某冷凝器側(cè)板沖壓模具設(shè)計(jì)及制造工藝分析【含20張CAD圖紙+PDF圖】

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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 覃 珊 學(xué) 號(hào)： 1000110118 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 蔣占四 職 稱： 副教授 2014年 3 月 1 日 桂林電子科技大學(xué)英文翻譯譯文 10 級(jí)進(jìn)模組件材料選擇智能系統(tǒng)的一個(gè)簡短說明 摘 要 模具組件材料的選擇是在沖壓行業(yè)級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的活動(dòng)。本文提出了一種用于級(jí)進(jìn)模組件材料選擇的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)SMPDC包括兩個(gè)知識(shí)庫模塊，即DIEMAT和SELHRD模塊。DIEMAT是專為級(jí)進(jìn)模的活動(dòng)的和非活動(dòng)組件選擇材料。模塊SELHRD的開發(fā)是用于測(cè)定級(jí)進(jìn)模活動(dòng)組件材料的硬度范圍。對(duì)于所提出的系統(tǒng)的兩個(gè)模塊知識(shí)的獲取，分析，匯總和合并到一組IF-THEN生產(chǎn)規(guī)則中。系統(tǒng)用AutoLISP語言編碼并加載到AutoCAD命令提示區(qū)。該系統(tǒng)是通過用戶接口與用戶進(jìn)行交互設(shè)計(jì)的。所提出的系統(tǒng)的有效性是通過運(yùn)行使用一個(gè)工業(yè)組件示例來證明的。該系統(tǒng)的知識(shí)庫可以根據(jù)新材料可用性和技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)行修改。 關(guān)鍵詞：級(jí)進(jìn)模；材料選擇；知識(shí)庫；智能系統(tǒng) 1 前言 級(jí)進(jìn)模被廣泛用于鈑金部件的大批量生產(chǎn)是由于其生產(chǎn)力高，每件產(chǎn)品精度高和需要相對(duì)經(jīng)濟(jì)的成本。在級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中模具組件的設(shè)計(jì)和材料的選擇是主要活動(dòng)。級(jí)進(jìn)模組件合適材料的選擇本質(zhì)上提高了模具壽命，從而降低了鈑金件的生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的方法來開展這項(xiàng)重要的活動(dòng)都依賴于豐富的經(jīng)驗(yàn)和模具設(shè)計(jì)專家知識(shí)的深度。大部分的時(shí)間，級(jí)進(jìn)模組件的選材是手動(dòng)模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，材料手冊(cè)進(jìn)行，拇指規(guī)則和啟發(fā)式方法進(jìn)行的?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)仍不能完全處理與級(jí)進(jìn)模組件材料的選擇有關(guān)的核心模具設(shè)計(jì)問題。一些現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)能為級(jí)進(jìn)模]能夠生成材料料清單，然而，這些系統(tǒng)在用戶為模具組件選擇更好性能的材料時(shí)，不考慮其他適合的可用性材料，因此級(jí)進(jìn)模的壽命長。此外，在級(jí)進(jìn)模部件選擇材料時(shí)，這些系統(tǒng)沒有領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)組成的知識(shí)庫。世界各地的研究人員都強(qiáng)調(diào)應(yīng)用研究工作，通過應(yīng)用人工智能（AI）技術(shù)捕獲和記錄經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師和模具制造者的寶貴實(shí)踐知識(shí)。高度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)模的設(shè)計(jì)活動(dòng)，如模具組件選擇的材料可以通過使用基于知識(shí)的系統(tǒng)（KBS）或該系統(tǒng)的智能系統(tǒng)開發(fā)方法來簡化，可以證明是具有里程碑意義的，以減輕模具組件所涉及的材料選擇過程的復(fù)雜性。 雖然級(jí)進(jìn)模的所有部件的壽命長是可取的，然而，由于特別需要注意的是，提高活動(dòng)組分的壽命（即凸凹模/插入）。為了級(jí)進(jìn)模組件選擇合適的材料,模具設(shè)計(jì)師妥善調(diào)查該組件的功能要求，然后開展一個(gè)關(guān)鍵性的研究，以確定所需的機(jī)械性能和可能的原因，這可能導(dǎo)致部件的故障。對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用程序依賴于它的失效機(jī)制主導(dǎo)了材料的選擇。模具設(shè)計(jì)的基本思路是，選擇一種合適的材料，例如，除了磨損所有其它故障機(jī)制被消除。磨損可以被優(yōu)化以匹配金屬板件所需要的生產(chǎn)量。為了獲得更長的模具壽命，從而提高生產(chǎn)效率，工具鋼被廣泛用作模具組件的材料。使用鋼作為刀具材料最重要的優(yōu)點(diǎn)之一是，它們?cè)救彳浨铱蓹C(jī)加工，通過施加適當(dāng)?shù)臒崽幚?，它們變得非常?jiān)硬、耐磨。對(duì)模具部件選用材料硬度的適用范圍的選擇取決于在級(jí)進(jìn)模上制造的零件的幾何形狀。目前工作的具體目標(biāo)是發(fā)展為級(jí)進(jìn)模組件選擇材料的智能系統(tǒng)，以協(xié)助模具設(shè)計(jì)者和模具生產(chǎn)商在中小尺寸的鈑金行業(yè)的工作。所提出的SMPDC智能系統(tǒng)的發(fā)展過程的簡要描述如下。 表 1一種生產(chǎn)規(guī)則樣品納入DIEMAT模塊 序號(hào) 如果 那么 1 板材為鋁或銅或黃銅或鉛或鈹銅合金 5＜板材剪切強(qiáng)度(kgf/mm2)≤20 操作類型：剪切 生產(chǎn)量≤100，000 請(qǐng)從如下材料中，為凸凹?；蚯都x擇一個(gè)容易得到的材料： EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE(54–62 HRC)(AISI O1, W.-Nr.1.2510) 2 薄板材料為：低碳鋼或不銹鋼或奧氏體不銹鋼或淬火鋼或CRCA或彈簧鋼 30＜板材剪切強(qiáng)度（Kgf/mm2）≤70 操作類型：剪切 生產(chǎn)量＞1000，000 請(qǐng)從如下材料中，為凸凹?；蚯都x擇一個(gè)容易得到的材料： SEVERKER 3 (60–64 HRC)(AISI D6(D3),W.-Nr.1.2436,JIS-SKD2)或UHB-VANADIS6(62–64 HRC) 或UHB-VANADIS10(60–64 HRC) 3 板材為：鋁或銅或黃銅或鉛或鈹銅合金 5＜板材剪切強(qiáng)度(kgf/mm2)≤20 操作類型：成型或成型和剪切兩者都有 生產(chǎn)量≤100，000 請(qǐng)從如下材料中，為凸凹模或嵌件選擇一個(gè)容易得到的材料： EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (54–62 HRC) (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)或UHB-CALMAX (56–59 HRC) 4 薄板材料為：低碳鋼或不銹鋼或奧氏體不銹鋼或淬火鋼或CRCA或彈簧鋼 30＜板材剪切強(qiáng)度（Kgf/mm2）≤70 操作類型：成型或成型和剪切兩者都有 100，000＜生產(chǎn)量≤1000，000 請(qǐng)從如下材料中，為凸凹模或嵌件選擇一個(gè)容易得到的材料： SEVERKER 21 (58–62 HRC) (AISI D2,W.-Nr.1.2379, JIS-SKD11)或AISI A2 (58–62 HRC)(UHB-RIGOR,W.-Nr. 1.2363) 5 非活動(dòng)部件的類型：固定板部件 請(qǐng)從如下材料中，為板塊部件選擇一個(gè)容易得到的材料： l 頂板和底板：低碳鋼或UHB-11 (AISI 1148) ‘OR’ EN-31 (AISI 52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040) l 凸模固定板：低碳鋼或EN-8 (AISI 1040) ‘OR’ UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) l 凸模后固定板：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)Stripper plate: EN-31 (AISI 52100)或UHB-11 (AISI 1148) l 卸料板：EN-31(AISI 52100)或UHB-11(AISI 1148) l 模具支撐板：EN-31 (AISI 52100) 6 非活動(dòng)部件的類型：導(dǎo)向和定位部件 請(qǐng)從如下材料中，為導(dǎo)向和定位部件選擇一個(gè)容易得到的材料： l 模具檢具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4）(48–50 HRC)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148) l 模具站點(diǎn)(Ra=0.1–0.4μm)(42–46 HRC)：EN-31(AISI 52100)或EN-47 (AISI 6150) l 升降機(jī)(Ra=0.1–0.4)(52–55 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S. l 導(dǎo)向銷和導(dǎo)向柱銷(Ra=0.1–0.4) (50–52 HRC)：EN-353 l 滾珠軸承罩(Ra= 0.025–0.05μm)：鋁或黃銅或塑膠 l 套筒(Ra=0.1–0.4)：EN-31 (AISI 52100) l 柄(Ra=0.8–3.2μm)：低碳鋼 l 定位梢(Ra=0.8–3.2μm)(50–52 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 1055) 或銀器鋼 2 SMPDC智能系統(tǒng)的發(fā)展 該SMPDC智能系統(tǒng)包括兩個(gè)模塊，即DIEMAT和SELHRD。DIEMAT模塊是專為級(jí)進(jìn)模零件材料的選擇而設(shè)計(jì)的。模塊SELHRD是為了確定級(jí)進(jìn)模活動(dòng)部件選擇材料的硬度范圍而開發(fā)的。該系統(tǒng)支持大部分的工具鋼。用于構(gòu)建系統(tǒng)的程序步驟包括領(lǐng)域知識(shí)的獲取、生產(chǎn)規(guī)則的制備和驗(yàn)證，生產(chǎn)規(guī)則的編碼和用戶界面的準(zhǔn)備。該過程的每個(gè)步驟討論如下。 表 2一種生產(chǎn)規(guī)則樣本包含在模塊SELHRD 序號(hào) 如果 那么 1 薄板厚度≤2mm 沖裁工件的幾何形狀：簡單 使用所選材料的硬度范圍的上限硬度 2 薄板厚度≤2mm 沖裁工件的幾何形狀：一般 使用下限硬度=選定材料的上限硬度-2.0 使用上限硬度=所選材料的上限硬度 3 薄板厚度≤2mm 沖裁工件的幾何形狀：復(fù)雜 選定材料的硬度范圍HRC≤4 使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度 4 薄板厚度＞2mm 薄板厚度≤5mm 沖裁工件的幾何形狀：一般 選定材料的硬度范圍HRC＞4 使用下限硬度=選定材料的上限硬度-4.0 使用上限硬度=所選材料的上限硬度 5 薄板厚度＞2mm 薄板厚度≤5mm 沖裁工件的幾何形狀：復(fù)雜 選定材料的硬度范圍HRC≤6 使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度 6 薄板厚度＞2mm 薄板厚度≤5mm 沖裁工件的幾何形狀：復(fù)雜 選定材料的硬度范圍HRC＞6 使用下限硬度=選定材料的上限硬度-6.0 使用上限硬度=所選材料的上限硬度 7 薄板厚度＞5mm 薄板厚度≤8mm 沖裁工件的幾何形狀：復(fù)雜 選定材料的硬度范圍HRC＞8 使用下限硬度=選定材料的上限硬度-8.0 使用上限硬度=所選材料的上限硬度 8 薄板厚度＞8mm 沖裁工件的幾何形狀：簡單或一般或復(fù)雜 使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度 2.1 領(lǐng)域知識(shí)的獲取 該系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)知識(shí)是通過模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、工業(yè)手冊(cè)、技術(shù)報(bào)告、和經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師和工具制造商收集的。級(jí)進(jìn)模部件選用材料的知識(shí)是由經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師和工具制造商通過對(duì)典型問題的討論和讓他們談?wù)撃粗敢?guī)則和方法獲得的。在口頭分析中，他們的質(zhì)疑為什么一個(gè)特定的材料被選定為特定的模具組件。這是通過確定影響模具部件材料選擇的因素選定的。 2.2 生產(chǎn)規(guī)則的制備和驗(yàn)證 該智能系統(tǒng)兩個(gè)模塊知識(shí)的是通過分析和匯總各種“如果—那么”生產(chǎn)規(guī)則獲得的。由一個(gè)團(tuán)隊(duì)的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)專家和刀具制造商進(jìn)行了所制定的生產(chǎn)規(guī)則的驗(yàn)證。一個(gè)生產(chǎn)規(guī)則樣本通過制定和驗(yàn)證如表1所示，然后納入DIEMAT模塊；和一個(gè)樣品的生產(chǎn)規(guī)則包含在SELHRD模塊中，如表2中所示。 通過AutoCAD提示區(qū)域的用戶界面 用戶 開始 使用命令加載（加載”A：SMPDC,LSP”） 在AutoCAD命令提示區(qū) 輸入DIEMAT命令 輸入板材，剪切強(qiáng)度，操作要求和生產(chǎn)量 得到以供選擇級(jí)進(jìn)模的活動(dòng)部件（凸凹模/嵌件）和非活動(dòng)部件（固定板，定位&引導(dǎo)部件）的專家意見 輸入SELHRD命令 輸入凸凹模選定的材料，板材的厚度，坯件幾何形狀的類型，和凸凹模選定材料的硬度（HRC）上限和下限值 獲得凸凹模/嵌件所選材料的硬度接近的范圍內(nèi)選擇專家的意見 結(jié)束 圖 1所提出的SMPDC智能系統(tǒng)的執(zhí)行 2.3 生產(chǎn)規(guī)則的編碼和用戶界面的準(zhǔn)備 生產(chǎn)規(guī)則納入所提出的智能系統(tǒng)的兩個(gè)模塊已用AutoLISP語言編碼。通過使用推理機(jī)制正向推理，生產(chǎn)規(guī)則和系統(tǒng)的知識(shí)庫聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)的工作原理是：輸入信息是由用戶在材料選擇的問題上提供，再加上存放在知識(shí)庫中的知識(shí)，最終得出結(jié)論或建議。系統(tǒng)SMPDC的知識(shí)庫中包含不少于60種的生產(chǎn)規(guī)則。然而，系統(tǒng)的知識(shí)庫是足夠靈活的，因可以更新和修改，如果有必要，在未來技術(shù)進(jìn)步和新材料的可用性的前提下，系統(tǒng)將比現(xiàn)在所提出的系統(tǒng)擁有更好的性能。所提出的系統(tǒng)的兩個(gè)模塊被設(shè)計(jì)為交互式的性質(zhì)，以使用戶能夠輸入必要的鈑金部件的數(shù)據(jù)；并為用戶的利益顯示最優(yōu)決策選擇。前者在磋咨詢期間反饋數(shù)據(jù)，在適當(dāng)階段通過閃爍AutoCAD提示用戶。當(dāng)相關(guān)的生產(chǎn)規(guī)則被解除時(shí)，建議的消息或數(shù)據(jù)也同樣閃現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上。該系統(tǒng)可以通過在AutoCAD命令提示區(qū)輸入命令加載（加載“A：SMPDC.LSP”）。系統(tǒng)的運(yùn)行通過流程圖的演示，如圖1所示。該程序的輸出包括：活動(dòng)部件（即凸凹模/嵌件）和非活動(dòng)部件（即板部件，導(dǎo)向和定位部件）的材料選擇的明智建議，和接近于級(jí)進(jìn)?；顒?dòng)部件所選材料的硬度范圍的硬度選擇建議。 3 所提出的系統(tǒng)的運(yùn)行示例 該系統(tǒng)基于PC的在Autodesk AutoCAD 2004上實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)級(jí)進(jìn)模組件中的不同類型的鈑金零件的材料選擇問題進(jìn)行測(cè)試。典型的提示，例如圖2組件在所提出的智能系統(tǒng)SMPDC執(zhí)行過程中用戶的反應(yīng)和建議的獲得，如表3所示。系統(tǒng)建議的材料被發(fā)現(xiàn)相當(dāng)接近那些實(shí)際工業(yè)用的組件（亞洲印度熔斷器私人有限公司，Murthal，哈里亞納邦，印度）。 表 3典型的提示，智能系統(tǒng)SMPDC執(zhí)行示例組件的過程中產(chǎn)生的用戶反應(yīng)和專家意見 提示 示例數(shù)據(jù)輸入 建議用戶 （加載“A：SMPDC.LSP”) —— 請(qǐng)輸入SMPDC命令 SMPDC —— 歡迎來到模塊SMPDC。請(qǐng)輸入命令DIEMAT DIEMAT 請(qǐng)輸入薄板材料 黃銅 —— 請(qǐng)輸入操作類型 剪切 —— 請(qǐng)輸入板材的剪切強(qiáng)度 15 kgf/mm2 請(qǐng)輸入鈑金件所需的生產(chǎn)批量 90,000 請(qǐng)從如下材料中，為凸凹模/嵌件選擇一個(gè)容易獲得的材料： EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (54–62 HRC) (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) 請(qǐng)輸入非活動(dòng)部件的類別（即板部件，定位和導(dǎo)向部件件） 板元件 請(qǐng)從如下材料中，為板元件選擇一個(gè)容易獲得的材料： l 頂板和底板：低碳鋼或UHB-11 (AISI 1148) ‘OR’ EN-31 (AISI 52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040) l 凸模固定板：低碳鋼或EN-8 (AISI 1040) ‘OR’ UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) l 凸模后固定板：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)Stripper plate: EN-31 (AISI 52100)或UHB-11 (AISI 1148) l 卸料板：EN-31(AISI 52100)或UHB-11(AISI 1148) l 模具支撐板：EN-31 (AISI 52100) 請(qǐng)輸入非活動(dòng)部件的類型 導(dǎo)向和定位部件 請(qǐng)從如下材料中，為導(dǎo)向和定位部件選擇一個(gè)容易得到的材料： l 模具檢具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4μm）(48–50 HRC)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148) l 模具站點(diǎn)(Ra=0.1–0.4μm)(42–46 HRC)：EN-31(AISI 52100)或EN-47 (AISI 6150) l 升降機(jī)(Ra=0.1–0.4μm)(52–55 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S. l 導(dǎo)向銷和導(dǎo)向柱銷(Ra=0.1–0.4μm) (50–52 HRC)：EN-353 l 滾珠軸承罩(Ra= 0.025–0.05μm)：鋁或黃銅或塑膠 l 套筒(Ra=0.1–0.4μm)：EN-31 (AISI 52100) l 柄(Ra=0.8–3.2μm)：低碳鋼 l 定位梢(Ra=0.8–3.2μm)(50–52 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 1055) 或銀器鋼 SELHRD 請(qǐng)輸入凸凹模/嵌件所選用的材料 EN-31(56–60 HRC) EN-31的典型分析：C=0.90/1.2,Si= 0.10/0.35,Mn= 0.30/0.75,Cr = 1.0/1.6, S= P = 0.025 (最大值) 請(qǐng)輸入板厚度（mm） 0.6 —— 請(qǐng)輸入沖裁件的幾何形狀 （即簡單/普通/復(fù)雜） 普通 —— 請(qǐng)輸入所選材料的上限和下限硬度（HRC） 4.0 使用下限硬度=選擇材料的上限硬度-2.0，和使用上限硬度與選定的材料的上限硬度相同 4 結(jié)論 所提出的系統(tǒng)能夠提供為級(jí)進(jìn)模組件材料的選擇和級(jí)進(jìn)模在設(shè)計(jì)階段所選材料的硬度范圍內(nèi)的專家意見。系統(tǒng)給出建議，以供用戶選擇容易獲得的材料，然后就可以準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)牟牧锨鍐巍Ｔ撓到y(tǒng)已經(jīng)對(duì)各種類型的鈑金零件進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)因?yàn)樨S富的知識(shí)庫和高度的互動(dòng)性，被證明是強(qiáng)大的和容易處理的。系統(tǒng)的運(yùn)行示例使用一個(gè)工業(yè)實(shí)例組件已經(jīng)證明了系統(tǒng)的實(shí)用性。該系統(tǒng)支持主要的工具鋼，然而，它的知識(shí)庫可以進(jìn)行修改和更新，這依賴于新材料的可用性和技術(shù)的進(jìn)步。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本低，因?yàn)樗梢栽赑C機(jī)上用AutoCAD軟件運(yùn)行，因此在中小尺寸的鈑金行業(yè)容易達(dá)到。 圖 2示例組件（尺寸均以毫米為單位）：黃銅，板材厚度=0.6mm  參考文獻(xiàn) [1] L. Caiyuan, L. Jianjun,W. Jianyong, X. Xiangzhi, HPRODIE: using feature modeling and feature mapping to speed up progressive die design, Int. J.Prod. Res.39(2001)4133–4151. [2] K. Shirai, H. Murakami, Development of a CAD/CAM system for progressive dies, Ann. CIRP34(1)(1985)187–190. [3] Y.K.D.V. Prasad, S. Somasundaram, CADDS: an automated die design system for sheet metal blanking, Comput. Control Eng. J. 3 (1992) 185–191. [4] K. Huang, H.S. Ismail, K.K.B. Hon, Automated design of progressive dies,Proc. Inst. Mech. Eng., Part B, J. Eng. Manuf.210(1996)367–376. [5] H.S. Ismail, K.K.B. Hon, K. Huang, CAPTD: a low-cost integrated computer aided design system for press tool design, Proc. Inst. Mech. Eng., Part B, J.Eng. Manuf.207(1993)117–127. [6] B.T. Cheok, K.Y. Foong, A.Y.C. Nee, C.H. Teng, Some aspects of a knowledge-based approach for automating progressive metal stamping die design, Comput. Ind.24(1994)81–96. [7] S. Kumar, R. 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