（材料加工工程专业论文）基于ug的粉末冶金工艺性判别系统开发与研究.pdf

基于u g 的粉末冶金工艺性判别系统研究与开发摘要作为现代重要制造手段之一的粉末冶金工艺具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品加工精度稳定、操作简单、易于实现自动化等优点，因此在工业生产中获得了越来越广泛的应用。粉末冶金零件的工艺性判别建立在专家经验与领域知识的基础之上，信息技术的飞速发展使大量经验与知识为更多人应用成为可能。采用专家系统技术可以充分利用领域知识，显著地提高工作效率。在分析了产品信息模型及特征建模的基础上，根据粉末冶金零件特点，提出了基于u g 的特征建模过程，作为系统实现的先导技术。之后，本文的焦点关注于基于规则的推理r uleb a s e dr e a s o nin gr 昧在粉末冶金零件工艺性判别中的应用。研究了r 昧的原理与机制，并分析了粉末冶金零件的工艺性判别过程，指出了r 胩在工艺性判别中的适用性。在熟练掌握u g 0 p 酬a p i 二次开发语言的基础上，使用v c + + 6 0 为二次开发工具，在w i n d o w r 2 0 0 0 ，操作系统下开发出了基于规则的粉末冶金零件工艺性判别系统。分析了系统的整体结构及其工作流程，用肝c 技术开发出了系统的工作界面，利用大量的u g 0 p 酬a p i 函数来实现系统的主要功能。此外，作为专家系统必需部分的数据库技术，本文也做了一定的研究，并利用a c c e s s 数据库对系统中的数据进行存储。关键词：粉末冶金零件工艺性判别基于规则专家系统u gr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nf e a s i b i l i t ya n a l y s i ss y s t e mo fp o w e rm e t a l l u r g yp a r ta b s t r a c ta so n eo fm o d e r ni m p o n a n tm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e s ，p o w e rm e t a l i u r g yp r o c e s sh a si t sa d v a n t a g e ss u c ha sh i g hp r o d u c t i v i t ) r ，i o wp r o c e s s i n gc o s t h i g hu t i i i z a t i o nr a t i oo fm a t e r i a l ，s t a b l ep r o c e s s i n gp r e c i s i o n ，s i m p l eo p e m t i o n ，a n de a s i e s st oi m p l e m e n ta u t o m a t i o n ，c o s e q u e n t l y ，i ti sw i d e i yu s e di m a n u f a c t u f e a s i b i 锣a n a l y s i si sb a s e do nt h e 旺p e r j e c eo f 旺p e r t sa n dn e j dk n o w j e d g e ，阳p i dd e v e l o p m 蛐to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ym a k ei tp o s s i b l et h a tm o na n dm o r ep e o p l ec a nu s et h e s ee x p e n e n c ea dl 【n o w l e d g e t h eu s eo fe x p e ns y s t e mt e c h n o l o 科i np o w e rm e t a u r g y6 e i dc a nt a k e t h ea d v a n t a g eo fn e l dk n o w l e d g ea n di m p r o v ee m c i e n c yr e m a r l a b l y a f t e ra n a b ，z i n gt h ep r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e la n df e a t u r em o d e l i n g ，f e a t u r em o d e l i n gp r o g r 豁so fp o w e rm e t a l l u r g yp a r t si sp u tf o r t ha sp r e c u r s o r yt e c h n o l o g y a f t e r w a r d s ，t h i sp a p e rf o c u s 鹤o nt h ea p p l i c a t i o no fr u l eb a s e di e a s o n i n ga r b r ) i nf b a s i b i l i t ya n a l y s i so fp o w e rm e t a u r g yp a r t s f u n d a m e t a l so fr b ra n dp r o g r 岱sf e a s i b m 哆a n a l y s i so fp o w e rm e t a l l u 曙7p a r t sa ns t u d i e d ，a p p l i c a b i l i t yo fr b ri nf e a s i b i l i t ya n a l y s i si si d i c a t e d ar u l eb a s e df e a s i b m t ) ra n a l y s i ss y s t e mo fp o w e rm e t a u u r g yp a r t si sd e v e l o p e da f t e ru g ，o p e na p ii sm a s t e r e d v c + + 6 oi su s e da st h ed e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n db a s e do nw i n d o w2 0 0 0 x po p e r a t i o ns y s t e m t h ew h o l ef r a m e w o r ko ft h es y s t e mi sa n a l y z e da sw e ua si t sw o r l 【i n gp r o c e s s m f ct e c h n o l o g yi su s e dt od e v e l o pt h ei n t e r f a c eo ft h es y s t e ma n dal o to fu g o p e na p if u n c t i o n sa r eu s e dt or e a l i z et h em a i nf h n c 廿o n so f t h es y s t e m a sap n - r e q u i s i t ep a no fe x p e r ts y s t e m ，d a t a b a s et e c h n o i o g yi sa l s os t u d i e di nt h i sp a p e ra n da c c e s si su s e dt os t o r ed a t ao ft h es y s t e m 1 yw o r d s ：p o 、v e rm e t a l l u r g yp 疵；f e a s i b i l 时a n a l y s i s ；f e 撕鹏m o d e l i n g ；m l eb a s e d ；e 冲e ns y s t e m ；u g广西大擘司e 士掌位论文基于u g 的粉爿。鲁盘旺艺性判别膏菠开冀手韧i 究1 1 粉末冶金工艺概述1 1 1 粉末冶金工艺及特点“2 。”第一章绪论粉末冶金( p o w e rm e t a l l u r g y ，简称p m ) 是一门制造金属粉末和以金属粉末( 包括混入非金属粉末) 为原料，用成形烧结制造材料或制品的技术学科。广义上，它也包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料，用成形烧结制造材料或制品的技术。它既是制取金属材料的一种冶金方法，又是制造机械零件的一种加工方法。作为特殊的冶金工艺，可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料；作为少无切削工艺之一，可以制造各种精密的机械零件。美国金属粉末工业联合会( m p i f ) 将粉末冶金定义为：制造金属( 或无机非金属) 粉末和利用金属( 或无机非金属) 粉末生产大块材料和一定形状零件的方法( t h ea r t so fp r o d u c i n g e t a lp o w d e r sa n do ft h eu t i l i z a t i o no fm e t a lp o w d e r sf o rt h ep r o d u c t i o no fi n a s s i v em a t e r i a l sa n ds h a p e do b j e c t s ) 啪。与切削加工等传统成形方法相比较，粉末冶金工艺具有如下特点：1 可制取多组元材料可制取合金与假合金，发挥每种组元各自的特性，使材料具有良好的综合性能；2 可制取多孔材料通过控制粉末粒度和颗粒形状、成形压力及烧结工艺，可获得预定的孔隙大小及孔隙度的多孔材料；3 可制取硬质合金和难熔金属材料；4 是一种精密的少、无切削加工方法用粉末冶金方法来制造机械零件，在材料性能符合使用要求的同时，制品的形状和尺寸己达到或接近最终成品的要求，无需或只需少量切削加工。与切削工艺相比，具有生产效率高、材料利用率高( 达9 5 ) 、节约有色金属和节约机床等优点。此外，粉末冶金还可制造传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和难以加工的零件，因此，倍受人们的青睐。随着全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金行业发展迅速，粉末冶金技术己被广泛应用于交通、机械、电子、航空等领域，尤其在汽车制造领域。1| ；于u g 的粉束冶金工艺性判别习0 坑开袅与阉f 究现在，一些大型汽车公司建立了自己的配套粉末冶金零件加工公司，如美国的福特、通用，日本的丰田、三菱、本田等汽车公司均有自己的事业部。1 1 2 传统粉末冶金零件制造工艺过程传统粉末冶金工艺的生产工序和烧结后的后序加工工序于图卜l 所示嘲。具体步骤如下：1 粉料的混合( 或制备)包括金属粉末的制取，粉料( 金属粉末及填加剂) 的混合及其他预处理，如掺加成形剂、增塑剂、制粒、烘干、过筛等元素或合金添加剂金属粉末( 石墨、模具润滑剂)iii 混合iii热压温压冷压 等静压制、挤压、刚性模刚性模具压冷压、等静压制、轧制、注l压制喷雾成形、无压烧结制注射成形射成形、冷成形、粉浆浇注il烧结保护气氛烧结、真空烧结i任选制造工序f i 锻造、二次锻压、金属熔渗i任选精加工工序切削加工、热处理、水蒸气处理、塑料浸渍、镀覆、滚磨、浸油、喷丸处理i 成形制品图卜1 粉末冶金制品生产过程f i g 卜lp r o d u c t i o np r o c e s so f 咖p a r t s2。1 。原料。1 l 。一混合烧结制品成品l基于u g 的粉爿潞圣 工艺性判别膏。毫开裳与唾，”宅2 成形成形是使材料成为具有一定形状、尺寸和密度的型坯。成形方法很多，本文主要涉及常温状态下的钢模压制成形。3 烧结烧结时，粉末间发生还原、扩散、熔焊、化合、融解和再结晶等物理化学过程，使粉末制品获得所需要的各种性能。4 后处理烧结后，可根据需要进行一系列的后续处理，如精整、浸油、淬火等等。1 2 工艺专家系统研究现状1 2 1 专家系统简介专家系统( e x p e r ts y s t e i i l e s ) 技术是以计算机为工具，利用专家知识及知识推理来理解与求解问题的知识系统“1 。它模拟人类领域专家的宏观推理活动，是一种利用计算机对于符合模型描述的领域知识进行符号推理的技术”1 。更具体的说，专家系统是一计算机程序，通过合理的设计，使计算机具有推理、理解、决策、创新等智能行为，并能以人类专家的水平进行工作。专家系统是2 l 世纪末和本世纪初的重大技术之一，不仅是高技术的标志，而且有着重大的经济效益。专家系统技术覆盖了计算机应用的许多领域，按其所完成的任务性质和特征，可以分为以下几类嘲：( 1 ) 解释型专家系统根据获得的数据去分析问题的结构或状态。例如，根据声纳数据判断是否有鱼群等；( 2 ) 预测型专家系统根据过去及现在所有的情况推断将来的情况。例如，天气预报、人口预测、交通预报、产量估计和军事预测等；( 3 ) 诊断型专家系统根据观察到的事实推断对象系统的功能故障。如医疗、电子、机械、软件等的诊断：( 4 ) 监控型专家系统连续的对对象系统的行为进行观察，并在需要干预的时候发出警报或进行控制。如核电站监视、机场调度监视、机械加工实施监测监控等；( 5 ) 规划型专家系统为完成特定目标而采取的一系列动作或解决问题的步骤。如3| i 于u g 的粉爿。台圣工艺性判别j 统开裳与研究分子遗传学的试验步骤规划、机械加工工艺规划、运输调度规划、机器人抓等；( 6 ) 设计型专家系统构造对象模型( 方案) ，而且满足约束条件，如机械设计、电子电路设计、建筑设计等。上述的规划是不严格的，也是不唯一的，有些专家系统同时含有两类或两类以上的功能。有人将前四类称为分析型决策支持系统，后二类称为设计型决策支持系统。一般认为，处理设计型问题比处理分析型问题更困难，正如在机械设计中综合时常比分析更困难一样，原因是设计型问题的求解结果往往是不确切定义的，因而推理更复杂，需要的知识更丰富。尽管专家系统的种类与类型很多，但它们都由以下几个基本部分组成，如图卜2 所示。( 1 ) 知识库存放领域专家提供的专家知识。它们包括书本知识( 理论知识) 、常识性知识以及凭经验得到的启发式知识；( 2 ) 上下文它与数据库相类似，动态的反映或存放求解领域问题时的原始数据及事实，以及中间和结果信息；( 3 ) 推理机是根据一定的推理策略从知识库中选取有关的知识，对用户提供的证据进行推理，直到得出相应的结论为止。1 ；图卜2 专家系统的基本结构f i g 1 - 2b 私es n m t u r e0 f e x p e r ts y 啦m( 4 ) 知识获取模块知识获取分人工方式，智能编辑及自动方式三种；( 5 ) 知识库维护模块实现对知识库中知识的矛盾、冗长检查，新知识加入后对己有知识的检查，以及对知识库的浏览、增、删、改等操作；4广西大学“噩士掌位论文薰于u g 的粉j l 冶金工艺性判别膏0 睫开冀j 可研究( 6 ) 解释机制回答用户的提问，对求解过程及求解状态进行说明。帮助用户了解求解的过程，判断求解的正确性，发现系统的错误，增强对所得结果的信任度；( 7 ) 人机接口一方面将专家或用户的输入信息( 可能是自然语言或图形表格等) 翻译成计算机可接受的内部信息形式；另一方面将系统的反馈信息( 如解释、结果等) 输出显示。由此可见一个专家系统的核心组成是知识的获取、存放专门知识的知识库和利用知识库解决实际问题的推理机。1 2 2 专家系统技术的发展及研究现状“专家系统是人工智能( a i ) 研究的一个重要应用领域“，在国外也被称为知识库专家系统，与自然语言理解、机器人一起并列为a i 研究最活跃的三大领域。1 9 5 6 年，n e w e l l和h a s i m o n 在逻辑论及l t 和通用问题求解程序g p s ( g e n e r a lp r o b l e ms l o v e r ) 的研制中为专家系统的产生奠定了基础。1 9 6 5 1 9 6 8 年，s t a n f o r d 大学的e a f e i g e n b a u m 教授等进行了d e n d r a l 系统的研究，随着d e n d r a l 系统的研制成功，标志着专家系统的诞生。2 0 世纪7 0 年代，随着一批技术相对成熟的专家系统，关于专家系统通用性研究的骨架系统和通用表示语言的思想已形成。1 9 7 7 年，e a f e i g e n b a u m 教授在第五届国际a i 联合会上对专家系统的思想作了系统总结，提出了知识工程的概念，至此，专家系统技术已基本成熟。随着专家系统的理论研究和实践开发的深入，分布式专家系统，多专家系统的协同问题求解；利用数据库技术、多媒体技术、组件技术、网络技术：模糊控制技术、神经网络技术在专家系统中应用等内容都得到工程界的普遍关注。1 发展多专家系统( 1 ) 多专家系统的协同化。尽管专家系统已经在各个领域得到了广泛的应用，并收到良好的效果，但他们解决问题的范围常常受到限制，主要是因为：一、知识不足；二、解决问题的方法不妥。1 。目前，大部分的专家系统都是针对某一特定领域建立的，一旦越出这一特定领域，系统就有可能无法再有效的运行，因此发展协同式多专家系统就是克服一般专家系统局限性的一个重要途径“”。( 2 ) 是分布式专家系统“”。由于工程领域专家系统中知识的复杂，需要多种问题5广西大d 颊士掌位论文基于u g 的粉爿。白蕾- 工艺性判别j t 绽开鼍可研究求解的方法，以适应不同子任务的需要，分布式专家系统是在分布式人工智能的基础上发展起来的，各子系统相互协作，共同完成一个或多个控制作业任务的技术“”。分布式专家系统具有分布处理的特征，把一个专家系统的功能经分解以后分布到多个处理器上工作，总体上提高了专家系统的处理效率。但是目前其基本理论、体系结构、协作策略、开发工具还处于研究和开发中。2 新技术在专家系统设计的应用在专家系统的设计中，具有代表性的设计方法有两种：基于知识的设计方法和基于实例的设计方法“日。( 1 ) 基于知识的专家系统设计知识是影响专家系统性能的关键因素。在许多基于知识的系统中，对知识库的编辑和推理在整个解题过程中往往占到相当大的比重，所以合理的选择知识库组织方法，对提高系统的解题效率将起到重要作用。近几年，人们研究将迅速发展的计算机技术引入专家系统的构造，取得了良好的效果。1 ) 面向对象的方法面向对象技术是近些年来在计算机界发展起来的一种先进的软件设计方法。从认识论的观点出发，面向对象比较符合人类的思维方式，因此，它不仅限于程序设计领域，而且已经渗透到了计算机的有关分支，其中很有发展前景的分支就是面向对象的知识表示和方法“m 。2 ) 混合知识的表示专家系统的设计是一个复杂的过程，需要运用到各种知识，如工程图库、手册、公式、各种模型等，而一种知识表示方法很难保证将具体领域的专家的经验表述的清楚，所以应针对不同的领域特点有所侧重，将集中知识的表示方法综合起来应用。常用的混合知识的表示方法有：谓词逻辑、产生式规则和过程式的结合；产生式、框架和过程式的结合；语义网络与框架的结合等等“”。3 ) 基于模糊知识的表示“8 3 目前，专家系统对人类的逻辑思维的模拟主要是依据以二值逻辑为基础的方法实现的。因而它们不能把随机概念思维的过程再现为逻辑上的具体的动态判定模式。虽然部分专家系统曾引进了概率为基础的似然推理方法，但由于缺乏必要的模糊逻辑的方法论背景，不能有效的处理系统中的大量模糊信息，而模糊性是人类思维的基本特征。模糊逻辑理论为实现专家系统对人类思维的真实再现提供了一条重要的途径。它提供了一种机制，用真值的模糊性描述现实世界中存在的模糊性，具有模拟人在不确定情况下进行推理的能力。由于模糊逻辑为不精确知识的表示及其推理提6基于u g 的毫r 爿诰蕾工艺牲判别j 己院开冀与司 宅供了系统的理论基础，故非常适于处理专家系统中的不确定问题。( 2 ) 基于相似性原理的专家系统设计基于知识的设计方法以知识库为核心，因而知识的获取和表示成为其关键技术。但是由于目前的种种技术原因，这种方法缺乏对现有实例的充分利用。基于相似性原理的设计是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初在a i 技术中新崛起的一项重要技术，其核心在于用过去的例子和经验来解决新问题。利用相似性原理开发专家系统，可以在开发过程中节约大量的人力，物力，具有较高的经济价值o ”。4 专家系统技术与多种先进技术相结合( 1 ) 与数据库技术的结合随着所涉及工程复杂性的提高，需要处理的数据也越来越多，知识库越来越大，专家系统的知识管理也更加困难。专家系统可借鉴数据库中关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，对其知识库进行管理、设计，从而实现大型知识库、共享知识库和分布式知识库，改善专家系统的特征啪1 。( 2 ) 与神经网络技术相结合。“专家系统的瓶颈问题就是知识的无限性和系统能力有限性的矛盾。专家系统与神经网络技术可以有机的结合起来1 。在常规专家系统中，随着知识量的增加，程序的运行会变得很慢；当到一定程度时，系统将不能工作，这是由于常规的计算机适合于逻辑性计算，常规的专家系统全是采用逻辑性推理，逻辑性推理的时空消耗很大的原因，因此引入神经网络的直观性思维进入专家系统是解决这一问题的有效方案。和数学计算机相比，神经网络系统具有集体运算的能力和自适应的能力；有很强的容错性，善于联想、综合和推广。( 3 ) 与w e b 技术相结合以往的专家系统大多数都是在单机上实现的，未能充分的利用日益发展的w e b 网络资源，因而不能及时的更新领域知识，为此，结合先进的w e b 技术，开发出网络专家系统，拓展专家系统的可移植性和可维护性。( 4 ) 与多媒体技术相结合要把文字、数值、图形、图像以及声音等各种信息结合起来，并引入到专家系统中，需要采用多媒体智能信息的接口技术。实现语音、文字、图形和图像的直接输入输出是对新一代专家系统提出的要求。7广西大掣q 甄士掌位沧文薰于u g 的粉爿。台喧工艺性判别秉崩；开裳与习 电5 基于现代化设计工具的开发目前国内外已从开发实用专家系统的研究，转向以专家系统开发工具为研究中心。在传统的专家系统设计中一般采用基于人工智能的语言，如p r o l o g ，l i s p 等语言，但这些语言难以掌握，开发工作量大，周期长，不易于推广。还有采用基于专家系统的开发工具如g u r u ，o p s s 和g 1 i s p 等语言，但是这类开发工具造价较昂贵。计算机通用设计语言c ，c + + ，可视化的面向对象语言p o w e r b u i l d 和d e l p h i 也可应用到开发专家系统中。”，但是开发的程序量也较大。因此当今的专家系统设计不应该停留在某些比较好用的软件工具上，而应该不断尝试去利用最新的工具来开发。如c o m 组件技术“”、a s p n e t 啪1等网络技术也相应的应用到了网络专家系统的开发中。1 2 3 国内机械领域工艺专家系统研究现状8 0 年代以来，我国开始了使用专家系统的研究，并在多个学科领域研制出一批专家系统。华中理工大学最先开展了机械设计专家系统理论和关键技术的研究，并开发出了几个试验性的机械零件设计专家系统c d d e s ，i s p c a d ，i j c a d ，d a m s e s ，这个阶段的工作主要是进行探索，为机械设计专家系统走向实用打下基础。接着，他们又开展了机械产品方案设计专家系统和智能c a d 系统的研究，并开发了几个使用的产品方案设计专家系统f b c d e s ，i d e s ，w l c d e s 和a m c d e s 。此外，我国清华大学、西北工业大学、上海交通大学、四川大学等在这一领域也作了进一步的研究和探讨。1 3 本文研究的意义和主要内容1 3 1 课题来源本研究课题来源于广西壮族自治区科技厅科技攻关项目汽车关键零配件c a d c a m模具设计和制造技术的开发( 项目编号为 0 3 2 2 0 1 3 7 0 ) ，本文研究并开发的工艺性判别模块是该项目的子模块。1 3 2 本文的研究意义随着汽车、航天等现代工业的长足进步，传统的粉末冶金模具的设计与制造方法已8| i 于u g 的粉爿【冶金工艺性判别系堍开篡冉司曙巴无法适应工业迅速发展的需要，利用计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 简称c a d )技术对传统的粉末冶金工艺进行改进已是技术发展的必然。近年来，计算机技术在软件和硬件方面的飞速发展已为粉末冶金产品和粉末冶金过程最佳化的计算机辅助设计和计算机模拟提供了强有力的手段。根据粉末冶金模具的结构特点，建立粉末冶金模具专用的c a d 系统，可以减少设计工作量，缩短研制与开发的周期，极大地提高粉末冶金模具的设计质量与速度，给制造厂家和用户都能带来巨大效益。设计人员在模具设计前的工艺可行性分析决定了一个零件是否适合用粉末冶金工艺进行加工生产，是进行模具设计之前必须要完成的一项重要工作，对不适合粉末冶金工艺的零件用粉末冶金工艺进行生产，将很有可能生产出不合格的产品，给企业带来不必要的损失。传统的工艺性分析是一种相对来讲经验性较强的工作，设计人员在长期的工作中积累的经验和知识对工艺分析有着十分重要的影响。对于简单、熟悉的零件，设计人员的经验是足够正确的，但对于比较复杂的陌生的零件，设计人员很有可能出现错误的判别。另外，要使一名新的设计人员成为一名经验丰富的专家，也是一个漫长的过程。因此，开发高效、自动的工艺性判别专家系统模块，是非常具有理论意义和现实意义的。工艺性判别模块也是整个粉末冶金模具c a d 系统的一个有机的组成部分。1 3 2 本文的主要内容如前面所述，长期以来，粉末冶金工艺性判别仅依靠经验和或查阅大量的资料来确定，费时费力，还不一定能得出正确的结果。为了解决以上问题，就必须建立一个关于粉末冶金工艺性判别的专家系统。这也是本课题所要研究的中心，这个粉末冶金工艺性判别专家系统将包括以下内容：( 1 ) 建立粉末冶金工艺知识库知识库的内容以程序的形式存放在内存中。( 2 ) 建立一个开放的标准数据库这个数据库是属于整个系统的，所有的数据都存储在数据库中。工艺性判别专家系统在初始化时要从数据库中读入产品信息，并且将推理最终结果存在数据库中。( 3 ) 利用v i s u a lc + + 6 o 开发出合理的数据接口将外部信息与计算机内部数据联系起来。既可以将外部信息转化为计算机可以识别的参数又可以将计算机内部的参数转变为外部信息输出。( 4 ) 建立推理机推理机是知识的应用程序，推理的过程实际上是通过事实性知识，9广西大掣h i 咕曹q 啦文| 盱u g 的糟束冶喧! 工艺性洲别j 0 晓开鼍可研究搜索知识库，匹配满足条件的知识，推导产生新的知识过程。在本课题中，推理机所要完成的工作是：当任意粉末冶金零件的各种参数被输入计算机后，推理机能够根据知识库中已有的知识判别零件是否适合于粉末冶金工艺，如果适合，给出工艺方案，如果不适合，给出修改意见。( 5 ) 输出结果。经过推理后得出的结果以文件的方式输出给用户，有些结果数据储存于数据库，在模具设计时可以直接调用。】o基于u g 的粉爿潞盘工艺性判别系统开发与萄门i 巴第二章系统总体框架结构2 1 粉末冶金零件工艺性分析“1粉末冶金模具设计的首要步骤是压坯设计，包括压坯材料的选择、压坯密度的设定、压坯形状和精度的设计等。与一般的铸、锻、切削加工工艺相比，粉末冶金制品不仅在材料特性上有较大的区别，在制品结构上也受到某些限制。烧结零件除了在技术上满足零件的原设计、使用要求以外，还要考虑是否适于压制成形和脱模。但通常情况下，粉末冶金零件的最初设计往往是由主机厂家依据零件工作状况或原使用的钢铁零件的技术要求而制定的，图纸尺寸精度或材料性能有可能出现粉末冶金工艺无法满足的状况。因此在进行模具设计之前，必须对制品进行工艺性分析，判断其是否适合于粉末冶金工艺，如不适合，就要与主机厂进行协商，对原设计进行必要的修改。其中最主要的是对制品形状和精度以及表面粗糙度的修改，这也是本课题要研究解决的问题。2 1 1 粉末冶金制品形状的确定由于粉末冶金制品是用模具压制成形的，所以在设计压坯形状时，要考虑制品形状是否适合于压制成形和脱模。压坯形状主要收到以下几个方面的限制，也就是说我们要从以下几个方面对制品进行形状工艺性判别。1 粉末能否均匀填充的限制在压制过程中，模具里各部分的粉末在同时受压的情况下，实际上几乎不产生横向移动。具有薄壁、窄键、尖端等部分的制品，由于其窄尖部分难以均匀填充粉末，使压坯密度很不均匀，容易掉边、掉角或变形开裂，还会因受力不均而使模冲破断。为保证压坯密度的均匀性，必须使粉末均匀填充模腔的各部分，如表2 1 所示，一般要用圆角代替尖角。压坯法兰与主体分界处要做成圆角半径要大于0 2 5 m 的园角，孔边巨、孔间距要大于1 哪等等。2 压坯脱模的限制一般压制成形都是沿压坯的轴向进行的。制品中径向( 横向) 的孔、槽、螺纹和倒锥，通常是不能压制成形的，需要在烧结后用切削加工来完成。设计压坯时，必须将其改成能脱模的形状。表2 2 所示为修改形状的例子。广西大掣顷士掣啦说二文疆牙u g 的耪爿嘴舌- 工艺性判别系筑开冀与研究表2 1 受粉末能否均匀充填模具的限制的零件形状举例t 曲l e 2 一ls 锄p k so f p ，m 邮m e i r d 溅c a r i b e l l i l i f o f n i l y f i u e d b y p o w e r o r n o t原设计糟末冶金设计备注虹玲吨，吻盐小孔的外翻璧厚过小，使糟束难以充填均皿皿零尖角部分应i ：i 适当暇弧过菠，斌将其靖部取平，以芩利于粉末充填由軎直角部分应以哑弧过谴网i回模翻亡| _ _ u砌 丑唧_ 燃删i加压方向唪訇一卡第一模冲b )囊k 于u g 的期 爿冶喧- 工宕性判别j 臼晓开裳与研究表2 2 受压坯脱模限制的零件形状t a b l e2 2s 锄p l e so f p ，mp a 出蚰c hc 缸tb ep u l l e d 劬md i e s原设计粉末冶金设计备注宙倒锥形压坯无法脱模密豳t加压方向囱审回豳曩纹须成形烧结后由机加工完成与压制方向垂直的遇刀槽应改为与压制方向平行审宙谚黼诗。：攀割要求藏花时- 应敌为和轴线平行的齿形。齿形要求如图所示i骂曼要加压方向3 压模强固性的限制由于铁基烧结零件的成形压力一般为6 0 0 m p a 左右，故压模的强度与结构必然受到一定的限制。设计压坯时，应避免在压模结构中出现不坚固部位。压制极小孔时，直径小于2 嘞或直径小于3 硼但长度较长的芯棒容易折断或弯曲。压制多台阶面压坯时，为避免模冲因太薄而易损坏，压坯内、外台阶面厚度不能小于1 5 珊。具有球形外表面的压坯，其中间部位应有一平台( 宽l 眦) 过渡带，避免将模冲末端做成尖角锐边，以防1 3墓于u g 的糟爿鼯蕾e 艺憎洲剔系统开童，与研究止压制时上下模冲钢性接触造成碰坏。表2 3 所示受压模强固性限制的制品形状举例。表2 3 受压模强固性限制的零件形状举例1 训e2 - 3s 锄p j e s0 f p mp a mm e i rd i 船d on o ts n 锄g 朋a u 曲原设计粉末冶金设计备注士囱。卜图细窄部分妥尽量设计成宽大的曲线l 1 i 厂一目。i 图念1上冲头臼齿麓筠嚣盯第一冲又时，压模无法翩作应改- 下第= 冲头为田&杏l ：型i 正甚棒面曼pi 熹妊蠢俄曳约6 0 角- 下冲头令舍油轴承的璺庳不得小于o 5 姗f导捷量寝孔的形状t 为了压模易于制作与安装，孔的形状量好为圈形，推荐作成圜孔，这时可降低成本，l罾参徽埋头孔t 埋头孔( 孔螬面) 要带5 。左右的技梢4 压坯密度均匀性的限制密度均匀对于提高和稳定烧结制品的强度与尺寸精度十分重要。对于沿压制方向有多台阶的零件，为使压坯密度均匀，应尽量少成形几个台阶面，烧结后再用切削加工做1 4成其余几个台阶面。主要是指压坯的高径比不能太大，太大，工件中部易出现低密度区。袁2 4 受压坯密度均匀性限制的零件形状t 曲l e2 - 4s 锄p l e so f p mp a r t s 廿1 e fd s 时a r en o th 叫o g e n e 邮| ；于u g 的粉束冶舌旺艺性判别系统开童，与习院2 1 2 粉末冶金制品精度分析模具设计时必须考虑对压坯的精度要求。粉末冶金工艺可以制取高精度的制品，但制造费用随着精度的提高而增大。因此烧结金属制品的精度应以满足使用条件或技术要求为准。1 制品的尺寸精度烧结金属制品的尺寸精度取决于原料粉末的种类与颗粒形状、粉末组成、模具零件的工作精度、压机动作方式与动作精度、成形条件、烧结条件和后续处理等。压坯的径向( 垂直于压制方向) 精度主要受模具尺寸精度的影响。压坯的轴向( 平行于压制方向)精度主要受压机动作、压机本身精度、装粉精度的影响。一般说来，压坯的径向尺寸比较容易达到较高精度，而轴向尺寸精度较差。表2 5f e q c u 系烧结零件内径、外径和高度的尺寸精度外径内径高度压机类别生产工艺由2 0 由3 0由5 巾1 51 0 以下2 0 以下3 0 以下烧结后0 0 6 0 1 20 0 4 o 0 8o 1 0 0 3 00 1 0 0 3 00 1 5 0 4 0烧结+ 水蒸气处理0 0 7 0 1 3o 0 5 0 0 80 1 2 0 3 2o 1 5 o 3 50 2 0 0 4 2烧结+ 热处理0 1 0 o 1 80 0 7 0 1 20 1 4 0 3 50 1 4 0 3 50 2 0 0 4 54 0 0 k n烧结+ 精整0 0 3 0 0 60 0 2 0 0 3o 0 6 0 3 00 0 6 0 3 00 1 0 o 4 0烧结+ 精整+ 水蒸气处理0 0 4 o 0 70 0 3 0 0 50 0 6 0 3 0o 0 6 0 3 00 1 0 o 4 0烧结+ 精整+ 热处理o 0 6 0 1 20 0 4 o 1 0o 1 0 o 3 00 1 0 o 3 00 1 5 o 4 0外径内径高度压机类别生产工艺巾5 0 巾8 0由1 0 由3 01 0 以下1 0 以下l o 以下烧结后o 0 9 0 2 40 0 6 o 1 20 1 0 o 4 00 1 0 0 4 0 0 1 5 o 5 0烧结+ 水蒸气处理o 1 0 o 2 60 0 6 0 1 2o 1 1 o 4 2o 1 1 o 4 2 0 1 6 o 5 2烧结+ 热处理0 1 4 0 3 3o 0 8 0 1 80 1 4 0 4 50 1 5 o 4 6o 2 0 0 5 62 0 0 0 k n烧结+ 精整0 0 5 0 1 0o 0 3 o 0 70 0 6 0 4 00 0 6 0 4 0o 1 0 0 5 0烧结+ 精整+ 水蒸气处理0 0 5 0 1 20 0 4 o 0 80 0 6 0 4 00 1 0 o 4 00 1 2 0 5 0烧结+ 精整+ 热处理0 1 0 o 2 40 0 7 0 1 20 1 0 0 4 00 1 0 0 4 00 1 4 0 5 0外径内径高度压机类别生产工艺巾1 0 0 巾1 5 0由2 0 巾5 01 0 以下l o 以下1 0 以下烧结后0 1 5 o 4 00 0 8 0 2 0o 2 0 o 4 00 2 0 o 4 0 0 2 5 0 6 0烧结+ 水蒸气处理0 1 8 0 4 50 0 9 0 2 20 2 2 0 4 20 2 2 0 4 20 2 7 0 6 2烧结+ 热处理0 2 5 0 5 5o 1 4 0 2 80 2 4 o 4 50 2 5 o 4 60 3 0 0 6 65 0 0 0 k n烧结+ 精整0 0 7 0 1 60 0 4 o 1 00 1 5 o 4 00 1 5 0 4 0o 2 0 0 6 0烧结+ 精整+ 水蒸气处理0 0 8 0 2 00 0 5 o 1 2o 1 6 o 4 00 1 6 o 4 00 2 0 0 6 0烧结+ 精整+ 热处理o 1 5 0 3 50 0 8 0 1 5o 2 0 o 4 00 2 0 o 4 00 2 4 0 6 0根据现在粉末冶金制品生产的实际水平，其尺寸精度大致分为粗、中、精密三级，1 6基于u g 的耪爿。台喧，工t 圣蜊剧胃0 晓开裳与陶”宅但这种分法等级太少，不一定能满足零件设计要求，况且随着生产技术的发展，尺寸精度的等级也在不断提高。本文以最常用的f e c _ c u 烧结合金制造的零件为例，说明零件经不同工艺处理后可能达到的内径、外径和高度的精度范围，见表2 5 。2 制品的位置精度对烧结结构零件的位置精度要求，常见的有同轴度、垂直度、平行度和径向跳动等。装粉的均匀性、模冲与芯棒和阴模的配合间隙大小、模冲定位导向部分的长度都会影响烧结零件的同轴度。自动压制时，轴套类压坯的同轴度可以控制在i t 8 级左右。压机导柱与工作台面之间的垂直度、模具有关部位之间垂直度偏差、模具配合间隙以及装粉的均匀性都会影响烧结零件的垂直度。在一般情况下，烧结零件的垂直度位i t 9 i t l o 级。而烧结零件的平行度一般取决于精整模具和压机的平行度以及精整方式。由于烧结零件的侧面平行于压制方向，故其平行度约为i t 7 i t 8 级，烧结零件端面的平行度约为i t 9 i t l 0 级。烧结制品的位置精度随着其径向尺寸的增大而降低。烧结后，精整工序可以提高烧结制品的位置精度。水蒸气处理工艺则对其无明显影响，而热处理工艺会使其有所降低。对于最常用的f e c u c 合金，可参见表2 6 。表2 6f e c c u 系烧结零件的径向跳动和平行度t a b l e2 6c i r c u l a rm n o l l ta n dp a r a l l e l i s mo f p mp a n so f f e c up o w e r压机类别工艺外径径向跳动平行度烧结后o 0 4 o 0 8o 。0 3 0 0 1 0烧结+ 水蒸气处理o 0 4 o 0 80 0 3 o 1 0烧结+ 热处理0 0 6 o 1 20 0 5 0 1 24 0 0 k n2 0 3 0烧结+ 精整o 0 3 o 0 8o 0 2 o 0 8烧结+ 精整+ 水蒸气处理0 0 3 o 0 80 0 3 0 0 8烧结+ 精整+ 热处理0 0 5 o 1 20 0 5 0 1 0烧结后0 0 4 o 0 80 0 3 o 0 l o烧结+ 水蒸气处理0 0 4 0 0 80 0 3 o 1 0烧结+ 热处理o 0 6 0 1 2o 0 5 o 1 22 0 0 0 k n5 0 8 0烧结+ 精整o 0 3 0 0 80 0 2 0 0 8烧结+ 精整+ 水蒸气处理o 0 3 o 0 80 0 3 0 0 8烧结+ 精整+ 热处理o 0 5 o 1 2o 0 5 0 1 0烧结后o 0 4 0 0 80 0 3 o 0 1 0烧结+ 水蒸气处理o 0 4 0 0 80 0 3 o 1 0烧结+ 热处理0 0 6 o 1 2o 0 5 0 1 25 0 0 0 k n1 0 0 1 5 0烧结+ 精整0 0 3 o 0 80 0 2 0 0 8烧结+ 精整+ 水蒸气处理0 0 3 o 0 80 0 3 0 0 8烧结+ 精整+ 热处理0 0 5 0 1 2o 0 5 0 1 0注：成分( 质量分数，) f e 一( 1 5 2 ) c u 一( o 5 o 8 ) c ，密度6 6 6 8 9 c m 31 7| i 于u g 的粉爿。台喧 工艺性判别j 0 晓开生与r 司f 究3 烧结制品的表面粗糙度烧结零件的表面粗糙度取决于模具表面的粗糙度。烧结零件在烧结后的表面粗糙度约为r a 2 5hm 。当使用抛光后的精整模具精整时，烧结零件的侧面表面粗糙度可达到r a o 5um 。但烧结零件的端面，以及其锥面和球面，由于精整时这部分表面与模壁无明显的相对移动、挤压，故精整与否对其表面粗糙度无明显影响。不同工艺、不同尺寸外径的f e c c u 合金烧结零件的表面粗糙度可参见表2 7 。表2 7f e c _ c u 系烧结零件的表面相糙度t a b l e2 - 7s u r 蠡璩em l l g h n e s so f p mp a n so f f e c c up o w e r压机类别4 0 0 5 0 0 0 k n工艺烧结烧结+ 精整烧结+ 精整+ 水蒸气处理烧结+ 精整+ 热处理外径叫2 0 1 5 02 0 1 5 02 0 1 5 02 0 1 5 0表面粗糙度m8 1 2 53 86 1 05 1 0注：1 ) 烧结后精整，然后再进行水蒸气处理或热处理；2 ) 成分( 质量分数，) f e ( 1 5 2 ) c u 一( 0 5 o 8 ) c ，密度6 6 6 8 9 c m 3 。2 2 系统基本功能要求粉末冶金工艺性判别系统是整个粉末冶金模具c a d c a m 系统的一个子系统，起着承上启下的作用，为了了解工艺性判别子系统在整个系统中的作用，下面先对整个粉末冶金模具c d c m 系统作个简单的介绍。2 2 1 粉末冶金模具c d 旭膳系统的结构与功能c a d c 枷在粉末冶金模具设计与制造中的应用，主要可归纳为以下几个方面：1 ) 根据产品形状、尺寸精度、性能要求，完成工艺设计并确定压坯尺寸、形状；2 ) 利用几何造型技术完成模具零件和模具结构( 以及模架) 的几何设计；3 ) 建立模具零件和结构的通用化和系列化的图形库，提高模具结构和模具零件设计的效率；4 ) 辅助完成绘图工作，输出模具零件图与装配图；5 ) 辅助完成模具加工工艺设计和c n c 编程。粉末冶金模具c a d c a m 系统的运行流程如图2 1 所示。首先，将粉末冶金零件的生产用图( 形状和尺寸) 输入计算机，图形处理程序将其转换为机内模型，为后续模块提供必要的信息。1 8广西大掌硕士掣啦截二宅基于u g 的糟卑冶奁工艺性判别蓉兢开生与研究压机选择j ri 模板、辅助缸设计上c n c 自动编程整压制方式选择压力中心计算+成形模具结构设计山阴模和模芯设计成形压力计算士( 组合) 模冲设计i模架选择及动作设计装粉结构设计+脱模方式设计精整方式选择0精整余量设计0精整模具结构设计精整压力计算模具零件设计0模架选择士送料机构脱模机构图2 一l 粉末冶金模具c a d c f 系统的流程f 培2 - 1f 1 0 wc h a no f p ，mc a d ，c a ms y s t e l n1 9广西大尊啊皿士曾啦 l 文基于u g 的粉爿。台舌江艺性判别习h 屯开黛舟研究工艺性判别模块是以自动搜索和判别的方式分析粉末冶金零件的工艺性。工艺方案的选择，即决定产品零件是否需要