改進制模工藝 具有自動送料 自動理片和接料裝置的復(fù)合模具大量問世 靠 模銑床引進后 用石膏 木?；?qū)嵨锛纯煞瞥鱿嗤螤畹哪Ｐ?給制作復(fù)合 拉伸模具提供了方便 確保了精度 70 年代以后 使用斜度線切割機加工冷沖 模具 其凸模 沖頭 和凹?？上却慊鹛幚碓偾懈钛b配 取代了原來冷沖模具 制作 熱處理 裝配 變形修正的繁瑣工藝 模具的光潔度也提高了一個等級 精度可以達到 0 01 后來各專業(yè)模具廠 模具車間小組已廣泛使用線切割機 加工制作冷沖模具 1 5 沖壓模具材料的熱處理 100 年前 美國機械工程師特勒 F W Taylor 和冶金工程師懷特 M White 在經(jīng)過廣泛而系統(tǒng)的切削試驗后 確立了切削用高速鋼的最佳成分 W18Cr4V 當(dāng)時切削中碳素鋼速度為 30m min 比之前提高了十幾倍 這一成果帶 來了機械加工的劃時代革命 熱處理是利用加熱 保溫 冷卻的方法 促使金 屬內(nèi)部組織發(fā)生變化 從而獲得所需性能 包括使用性能和加工性能 的一種 工藝過程 一般來說 沖模質(zhì)量及壽命很大程度取決于熱處理質(zhì)量 為此 對 模具材料熱處理有以下幾點要求 1 熱處理變形要盡量小 熱處理變形會影響到裝配精度 造成凸凹模 間隙不均勻 沖裁尺寸發(fā)生變化 影響制件質(zhì)量 縮短模具壽命 2 采用下限溫度淬火 這樣既可以減少模具零件變形又可以提高材料 的韌性 若加熱時過熱 不僅會使工件造成較大的脆性 而且在冷卻時也容易 引起變形和開裂 必將影響模具的使用壽命 3 熱處理后零件表面不允許有脫碳層和強滲碳層 若表面存在脫碳層 會使模具表面的硬度降低 容易引起磨損 若表面有強滲碳層 則會增加脆性 模具容易發(fā)生崩裂現(xiàn)象 4 為提高沖板的耐用度 在使用過程中應(yīng)采用周期回火處理 這樣可 有效地減少和消除沖裁工藝過程造成的拉應(yīng)力 5 應(yīng)根據(jù)具體要求 合理安排熱處理工序 如 精度要求較高的模具 工作零件 在粗精加工之間安排消除應(yīng)力處理 以消除切削加工所造成的殘余 應(yīng)力 減小變行 對于一些形狀復(fù)雜 精度高 加工周期長的沖模工作零件 在機加工過程中可采取多消除應(yīng)力處理 有利于穩(wěn)定零件尺寸和形狀精度 尤 其在沖模最后精加工前 應(yīng)進行一次 550 600 清除應(yīng)力回火處理 有利于減 小材料的淬火變形 6 線切割加工模具零件 要求有高的淬透性較深的淬硬層 并使其內(nèi) 應(yīng)力分布均勻 處于最小應(yīng)力狀態(tài) 因此 宜采用分級淬火和多次回火和高溫 火的熱處理工藝 以提高淬性 減小內(nèi)應(yīng)力 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的工藝性分析 工件如圖 1 1 所示 工件材料為 T2 厚度 0 3mm 大批量生產(chǎn) 設(shè)計沖裁 模 圖 1 1 導(dǎo)電片簡圖 此工件材料為 T2 具有良好的沖壓性能 適合沖裁 工件相對簡單 孔與 孔 孔與邊緣的距離滿足要求 工件的未標注尺寸全部為自由公差 可看 級 其中標注帶有公差的尺寸 級也可以滿足其要求 普通沖裁完全14IT14IT 可以滿足要求 2 2 工藝方案分析 該工件包括落料 沖孔兩個基本工序 可有以下三種工藝方案 方案一 先落料 后沖孔 采用單工序模生產(chǎn) 方案二 落料沖孔復(fù)合沖壓 采用復(fù)合模生產(chǎn) 方案三 沖孔 落料級進沖壓 采用級進模生產(chǎn) 三種方案的特點對比如表 1 1 表 1 1 三種方案的比較 模具類別 比較項目 單工序模 復(fù)合模 級進模 沖件精度 較低 高 一般 生產(chǎn)效率 較低 較高 高 生產(chǎn)批量 適合大 中 小批量 適合大批量 適合大 批量 模具復(fù)雜程 度 較易 較復(fù)雜 復(fù)雜 模具成本 較低 較高 高 模具制作精 度 較低 較高 高 模具制造周 期 較快 較長 長 模具外形尺 寸 較小 中等 較大 沖壓設(shè)備能 力 較小 中等 較大 工作條件 一般 較好 好 方案一 模具結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 但需要兩道工序 兩副模具 成本相 對較高 生產(chǎn)效率低 且更重要的是在第一道工序完成后 進入第二道工序必 然會增大誤差 使工件精度 質(zhì)量大打折扣 達不到所需的要求 難以滿足生 產(chǎn)需要 故而不選此方案 方案三 級進模是一種多工位 效率高的一種加工方法 但級進模輪廓尺 寸較大 制造復(fù)雜 成本較高 進而排除此方案 方案二 采用復(fù)合模制沖件時 只需要一套模具 工件的精度及生產(chǎn)效率 要求都能滿足 由于這個工件的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜而且軸對稱 復(fù)合模的成本不是 太高 制造的難度也不大 容易保證尺寸的精度 并且在沖裁過程中可以進行 壓料 工件較平整 不翹曲 操作也方便 安全性好 生產(chǎn)效率高 所以綜合 考慮 對以上三種模具特點的比較后 方案二比較合理 所以采用方案二的復(fù) 合模 第 3 章 模具間隙和凸凹模尺寸的確定 3 1 模具間隙的確定 3 1 1 沖裁間隙的含義 沖裁模的凸模橫斷面 一般小于凹?？?凹模與凸模刃口部分 在垂直于 外栽力方向的投影尺寸之差 稱為沖栽間隙 間隙有兩種含義 種指凹模與凸模間每側(cè)空隙的數(shù)值 稱為單面間隙 另一種指凹模與凸模間兩側(cè)空隙之和 稱為雙面間隙 對于圓形刃口的凸 凹 模來說 雙面間隙就是兩者直徑之差 習(xí)慣上常說的多少間隙 是指雙面間隙 用符號 Z 表示 單面用 Z 2 表示 3 1 2 間隙對沖裁的影響 生產(chǎn)實踐證明 間隙值的大小 分布是否均勻等 對沖裁件的斷面質(zhì)量 尺寸精度 沖裁力和模具形命等均有直接影響 凸 凹模之間的間隙大小可分 三種基本情況 即間隙合理 間隙過大和間隙過小 1 沖裁件的斷面質(zhì)量 間隙合理 材料在分離時 凸 凹模刃口處的裂紋重合 沖裁斷面比較平 直 光滑 塌角和毛刺均較小 制件質(zhì)量較好 但合理的沖裁間隙并非是一個 絕對值 而是某一個數(shù)值范圍 沖裁間隙在此范圍內(nèi)都可得到?jīng)_裁斷面好的制 件 間隙過大 凸 凹模刃口處的裂紋不重合 凸模刃口附近的裂紋在凹模刃 口附近裂紋的里邊 材料受很大的拉伸 光亮帶小 毛刺 塌角及斜度都較大 間隙過小 裂紋也不重合 凸模刃口附近的裂紋在凹模刃口附近裂紋的外邊 兩條剪裂紋之間的一部分材料隨沖裁的繼續(xù)又被二次剪切和擠壓 在斷面上形 成第二次光亮帶 并在其間出現(xiàn)夾層和毛刺 2 尺寸精度 落料或沖孔后 因發(fā)生彈性恢復(fù) 會影響尺寸精度 間隙小到一定界限 由于壓縮變形彈性恢復(fù) 落料件尺寸會大于凹模尺寸 而使沖出的孔小于凸模 間隙大到一定界限 由于拉伸變形彈性恢復(fù) 落料件尺寸會小于凹模 而使沖 出的孔大于凸模 間隙對于沖孔和落料精度的影響規(guī)律是不同的 且與材料軋 制的纖維方向有關(guān) 3 沖裁力和模具壽命 間隙值大時 沖栽力有一定程度的減小 卸料力和推件力也隨之降低 沖裁時 坯料對凸模與凹模刃口產(chǎn)生側(cè)壓力 并在凸模與被沖孔之間以及 凹模與落料件之間均有摩擦力 間隙越小 側(cè)壓力和摩擦力隨之增大 此外 在實際生產(chǎn)中 模具因受到制造誤差和裝配精度的限制 凸模不可能絕對垂直 于凹模平面 而間隙分布也不可能十分均勻所以 過小的間隙會使凸 凹模刃 口磨損加劇 壽命下降 而較大的間隙則可使凸 凹模側(cè)面與材料問摩擦減小 并減緩間隙不勻的不利影響 從而提高模具壽命 但間隙過大 坯料彎曲相應(yīng) 增大 使凸模與凹模刃口端面上的壓應(yīng)力分布不均勻 容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑 性變形 因而對模具壽命也不利 3 1 3 沖裁方向的確定原則 沖裁時 由于凸 凹模之間存在間隙 因此落下的料或沖出的孔均帶有錐 度 其大端尺寸基本等于凹棋尺寸 小端尺寸基本等于凸模尺寸 測量時 也 是按沖孔的小端和落料的大端作為基準量取尺寸的 又由于在生產(chǎn)中 凸 凹 模都要與沖件或廢料發(fā)生摩擦 凸核愈磨愈小 凹模愈磨愈大 使間隙隨之增 大 基于這一分析 確定沖裁間隙值的原則是 落料時因制件尺寸隨凹模尺寸 而定 故間隙應(yīng)在減小凸模尺寸的方向上取得 沖孔時因孔尺寸隨凸模尺寸而 定 故間隙應(yīng)在增大凹模尺寸的方向上取得 考慮到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量 尺寸精度 凸 凹模的磨損 在設(shè)計與制造新 模具時 取最小合理間隙 根據(jù)材料的厚度 t 0 3mm 查參考文獻 2 表 2 2 取 0 035mm minZ 0 045mm maxZ 3 2 凸凹模尺寸 1 沖裁模刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理間隙值也 要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證 正確確定模具刃口尺寸及其制造公差 是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一 從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn) 1 由于凸模 凹模之間存在間隙 沖裁間隙 即指沖裁凸模合凹模刃口 之間的距離 也就是凸模工作部分和凹模工作部分之間的尺寸差 使落下的料 或沖出的孔都帶有錐度 且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸 沖孔件的小端尺 寸等于凸模尺寸 2 在測量與使用中 落料件是以大端尺寸為基準 沖孔孔徑是以小 端尺寸為基準 3 沖裁時 凸模 凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦 凸模愈磨愈小 凹模愈磨愈大 結(jié)果使間隙越來越大 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需考慮下述原則 1 落料件尺寸由凹模尺寸決定 沖孔時孔的尺寸由凸模尺寸決定 故設(shè)計落料模時 以凹模為基準 間隙取在凸模上 設(shè)計沖孔模時 以凸模為 基準 間隙取在凹模上 2 考慮到?jīng)_裁中凸模 凹模的磨損 設(shè)計落料模時 凹模基本尺寸應(yīng) 取尺寸公差范圍的較小尺寸 設(shè)計沖孔模時 凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔尺寸 公差范圍內(nèi)的較大尺寸 這樣 在凸模 凹模磨損到一定程度的情況下 仍能 沖出合格制件 凸模 凹模間隙則取最小合理間隙值 3 確定沖模刃口制造公差時 應(yīng)考慮制件的公差要求 如果對刃口 精度要求過高 即制造公差過小 會使模具制造困難 增加成本 延長生產(chǎn)周 期 如果對刃口精度要求過低 即制造公差過大 則生產(chǎn)出來的制件可能不合 格 會使模具的壽命降低 制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表 2 2 1 若制件 沒有標注公差 則對于非圓形件按國家標準 非配合尺寸的公差數(shù)值 IT14 級 處理 沖模則可按 IT11 級制造 對于圓形件 一般可按 IT7 IT6 級制造模具 沖壓件的尺寸公差應(yīng)按 入體 原則標注 落料件上偏差為零 下偏差為負 沖孔件下偏差為零 上偏差為正 2 刃口尺寸的計算方法 由于模具加工方法不同 凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差 的標注也不同 刃口尺寸的計算方法可分為二種情況 凸模與凹模分別加工計算模具刃口尺寸 采用這種方法 是指凸模和凹模分別按圖紙標注的尺寸和公差進行加工 沖裁 間隙由凸模 凹模刃口尺寸和公差來保證 要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與 制造公差 凸模 p 凹模 d 優(yōu)點是具有互換性 但受到?jīng)_裁間隙的限制 它適用于圓形或簡單形狀的沖壓件 從圖 2 3 1 沖壓件與凸模 凹模刃口尺寸及 公差的分布狀態(tài)可以看出 要保證初始間隙值小于最大合理間隙 2cmax 必須 滿足下列條件 p d cmax 2cmin 也就是說 新制造的模具應(yīng)該 是 p d cmin 2cmax 否則制造的模具間隙已超過允許變動 范圍 2cmin 2cmax 影響模具的使用壽命 若 p d cmax 2cmin 可取 p 0 4 2cmax 2cmin d 0 6 2cmax 2cmin 作為模具的凸模 凹模的制造偏差 常用凹模洞口類型為直筒式刃口凹模 其特點是制造方便 刃口強度高 刃磨后工作部分尺寸不變 廣泛用于沖裁公差要求較小 形狀復(fù)雜的精密制件 但因廢料或制件在洞壁內(nèi)的聚集而增大了推件力和凹模的漲裂力 給凸 凹模 的強度都帶來了不利的影響 一般復(fù)合模和上出件的沖裁模用 a c 型 下出 件的用 b 或 a 型 d e 型是錐筒式刃口 在凹模內(nèi)不聚集材料 側(cè)壁磨損小 但刃口強度差 刃磨后刃口徑向尺寸略有增大 如 30o 時 刃磨 0 1mm 其尺寸增大 0 0017mm 凹模錐角 后角 和洞口高度 h 均隨制件材料厚度的增加而增大 一般取 15 30 2 h 10mm 1 落料 設(shè)工件的尺寸為 D 根據(jù)計算原則 落料時以凹模為設(shè)計基準 首 先確定凹模尺寸 使凹?；境叽缃咏虻扔谥萍喞淖钚O限尺寸 再減 小凸模尺寸以保證最小合理間隙值 2cmin 凹模制造偏差取正偏差 凸模偏差 取負偏差 其計算公式如下 第 4 章壓力中心的計算 4 1 壓力中心的計算 如對毛坯進行加工必須要用到壓力機 而壓力機位置的確定必須先確定壓 力中心 其出公式如下 2 5a 121niniLXLX 2 5b 121niniLYLY 本次設(shè)計中制件的結(jié)構(gòu)為中心對稱圖形 且材料分布均勻 因此壓力中心 的位置一定在制件的中心位置 即中心點處 4 2 設(shè)備的選擇 由以上計算可得 壓力機為雙盤摩擦壓力機 型號 J53 63 J 機械壓力機 53 雙盤摩擦壓力機 63 公稱壓 630 KN 壓力機的主要參數(shù) 公稱壓力 KN 630 滑塊行程 270 行程次數(shù) 次 min 221 最小閉合高度 190 最大裝模高度 無 閉合高度調(diào)節(jié)量 無 立柱間距離 無 導(dǎo)軌間距離 350 工作臺尺寸 1 前后 450 2 左右 400 墊板尺寸 1 厚度 無 2 孔徑 80 模柄孔徑 1 直徑 60 2 深度 80 電動機功率 KW 4 1 壓力機的分類 按用途可分 通用壓力機和專用壓力機 按結(jié)構(gòu)可分 開式和閉式壓力機 其中開式又可分為單柱和雙柱或可傾 臺式 固定臺式 升降臺式壓力機 2 壓力機的基本組成 由床身 工作機構(gòu) 操作系統(tǒng) 傳動系統(tǒng) 能源系統(tǒng)等組成的 3 主要參數(shù) 公稱壓力機 主參數(shù) 滑塊行程 S 2r 滑塊行程次數(shù) n 每分鐘滑塊從上死點到下死點 再由下死點到上死點往返的次數(shù) 最大裝模高度 1 滑塊在下死點時 滑塊下表面到工作臺墊板上表面的距離為裝模高度 2 將滑塊調(diào)整到最上位置 裝模高度達到最大值稱為最大裝模高度 封閉高度 滑塊在下死點 滑塊下表面到工作臺上表面的距離 工作臺板及滑塊底面尺寸 L B 喉深 C 滑塊中心至機身的距離 模柄孔尺寸 第 5 章 排樣設(shè)計 在沖壓生產(chǎn)中 節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義 特別是在大批 量生產(chǎn)中 較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一 5 1 沖裁件的排樣 排樣是指沖件在條料 帶料或板料上布置的方法 沖件的合理布置 即材 料的經(jīng)濟利用 與沖件的外形有很大關(guān)系 根據(jù)不同幾何形狀的沖件 可得出于其相適應(yīng)的排樣類型 而根據(jù)排樣的 類型 又可分為少或無工藝余料的排樣與工藝余料的排樣兩種 排樣時 沖件之間以及沖件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊 它的作用 是補償定位誤差 保證沖出合格的沖件 以及保證條料有一定剛度 便于送料 搭邊數(shù)值取決于以下因素 1 工件的尺寸和形狀 2 材料的硬度和厚度 3 排樣的形式 直排 斜排 對排等 4 條料到的送料方法 是否有側(cè)壓板 檔料裝置的形式 包括檔料銷 導(dǎo)料銷和定距側(cè)刃等的形式 搭邊值一般 由經(jīng)驗在經(jīng)過簡單計算確定的 考慮到該制造件的生產(chǎn)綱領(lǐng)與加工條件 采用條料加工余料的排樣 排樣 如下 圖 2 1 5 2 材料利用率 參考文獻 1 中公式 100 4 5 BLnA 74 16 23 7 46 式中 材料利用率 n 張板料 或帯料 條料 上沖件的數(shù)目 A 整個沖裁件的實際面積 L 板料長度 B 板料寬度 第 6 章 模具總體設(shè)計 由以上的計算 在初步對凸凹模尺寸的確定以后 可以對模架進行選取 模架選取原則可根據(jù) 簡明設(shè)計手冊 P418 表 15 2 進行選取 其基本原則是 選擇模架結(jié)構(gòu)時要根據(jù)工件的受力變形特點 坯件定位 出件方式 材料 的送進方向 導(dǎo)柱受力狀態(tài) 操作是否方便等方進行綜合考慮 選擇模架尺寸時要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮 一般在長度上及寬度上都應(yīng) 比凸模大 30 40mm 摩板厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 選擇模架時 還應(yīng)注意到模架與壓力機的安裝關(guān)系 比如模座的寬度應(yīng)比壓力機工作臺孔的 孔徑?jīng)]每邊大 40 50mm 沖壓模具的閉合高度應(yīng)大于壓力機的最小裝模高 度 小于壓力機的最小裝模高度等 如圖所示 導(dǎo)柱的選擇 由模架選擇的結(jié)果可得 見 簡明手冊 P448 表 15 26 導(dǎo)柱為 C 型 其尺寸公差與外形如表 2 5 注 1 摘自 GB T2861 3 90 2 材料 G Cr15 3 熱處理 硬度 62 66HRC 導(dǎo)套的選擇 導(dǎo)套與導(dǎo)柱形成間隙配合 保證相對滑動順暢 通過模架已選定 9fH 注 1 摘自 GB T2861 3 90 2 材料 20 鋼 3 熱處理 滲碳深度 0 8 1 2mm 硬度 58 62HRC 模柄的選擇 因為用導(dǎo)柱式?jīng)_模 且為了便于安裝 因此選用壓入式模柄 見課本 P93 模柄的選擇暫放在壓力機后 固定板與墊板的選用 固定板的選用 其基本原則是 用凸模固定板將凸模固定在模座上 其平面輪廓尺寸除應(yīng) 保證凸模安裝孔外 還要考慮螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)置 形式有圓形與矩形兩種 一 般取其厚度等于凹模厚度的 60 80 固定板孔與凸模采用過度配合 H7 m6 壓裝后端面要磨平 以保證沖模的垂直度 尺寸應(yīng)與凹模相配合 如圖所示 6 墊板的選用 與固定板相類似 見參考文獻 P94 墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力 以降低模座所承受的單位 壓力 保護模座以免被凸模端面壓陷 沖裁凸模是否加墊板 根據(jù)模座承壓的 大小進行判斷 凸模支承端面對模座的壓力為 2 7 FP P 沖裁力 N F 凸模支承端面積 2m 如果凸模支承端面單位壓力 大于模座材料的御用應(yīng)力 則需加經(jīng)淬硬磨 平的墊板 反之則不加 墊板厚度一般取 4 12mm 材料選用 45 鋼 T 硬度 按受力情況設(shè)計是自定 如下圖所示 第 7 章 模具的裝配 根據(jù)沖壓模具的特點 先裝上模 再裝下模較為合理 并調(diào)整間隙 試沖 返修 具 體過程如下 仔細檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求 形狀并作好劃線 定位等準備工 作 先將 2 支凸模與凸模固定板裝配 再與凹模板裝配 并調(diào)整間隙 把已裝配好的凸模及凹模與上模座 并在次檢查間隙是否合理后 打入銷釘及 擰入螺絲 下模裝配 仔細檢查各將要裝配零件是否符合圖紙要求 形狀并作好劃線 定位等準備工 作 先將凸凹模放在下模座上 再裝入凸凹模固定板并調(diào)整間隙 以免發(fā)生干涉及 工件損壞 接著依次按順序裝入銷釘 活動擋料銷 彈頂橡膠塊及卸料板 檢查間隙 等合理后擰入卸料螺釘 再擰入緊固螺釘 并再次檢查調(diào)整 將經(jīng)調(diào)整后的上下模按導(dǎo)柱 導(dǎo)套配合進行組裝 檢查間隙及其它裝配合理后 裝機進行試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作出相應(yīng)調(diào)整 直到生產(chǎn)出 合格制件 結(jié)論與展望 設(shè)計是源頭 設(shè)計雖然只占模具成本的 10 左右 卻決定了整個模具成本 的 70 80 所以 設(shè)計時詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu) 考慮提高生產(chǎn)率 如何 方便維修 但是 又不能完全依賴于設(shè)計 在實際生產(chǎn)中要具體問題具體分析 根據(jù)實際狀況進行模具調(diào)整也是必需的 在這次的設(shè)計中 我綜合了幾年多來所學(xué)的所有專業(yè)知識 使我受益匪淺 在做設(shè)計的過程中 在設(shè)計和繪圖都遇到方面遇到了一些問題 經(jīng)過老師和同 學(xué)的指導(dǎo)幫準 再加上自身不懈的努力 問題得到了及時解決 這次的設(shè)計使 我對沖壓模具設(shè)計有了一定的認識 在模具設(shè)計過程中 不僅把大學(xué)所學(xué)到知 識加深了 還學(xué)會了查有關(guān)書籍和資料 能夠把各科靈活的運用到設(shè)計中去 這次的設(shè)計不僅是對自己大學(xué)幾年的考核 也是在工作之前對自身的一次 全面 綜合型的測試 這為今后的工作做好了鋪墊和奠定了一定的基礎(chǔ) 致 謝 首先感謝母校 是她給我一個難得的學(xué)習(xí)機會 讓我在學(xué)到了很多知識 經(jīng)過這幾個月的緊張的設(shè)計 使我在理論和動手能力上都有了進一步的提高 我的設(shè)計主要在老師指導(dǎo)下 讓我對所學(xué)的知識進行系統(tǒng)性的復(fù)習(xí) 并根據(jù)寫 作要求查閱有關(guān)資料 在設(shè)計過程中受到老師無微不至的關(guān)心與耐心指導(dǎo) 使 我的設(shè)計得以順利的進展 在老師幫助下我解決了很多以前解決不了的問題 在 此我向您表示衷心的感謝 同時也要感謝各位老師和同學(xué) 是你們讓我的學(xué)習(xí) 和生活充滿樂趣 感謝你們 謝謝 作為一名即將完成學(xué)業(yè) 離開學(xué)校生活的我 我要感謝母校 是她給我創(chuàng) 造了一個學(xué)習(xí)的機會 創(chuàng)造了美好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境 讓我在這里學(xué)到了很多知 識 感謝各位老師 是他 她 們傳授給我的知識 感謝各位同學(xué)和朋友 是 他們讓我的學(xué)習(xí)和生活充滿樂趣 感謝你們 經(jīng)過這次設(shè)計 提高了我很多的能力 比如實驗水平 分析問題的能力 合作精神 嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等 在這期間凝結(jié)了很多人的心血 在此表示衷心 的感謝 沒有他們的幫助 我將無法順利完成這次設(shè)計 參考文獻 1 王立剛 沖 模 設(shè) 計 手 冊 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2002 5 2 劉 建 超 沖 壓 模 具 設(shè) 計 與 制 造 北 京 高 等 教 育 出 版 社 2002 11 3 郭 景 儀 沖 壓 模 具 手 冊 北 京 北 京 出 版 社 1991 4 4 牟 林 魏 崢 冷 沖 壓 工 藝 及 模 具 設(shè) 計 教 程 北 京 清 華 大 學(xué) 出 版 社 2005 4 5 李 天 佑 沖 壓 圖 冊 山 西 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1988 11 6 王芳 冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo) 機械工業(yè)出版社 1998 10 7 張超英 沖壓模具與制造 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 6 8 萬本善 實用沖模結(jié)構(gòu)圖解與沖壓新工藝詳圖及常用數(shù)據(jù)速查速用手 冊 北京 科大電子出版社 2004 8 9 彭建生 模具設(shè)計與加工速查手冊 機械工業(yè)出版社 2005 7 10 韓洪濤 機械制造技術(shù) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 7 11 李志剛 夏巨諶 中國模具設(shè)計大典 中國機械工程學(xué)會 2003 5 12 余最康 冷沖壓模具設(shè)計與制造 南京 江蘇技術(shù)出版社 1983 13 太田哲 沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖解 北京 國防工業(yè)出版社 1983 14 肖景容 沖壓工藝學(xué) 北京 機械工業(yè)出版社 1992 15 黃毅宏 模具制造工藝 北京 機械工業(yè)出版社 1987 16 許發(fā)樾 模具標準應(yīng)用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1984 17 成虹 沖壓工藝與模具設(shè)計 第二版 北京 高等教育出版社 2006 18 周勤芳 公差與技術(shù)測量 第二版 上海 上海交通大學(xué)出版社 2001 1 智能沖壓工藝規(guī)劃系統(tǒng)的研究 摘要 本文對建立一個智能沖壓工藝設(shè)計知識為基礎(chǔ)的系統(tǒng)給出了一個簡單的介紹 研究該系統(tǒng)的框架 對模型和知識推理模式進行了介紹 對有些關(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)力計算進行了研究 該系統(tǒng)可以改 善工藝規(guī)劃效率 關(guān)鍵詞 排樣 KBS 知識模型 帶狀排樣法 1 簡介 沖壓工藝規(guī)劃是沖壓產(chǎn)品開發(fā)的一個核心項目 它是金屬成型應(yīng)用的一個重要組 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 現(xiàn)代制造業(yè)的快速 發(fā)展對沖壓提出了更高的要求 尤其是在沖壓工藝方面 多年來 相關(guān)研究已就如何 在創(chuàng)新的環(huán)境加強工藝規(guī)劃的集成化和智能化程度進行研究 近年來 通過生產(chǎn)金屬 成形智能設(shè)計系統(tǒng) 自動化技術(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)計效率與質(zhì)量 創(chuàng)新設(shè)計能力 1 對于冷鍛序列的設(shè)計開發(fā)了一種基于 PC 的專家系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用基于塑性理 論和實際考慮的規(guī)則 在美國俄亥俄州立大學(xué)一個稱作 FORMEX 的規(guī)則系統(tǒng)被 Altan 和他的同事們寫入多級冷鍛的工藝規(guī)劃程序語言中 2 它依靠冷鍛零件各種形狀的廣 泛分類 3 實施以知識為本的冷成形序列設(shè)計系統(tǒng) 采用設(shè)計規(guī)則確定建立一個可行 的序列 然后使用有限元分析優(yōu)化這個序列 一個以知識為基礎(chǔ)的模具設(shè)計自動化系 統(tǒng)被 Cheok 和他的同事精心設(shè)計出來 4 在新加坡國立大學(xué) 一些零件表象技術(shù) 沖壓零件識別和模具構(gòu)成也存在于這項工作中 在中國 華中科技大學(xué)的科學(xué)技術(shù)研 究者們也開發(fā)出了基于知識系統(tǒng)的用于對小型金屬件沖壓級進模的程序包 5 使用特 點 用戶可以在 3D 立體構(gòu)架下設(shè)計產(chǎn)品 在手工設(shè)置排樣后 用戶可以使用交互命令 來開發(fā)帶裝布局設(shè)計 來自利物浦大學(xué)工業(yè)研究部門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發(fā)出了級進模的 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)計的理論和方法來研究沖壓工藝規(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)計問題時是種強 有力的工具 由專門知識構(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 樣的問題或疑問 8 智能系統(tǒng)是一種計算機系統(tǒng) 它試圖代表人類知識和專業(yè)知識 以一種實際和有效的途徑提供快捷 方便的知識 智能系統(tǒng)能夠完成一般需要專家才 能完成的任務(wù) 它能自動化實時利用現(xiàn)有的專業(yè)知識 并解釋它的推理過程 沖壓工藝 2 規(guī)劃是一個含有豐富知識的復(fù)雜設(shè)計過程 整合在沖壓工藝規(guī)劃設(shè)計中智能系統(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 對一些關(guān)鍵 技術(shù) 如集成產(chǎn)品知識建模和戰(zhàn)略規(guī)劃的綜合沖壓成形過程進行了研究 在沖壓設(shè)計中 包括各種各樣的知識 如專業(yè)領(lǐng)域知識 多任務(wù)知識 非標準知識 每一種知識都需 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 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 基于幾何 的模型描述零件的幾何拓撲信息 由于零件的數(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 這個信息模型包括一組幾何實體 依靠此模型 的工程語義模型 許多與設(shè)計相關(guān)的功能可以被實現(xiàn) 隨著人工智能的發(fā)展 智能模 型開始被應(yīng)用 專業(yè)知識 設(shè)計過程的知識 和相關(guān)的知識都包含在知識模型中 9 10 智能模型支持表達和傳遞有用的信息 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)對產(chǎn)品的定義有效且 完整 它幾何了不同模型的優(yōu)點且能滿足幾何設(shè)計和推理過程 面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到 整合各種各樣的知識 此集成的知識系統(tǒng)模型可被共享和用于智能設(shè)計和產(chǎn)品信息溝 通 這個關(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)計出來 這個零件的結(jié)構(gòu)設(shè) 計 包括一個圖形用戶界面 一個應(yīng)用程序系統(tǒng) 設(shè)計資源 知識工具 混合推理機制 基礎(chǔ)模型 在這個構(gòu)架中知識模型有不同的分類 知識模型從設(shè)計資源中獲取有用的 信息 支持知識獲取和知識表達的程序 這個模型把有用信息轉(zhuǎn)移到知識庫 知識庫 由 CAD 軟件支持 設(shè)計結(jié)果以 3D 模型 圖畫和資料庫的形式保存在知識庫中 它對 在知識庫中不同零件的知識傳遞來說非常的重要 3 實施方法和應(yīng)用 3 1 沖壓智能模型的可行性論證 智能系統(tǒng)對沖壓工件的質(zhì)量 成本 模具壽命進行評價 該評價基于成熟的智能 模型 此模型集成了規(guī)則庫 零件信息和結(jié)論庫 系數(shù)根據(jù)知識規(guī)則推理在知識庫得 出 沖壓成型可行性可以從信息庫中零件信息和相關(guān)系數(shù)推出 在設(shè)計過程中被新結(jié) 論擴大的結(jié)果保存在結(jié)論庫中 3 模型的智能推理過程和零件的規(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)果來證實零件的形狀是否符合 模具工具加工 智能推理用于自動和交互的方式 這樣做的目的是來研究沖壓該產(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 知識規(guī)則和設(shè)計結(jié)果保存在機械推理的數(shù)據(jù)庫中 零件的形狀可以在知識模型中 修改 由知識模型決定的沖壓工藝規(guī)劃是非常重要的一步 它同時也提供了選擇一個單 步工序刀具或是復(fù)合工具或是一個改進工具的方法 各種不同領(lǐng)域的知識 經(jīng)驗和專 業(yè)知識都被保存在工藝規(guī)劃專業(yè)系統(tǒng)中 知識庫的發(fā)展是基于規(guī)則表達的共同原則 這一步的目的是集成專業(yè)經(jīng)驗和零件 的形狀 3 2 基于優(yōu)化算法的智能排樣模型 為了達到較高的材料利用率 空白的知識模型被建立 保存在知識庫中的結(jié)果是 其他模塊建立的基礎(chǔ) 在知識庫中有四種排樣類型 一排列布局模式 與一排列相對的模式 兩排列布局模式 與兩排列布局相對的模式 建立這個知識模型的目的是改善材料的利用 由知識庫提供的限制情況可以由人 類專家來選擇 這個知識模型控制著整個排樣的設(shè)計過程 圖三所示為平面布局的等級體系結(jié)構(gòu) 第一種模式的作用是選擇粗略數(shù)值和計算工作區(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 不管這個數(shù)字是否被概略畫出或是被選中 第二種模式用來確定布局類型 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 布局規(guī)劃圖可以被更新 該知識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 4 網(wǎng)中的 圖四說明了此種算法 2 在兩個環(huán)形中間的值是經(jīng)過計算的 這兩個環(huán)形分解成線和圓弧的單元 每對 元素中間的距離需要重新補償 然后就可以找到最短的距離 3 計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 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 4 材料利用率可以以布局規(guī)劃的角度上被計算出來 5 排樣圖形旋轉(zhuǎn)一定的角度 旋轉(zhuǎn)中心是矩形中心點附近的粗略數(shù)值 材料利用 率在當(dāng)前角度下被計算出來 6 排樣圖形旋轉(zhuǎn)到另外一個角度 重復(fù)第三部的的步驟 直到角度達到 180 度 3 3 帶狀布局的開發(fā) 帶狀布局的工序規(guī)則被集成于知識基礎(chǔ)級進刀具設(shè)計 該智能模型的功能是 選 擇零件位置 設(shè)計方位和安排帶狀工步距離 為了解決運行程序 該規(guī)則應(yīng)該被制定 的合理和有效 自動設(shè)計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 改模塊中生成一個模型 最初的設(shè)計工程被修改 11 被修改的模塊代替了處理模塊 3 3 1 自動帶狀布局設(shè)計的預(yù)處理 1 確定零件的位置和排列 用戶可以用界面來確定預(yù)處理模塊中的一些參數(shù) 確定位 置的過程可以和其他元素一起來做 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)果被保存在知識庫中 2 獲取零件精確信息 此精確信息應(yīng)該在帶狀布局知識庫中得到 有用的信息包括沖 孔的精確信息和相對位置信息 由此種類型信息組成的知識模型將會決定零件的沖壓 順序 這個設(shè)計過程的主要要求是為位置精度開發(fā)一種知識模型 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 個輪廓 所有輪廓間的相對關(guān)系包含在關(guān)系 P 中 如果 在輪廓 ki 和 kj 之間要求精準 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相關(guān)矩陣被保存在知識模型中 3 3 2 帶狀布局自動設(shè)計 帶狀布局的自動設(shè)計模塊在知識模型中是最重要的一個 在知識模型中包含很多 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 在下一個階段這個部分被 切斷 有時候 如果沖壓點之間的距離非常小 一些內(nèi)輪廓就要被搬到下一階段進行 加工 如果沖壓點離分餾點太近的話 分餾點就需要被更改到下一階段 如果這里仍 5 然有不合適的尺寸 一些點可以被移動到下一階段 重復(fù)整個過程直到矩陣點間的每 個尺寸都可以被接受 布局智能設(shè)計的核心是開發(fā)干涉點的智能模型 13 零件坯料被分成許多點的形式 這些點的名字是 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 S ki 和 kj 不能在相同的步驟中得出 這種情況是智能模型中兩個點的沖突 開發(fā)干涉點的智能 模型的目的是確定沖突點的存在 此矩陣是一個系統(tǒng)矩陣 為了使設(shè)計過程更方便 可以把矩陣中的上半部分元素置零 此處 ij 是關(guān)聯(lián)系數(shù) 它表示了每對點之間的不同關(guān)系 如果兩個點之間有沖 突 它們中的一個則要被移到下一步 在每一步中重復(fù)上述步驟直到?jīng)_突點消失 最 后矩陣 M 成為空矩陣 3 3 3 對帶狀布局結(jié)果的處理 帶狀布局的子處理知識模型中有兩部分 修改結(jié)果和創(chuàng)建布局圖形 從帶狀布局 自動設(shè)計模型中得出的結(jié)果是慣用的 它們可能滿足不了用戶的所有要求 依靠知識 模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 通過移動點和改變步驟 增加空步和刪除空步的目的可以被實現(xiàn) 我們能夠通過處理步驟的數(shù)據(jù)結(jié)果來修改帶狀布局的設(shè)計結(jié)果 工步改變可以通過交 換兩個位置的編碼來實現(xiàn) 工步增加或減少可以通過插入或移除編碼的操作來完成 當(dāng)我們想移動一些點時 我們可以從第一步到最后一步轉(zhuǎn)移鏈表中相當(dāng)?shù)狞c 3 4 確定沖壓中心和力計算的智能模型 沖壓中心設(shè)計模型的目的是建立組合力的工作點 11 模具工具中心和沖壓中心 的一致非常重要 只有那樣沖壓工具才能在一起正常的工作 沖壓中心從知識模型的 每一個輪廓位置的計算中得出 設(shè)計的第一部是得到工具的工作區(qū)域 CAD 平臺上的零 件圖形的輪廓提供了零件的外矩形 依靠沖壓中心和外矩形之間的關(guān)系可以生成工作 區(qū)域 因為不平衡力的結(jié)果的可能性 同時也提供了沖壓中心的再生成 再生成的步 驟由人機接口軟件來完成 圖八所示為復(fù)合模打孔機工 作區(qū)域的設(shè)計結(jié)果 保存在知識庫中的內(nèi)容包括模具工具的每種類型 零件落料 廢料移除等等 不 同情況下的力計算的方法是不同的 力方程是由知識規(guī)則庫的推理得到的 首先 加 工力和切削力是基于零件的輪廓長度和知識庫中的知識規(guī)則得到的 然后 通過設(shè)計 結(jié)果和合零件情況 可以得到脫離力 阻力和推件力 總的力按照知識庫中的導(dǎo)向一 步一步計算 4 結(jié)論和進一步工作 計算機輔助設(shè)計工具的應(yīng)用在金屬成型中的應(yīng)用 節(jié)省了大量的時間和金錢 由 于復(fù)雜零件沖壓工藝設(shè)計的復(fù)雜性 開發(fā)一種自動生成工藝步驟的系統(tǒng)非常重要 這 個研究開發(fā)了一個集成的 CAD 系統(tǒng) 該系統(tǒng)開發(fā)了一種工藝規(guī)劃系統(tǒng)使對不規(guī)則零件 6 在高速下進精密加工得以實現(xiàn) 該系統(tǒng)有一下特點 1 在設(shè)計過程中不斷改變的數(shù)據(jù)以不同的方式保存 包括數(shù)字形式和圖片形式的 用 戶在設(shè)計過程中可以自由使用它們作為參考 2 加工可行性檢查模型檢查沖壓的可行性 同時能對復(fù)雜零件的沖壓工藝規(guī)劃提供一 些建議 3 排樣模塊生成最佳排樣圖以到達材料的最大利用率 產(chǎn)品成本的減少取決于排樣最 優(yōu)化計算 不僅最佳規(guī)劃而且每個合理的規(guī)劃被保存在知識庫中 用戶可以選擇任 意一個作為它們的最終設(shè)計結(jié)果 4 帶狀排樣模塊生成自動工藝規(guī)劃圖 根據(jù)用戶的要求帶狀排樣的結(jié)果可以在設(shè)計過 程的任意時期修改 在工藝規(guī)劃中協(xié)助設(shè)計者的此系統(tǒng)將會是一種有用的工具 它將會足夠的靈活允許 設(shè)計者具有創(chuàng)造性 同時用計算機來執(zhí)行幾何計算和自動得到設(shè)計結(jié)果 它提供了 一個非常靈活的設(shè)計環(huán)境 用戶可以完全掌握即使是復(fù)雜零件的沖壓工藝規(guī)劃設(shè)計 該系統(tǒng)擁有圖形交互界面 用戶可以在設(shè)計過程中交互式地改變各種設(shè)計參數(shù) 進一步的工作將會集中在排樣優(yōu)化的效率改善上 優(yōu)化用時將會減少 為排樣規(guī) 劃 更多的設(shè)計方案的類型應(yīng)該被添加到知識模型中 根據(jù)沖壓工藝規(guī)劃的結(jié)果 沖 壓模具設(shè)計應(yīng)用也將會在進一步的工作中被研究 7 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 department s 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 8 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 9 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 It s 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 10 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 11 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 layout s 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 12 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 automatic design Ribbon automatic placement design module in the knowledge model is the most important one In the knowledge model contains a lot of important rules for example in a single stroke in stamping all the inner contour is better In the next stage of this section was cut off Sometimes if the distance between the stamping point within is very small some will be moved to outline a stage for machining If stamping point too close from fractionation point fractionation point if will need to be changed to the next stage If there are still not