（机械制造及其自动化专业论文）组合模具设计中自动工艺分析与模架元件选择.pdf

摘要 本论文以组合模具的智能化虚拟设计为研究方向，对自动进行冲裁件的工艺分析以 及模架总成的模具元件选择，进行实践经验的搜集整理和理论分析，在此基础上进行数 学模型的建立和相应的程序设计，为实现组合模具虚拟拼装中的智能化设计作出创新性 的基础研究。 首先在组合模具的智能化虚拟设计中，综合考虑通用模具的工艺要求和组合模具的 工艺特点，对自动进行冲裁件的工艺分析作了全面的归纳，总结出了工艺分析的条例， 并用数理逻辑对此工艺分析的条例建立了数学模型。进而应用v i s u a lb a s i c 语言编写程 序，实现了对冲裁件的自动进行工艺分析。 模架总成是整体模具拼装的基本构件。通过搜集模具装配图纸和对角式双导柱模架 总成装配的实践经验，对其模具元件的选择进行了一定的分析与研究，总结归纳出了选 件的规律，从而创建了对角式双导柱模架装配总成的模具元件选择知识规则，并应用数 理逻辑与集合论的概念，建立该知识规则的数学模型。本文详细阐述了模具元件选择知 识规则中的分析研究与建立策略，以及建立相应数学模型的方法。 本文的研究结论表明，组合模具虚拟拼装中的冲裁件自动工艺分析及和模架总成元 件的自动选择是可以实现的，其研究成果有利于促进组合模具智能化拼装设计系统的研 制开发进程。 关键词：组合模具智能化虚拟设计冲裁件工艺分析 a b s t r a c t t h i sp a p e rt a k e st h ei n t e l l e c t u a l i z e dv i r t u a ld e s i g no ft h ea s s e m b l i n gd i ea st h er e s e a r c h d i r e c t i o n ，a u t o m a t i c a l l ya n a l y z e st h ep r o c e s so fm a k i n gb l a n k i n gp a r ta n dh o w t oc h o o s et h e e x a c tc o m p o n e n t so ft h ed i es k e l e t o na n df i n i s h e st h ec o l l e c t i o no fp r a c t i c a le x p e r i e n c ea n d t h e o r e t i c a la n a l y s i s o nt h i sb a s i s ，p r o g r a m st h er e l e v a n tm a t h e m a t i c a lm o d e la n ds o f t w a r eo f t h es y s t e ma n dm a k e si n n o v a t i v eb a s i cr e s e a r c hf o rt h ei n t e l l e c t u a l i z e dv i r t u a ld e s i g no ft h e a s s e m b l i n gd i e f i r s to fa i l ，i nt h ea s s e m b l i n gd i ei n t e l l e c t u a l i z e dv i r t u a ld e s i g n ，c o n s i d e r a t e do ft h e g e n e r a ld i et e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t sa n da s s e m b l i n gd i e sc h a r a c t e r i s t i c s ，a u t o m a t i c a l l y i n d u c t sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ep r o c e s s ，s u m su pt h ea n a l y s i so ft h er e g u l a t i o n sa n d m a t h e m a t i c a ll o g i ct ot h i s p r o c e s s ，u s e sv i s u a lb a s i cl a n g u a g et op r o g r a mt h ea u t o m a t i c a n a l y s i so ft h ep r o c e s sf o rc h o o s i n gb l a n k i n gp a r t s a s s e m b l i n gd i ea saw h o l ei sa s s e m b l e db yt h eb a s i cs k e l e t o nc o m p o n e n t s t h r o u g h c o l l e c t i n gt h ea s s e m b l i n gd i e sb l u e p r i n t sa n da s s e m b l i n gt h ed i a g o n a ld u a l c o l u m ng u i d e d i e sp r a c t i c a le x p e r i e n c eo ft h es e l e c t i o no fd i ec o m p o n e n t s ，c o n c l u d e st h er u l e so ft h eo p t i o n i no r d e rt oc r e a t ead u a l d i a g o n a ld i e t h i sa r t i c l ee l a b o r a t e so nt h ec h o i c eo fd i ec o m p o n e n t s k n o w l e d g ea n dt h er u l e so ft h eo p t i o n sa n ds e t su pr e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h es t r a t e g ya n d t h ew a yt oe s t a b l i s ht h em a t h e m a t i c a lm o d e l i nt h i sp a p e r , t h ec o n c l u s i o n so ft h es t u d ys h o wt h a ta u t o m a t i cp r o c e s sa n a l y s i sa n d c h o i c eo fs k e l e t o np a r t sf o ra s s e m b l i n gd i ec a nb ea c h i e v e d ；t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hp u s h i n t e l l e c t u a l i z e dv i s u a la s s e m b l i n gd i ed e s i g np r o c e s s k e yw o r d s ：a s s e m b l i n gd i e ，i n t e l l e c t u a l i z e d ，v i r t u a ld e s i g n ，b l a n k i n gp a r t ，p r o c e s sa n a l y s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 墨盗墨墨太至 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：帮聂签字目期：细参1 7 r 年弓月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 叁盗墨兰盘堂有关保留、使用学位论文 的规定。特授权墨盗墨墨盘鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：钾黯 导师签名： 诺孩性 签字日期： b oc 1 年弓月 日签字日期：矽7 年3 月乡日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 板料冷冲压是一种n i 方法简单、生产效率高、材料损耗少、设备价廉的工艺手段， 冲压件可达到较高的复杂程度和加工质量i l 】。冷冲压工艺广泛应用于国民经济各部门中， 在机械制造业和仪表制造业中，用冷冲压加工的零件占全部金属加工件的3 0 - 7 5 。 实施冷冲压工艺的关键在于冷冲压模具，由于模具制造复杂、制造成本高和生产周期长， 使得只有在大批量生产规模的条件下才予以采用，在中、小批量，特别是小批和试制品 生产中，由于模具费用摊入单件成本过高及周期过长而难以采用【2 1 。 随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐 步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统为适应这种变化必须具备较高的柔性【3 1 。 国外已把柔性制造系统( f m s ) 作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的 主要发展方向【4 1 。 柔性制造技术的发展也要求使用柔性的工艺设备。中、小批量的冲压件加工适合采 用组合模具p j 。组合模具是由成系列的标准化元件根据加工对象的工艺要求随时组装而 成的一种冲压模具。与专用模具相比，具有准备周期最短、成本最低( 该类模具在使用 完毕后，可以拆卸成元件供以后重复使用，节省了原材料和模具元件的设计与制造) 、 对产品变化的适应能力强、并能达到较高的尺寸精度和几何精度等优点【6 1 。在小批量产 品的生产中，组合模具无疑是一种很好的柔性化工艺设备【7 1 。 1 2 冷冲压加工的概念及特点 冷冲压指的是在室温下，利用冷冲压模具在压力机的作用下对材料施加压力，使其 产生分离或变形从而得到所需要的特定零件的加工方法。它是压力加工方法的一种，在 机械制造中属于一种高效率的加工方式。 对于冷冲压加工来说，冷冲模就是冲压加工中的工艺装备。冷冲模技术的先进程度 决定了冷冲压工艺的先进程度。 冷冲模具的结构有时很复杂，制造难度很大，且很昂贵。但利用冷冲模具生产零件 的操作却很简单，单件零件生产周期也很短，零件成本可以很低。 1 2 1 冷冲压加工工序的分类 由于需要加工的零件形状、尺寸、精度、批量、原材料等各不相同，故冷冲压方法 也就多种多样。但总的来说，冷冲压加工可以分为分离工序和变形工序两大类。分离工 第一章绪论 序是将本来为一体的材料相互分开，而变形工序则是使材料产生形状和尺寸的变化，成 为所需要的制件。 冷冲压可以分为5 个基本工序： 冲裁：使板料分离的工序； 弯曲：使板料弯成一定的角度和形状的工序； 拉深：使板料变成开口空心件的工序； 成形：使板料的局部产生凹凸变形的工序； 块体冲压：使棒形材料产生变形的工序； 主要冷冲压工序的分类见表l - 1 。 表1 - 1 主要冷冲压工序的分类 工序分类 工序特征 工序名称工序简图形成特点 分离 冲裁 落料蕊 冲裁后，落下的部分是 制件，剩余部分是废料 工序 ，蠕图 冲孔 霁 冲裁后，落f 的部分是 废料，剩余部分是制件 篙 笛 切断 鳟 使板料相互分离产生制 件 c 互) 将制件边缘处形状不规 切边 留。 整的部分冲裁下来 剖切圆 将对称形状的半成品沿 守 着对称面切开，成为制 件 第一章绪论 切口不封闭，井使切口 切舌 蕾 内板料沿着位切部分弯 曲 压弯 西 将平板冲压成弯曲形状 的制件 弯曲 卷边 将板料一端弯曲成接近 圆筒形状 拉深拉深 9 将板料冲压成开口空心 形状的制什 囊雪， 将平板边缘弯曲成竖立 翻边 管 的曲边弯曲线形状或 变形 将孔附近的材料变形成 工序 有限高度的圆筒形 缩口 0 使管子形状的端部直径 缩小 成形 黑 参 使空心件中间部位的形 胀形 6 一 状胀大 起伏 i 使板料局部凹陷或凸起 第一章绪论 1 2 2 冷冲压加工的工艺特点及其应用 冷冲压加工工艺具有以下特点： 4 ( 1 ) 冷冲压加工可以获得极高的生产效率，没有其他任何一种机械加工方法能与 之相比，有些工件( 如螺母) 的生产节拍不到0 2 5 秒件。这是人们对冷冲压工艺最青 睐的一点。因此，冷冲压工艺往往是考虑零件加工方法的首选。 ( 2 ) 用冷冲压加工方法可以得到形状比较复杂且用其他加工方法不太容易加工的 工件，如薄壳零件等。 ( 3 ) 冷冲压工件的尺寸精度是与模具的尺寸精度相关的，尺寸比较稳定，互换性 较好。 ( 4 ) 冷冲压工件的材料利用率较高，工件重量轻，刚度重量比高，强度重量比 高，冲压耗能少，生产效率高。因此，工件的成本可以相对很低，如自行车的生产主要 是依靠冷冲压方式。若用机械切削的加工方法，则成本恐怕要增加几十倍。 ( 5 ) 冷冲压生产的操作简单，易于实现机械化和自动化。对操作者的技术素质要 求不高，新手很快就能够上岗操作。 ( 6 ) 冷冲压加工中所用的模具一般比较复杂，生产周期长，成本较高。 ( 7 ) 冷冲压工艺最适合于批量较大的生产。对于单件、小批量生产，冷冲压工艺 受到一定的限制。近年来发展的简易冲模、组合冲模、锌基合金冲模及数控冲压技术等 为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件。 ( 8 ) 冷冲模设计需要很强的想象力和创造力。无论是在理论方面、经验方面，还 是在创造力方面，对于模具的设计者和制作者均有很高的要求。 ( 9 ) 在冷冲模设计理论和方法中，到目前为止，大都采用经典理论加修正系数的 方法( 如弯曲力的计算、拉深件的应力分析及起皱分析) ，而且对于工作零件的尺寸设 计( 除工作尺寸外) 和某些冷冲压工艺，如形状复杂的拉深、成形，其工艺计算往往采 用经验的方法。这些方法对于形状简单的工件还是适用的。但是，对于形状复杂的工件 就无能为力了。然而，随着信息技术迅猛发展，c a d c a e c a m 技术在冷冲模设计理论 和方法中逐渐得到应用，使以往的某些难题获得了有效的解决。因此，冷冲模设计理论 和方法正在从传统方法向分析方法过渡。对于冷冲压工艺来说，这无疑如虎添翼，可大 大促进冷冲模技术的发展【8 】。 1 3 冷冲压加工设备 在冷冲压生产中，对于不同的冷冲压工艺，可采用不同种类的冷冲压设备。冷冲压 设备也叫压力机。压力计的种类很多，按传动方式分，主要有机械压力机和液压压力机。 机械压力机在冷冲压生产中被广泛应用。 机械式压力机又可分为曲柄压力机和摩擦压力机。前者应用较广。 第一章绪论 1 3 1 曲柄压力机的组成及应用 曲柄压力机的结构简图如图1 1 所示。 图1 1 曲柄压力机的结构简图 琶轮) ( 1 ) 床身 床身是压力机的骨架。床身是所有其他零部件的安装基础。床身承受冲压载荷，并 提供和保持所有零部件的相对位置精度。因此，床身应有足够的刚度和强度。 ( 2 ) 运动系统 通过运动系统的运动传递，将电机的转动变成滑块乃至模具的往复冲压运动。运动 的传递路线为：电机一小带轮一传动带一大带轮一传动轴一小齿轮一大齿轮一离合器一 曲轴一连杆一滑块。大齿轮转动惯量较大，滑块惯性较大，在运动中兼有储存和释放能 量的作用，如图1 2 所示。 第一章绪论 图1 - 2 运动系统 大齿轮 轮 ( 3 ) 离合器 离合器是用来接通或断开大齿轮一曲轴的运动传递机构，即控制滑块是否产生冲压 动作，由操作者操纵。 离合器的工作原理是，大齿轮空套在曲轴上，可以自由转动。离合器壳体和曲轴用 键槽刚性连接。在离合器壳体中，抽键随着离合器壳体同步转动，通过抽键插入到大齿 轮中的弧形键槽或从键槽中抽出来实现接通或断开。操作者将闸叉下拉，使抽键在弹簧 ( 图中未示出) 的作用下插入到大齿轮的弧形键槽，从而接通传动。操作者松开时，复 位弹簧将闸叉送回原位。闸叉的楔形和抽键的楔形相互作用，使抽键从弧形键槽中抽出， 从而断开传动。如图1 3 所示。 赢食嚣 齿轮 图1 - 3 离合器 6 - 第一章绪论 ( 4 ) 制动器 制动器用于确保当离合器脱开时，使滑块比较准确的停止在曲轴转动的上死点位置。 制动器的工作原理是利用制动轮对旋转中心的偏心，使制动带对制动轮的摩擦力随 转动而变化来实现制动。当曲轴转到上死点时，制动轮中心和固定销中心之间的中心距 离达到最大。此时，制动带的张紧力也就最大，从而在此处产生制动作用。转过此位置 后，制动带放松，停止制动。制动力的大小可通过调节拉紧弹簧来实现，如图l - 4 所示。 图l - 4 制动器 轮中心 ( 5 ) 上模紧固装置 模具的上模部分固定在滑块上，由压块、紧固螺钉压住模柄来进行固定，如图1 5 所示。 第一章绪论 图1 5 上模紧固装置 ( 6 ) 滑块位置调节 为适应不同的模具高度，滑块底面相对于工作台面的距离必须能够调整。由于连杆 的一端与曲轴连接，另一端与滑块连接，因此通过拧动调节螺杆，就相当于改变连杆的 长度，即可调整滑块行程下死点到工作台面的距离。 ( 7 ) 打料装置 在有些模具的工作中，需要将制件从模具中排出。这要通过模具打料装置与曲柄压 力机上相应机构的配合来实现。打料装置的工作原理是当冲裁结束以后，工件紧紧卡在 模具孔里面，并且托着打料杆下端，而打料杆上端顶着横杆，三者一起随滑块向上移动。 当滑块移动到接近上死点时，横杆因受到两端限位螺钉的阻挡而停止移动，迫使打料杆 和与其紧密接触的工件也停止移动，而模具和滑块仍然向上移动若干毫米，打料杆、工 件就产生了相对于滑块的运动，就将工件从模具中推下来，如图1 6 所示。 第一章绪论 图1 - 6 打料装置 定块 螺钉 ( 8 )曲柄压力机其他部分 导轨装在床身上，为滑块导向，但导向精度有限，因此模具往往自带导向装置。 安全块的作用是当压力机超载时，将其沿一周面积较小的剪断面切断，起到保护重 要零件免遭破坏的作用。 压力机工作台设有漏料孔，使冲下的工件或废料从孔中漏下，如图1 7 所示。床身 倾斜。通过对紧固螺杆的操作，可使床身后倾，以使落料向后滑落排出，如图1 7 所示。 图1 7 漏料孔 刃 第一章绪论 1 3 2 曲柄压力机的主要技术参数 曲柄压力机的主要技术参数反映出压力机的工艺能力，包括加工零件的大小及生产 率等，同时也是作为在模具设计中，选择所使用的冲压设备、确定模具结构尺寸的重要 依据【9 1 。 ( 1 ) 公称压力 曲柄压力机滑块通过模具在冲压过程中产生的压力就是曲柄压力机在的工作压力。 由曲柄连杆机构的工作原理可知，曲柄压力机滑块的静力学压力随曲柄转角的变化而变 化。曲柄压力机的许用压力曲线如图1 8 所示。从曲线中可以看出，当曲柄从离下死点 3 0 。处转到下死点位置时，曲柄压力机的许用压力最大值规定为f m 戡。所谓公称压力， 是指曲柄压力机的曲柄转到离下死点一定角度( 称为公称压力角，等于3 0 。) 时，滑块 上所容许的最大工作压力。图1 8 还显示了曲柄转角与滑块位移的对应关系。所选曲柄 压力机的公称压力必须大于实际所需的冲压力。 当前 彦刎，7 ，a 。锈。 理论压：力曲线 k 一当前最大 、 姚 一许用值 j 当前 角度 曲轴转角 )15 。3 0 毒5 。6 0 5 。9 lii h 晓oh l sh 8h 注 h | 、qh 冷 滑块位置 图1 8 曲柄压力机的许用压力曲线 ( 2 ) 滑块行程 滑块行程是指滑块从上死点到下死点的距离。对于曲柄压力机，其值等于曲柄长度 的两倍。 ( 3 ) 滑块每分钟冲压次数 它反映了曲柄压力机的工作频率。滑块每分钟行程次数的多少，关系到生产率的高 低。一般曲柄压力机的工作频率是不变的。 第一章绪论 、 ( 4 )曲柄压力机的装模高度 曲柄压力机的装模高度是指滑块移动到下死点时，滑块底平面到工作台垫板上平面 的高度。此高度可以通过调节螺杆来进行调整，改变工作台垫板厚度也可改变这一高度。 模具的闭合高度应在曲柄压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，如图1 - 9 所示。 出 度 图1 - 9 曲柄压力机的装模高度 ( 5 )曲柄压力机工作台面尺寸 曲柄压力机工作台面尺寸应大于冲模的相应尺寸。在一般情况下，工作台面尺寸每 边应大于模具下模座尺寸5 0 m m - - 7 0 m m ，为固定下模留出足够的空间。 ( 6 ) 漏料孔尺寸 。设置漏料孔是为冲件下落或在下模底部安装弹顶装置。下落件或弹顶装置的尺寸必 须在漏料孔所提供的空间以内。 ( 7 ) 模柄孔尺寸 模柄直径应略小于滑块内模柄安装孔的直径。模柄长度应小于模柄孔的深度。 ( 8 )曲柄压力机电动机功率 曲柄压力机电动机的功率应大于冲压时所需要的功率。 ( 9 ) 标准开式压力机的参数，见表1 2 。 出 度 第一章绪论 表1 2 标准开式压力机的参数 名称 量值 公称压力k n 4 06 31 0 01 6 02 5 0 4 0 06 3 08 0 01 0 0 01 2 5 0 1 6 0 0 滑块行程m m4 05 06 07 0 8 01 0 01 2 01 3 0 1 4 0 1 4 0 1 6 0 标准行程次数m i n 12 0 01 6 01 3 51 1 51 0 08 07 06 06 0 5 0 4 0 最大闭合高度m m 1 6 01 7 01 8 02 2 0 2 5 0 3 0 0 3 6 03 8 04 0 04 3 04 5 0 闭合高度调节量m m3 04 05 06 07 08 09 01 0 011 01 2 01 3 0 滑块中心到机身距离m m 1 0 01 l o1 3 01 6 01 9 02 2 02 6 02 9 03 2 03 5 03 8 0 左右m m2 8 03 1 5 3 6 04 5 05 6 0 6 3 07 1 08 0 09 0 09 7 01 1 2 0 工作台尺寸 前后m m1 8 02 0 0 2 4 0 3 0 03 6 0 4 2 04 8 05 4 06 0 06 5 07 1 0 左右m m 1 3 01 5 01 8 02 2 0 2 6 0 3 0 03 4 0 3 8 0 4 2 0 4 6 05 3 0 工作台孔尺寸 前后m m 6 07 09 01 l o1 3 01 5 01 8 02 1 02 3 02 5 03 0 0 直径m m 1 0 01 1 01 3 01 6 01 8 02 0 0 2 3 02 6 0 3 0 0 3 4 0 4 0 0 立柱间距离m m1 3 01 5 01 8 02 2 0 2 6 03 0 0 3 4 03 8 04 2 04 6 05 3 0 模柄孔尺寸m m 3 0 5 05 0 7 06 0 7 50 7 0 x 8 0 工作台垫板厚度m m 3 44 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 0 1 4 组合模具简介 组合模具是由成系列的标准化元件根据加工对象的工艺要求随时组装而成的一种冲 压模具【1 0 1 。 1 4 1 组合冲模的使用范围及技术参数 组合冲模能够胜任对于一般复杂程度的中、小型冲裁、剪切、弯曲、翻边等冷冲压 件的加工，以及若干工序的复合模具和级进模具等【1 。组合模具的主要技术参数见表 1 3 所示。 第一章绪论 表1 3 组合冲模主要技术参数 适用冲压吨位( t ) 3 5 1 6 0 适用板料厚度( m m ) 0 5 8 模具闭合高度( 舢) 2 0 8 3 0 6 冲压件精度等级( i t )1 0 ，- 1 4 1 4 2 组合冲模的标准元件 槽系列组合模具元件共有八个大类：基础件、支撑件、定位件、刃口件、卸压件、 紧固件、其它件、合件。 在每一类元件中有多种不同名称的元件，在各名称的元件中又有相应的系列尺寸； 最终，每一个系列尺寸的元件均用独立的代码来命名，全部的元件总数大约共有一千余 个。 基础件： 1 1 1 旋入式模柄 1 1 3 凸缘模柄 1 1 6 打击式模柄 1 1 7 模柄套 1 2 1 方形上基础板 1 2 2 长方形上基础板 1 2 4 简式方形上基础板 12 5 简式长方形上基础板 1 2 7 打击式方形上基础板 1 2 8 打击式长方形上基础板 1 2 9 打击式圆形上基础板 1 3 1 方形下基础板 1 3 2 长方形下基础板 1 3 7 中圆孔下基础板 1 5 4 方形下垫板 1 5 5 长方形下垫板 支撑件： 2 1 1 方形凸模固定板 2 1 2 长方形凸模固定板 2 1 4 角形凸模固定板 2 1 7 中孔凸模固定板 第一章绪论 2 1 8 圆盘凸模固定板 2 3 2 长方形凹模固定板 2 3 7 中孔凹模固定板 2 5 2 长方形垫板 2 5 4 侧出料下垫板 2 6 1 方形支承 2 6 2 长方形支承 2 6 3 紧固支承 2 6 4 反侧方形支承 2 6 5 反侧长方形支承 2 6 6 反侧t 形支承 2 6 8 侧装长方形支承 定位件： 3 1 2 面装式中孔导套座 3 1 3 角装式导套座 3 1 8 角装式导套座附加板 3 2 8 通用导柱 3 3 2 面装式中孔导柱座 3 3 6 侧装式中孔导柱座 3 4 1 纵向可调定位板 3 4 5 u 形定位板 3 5 l 圆形定位销 3 5 2 圆形挡料销 3 5 4 圆形导正销 3 5 6 圆形定位销 3 5 7 锥形定位销 3 6 1 平键 3 6 2 长圆孔平键 3 6 3 t 形键 3 6 4 过渡键 3 6 5 偏心键 刃口件： 4 1 l 方形凸模 4 1 3 方孔凸模拼块 4 1 4 方孔凸模拼块中部 4 1 5 方孔凸模拼块边部 第一章绪论 4 1 6 方形凹模 4 1 8 方孔凹模镶条 4 2 3 带台圆形凸模 4 2 4 双面圆形凸模 4 2 7 定向圆形凹模 4 4 1 直线切断凸模 4 4 6 直线切断凹模 4 5 l 圆角切断凸模 4 5 4 半圆切凸模 4 5 6 圆角切断凹模 4 5 7 半圆切断凹模 4 5 9 半圆切断凹模拼块 4 6 1 压u 形弯凸模 4 6 2 压弯翻边凸模 4 6 3 压直角弯凸模 4 6 4 压6 0 度弯凸模 4 6 6 压u 形弯半凹模 4 6 7 压直角弯凹模 4 6 8 压6 0 度弯凹模 卸压件： 5 1 1 方形底板 5 1 2 长方形底板 5 2 1 方形卸料橡皮 5 2 2 长方形卸料橡皮 5 2 4 中孔卸料橡皮 5 31 方形卸料橡皮垫板 5 3 2 长方形卸料橡皮垫板 5 3 4 中孔卸料橡皮垫板 5 4 2 长方形卸料板座 5 4 4 中孔卸料板座 5 4 6 方形卸料板 5 4 7 长方形卸料板 5 4 9 卸料圈 5 5 4 中孔固定卸料板座 5 6 3 漏料环 5 7 2 长方形定料板 5 7 6 顶料杆 第一章绪论 紧固件： 6 1 1 槽用长方头螺栓 6 1 3 圆柱头内六角螺栓 6 1 4 卸料螺栓 6 1 5 双头螺栓 6 1 6 定位螺栓 6 1 8 起重螺栓 6 2 1 六角螺母 6 2 2 带肩六角螺母 6 2 4 圆螺母 6 2 6 长方螺母 6 2 7 t 形螺母 6 2 8 可调定位螺母 6 3 2 切边平垫圈、 6 4 2 挡板 其它件： 7 3 1 压簧 7 4 1 手柄 7 4 2 拨杆 7 5 1 圆螺母扳手 7 5 2 圆螺母扳手手柄 7 7 1 对中轴 合件： 8 2 1 c 形冲裁模 8 3 1 固定定位销 8 3 2 活动定位销 8 3 4 角度定位尺 8 5 2 压弯弹项合件【1 2 1 1 4 3 组合冲模实例 n i d , 链板片的冲压件图，见图1 1 0 所示。相应的组合模具立体示意图，见图1 1 l 所示。 第一章绪论 图1 1 0 小链板片冲压件图 图1 1 1 组合模具示意图 1 5 智能化组合模具虚拟设计系统的意义 虽然组合模具与专用模具相比具有诸多的优越性，但是目前基本上是依靠专业厂家 有经验的设计人员进行组装设计，对于不熟悉各种标准元件基本用途的非专业人员，不 第一章绪论 可能设计出结构合理、精度高的模具组装方案【l3 1 。因此势必极大地妨碍了组合模具的推 广、应用和发展i l 引。为此，一些企业开发了“组合模具c a d 系统”试图解决此问题， 然而此类软件基本上只限于建立模具元件库、模具的三维造型以及文件管理等功能，目 前仍然没有一种组合模具c a d 系统能够基于冲压件的信息并综合专家的经验，实现组 合模具结构自动生成的智能化设计【1 5 】。 因此，将组合模具的设计理论和相关专家的经验结合起来，研究出组合模具结构智 能化设计的原理和计算模型将成为解决以上问题的关键。该计算模型将提高组合模具计 算机虚拟设计的自动化水平和智能化水平，是推广使用组合模具强有力的工具，是模具 制造业的重大创新，对实现可持续发展具有深刻意义。在面向市场频繁试制产品的需求 下，组合模具的需求量是相当大的【1 6 】。一套组合模具可节省相应的专用模具设计费、制 造费、材料费等。更主要的是，由于缩短了生产准备周期而赢得了市场，促进了生产的 发展，所带来的经济效益更是不可估量的【1 。7 1 。 智能化的组合模具设计，可以培养实用型的设计人才，提高企业设计人员的素质【1 8 】。 通过智能化的组合模具设计，加深了企业对组合模具优越性的了解，简化了用户对使用 组合模具的咨询、调研过程，促进了企业优化经营决策【1 9 1 。推广使用组合模具，可避免 各企业大量闲置废弃模具的现象，避免废旧模具的管理和库房占用，节省钢材等原材料， 为制造业可持续发展服纠2 0 j 。 目前国内并没有相关的切实可行的应用软件。本课题是整体应用软件研发的一部分， 也是全面开发工作的先期研究。最终完成的智能化组合模具虚拟设计，将填补国内机械 加工及模具行业的空白，无论是在学术意义和社会应用方面都有很大的价值。 1 6 国内外相关课题研究现状 在机械制造业中c a d 与c a m 大力发展的形势下，柔性的工装设备就成为这两者之 间的重要接口，因而该类设备c a d 系统的研制受到了国内、外专家学者的普遍重视【2 。 早在上世纪8 0 年代初期，就开始进行从计算机辅助设计组合夹具过渡到计算机自动设 计组合夹具的研究吲。由于组合夹具结构的千变万化，尽管经过多年的努力，得到了一 些阶段性的成果，但至今尚未出现成熟实用的智能型商品化软件】。同时，与组合夹具 属于同一范畴的组合模具，还是一个从未有人涉足的领域，目前尚属空白。实际上广大 生产企业对组合模具计算机智能化设计的需求也是非常迫切的【z 钔。 目前国内外研究所存在着许多问题，由于组合模具的结构是千变万化的，智能化的 组合模具结构设计在学术上是个难题【2 5 】。至今在世界范围内尚未有前人研究过这个项 目，而广大企业对此又有迫切的需求。为此，本项目的研究意向如果能够顺利实现，将 填补此项空白。 组合模具作为柔性工艺装备之一具有一定的典型性，本项目以组合模具为切入点， 建立一种计算模型，实现对组合模具虚拟设计的智能化和自动化。该计算模型应用于组 合模具计算机的虚拟设计系统中，将会解决非专业人员不能设计出结构合理、精度高的 模具组装方案的问题。对冲压件来说，形成了与c a d 和c a m 之间的接口，其学术价 第一章绪论 值是非常显著的。与组合模具设计概念相通的还有组合夹具设计、组合机床设计等，该 计算模型的算法和思路具有一定的通用性，经过修改和调整还可应用于组合夹具、组合 机床等的计算机智能化设计系统中，将有利于促进该领域的快速发展。 1 7 课题的研究内容 智能化组合模具虚拟设计系统，是一个十分复杂和庞大的智能化应用软件系统。基 于国内外对智能化组合模具虚拟设计系统的研究现状，本文拟以全系统的局部内容 冲裁件的自动工艺分析及模架装配总成自动选择模具元件为研究对象，研究并归纳其内 在的规律和实现方法，完成该内容的自动化。力求探明理论基础和技术路线，为全面实 现智能化组合模具虚拟设计打下坚实的基础。 具体研究内容为： ( 1 ) 针对一般冲裁件的工艺要求，以及组合模具对冲裁件的特殊工艺要求，对其板 材厚度、精度要求、粗糙度要求，两孔中心距、孔中心与边缘距离的尺寸公差，最小孔 径、孔距、圆角半径、凸出悬臂和凹槽的最小值等条件进行总结，归纳出工艺分析条例， 应用数理逻辑的原理和方法，建立对冲裁件自动进行工艺分析的数学模型。 ( 2 ) 以s o l i d w o r k s 为软件平台，以v i s u a lb a s i c 为开发语言，针对冲裁件工艺分析 的数学模型进行编程，实现对冲裁件的自动进行工艺分析。 ( 3 ) 大量分析组合模具的图纸和资料，将组合模具的设计理论和相关专家的经验结 合起来，找出智能化组合模具虚拟设计中对角式双导柱模架结构模架装配总成自动选择 模具元件的经验和规律。创建组合模具智能化设计中实现模架装配总成自动选择模具元 件的局部知识规则。 ( 4 ) 应用数理逻辑和集合论的原理和方法，建立对角式双导柱模架结构的装配总成 自动选择模具元件知识规则的数学模型。 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 冲裁组合模具的设计与其零件的冲裁工艺密切相关。由于冲裁工艺的多冲裁组合模 具的设计与其零件的冲裁工艺密切相关。由于冲裁工艺的多样性，传统的工艺分析主要 依靠人的分析判断及人工查阅资料等方法，存在时间长、效率低、易出错等缺点【2 6 1 。而 基于组合模具智能化设计系统的优势，如何提高冲裁工艺分析的自动化和智能化程度， 成为冲裁组合模具设计中需要重点研究的内容之一 2 1 冲裁件的工艺分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、 精度等级等是否符合冲裁件加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工 序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单等。通常对冲裁件的工艺 性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。 冲裁件的形状和尺寸要求【2 7 j ( 1 ) 冲裁件的形状应尽可能的简单、对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状 或由这些形状所组成，使排样时废料最少。 ( 2 ) 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断。 ( 3 ) 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免尖角出现，应以圆弧过渡，以便于模具 加工，减少热处理或冲压在尖角处开裂的现象，同时可以防止尖角部分的刃口磨损过快 而使模具寿命降低。 ( 4 ) 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小。否则，模具的强度和冲 裁件的质量不能保证。 ( 5 ) 冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸 与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关。 2 2 组合模具对冲裁件的工艺要求 组合模具对冲裁件的板料厚度要求为为0 5 - - - 8 m m 。组合模具对冲裁件内、外形能 达到的经济精度，见表2 1 。对一般冲裁件剪断面表面粗糙度要求，见表2 2 。对冲裁件 的凸出悬臂和凹槽的最小宽度要求，见表2 3 。 除此以外，冲裁件的工艺分析还有：冲裁件圆角半径r 的最小值，一般冲孔模可冲 压的最小孔径，冲裁件孔与孔之间、孔与边缘之间的许可值，两孔中心距离公差，孔中 心与边缘距离的尺寸公差等内容。冲裁件圆角半径r 的最小值见表2 4 ，一般冲孔模可 冲压的最小孔径见表2 5 ，冲裁件孔与孔之间、孔与边缘之间的许可值见表2 6 ，两孔中 心距离公差见表2 7 ，孔中心与边缘距离的尺寸公差见表2 8 。 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 由于工艺分析的原理和方法大同小异，但表述颇为繁琐，占用篇幅较多，因而上述 内容给予省略。着重进行板料厚度要求的分析、冲裁件内、外形能达到的经济精度要求 的分析、一般冲裁件剪断面表面粗糙度要求的分析、以及对冲裁件凸出悬臂和凹槽最小 宽度要求的分析工作。 表2 - 1 冲裁件内外形所能达到的经济精度 。、苎奉月寸，m m # # g ：、 33 “ o5 t 1 2 0 3 8 表2 - 2 冲裁件剪断面表面粗糙度 材料厚度t r a m2 q 剪断面表面粗糙度r a p m 1 25 表2 - 3 冲裁件悬臂或凹槽的展小宽度b m m 。n 材料 b 硬钢 ( 15 2 0 ) t 黄铜、软钢( 1 0 1 2 ) t 紫铜、铝 ( 0 8 0 9 ) t 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 表2 4 冲裁件圆角半径r 的最小值 连接角度 9 0 。q ( 9 0 。d 9 0 。a ( 9 0 。 i给 髫。、峙一 材料 圆角半径 r 低碳钢03 0 t05 0 t03 5 t0 6 0 t 黄铜、铝 02 4 t 03 5 t02 0 t0 4 5 t 高碳钢、合金钢 04 5 t 07 0 t05 0 t0 9 0 t 表2 - 5 一般冲孔模可冲压的最小孔径 材料 瓷趱 ；，恭 1 r 钢t ) 7 0 0 m p ab l1 tb 1 3 5 td 1 5 tb 1 2 t 钢t = 4 0 0 7 0 1 m p a b 09 t b 1 2 td 13 t b t 钢t ( 4 0 0 m p a b 07 t b 0 9 td tb 0 8 t 黄铜、铜 b 06 tb 08 td 09 tb 07 t 铝、锌 b 0 5 tb 07 td 08 tb 0 6 t 纸胶板、布胶板、 b o4 tb 07 td 0 7 tb 0 5 t 纸b 0 3 tb 05 td 0 6 tb 0 4 t 表2 - 6 冲裁件孔与孔之间、孔与边缘之问的许可债 滔滔雩 c tc o 7 tc 1 2 t 施 盘迎 c tc 0 8 tc 1 3 t 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 表2 7 两孔中心距离公差m m 一般精度较高精度 材料厚度t孔距基本尺寸 5 05 0 1 5 0 1 5 0 3 0 0 5 05 0 - - 一1 5 01 5 0 3 0 0 l 0 10 1 5o 2o 0 3o 0 50 0 8 1 - 20 1 20 20 30 0 4o 0 6o 1 2 - - 4 o 1 50 2 5o 3 50 0 60 0 80 1 2 4 6 0 2o 30 40 0 80 10 1 5 表2 8 孔中心与边缘距离的尺寸公差m m 孔中心与边缘距离的尺寸公差 材料厚度t 5 05 0 - - 1 2 01 2 0 2 2 02 2 0 3 6 0 2 o 5o 60 7o 8 2 - 4 + 0 60 70 81 0 4 o 7o 81 01 2 2 3 冲压件工艺信息输入的对话框设计 冲裁工艺分析自动化的实现，首先要由用户输入冲裁件的工艺信息，为此而设计了 冲压件工艺信息输入对话框：图2 1 为冲裁件的基本信息输入对话框，图2 2 为冲裁件 的最小宽度信息输入对话框。 第二章自动进行冲裁件的t 艺分析 图2 - l 冲裁件的工艺分析基本信息输入对话框 图2 - 2 冲裁件的下艺分析最小宽度信息输入对话框 2 4 数理逻辑的基本公式 逻辑是研究推理的科学，分为形式逻辑和辩证逻辑。数理逻辑是使用数学方法研究 形式逻辑的一门科学，也就是用数学方法研究推理的科学。 第二章自动进行冲裁件的工艺分析 2 4 1 命题 断言是一种陈述语句。一个命题是一个或真或假而不能两者都是的断言。如果命题 是真，我们说它的真值为真；如果命题是假，我们说它的真值是假。命题和原子命题常 可以通过一些连接词构成新命题，这种新命题叫做复合命题。 ( i ) 设p 表示命题，那末“p 不真是另一个命题，表示为- - - , p ，叫做p 的否定， 读作“非p ”。 定义：如果p 是假，则一p 是真，反之亦然。 ( 2 ) 如果p 和q 是命题，那末“p 并且q ”也是命题，表示为p 八q ，称为p 和q 的合取，读作“p 与q 或“p 并且q ”。 定义：p a q 是真，当且仅当p 和q 俱真。 ( 3 ) 如果p 和q 是命题，那末“p 或q ”也是命题，表示为pvq ，称为p 和q 的析取，读作“p 或q ”。 定义：p 或q 至少有一为真，则pvq 为真。 ( 4 ) 如果p 和q 是命题，那末“p 蕴含q 也是命题，表示为p q ，称为蕴含式， 读作“p 蕴含q 或“若p 则q 。其中对象p 叫做前提，假设或前件，而q 叫做结论 或后件。 定义：命题p q 是假，仅当p 是真而q 是假。 ( 5 ) 命题变元和命题公式 如果p 代表真值未指定的任何命题，我们就称p 为命题变元；如果p 代表真值已指 定的命题，我们就称p 为命题常元。 单个命题变元和命题常元叫原子公式，由以下形式规则生成的公式叫命题公式： 单个原子公式是命题公式。 如果a 和b 是命题公式，则( - - - , a ) 、( a 八b ) ( a v b ) ( a b ) ( a p b ) 是命题 公式。 只有有限步应用条款和生成的公式才是命题公式【2 8 】。 2 4 2 命题公式推导举例 对表2 1 冲裁件内、外形能达到的经济精度，其精度等级i t 值与板料厚度和基本尺 寸有关。当板料厚度为0 5 l m m ，且基本尺寸在3 l o 舢：i l 范围内时，可达到i t l 2 i t l 3 。 以公式( 2 2 ) ( ( t b ( j b a v j b b v j b c )